変圧器におけるエネルギー損失の種類の説明

寒い日に手をこすり合わせると、手が温かくなるのをご存知ですか？それは摩擦が動きを熱に変えることです。変圧器の内部でも同様のことが起こっています。電気は銅製のコイルの中を通過する必要があり、電気摩擦のような抵抗に遭遇します。-それは熱やブームを押し出し、照明や電化製品には決して届かないエネルギーです。エンジニアはただそう呼ぶだけ銅損（主に、ワイヤーは通常銅であるためです）。

そして、これは安定していません。変圧器が実際にどの程度動作しているかに応じて増加します。携帯電話の充電器が、何もせずに接続されているだけの場合と比べて、急速充電を行っているときに著しく熱くなるのを感じたことはありますか?同様に-電流が高くなると、「摩擦」が大きくなり、無駄な熱が多くなります。結論: 需要が高まると、巻線は急速に加熱されます。

設計者は、ワイヤーを太くするという非常に明白な修正で反撃します。交通渋滞を防ぐために道路を広げることだと考えてください。確かに、変圧器は大きくなり高価になりますが、より低温で動作し、より長持ちし、無駄が少なくなる製品としては、それだけの価値があることが数字で示されています。正直なところ、これは当社の電力システム全体が 100% 完璧ではない理由を理解するための出発点です。

銅線の損失は使用に伴って発生しては消えますが、何も接続されていない場合でも、常に減少し続けるもう 1 つの損失があります。赤信号で停車し、エンジンがアイドリング状態で、ガソリンをがぶ飲みしている車を想像してください。変圧器も同じことをします。-彼らは「目覚めて」準備を整えるためだけに、ほんの少しの電力を消費します。これを私たちは呼んでいます-負荷損失なしまたは鉄損(ワイヤではなくコアで発生するため)。

コアは基本的に、磁場を誘導するために存在するこの大きな特殊鋼の積み重ねです。しかし、その場は金属の内部でも跳ね返り、熱を発生させます。変圧器が送電網に接続されている限り、常にオンになっているため、家が少量のジュースを使用しているか、大量のジュースを使用しているかに関係なく、損失はほぼ一定に保たれます。-

この安定した背景熱の実際の原因は何でしょうか?大きな犯人は二人。

変化する磁場はコアを丁寧に通過するだけではなく、{0}}金属内部に、と呼ばれる小さな渦巻く電気のループを引き起こします。渦電流。彼らは、ミニ短絡のように物事を加熱するだけで、役に立たないことを行ったり来たりしています。

かつて、固体の鉄心はこの大きな渦が容易に形成され、大量のエネルギーを浪費するため悪夢でした。{0}修正は？コアをスライスして極薄の鋼板にし、それぞれを絶縁体（ワニスなど）でコーティングします。- 1 つの固体レンガではなく、カードのデッキのように積み上げます。これらの絶縁層は、大きなループの形成を阻止します。とてもシンプルで賢いハックです-ラミネート加工渦電流損失を大幅に削減し、すべての動作をより低温にします。

それから、もう一つ奇妙なものがあります。大きな変圧器の周囲で低いノイズが聞こえることがあります。-これは単なるランダムなノイズではありません。それは文字通り小さなレベルで振動しているコアです。

鋼鉄の内部には、何十億もの微細な磁性「ドメイン」が存在します (小さな棒磁石を想像してください)。変圧器がオフのとき、それらはすべてどちらかの方向を指します。ただし、AC 電源を接続すると、磁場によって一方向にスナップし、次に反対方向に反転します。1 秒間に 60 回 (グリッドによっては 50 回)。

この反転は簡単ではありません。ストレスから温まるまでペーパークリップを前後に曲げるような抵抗があります。フリップするたびに、わずかなエネルギーが熱として失われます。それはヒステリシス損失。これらすべてのドメインが反転する集合的な振動が、ハム音として聞こえます。

エンジニアは、普通の鉄の代わりにシリコン鋼を使用することでこの問題を解決しました。{0}シリコンによりドメインの反転が容易になり、抵抗が減り、熱が減り、ハム音が静かになります。完全に拭き取ることはできませんが、この合金はかなり役に立ちます。

たとえ優れたコアであっても、磁場のすべてを捕捉することはできません。フラックスの一部がこっそり抜け出してタンク、ボルト、またはクランプに衝突し、そこでさらに渦電流が発生します。それは漂流損失-小さいですが、そこにあります。

断熱性も完璧ではありません。変圧器はショートを防ぐためにオイルと特殊な紙を使用しています。強い電場はこれらの分子にストレスを与え、プラスチックを何度も曲げるようなものです-少し温かくなります。それは誘電損失、通常は小さいです。

これらの余分な損失は、コア損失や銅損失に比べれば微々たるものですが、数百万の変圧器を使用すると、これらの損失が合計されるため、エンジニアはワットごとに汗を流します。

これらすべての損失は、次の 2 つのバケツに要約されます。

継続的な損失（主に鉄/コア関連のもの）-アイドリング エンジンのコストなど、常に存在します。

変動損失（主に銅）-アクセルペダルを踏み込むなど、電流や負荷が増えると爆発します。

銅損は電流（I²R）の二乗なので、急速に上昇します。したがって、変圧器はフル稼働時に最も効率的ではありません。通常、ピーク効率は約 50 ～ 75% の負荷に達し、固定のバックグラウンド ドレインが上昇する変動値とうまくバランスをとります。

推測せずにこれらの隠れた損失を特定するにはどうすればよいでしょうか? 2 つの古典的なテスト:

開回路テスト-: プライマリの電源を入れ、セカンダリは切断したままにしておきます。巻線に電流がほとんど流れない → 銅損がほぼゼロ。入力電力は基本的にコア損失（一定のハミング部分）と等しくなります。

短絡テスト-: 二次側を短絡し、低電圧を印加して定格電流を押し上げます。コア磁束が小さい → コア損失は無視できます。入力電力 ≈ 全負荷銅損-。

これら 2 つの数値を使用すると、あらゆる負荷時の動作を予測できます。

おそらく、柱上変圧器や緑色のパッド マウント ボックスの前を通り過ぎても、ほとんど気付かなかったはずです。{0}今？わかりますね、-彼らは、エネルギーのかけらが熱として逃げていくので、ハミングをしたり、ウォーミングアップをしたり、一生懸命働いているのです。

確かに、最新のものは 99% 以上の効率を達成しますが、全国的に 1% の損失は、廃熱を作るためだけに追加の発電所に電力を供給するようなものです。すべての法案は、目に見えない非効率性の一部を静かにカバーしています。

だからこそ、グリッドのアップグレードは決して止まらないのです。次回その前を通りかかるときは、ぜひうなずいてみてください。-これは、照明をもう少しきれいに点灯し続ける、廃棄物とのこの大規模で静かな戦いの一部です。それについて考えるとかなりクールです。

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