일관된 변압기 제조를 위한 프로세스 개선: 인덕턴스 제어 및 성능 최적화

시장에서 이러한 변압기를 제조하는 업체가 부족한 상황에서 우리는 자체적으로 설계합니다. 파트너에게 기술 사양을 제공하며, 고온 에나멜선과 같은 재료를 지정합니다.

하부 로깅 도구로부터 전송되는 전기 신호는 이러한 변압기를 통해 전달되며, 이는 지층-지표면 신호의 신뢰성에 영향을 미칩니다. 따라서 변압기 일관성을 개선하면 신호 균일성이 향상되고, 로깅 도구의 정확성과 시장 경쟁력이 향상됩니다.

우리의 일반적인 신호 변압기는 EI-타입이며, 40~80 μΩ·cm의 고순도 페르마로이 코어, 금속 케이스 및 실리콘 포팅으로 구성되어 있습니다. 변압기 일관성은 설계와 제조 모두에 의존합니다. T1 변압기의 경우 수요가 낮아 수작업 생산으로 인해 품질 문제가 발생했습니다. 과거 배치에서는 중앙값 대비 ±30% 범위 내에서 불량한 인덕턴스 일관성이 나타났으며, 이는 회로 디버깅과 최종 제품 정확성을 저하시켰습니다.

1. 일관성에 영향을 미치는 공정 요인 분석

수작업과 소량 생산으로 인한 변압기 성능의 불일치를 해결하기 위해서는 공정 개선에 집중해야 합니다. 변압기 제조는 전도, 자기, 절연 재료 등 다양한 분야에 걸쳐 있으며, 이들 재료의 특성이 매우 다양하여 제어가 어렵습니다. 시장 조사와 재료 데이터 분석을 통해 변압기 중앙값과 일관성에 대한 원인-결과 다이어그램을 다음과 같이 작성하였습니다:

1.1 EI-타입 변압기 제조 공정 분석

일반적인 변압기 공정의 공통점 외에도, EI-타입 변압기의 고유한 특성은 그림 1의 14개 단말 요소에 대한 종합적인 분석이 필요합니다. 성능에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다:

• 페르마로이 재료 열처리: 엄격한 열처리 공정이 부족하여 소량 생산으로 인해 온도 제어, 코어 시트 정렬, 가마 진공 등은 경험에 기반한 작업이 이루어집니다. 이러한 요인들은 합금 코어 표면의 불순물 제거와 자기 특성 향상(예: 철 손실, 투자율)에 결정적으로 영향을 미칩니다.

• 재료 자기 성능 변동: 국내 합금 재료의 특성이 불안정합니다. 페르마로이 배치 간에 자기 성능 차이가 있어 일관성이 떨어집니다.

• 코어 시트 조립 시 스트레스: 조립 중 불균일한 외부 스트레스는 자기 성능을 저하시킵니다(일반적으로 10% 이상의 영향). 평평한 코어 시트 선택과 정밀한 조립은 일관성을 향상시킵니다.

1.2 공정 개선 조치

T1 변압기 인덕턴스 불일치의 주요 원인에 따라 목표를 두고 공정 개선을 실시하였습니다.

2 공정 개선 조치 및 실행
2.1 작업자가 열처리 공정을 엄격히 관리

• 열처리 전에 페르마로이 코어 시트를 가능한 한 평평하게 정렬하여 처리 후 구부러짐을 줄이고, 조립 중 스트레스를 감소시킵니다. 또한, 열처리 전 스탬핑 후 코어 시트의 모서리를 확인하고, 모서리가 심각하다면 먼저 수리를 제안한 후 열처리를 진행합니다.

• 그림 2의 곡선을 엄격히 따르면서 3시간 동안 온도를 균일하게 상승시켜 가마 온도가 1150°C에 도달하도록 하며, 4시간 동안 온도를 유지한 후 5시간 동안 400°C까지 냉각시킨 후 시트를 가마에서 꺼냅니다.

• 진공 압력에 대한 원래 공정 요구사항을 엄격히 준수합니다. SG-3 복합 진공 게이지를 사용하여 진공도를 10-20 Pa로 설정합니다.

2.2 3~5배치의 코어 시트 재료를 선택하여 각각 처리하고 성능을 비교

• 1J85 페르마로이 코어 시트 원자재에 대해 비교 검증을 수행합니다. 각 배치당 약 1,000장을 (EI 시트) 준비하고, 각각 가마 번호를 부여하여 3회에 걸쳐 열처리를 수행하고 성능 차이를 추적 및 기록합니다. HP4225LCR 브릿지 테스터(주파수: 1 kHz)를 사용하여 L1-2 그룹의 인덕턴스(H)를 측정합니다. 데이터는 다음과 같습니다:

결론: 위의 데이터를 비교하면, 3회에 걸쳐 처리된 페르마로이 코어 시트의 성능은 기본적으로 일관성이 있으며, 4H 중앙값의 ±10% 범위 내에 있습니다.

• 다음 배치의 원자재와 성능을 비교하기 위해 일부 코어 시트를 보관하여 다음 원자재 배치에 대한 추가 검증을 가능하게 합니다.

• 평평한 코어 시트를 선택하고 같은 방향으로 삽입하여 시트의 스트레스를 최소화합니다.

ハウジング組装前的变压器成品测试数据：频率 = 1 kHz（HP4225LCR 测试仪）。在20°C（室温）下测量绕组L1-2（H）。具体数据如下：

테스트 후, 변압기 데이터는 잠침 후에도 거의 변경되지 않습니다.

2.3 인덕턴스 일관성 조정

단일 시트 교차 방법을 채택합니다. 단일 EI 시트는 곡률이 있습니다. 삽입 시 곡률 방향을 일치시키도록 합니다. 여러 번 동일한 코일에 삽입하여 비교한 결과, 곡률 방향이 일치할 때 인덕턴스가 상대적으로 더 크며, 약 18mH입니다. 반면, 곡률 방향이 일치하지 않을 때 인덕턴스는 약 15mH입니다. 따라서 삽입 시 곡률 방향을 일치시키는 방법을 사용하면 E와 I 시트 사이의 미세한 공기 간극 차이를 수동으로 조정하여 인덕턴스 일관성을 더 잘 달성할 수 있습니다.

T1 변압기를 예로 들면, T1의 중앙값을 다시 4.00H로 결정하여 변압기의 인덕턴스 일관성을 중앙값의 ±10% 범위 내로 제어합니다. 또한, 각 배치의 출고 변압기의 인덕턴스가 새로 결정된 중앙값과 기본적으로 일치하도록 합니다.