[국내논문]자속밀도 파형제어에 의한 토로이달 벌크 전기강의 자기특성 측정 Experimental Measurement of Magnetic Properties of a Toroidal-type Bulk Electrical Steel using B-waveform Control원문보기
Magnetic properties of electrical steel are, in general. measured by using Epstein frame or single sheet tester (SST). These methods, however, require very strict regulation of a specimen in its size and shape. thus, can not be easily applied to various types of specimen. On the other hand, a ring-t...
Magnetic properties of electrical steel are, in general. measured by using Epstein frame or single sheet tester (SST). These methods, however, require very strict regulation of a specimen in its size and shape. thus, can not be easily applied to various types of specimen. On the other hand, a ring-test method, which measures only the isotropic properties, can be easily applied to most cases because it requires a toroidal-type specimen of arbitrary size. This method, especially, is considered as an unique available method for a bulk-type specimen. In this paper, a ring-test method is developed, and applied to the measurement of magnetic properties of a bulk-type electrical steel with a toroidal-type specimen. In the measurement, the magnetic properties and iron losses are measured and compared with each other at the both sinusoidal magnetic flux density and sinusoidal magnetic field intensity conditions under 0.2Hz and 60Hz alternating magnetic fields excitation. Through experimental measurements, a sinusoidal magnetic flux density condition is proven appropriate for the measurement of magnetic properties, including iron loss characteristics, of electrical steels.
Magnetic properties of electrical steel are, in general. measured by using Epstein frame or single sheet tester (SST). These methods, however, require very strict regulation of a specimen in its size and shape. thus, can not be easily applied to various types of specimen. On the other hand, a ring-test method, which measures only the isotropic properties, can be easily applied to most cases because it requires a toroidal-type specimen of arbitrary size. This method, especially, is considered as an unique available method for a bulk-type specimen. In this paper, a ring-test method is developed, and applied to the measurement of magnetic properties of a bulk-type electrical steel with a toroidal-type specimen. In the measurement, the magnetic properties and iron losses are measured and compared with each other at the both sinusoidal magnetic flux density and sinusoidal magnetic field intensity conditions under 0.2Hz and 60Hz alternating magnetic fields excitation. Through experimental measurements, a sinusoidal magnetic flux density condition is proven appropriate for the measurement of magnetic properties, including iron loss characteristics, of electrical steels.
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문제 정의
본 논문에서는 벌크 전기강의 자기이력곡선(Hysteresis loop)과 철손 특성을 측정하기 위하여 토로이달 링 형태의 시료를 이용한 자기특성 측정 시스템을 개발하였다. 자기 특성 측정에서 와전류에 의한 영향을 최소화하기 위해 0.
본 논문에서는 토로이달 벌크 전기강의 자기특성 및 철손측정 시스템을 개발하였다. 토로이달 링 전기강의 자기 특성측정 시스템은 LabVIEW를 이용하여 개발된 프로그램으로 PC를 통해 제어되기 때문에 다음과 같은 장점을 갖는다.
본 논문에서는 전기기기에 널리 이용되는 전기강의 특성측정을 위하여 토로이달 링 전기강의 자기특성측정 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 엡스타인 장치 또는 SST 와는 달리 시료의 모양과 크기가 비교적 자유롭고, 벌크 형태의 시료에 대해서도 적용이 가능하기 때문에 그 활용도가 매우 높을 것으로 판단된다.
제안 방법
자기 특성 측정에서 와전류에 의한 영향을 최소화하기 위해 0.2Hz 의 교번자계 특성을 측정하였으며, 와전류에 의한 영향을 비교하기 위하여 60Hz의 정현파 자계세기 조건에서의 측정을 병행하였다. 또한, 교번여자에서의 정현파 자속밀도 조건과 정현파 자계세기 조건에서의 특성을 비교함으로써 정확한 철손을 측정하기 위해서는 정현파 자속밀도 조건에서 측정이 이루어져야 함을 보여, 이로부터 교번자계 하에서의 자기 특성 측정에 관한 기준을 제시하였고 자기특성 및 철 손의 측정 방법에 대하여 고찰하였다.
