누설 인덕턴스 이해

1. 누설 인덕턴스란 무엇인가?

누설 인덕턴스는 변압기에 존재하는 유도성 성분으로, 한 권선과 다른 권선의 자기적 연결이 불완전하여 발생합니다.

1차 권선을 2차 권선에 연결하지 않은 모든 자속은 1차 권선과 직렬로 유도 임피던스로 작용하므로, 이 "누설 인덕턴스"는 이상 변압기의 1차 권선 전의 추가 인덕턴스로 회로도에 표시됩니다.

스위치 모드 전원 공급 장치 및 조명 안정기와 같은 특정 애플리케이션에서 변압기의 누설 인덕턴스는 제품 설계에서 중요한 기능을 할 수 있습니다. 이러한 이유로 누설 인덕턴스의 정확한 측정은 종종 변압기 제조업체에 중요한 테스트 기능입니다.

다른 변압기 특성과의 혼동을 피하기 위해, 이 기술 노트에서는 권선 저항이나 권선 간 정전 용량과 같은 다른 손실 구성 요소를 언급하지 않습니다.

이상변압기

이론적인 이상 변압기의 경우 손실은 없습니다. 전압은 권선의 정비례로 변환되고 전류는 권선의 역비로 변환됩니다(그림 1).

실제 변압기

실제 변압기에서는 1차 권선의 일부 플럭스가 2차 권선에 연결되지 않을 수 있습니다.

이 "누설" 플럭스는 변압기 동작에 아무런 역할을 하지 않으며 1차 권선과 직렬로 연결된 추가 유도 임피던스로 표현될 수 있습니다(그림 2).

실제 변압기와 공극

특정 변압기 설계에서는 누설 인덕턴스가 전체 인덕턴스에서 더 큰 비중을 차지해야 하며 엄격한 허용 오차 내에서 지정됩니다.

누설 인덕턴스의 비중을 증가시키는 것은 일반적으로 코어 설계에 공극을 도입하여 코어의 투자율을 낮추고 1차 인덕턴스 값을 줄이는 방식으로 달성됩니다.

따라서 1차 권선을 2차 권선에 연결하지 않는 자속의 비율은 두 권선을 연결하는 자속보다 증가하게 됩니다(그림 3).

2. 누설 인덕턴스 측정이 중요한 이유는 무엇입니까?

누설 인덕턴스(LL)는 권선 부품에서 바람직하지 않을 수 있으며, 이 경우 값이 낮다는 것을 보여주기 위해 값을 측정하는 것이 중요하거나 전자 조명 안정기 및 공진 전력 변환기와 같은 일부 응용 분야에서는 누설 인덕턴스를 의도적으로 도입하고 해당 값이 회로 설계의 필수적인 부분이 됩니다.

이러한 응용 분야에서 누설 인덕턴스는 완제품의 올바른 작동에 필수적인 에너지 저장 매체를 제공합니다.

그러므로 변압기의 누설 인덕턴스 값이 지정된 한도 내에 있는지 확인하는 것이 중요합니다.

3. 누설 인덕턴스는 어떻게 측정합니까?

LCR 미터가 개방 회로 2차 단자가 있는 변압기의 1차 권선에 연결되면(그림 4), 인덕턴스(L) 값은 1차 인덕턴스(LP)와 누설 인덕턴스(LL)로 구성됩니다.

LL은 변압기 내부의 함수이므로, 그 값을 직접 측정하는 것은 불가능합니다.
그러므로 총 측정 인덕턴스에서 LP 값을 빼는 방법을 사용해야 합니다.
이는 2차 단자에 단락 회로를 적용하여 달성됩니다(그림 5).

완벽한 단락 회로는 출력 단자에서 0볼트를 발생시키고(그림 6) 변압기 작용을 통해 1차 인덕턴스에도 0볼트가 나타납니다.

따라서 1차 단자의 인덕턴스 측정값은 실제 누설 인덕턴스(LL)가 됩니다.

불행히도, 변압기의 2차측에서 완벽한 단락 회로를 구현하는 것은 실험실에서는 어렵고 생산 환경에서는 전혀 비실용적입니다.

생산 시에는 단락 회로를 수동으로 또는 전환식 릴레이를 통해 적용하는 것이 일반적입니다.
이런 조건에서는 완벽한 단락 회로가 이루어질 수 없으며, 따라서 2차 전압은 실제로 0이 될 수 없습니다.

불완전한 단락 회로로 인해 발생하는 전압은 1차 인덕턴스에 권선비에 곱해진 단락 회로 오류로 나타납니다(그림 7).

Ls/c는 1차 권선에서 N ² Ls/c로 반영됩니다. 왜냐하면 모든 권선에서 L은 권선 수의 제곱(L α N ² )에 비례하기 때문입니다.

따라서 Ls/c는 다음의 함수로 반영됩니다.

( Np / Ns ) ^ 2 = ( Lp / Ls )

1차 인덕턴스의 측정값은 누설 임피던스와 단락 회로 오류의 반사 임피던스의 합으로 벡터적으로 간주할 수 있습니다. 이는 그림 8에 나와 있습니다.

