低周波数でのトランスフォーマーのヒステリシス損失が高くなる原因は何ですか
低周波数でのトランスフォーマーのヒステリシス損失が高くなる主な理由は、飽和ではなくヒステリシス効果自体の特性によるものです。以下に詳細な説明を記します。
ヒステリシス損失の基本概念
ヒステリシス損失とは、磁化プロセス中にコア内の磁気ドメインが反転することで発生するエネルギー損失です。ヒステリシス損失の大きさは、磁化曲線を表すヒステリシスループの面積によって決まります。ヒステリシスループの面積が大きいほど、ヒステリシス損失も大きくなります。
低周波数でヒステリシス損失が高い理由
ヒステリシスループの面積が大きい:
低周波数では、磁化周波数が低く、各周期内での磁気変化がゆっくりと起こります。これは、磁気ドメインが反転する時間が長くなり、結果としてヒステリシスループの面積が大きくなることを意味します。
ヒステリシスループの面積が大きいと、直接的にヒステリシス損失も増加します。
磁化深さの増加:
低周波数では、磁場の変化がゆっくりと起こり、磁化深さが増加します。これにより、コアのより大きな部分が磁化プロセスに関与し、ドメインの反転数と範囲が増加し、結果としてヒステリシス損失も増加します。
磁気強度の変化が遅い:
低周波数では、磁場の変化率が遅いため、磁気強度の変化も遅くなります。これにより、ドメインの反転に対する抵抗が増大し、各反転に必要なエネルギーが増えます。
低周波数飽和との違い
低周波数飽和: 低周波数飽和とは、磁場の変化がゆっくりとしたため、低周波数で磁束密度が容易に飽和状態に達する傾向を指します。飽和時には、コアの透磁率が低下し、励磁電流が急激に増加します。しかし、これは主に渦電流損失に影響を与え、ヒステリシス損失にはほとんど影響しません。
ヒステリシス損失: ヒステリシス損失は、磁気ドメインの反転と関連しており、磁束密度が飽和するかどうかとは無関係です。非飽和条件下でも、低周波数はヒステリシス損失の増加を引き起こす可能性があります。
影響因子の要約
磁化周波数: 低周波数では、磁化周波数が低いため、磁気ドメインが反転する時間が増え、ヒステリシスループの面積が増大します。
磁化深さ: 低周波数では、磁化深さが増加し、コアのより大きな部分が磁化プロセスに関与します。
磁気強度の変化: 低周波数では、磁気強度の変化が遅いため、ドメインの反転に対する抵抗が増大し、各反転に消費されるエネルギーが増えます。
結論
低周波数でのトランスフォーマーのヒステリシス損失が高い主な理由は、ドメインの反転に利用できる時間が長くなること、磁化深さの増加、および磁気強度の変化が遅くなることから生じるヒステリシスループの面積の増大です。低周波数飽和もトランスフォーマーの性能に影響を与えるかもしれませんが、主に渦電流損失に影響を与え、ヒステリシス損失にはほとんど影響しません。
