26.2 : 実用変圧器の等価回路
単相 2 巻線変圧器の実際の等価回路は、巻線抵抗と有限のコア透磁率という固有の特性により、理想化されたバージョンから大幅にずれています。これらの特性により、有効電力損失と無効電力損失が発生し、変圧器の性能に影響します。これらのずれを理解することは、より効率的な変圧器を設計する上で非常に重要です。
実際の変圧器では、各巻線に抵抗と漏れリアクタンスがあります。巻線抵抗は抵抗損失に寄与し、熱として現れます。一方、漏れ磁束に関連する漏れリアクタンスは電圧降下を引き起こし、無効電力損失をもたらします。これらの要素は、変圧器の等価回路内の各巻線と直列にモデル化され、負荷条件下での変圧器の動作をより正確に表現します。
変圧器のコアの透磁率は有限であるため、磁気回路のオームの法則で説明されているように、非ゼロの起磁力 (MMF) が必要です。この要件により磁化電流が生じ、コアに磁束を確立するために不可欠です。一次巻線にかかる誘導電圧を考慮すると、磁化電流は誘導電圧より 90 度遅れます。この関係は等価回路のシャントインダクタによって表され、コアの磁化による無効電力成分を正確にモデル化します。
コア損失は、主にコア材料内のヒステリシスと渦電流が原因で、等価回路ではシャント抵抗器で表されます。この抵抗器は、誘導電圧と同位相のコア損失電流をモデル化します。二次巻線電流がゼロの場合、一次電流は磁化電流とコア損失電流の 2 つの成分で構成されます。これらの成分は、それぞれ無効電力損失と有効電力損失の原因となります。
これらの損失を減らすために、コア材料には高級合金鋼がよく使用されます。この材料は優れた磁気特性を持ち、ヒステリシスと渦電流損失を減らし、変圧器の効率を向上させます。
実際の変圧器には、主に 3 つの代替等価回路を構築できます。
- 抵抗と漏れリアクタンスが一次巻線を基準とする場合。
- 簡素化のため、励磁電流（磁化電流とコア損失電流の合計）は無視されます。
- 巻線抵抗を無視し、無効成分のみに焦点を当てます。
これらの等価回路はそれぞれ、変圧器の性能のさまざまな側面についての洞察を提供し、特定のアプリケーションの分析を簡素化します。これらの非理想的な特性を理解してモデル化することで、エンジニアはさまざまな電気システムの要求をよりよく満たす変圧器を設計できます。
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