최고의 변압기 성능 확보: 코어 손실 및 무부하 손실에 대한 이해

변압기는 전기 세계에서 매우 중요한 부분입니다. 모든 것에 전력을 공급합니다. 여기에는 휴대폰 충전기는 물론 도시 전체가 포함됩니다. 하지만 변압기는 작동할 때마다 소량의 에너지를 낭비한다는 사실을 알아야 합니다. 이렇게 낭비되는 에너지는 비용이 듭니다. 또한 변압기가 얼마나 잘 작동하는지도 달라질 수 있습니다. 이 글에서는 에너지 손실의 주요 유형에 대해 알아보세요. 이를 코어 손실이라고 합니다. 사람들은 이를 무부하 손실이라고도 합니다. 이러한 손실을 이해하면 올바른 변압기를 선택하는 것이 왜 중요한지 알 수 있습니다. 변압기는 에너지를 절약하고 더 나은 작동을 가능하게 합니다. 변압기 손실에 대해 알아봅시다.

트랜스포머란 무엇이며 손실이 큰 문제인 이유는 무엇인가요?

변압기는 단순한 기계이지만 매우 강력합니다. 변압기는 전기를 한 전압 레벨에서 다른 전압 레벨로 바꿔줍니다. 예를 들어 전봇대에 있는 대형 변압기는 높은 전압을 받아 가정에 더 낮고 안전한 전압으로 바꿀 수 있습니다. 모든 변압기에는 내부에 최소 두 세트의 전선이 있습니다. 이를 권선 또는 코일이라고 합니다. 첫 번째 세트는 전력을 공급받는 1차 권선입니다. 두 번째 세트는 전력을 보내는 2차 권선입니다. 이러한 전선은 대부분 변압기 코어라고 하는 철제 부품으로 감겨 있습니다.

변압기의 작동은 완벽하지 않습니다. 전기가 변압기를 통과할 때 일부 에너지가 손실됩니다. 이러한 변압기 손실은 열이 됩니다. 마치 손을 비비는 것과 같습니다. 마찰로 인해 손이 따뜻해집니다. 작동 중인 변압기도 열을 발생시킵니다. 이 열 손실은 낭비되는 에너지입니다. 이 에너지 손실이 발생하는 이유를 이해하면 더 나은 변압기를 만들 수 있습니다. 이러한 변압기는 더 효율적이 될 것입니다. 특정 손실은 항상 발생합니다. 다른 손실은 전기 사용량에 따라 달라집니다. 따라서 이러한 손실을 처리하는 것은 변압기 설계에서 매우 중요한 부분입니다.

트랜스포머 손실에는 여러 종류가 있나요?

아니요, 변압기 손실에는 여러 종류가 있습니다. 크게 두 가지 그룹으로 분류할 수 있습니다. 첫 번째는 무부하 손실이라고도 하는 코어 손실입니다. 두 번째는 부하 손실로, 구리 손실이라고도 합니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다. 언제 일어납니다. 코어 손실은 항상 존재합니다. 변압기에 전원이 공급될 때마다 발생합니다. 변압기에 전원이 공급되지 않는 경우에도 마찬가지입니다. 그러나 부하 손실은 다릅니다. 부하 손실은 변압기에 부하가 있을 때만 발생합니다.

부하 손실은 권선의 구리선에서 발생합니다. 이 전선은 전기의 흐름에 저항합니다. 전류는 1차 권선과 2차 권선을 통과합니다. 도체 재료는 이 전류 흐름과 싸웁니다. 저항으로 인해 열이 발생합니다. 더 많은 전류가 흐르면 부하 손실이 커집니다. 사람들은 이를 구리 손실이라고 부르기도 합니다. 이는 권선 부품이 구리로 만들어져 있기 때문입니다. 저항으로 인한 이 손실의 양은 매우 빠르게 커집니다. 이는 부하 전류의 제곱을 기준으로 합니다. 예를 들어 부하 전류가 두 배로 증가하면 구리 손실은 4배가 됩니다.

트랜스포머 코어 손실이란 무엇인가요?

