변압기 안을 열어 보면 철심 하나에 코일 두 개가 감겨 있을 뿐입니다. 두 코일은 전선으로 이어져 있지도 않습니다. 그런데도 한쪽에 전기를 넣으면 다른 쪽에서 전압이 바뀐 전기가 나옵니다. 그 사이를 이어 주는 것은 철심 속을 흐르는 자속입니다.
1. 교류가 자속을 만든다
1차 코일에 교류를 걸면 코일에 흐르는 전류가 1초에 60번 방향을 바꿉니다(우리나라 주파수 60Hz). 전류가 흐르는 코일은 자석이 되므로, 철심 속에는 방향과 크기가 계속 바뀌는 교번 자속이 생깁니다.
2. 바뀌는 자속이 2차 코일에 전압을 만든다
자속이 바뀌면 그 자속을 둘러싼 코일에는 전압이 생깁니다. 이것을 전자기 유도라고 합니다. 2차 코일은 1차 코일과 같은 철심, 같은 자속을 나누어 쓰기 때문에, 2차 코일에도 전압이 생기고 부하(전등)에 전류가 흐릅니다.
1차 코일에 교류를 걸면 철심 속 자속이 방향을 바꾸며 2차 코일을 지나고, 2차에 전압이 생깁니다. 움직임은 눈으로 따라갈 수 있게 느리게 그렸습니다.
- 권수비 a
- 3 (강압)
- 부하 전력
- 538 W
- 최대 자속 Φm
- 2.753 mWb
- 2차 전압 V₂
- 73.3 V
그림에서 권수를 바꿔 보세요. 코일을 감은 횟수에 따라 2차 전압과 전등의 밝기가 달라집니다.
3. 전압은 감은 횟수에 비례한다
두 코일은 같은 자속을 지나므로, 한 바퀴당 생기는 전압이 같습니다. 그래서 전압은 감은 횟수(권수)에 비례합니다.
V₁ ÷ V₂ = N₁ ÷ N₂ (권수비)
2차를 1차보다 많이 감으면 전압이 올라가고(승압), 적게 감으면 내려갑니다(강압). 태양광 승압변압기는 계통 쪽 코일을 훨씬 많이 감아 전압을 올립니다.
직류로는 변압이 안 되는 이유
직류는 전류의 방향과 크기가 바뀌지 않으므로 자속도 변하지 않습니다. 변하지 않는 자속은 2차 코일에 전압을 만들지 못합니다. 태양광 모듈이 만드는 직류를 인버터가 먼저 교류로 바꾼 뒤에야 변압기로 전압을 올릴 수 있는 이유입니다.
핵심 정리
- 1차 코일의 교류가 철심 속에 방향이 바뀌는 자속을 만든다
- 바뀌는 자속이 2차 코일에 전압을 만든다 (전자기 유도)
- 전압 비율은 권수 비율과 같다: V₁/V₂ = N₁/N₂
- 직류는 자속이 변하지 않아 변압할 수 없다 — 그래서 인버터가 먼저 교류로 바꾼다