이전 챕터에서는 자구와 자기포화에 대해서 이야기했는데 이번에는 투자율과 자화특성에 대해서 이야기하겠습니다.
같은 재료의 철심에 같은 기자력을 가하였다 해도 철심의 크기와 형상에 따라 자속의 양이 달라집니다. 예를 들어 같은 턴수에서 철심의 길이를 짧게 만들어 준다면 코일이 조밀해지면서 자속이 커집니다. 즉 철심의 길이에 따라 철심을 자화시키는 힘이 달라지므로 단위길이당 기자력을 정의할 필요가 생깁니다. 이를 H 자계강도라고 하고 자기장의 세기라고도 합니다.
철심 재료가 얼마나 자화가 잘 되는 성질을 지녔는지는 코일의 총 기자력과 총 자속 전체적으로 비교하는 것보다 각각 자구에 가해지는 기자력과 각각의 자구가 어느정도만큼 자화되었는지의 관계로 표현해야합니다. 그래야 철심의 형상에 관계없이 철심이 가진 고유의 자화특성을 알 수 있으니깐요. 그렇기 때문에 H 자계강도와 B 자속 밀도의 관계로 투자율을 정의합니다.
투자율이 클수록 자화가 쉽게 이루어지며 같은 기자력에서 더 많은 자속을 만들어 냅니다. 빈 공간에서 투자율은 상수로 정해져있습니다. 중요한 숫자라 외워놓는게 좋습니다.
이를 기준으로 어떤 철심 재료의 투자율이 공기중의 투자율의 몇배인지 나타낸 것을 비투자율이라고 합니다. 즉
비투자율은 다음과 같이 나타낼 수 있고, 주로 철심의 비투자율은 3000정도로 생각하면 됩니다.
전에 자기저항과 관련된 식을 보았는데 이제 자계강도를 이용해 자기저항을 다른 방식으로 나타낼 수 있습니다.
자기저항 즉, reluctunce 식을 정리해보면 위 그림의 오른쪽 처럼 정리가 됩니다. 이는 전기에서 저항이 가지는 관계와 비슷하다는 걸 알 수 있습니다. 즉 전기저항이 굵고 짧은 도체의 저항이 작듯, 굵고 짧은 철심은 자기저항이 작게 됩니다.
또한 전기에서 저항계산처럼 자기저항 역시 병렬, 직렬 회로로 분석이 가능합니다.
자화특성곡선은 자계강도와 자속밀도사이의 관계를 그래프로 나타낸 것입니다.
저번 게시글에서 보여주었던 자속과 기자력 그래프와 매우 유사합니다. 자화특성곡선은 해당 자성재료의 자화특성을 아는데 굉장히 중요합니다. 저 역시 인턴생활때 자화특성곡선을 숱하게 보았습니다. 우수한 자기적 특성이란 선형영역에서 투자율이 크고 최대로 얻을 수 있는 자속밀도, 즉 자기포화에 이르렀을 때의 자속밀도인 포화자속밀도가 큰 것을 말합니다. 자화특성곡선을 통해 해당 자기적특성을 고려해야하고 전기적, 기계적 특징도 고려해야할 요소입니다.
자화특성곡선은 후에 히스테리시스 곡선부터 여러가지로 전기기기에서 필수적인 요소입니다. 또한 투자율 자계강도를 정확하게 알고 넘어가야 추후 설명에서 어려움이 없을거라 예상됩니다. 다음시간에는 자기회로와 공극, 전자기유도현상을 알아보겠습니다.
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