トランスフォーマー: 何をするのか、どのように機能するのか

変圧器は、電磁誘導を通じて交流電力をある回路から別の回路に伝達する静電気装置です。{0}}実際には、変圧器は、効率的な送電のために電圧を上げ、より安全に使用するために電圧を下げ、回路を絶縁し、電気機器を必要な電力に適合させることにより、電気を利用できるようにします。このガイドでは、変圧器の仕組みについて説明します。変圧器は何をするのですか実際のシステムでのこと、および一般的な変圧器タイプの違いについて説明します。

変圧器は何をするのですか?

変圧器は、供給周波数を変えることなく、AC 電圧と電流のレベルを変更します。電圧を上げると、昇圧変圧器-;電圧が下がる場合、それはと呼ばれます降圧変圧器-。同じ基本原理が、電力網、建物の電気システム、産業用制御装置、充電器、オーディオ機器、測定回路をサポートしています。

変圧器が重要な理由は単純です。電気機器はすべて同じ電圧を必要とするわけではないからです。長距離電力伝送は、電流が低いほど抵抗線路損失が低減されるため、高電圧と低電流の利点が得られます。家庭、企業、電子機器は、使用前に電圧を実用レベルに下げる必要があります。

変圧器の基本部品

ほとんどの変圧器にはいくつかのコアコンポーネントがあります。サイズ、断熱材、筐体、冷却方法は異なる場合がありますが、動作原理は同じです。

一次巻線:入力AC電源に接続されたコイル。

二次巻線:変換された電圧を負荷に供給するコイル。

磁気コア:巻線間の変化する磁束をガイドするのに役立つ強磁性パス。

絶縁:巻線を分離し、危険な接触や故障を防ぐ材料。

エンクロージャまたはタンク:保護構造は、大型の電力ユニットや配電ユニットで特に重要です。

冷却システム:大量の電力を扱う変圧器の熱を除去するために空気、油、またはその他の方法が使用されます。

通常、巻線は電気的に接続されていません。代わりに、エネルギーはコア内に生成された磁場を通って移動します。この分離は、多くの変圧器が電気的絶縁に役立つ理由の 1 つですが、すべての変圧器設計が同じレベルの絶縁を提供するわけではありません。

変圧器の仕組み

トランスフォーマーは乗り越えます相互誘導。 ACが一次巻線を流れると、コア内に変化する磁場が生成されます。その変化する磁場が二次巻線とリンクし、その両端に電圧を誘導し、ある回路から別の回路に電力を伝達できるようにします。

各巻線の巻き数によって、電圧が上昇するか下降するかが大きく決まります。二次巻線の一次巻線よりも巻数が多い場合、出力電圧は高くなります。二次側の巻数が少ない場合、出力電圧は低くなります。理想的な変圧器では、電圧比は二次巻線と一次巻線の間の巻線比に従います。

電流は逆方向に変化します。電圧が上昇すると、損失を無視して、ほぼ同じ電力伝送のために電流が降下します。電圧を下げると電流容量が増加します。このバランスが、変圧器が「無料」電力源ではない理由です。電磁原理と現実世界の効率限界に従って電圧と電流を交換します。-

変圧器にACが必要な理由

標準的な変圧器は、二次巻線に電圧を誘導するために変化する磁界を必要とします。交流は自然にその変化する場を生み出します。直流電流は方向を継続的に変化させないため、従来の変圧器は同じように安定した DC では動作しません。

パワー エレクトロニクスは、DC をスイッチング波形に変換し、多くの現代の電源で一般的な変圧器動作を使用できます。それでも、変圧器自体は定常電流ではなく変化する磁束に依存しています。

ステップアップ操作とステップダウン操作-

昇圧変圧器-電圧を上げて電流を減らします。これらは一般に、電気が長距離を効率的に移動する必要がある発電および送電システムに関連付けられています。電圧が高くなると、同じ電力をより少ない電流で移動できるため、導体での加熱損失が減少します。

降圧変圧器-電圧を下げて利用可能な電流を増やします。これらは、配電ネットワーク、建物、電化製品、低電圧制御システムなどの消費点の近くで使用されます。-降圧変圧器がなければ、日常的に使用される多くの機器は、決して扱えるように設計されていない電圧レベルにさらされることになります。

