홍라이프 계산기전압 변동률 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
전압 변동률은 전원의 출력 전압이 무부하에서 전부하로 갈 때 얼마나 떨어지는지를 나타냅니다. 이 계산기는 측정한 두 전압으로, 또는 변압기의 퍼센트 저항·리액턴스와 부하 역률로 변동률을 구합니다. 변압기, 발전기, 전원 장치 평가에 쓰입니다.
계산 방법
측정법: VR = (V무부하 − V전부하) ÷ V전부하 × 100%
변압기법: VR ≈ εr cos φ ± εx sin φ + (εx cos φ ∓ εr sin φ)² ÷ 200
전부하 전압 = V무부하 ÷ (1 + VR ÷ 100)
- εr, εx는 단락 시험에서 얻은 정격 전압 대비 저항·리액턴스 강하(%)이고, cos φ는 부하 역률입니다.
- 위 부호는 지상(유도성) 부하, 아래 부호는 진상(용량성) 부하에 씁니다.
원리
실제 전원에는 내부 임피던스가 있어 전류가 흐르면 전압 일부가 내부에서 소모되고 단자에는 덜 나옵니다. 변동률은 그 손실을 전부하 전압에 대한 비율로 나타낸 것입니다. 변압기에서 저항은 전류와 같은 위상의 강하를, 누설 리액턴스는 90° 앞선 강하를 만듭니다. 이 둘이 출력에 더해지는 정도는 부하의 위상각에 따라 달라, 지상 부하에서는 리액턴스 강하가 크게 더해지고 진상 부하에서는 출력이 오히려 올라 변동률이 음수가 될 수도 있습니다. 제곱 항은 전압 사이 각도를 위한 작은 보정입니다.
예제 풀이
기본값인 측정법, 무부하 240V, 전부하 230V로 계산합니다.
- 전압 차 = 240 − 230 = 10V입니다.
- VR = 10 ÷ 230 × 100 = 4.35%입니다.
- 전부하 전압 = 230V로 무부하의 95.83%입니다.
- 역률각은 변압기법에서만 쓰므로 —로 표시됩니다.
| 전부하 전압 (V, 측정값 방법) | 전압 변동률 (%) |
|---|---|
| 57.5 | 317.39 |
| 115 | 108.7 |
| 172 | 39.13 |
| 230 | 4.35 |
| 288 | -16.52 |
| 345 | -30.43 |
| 460 | -47.83 |
결과 해석
변동률이 낮을수록 부하가 걸려도 전압이 잘 유지되는 '단단한' 전원입니다. 대형 전력 변압기는 역률 1에서 변동률이 낮고, 지상 역률이 낮아질수록 커집니다. 정전압 전자식 전원 장치는 0%에 가까워야 합니다. 민감한 장비에 비해 변동률이 크면 더 큰 변압기, 탭 조정, 역률 개선을 검토하십시오.
흔한 실수
- 전부하 전압이 아닌 무부하 전압으로 나누는 경우
- 입력 전압이나 온도가 다른 상태에서 두 전압을 재는 경우
- 진상 부하의 부호를 반대로 쓰는 경우
- 퍼센트 임피던스와 변동률을 같은 것으로 여기는 경우
자주 묻는 질문
전압 변동률이 음수가 될 수 있나요?
네. 진상(용량성) 부하에서는 출력 전압이 무부하보다 높아질 수 있습니다.
왜 전부하 전압으로 나누나요?
관례적인 정의입니다. 무부하 전압으로 나누는 교재도 있으며 값이 조금 작게 나옵니다.
εr, εx는 어디서 얻나요?
변압기 단락 시험이나 명판의 임피던스·부하손 자료에서 얻습니다.
출처: Standard power-engineering formulas: voltage regulation referred to full-load voltage and the transformer approximation from per-unit resistance and reactance