変圧器のエアギャップの機能についてお尋ねします。

質問

電気磁気学の本には、磁気回路内にエアギャップがあると
「起磁力のほとんどがエアギャップで消費され、鉄心の磁界は小さくなる」と書いています。

変圧器鉄心に、0[mm]、1[mm]、2[mm]....のエアギャップを設け各ギャップでの
鉄心の磁束変化を測定しました。
変圧器は単相で磁束密度は，1.3[T]。鉄心磁路長は約1.0[m]です。

鉄心内の磁束変化は、二次電圧を測定することで代用しました。
E=4.44×f×n×磁束Φの関係式で示すように鉄心磁束の変化が、
2次電圧の変化として現れるはずです。

測定結果は、エアギャップの長さに応じて励磁電流は変化しますが、
エアギャップ長の有無に関係なく、二次側の電圧は一定です。
試しに、エアギャップごとの鉄損を調査しましたが、やはり鉄損も一定です。
二次電圧及び鉄損の測定結果からエアギャップの有無と鉄心内の磁束及び
磁束密度は変化が無いようです。

測定データを基に、磁気抵抗の計算を行っていますが、
電気磁気学の本に書いてあるように、鉄心の磁気抵抗とエアギャップでの
磁気抵抗の合成は直列でなく、並列接続ではないかと思います。

質問-1；エアギャップなぜ、鉄心磁束に無関係か？
質問-2；磁気抵抗の合成は、なぜ直列で無いのか？

以上、2点についてご教授をお願いします。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

質問１の回答：エアギャップが生じると磁気抵抗が当然増加します。その結果一次側のインダクタンスは減じ、その分一次電流は増加します。その結果磁束密度は維持されます。従って、ある理論域（飽和していない、損失小）では一次電圧が一定であれば磁気回路の磁束は一定です。
質問２の回答：ご質問の実験例では、直列になっています。エアギャップの増加に伴い確実に励磁電流が増加（起磁力が増加：ＮＩアンペアターン）しています。起磁力が増加し、磁気抵抗も同様に増加したので磁束に変化は生じません（磁束数＝起磁力／磁気抵抗）。

お礼

アドバイスをいただき、ありがとうございます。

エアギャップとリアクタンスの関係を疑っていましたが、
関連付ける物を導き出せませんでした。

今回のアドバイスで、更に考えて判ったことは、
(1) 変圧器のT形等価回路で、変圧器の特性をよく表している。
・エアギャップは、等価回路の励磁サセプタンスと並列に入っている。
・コイルからの漏れリアクタンスとエアギャップからの漏れリアクタンスは、
大きな浮遊負荷損を生じさせている。
この浮遊負荷損は、励磁コンダクタンスと並列に入っている。

(2) 参考書など、変圧器を含む環状コイルの励磁電流が、
一定で説明しているのは、漏れリアクタンスを含む磁気回路が非線形であり、
諸計算の要素を定量的に表現するのが難しいためと再認識しました。

(3) 変圧器の直流偏磁対策にエアギャップを挿入していますが、
偏磁抑制の機能は、懐疑的になりました。