코어 손실은 변압기의 자기 코어 내부에서 발생하는 에너지 손실입니다. 이는 교류 자기장 때문에 발생합니다. 변압기가 제 역할을 하려면 이 자기장이 필요합니다. 교류 전류는 1차 코일을 통과합니다. 이로 인해 코어 재료의 자속이 변화합니다. 이 변화하는 자속이 변압기가 에너지를 움직이게 합니다. 변압기는 1차 권선에서 2차 권선으로 에너지를 이동시킵니다. 그러나 이 같은 동작으로 인해 변압기는 에너지를 잃게 됩니다. 손실되는 에너지는 코어 내부에서 바로 열로 전환됩니다.

이러한 손실에는 크게 두 가지 이유가 있습니다. 히스테리시스와 와전류입니다. 히스테리시스와 와전류 손실을 함께 이야기할 때 이를 히스테리시스와 와전류 손실이라고 부릅니다. 이러한 전력 손실은 변압기가 켜져 있으면 항상 존재합니다. 전압이 항상 변화하는 자기장을 만들기 때문입니다. 변압기를 사용하여 램프에 전원을 공급하는지 여부는 아무런 차이가 없습니다. 손실은 항상 발생합니다. 그렇기 때문에 코어 손실을 제어하는 것이 변압기의 효율성에 큰 영향을 미칩니다. 변압기가 밤낮으로 켜져 있으면 이러한 손실로 인해 항상 에너지가 낭비됩니다.

코어 손실을 '무부하 손실'이라고 부르는 이유는 무엇인가요?

'무부하 손실'이라는 이름은 이러한 손실이 언제 발생하는지 이해하는 데 도움이 됩니다. 무부하 상태에서도 손실이 발생하기 때문에 이 이름이 붙었습니다. 부하는 2차 권선에 연결된 것을 말합니다. "부하"는 변압기의 전력을 사용하는 모든 품목입니다. 전구, 모터 또는 컴퓨터가 그 예입니다. 아무것도 연결되지 않은 상태에서도 변압기에는 작은 1차 전류가 흐릅니다. 이 전류는 코어 내부의 자속을 만드는 데 필요합니다.

이 작은 전류는 변압기의 코어가 작동할 수 있도록 준비 상태를 유지합니다. 이 전류는 코어를 자화 상태로 유지합니다. 이 작업에 사용되는 에너지를 무부하 손실이라고 합니다. 이 작업은 변압기가 켜져 있을 때 항상 발생합니다. 따라서 손실은 절대 변하지 않습니다. 장치로 흐르는 부하 전류의 양은 코어 손실에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 변압기가 열심히 작동 중이거나 전혀 작동하지 않는 경우(무부하) 코어 손실은 동일하게 유지됩니다. 이것은 부하 손실과는 매우 다릅니다. 무부하 상태에서는 부하 손실이 0입니다.

트랜스포머 코어에서 히스테리시스 손실이 발생하는 이유는 무엇인가요?

히스테리시스 손실은 코어 손실의 한 부분입니다. 이를 설명하는 좋은 방법은 자기 코어 재료에 작은 자석이 많이 들어 있다고 생각하면 됩니다. 1차 코일의 교류 전류는 한 방향으로 흐릅니다. 이렇게 하면 작은 자석들이 일렬로 정렬됩니다. 그런 다음 전류가 전환되어 반대 방향으로 흐릅니다. 이제 모든 작은 자석이 뒤집혀서 새로운 방향으로 정렬되어야 합니다. 이 과정은 매우 빠르게 반복해서 일어납니다. 코어 소재는 이러한 빠른 변화에 맞서 싸웁니다. 이 싸움을 히스테리시스라고 합니다.

이 '자기 마찰' 또는 히스테리시스는 에너지를 소모합니다. 작은 자석을 계속 뒤집는 데 필요한 에너지는 열로 바뀝니다. 이 열 손실이 바로 히스테리시스 손실입니다. 히스테리시스로 인한 손실량은 코어에 사용된 재료의 유형에 따라 달라집니다. 일부 재료는 다른 재료보다 "마찰"이 적습니다. 변압기의 경우 제작자는 히스테리시스가 낮은 자기 코어 소재를 선택합니다. 실리콘 스틸이 좋은 예입니다. 이러한 선택은 이러한 유형의 에너지 손실을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 자기 방향의 지속적인 변화는 이러한 손실을 유발합니다.

