[전기전자기초설계] [1]

 1. 전자기 유도 법칙이란 ?

 

 

-          전자기유도법칙 : 다음의 그림에서 초기상태는 자석이 정지해있다. 이후, 자석이 코일에게 다가오면, 코일은 자석을 밀어내는 방향으로 극을 만들어낸다. 현재 N극이 다가오고 있으므로, 코일은 그림에서 표기한대로 위쪽에 N극을 만들어낸다 (작용, 반작용의 법칙으로 생각하면 편리하다). 따라서 자속이 위쪽으로 생성되고, 생성된 자속에 의해 전류가 (파란색 형광펜) 그림에서의 방향으로 흐른다. 따라서 부하 R에는 전압이 걸리고, 이 전압을 유도기전력이라고한다.

 

-          생성된 유도 기전력은 자속의 변화량 * 코일의 권선수와 같다. 엄밀히 따지면 음의부호 (-)를 붙혀줘야한다. (렌쯔의 법칙) 또한, 누설자속 (leakage flux)가 없다고 가정한 경우, 쇄교자속의 변화량과 유도기전력의 크기가 같다.

 

 

 2. 히스테리시스 특성이란? 

 

-  히스테리시스 : 히스테리스 손실이란, 코어에 의해 발생하는 손실이다. 철심에 자기장을 가해주면, 자속(자속밀도)은 증가한다. Bmax 지점까지 자계강도를 올려서 가해준 후, 가해준 자계를 반대로 가하면 자기장이 0이 되었을 때 자속이 0이 되지 않는다. 이를 잔류자속이라고 한다. (H-B 곡선에서는 잔류자속밀도이다). 이와같은 자계의 크기변화를 계속하면 위의 그림과 같이 폐곡선이 하나 생성되고, 이를 히스테리시스 루프라고 한다. 자계가 0이되었을 때 자속이 0이 되지않는 이유는, 철심(core) 내부의 자구들이 자계의 변화에 뒤쳐져서 따라가기 때문이다. 내부에서 서로 충돌하여 자속이 0이 되지 않고, 자속을 0으로 만드려면 반대방향으로 일정한 자계를 가해야한다. 잔류자속이 0이되는 지점을 “보자력” 이라고한다.

 

-  히스테리시스 손실은 위의 그림의 식으로 계산할 수 있다. 히스테리시스 손실 Ph = Kh * f * Bmax^n 이다. 여기서 Kh 는 재료에 따라 달라지는 비례상수, f 는 주파수, n은 스타인메츠 지수 (1.5~2.5)이다. 이 식에 코어의 중량을 곱하면, 히스테리시스 손실을 구할 수 있다.

 

-  히스테리시스 루프는 한 주기당 한바퀴씩 돈다.

 

-  H-B 곡선에서의 히스테리시스 루프의 면적은 손실에너지 밀도 , I-자속 곡선에서의 히스테리시스 루프의 면적은 손실에너지이다.

 

 

 

  3. 이상적인 변압기와 실제변압기의 차이는?

 

 - 이상적인 변압기에서는 입,출력 전압 모두 손실이 없다. 하지만 실제 변압기에서는 권선저항, 누설자속, 철손, 동손등에 의하여 손실이 발생한다. 철손(히스테리시스 손실+와류손실)은 열로 방출되고 권선저항에서도 손실이 생긴다. 따라서 입. 출력전압이 이상적 변압기와 달리 실제 변압기에서는 더 낮아진다.

 

 

 

 4. 실제 변압기의 내부변수(저항, 철손, 동손)를 측정하는 방법을 조사하시오.

 

 - 실제 변압기의 내부변수를 측정하는 방법에는

  1. 직류저항 측정을 통해서 권선저항을 측정한다.

  2. 무부하시험을 통해 철손을 측정한다. (철손 = 히스테리시스손실 + 와류손실)

  3. 단락시험을 통해 동손을 측정한다. (동손은 2차측 부하에 의해 발생하는 손실을 의미한다.)