変圧器とその種類: 総合ガイド

トランスフォーマー通常、電圧を上げたり下げたり、絶縁を提供したり、特定の用途に電力を適応させたりするために、電磁誘導によって回路間でエネルギーを伝達する電気デバイスです。変圧器の主な種類は次のとおりです。電力変圧器、配電変圧器、絶縁変圧器、単巻変圧器、計器用変圧器、および位相、冷却方法、巻線配置、およびユースケースによって定義されたいくつかの設計。

このガイドでは、変圧器のタイプの違い、一般的に使用される場所、およびそれらを選択する際に重要となる実際的な要素について説明します。

変圧器の主なタイプは、機能、用途、構造、および電気的構成によってグループ化されています。実際には、変圧器は同時に複数のカテゴリに属する場合があります。ユニットは三相変圧器、油浸変圧器、降圧変圧器、配電変圧器として使用できます。-これらの重複するカテゴリを理解することで、より自信を持って仕様を読み、実行する必要がある仕事に基づいて変圧器を選択することができます。

最も単純なレベルでは、変圧器の種類によって、いくつかの重要な質問に答えられます。変圧器は電圧を上げますか、それとも下げますか?回路を絶縁しますか?伝送、配電、制御、測定、または機器の保護に使用されますか?屋内、屋外、工業用、商業用、公共サービス用に構築されていますか?

一般的な変圧器のカテゴリには次のものがあります。

電源トランス、大量のエネルギーが高電圧で移動する発電および送電ネットワークで使用されます。

配電変圧器、家庭、建物、施設の電圧を下げるためにエンドユーザーの近くで使用されます。

絶縁変圧器、磁気的に電力を伝送しながら、回路を電気的に分離するために使用されます。

単巻変圧器、絶縁が必要ない場合に効率的な電圧調整を行うために共有巻線配置を使用します。

計器用変圧器、のような変流器と変圧器、計測、監視、保護に使用されます。

昇圧変圧器と降圧変圧器-、電圧を上げるか下げるかによって分類されます。

単相変圧器と三相変圧器-、電力システムの種類によって分類されます。

乾式変圧器と油入変圧器-、断熱と冷却の方法によって分類されます。

変圧器が機能するのは、1 つの巻線に交流が流れるとコア内に変化する磁界が発生するためです。その磁場は別の巻線に電圧を誘導します。一次巻線と二次巻線の巻数の比率によって、出力電圧が入力電圧より高いか低いか、またはほぼ同じかが決まります。

コアは通常、磁束の誘導に役立つ積層磁性鋼または別の磁性材料で作られています。ラミネート加工により、コア内の循環電流によって生じるエネルギー損失が軽減されます。巻線は通常、相互に絶縁された銅またはアルミニウムの導体で、電圧、電流、および熱の要件を満たすように配置されています。

変圧器はエネルギーを生成しません。損失を差し引いた、伝送される電力に応じて電圧と電流を交換します。電圧が上昇すると、ほぼ同じ電力レベルでも電流は減少します。電圧が降下すると、電流が増加します。この関係が、電力網が長距離送電には高電圧を使用し、最終負荷に近づくと低電圧を使用する理由です。-

変圧器は、特に発電所、送電変電所、主要な産業システムにおける大規模なエネルギー移動用に設計されています。{0}その役割は、電力が地域の配電ネットワークに入る前に、効率的な送電のために電圧を上げたり、変電所で電圧を下げたりすることです。

電力レベルが大きい場合は、わずかな損失パーセンテージでも問題になる可能性があるため、これらのユニットは通常、重負荷時に高効率になるように構築されています。

これらは高電圧で動作することが多く、複雑な絶縁システム、冷却装置、保護装置、タップ切換器、監視機能が含まれる場合があります。そのサイズと設計は、電圧クラス、容量、デューティサイクル、設置場所の条件、およびグリッドの要件によって異なります。

変圧器は、発電所を送電線に接続したり、グリッド内の 2 つの電圧レベルをリンクしたり、大規模な産業施設に電力を供給したりするために使用されます。これらの変圧器は大量のエネルギーを扱うため、仕様とメンテナンスには慎重なエンジニアリングが必要です。短絡強度、絶縁調整、温度上昇、オイルの品質、保護設定などの要因はすべて、長期的な信頼性に影響を与える可能性があります。-

電源変圧器は以下の分野で最も一般的です。

発電所

送電変電所

高電圧相互接続-

大型産業施設

送電網に接続された再生可能エネルギープラント

大容量電力伝送が必要なユーティリティネットワーク

重要なアイデアはスケールです。電源変圧器は、電圧変換でローカル機器サービスだけでなく、大容量の電力潮流をサポートする必要がある場合に選択されます。-

配電変圧器中電圧電力を家庭、商業ビル、農場、小規模産業負荷で使用できる低電圧に降圧します。{0}}これらは、多くの人が電柱に取り付けられたり、コンクリートパッドの上に置かれたり、建物の近くに設置されたりしているのを目にするタイプの変圧器です。

