변압기 여자전류는 왜 부하가 없어도 흐르나요?

  • 변압기를 공부하다 보면 2차측에 아무 부하가 연결되지 않아도 1차측에는 여자전류가 흐른다고 배우는데, 처음에는 부하가 없으면 전류도 아예 안 흐를 것 같아서 이해가 잘 안 됩니다. 실제로 전류라는 것은 결국 무언가에 전력을 공급하기 위해 흐르는 것 같은데, 아무 일도 하지 않는 상태에서 왜 전류가 필요한지도 궁금합니다.

또 여자전류는 매우 작다고 배우지만 완전히 0은 아니라고 하는데, 이 전류가 실제로 어떤 역할을 하는지도 알고 싶습니다. 특히 철심 자속을 만들기 위해 필요하다고 하는데 왜 자속을 유지하려면 계속 전류가 흘러야 하는지도 궁금합니다.

그리고 여자전류는 순수 무효전류만 있는 것이 아니라 철손전류도 포함한다고 배우는데, 왜 철손이 발생하는지도 헷갈립니다. 부하가 없어도 철심 안에서 손실이 발생한다는 것이 직관적으로 잘 이해되지 않습니다.

또 실제 변압기에서는 무부하 상태에서도 약간의 전력 소비가 계속 발생한다고 하는데, 이것이 결국 여자전류 때문인지도 궁금합니다. 발전소나 변전소 대형 변압기에서는 이런 무부하 손실도 무시할 수 없는 수준이라고 들었습니다.

결국 여자전류가 왜 필요한지, 부하가 없어도 변압기가 왜 전류를 소비하는지, 그리고 철심 내부에서는 실제 어떤 전자기 현상이 일어나고 있는지 자세히 설명 부탁드립니다.

2개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

    • 결론부터 말씀드리면 변압기의 여자전류는 철심 안에 교번자속을 만들기 위해 필요한 전류이며, 부하가 없어도 자기장을 유지하기 위해 반드시 흐르게 됩니다. 변압기는 자기유도 원리로 동작합니다.

    즉 1차 권선에 교류전압을 인가하면 철심 내부에 교번자속이 형성되고, 이 자속 변화가 2차측에 전압을 유도하게 됩니다. 따라서 자속 자체가 변압기 동작의 핵심입니다.

    부하가 없어도 자속은 계속 필요하기 때문에 1차측에는 자속 형성을 위한 여자전류가 흐르게 됩니다. 이 전류는 대부분 무효전력 성분입니다.

    하지만 실제 철심은 완벽하지 않기 때문에 히스테리시스손과 와류손 같은 철손이 발생합니다. 히스테리시스손은 철심 자화 방향이 반복적으로 바뀌면서 발생하는 손실이고, 와류손은 철심 내부에 유도전류가 흐르면서 생기는 손실입니다.

    그래서 여자전류에는 단순 자속 형성용 무효전류뿐 아니라 철손을 공급하기 위한 유효전류 성분도 포함됩니다.

    결국 변압기는 부하가 없어도 철심 자속 유지와 철손 때문에 일정 전력을 계속 소비하게 됩니다. 이것을 무부하손이라고 합니다.

    대형 변압기에서는 이런 무부하손도 장기간 누적되면 상당한 에너지 소비가 될 수 있기 때문에 철심 재질과 설계 효율이 매우 중요합니다.

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  • 안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

    변압기는 철심을 자화시켜서 자속을 만들어야 2차측으로 에너지를 보낼 준비가 됩니다. 그렇기 때문에 부하가 없어도 여자전류가 계속 흐르는 것이지요. 이 과정에서 철심의 히스테리시스나 와류 때문에 열이 발생하는 철손이 생기고 이게 무부하 손실이 되는 겁니다. 결국에는 기계가 일을 하기 위해 켜져 있는 대기 전력 같은 개념이라 이해하시면 좋을것 같아요.