변압기 2차 쪽에서 전기를 많이 쓰면, 1차 쪽은 그걸 어떻게 알고 전기를 더 끌어올까요? 두 코일은 전선으로 이어져 있지 않은데 말이죠. 비밀은 철심 속에서 벌어지는 기자력 줄다리기에 있습니다.
부하가 없을 때: 여자전류만 흐른다
2차에 아무것도 연결하지 않아도 1차에는 아주 작은 전류가 흐릅니다. 철심에 자속을 만들어 두는 데 필요한 전류로, 여자전류라고 합니다. 보통 정격 전류의 몇 퍼센트 수준입니다.
부하가 걸리면: 2차 전류가 자속을 밀어낸다
2차에 부하가 걸려 전류가 흐르면, 2차 코일도 자석이 되어 철심 속 자속을 반대 방향으로 밀어냅니다. 코일이 자속을 만드는 힘을 기자력(전류 × 감은 횟수)이라고 하는데, 2차 기자력이 1차 쪽 자속을 줄이려고 하는 셈입니다.
1차가 따라잡는다: 자속은 거의 그대로
1차 전압이 그대로인 한 자속도 그대로 유지되어야 합니다. 그래서 1차 코일은 2차가 밀어낸 만큼 전류를 더 끌어와 기자력을 맞춥니다.
N₁ × I₁ ≈ N₂ × I₂ (+ 작은 여자전류)
아래 그림에서 부하를 바꿔 보세요. 2차 기자력이 커지면 1차 기자력이 곧바로 따라잡고, 가운데 자속은 거의 변하지 않습니다.
2차에 부하가 걸려 전류가 흐르면, 그 전류가 만드는 기자력이 자속을 줄이려 합니다. 1차가 곧바로 같은 크기의 전류를 더 끌어와 맞서므로 자속은 거의 그대로입니다. 부하가 늘면 1차 전류가 따라 느는 까닭입니다.
- 2차 전류 I₂
- 50 A
- 1차 전류 I₁
- 1.67 A
- 여자전류 I₀
- 0.1 A
- 자속
- 100 %
부하율을 크게 바꿔 1차 전류가 따라오는 모습을 보세요.
이렇게 2차에서 쓰는 만큼 1차가 계통(또는 인버터)에서 전기를 끌어오기 때문에, 변압기는 따로 조절 장치 없이도 부하에 맞춰 전력을 전달합니다.
현장에서는
발전소의 승압변압기는 반대 방향으로 일합니다. 인버터가 저압 쪽으로 전기를 보내면 고압 쪽으로 같은 원리에 따라 전력이 넘어갑니다. 그리고 해가 지면 부하 전류가 거의 0이 되어도 계통에 연결되어 있는 동안 여자전류는 계속 흐릅니다. 이것이 다음 장에서 볼 철손과 이어집니다.
핵심 정리
- 부하가 없어도 자속을 유지하는 작은 여자전류가 흐른다
- 2차 전류의 기자력이 자속을 밀어내면, 1차가 전류를 더 끌어와 맞춘다
- 그래서 부하가 바뀌어도 철심 속 자속은 거의 일정하다: N₁I₁ ≈ N₂I₂