출력트랜스 설계연습 (마지막회)

글쓴 시간: 2010-02-28 07:15:53

누설인닥탄스와 권선용량 (Winding capacitance)

누설 인닥탄스를 줄이기 위하여는 일차와 2차권선의 자기적 결합이 될수있는 한 밀접해야 한다.  이런점에서는 분할 권선 방법이 유리하지만 반면 권선용량이 증가하기 때문에 분할을 많이 한다고 해서 꼭 유리한 것만은 아니다.  분할의 한계는 다음식으로 주어진다고 한다 즉,

a/3 x Nd**2 < c  

여기서 a 는 권선층의 총 두께이고 Nd 는 분할 수 c는 절연지의 두께이다.  따라서 분할의 수는 절연지의 두께에 따라 그 한계가 그어진다고 할 수 있다.

그런데 앞서 설계예에서 볼수 있는 대로 분할의 수를 마음대로 늘리는 것이 곤란할 경우도 생길 수 있다.  위의 설계예에서와 같이 2차 코일의 총 권수가 비교적 작아서 필요한 권수가 단일 권선층에 채워진다면 분할이 필요 없을 뿐아니라 분할을 강행할 경우 권선층의 중간에서 권선이 끝나게 되고 이렇게 되면 오히려 누설인닥탄스가 증가할 우려가 있게된다. 

트랜스의 형태상으로는 Toroidal이 가장 유리하다고 볼 수 있다.  다음으로R 코아나C 코아가 EI코아 보다는 유리한 점이 있다.  그레인 오리엔티드 코아재질을 쓸 경우 EI코아는 그레인의 방향으로 나란하게 자속회로를 구성할 수 없기 때문에 이 점에서 C 코아나 R코아 보다 불리하다.  자속이 통과하는 방향과 그레인의 방향이 병행하지 않고 20도나 그이상 어긋나게 되면 이부분의 투자율이 떨어질 뿐 아니라 포화 자속밀도도 낮아진다고 한다.

누설 인닥탄스는 분할수, 권선층의 두께 권선 길이, 권수등이 주어지면 계산이 가능한 모양이지만 몇가지 특별한 경우를 제외하고는 일반식을 찾지는 못했다.  대신 핸드북에는 누설인닥탄스를 예상하는 누설인닥탄스 챠트가 있는데 필요하다면 그 출처를 알려줄 수 있다.  일반적으로는 권선층의 두께를 줄이는 것이 유리하다는 생각이다.  누설인닥탄스는 이차측을 쇼트시킨 상태에서 일차측 인닥탄스를 측정하므로서 잴 수 있다.

권선용량을 결정짓는 요인들은: 권선길이 Lw, 권선 1회의 평균길이 Lmt, 권선층의 두께 Tw, 권선 회수 Nt  등이다.  권선 용량 Cp는 다음식에 비례한다고 한다, 즉

Lmt x Lw**(3/2)/[Sqrt(Tw) x Sqrt(Nt)]

이 식을 보면 권선용량을 줄이려면 권선 길이를 줄이는 것이 유리한 것 처럼 보인다.  이는 누설인닥탄스를 줄이는 것과는 상반된 결과처럼 보인다.  권선간에 쉴드판을 삽입하는 경우도 있는 모양인데 이 경우 대지간의 용량은 오히려 증가할 수도 있다. 하여튼 권선용량도 핸드북에는 권선용량챠트가 있어 주어진 권선에 대하여 권선용량을 예측할 수 있다.

입력트랜스

입력트랜스의 설계도 출력트랜스와 큰 차이는 없는 것 같다.  그러나  입력트랜스는 출력트랜스와 다르게  권선비가  비교적 작다.  출력트랜스는 권수비가 크기 때문에 누설인닥탄스가 클 확율이 높고  따라서 누설인닥탄스를 저감시키기 위하여 특별한 배려가 필요하다고 본다.  