와전류는 변압기에서 어떻게 에너지를 낭비할까요?

코어 손실의 다른 부분을 와전류 손실이라고 합니다. 변압기 코어의 자기장 변화는 한 가지 이상의 역할을 합니다. 2차 코일에서 전압을 생성합니다. 하지만 철심 자체 내부에도 전압을 생성합니다. 철심은 전도성 물질입니다. 따라서 이 전압은 코어 내부에 작은 원형의 전류를 흐르게 합니다. 우리는 이러한 원치 않는 유도 전류를 와전류라고 부릅니다.

이 작은 원형의 전류 흐름은 코어를 통해 이동합니다. 코어 재료는 전기에 대한 약간의 저항이 있습니다. 이 때문에 와전류는 열을 발생시킵니다. 이는 전류가 구리 권선을 통과하여 구리 손실을 일으키는 것과 매우 유사합니다. 이러한 전류에 의해 열로 소실되는 에너지가 와전류 손실입니다. 이 에너지 손실은 전류의 변화 속도와 자속의 강도에 정비례합니다. 자속이 강할수록 더 큰 자력이 생성됩니다. 이는 더 큰 와류를 유도합니다.

변압기에서 와전류 손실을 낮출 수 있을까요?

예, 코어 손실을 줄일 수 있습니다. 특히 스마트 변압기 설계를 통해 와전류 손실을 줄일 수 있습니다. 가장 좋은 방법은 와전류가 흐르기 어렵게 만드는 것입니다. 크고 단단한 금속 조각은 와전류가 크게 형성된다는 것을 알고 있습니다. 따라서 건축업자는 단단한 철제 블록을 사용하는 대신에 적층 코어에서 변압기 코어로. 즉, 코어는 매우 얇은 여러 장의 강철로 만들어져 있습니다. 이러한 시트를 라미네이션이라고 합니다.

각 얇은 시트 또는 라미네이션에는 특수 코팅이 되어 있습니다. 이 코팅은 전기가 통하지 않는 벽 역할을 합니다. 전류가 한 라미네이션에서 다음 라미네이션으로 점프하는 것은 매우 어렵습니다. 이는 와전류가 따라가고자 하는 큰 원형 경로를 끊어버립니다. 전류는 각 얇은 시트 내부의 작은 원으로만 흐를 수 있습니다. 이렇게 하면 와전류라고 하는 훨씬 약한 와전류가 생성됩니다. 이 방법은 총 와전류 손실을 크게 낮춥니다. 적층 코어를 사용하는 것은 와전류로 인한 손실을 최소화하고 변압기 효율을 향상시키는 일반적인 방법입니다. 와전류 흐름을 줄이기 위해 코어를 적층합니다.

핵심 소재가 트랜스포머의 효율을 어떻게 변화시킬까요?

코어 소재는 변압기 성능에 매우 중요한 역할을 합니다. 또한 변압기의 효율에도 영향을 미칩니다. 훌륭한 코어 재료는 두 가지 기능을 잘 수행해야 합니다. 첫째, 자화 및 자화 제거가 쉬워야 합니다. 이는 히스테리시스 손실을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 히스테리시스가 낮은 소재는 변화하는 자기장과 크게 싸우지 않습니다. 이는 에너지 낭비가 적다는 것을 의미합니다. 실리콘 스틸은 자성이 뛰어나고 히스테리시스가 낮기 때문에 많이 사용됩니다.

둘째, 코어 소재는 전기에 대한 저항성이 높아야 합니다. 이는 와전류 손실을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 저항이 높으면 전압이 같아도 와전류가 흐르기 어렵습니다. 실리콘을 강철에 넣으면 저항이 높아집니다. 이것이 변압기에 적합한 또 다른 이유입니다. 라미네이션의 두께도 중요한 역할을 합니다. 라미네이션이 얇을수록 와전류를 더욱 줄이는 데 도움이 됩니다. 주요 목표는 강한 자속을 처리할 수 있으면서도 히스테리시스와 와전류 손실이 가장 작은 재료를 선택하는 것입니다.