2Hz 의 교번자계 특성을 측정하였으며, 와전류에 의한 영향을 비교하기 위하여 60Hz의 정현파 자계세기 조건에서의 측정을 병행하였다. 또한, 교번여자에서의 정현파 자속밀도 조건과 정현파 자계세기 조건에서의 특성을 비교함으로써 정확한 철손을 측정하기 위해서는 정현파 자속밀도 조건에서 측정이 이루어져야 함을 보여, 이로부터 교번자계 하에서의 자기 특성 측정에 관한 기준을 제시하였고 자기특성 및 철 손의 측정 방법에 대하여 고찰하였다.
그러므로 이 방법을 적용하는 경우에도 여자 전류의 주파수는 가능한 낮게 유지하는 것이 바람직할 것으로 생각된다. 이러한 이유로 본 논문에서는 여자전류의 주파수를 0.2Hz로 하였다.
하였다. 또한 여자전류의 주파수가 낮은 경우 발열에 의한 오차를 최소화하기 위하여 냉각장치를 설치하였다. 여자권선은 직경 0.
1mm의 단선을 35tum 기준으로 주파수에 따라 가감하였다. 통상 측정권선은 여자권선과 비슷하거나 많이 감는 것으로 알려져 있으나, 측정권선의 권선수가 증가하면 권선자체의 임피던스 증가로 인해 노이즈에 취약한 단점을 가지므로 본 논문에서는 신호증폭용 앰프(Signal amp- lifier)를 사용하고 측정권선의 권선수를 최소로 하였다.
측정 시스템을 나타내었다. 측정 시스템은 신호처리용 컴퓨터와 아날로그 신호의 발생 및 수집을 위한 DAQ보드, 여자용 전력증폭기 (Power amplifier), 여자 전류측정용 직렬저항 및 원형의 시료에 감겨진 여자권선 그리고 측정권선 (B-coil)으로 구성된다.
강판의 특성을 비교하였다. 실험에서 여자전류의 주파수는 0.2Hz를 유지하였으며, 측정범위는 JIS 규정을 참고하여 자계의 세기를 5000[A/m]까지로 제한하였다 [10], 또한, 시료 내에서 발생하는 와전류 손실을 비교하기 위하여 여자전류의 주파수가 GOHz인 경우에도 측정하였다.
개발된 시스템은 엡스타인 장치 또는 SST 와는 달리 시료의 모양과 크기가 비교적 자유롭고, 벌크 형태의 시료에 대해서도 적용이 가능하기 때문에 그 활용도가 매우 높을 것으로 판단된다. 자기이력곡선과 초기 자화곡선의 측정과정에서는 여자전류의 주파수가 너무 낮거나 또는 높음으로써 발생하는 잡음문제와 와전류의 영향을 동시에 해결할 수 있도록 0.2Hz와 같이 비교적 측정이 용이한 주파수에서 와전류의 영향을 제거할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 시료내의 자속밀도의 파형을 제어함으로써 정현 파자 속 밀도와 정현파 자계의 세기, 두 조건에서 특성을 측정하고 비교하였다.
2Hz와 같이 비교적 측정이 용이한 주파수에서 와전류의 영향을 제거할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 시료내의 자속밀도의 파형을 제어함으로써 정현 파자 속 밀도와 정현파 자계의 세기, 두 조건에서 특성을 측정하고 비교하였다. 그 결과 초기자화곡선은 자속밀도의 파형에 큰 영향을 받지 않으나, 자기이력곡선과 철손 특성은 자속밀도에 포함된 고조파성분에서 발생하는 와전류의 영향으로 크게 달라짐을 확인하였다.
자기특성의 측정은 정현파 자계세기 조건(sinH 조건) 과정현파 자속밀도조건(sinB 조건)에서 측정하고 그 결과를 기준으로 강판의 특성을 비교하였다. 실험에서 여자전류의 주파수는 0.
