누설 인덕턴스

누설 인덕턴스 (Leakage Inductance)는 변압기 또는 유도 전동기 등에서 이상적인 변압 작용에 기여하지 못하고, 1차 또는 2차 권선에 자체적으로 발생하는 인덕턴스 성분이다. 이는 권선 사이에 완벽한 자기적 결합이 이루어지지 않아 발생하며, 1차 권선에서 발생한 모든 자속이 2차 권선과 완전히 쇄교(交鎖)하지 못하고 일부가 공기 중으로 새어 나가기 때문에 나타난다.

발생 원인

누설 인덕턴스는 주로 다음과 같은 요인으로 인해 발생한다.

• 권선 구조: 1차 권선과 2차 권선 사이의 물리적 거리, 권선의 배치, 권선의 층수 등이 누설 자속의 양에 영향을 미친다. 권선 간 거리가 멀수록, 권선 배치가 불리할수록 누설 자속은 증가한다.
• 코어 형상: 코어의 형상 또한 누설 자속의 경로에 영향을 미친다.
• 공극 (Air Gap): 변압기나 유도 전동기의 코어에 의도적 또는 비의도적으로 존재하는 공극은 자기 저항을 증가시켜 누설 자속을 증가시킨다.

영향

누설 인덕턴스는 변압기나 유도 전동기의 성능에 다양한 영향을 미친다.

• 전압 강하: 부하 전류가 흐를 때 누설 인덕턴스에 의한 전압 강하가 발생하여 2차측 단자 전압이 감소한다.
• 효율 저하: 누설 자속은 변압 작용에 기여하지 못하고 손실을 발생시켜 효율을 저하시킨다.
• 단락 전류 제한: 누설 인덕턴스는 단락 사고 시 단락 전류의 크기를 제한하는 역할을 한다. 이는 변압기나 유도 전동기를 보호하는 데 중요한 요소가 될 수 있다.
• 역률 저하: 누설 인덕턴스는 회로의 역률을 저하시키는 요인이 된다.

활용

누설 인덕턴스는 때로는 의도적으로 활용되기도 한다.

• 누설 변압기: 누설 인덕턴스를 크게 설계하여 아크 용접기, 네온사인 점등 장치 등에 사용된다. 이러한 변압기는 출력 전류를 제한하는 특성을 갖는다.
• 공진 회로: 누설 인덕턴스는 외부 커패시터와 함께 공진 회로를 구성하여 특정 주파수의 신호를 선택적으로 통과시키거나 제거하는 데 사용될 수 있다.

감소 방안

누설 인덕턴스를 줄이기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

• 권선 간 결합도 향상: 1차 권선과 2차 권선을 최대한 가깝게 배치하고, 권선을 샌드위치 구조로 배치하여 누설 자속을 최소화한다.
• 코어 설계 최적화: 코어의 형상을 최적화하여 자기 저항을 줄이고, 누설 자속의 경로를 개선한다.
• 공극 최소화: 코어에 공극이 존재하지 않도록 정밀하게 제작하고, 코어 접합면을 매끄럽게 처리한다.