코어 손실은 트랜스포머의 작동 방식에 어떤 영향을 미치나요?

코어 손실은 변압기 작동에 실질적인 영향을 미칩니다. 이러한 손실은 항상 발생합니다. 변압기가 켜져 있는 동안에는 지속적으로 에너지가 소모됩니다. 이렇게 낭비되는 에너지는 열이 됩니다. 이 열은 변압기를 더 뜨겁게 만듭니다. 변압기가 너무 뜨거워지면 권선의 절연이 손상될 수 있습니다. 이로 인해 변압기가 오래 지속되지 않을 수 있습니다. 따라서 코어 손실로 인한 열을 제어해야 합니다. 이를 위해서는 냉각 시스템이 필요한 경우가 많습니다.

더 나아가 코어 손실은 변압기 효율을 낮춥니다. 변압기 효율은 투입된 전력 중 얼마나 많은 전력이 유용한 전력으로 나오는지 알려줍니다. 열로 손실되는 모든 전력은 전력을 공급해야 하는 장치에 도달하지 못하는 전력입니다. 변압기의 전체 수명 동안 이러한 지속적인 에너지 손실은 많은 비용을 초래할 수 있습니다. 이는 수년 동안 켜져 있는 대형 전력 변압기의 경우 특히 그렇습니다. 더 나은 전압 조정과 높은 효율은 손실이 적을 때 가능합니다. 그렇기 때문에 전력 회사는 코어 손실이 적은 고효율 변압기에 더 많은 비용을 지불합니다.

변압기에서 코어 손실을 낮추는 가장 현명한 방법은 무엇인가요?

변압기의 코어 손실을 줄이고 성능을 개선하기 위해 제작업체는 두 가지 핵심 사항에 집중합니다. 코어 재료와 코어 제작 방식에 중점을 둡니다. 히스테리시스 손실과 와전류 손실을 모두 해결하는 것이 목표입니다. 첫 번째 단계는 고품질의 코어 재료를 사용하는 것입니다. 히스테리시스가 매우 낮도록 만들어진 특수한 유형의 실리콘 스틸이 있습니다. 일부 신형 변압기 모델에는 비정질 금속 코어를 사용하기도 합니다. 이 경우 히스테리시스 손실이 훨씬 더 낮습니다.

와전류 손실을 방지하려면 라미네이트 코어를 사용하는 것이 가장 좋은 해결책입니다. 라미네이션은 가능한 한 얇아야 합니다. 또한 각 변압기는 다른 변압기와 절연을 위해 좋은 코팅이 필요합니다. 최고 품질의 얇은 적층 코어가 있는 잘 만들어진 변압기는 코어 손실이 매우 낮습니다. 변압기를 선택할 때는 무부하 손실 수치를 확인하세요. 수치가 낮을수록 에너지 낭비가 적고 시간이 지남에 따라 운영 비용이 저렴해집니다. 이는 에너지 사용량을 줄이는 데 도움이 됩니다.

기억해야 할 주요 사항

다음은 변압기 코어 손실에 대한 가장 중요한 아이디어의 간략한 목록입니다:

• 변압기에는 코어 손실(무부하 손실)과 부하 손실(구리 손실)이라는 두 가지 큰 유형의 손실이 있습니다.
• 변압기에 아무 것도 연결되어 있지 않더라도 변압기에 전원이 공급되는 한 코어 손실은 항상 발생합니다.
• 이러한 손실은 변압기 코어에서 히스테리시스 손실과 와전류 손실이라는 두 가지 원인으로 인해 발생합니다.
• 히스테리시스 손실은 코어 재료의 자기장 변화로 인해 발생하는 자기 마찰과 같습니다.
• 와전류 손실은 코어에서 생성되는 원치 않는 작은 전류의 원에서 발생하며, 이로 인해 열이 발생합니다.
• 실리콘 스틸과 같은 특수 소재를 사용하여 히스테리시스 손실을 최소화할 수 있습니다.
• 라미네이션이라고 하는 얇고 절연된 시트로 코어를 만들어 와전류 손실을 최소화할 수 있습니다.
• 코어 손실이 적으면 변압기 효율이 향상되고 낭비되는 열이 줄어들며 전기 요금이 절감됩니다.