적층 스택의 자기적 특성 검증

재료 검사 증명서는 제어된 시험 조건 하에서 전기강판이 어떤 성능을 보였는지를 알려줍니다. 그러나 이 증명서는 해당 재료가 펀칭, 적층, 맞물림, 접착, 용접 또는 클램핑을 거친 후 어떻게 반응할지에 대해서는 알려주지 않습니다.

그 차이는 중요합니다.

적격 판재라도 적층 시 불량한 적층체가 될 수 있습니다. 절단 응력으로 인해 투과율이 저하될 수 있습니다. 버(burr)로 인해 인접한 층들이 서로 연결될 수 있습니다. 용접 과정에서 열, 잔류 응력, 의도하지 않은 전류 경로가 발생할 수 있습니다. 적층체는 겉보기에는 정상으로 보일 수 있습니다. 치수상으로도 기준을 충족할 수 있습니다.

자석적으로는, 아마도 아닐 겁니다.

간단한 답변

• 투과도 시험 ...가 얼마나 쉽게 라미네이션 스택 자기 플럭스를 전달한다.
• 코어 손실 시험 스택이 에너지를 열로 변환하는 정도를 측정합니다.
• B-H 루프 테스트 자화력, 잔자화, 포화 거동 및 자기 사이클당 손실을 나타냅니다.
• 가장 유용한 검증 방법은 세 가지 조건, 즉 투입된 시트, 가공된 기준 스택, 그리고 완성된 자기 코어를 비교하는 것입니다.

어떤 단일 측정값만으로는 모든 것을 설명할 수 없습니다. 이 세 가지 결과는 종합적으로 해석해야 합니다.

시트 데이터만으로는 완성된 적층재의 성능을 완전히 예측할 수 없는 이유

전기강판은 와전류의 순환을 억제하기 위해 얇고 절연 처리된 시트로 제조됩니다. 이러한 시트가 생산 공정에 투입되면 자성 특성이 변할 수 있습니다.

일반적인 원인으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 펀칭 또는 전단 가공으로 인한 잔류 응력
• 절단 또는 용접으로 인한 열영향부
• 인접한 라미네이션 사이에 전기적 연결을 형성하는 버
• 표면 단열재 손상
• 맞물림 지점 주변의 소성 변형
• 과도한 클램핑 응력 또는 압입 응력
• 불균일한 접착층
• 롤링 방향 정렬 오류
• 맞물림이 제대로 되지 않은 이음매
• 예상보다 낮은 적재율
• 국부적인 공기 틈 또는 스택의 요철

그 영향이 항상 똑같은 방식으로 나타나는 것은 아닙니다.

버(burr)로 인한 단락은 저주파 자화 곡선이 거의 변하지 않는 반면, AC 코어 손실을 뚜렷하게 증가시킬 수 있습니다. 기계적 응력은 투자율을 감소시키고 자화 전류를 증가시킬 수 있지만, 포화 자속 밀도는 거의 변하지 않을 수 있습니다. 이 두 가지 문제가 동시에 발생하면, 동일한 배치에서 제작된 링 시편에 비해 전체 코어의 상태가 더 나빠 보일 수 있습니다.

이것이 바로 라미네이션 스택의 자성 시험을 별도로 수행해야 하는 이유입니다. 재료 품질, 제조 효과및 최종 조립 효과.

투과율, 코어 손실 및 B-H 루프 시험 비교

이 측정값들은 중복될 뿐, 서로를 대체하지는 않습니다.

코어 손실은 얼마나 많은 에너지가 소모되고 있는지를 알려줍니다. 투자율은 스택을 얼마나 강하게 구동해야 하는지를 나타냅니다. B-H 루프는 이러한 관찰 결과들을 연결해 주며, 종종 다음으로 조사해야 할 부분을 제시해 줍니다.

투과도 시험의 원리

단순 선형 재료의 경우:

mu = B / H

여기서:

• mu는 절대 투자율이며,
• B는 테슬라 단위의 자속 밀도이며,
• H는 암페어/미터 단위의 자기장 세기이다.

전기강판은 비선형적입니다. 전기강판의 투자율은 자속 밀도, 주파수, 재료 방향, 응력, 온도 및 자기 이력에 따라 달라집니다. 이러한 조건을 고려하지 않고 투자율 값 하나만 제시하는 것은 충분하지 않습니다.

어떤 투과도를 보고해야 할까요?

상대적 투과성

mu_r = mu / mu_0

이는 해당 물질을 공극과 비교한 것입니다.

진폭 투과율

mu_a = B_peak / H_peak

이는 교류 작동 시 일반적으로 유용합니다. 결과에는 시험 주파수와 피크 자속 밀도가 반드시 포함되어야 합니다.

