[논문]Ring-type Bulk Steel의 철손측정

음영환; 함승진; 고창섭

문제 정의

2Hz의 교번자계 특성을 측정하였으며, 와전류에 의한 손실을 비교하기 위하여 60Hz의 정현파 여자전류 조건에서의 측정을 병행하였다. 더불어 교번자계 여자에서의 정현파 자속밀도 조건과 정현파 여자전류 조건에서의 특성을 비교함으로써 자기특성 및 철손의 측정 방법에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 Bulk강의 와전류에 의한 영향을 최소화하기 위해 0.2Hz의 교번자계 특성을 측정하였으며, 와전류에 의한 손실을 비교하기 위하여 60Hz의 정현파 여자전류 조건에서의 측정을 병행하였다. 더불어 교번자계 여자에서의 정현파 자속밀도 조건과 정현파 여자전류 조건에서의 특성을 비교함으로써 자기특성 및 철손의 측정 방법에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 전기기기에 널리 이용되는 전기자의 특성을 측정하기 위하여 Ring-type bulk steel의 측정시스템을 개발하여 자기특성과 철손을 비교하였다. 본 논문에서 개발된 측정 시스템은 LabVIEW를 기반으로 하여 PC를 통해 제어되기 때문에 다음과 같은 장점을 갖는다.

제안 방법

뒤 각각의 주파수 별 손실을 합산하는 방법을 사용하였다. 그러나 이 방법은 각각의 고조파 손실이 단순합산되므로 실제의 손실과는 많은 차이를 보일 것으로 예상되어 이를 실험을 통해 검증하였다.
2차 권선을 하였다. 또한 발열에 의한 오차를 최소화 하고 여자권선의 절연 유지를 위하여 냉각장치를 하였다. 여자권선은 직경 0.
2Hz의 측정 결과를 기준으로 하였으며 측정범위는 JIS 규정을 참고하여 까지로 제한하였다. 또한, 와전류손실의 비교를 위하여 60Hz의 측정을 병행하였다.
자기특성의 측정은 정현파 여자전류(sinH) 조건과 정현파 자속밀도(sinB) 조건으로 측정하였으며, 이 결과를거준으로 강판의 특성을 비교하였다. 실험에서 0.
측정 시스템은 신호처리용의 컴퓨터와 아날로그 신호의 발생 및 수집을 처리할 DAQ보드, 여자용 전력증폭기, 전류측정용 직렬저항 및 원형의 시료에 김겨진 1차 및 2차 권선으로 구성된다.
표1은 sinH 여자를 통해 1〔T〕일 때의 얻어진 B 파형을 기준으로 각각의 고조파를 구한다음 각 고조파별로 sinB 조건을 만족하도록 측정하여 철손을 구하였고, 이 철손과 본래의 철손을 비교한 것이다. 실험에서 기준 주파수는 1Hz로 하였으며 고조파 분해후의 재합성 결과 11고조파까지의 합성으로 본래 파형과 일치함을 확인하였고, 이를 기준으로 하여 11고조파까지 측정하였다.

대상 데이터

측정에 사용한 시료는 두께 7mm의 강판을 내경 4mm, 외경 5mm로 가공하였고, 여자용 1차 권선과 측정용 2차 권선을 하였다. 또한 발열에 의한 오차를 최소화 하고 여자권선의 절연 유지를 위하여 냉각장치를 하였다.

이론/모형

권회수이다. 따라서 정현파의 자속밀도가 측정되기 위해서는, Flux coil의 유기기전력이 식 (11)과 같이 측정되어야 하고, 이를 위해 본 논문에서는 Digital feedback method를 사용하였으며, 그 방법은 다음과 같이 요약돤다.
자계의 세기는 여자전류법 (exciting current method)을사용하여 측정하였다. 이 방법은 Ampere의 주회법칙을이용하여 다음과 같이 표현되고,

성능/효과

(2) 측정치에 대한 모든 Data는 File형태로 저장 되므로 Matlab 과 같은 다른 프로그램 환경에서의 Data 처리 및 분석이 가능하다.
본래의 철손을 비교한 것이다. 실험에서 기준 주파수는 1Hz로 하였으며 고조파 분해후의 재합성 결과 11고조파까지의 합성으로 본래 파형과 일치함을 확인하였고, 이를 기준으로 하여 11고조파까지 측정하였다. phase는 기본파에 대한 각 고조파의 위상차이며, loss/ Iperiod는 고조파 1주기 당 손실, loss/lsec는 기본파 1주기 동안의 고조파별 손실에 합이다.
측정된 결과를 보면 기존에 사용하던 연산 방법은 상당한 오차를 보인다. 따라서 정확한 철손의 계산을 위해서는 FFT에 의한 연산보다는 Power spectrum을 이용하여 연산하는 등의 새로운 손실 예측방법이 필요할 것이다.
측정된 결과를 토대로 살펴볼 때 , B-H curve만을 얻기 위해서는 정현파 여자전류 조건으로 측정하논 것만으로도 만족할 만한 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 정확한 철손의 측정을 위해서는 정현파 자속밀도 조건으로의 측정이 필요하며, 이를 바탕으로 정확한 철손을 예측하는 방법 또한 연구 되어야 할 것이다.
2Hz와 60Hz에서의 철손을 비교하였다. 측정된 자료에 의하면 0.2田일 때보다 60Hz일 때 L5〔T〕에서 약 88배의 손실을 보이며, Bulk형태의 강판에서 와전류의 영향이 매우 큼을 보여준다.
이를 통해 B의 경로와 B-H curve는 큰 연관성이 없음을 확인할 수 있다. 하지만, 그림7의 sinH와 sinB 조건에서의 철손 곡선을 보면 두 조건하에서의 측정값들이 차이가 남을 볼 수 있고 sinH 조건일 때가 sinB 조건일 때에 비하여 1.5(1)에서 약 “.7%가 증가함을 확인할 수 있었다.

후속연구

그러나 정확한 철손의 측정을 위해서는 정현파 자속밀도 조건으로의 측정이 필요하며, 이를 바탕으로 정확한 철손을 예측하는 방법 또한 연구 되어야 할 것이다.
그러나 Ringtype Bulk Steel의 측정법은 Epstein frame과 그 측정원리가 동일하여 1차원의 자계특성 측정만이 가능한 단점이 있다. 따라서 보다 정밀한 측정을 위해 2차원 Single sheet tester를 이용한 즉정이 필요하며 이때에 두 방법에 의해 측정된 값 사이의 차이점을 분석하고 이를 기기의 설계 및 개발에 활용할 수 있는 모델링 기법을 연구할 수 있을 것이다.
오차를 보인다. 따라서 정확한 철손의 계산을 위해서는 FFT에 의한 연산보다는 Power spectrum을 이용하여 연산하는 등의 새로운 손실 예측방법이 필요할 것이다.
또한, 시료의 규격이 비교적 자유로우므로 개발된 측정시스템은 Epstein frame이나 Single sheet tester에 비해 그 활용도가 매우 높을 것으로 예상된다. 그러나 Ringtype Bulk Steel의 측정법은 Epstein frame과 그 측정원리가 동일하여 1차원의 자계특성 측정만이 가능한 단점이 있다.

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