電力変圧器とは異なり、配電変圧器は電力供給チェーンの末端近くに位置します。これらは日々変化する負荷に対応するように設計されており、多くの場合、需要の増減に合わせて継続的に稼働します。これらは 24 時間通電され続ける可能性があるため、低無負荷損失とさまざまな負荷レベルにわたる適切な効率が設計上の重要な考慮事項となります。-

配電変圧器には、柱上設置ユニット、パッド設置ユニット、天井変圧器、建物内の乾式ユニットなど、いくつかの形式があります。{0}{0}{1}{1}それらの設計は、設置環境、電圧要件、安全上の考慮事項、およびユーティリティまたは施設の標準によって異なります。

配電変圧器は以下の用途によく使用されます。

住宅街

商業ビル

学校や公共施設

軽工業施設

屋外ユーティリティサービスポイント

電気室の構築

田舎の電力サービス

配電変圧器の仕事は実用的でローカルなものであり、電気が消費される場所で安全かつ確実に使用可能な電圧を供給します。

絶縁変圧器入力回路を出力回路から分離することで保護し、それらの間に直接の電気的接続が存在しないようにします。

電力は依然として磁気結合を介して伝達されますが、二次回路は一次回路から電気的に絶縁されています。この分離により、特定の制御された用途における感電の危険が軽減され、ノイズの伝達が制限され、接地の問題の管理が容易になり、一部の外乱から敏感な機器が保護されます。

絶縁変圧器は、研究室、適切に指定されている医療関連機器システム、産業用制御装置、テストベンチ、データシステム、オーディオや計測器のセットアップなどで広く使用されています。{0}これらは普遍的な安全対策ではありませんが、絶縁が適切に設計された電気システムの一部である場合には価値があります。

重要な違いは、絶縁トランスには通常、個別の一次巻線と二次巻線があることです。この物理的な分離が、巻線の一部を共有し、同じ種類の絶縁を提供しない単巻変圧器との違いです。

絶縁変圧器は次のような場合に役立ちます。

機密機器をソース側の障害から分離する-

特定の種類の電気ノイズを低減する

正しく設計およびインストールされた場合に、個別に派生したシステムを作成する

適切な手順で使用するとベンチテスト中の安全性が向上します

一部の測定およびオーディオアプリケーションにおけるグラウンド{0}}ループの問題を制限する

ただし、正しい接地、過電流保護、エンクロージャの選択、および設置方法が依然として重要です。絶縁変圧器は、あらゆる電気的問題に対する単独の解決策としてではなく、完全な安全性と電力品質戦略の一環として選択する必要があります。-

単巻変圧器完全に分離された一次巻線と二次巻線の代わりに、タップ付きの単一巻線を使用します。巻線の一部は入力と出力の両方に共通です。この設計は、特定の電圧変換比では 2 巻線変圧器よりも小型、軽量、効率的です。-

単巻変圧器は、入力電圧と出力電圧が比較的近く、電気的絶縁が必要ない場合に一般的に使用されます。例としては、電圧調整、モーターの始動、機器のテスト、負荷への供給電圧のマッチングなどが挙げられます。可変単巻変圧器により出力電圧を調整できるため、研究室、メンテナンス作業、および制御されたテスト環境で役立ちます。

トレードオフは孤立です。単巻変圧器は、入出力が巻線を介して電気的に接続されているため、安全性、ノイズ対策、システム設計上、回路分離が必要な場合には使用しないでください。変圧器とそのタイプを比較する場合、これは覚えておくべき最も重要な違いの 1 つです。単巻変圧器は効率的で経済的ですが、絶縁変圧器に代わるものではありません。

昇圧変圧器と降圧変圧器は、特定の物理的な形式ではなく、電圧の方向を表します。-昇圧変圧器は、一次側から二次側への電圧を増加させます。-降圧変圧器は、一次側から二次側に電圧を下げます。-

昇圧変圧器は、電力を長距離にわたって効率的に伝送する必要がある場合、または機器が利用可能な電源よりも高い電圧を必要とする場合に使用されます。電力システムでは、電圧が高くなると同じ電力伝送の電流が減少し、線路損失の低減に役立つため、送電用に発電電圧が増加することがよくあります。

降圧変圧器は、安全または実用的な使用のために電圧を下げる必要がある場合に使用されます。配電変圧器は通常、商用電圧をサービスレベルまで下げる降圧変圧器です。-機器内の制御変圧器も電圧を降圧して、リレー、コンタクタ、センサー、制御回路を動作させます。

