변압기 권수비란? 1차·2차 전압 원리

2026년 9월 4일 읽는 시간 약 5분

변압기 권수비란 1차 권선과 2차 권선의 감은 횟수 비율로 변압기의 전압변환 비율을 결정하는 값입니다. 변압기 권수비와 전압비·전류비 관계, 승압·강압 원리 및 실제 변압기의 전압변동을 알아봅니다.

변압기 권수비란 무엇이며 왜 전압이 달라질까?

변압기 권수비(Turns Ratio)는 1차 권선(Primary Winding)과 2차 권선(Secondary Winding)의 감은 횟수, 즉 Turns 수의 비율을 의미합니다. 변압기의 1차 권선에 교류전압을 인가하면 철심(Core)에 시간에 따라 변화하는 자속이 형성되고 이 자속이 1차와 2차 권선을 쇄교하면서 각각 유도기전력이 발생합니다. Faraday의 전자유도 법칙에 따르면 동일한 자속변화를 받는 조건에서 권선에 유도되는 전압은 권선의 Turns 수에 비례합니다. 따라서 2차 권선을 1차보다 많이 감으면 더 높은 전압을 얻을 수 있고 적게 감으면 낮은 전압을 얻을 수 있습니다. 이처럼 변압기는 기계적으로 회전하거나 전압을 전자회로로 직접 조절하지 않고 권선 수의 비율과 전자유도를 이용하여 교류전압을 변환합니다. 다만 실제 변압기의 출력전압은 권수비만으로 완벽하게 결정되는 것은 아닙니다. 권선저항, 누설자속, 누설리액턴스와 부하전류 등에 의해 전압강하가 발생할 수 있기 때문입니다.

권수비와 1차·2차 전압은 어떤 관계일까?

이상적인 변압기에서는 1차와 2차의 전압비가 권수비와 같습니다. 기본 관계는 V1 / V2 = N1 / N2로 표현할 수 있습니다. 여기서 V1은 1차 전압, V2는 2차 전압이며 N1과 N2는 각각 1차와 2차 권선의 Turns 수입니다. 예를 들어 1차 권선이 1,000회, 2차 권선이 500회라면 N1는 2:1이 됩니다. 1차측에 220V가 인가된다고 가정하면 이상적인 2차 전압은 약 110V가 됩니다. 반대로 N1이 500회이고 N2가 1,000회라면 1:2의 권수비가 되어 이상적으로 220V 입력에서 440V를 얻을 수 있습니다. 따라서 N2가 N1보다 작으면 Step-down Transformer, N2가 N1보다 크면 Step-up Transformer가 됩니다. 실제 제품에서는 필요한 출력전압뿐 아니라 부하에 따른 전압강하까지 고려하여 권선 설계가 이루어질 수 있으므로 명판의 정격전압과 제조사 사양을 기준으로 사용해야 합니다.

전압이 변하면 1차·2차 전류는 어떻게 달라질까?

이상적인 변압기에서 손실이 없다고 가정하면 입력전력과 출력전력은 같으므로 V1 × I1 ≈ V2 × I2의 관계로 이해할 수 있습니다. 이에 따라 전류비는 권수비와 반대 방향으로 변하며 I1 / I2 = N2 / N1의 관계가 성립합니다. 예를 들어 전압을 220V에서 110V로 절반으로 낮추는 이상적인 변압기에서는 같은 전력을 전달한다면 2차측 전류가 1차측 전류보다 약 두 배 커질 수 있습니다. 반대로 전압을 두 배로 높이면 전달되는 동일 전력 기준으로 전류는 약 절반이 됩니다. 이러한 관계는 전력 송전에서 매우 중요합니다. 같은 전력을 장거리로 전달할 때 변압기로 전압을 높이면 필요한 전류를 낮출 수 있고 전선의 저항에 의해 발생하는 손실 I²R을 크게 줄일 수 있기 때문입니다. 다만 실제 변압기에는 철손과 동손 등의 손실이 존재하므로 출력전력은 입력전력보다 작으며 실제 전류관계도 이상적인 계산에서 일부 차이가 발생합니다.

실제 변압기에서는 왜 계산한 전압과 차이가 날까?

권수비를 이용한 계산은 변압기의 기본원리를 이해하는 데 매우 중요하지만 실제 출력전압은 부하상태에 따라 달라질 수 있습니다. 실제 권선에는 저항이 존재하기 때문에 전류가 흐르면 I×R에 해당하는 전압강하가 발생하며 누설자속에 의한 누설리액턴스도 출력전압에 영향을 줍니다. 따라서 무부하 상태에서 측정한 2차 전압과 정격부하를 연결했을 때의 전압이 서로 다를 수 있습니다. 이러한 특성을 나타내는 지표 중 하나가 전압변동률(Voltage Regulation)입니다. 또한 변압기에는 철심의 히스테리시스손과 와전류손, 권선의 동손 등이 존재하므로 효율도 100%가 될 수 없습니다. 3상 변압기에서는 단순한 권수비 외에도 Y·Δ 결선에 따라 상전압과 선간전압의 관계가 달라지므로 실제 Line Voltage를 계산할 때 결선방식을 함께 고려해야 합니다. 결국 권수비는 변압기 전압변환의 기본을 결정하지만 실제 설비에서는 정격전압과 부하, 결선, 임피던스 및 전압변동까지 함께 확인해야 합니다.