차등 투과성

mu_d = dB / dH

이는 자화 곡선의 국소적 기울기를 나타냅니다. 이 값은 곡선 전반에 걸쳐 변화하며, 물질이 포화 상태에 가까워질수록 감소합니다.

증분 투과도

증분 투과율은 직류 동작점 주변의 미세한 자기 편차로부터 구할 수 있습니다. 이는 자기 코어가 직류 바이어스와 함께 교류 리플을 전달할 때 관련이 있습니다.

본질적 투과율 대 유효 투과율

시트 시편을 사용하면 재료 자체를 연구할 수 있습니다. 완성된 적층 스택에는 접합부, 공기층, 체결 부품, 클램핑 응력 및 형상이 포함됩니다.

따라서 완성된 코어에서 얻은 값은 종종 전체 자기 회로의 유효 투과율. 이를 전기강의 고유 투과율로 제시해서는 안 된다.

이러한 표현은 오해의 소지가 있는 비교를 방지합니다.

코어 손실 시험의 원리

적층체의 자기 상태가 반복적으로 반전되면, 입력된 에너지 중 일부가 열로 변환됩니다. 한 주기를 거치는 동안 단위 부피당 발생하는 에너지 손실은 B-H 루프 내부의 면적으로 나타낼 수 있습니다.

체적 전력 손실은 다음과 같이 표현할 수 있다:

P_v = f * ∫(H dB)

여기서:

• P_v는 W/m³ 단위의 체적 코어 손실이며,
• f는 헤르츠 단위의 주파수이며,
• integral(H dB)는 1주기당 J/m³ 단위의 B-H 루프 면적입니다.

비표적 손실은 일반적으로 W/kg 단위로 표시됩니다:

P_s = P_v / ρ

여기서 ρ는 물질의 밀도이다.

코어 손실은 일반적으로 다음 요소들의 조합으로 간주됩니다:

P_core = P_h + P_e + P_ex

여기서:

• P_h는 히스테리시스 관련 손실이며,
• P_e는 고전적인 와전류 손실이며,
• P_ex는 과잉 동적 손실입니다.

이러한 구성 요소들은 분석에 유용하지만, 세 가지 직접 측정된 값으로 간주해서는 안 됩니다. 이를 분리하기 위해서는 적절한 주파수 대역과 자속 밀도 수준에 걸쳐 측정을 수행한 뒤, 명시된 손실 모델을 적용해야 합니다.

생산 품질 관리를 위해, 목표 작동점에서 발생하는 총 손실이 더 신뢰할 수 있는 합격 기준으로 자주 사용됩니다.

유동 밀도 파형 제어가 중요한 이유

자속 밀도는 감지 권선에서 유도된 전압을 바탕으로 계산됩니다:

B(t) = [1 / (N_2 A_e)] ∫ v_2(t) dt

여기서:

• N_2는 감지 권선 수이며,
• A_e는 유효 자기 단면적이며,
• v_2(t)는 시간의 함수인 유도 전압이다.

사인파 형태의 유도 전압은 대략 사인파 형태의 자속 밀도 파형을 생성합니다. 여기 전류가 반드시 사인파 형태를 유지할 필요는 없습니다. 포화 상태에 가까워지면, 이 전류는 종종 급격히 왜곡되곤 합니다.

이 차이점은 쉽게 간과되기 쉽습니다.

두 실험실에서 동일한 주파수와 공칭 자속 밀도로 동일한 적층 스택을 시험하더라도, 한 실험실에서는 전류 파형을 제어하고 다른 실험실에서는 유도 전압 파형을 제어할 경우 서로 다른 손실 값이 보고될 수 있다.

모든 보고서에는 어떤 항목이 통제되었는지 명시해야 합니다.

B-H 루프가 밝혀주는 것

B-H 루프는 단순한 시각적 곡선이 아니라 측정 데이터로 간주되어야 합니다.

강제장

자화장 H_c는 B를 다시 0으로 되돌리기 위해 필요한 역자화장입니다.

강제 자기장의 강도가 증가하면 자기 도메인의 이동이 더 어려워졌음을 나타낼 수 있습니다. 절단 응력, 소성 변형, 잔류 응력 및 열영향부가 그 원인으로 작용할 수 있습니다.

잔류 자속 밀도

잔류 자속 밀도 B_r은 인가된 자기장이 0으로 돌아갔을 때 남아 있는 자속 밀도를 말합니다.

이는 재료, 최대 여기 상태, 자기 이력, 그리고 시편이 안정된 주기적 상태에 도달했는지 여부에 따라 달라집니다.

루프 지역

이 그림의 테두리 안쪽 면적은 1주기당 단위 부피당 에너지 손실을 나타냅니다. 동일한 피크 자속 밀도와 주파수에서 루프 면적이 클수록 자기 에너지 손실도 커집니다.

