철심에서 열이 나는 원인 철손, 히스테리시스 손실과 와류 손실

철손 : 시간적으로 변화하는 자기 화력 때문에 열이 발생하여 생기는 철심의 전력 손실


외부에서 걸어준 자기자석의 세기(H)를 줄여주면 포화 전의 그래프로 돌아갈 수 있을까?
-> 돌아가지 못한다.

왜 포화전의 그래프로 돌아갈 수 없을까?
이유는 바로 손실(열)이 발생하기 때문이다.

자화 시키는 방향을 역방향으로 바꿀 때마다 히스테리시스 곡선의 면적에 비례하는 손실이 발생한다.
즉, 히스테리시스 곡선을 일주할 때마다 곡선 면적에 해당하는 단위 체적당 에너지가 자성체의 온도를
상승시키는 열로 소비된다.

히스테리시스 손실 P = kfBm^n
k = 히스테리시스 상수
f = 주파수
Bm = 자속밀도
n = 주로 쓰는 규소강판 철심의 경우 1.6


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14. 히스테리시스 손실(철손)이란 무엇인가?

와류손 : 맴돌이 손실 표면을 흐르는 맴돌이 전류가 도체의 저항 때문에 줄 열이 발생하여 생기는 전력 손실

코일을 예로 들면 코일의 면에서 자기장의 크기가 변화하게 되면 유도전류가 생성된다.
이때 유도전류는 거의 한 방향으로 흐른다.

하지만 넓은 금속판의 경우는 다르다. 넓기 때문에 자기장이 발생했을 때 생기는 유도 전류는 임의로 흐른다.
이때의 유도전류를 '와전류'라고 한다.

와전류 손실 P = k(f^2)(Bm^2)*t/ ρ
f = 주파수
Bm = 자속밀도
t = 두께
ρ = 저항률

와전류 손실을 줄이기 위해서는
1. 얇은 판을 사용한다.
2. 불순물 넣어서 저항률을 크게 한다.

두꺼운 철심을 통으로 사용하게 되면 와전류의 크기가 커지고
두꺼운 철심을 잘게 잘게 나누어 얇은 판으로 만들면 획기적으로 와전류 손실을 줄일 수 있다.

철심 재료인 순철에 규소와 같은 불순물을 넣어 저항률을 크게 하면 와전류 손실을 줄일 수 있다.
순철 + 규소 -> 규소강판 철심

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15. 와전류 손실(철손)이란 무엇인가?

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철손은
히스테리시스 손 (f*Bm^n에 비례) 80%
+
와류손 ((f^2)*Bm^2에 비례) 20%

로 구성되어 있다.

과거에는 히스테리시스 손이 80%의 크기로 큰 영향을 끼쳤지만
최근 기기들 LED와 같은 반도체 기반의 부하들이 많아지면서 고조파가 많아졌다.
ex) 3 고조파 = 60헤르츠 * 3 = 180 헤르츠
와류손은 주파수의 제곱에 비례하므로 최근 고조파의 증가는 와류손이 미치는 영향을 크게 만들었다.


변압기 용량 산정 시 철손
변압기 아래에 여러 부하들이 연결되게 된다. 이때 단순히 부하들의 용량을 가지고 변압기 용량을 산정하면 안 된다.
철손(히스테리시스 손 + 와류손)에 의한 열 발생이 부하가 하나 더 있다고 생각하고 변압기의 과열에 미치는
영향을 고려한 가중치를 두어 변압기 용량을 산정해야 한다.