違いを理解する簡単な方法:

昇圧変圧器:-同じ電力でも入力電圧が低く、出力電圧が高く、出力電流が低くなります。

降圧変圧器:-同様の電力に対して、入力電圧が高く、出力電圧が低く、出力電流が高くなります。

絶縁トランス:同様の電圧を維持することもできますが、主な目的は回路の分離です。

単巻変圧器:電圧は共有巻線で調整され、通常は絶縁されません。

単相変圧器は、住宅、小規模商業、照明、制御アプリケーションで一般的な単相電気システムで使用されます。- 1 つの一次フェーズと 1 つの二次フェーズがあります。定格や設計は依然として大きく異なりますが、一般的にその構造は三相ユニットよりも単純です。-

三相変圧器は、商業ビル、産業施設、公共施設、大型モーターで一般的な三相電力システムに供給されます。-三相変圧器は、1 つの三相変圧器、または 3 つの単相変圧器のバンクによって処理できます。-最適な選択は、システム設計、冗長性のニーズ、スペース、コスト、メンテナンス方法、および交換戦略によって異なります。

三相変圧器は、デルタ配列や Y 配列など、異なる巻線接続を使用する場合があります。これらの接続は、接地、電圧関係、障害動作、および高調波性能に影響を与えます。現実世界の多くのシステムでは、変圧器の選択は、電気システムの接地および保護の方法と密接に関係しています。-

diagram showing step-up, step-down, and isolation transformer winding concepts

乾式変圧器-冷却と断熱には液体オイルではなく空気と固体断熱材を使用します。多くの場合、屋内、商業ビル、工業プラント、液体で満たされた機器が望ましくない場所に設置されます。-換気された乾式-タイプの変圧器は空気の循環に依存しますが、密閉型または鋳造樹脂の設計は特定の環境での保護を強化します。-

油入り変圧器-絶縁液体を使用して内部コンポーネントを冷却し、絶縁耐力を提供します。これらは、ユーティリティ、屋外、および高容量のアプリケーションで一般的です。-液体は、巻線とコアからタンクと冷却面に熱を伝えます。一部のユニットでは鉱物油が使用されますが、他のユニットでは環境、防火、用途の要件に応じて代替の絶縁液を使用する場合があります。-

乾式-タイプとオイル-充填の設計のどちらを選択するかは、設置場所、容量、火災に関する考慮事項、メンテナンスの好み、環境への曝露、騒音要件、地域の規則によって異なります。どのような場合でも、どちらの設計が自動的に優れているわけではありません。適切なオプションは、電気条件と現場の条件によって異なります。

計器用変圧器は、大電流または高電圧を、メーター、リレー、および制御機器用のより安全な標準化された値にスケールダウンします。ほとんどの測定機器は高エネルギー回路に直接接続できないため、これらは不可欠です。-

変流器、しばしば CT と呼ばれる、導体を流れる電流に比例して減少した電流を生成します。これらは、計測、保護中継、監視、エネルギー管理に使用されます。適切な CT の選択には、比率、精度クラス、負荷、飽和動作、および安全な二次処理が含まれます。

変圧器、状況によっては計器用変圧器とも呼ばれ、電圧を機器や保護装置に適したレベルまで下げます。これらにより、監視装置は完全な一次電圧に直接さらされることなくシステム電圧を測定できます。

計器用変圧器は、電源変圧器や配電変圧器と比較すると小さく見えるかもしれませんが、システムの安全性と制御において重要な役割を果たしています。保護リレーは正確な信号に依存して故障を検出し、ブレーカーを正しく動作させます。

主要なカテゴリを超えて、多くの変圧器が特定の用途向けに製造されています。これら変圧器の種類標準電圧変換では不十分な場合に選択できます。

制御変圧器は、機械、HVAC システム、パネル、オートメーション機器の制御回路に低電圧を供給します。これらは、リレー、コンタクタ、ソレノイド、およびその他の制御デバイスからの突入電流に対処するように設計されています。信頼性の高い制御電圧により、機器の起動、停止、応答が一貫して行われます。

トロイダルトランスにはリング状のコアが使用されています。{0}これらはコンパクトにすることができ、適切に設計された場合、一部の従来のコア形状よりも低い漂遊磁界を生成する可能性があります。これらは、電子機器、オーディオ機器、特殊な電源で一般的です。

昇降圧変圧器電圧を上下に微調整します。これらは、供給電圧が機器の要件に対してわずかに高すぎるか低すぎる場合に役立ちます。多くの用途において、大規模な電気インフラを置き換える実用的な代替手段となります。

