ちょっと、そこ！電源トランスのサプライヤーとして、電源トランスの銅損と鉄損の計算方法についてよく質問されます。これら 2 種類の損失は、変圧器の効率と性能に影響を与える重要な要素です。それでは、早速その計算方法を詳しく見ていきましょう。
電力変圧器について
まず、電源トランスとは何かについて簡単に説明します。電源変圧器は電力システムに不可欠なデバイスです。電磁誘導を通じて回路間で電気エネルギーを伝達します。についてさらに詳しく確認できます電源変圧器当社のウェブサイトで。など、さまざまな種類があります油入変圧器優れた保冷性と断熱性を備えているため、広く使用されています。当社についても知ることができます油入変圧器工場と製造工程。
銅損・鉄損とは何ですか？
計算に入る前に、銅損と鉄損が実際に何であるかを理解することが重要です。
銅損
I²R 損失としても知られる銅損は、トランスの巻線で発生します。銅の巻線に電流が流れると、ワイヤ内に抵抗が生じます。ジュールの法則によれば、この抵抗により電力は熱として放散されます。銅損の量は、巻線を流れる電流の二乗と巻線の抵抗によって決まります。
鉄損
一方、鉄損はトランスのコアで発生します。ヒステリシス損失と渦電流損失の 2 つの要素で構成されます。ヒステリシス損失は、交流電流の方向が変わるときにコア材料が磁化と減磁を繰り返すことによって発生します。渦電流損失は、変化する磁界によってコア内に誘導される循環電流によって発生します。
銅損の計算
銅損の計算式は非常に簡単です。それは以下によって与えられます:
[P_{cu}=I^{2}R]
どこ：
- (P_{cu}) はワット (W) 単位の銅損です。
- (I) は巻線を流れる電流 (アンペア (A)) です。
- (R) はオーム単位の巻線の抵抗です ((\Omega))
一次巻線電流が (I = 10) A で、一次巻線の抵抗が (R = 2) (\オメガ) である変圧器があるとします。一次巻線の銅損を求めるには、これらの値を式に代入するだけです。
[P_{cu}=(10)^{2}\times2 = 100\times2=200\ W]
現実のシナリオでは、変圧器には一次巻線と二次巻線の両方があります。したがって、総銅損 (P_{total - cu}) は、一次巻線と二次巻線の銅損の合計です。
[P_{合計 - cu}=P_{cu - プライマリ}+P_{cu - セカンダリ}]
さまざまな負荷での銅損を計算するには、負荷電流を考慮する必要があります。負荷電流は変圧器の定格電流に関係します。負荷が定格負荷の (x) 倍の場合、電流も定格電流の (x) 倍になります。したがって、部分負荷での銅損は負荷率の 2 乗に比例します。
鉄損の計算
鉄損の計算は、ヒステリシス損と渦電流損という 2 つの要素が関係するため、少し複雑になります。
ヒステリシス損失
ヒステリシス損失の式は次のとおりです。
[P_{h}=k_{h}fB_{m}^{n}V]
どこ：
- (P_{h}) はヒステリシス損失 (W) です。
- (k_{h}) はヒステリシス定数であり、コアの材質によって異なります。
- (f) は交流の周波数 (ヘルツ (Hz))
- (B_{m}) はコア内の最大磁束密度 (テスラ (T))
- (n) はシュタインメッツ指数で、コアの材質に応じて通常は 1.5 ～ 2.5 です。
- (V) は立方メートル単位のコアの体積 ((m^{3}))
渦電流損失
渦電流損の計算式は次のとおりです。
[P_{e}=k_{e}f^{2}B_{m}^{2}t^{2}V]
どこ：
- (P_{e}) は渦電流損失 (W) です。
- (k_{e}) は渦電流定数であり、コアの材質によって異なります。
- (t) はコアの積層の厚さをメートル (m) で表したものです。
総鉄損 (P_{i}) は、ヒステリシス損と渦電流損の合計です。
[P_{i}=P_{h}+P_{e}]
実際には、通常の動作条件下ではコア内の周波数と最大磁束密度が比較的一定のままであるため、鉄損は広範囲の負荷にわたって一定であると考えられることがよくあります。
なぜこれらの損失を計算するのでしょうか?
銅損と鉄損の計算は、いくつかの理由から重要です。まず、変圧器の効率を決定するのに役立ちます。変圧器の効率 (\eta) は次の式で与えられます。
[\eta=\frac{P_{out}}{P_{out}+P_{cu}+P_{i}}\times100%]
ここで、(P_{out}) は変圧器の出力電力です。これらの損失を最小限に抑えることで、変圧器の効率を高めることができます。これは、熱として浪費されるエネルギーが減り、より多くの電気エネルギーが負荷に伝達されることを意味します。
第二に、これらの損失を理解することは、トランスの適切なサイジングと選択にとって非常に重要です。予想される負荷と損失がわかっていれば、その条件下で効率的に動作できる変圧器を選択できます。
損失を減らすためのヒント
変圧器の銅損と鉄損を削減したい場合は、次のヒントを参考にしてください。
- 銅損について:
- 抵抗を減らすために、巻線にはより大きなゲージのワイヤを使用してください。
- 巻線の設計を最適化して、ワイヤの長さを最小限に抑えます。
- 鉄損対策:
- ヒステリシスと渦電流損失が低い高品質のコア材料を使用してください。
- 渦電流損失を減らすために、コアの積層の厚さを減らします。
結論
電源トランスの銅損と鉄損を計算することは、効率的な動作を確保するために不可欠です。関連する公式と要因を理解することで、変圧器の選択、サイジング、メンテナンスに関して情報に基づいた決定を下すことができます。
電源変圧器の市場に興味があり、当社の製品がどのようにお客様のニーズを満たすことができるかについて詳しく知りたい場合は、お気軽にお問い合わせください。当社は、低損失で高効率の適切な変圧器を見つけるお手伝いをします。電源トランスの要件について話し合ってみましょう。
参考文献
- 電気機械の基礎 スティーブン J. チャップマン著
- 電力システムの解析と設計：J. Duncan Glover、Mulukutla S. Sarma、Thomas J. Overbye