目指せ！エネルギー管理士 電気分野

理想的な変圧器では，巻線に正弦波電圧を加えたときに生じる誘導起電力は正弦波であり，この誘導起電力を生じさせるための主磁束も正弦波である。しかし，実際の電力用変圧器では，磁路として鉄心を用いており，この鉄心の磁化特性は一般に非直線性を示し，またヒステリシスがあるため，巻線に正弦波を加えたときの励磁電流は，多くの高調波成分を含んだものとなる。

高調波成分のうち第 3 調波の含有率は特に大きい。二つの巻線を有する三相結線の変圧器で一次，二次の両方又は一方が Δ 結線であると，励磁電流中で含有率の大きなこの高調波は巻線中の循環電流となって存在し，Y 結線の中性点が接地されていても線路に流出しない。磁束はひとまず，誘導起電力は正弦波となる。Δ 結線がないと循環電流として流れる回路がないため，電圧波形がひずむ。これを避けるため，Y-Y 結線の電力用変圧器では，通常安定巻線（内蔵 Δ）を設ける。

同期電動機は，負荷の大きさに関わらず常に一定の回転速度で運転することができる。また，界磁電流を増減することによって力率を任意に調整することができ，極数の多い低速機でも高い効率を維持することができる。一般的には直流励磁回路を必要とするが，これを必要としない永久磁石式電動機も採用されるようになってきた。この永久磁石式電動機は励磁損失が発生せず，スリップリングも不要となるため，高効率，高力率，低騒音などの特長を有する。

回転界磁型同期機の種類としては，回転子磁極の構造により突極機と非突極機がある。前者の代表は水車発電機や同期電動機，後者の代表は蒸気タービン発電機である。

定格容量 300 kVA，定格電圧 6 600 V/210 V，定格周波数 50 Hz で運転されている三相変圧器がある。この変圧器に，定格容量に等しく力率 1 の平衡三相負荷を接続したときの効率は，98.7 % であった。次に，定格容量 30 % で力率 1 の平衡三相負荷を接続したときに最高効率を示した。

これらの条件から，無負荷損 $P_\text{i}$ [W]，定格容量時の負荷損 $P_\text{c}$ [W] 及び最高効率を求める。

1) 定格容量に等しい力率 1 の負荷を接続したときの効率から，変圧器の損失を求めると，

となる。

2) 定格容量の 30 % で力率 1 の負荷を接続したときに最大効率となる，という条件より，$P_\text{i}$ と $P_\text{c}$ の関係は，

となる。

これらから，$P_\text{i}$ 及び $P_\text{c}$ は次の値となる。

最大効率は 99.3 [%] となる。