変圧器の接地特定のデルタ接続システムなど、接地基準が不足しているシステムに接地基準を提供します。{0}}正しく設計されていれば、地絡検出とシステムの安定化をサポートします。-

負荷、電圧、絶縁のニーズ、環境、デューティサイクル、および安全要件から始めて、変圧器のタイプを選択する必要があります。最良の変圧器とは、単に最大規模または最も機能が豊富なオプションではありません。-不必要な複雑さを省き、電気システムや設置条件に適合するものです。

実際の選択プロセスには次のものが含まれます。

一次電圧と二次電圧を定義します。供給電圧、必要な出力電圧、周波数、システムが単相か三相かを確認します。-}

必要な容量を計算します。負荷電流、皮相電力、始動電流、連続需要、および予想される将来の負荷増加を決定します。

目的を特定します。優先順位が電圧変換、絶縁、配電、計測、制御電源、接地、または調整のどれであるかを決定します。

絶縁要件を確認してください。電気的分離が必要な場合は絶縁トランスを使用してください。単巻変圧器が絶縁を提供するとは考えないでください。

環境に合わせてください。屋内または屋外の設置、換気、湿気、ほこり、温度、腐食、騒音、利用可能なスペースを考慮してください。

保護の必要性を確認します。ヒューズ、ブレーカー、接地、サージ保護、リレーの設定を変圧器の設計に合わせて調整します。

効率と損失を考慮してください。動作プロファイル、負荷パターン、無負荷損失、熱管理を評価します。{0}

設置とメンテナンスを計画します。アクセス、持ち上げ、許可、検査、テスト、将来の交換が含まれます。

このチェックリストは、多くの種類の変圧器を現実的なオプションの小さなセットに絞り込むのに役立ちます。

変圧器は正しく選択および保守されていれば信頼できますが、それでも敬意を払う必要があります。不適切なサイズ設定、換気不良、接続の緩み、湿気の侵入、回路の過負荷、不適切な接地は、過熱、迷惑なトリップ、絶縁損傷、または危険な状態を引き起こす可能性があります。

設置は、該当する規定、製造元の指示、認定されたエンジニアリングまたは電気のガイダンスに従ってください。重要な詳細には、導体のサイジング、過電流保護、ボンディング、接地、エンクロージャ定格、クリアランス、耐震要件または取り付け要件、換気が含まれます。変圧器は熱と音も発生するため、配置は快適さと信頼性に影響を与える可能性があります。

メンテナンスの必要性は設計によって異なります。乾式変圧器では、洗浄、接続チェック、熱検査、換気のレビューが必要になる場合があります。-

油入変圧器では、流体検査、漏れチェック、ブッシング検査、温度監視、保護装置のレビューが必要になる場合があります。{0}

計器用変圧器と制御用変圧器も、より広範なシステム保守の一環としてチェックする必要があります。

注意が必要な警告サインには次のようなものがあります。

異常なハミング、ブザー音、または振動

過度の熱や変色

焦げる臭いや目に見える断熱材の損傷

液体が満たされたユニットでの油漏れ-

ヒューズまたはブレーカーの繰り返し動作

腐食、湿気、汚染

不正確なメーター測定値またはリレー警報

これらの問題が発生した場合、最も安全な対応は、変圧器を単なる交換可能な付属品として扱うのではなく、資格のある担当者が関与することです。

電気システムのニーズが異なるため、さまざまなタイプの変圧器が存在します。電源変圧器は、高電圧ネットワークに大量のエネルギーを移動させます。-配電変圧器は日常使用のために電圧を下げます。絶縁トランスは、安全性、ノイズ低減、またはシステム設計のために回路を分離します。単巻変圧器は、絶縁が必要ない場合に効率的に電圧を調整します。

他のカテゴリでは選択を絞り込みます。昇圧変圧器と降圧変圧器は電圧の方向を表します。-単相変圧器と三相変圧器は電力システムに適合します。-乾式変圧器と油入変圧器-は、建設、冷却、設置環境に対応します。計器用変圧器は測定と保護をサポートします。

ルールを 1 つ覚えている場合は、トランスフォーマーを選択する前にジョブを定義するようにしてください。電圧、負荷、位相、絶縁、環境、効率、保護、メンテナンスのすべてが正しい決定を左右します。これらの基本が確立されていれば、さまざまなタイプの変圧器を理解し、比較し、安全に適用することが容易になります。

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Q: 変圧器はどれくらいで納品できますか?

A: 変圧器の数量と容量によって異なりますが、通常は購入者が図面を確認した日から 1 か月以内です。

Q: 品質保証はどのくらいの期間提供できますか?

A: 日付変換器が作動してから 24 か月。

Q: どのような支払い方法を利用できますか?

A: T/T (電信送金) が優先され、L/C の両方が受け入れられます。