2022年度 下期 機械 問9

無負荷の変圧器の一次巻線に正弦波交流電圧を加えると、鉄心には磁気飽和現象やヒステリシス現象が生じるので電流は非正弦波電流となる。この電流を励磁電流といい、第3次をはじめとする多くの次数の高調波を含む。

変圧器の励磁電流のうち、一次電圧と同相成分を鉄損電流, $\dfrac{\pi}{2}$ [rad] 遅れた成分を磁化電流という。

変圧器の鉄損には主にヒステリシス損と渦電流損がある。電源の周波数を $f$, 鉄心に用いる電磁鋼板の厚さを $t$ とすると、ヒステリシス損は $f$ に比例し、渦電流損は $(f \times t)$ の2乗に比例する。ただし、鉄心の磁束密度を同一とする。

変圧器の損失には主に鉄損と銅損があり、両者が等しくなったときに最大効率となる。無負荷損の主なものは鉄損で、電圧と周波数が一定であれば負荷に関係なく一定である。また、負荷損の主なものは銅損で、負荷電流の2乗に比例する。

変圧器の等価回路において、励磁回路は励磁コンダクタンスと励磁サセプタンスで構成される。両者を合わせて励磁アドミタンスという。励磁コンダクタンスに流れる電流は磁化電流に対応し、励磁サセプタンスで発生する損失は鉄損に対応している。