漏れ磁束

漏れ磁束とは

変圧器（トランス）を構成する磁束は、大きく分けて主磁束（相互磁束）と漏れ磁束の二つに分類されます。このうち、漏れ磁束は変圧器の変圧作用に直接的には寄与しない磁束であり、変圧器の動作特性を理解する上で重要な概念です。

変圧器の磁束構成

変圧器の磁束は、以下の3つの要素から構成されます。

1. 主磁束（相互磁束）φ12またはφ21：一次巻線と二次巻線の両方と鎖交する磁束です。この磁束が変圧器の変圧作用の根幹を担います。
2. 一次側漏れ磁束 φσ1：一次巻線のみと鎖交し、二次巻線とは鎖交しない磁束です。
3. 二次側漏れ磁束 φσ2：二次巻線のみと鎖交し、一次巻線とは鎖交しない磁束です。

理想的な変圧器では、一次巻線と二次巻線が完全に結合し、主磁束のみが存在します。しかし、実際の変圧器では巻線間の結合が完全ではないため、必ず漏れ磁束が発生します。この漏れ磁束は、変圧作用に寄与しないだけでなく、変圧器の性能に影響を与える要素となります。

漏れ磁束と漏れインダクタンスの関係

漏れ磁束は、それぞれの巻線のみと鎖交するという特徴から、各巻線のインダクタンスとして作用します。具体的には、一次側漏れ磁束は一次側漏れインダクタンスを、二次側漏れ磁束は二次側漏れインダクタンスを形成します。これらの漏れインダクタンスは、変圧器の等価回路において重要な要素となり、変圧器の動作特性や過渡応答に影響を与えます。

漏れ磁束の存在理由

実際の変圧器において、一次巻線と二次巻線の完全な結合は非常に困難です。巻線の配置や形状、コアの材質など、様々な要因が影響し、どうしても漏れ磁束が発生してしまいます。

漏れ磁束の影響

漏れ磁束は、変圧器の変圧効率を低下させる要因の一つです。また、漏れインダクタンスは、変圧器のインピーダンス特性や共振現象にも関与します。特に、高周波での利用や、スイッチング電源などに用いられる変圧器では、漏れインダクタンスの影響を考慮した設計が必要です。

漏れ磁束の利用

漏れ磁束は、変圧器の設計において、必ずしも悪い影響ばかりではありません。漏れインダクタンスを意図的に大きくすることで、磁気漏れ変圧器や共振変圧器といった特殊な変圧器を構成することも可能です。これらの変圧器は、特定の用途において有効な特性を発揮します。例えば、テスラコイルは、漏れインダクタンスを積極的に利用した例と言えるでしょう。

まとめ

漏れ磁束は、変圧器の動作原理を理解する上で不可欠な概念です。変圧器の効率、インピーダンス特性、共振現象など、様々な側面に影響を与えるため、変圧器の設計や選定においては、漏れ磁束の存在を考慮することが重要です。


関連事項

変圧器
結合係数
漏れインダクタンス
磁気漏れ変圧器
共振変圧器
テスラコイル

外部リンク

* 仙台電波工業高等専門学校による変圧器等価回路の解説 (要 Power Point)

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