変圧器の特性試験【無負荷試験と短絡試験の理解の仕方】

みなさん、こんにちは!

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今回は、変圧器の特性試験である、

  • 無負荷試験
  • 短絡試験

の理解の方法について紹介します。

これらの試験について、テストなどで突然試験結果が与えられ、

何が何を示しているのかがわからない・・・!

となることが多いと思います。

そこで、等価回路ベースで理解する方法について紹介します。

そもそもですが、これらの試験の目的は、変圧器の等価回路の回路定数の算定のために行うものです。

したがって、問題で与えられたとおりに等価回路に条件を与え、電流経路を追うだけで、

  • 銅損を見ているのか
  • 鉄損を見ているのか

が判定できます。

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変圧器の特性試験

変圧器の特性試験には、

  • 無負荷試験
  • 短絡試験

があります。

・無負荷試験

1次側、または2次側の一方を開放することで、負荷電流を0Aにします。

その時の電力や電流を測定することで、励磁回路での損失、つまり励磁回路の回路定数がわかります。

・短絡試験

1次側、または2次側の一方を開放することで、非常に大きい負荷電流(一般的には定格電流)を流す試験です。

その時、変圧器には負荷電流と励磁電流の両方が流れます。

しかし、励磁電流は定格負荷電流よりも非常に小さく無視できるので、電力や電流を測定することで、巻線の抵抗値を測定できます。

無負荷試験の等価回路

無負荷試験では、一般的には2次側に電源をつなぎ、1次側を開放するようです。

しかし、1次側、2次側のどちらを開放するかは本質的な問題ではなく、電流経路が重要になります。

下の回路図は、変圧器のT型等価回路における無負荷試験の電流経路です。

1次側は開放しているため、回路上には励磁電流しか流れません。

ここで、2次側巻線インピーダンスは、励磁回路のインピーダンスよりも非常に小さいため無視できます。

この無負荷試験で、

  1. 消費電力[kW]から、オームの法則よりコンダクタンス成分を計算可能
  2. 電圧と電流のベクトル計算からアドミタンスが計算可能
  3. アドミタンスとコンダクタンスよりサセプタンスが計算可能

となり、励磁回路の回路定数を計算できるようになります。

短絡試験の等価回路

短絡試験は、一般的に2次側を短絡し、1次側に電圧を印加することで行います。

変圧器のT型等価回路で、電流経路を見ると下のようになります。

矢印の太さは電流の相対的な大きさを示しています。

つまり、短絡電流に対して励磁電流は非常に小さく、無視することができます。

この時、短絡試験では、

  1. 消費電力[kW]と電圧からオームの法則より巻線抵抗(1次換算値)を計算可能
  2. 電圧と電流のベクトル計算から巻線のインピーダンス(1次換算値)が計算可能
  3. インピーダンスと抵抗値からリアクタンスが計算可能

となり、巻線回路の回路定数が計算できます。

まとめ

ここまで、変圧器の特性試験について紹介してきました。

  • 無負荷試験
  • 短絡試験

など、突然試験結果を提示され、何が何だか分からなくなることもあると思います。

そんな時には、必ず等価回路まで戻ってください。

特性試験が絡む問題は、特性試験から回路定数さえ求めてしまえば、残りの問題は簡単な場合が多いです。

特性試験の問題があれば、得点源になると思えるぐらい、基礎を磨いてみると、また世界観が変わってきます。

以上、変圧器の特性試験について、参考になれば幸いです。

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