電力変圧器の損失の原因

Jun 29, 2024

どのような電気機器でも長期使用中に損失が生じ、電力変圧器も例外ではありません。電力変圧器の損失は、主に銅損と鉄損の2つに分けられます。

銅損失

銅は変圧器において重要な役割を果たしており、変圧器の巻線には通常銅線が使用され、変圧器における「銅損」は銅線の損失です。変圧器の「銅損」は負荷損とも呼ばれ、つまり変化する変動損失です。変圧器が負荷状態で動作している場合、電流はワイヤを介して抵抗を持ち、抵抗損失が発生します。ジュールの法則によると、この抵抗器を流れる電流はジュール熱を発生し、電流が大きいほど電力損失が大きくなります。したがって、抵抗損失は電流の2乗に比例し、電圧とは無関係です。電流の大きさに応じて変化するため、銅損(負荷損失)は変動損失であり、変圧器の動作における主な損失でもあります。

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影響要因

    現在のサイズ:前述のように、銅損失は電流の二乗に比例するため、電流の大きさは銅損失に影響を与える重要な要素となります。

    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: コイル層の数が増えると、巻線内の電流の経路が長くなり、それに応じて抵抗が増加し、銅損失が増加します。

    スイッチング周波数:スイッチング周波数がトランスの銅損に与える影響は、トランスの分布パラメータと負荷特性に直接関係しています。負荷特性と分布パラメータが誘導性の場合、スイッチング周波数の増加とともに銅損は減少します。負荷特性と分布パラメータが両方とも容量性の場合、スイッチング周波数の増加とともに銅損は増加します。

温度の影響:負荷損失は変圧器の温度によっても影響を受けますが、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、巻線外側の金属部分に漂遊損失を生じます。
フォーミュラモード

    1. 銅損(単位:kW)=I² × Rc × Δt、Iは変圧器の定格電流、Rcは銅線の抵抗、Δtは変圧器の動作時間です。

    2. 銅損=I² × R、I は変圧器の定格電流、R は変圧器の全銅抵抗です。

R=(R1 + R2) / 2、R1は変圧器の一次側銅抵抗、R2は変圧器の二次側銅抵抗です。

銅の損傷を軽減する方法

    1. 変圧器の巻線断面積を増やす:導体抵抗を減らし、それによって変圧器の銅損失を効果的に減らします。

    2.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の導体材料を使用します。

    3.変圧器の軽負荷運転時間の短縮:変圧器の軽負荷運転時間の割合を制限すると、変圧器の銅損失が低減します。

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