그러나 입력트랜스에서는 권선비가 1:1내지는 1:3 정도로 작기 때문에 권선의 선경도 비슷할 것이고 누설인닥탄스는 상대적으로 덜 중요하다고 한다.  반면 권선용량을 줄이는 데에 특별한 배려가 필요하다.  출력트랜스에서는이차코일에 유기되는 전압레벨이 비교적 작기 때문에 권선을 분할하여 2차코일을 중간중간에 끼워넣으면 이들 이차코일이 쉴드역할을 하기 때문에 권선간 용량이 덜 중요하다고 한다.  이런 관점에서 입력트랜스의 경우에는 과대한 분할을 피하고 권선방향에 세심한 주의가 필요하다.

트랜스 손실: 철손과 동손

트랜스의 손실은 크게 철손과 동손으로 나누어 볼 수 있다.  철손은 다시 히스테리시스 손실과 와류손으로 나누어 볼 수 있는데 와류손은 전체철손의 10%정도로 크지 않다.  히스테리시스 손실은 철심의 제작회사에서 제공하는 데이터를 기초로 계산할 수 있다.  대개 무게당의 손실이 주어지는데
단위 무게당 히스테리시스 손실이 Watt로 주어진다.  

예를 들면 일본제철의 23ZH100 이나 가와사키 제철의 23RGH100 이라는 철심들은 히스테리시스 손실이 1Watt/Kg이다.  위의 모델남버에서 23이란 두께(0.23T)를 나타내고 ZH나 RGH는 브랜드에 따른 제품명이며 끝의 100이 손실을 나타내는 수치라고 한다.  이 두제품 모두 3.2% 의 실리콘을 함유한 그레인 오리엔티드 강판이다.  이 제품들은 철심으로 쓸 경우 철손은 철심무게 곱하기 1 watt/kg으로 간단히 계산할 수 있다.  

이 철심은 국내에수입되어 몇 회사들이 출력트랜스에 사용되는 모양이다.  포항제철에서도 분명 비슷한 제품들이 생산될 것인데 아는바 없다. 동손은 권선의 직류저항으로 인하여 발생하는 열손실이다.  철손과 함께 트랜스의 온도상승의 원인으로 가능한한 줄여야 한다.

동손은 권선 1회의 평균길이 Lmt를 계산하고 여기에 권수를 곱하여 동선의 총 길이를 계산함으로서 직류저항을 계산하여 산정한다.  AWG Wire Table 을 보면 1000 feet당 저항이 각 gage마다 나와 있다.  여기에 동선의 총 길이를 곱하면 권선의 직류저항값이 나온다.

동손과 철손을 합하면 총 손실이 계산될 것인데 이 손실로 인한 온도상승은 트랜스의 표면적을 계산하여 챠트를 읽어 계산할 수 있다.  대개의 경우 트랜스의 온도 상승은 40도 이내로 제한하는 모양이다.

지금까지 출력트랜스를 설계하는 과정을 수박 겉핧기 식으로 살펴 보았다.  그러나 여러가지 형편상 실제 제작은 cut and try식으로 할 수밖에 없어 보인다.  이 경우 중요한 것은 어떤 코아사이즈에 몇번의 권선을 감을 것인가를 결정하는 것이 필수 요소인데 이는 지금까지의 논의만으로도 어느정도 감이 잡힐 것이라고 본다.  하여튼 808암프 출력트랜스 제작에 약간이나마 보탬이 되길 바란다.  

끝

입력트랜스를 만드는데 어느정도의 인닥탄스가 필요한지 실제 제품의 사양을 예로 들어 보도록 하겠습니다. Lundahl 사의 LL1660의 일차인닥탄스는 290H라고 합니다. 싱글로 쓸 경우 20mA의 전류를 흘릴경우 갭으로 인닥탄스가 감소하는데 이때에도 일차인닥탄스는 33H라고 합니다

1ET 님 여러차레 Trans 만드는데 필요한 글 올려주셔서 고맙습니다. 좋은 참고가 되겠습니다.