루프 경사도

경사는 투수성과 관련이 있습니다. 경사가 작아지면 응력 손상, 접합 불량, 의도하지 않은 공기층, 또는 자재 배향 오류 등을 시사할 수 있습니다.

포화 영역

포화 상태에 가까워지면, H가 크게 증가해도 B는 약간만 증가합니다. 그러면 여기 전류가 급격히 상승합니다.

저자속 밀도에서만 시험을 실시하면 이러한 현상을 파악하지 못할 수 있습니다. 포화 상태 근처에서만 시험을 실시하면 저자기장 투과율 손상을 파악하지 못할 수 있습니다. 여러 작동 지점에서 시험을 실시하는 것이 더 좋습니다.

루프 비대칭성

변위되거나 비대칭적인 루프는 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다:

• DC 오프셋
• 잔류 자화
• 센서 제로 오차
• 양성 및 음성 여기의 불균형
• 채널 타이밍 오류
• 경기 일정 불균형

시편 또는 측정 연결을 반대로 한 뒤 시험을 다시 수행하십시오. 비대칭 현상이 측정 시스템에 따라 이동한다면, 재료에 문제가 있는 것은 아닐 수 있습니다.

적합한 라미네이션 스택 시험 시편 선택하기

1. 입고 시트 견본

스트립 또는 단일 시트 시편을 사용하여 기본 전기강판을 검증하십시오.

이 레벨은 다음 대상에게 적합합니다:

• 입고 자재 검사
• 코일 간 비교
• 롤링 방향 확인
• 기준선 손실 및 투과도 데이터
• 응력 제거 어닐링의 효과 확인

이는 최종 생산 공정을 재현하지 않습니다.

2. 처리된 위트니스 스택

처리된 증인 검체는 다음을 동일하게 사용해야 합니다:

• 전기강판 배치
• 시트 두께
• 절단 방법
• 공구 여유 공간
• 버 방향
• 상호 결합 또는 접합 공정
• 용접 파라미터
• 클램핑 조건
• 후처리

고리 모양의 위트니스 스택은 거의 폐쇄된 자기 경로를 형성하기 때문에 유용합니다. 이 스택은 전체 부품에 필요한 복잡한 접합부 없이도 제조 과정에서 발생한 손상을 격리하는 데 도움이 됩니다.

3. 완성된 자성 코어

전체 고정자 스택을 테스트하고, 로터 스택, 변압기 코어 또는 조립된 자기 부품의 경우, 최종 형상이 성능에 영향을 미치는 경우.

완성 코어 테스트에서는 다음 사항을 확인합니다:

• 관절 틈새
• 용접 위치
• 압입 응력
• 클램핑 힘
• 스택 정렬
• 국부 변형
• 자기 경로의 전체적인 거동

실용적인 검증 체인은 다음과 같습니다:

입력 시트 → 처리된 위트니스 스택 → 완성된 코어

성능이 변화하는 지점을 파악하면, 그 원인이 되는 프로세스를 찾아내는 데 도움이 됩니다.

실용적인 라미네이션 적층 테스트 절차

1. 이 표본의 정체를 밝혀내십시오. 재료 등급, 코일 배치 번호, 공칭 두께, 압연 방향, 절단 방법, 적재 높이, 층 수, 접합 방법, 질량 및 시험 온도를 기록하십시오.
2. 유효 단면적을 구하시오. 명목상 시트 두께에 층 수를 곱한 값에만 의존해서는 안 됩니다. 코팅 두께, 틈, 요철 및 적층 계수가 결과에 영향을 미칩니다.
3. 자화 경로의 길이를 구하시오. 균일한 링의 경우 이 계산은 비교적 간단합니다. 이 계산 결과는 이음매가 있거나 형상이 복잡한 코어의 경우 유효값이 됩니다.
4. 필요할 경우 시편의 자성을 제거하십시오. 그런 다음, 연속된 B-H 루프가 반복 가능해질 때까지 이 과정을 반복합니다.
5. 작동점을 설정하십시오. 주파수, 피크 자속 밀도, 파형, 온도 및 직류 바이어스(있는 경우)를 기록하십시오.
6. 유도 전압과 여기 전류를 측정하십시오. 회전 수, 채널 극성 및 타이밍 정렬을 확인하십시오.
7. B-H 루프, 투과율 및 코어 손실을 계산하십시오. 사용한 모든 공식과 수정 사항을 모두 기재하십시오.
8. 테스트를 다시 수행하십시오. 고정 장치에 민감한 측정의 경우, 측정을 반복하기 전에 시편을 제거했다가 다시 장착하십시오.
9. 동등한 조건을 비교해 보십시오. 주파수, 파형, 자속 밀도, 온도, 방향 및 시편 정의가 일치해야 합니다.

