[전기차, 전기모터] 철손 - 히스테리시스 손실 : 개념, 사용법, 곡선, 완화

 

 

철심, 철 소재에 자석을 가져다 놓으면

철은 강자성물체로, 보통때는 자성을 띠지 않다가

자석과 같은 영구자석 물질, 자성을 띠는 물질을 가져다 대면,

이에 반응해 자성을 갖는 물질이다.

 

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그렇기에 철 소재에 자석을 가져다 대면

자기쌍극자모멘트의 변화가 일어나며 자성을 갖게 된다

자석, 자기장의 세기에 비례하여 철 소재의 자성을 띠는 크기도 커지며

아래와 같이 그림으로 나타낼 수 있다.

 

 

이때, 철이 자기장에 반응하여 강자성 물체로서 자성을 갖게 되고, 자기장의 세기에 반응해 변하는 과정을

자화특성곡선으로 나타낼 수 있다.

외부 자기장이 쌔짐에 따라, 철의 자기쌍극자모멘트의 합력, 철이 갖는 자기성분의 세기가 포화치, Limit치를 가지며 완만하게 비례해 상승하게 됨을 나타낸 곡선이다.

 

 

H는 외부에서 걸어준 자석의 세기를 나타내고

B는 외부 자기장에 의해 철이 갖게된 자기쌍극자모멘트의 합력을 나타낸다.

더 강한 자석을 철 주변에 놓으면, 그에 따라 자기쌍극자모멘트의 합력이 커지다가, 자기세기의 포화 시점에서

자기쌍극자 모멘트의 합은 최대가 되고, 더 이상 커지지 않는 한계점을 갖게 된다.

 

 

히스테리시스 손실은,

외부 자기장에 의한 철의 반응(자기쌍극자 모멘트의 합력)이 한계치를 가지고

완벽한 탄성 느낌이 아닌

일부의 변화, 손실을 가지며 자기특성을 잃기에 발생한다.

 

 

 

초기의 강자성체에 외부자석의 세기를 점점 늘려가면 자화특성곡선을 따라 강자성체의 자기쌍극자모멘트가 상승하지만

외부 자석의 세기가 철의 포화 지점을 넘어간 상태부터,

외부 자석의 세기 H를 줄임에 따라

이쁘게 곡선을 따라 본래대로 돌아오는 것이 아닌

실제로는 손실(열)이 발생하며 일부의 자기성분이 강자성체에 남고,

초기 자화특성곡선과 다른 곡선을 그리며 자기장의 세기가 줄어든다

 

 

철과 같은 강자성체에

자기장, 자석을 가져다 대면

자기모멘트 반응으로 자성을 갖게 되지만

외부의 자기장 세기가 커짐에 비례해 상승하던 철의 자기성분은 한계치를 갖고 포화된다

이 포화값에서 외부 자기장이 계속해서 상승한다면

철은 그를 따라 상승하지 못하고

히스테리시스 손실을 갖게 되며

외부의 자기장을 제거했음에도

철은 본래의 모멘트 0인 상태로 돌아오지 못하고

일부의 자기성분을 그대로 갖게 된다.

 

 

전기모터는 코일을 감아 자기장, N극을 만들어 주며

이를 통해 회전자를 회전시켜 줍니다.

코일에는 교류가 흐르며 상을 바꿔주고 극을 회전시켜주며

회전자가 그 극을 따라 회전하게끔 해줍니다

 

이렇게 코일이 감기어 만들어진 자기장에

교류가 흐르게 되면

자기성분은 그에 맞춰 세지다 약해지고 반대방향으로 세지다 약해지는 패턴을 갖게 됩니다.

교류 전원에 맞추어,

 

이를 따라 자화특성곡선과 (붉은)

이때의 히스테리시스 곡선, 히스테리시스 손실을 반영한 강자성체의 자성 변화를 그려보면 (푸른)

아ㅐ로아 같은 곡선들을 갖게 되고

왕복 패턴에서 파랑 곡선(히스테리시스 곡선)의 이격만큼 발생하는 내부 면적을

히스테리시스 손실로 구할 수 있습니다.