변압기용 실리콘 강판에 대한 자세한 설명!

실제 변압기는 항상 교류(AC) 상태로 작동하며, 전력 손실은 코일의 저항뿐만 아니라 교류 전류의 자화로 인해 철심에서도 발생합니다. 철심에서의 전력 손실을 일반적으로 "철손"이라고 합니다. 철손은 "히스테리시스 손실"과 "와전류 손실" 두 가지 원인에 의해 발생합니다.

히스테리시스 손실은 철심의 자화 과정에서 발생하는 히스테리시스 현상으로 인한 철손입니다. 이 손실의 크기는 재료의 히스테리시스 루프가 둘러싸고 있는 면적에 비례합니다. 실리콘 강판의 히스테리시스 루프는 좁기 때문에 변압기 철심의 히스테리시스 손실이 작아 발열량을 크게 줄일 수 있습니다.

실리콘강은 위와 같은 장점을 가지고 있으므로, 철심으로 실리콘강 전체를 사용하거나, 더 나아가 플레이크 형태로 가공하는 것은 어떨까요? 이는 칩 형태의 철심을 사용하면 또 다른 종류의 철손, 즉 "와전류 손실"을 줄일 수 있기 때문입니다.

변압기가 작동할 때 코일에는 교류 전류가 흐르고, 이로 인해 발생하는 자속 또한 교류입니다. 이 변화하는 자속은 철심에 유도 전류를 발생시킵니다. 철심에 유도된 전류는 자속의 방향에 수직인 평면을 따라 흐르기 때문에 와전류라고 합니다.

와전류 손실은 철심을 가열하는 원인이 되기도 합니다. 와전류 손실을 줄이기 위해 변압기의 철심은 서로 절연된 실리콘 강판으로 만들어집니다. 이렇게 하면 와전류가 좁고 긴 고리를 따라 작은 단면적을 통과하게 되어 와전류 경로의 저항이 증가합니다. 또한, 실리콘 강판의 실리콘 성분은 재료의 비저항을 증가시켜 와전류를 줄이는 데 기여합니다.

변압기의 철심에는 일반적으로 두께 0.35mm의 냉간압연 규소강판이 사용됩니다. 필요한 철심 크기에 따라 긴 조각으로 절단한 후, 여러 장을 겹쳐 붙여 "날"자 모양이나 "입"자 모양으로 만듭니다. 이론적으로 와전류를 줄이기 위해서는 규소강판의 두께가 얇을수록, 그리고 접합면이 좁을수록 효과가 좋습니다. 이는 와전류 손실과 온도 상승을 줄일 뿐만 아니라 규소강판 재료도 절약할 수 있게 해줍니다.

하지만 실제로 실리콘 강판으로 철심을 제작할 때는 앞서 언급한 유리한 조건들만 고려해야 하는 것이 아닙니다. 철심 생산에 소요되는 시간이 크게 늘어나고 철심의 유효 단면적이 줄어들기 때문입니다. 따라서 실리콘 강판을 사용하여 변압기 철심을 제작할 때는 구체적인 상황을 고려하여 장단점을 비교 검토하고 최적의 크기를 선택해야 합니다.

변압기는 전자기 유도 원리에 따라 만들어집니다. 폐쇄된 코어 다리에 1차 권선과 2차 권선, 두 개의 권선이 감겨 있습니다. 1차 권선에 교류 전원 전압이 인가되면, 코어 내부에 교류 전류가 흐르고 자기 전위가 발생하며, 이 자기 전위의 작용으로 철심 내부에 교류 주 자속이 생성됩니다.

변압기가 왜 승압과 강압을 할 수 있는지에 대해서는 렌츠의 법칙으로 설명해야 합니다. 유도 전류에 의해 생성된 자속은 항상 원형 자속의 변화를 방해합니다. 원래 자속이 증가할 때, 유도 전류에 의해 생성된 자속은 원래 자속과 반대 방향입니다. 즉, 1차 권선에 의해 생성된 2차 유도 자속은 1차 권선에 의해 생성된 주 자속과 반대 방향이므로 2차 권선에 낮은 수준의 교류 전압이 발생합니다. 따라서 철심은 변압기의 자기 회로 부분입니다.

실리콘 강판

전기용 실리콘 강판은 일반적으로 실리콘 강판 또는 실리콘 강판으로 알려져 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이, 실리콘 함량이 0.8%~4.8%에 달하는 전기용 실리콘 강판으로, 열간압연 및 냉간압연을 통해 제조됩니다. 일반적으로 두께가 1mm 미만이므로 박판이라고도 합니다. 넓은 의미에서 실리콘 강판은 판재 범주에 속하지만, 특수한 용도 때문에 독립적인 산업 분야로 분류됩니다. 전기용 실리콘 강판은 우수한 전자기적 특성을 지니고 있어 전력, 통신 및 계측 산업에서 필수적이고 중요한 자성 재료로 사용됩니다.

