단상 전력과 3상 전력의 정의와 비교 사항
단상 전력이란?
전기 공학에서 단상은 공급 전압이 모두 동시에 변화하는 시스템을 사용하여 전력을 분배하는 것을 의미하며, 단상 전력은 대부분 조명 및 난방 등에 사용되며 대형 전기 모터 등에서는 거의 사용되지 않습니다. 그리고 단상 부하는 상과 중성 사이의 연결 또는 두 상 사이의 부하를 연결하여 3상 배전 시스템에 전력을 공급할 수가 있습니다. 단상 부하는 3상 배전에 위상끼리의 연결 또는 공급 변압기의 2차 Y권선의 중심에 연결되거나 혹은 델타 변압기 1개 권선의 중심에 연결되는 위상 도체와 시스템 간의 연결을 통해 접속할 수 있습니다. 그리고 공급 변압기와 공급 도체의 효율적인 사용을 위해 단상 부하는 3상 전력의 상 간에 균등하게 분배되어야 합니다. 또한 3상의 라인 간의 전압은 전력선 대 중성 전압의 3배 정도이며 전력선 대 중성 전압이 표준 사용 전압인 경우에는 부하가 각각 공급기의 다른 상에 연결할 수가 있습니다. 반면에 전력선 대 중성 전압이 표준 사용 전압이 아닌 경우에 단상 부하는 개별 강압 변압기에서 공급해야 합니다.
3상 전력이란?
3상 전력은 일반적인 전력 전송 방법으로 모터뿐만 아니라 다른 많은 장치에 전원을 공급하는 데 사용되는 유형 중 하나입니다. 3상 시스템에는 중성선이 있을 수도 있고 없을 수도 있는데, 이런 중성선을 사용하면 3상은 더 높은 전압을 사용하면서도 낮은 전압의 단상 시스템을 지원할 수도 있습니다. 고전압을 배전하는 상황에서는 부하는 위상 간 연결만 가능하므로 일반적으로 중성선이 없는 경우가 대부분입니다. 그리고 3상은 유익한 장점을 가지고 있는데, 첫 번째로 하나의 상에 걸리는 전류인 상전류는 서로 상쇄되는 경향이 있다는 점입니다. 선형 평형 부하의 경우 합계가 0이 되며, 이를 통해 일부 선에서 중성 도체를 제거하는 것도 가능해집니다. 그리고 두 번째 장점은 바로 선형 평형 부하로의 동력 전달이 일정하다는 점입니다. 이는 발전기나 모터 등에서 발생하는 진동을 경감시키는데 유용하게 이용할 수 있습니다. 마지막으로 세 번째 장점은 바로 3상은 지정된 방향으로 회전하는 자기장을 생성할 수 있다는 점입니다. 이는 전동기 등의 설계를 단순화하는 데에 도움이 됩니다. 그리고 단상 공급 장치에서 3상을 이용하는 방법으로는 바로 회전식 위상 변환기를 이용하는 것입니다. 특수 시동 장치 및 역률 보정을 통해 균형 잡힌 3상 전력을 생산하게 만드는 방법인데, 이때 회전 변환기가 제대로 설계된 경우라면 3상 장비를 단상 공급 장치를 이용해서도 만족스럽게 작동시킬 수가 있습니다.
단상과 3상의 비교
우선 3상에는 3개의 상도체가 있어 대규모의 기계에 440V를 공급하는 것이 가능합니다. 반면에 단상에는 가정용 상도체가 하나 존재합니다. 단상에 비해 3상이 더 좋은 점은 여러 가지가 존재하는데, 우선 등급이 더 높으며 즉 3상 기계의 정격은 동일한 크기의 단상 기계의 정격의 거의 1.5배에 달합니다. 단상 회로에서는 전압과 전류가 동일하더라도 각 사이클에서 전력이 두 번 0이 되는 반면에 3상 같은 다상에서는 부하가 균형 잡힌 상태일 때 공급되는 전력이 거의 일정하게 유지됩니다. 그리고 3상은 경제적인 편으로, 단상이 필요로 하는 전도 소재의 약 7~8할 정도만을 사용해도 3상은 주어진 전압에서 일정한 거리와 동일한 양의 전력을 전달할 수가 있습니다. 그리고 3상 유도 전동기는 자가 시동인 반면에 단상 유도 전동기는 자가 시동되지 않으므로 단상 모터는 시작 단계에서 시동하기 위한 보조 수단을 필요로 하며, 3상 유도 전동기는 단상 유도 전동기보다 역률 및 효율성이 높습니다. 또한 3상 전동기 쪽이 단상 전동기에 비해 진동 주파수가 낮은데, 이는 단상 전동기에서는 전달되는 전력이 지속적으로 변하기 때문입니다. 그리고 3상 교류 발전기는 단상 교류 발전기에 비해 크기가 작고 무게가 가벼우며, 3상 쪽이 단상 쪽에 비해서 변속기 시스템에 필요한 구리 및 알루미늄 양이 적습니다. 그리고 마지막으로 3상에서는 토크가 균일하거나 일정하게 생성되는 반면에 단상에서는 맥동 토크가 생성된다는 차이가 존재합니다.
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