26.2 : מעגלים שקולים עבור שנאים מעשיים

המעגלים השקולים המעשיים של שנאים חד-פאזיים בעלי שני ליפופים מציגים סטיות משמעותיות מהגרסאות המושלמות שלהם עקב התכונות הטבעיות של התנגדות הליפופים וחדירות המגנטית הסופית של הליבה. תכונות אלו גורמות לאובדן הספק ממשי ותגובתי, המשפיעים על ביצועי השנאי. הבנת הסטיות הללו חיונית לתכנון שנאים יעילים יותר.

בשנאי מעשי, כל ליפוף מציג התנגדות והשראות זליגה. התנגדות הליפוף תורמת להפסדים התנגדותיים, המתבטאים כחום, בעוד שהשראות הזליגה, הקשורה לשטף הזליגה, גורמת לנפילת מתח ומובילה לאובדן הספק תגובתי. אלמנטים אלה מיוצגים במעגל השקול בטור עם כל ליפוף, וכך מתקבל ייצוג מדויק יותר של התנהגות השנאי תחת עומס.

חדירות הליבה הסופית של השנאי מרמזת כי דרוש כוח מַגְנֵטוֹמוֹטוֹרִי (MMF) שונה מאפס, כפי שמתואר על פי חוק אוהם עבור מעגלים מגנטיים. דרישה זו יוצרת זרם מגנטיזציה, החיוני ליצירת שטף מגנטי בליבה. כאשר לוקחים בחשבון את המתח המושר בליפוף הראשוני, זרם המגנטיזציה מפגר אחר המתח המושר ב-90 מעלות. קשר זה מיוצג באמצעות משרן מקביל במעגל השקול, המייצג במדויק את רכיב ההספק התגובתי בשל מגנטיזציית הליבה.

הפסדי ליבה, הנובעים בעיקר מהיסטרזיס וזרמי ערבולת בחומר הליבה, מיוצגים באמצעות נגד מקביל במעגל השקול. נגד זה מדמה את זרם אובדן הליבה, הנמצא בפאזה עם המתח המושר. כאשר זרם הליפוף המשני שווה לאפס, זרם הליפוף הראשוני מורכב משני רכיבים: זרם המגנטיזציה וזרם אובדן הליבה. רכיבים אלה אחראים לאובדן הספק תגובתי וממשי, בהתאמה.

כדי להפחית הפסדים אלו, משתמשים לעיתים קרובות בפלדה מסגסוגת באיכות גבוהה כחומר לליבה. חומר זה בעל תכונות מגנטיות עדיפות, מה שמפחית את אובדני ההיסטרזיס וזרמי הערבולת, ובכך משפר את יעילות השנאי.

ניתן לבנות שלושה מעגלים שקולים עיקריים עבור שנאי מעשי:

1. כאשר ההתנגדות והשראות הזליגה מיוחסים לליפוף הראשוני.
2. כאשר מתעלמים מזרם העירור (סכום זרמי המגנטיזציה ואובדן הליבה) לשם פשטות.
3. כאשר מתעלמים מהתנגדות הליפופים ומתמקדים רק ברכיבים התגובתיים.

כל אחד מהמעגלים השקולים מספק תובנות לגבי היבטים שונים של ביצועי השנאי ומפשט את הניתוח עבור יישומים מסוימים. באמצעות הבנה ומידול של מאפיינים לא-אידיאליים אלה, מהנדסים יכולים לתכנן שנאים המתאימים יותר לדרישות של מערכות חשמל שונות.