변압기는 효율이 매우 높은 기계지만 손실이 전혀 없지는 않습니다. 손실은 성격이 다른 두 가지로 나뉘고, 두 손실의 크기가 같아질 때 효율이 가장 높아집니다.
철손: 전기가 들어와 있으면 늘 생긴다
철심 속 자속이 1초에 60번 방향을 바꾸면서 철심이 조금씩 데워집니다. 이것이 철손(무부하손)입니다. 철손은 부하와 거의 관계없이 전압이 걸려 있는 동안 늘 같은 크기로 생깁니다.
동손: 전류가 많을수록 커진다
코일 전선에도 저항이 있어 전류가 흐르면 열이 납니다. 이것이 동손(부하손)입니다. 첫 장에서 본 선로 손실과 같은 원리라서 전류의 제곱, 즉 부하율의 제곱에 비례해 커집니다. 부하가 절반이면 동손은 4분의 1이 됩니다.
두 손실이 같을 때 효율이 가장 높다
부하가 아주 작을 때는 보내는 전력에 비해 철손이 상대적으로 커서 효율이 낮습니다. 부하가 커지면 효율이 올라가다가, 너무 커지면 동손이 빠르게 늘어 효율이 다시 내려갑니다. 그 사이 철손 = 동손이 되는 부하율에서 효율이 가장 높습니다.
최대 효율 부하율 = √(철손 ÷ 전부하 동손)
아래 그림에서 부하율이 움직이는 동안 효율 곡선과 두 손실이 만나는 점을 확인해 보세요. 철손과 동손 값을 바꾸면 최대 효율 지점도 옮겨 갑니다.
철손은 전기가 들어와 있는 동안 늘 같은 크기로 생기고, 동손은 부하율의 제곱으로 늘어납니다. 두 손실이 같아지는 부하율에서 효율이 가장 높습니다. 재생하면 부하율이 저절로 오르내립니다.
- 지금 부하율
- 75 %
- 효율
- 99.09 %
- 동손 / 철손
- 5,063 / 1,500 W
- 최대효율 부하율
- 41 %
현장에서는: 태양광 변압기는 밤에도 철손을 낸다
태양광 발전소의 승압변압기는 해가 진 뒤에도 계통에 연결된 채로 있습니다. 밤에는 보내는 전력이 없어도 철손은 계속 생깁니다. 또 낮에도 최대 출력으로 일하는 시간은 길지 않아, 하루 평균으로 보면 부하율이 낮은 편입니다.
그래서 태양광 발전소에서는 철손(무부하손)이 작은 변압기를 고르는 것이 1년 전체의 손실을 줄이는 데 특히 중요합니다. 변압기 효율을 볼 때 전부하 효율만이 아니라 무부하손 값도 함께 확인해야 하는 이유입니다.
핵심 정리
- 철손(무부하손)은 전압이 걸려 있는 동안 늘 같은 크기로 생긴다
- 동손(부하손)은 부하율의 제곱에 비례한다
- 철손과 동손이 같아지는 부하율에서 효율이 가장 높다
- 밤에도 계통에 연결된 태양광 변압기는 무부하손이 작은 제품이 유리하다