트랜스포머의 히스테리시스 손실과 와류 손실 차이점 및 줄이는 법

트랜스포머는 에너지 변환 장치이지만, 작동 과정에서 여러 형태의 손실이 발생합니다. 그중 대표적인 것이 바로 히스테리시스 손실과 와류 손실입니다. 이 글에서는 이 두 손실의 차이점과 발생 원인, 그리고 효과적으로 줄이는 방법을 정리합니다.

1. 히스테리시스 손실이란?

히스테리시스 손실(Hysteresis Loss)은 자성체(코어)가 자화와 탈자 과정을 반복하면서 내부 에너지 손실이 발생하는 현상입니다. 주기적으로 교류 전류가 흐르며 자기장이 변할 때, 코어의 자속도 방향을 바꾸게 되는데, 이때 발생하는 마찰 같은 현상이 바로 히스테리시스 손실입니다.

히스테리시스 손실은 주로 다음 요소에 영향을 받습니다:

• ✔ 사용되는 코어 재질의 히스테리시스 루프 면적
• ✔ 자속의 최대 밀도 (B_max)
• ✔ 스위칭 주파수

손실은 주파수에 비례하므로, 고주파 트랜스포머에서 더 크게 나타납니다.

2. 와류 손실이란?

와류 손실(Eddy Current Loss)은 교류 자기장이 코어 내부에 유도 전류(와류)를 생성해 발생하는 손실입니다. 이 유도 전류는 금속 내부를 순환하며 열을 발생시키며, 전력 손실로 이어집니다.

와류 손실은 다음과 같은 조건에 비례합니다:

• ✔ 주파수의 제곱
• ✔ 자속 밀도의 제곱
• ✔ 재질의 도전성 (도전율)
• ✔ 금속의 두께

특히 고주파에서 금속 코어 내부에 많은 와류가 발생해 발열과 손실이 증가합니다.

3. 히스테리시스 vs 와류 손실 비교

구분	히스테리시스 손실	와류 손실
발생 원인	자화·탈자 반복	코어 내부 유도 전류
영향 요소	주파수, Bmax, 재질	주파수², B², 두께, 도전율
고주파 영향	선형 증가	지수적 증가
감소 방법	재질 개선, Bmax 감소	적층 구조, 절연 코팅

4. 손실을 줄이는 실무 설계 방법

• ✅ 페라이트 코어 사용: 히스테리시스 손실과 와류 손실이 모두 적음
• ✅ 적층 철심 구조: 와류가 흐르는 면적을 절연해 손실 저감
• ✅ 코어 절연 코팅: 와류 전류의 흐름 차단
• ✅ B_max 제한: 과도한 자속 밀도 방지로 히스테리시스 루프 최소화
• ✅ 고효율 자기 재료 선택: MnZn, NiZn 페라이트, 아몰퍼스 메탈 등

5. 마무리 요약

• ✔ 히스테리시스 손실: 코어 자화 특성에 따라 발생하는 열 손실
• ✔ 와류 손실: 코어 내부 유도 전류에 의한 금속 저항 손실
• ✔ 두 손실 모두 고주파 동작에서 급격히 증가하므로 설계 초기 고려 필수
• ✔ 소재, 구조, 절연, B_max 조절 등으로 충분히 제어 가능

다음 글에서는 ‘스위칭 전원 트랜스포머의 효율 향상 팁’을 안내해드리겠습니다.

 

지금까지 “Circuit DesCY” 였습니다.