이론/모형
자계의 세기는 여자전류법(Exciting current method)을 사용하여 측정하였다. 자기폐회로에서 자계의 세기와 여자전류의 관계는 암페어의 주회법칙을 이용하여 다음과 같이 표현된다.
면적이다. 따라서 정현파의 자속밀도가 측정되기 위해서는, B-coil의 유기 기전력이 식 (11)과 같이 측정되어야 하고, 이를 위해본 논문에서는 Digital feedback method을 사용하였으며, 그 방법은 다음과 같이 요약된다.
성능/효과
(2) 측정치에 대한 모든 데이터는 파일로 저장 되므로 측정 데이터의 처리 및 분석이 용이하다.
비교한 것이다. 측정된 결과를 보면 두 조건에서 측정된 초기 자화곡선이 거의 일치함을 알 수 있으며, 이를 통해 측정 과정에서 자속밀도의 파형과 초기자화곡선은 큰 연관성이 없음을 확인할 수 있다. 한편 그림 10은 sinH와 sinB 조건에서 측정된 자기이력곡선을 비교한 것으로, sinH조건에서 측정된 자기이력곡선의 보자력(HD이 sinB 조건에서 측정된 것보다 다소 증가함을 알 수 있다.
또한 시료내의 자속밀도의 파형을 제어함으로써 정현 파자 속 밀도와 정현파 자계의 세기, 두 조건에서 특성을 측정하고 비교하였다. 그 결과 초기자화곡선은 자속밀도의 파형에 큰 영향을 받지 않으나, 자기이력곡선과 철손 특성은 자속밀도에 포함된 고조파성분에서 발생하는 와전류의 영향으로 크게 달라짐을 확인하였다.
후속연구
또한, 시료의 규격이 비교적 자유로우므로 개발된 측정시스템은 엡스타인 장치나 SST에 비해 활용도가 매우 높을 것으로 예상 된다. [2],
개발하였다. 개발된 시스템은 엡스타인 장치 또는 SST 와는 달리 시료의 모양과 크기가 비교적 자유롭고, 벌크 형태의 시료에 대해서도 적용이 가능하기 때문에 그 활용도가 매우 높을 것으로 판단된다. 자기이력곡선과 초기 자화곡선의 측정과정에서는 여자전류의 주파수가 너무 낮거나 또는 높음으로써 발생하는 잡음문제와 와전류의 영향을 동시에 해결할 수 있도록 0.
참고문헌 (10)
H. E. Jordan, 'Energy-efficient electric motors and their application', Plenum Press, 1994
P. Beckley, Electrical Steels for rotating machine. IEE Power and Energy Series 37, May 6, 2002
Gordon R. SIemon, Electrical machine and drives. Addison-Wesley publishing company. Inc., pp. 2-31. 1992
K. Atallah and D. Howe, 'Calculation of the rotational power loss in electrical steel laminations from measured H and B,' IEEE Trans. on Magn., vol. 29. no. 6. pp. 3547-3549, Nov. 1993
K. Fujiwara, T. Adachi, and N. Takahashi, 'A proposal of finite-element analysis considering two-dimensional magnetic properties,' IEEE Trans. on Magn., vol. 38, no. 2, pp. 889-892, Mar. 2002
K. Fujiwara, M.Nakano, and Y. Ishihara, 'Standard test methods for measurment of magnetic properties of power magnetic materials,' IEEJ Trans. on Magn., vol. 28, no. 5, 2004
C.S.Koh, H.S.Yoon, K.W.Nam and H.S.Hong, 'Magnetic pole shape optimization of permanent magnet motor for reduction of cogging torque,' IEEE Trans. on Magn., Vol. 33(2), pp.1822-1827, Mar. 1997
Method of measurement of magnetic, electrical and physical properties of magnetic sheet and strip, Int. Std. IEC 404-2, 1996
K. Matsubara, N. Takahashi, K. Fujiwara and T. Nakata, 'Acceleration technique of waveform control for single sheet tester,' IEEE Trans. on Magn., vol. 31, no. 6, pp. 3400-3402, Nov. 1995
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