와류손이란? 개념, 원인, 특징, 관련 문제

변압기 손실 (출처 쩌_리 네이버 블로그)

 

이번 글에서는 변압기 손실 중에서 무부하손 -> 철손 -> 와류손의 개념, 원인, 특징에 대해 자세하게 다뤄보고 마지막에는 관련 문제를 풀어봄으로써 이에 대해 이해하는 시간을 가지도록 하겠습니다. 저번 글에서는 무부하손 중 히스테리시스손에 대해 다뤄봤는데, 위 개념에 대해서도 궁금하시면 이전 글을 함께 읽으시면 더 좋을 것 같습니다. 그럼 함께 알아볼까요?

변압기 손실 무부하 손 (출처 수호랑의 전기생황 네이버 블로그)

---

✅ 와류손(Eddy Current Loss)이란?

와류손이란? (출처 느시의 과학과 게임 블로그! 네이버 블로그)

와류손은 교류 자기장이 변화할 때, 도체 내부에 유도전류(와류)가 발생하여 생기는 에너지 손실입니다. 이 손실은 철심 내부에 흐르는 불필요한 전류에 의해 발생하는 열 손실로, 전동기, 변압기, 발전기 등의 철심이 교류 자기장에 노출될 때 주로 발생합니다. 회전자와 같은 철판에 유기되는 자기장이 시간에 따라 변화하면서 전류가 발생합니다. 이 전류를 와전류, eddy current라고 합니다. 와전류는 기존의 자기장의 방향을 왜곡하여 효율을 떨어트립니다.

---

▶️ 와류손의 원인

와류손이란? (출처 느시의 과학과 게임 블로그! 네이버 블로그)

와류손은 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라, 시간에 따라 변화하는 자속이 철심 내부를 통과할 때 내부에 유도전류가 생기면서 발생합니다. 이 유도전류가 도체 내부를 소용돌이치듯 흐른다고 해서 "와류(Eddy Current)"라는 이름이 붙었습니다. 이 전류는 도체 내에서 폐회로를 형성하며 흐르고, 전류가 흐르는 도체는 저항이 있기 때문에 열이 발생하게 됩니다. 이것이 곧 에너지 손실, 즉 와류손입니다. 와류손을 줄이기 위해 성층 구조 (Laminated)를 사용합니다.

단면과 비슷한 형태로 단면의 최외층을 전기회로로 하여 이 단면적에 직각으로 자속이 쇄교하여 변화하면 회로에 기전력이 발생하고, 동시에 맴돌이 전류가 흐릅니다. 

---

▶️ 와류손의 특징

• 철심 내부에서 발생하는 유도전류가 불필요한 열을 발생시켜 기기의 효율을 떨어뜨립니다.
• 주파수가 높을수록, 자속 밀도가 클수록, 철심 두께가 두꺼울수록 와류손은 커집니다.
• 이 손실은 반복적이고 예측 가능한 특성을 가지며, 부하와 무관하게 일정한 손실입니다.

---

▶️ 와류손의 계산식

와류손 계산식

최대 자속 밀도 공식

와류손 공식

• Pe​: 와류손 (W)
• Ke​: 재료 상수 (와류손 계수)
• f: 주파수 (Hz)
• Bmax​: 최대 자속 밀도 (T)
• t: 철심 두께 (m)
• V: 철심의 부피 (m³)

와류손은 주파수와 자속 밀도에 제곱 비례하며, 철심 두께에 대해서도 제곱 비례하므로 얇은 판을 쓰는 것이 효과적입니다.

---

▶️ 와류손을 줄이는 방법

1. 철심을 얇은 판재로 적층하고, 각 판 사이에 절연 처리를 합니다.
   → 전류의 흐름을 방해하여 와류 형성을 억제합니다.
2. 고비저항 재료 사용 (예: 규소강판)
   → 유도 전류가 작아져서 열 손실이 감소합니다.
3. 성층 구조 = 라미네이션(lamination) 설계
   → 두께를 줄여 와류 경로를 제한합니다.

---

와류손의 개념과 원리, 특징에 대해 알아보았으니 이에 관련된 기출문제 3개를 구성해보았습니다. 함께 풀어볼까요?

 

✅ 와류손 관련 전기기사 기출문제 3개

🔹 문제 1

다음 중 와류손을 줄이는 방법으로 가장 적절한 것은?

A. 철심의 두께를 증가시킨다.
B. 철심을 단일 블록으로 제작한다.
C. 철심을 얇은 규소강판으로 적층한다.
D. 철심의 자속밀도를 높인다.

---

🔹 문제 2

처음 전압이 100[V]였을 때 와류손은 5[W]이었다. 그 후 전압이 120[V]이 되었다면 와류손은?

 

---

🔹 문제 3

V가 일정할 때 주파수와 와류손의 관계는?

 

---

✅ 정답 모음

1. C
2. 100^2:5 = 120^2:x -> x= 7.2[W]
3. 무관하다. 주파수 f는 철손 Pi와 관계가 있고 와류손과는 무관하다. (변수에 따른 와류손 계산 공식을 잘 이해하여야 합니다.)

---

✅ 마무리

와류손은 전자기 기기에서 효율을 떨어뜨리는 주요 손실 중 하나로, 주파수, 자속 밀도, 철심 두께에 따라 민감하게 변화합니다. 시험에서는 개념, 감소 방법, 계산식의 비례 관계를 중심으로 자주 출제되므로, 철저한 이해와 암기가 필요합니다. 위 기출문제를 통해 핵심 내용을 복습하고, 실제 시험에서도 빠르고 정확하게 문제를 해결하실 수 있기를 바랍니다.

 

 

함께 보면 좋은 글 🔽 🔽 🔽

히스테리시스손이란? 원인, 특징, 전기기사 문제

히스테리시스손이란? 원인, 특징, 전기기사 문제

전선 종류? 전기기사에 나오는 전선 종류 비교 정리

전선 종류? 전기기사에 나오는 전선 종류 비교 정리

패러데이 법칙, 렌츠의 법칙

패러데이 법칙, 렌츠의 법칙