詳細説明：変圧器用ケイ素鋼板

変圧器は主に鉄心と導体で構成されています。鉄心は主に積層されたケイ素鋼板で作られています。ケイ素鋼板はケイ素含有量が0.8%から4.8%の鋼板で、強い透磁率を持っています。変圧器において、ケイ素鋼板は大きな磁束密度を発生させることができ、その性能が変圧器の大きさを決定します。

ケイ素鋼板が変圧器の電力損失を決定する

変圧器が動作しているとき、電力損失が発生します。主に2種類の損失があります。コイルの抵抗による銅損と、ケイ素鋼板における鉄損（単に「鉄損」と呼ばれます）です。ケイ素鋼板の鉄損には、「ヒステリシス損」と「渦電流損」の2つの原因があります。

ヒステリシス損は、磁気ヒステリシスの存在により鉄心の磁化過程で発生する鉄損です。この損失の大きさは、材料のヒステリシスループが囲む面積に比例します。ケイ素鋼はヒステリシスループが狭いため、変圧器鉄心でのヒステリシス損失が低く、発熱が大幅に低減されます。

変圧器のヒステリシス曲線（図1）

渦電流損は、鉄心内に誘導された電流が磁束方向に垂直な面内を循環することで発生します。これも鉄心の発熱原因です。この損失を低減するため、ケイ素鋼板は積層され、渦電流経路の抵抗を増加させます。

変圧器の渦電流損（図2）

ケイ素鋼板が磁束を発生させ、電圧の昇圧・降圧に影響を与える仕組み

ケイ素鋼板は変圧器の電力損失を決定します。前述の通り、そのサイズと形状は電力損失に影響を与える重要な要素です。理論的には、ケイ素鋼板が薄く、接合されるストリップが狭いほど効果的です。ただし、積層の効率と有効断面積も考慮する必要があります。一般的に、変圧器鉄心には0.35mm厚の「日」形または「口」形の冷間圧延ケイ素鋼板が使用されます。

変圧器鉄心の積層（図3）

変圧器は電磁誘導の原理に基づいて作られています。一次巻線と二次巻線の2つの巻線が閉じた鉄心に巻かれています。一次巻線が交流電源に接続されると、交流電流が流れ、起磁力（MMF）が発生します。このMMFの影響下で、鉄心内に交流磁束が発生します。

レンツの法則によれば、誘導電流によって生じる磁束は元の磁束の変化に逆らいます。誘導電流が増加するにつれて、発生する磁束は元の磁束と逆向きになり、二次巻線に低レベルの交流電圧が発生します。したがって、鉄心は変圧器の磁気回路部分であり、これが昇圧・降圧の電圧原理を説明しています。

ケイ素鋼板選定の性能指標：

A. 低鉄損：最も重要な品質指標。世界各国で鉄損値によりグレードを分類しており、鉄損が低いほどグレードが高く、品質が高いことを示します。

B. 高磁束密度：同じ磁界でより高い磁束密度を達成するケイ素鋼板は、モーターや変圧器の鉄心を小型・軽量化し、ケイ素鋼板、銅線、絶縁材料を節約します。

C. 高い積層係数。ケイ素鋼板は表面が滑らかで平坦、厚さが均一であり、鉄心製造時の積層係数が向上します。

D. 良好な打ち抜き性。これは小型・超小型モーター用鉄心の製造においてさらに重要です。

E. 表面と絶縁被膜との良好な密着性と溶接性。

F. 磁気経年変化。
G. ケイ素鋼板は焼鈍および酸洗後に納入されなければなりません。