히스테리시스 손실(Hysteresis Loss) 완벽 정리 | 자기이력곡선·잔류자기·보자력 해설

자성체에 교류 자기장을 인가하면 자화와 탈자가 반복되며 에너지 손실이 발생합니다.
이러한 손실을 히스테리시스 손실(Hysteresis Loss)이라 하며, 변압기·모터·유도가열 장치 등 자기장을 이용하는 모든 장비의 효율에 영향을 주는 중요한 요소입니다.

히스테리시스 손실이란?

자성체에 자기장을 가하면 자속밀도(B)가 증가하지만, 자기장을 제거해도 자성이 완전히 사라지지 않고 일부가 남게 됩니다.

이를 잔류자기(Residual Magnetism)라고 하며, 잔류자기를 제거하기 위해서는 반대 방향의 자기장을 인가해야 합니다.

이처럼 자화와 탈자가 반복되는 과정에서 발생하는 현상을 히스테리시스(Hysteresis, 자기이력현상)이라고 합니다.

자기이력곡선(B-H Curve)의 주요 요소

히스테리시스 손실 발생 원리

자성체를 교류로 반복 자화시키면 자기이력곡선(B-H 곡선)이 형성됩니다.

이때 곡선으로 둘러싸인 면적은 1회 자화 과정에서 손실되는 에너지에 해당하며, 교류 주파수가 높아질수록 손실은 증가하게 됩니다.

• 자기이력곡선 면적 증가 → 손실 증가
• 주파수 증가 → 손실 증가
• 자화 횟수 증가 → 손실 증가

히스테리시스 손실에 영향을 주는 요소

산업 적용 분야

• 유도가열 전원장치
• 고주파 가열 시스템
• 변압기
• 전동기(Motor)
• 발전기(Generator)
• 자기센서
• 전력변환장치

유도가열 시스템과의 관계

유도가열에서는 와전류 손실(Eddy Current Loss)과 함께 히스테리시스 손실이 열 발생의 주요 원인이 됩니다.

특히 강철과 같은 강자성체는 큐리온도(Curie Temperature) 이하에서 히스테리시스 손실이 크게 발생하며 이를 이용해 효율적인 가열이 가능합니다.

히스테리시스 손실 저감 방법

• 규소강판(Silicon Steel) 적용
• 연자성 재료 사용
• 적정 주파수 선정
• 자속밀도(B) 최적화
• 자성재료의 포화영역 운전 방지
• 철심 적층 구조 적용

유도가열 및 전력전자 설계 시 고려사항

고주파 유도가열 시스템에서는 히스테리시스 손실과 와전류 손실을 동시에 고려해야 합니다. 특히 사용 주파수와 재료의 자기적 특성에 따라 전체 시스템 효율이 결정되므로 전원장치 설계 단계에서 적절한 자성재료 선정이 중요합니다.