개념 한 쪽
변압기의 손실은 철손과 동손으로 나뉜다. 철손은 철심에서 나는 손실로 히스테리시스손과 와전류손을 합한 것이며, 부하와 거의 무관하다. 히스테리시스 손실은 B-H 곡선의 면적에 비례한다는 원리와 함께, 철손과 동손의 감소 대책을 구분하는 것이 이 개념의 핵심이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「히스테리시스 손실 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 철손 감소 대책 판별 | 1 | 동손 대책을 철손 대책에서 가려내기 |
| 철심 조건 오답 찾기 | 1 | 저항 크기 요건을 반대로 쓴 틀린 조건 가리기 |
| 루프 면적과 손실 관계 | 1 | 히스테리시스 손실과 B-H 곡선 면적의 관계 판정 |
변압기의 손실은 크게 철손과 동손으로 나뉜다. 철손은 철심에서 나는 손실로 히스테리시스손과 와전류손을 합한 것이며 부하와 거의 무관하다. 동손은 권선 저항에 전류가 흘러 생기는 손실로 전류의 제곱에 비례하고 부하손이라고도 부른다.
히스테리시스 손실은 자구(작은 자석 조각)가 교류 자계에 따라 자화와 반자화를 반복하며 방향을 계속 바꿀 때 에너지가 열로 소모되어 생긴다. 이 손실의 크기는 B-H 곡선(히스테리시스 루프)이 감싸는 면적에 비례한다. 루프 면적이 작을수록 한 사이클당 잃는 에너지가 작아지므로 손실이 적다. 잔류자기나 보자력 값 자체가 손실의 대소를 직접 결정하지는 않는다.
와전류 손실은 자속 변화가 철심에 유도기전력을 일으키고, 그 힘으로 철심 속을 맴도는 전류(와전류)가 흘러 열로 소비되어 생긴다. 와전류 손실은 철심의 전기 저항이 클수록 줄어들므로, 얇은 규소강판을 절연하여 겹쳐 만든 성층 철심으로 제작한다. 규소를 첨가하는 것도 저항을 크게 하기 위해서다.
이런 성질 때문에 변압기 철심은 고투자율, 높은 전기 저항, 작은 히스테리시스손 계수를 갖추어야 한다. 투자율이 크면 적은 자화력으로 큰 자속을 만들 수 있고, 히스테리시스손 계수가 작으면 자화 반전에 따른 손실이 줄어든다. 고배향성 규소강판과 아몰퍼스 합금은 대표적인 저손실 철심 재료다.
철손을 줄이는 대책은 자속밀도를 낮추거나 저손실 철심 재료를 쓰는 것이다. 반면 권선의 단면적을 늘리면 권선 저항이 줄어들 뿐이므로 동손 감소 대책이지 철손 대책이 아니다. 손실 대책 문제는 그 대책이 철심에 속하는지 권선에 속하는지 가리면 풀린다.
히스테리시스 손실과 루프 면적의 관계를 묻는 문제는 비례 방향을 뒤바꾼 선지를 함정으로 낸다. 히스테리시스 손실은 B-H 루프의 면적에 비례하므로 면적이 작을수록 손실이 적다. 면적이 클수록 손실이 적다고 하거나, 잔류자기 값이 손실을 직접 결정한다고 하면 틀리다.
철심 조건 문제에서는 '전기 저항이 작을 것'을 옳은 조건처럼 쓰는 함정이 나온다. 와전류손은 저항에 반비례하므로 저항은 커야 한다. 성층 철심을 만드는 이유도 저항을 키우기 위한 것이다.
철손 감소 대책 문제에서는 권선 단면적 증가를 철손 대책으로 보이게 쓴다. 단면적·저항이 나오면 동손 쪽이므로 철손 대책이 아님을 가려야 한다.
변압기의 손실 중 철손의 감소 대책이 아닌 것은?
정답 ② · 철손은 히스테리시스손과 와류손의 합으로, 자속밀도를 낮추거나 고배향성 규소강판·아몰퍼스 합금 등 저손실 철심재료를 사용하면 감소시킬 수 있습니다. 권선의 단면적을 늘리는 것은 저항을 줄여 동손(권선손)을 감소시키는 대책이지 철손과는 무관하므로 철손 감소 대책이 아닙니다.
철손 대책은 자속밀도 감소와 저손실 철심재료(규소강판·아몰퍼스)이고, 권선 단면적 증가는 동손 대책이다.
변압기의 철심이 갖추어야 할 조건으로 틀린 것은?
정답 ② · 변압기 철심 재료는 투자율이 크고, 히스테리시스손 계수가 작으며, 와전류손 저감을 위해 얇은 규소강판을 성층하여 사용해야 합니다. 특히 전기 저항은 **커야** 와전류손이 줄어드는데, 이 문제에서는 "전기 저항이 작을 것"이라고 하여 틀린 조건을 제시하고 있습니다.
변압기 철심은 고투자율·고전기저항·저히스테리시스손이어야 하므로 '전기 저항이 작을 것'은 틀리다.
히스테리시스 손실과 히스테리시스 곡선과의 관계는?
정답 ② · 히스테리시스 손실은 자화-반자화 과정에서 자성체 내부의 자구가 재배열되며 열로 소모되는 에너지로, 그 크기는 히스테리시스 곡선(B-H 곡선)이 감싸는 면적에 비례한다. 즉 곡선의 면적이 클수록 손실이 크고, 면적이 작을수록 손실이 적다.
히스테리시스 손실은 B-H 곡선(루프)의 면적에 비례하므로 면적이 작을수록 손실이 적다.
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