4. 전통적인 솔루션

누설 인덕턴스의 실제 값을 얻기 위해 엔지니어는 테스트할 변압기의 2차측에 납땜 단락 회로를 조심스럽게 적용하고 1차측의 인덕턴스 값을 측정합니다.
이 인덕턴스 값은 '실제' 누설 인덕턴스(예: 150μH)로 기록됩니다.

생산에 선택한 기술에 따라 납땜 단락 회로를 단락 클립이나 릴레이 작동 단락 회로가 있는 고정 장치로 교체한 후 동일한 변압기에서 인덕턴스를 측정합니다.
측정된 인덕턴스를 다시 기록합니다(예: 180μH).

물론, 이 값은 실제 누설 인덕턴스와 단락 회로 오차 인덕턴스를 포함하기 때문에 원래 값보다 클 것입니다.

두 값의 차이(예시에서는 30μH)는 생산 테스트에서 고정 오프셋으로 사용되며, 이 오프셋은 생산 LCR 미터에 프로그래밍되어 불완전한 단락 회로가 있는 경우 정확한 값에 대한 근사치를 얻습니다.

실제로, 매번 정확히 동일한 단락 오류를 생성하는 릴레이 기반 또는 수동 기반 단락 회로를 구현하는 것은 불가능합니다.

단락 오류는 반복이 불가능하기 때문에 고정 오프셋으로는 생산 부서에 정확하고 반복 가능한 결과를 제공할 수 없습니다.

다음 표에서는 이를 설명합니다.

5. Voltech 솔루션

Voltech는 각 테스트에서 1차 인덕턴스 측정에서 단락 오류를 제거할 수 있는 아키텍처와 처리 능력을 갖춘 AT 시리즈 테스터를 개발했습니다.

이 과정의 단순화된 버전은 아래와 같습니다.

첫째, LL 시험의 일부로 시험 대상 부품의 권선비를 조용히 측정합니다.
이 작업은 약 1볼트에서 수행되며, 프로그래밍된 LL 테스트와 동일한 주파수에서 수행됩니다.

2차측 전압은 2차측이 개방 회로일 때도 측정됩니다.
이것은 위 그래프에서 Vopen을 제공합니다.

두 번째로, 2차측에 (이상적이지 않은) 단락을 적용한 상태에서 전압과 전류도 측정됩니다.
이로써 그래프에서 V1/I1 지점이 나옵니다.

그런 다음 이 두 점을 (가정된 선형 V/I 선에서) 외삽하여 V=0인 곳까지 다시 계산하여 Ishort를 구합니다.
이는 이상적인 단락 조건(즉, 단락이 완벽하고 2차측에 전압 강하가 없는 상태)에서 2차측에 예상되는 전류 흐름입니다.

이 Ishort 값을 이전의 무음 TR 결과와 결합하여 사용하면 1차 측에서 해당 전류 효과를 계산할 수 있으며, 따라서 1차 측에서 측정된 LL 결과에서 제거할 수 있습니다.

이것은 이 기술을 단순화한 사슴고기입니다.
실제로 측정은 실제 측정과 가상 측정의 조합이므로 이 기술은 아래에 벡터적으로 표시됩니다.

1차 벡터 다이어그램에서 각 측정값은 누설 인덕턴스에 기인한 전압과 2차 단락 회로의 오차 전압을 합한 값임을 알 수 있습니다.

Voltech AT 시리즈 테스터는 단락을 적용하기 전에 1차 권선과 2차 권선비를 측정합니다.
그러면 테스터는 내부 릴레이 매트릭스를 사용하여 자동으로 단락 회로를 적용하고 변압기 2차 핀에서 단락 회로 전압을 측정합니다.
이 단락 전압 벡터는 자동으로 권선비에 곱해져 1차 측정에 반영된 단락 오차 전압과 동일한 '오차 벡터'가 생성됩니다.
누설 인덕턴스는 총 1차 인덕턴스 값에서 계산된 1차 오차 벡터를 뺀 값으로 계산됩니다.

이 프로세스를 통해 Voltech AT 시리즈 테스터는 단락 회로 변동성에 관계없이 실제 누설 인덕턴스 값을 제공할 수 있습니다.

6, 누설 인덕턴스 결론

누설 인덕턴스는 변압기의 중요한 특성으로, 설계 및 생산 테스트 엔지니어 모두에게 특별한 측정 과제를 제시합니다.

Voltech는 측정 무결성에 영향을 미치는 요소를 살펴보고 이러한 요소를 극복하기 위한 혁신적인 측정 기술을 개발하여 거의 모든 변압기 제조업체가 직면한 측정 변동성 문제에 대한 고유한 솔루션을 제공합니다.

Voltech AT 시리즈 변압기 테스터에서 사용 가능한 다른 테스트 기능에 대한 질문이 있으시면 언제든지 문의해 주시기 바랍니다.

7, 또한 참조