와전류손 (Eddy Current Loss)
쉽게 풀면
자속이 시간에 따라 변하면 그 자속을 둘러싸는 도체 안에 소용돌이 모양의 전류가 유도됩니다. 변압기나 전동기의 철심은 자성체이면서 동시에 전기도 어느 정도 통하므로 이런 전류가 흐르고, 그 전류가 철심의 저항을 지나며 열로 사라집니다. 이를 막으려고 철심을 얇은 판으로 나누고 판 사이를 절연해 전류가 크게 돌지 못하게 만듭니다.
왜 중요한가
철심 손실은 변압기와 전동기의 효율과 온도 상승을 좌우하며, 주파수가 높아질수록 급격히 커지기 때문에 고주파 전력변환 설계에서 자성 부품 선정의 기준이 됩니다. 규소강판 대신 페라이트나 비정질 합금을 쓰는 결정, 적층 두께를 정하는 결정이 모두 이 손실을 얼마나 줄일 수 있는지에 달려 있습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
철심을 더 얇게 나누어 유도 전류의 경로를 짧게 만든 효과를 보여주는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
얇은 판에서 단위 부피당 와전류손은 자속밀도의 제곱, 주파수의 제곱, 판 두께의 제곱에 비례하고 재료의 비저항에 반비례하는 형태로 근사됩니다. 그래서 두께를 절반으로 줄이면 손실이 약 4분의 1로 줄고, 비저항이 큰 규소강이나 절연성이 매우 높은 페라이트가 고주파에서 선호됩니다. 주파수가 아주 높아지면 유도 전류가 표면 쪽으로 몰려 자속이 재료 안쪽까지 들어가지 못하는 현상이 나타나며, 이때는 단순한 제곱 비례식이 성립하지 않습니다. 실무에서는 철심손실 스타인메츠 방정식으로 히스테리시스손과 합쳐 경험적으로 다룹니다.
주의할 점
철심의 총 손실 가운데 와전류손과 히스테리시스손은 주파수 의존성이 다르므로 둘을 구분해 측정해야 원인을 알 수 있습니다. 비파괴검사에서 쓰는 와전류탐상은 같은 물리 현상을 결함 검출에 활용하는 것으로, 손실을 줄이려는 이 항목과는 목적이 정반대입니다.