変圧器の損失とは何ですか？

電力変圧器の損失は、主に銅損と鉄損から構成されます。これは、あらゆる電気機器が長期間の運転中に損失を生じるためであり、電力変圧器も例外ではありません。

鉄による損傷とは何ですか？

銅損とは異なり、変圧器の鉄損は巻線や電流の大きさなどの要因に依存しません。名前の通り、鉄損は鉄と密接に関係しており、鉄心によって発生します。変圧器の鉄損は「無負荷損失」とも呼ばれ、これは全負荷時でも無負荷時でも鉄損は常に変圧器内に存在し、変圧器の固定損失に属するためです。ただし、負荷がかかると、電界強度の低下に伴って電力損失は減少します。

変圧器鉄損の分類

変圧器の鉄損は、ヒステリシス損失と渦電流損失に分けられる。

ヒステリシス損失

変圧器の動作原理は、電磁誘導の原理に基づいて電圧の上昇・下降と電流の変化を実現するものです。変圧器内の磁束は鉄心に流れます。鉄心は、導体が電流に対して抵抗を持つように、磁束に対して磁気抵抗を持ちます。同様に熱も発生し、この損失は「ヒステリシス損失」と呼ばれます。

渦電流損失

変圧器の一次巻線に電流を流すと、コイルによって発生した磁束が鉄心に流れます。鉄心自体が導体であるため、磁力線に垂直な平面に電位差が生じます。この電位差によって鉄心の断面に閉ループが形成され、電流が発生します。この電流は回転する渦のように振る舞うため、「渦電流」と呼ばれます。渦電流によって生じる損失は「渦電流損失」と呼ばれます。鉄心は渦電流を発生させるため、薄いシート状に作られています。鉄心が薄いほど抵抗が高くなり、電流が小さくなるためです。

変圧器の鉄損に影響を与える要因

• 動作電圧と周波数：鉄損は変圧器の動作電圧と周波数に関係しています。これらの要因は、コア内の磁界強度とヒステリシスに影響を与えるためです。
• コア材料：コア材料のヒステリシス特性は鉄損の大きさに影響します。コア材料の選択が適切でない場合、ヒステリシス損失が増加します。
• 製造工程：変圧器の製造工程も鉄損に一定の影響を与えます。例えば、コアの積層方法や絶縁処理などが鉄損の大きさに影響します。

変圧器の鉄損を減らすにはどうすればよいか？

• 高品質の鉄心材料を選択する：ヒステリシス損失の小さい鉄心材料を選択することで、変圧器の鉄損を低減できます。
• 製造工程を最適化する：コア積層方法、絶縁処理、その他の製造工程を改善することにより、鉄損を低減する。
• 合理的な設計：変圧器の設計段階では、構造設計とパラメータ選択を最適化することで鉄損を低減します。

銅の損失

銅は変圧器において重要な役割を果たします。変圧器の巻線には通常、銅線が使用されます。変圧器の「銅損」とは、銅線によって生じる損失のことです。変圧器の「銅損」は負荷損失とも呼ばれます。いわゆる負荷損失は変動する損失であり、変化します。

電流の変化に伴って変化する銅損（負荷損）は可変損失であり、変圧器の運転における主な損失でもある。

変圧器の銅損に影響を与える要因

• 電流の大きさ：前述のように、銅損は電流の二乗に比例するため、電流の大きさは銅損に影響を与える重要な要素です。
• 巻線抵抗：巻線の抵抗は銅損に直接影響します。抵抗が大きいほど、銅損も大きくなります。
• コイル層の数：コイル層が多いほど、巻線内で電流が流れる経路が長くなり、それに伴って抵抗が増加し、結果として銅損が増加します。
• スイッチング周波数：変圧器の銅損に対するスイッチング周波数の影響は、変圧器の配電パラメータと負荷特性に直接関係します。負荷特性と配電パラメータが誘導性の場合、スイッチング周波数が増加するにつれて銅損は減少します。一方、容量性の場合、スイッチング周波数が増加するにつれて銅損は増加します。
• 温度の影響：負荷損失は変圧器の温度にも影響されます。同時に、負荷電流によって生じる漏れ磁束は、巻線に渦電流損失を、巻線外部の金属部分に迷走損失を生じさせます。

変圧器の銅損を減らすにはどうすればよいですか？

• 変圧器の巻線断面積を大きくする：導体抵抗を低減し、それによって変圧器の銅損を効果的に低減する。
• 巻線抵抗を低減するために、銅箔やアルミ箔などの高品質な導体材料を使用してください。
• 変圧器の軽負荷運転時間を短縮する：変圧器の軽負荷運転時間の割合を制限することで、変圧器の銅損を低減できます。