(1) 규강판의 분류

실리콘 강판은 실리콘 함량에 따라 저실리콘 강판과 고실리콘 강판으로 나눌 수 있습니다. 저실리콘 강판은 실리콘 함량이 2.8% 미만으로, 일정한 기계적 강도를 가지며 주로 모터 제조에 사용되는 모터용 실리콘 강판입니다. 변압기 코어 제조에는 변압기용 실리콘 강판으로 알려져 있습니다. 실제 사용에서는 두 종류의 경계가 엄격하지 않으며, 대형 모터 제조에는 고실리콘 강판이 흔히 사용됩니다.

B. 생산 및 가공 기술에 따라 열간압연과 냉간압연으로 나눌 수 있으며, 냉간압연은 다시 무배향과 배향으로 구분됩니다. 냉간압연 강판은 두께가 균일하고 표면 품질이 우수하며 자기적 특성이 뛰어납니다. 따라서 산업 발전과 함께 열간압연 강판은 냉간압연 강판으로 점차 대체되고 있습니다.

(2) 실리콘 강판의 성능지수

A. 낮은 철분 손실률. 철분 손실률은 품질을 나타내는 가장 중요한 지표이며, 전 세계 모든 국가에서 등급을 이 값으로 구분합니다. 철분 손실률이 낮을수록 등급이 높고 품질이 우수합니다.

B는 높은 자기 유도 강도를 의미합니다. 동일한 자기장 조건에서 더 높은 자기 유도 강도를 갖는 실리콘 강판을 얻을 수 있으며, 이를 사용하여 제작한 모터 또는 변압기 철심의 부피와 무게가 상대적으로 작아 실리콘 강판, 구리선 및 절연 재료를 절약할 수 있습니다.

C는 적층 계수가 높다는 장점이 있습니다. 실리콘 강판의 표면은 매끄럽고 평평하며 두께가 균일하여 철심의 적층 계수가 향상됩니다.

D. 우수한 천공성. 이는 소형 ​​모터 코어 제조에 있어 더욱 중요한 요소입니다.

E. 표면은 절연막에 대한 접착력과 용접성이 우수합니다.

F. 자기 노화 G. 실리콘 강판은 어닐링 및 산세척 후 납품되어야 합니다.

(1) 전기용 열연 실리콘 강판(GB5212-85) 전기용 열연 실리콘 강판은 탄소 손실이 적은 페로실리콘 연자성 합금으로 만들어지고 두께가 1mm 미만인 판재로 열연된 것이다. 전기용 열연 실리콘 강판은 열연 실리콘 강판이라고도 한다. 열연 실리콘 강판은 실리콘 함량에 따라 저실리콘(Si≤2.8%) 강판과 고실리콘(Si≤4.8%) 강판으로 나눌 수 있다.

(2) 전기 냉간압연 실리콘 강판(GB2521-88)은 실리콘 함량이 0.8%~4.8%인 전기 실리콘 강판을 냉간압연하여 제조한 것이다. 냉간압연 실리콘 강판은 무결정강판과 배향강판의 두 종류로 나뉜다. 냉간압연 전기강판은 표면이 매끄럽고 두께가 균일하며 적층 계수가 높고 펀칭 성능이 우수하며 열간압연 전기강판보다 자유도가 높고 철손이 낮은 특징을 가진다. 모터나 변압기를 제조할 때 열간압연 강판 대신 냉간압연 강판을 사용하면 무게와 부피를 0%~25%까지 줄일 수 있다.

냉간 압연 배향 스트립을 사용하면 성능이 향상됩니다. 열간 압연 스트립이나 저급 냉간 압연 스트립 대신 사용하면 변압기의 전력 소비를 45~50% 절감할 수 있으며, 변압기의 작동 신뢰성도 향상됩니다. 모터 및 변압기 제조에 사용됩니다. 일반적으로 배향 냉간 압연 스트립은 모터 또는 용접 변압기 등의 부품으로 사용되며, 전력 변압기, 펄스 변압기, 자기 증폭기 등의 철심으로도 사용됩니다. 강판 규격 및 치수: 두께 0.35, 0.50, 0.65mm, 폭 800~1000mm, 길이 2.0m 이하.

(3) 가전제품용 열연 실리콘 강판(GBH46002-90) 가전제품용 열연 실리콘 강판의 등급은 J(가정용) D(전기용) R(열연)로 표시되며, 즉 JDR입니다. JDR 뒤의 숫자는 철손 값*100이고, 가로선 뒤의 숫자는 강판 두께(mm)*100입니다. 가전제품용 열연 실리콘 강판의 전자기 성능 요구 사항은 약간 낮을 수 있으며, 최소 철손 값(P15/50)은 5.40W/kg입니다. 일반적으로 세척 없이 출고됩니다. 전기 팬, 세탁기, 진공청소기, 레인지 후드 등 다양한 가전제품에 사용되는 차동 모터에 사용됩니다.