시험 결과를 활용한 제조 문제 진단

이 표는 진단상의 출발점일 뿐, 근본 원인을 입증하는 것은 아닙니다. 통제된 비교 실험을 통해 의심되는 메커니즘을 확인하십시오.

스택 결함과 유사해 보일 수 있는 측정 오류

전류 채널과 전압 채널 간의 미세한 위상 오차는 측정된 손실에 큰 오차를 초래할 수 있으며, 특히 실제 자기 손실이 피상 전력에 비해 작은 경우 더욱 그러합니다.

그 밖의 흔한 오류로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 1차 또는 2차 권선 수 계산 오류
• 통합기 드리프트
• 채널 극성 오류
• 잘못된 평균 자기 경로 길이
• 유효 자화 면적 대신 명목 자화 면적의 사용
• 시편 주변의 기류 기여도
• 권선 저항이 고려되지 않음
• 기기 적재
• 샘플링 주파수가 부족함
• 제로 교차점 부근의 전기적 노이즈
• 반복 시험 중 온도 상승
• 일관되지 않은 클램핑 압력
• 안정적인 주기적 상태에 도달하기 전의 시험

겉보기에는 매끄러워 보이는 B-H 루프가 측정 결과가 정확하다는 것을 증명하지는 않습니다. 교정, 채널 데스키우, 기준 시편, 그리고 재현성 검사는 여전히 중요합니다.

라미네이션 스택 수락 사양서 작성

유용한 사양은 최대 W/kg 값 이상의 내용을 명시해야 합니다.

포함:

• 시료 유형 및 처리 조건
• 재료의 방향
• 시험 빈도
• 최대 플럭스 밀도 또는 편광도
• 제어된 파형
• 시험 온도
• 최대 비표면 손실
• 최대 흥분 전류 또는 피상 전력
• 정의된 작동점에서 최소 투과도
• 해당되는 경우, 최대 잔류 자화장
• 유효 면적 및 경로 길이법
• 샘플 수량
• 재시험 규정
• 측정 불확도
• 입력 시트의 기준선에서 허용되는 변경 사항

제조 과정에서의 성능 저하는 다음을 통해 추적할 수 있습니다:

손실 증가율 (%) = [(처리된 P – 시트당 P) / 시트당 P] * 100

이 비율은 절대 손실 한도와 함께 적용해야 합니다. 원자재가 이미 설계 한도에 근접해 있는 경우, 비율이 소폭 증가하는 것만으로도 허용될 수 없습니다.

맞춤형 라미네이션 스택을 요청할 때 제공해야 할 정보

실질적인 엔지니어링 검토 또는 견적을 받으시려면 다음 정보를 제공해 주십시오:

• 라미네이션 및 적층 도면
• 전기강판 등급
• 명목 시트 두께
• 롤링 방향 관련 요구 사항
• 스택 높이 및 허용 오차
• 절단 방법
• 가입 방법
• 버 방향 요건
• 예상 작동 주파수
• 목표 최대 플럭스 밀도
• 온도 범위
• 필수 핵심 손실 또는 투자율 한계치
• 검사 보고서 요건
• 예상 연간 물량

이러한 세부 사항을 통해 제조 및 자기적 요구 사항을 종합적으로 검토할 수 있습니다. 저비용 적층 방식이라 하더라도, 완제품에서 손실, 발열, 소음 또는 자화 전류를 증가시킨다면 더 이상 저비용이라고 할 수 없습니다.

자주 묻는 질문

시트 적격성 검증부터 완성된 코어에 대한 신뢰까지

라미네이션 스택에 대한 자기적 시험은 전기강판이 입고 당시 규격에 부합했는지 여부를 확인하는 것 이상의 의미를 가져야 한다.

절단 후, 적층 후, 접합 및 최종 조립 후의 모습을 보여줘야 합니다.

투과율 시험은 스택이 자속을 얼마나 잘 전달하는지를 측정합니다. 코어 손실 시험은 열로 변환되는 에너지를 측정합니다. B–H 루프는 전체 사이클에 걸쳐 자기 상태가 어떻게 변화하는지를 보여줍니다.

이러한 측정값들을 종합적으로 살펴보면, 재료상의 문제와 제조상의 문제를 구분할 수 있으며, 제조상의 문제와 조립상의 문제도 구분할 수 있습니다.

맞춤형 적층 구조를 개발하는 경우, 기술 검토를 요청하기 전에 재료 등급, 시트 두께, 적층 도면, 작동 주파수, 목표 자속 밀도, 접합 방법 및 필요한 검사 수준을 미리 준비해 두십시오. 이러한 정보를 바탕으로 제조 가능성과 자기 성능을 하나의 공학적 문제로 종합적으로 평가할 수 있습니다.