2 つの関数について簡単に考えると次のようになります。

ステップアップ-:プライマリ ターンよりもセカンダリ ターンが多くなります。電圧が上がります。

ステップ-:二次ターンは一次ターンよりも少ない。電圧が下がります。

分離：回路が直接接続されているのではなく磁気的に結合されたままである間、同様の電圧が維持される可能性があります。

マッチング：電圧と電流は機器の要件に合わせて調整できます。

一般的な変圧器のタイプ

変圧器の種類は、多くの場合、機能、構造、相、用途、冷却方法によって分類されます。最適な選択は、入力電圧と出力電圧だけでなく、システムが変圧器で何を達成する必要があるかによって決まります。

電圧関数による

昇圧変圧器-トランスミッションやより高い電圧を必要とする機器の電圧を上げます。

降圧変圧器-配電、制御、充電器、最終用途のデバイスの電圧を低くします。{0}}

絶縁変圧器直接の電気接続を減らし、ノイズや安全性への懸念を管理するために回路を分離します。

単巻変圧器共有巻線配置を使用しており、コンパクトで効率的ですが、2 巻線変圧器と同じ絶縁は提供されません。-

用途別

電源トランス送電および変電所での高電力レベルに対応します。

配電変圧器家庭、商業ビル、施設への地域配送用に電圧を下げます。

計器用変圧器計測、監視、および保護リレーの電流または電圧をスケールします。

制御変圧器産業用および建築用機器の制御回路に低電圧を供給します。

オーディオおよび信号トランスフォーマーインピーダンスを整合させたり、回路を分離したり、特殊なシステムで信号を転送したりできます。

建設と供給による

コア-タイプとシェル-タイプの変圧器は、巻線と磁路の配置が異なります。単相変圧器は多くの小型または住宅用アプリケーションで一般的ですが、三相変圧器は産業用および電力網システムで広く使用されています。-乾式{6}}タイプの変圧器は空気または固体絶縁体を使用しますが、油-が充填されたユニットは冷却にも役立つ絶縁液体を使用します。

変圧器の性能に影響を与えるものは何ですか?

実際のトランスには完璧なものはありません。エネルギー損失、熱、負荷、断熱限界、設置条件はすべて性能に影響します。これらの要因を理解すると、同じ電圧定格を持つ 2 つの変圧器が使用中に異なる動作をする理由を説明できます。

パフォーマンスに関する主な考慮事項は次のとおりです。

銅損:巻線の抵抗によって発生する発熱。

コア損失:ヒステリシスや渦電流効果など、磁気コアで失われるエネルギー。

電圧調整:軽負荷と全負荷の間で出力電圧がどれだけ変化するか。

効率：負荷に有効に供給される入力電力の割合。

温度上昇:熱の蓄積を制御しないと断熱材の寿命が短くなる可能性があります。

インピーダンス:電圧降下、短絡電流、システム保護に影響を与える要因。{0}

絶縁定格:電気的ストレスと動作温度に耐える能力。

優れたトランス設計により、これらの問題のバランスが取れます。コンパクトなユニットはスペースを節約できますが、それでも適切な断熱と冷却が必要です。電圧のみで選択された変圧器は、負荷、故障電流、環境、または安全要件を満たさない可能性があります。{2}}

変圧器はどうやって選べばいいのでしょうか？

電気的タスク、負荷、環境、安全要件に合わせて変圧器を選択してください。電圧と電力定格から始めて、絶縁、位相、周波数、筐体、冷却、規制、設置場所、適用される規格を検討します。重要なシステムの場合は、資格のある電気専門家が選択する必要があります。

実際の選択チェックリストには次のものが含まれます。

確認してください入力電圧そして必要な出力電圧.

負荷がかかっているかどうかを判断します。単相-または三相-.

予想されるトランスのサイズを設定する負荷電力、必要に応じて適切なマージンを付けてください。

アプリケーションに必要かどうかを確認する電気絶縁.

考慮する屋内、屋外、ほこりの多い場所、湿気の多い場所、高温の場所、または腐食性の場所環境。

レビュー冷却と換気ニーズ。

確認する周波数の互換性特に地域間や特殊な機器間で。

保護、接地、設置は地域の電気規定に合わせて調整してください。

変圧器の日常的な使用

変圧器はバックグラウンドで静かに動作することが多いため、見落とされがちです。これらは、発電所から近隣地域への電力の移動、建物内の電圧の調整、制御パネルの電力調整、充電器とアダプターのサポート、および電気保護システムの測定信号の提供に役立ちます。

また、より安全で信頼性の高い電気設計もサポートします。変圧器は、電圧を昇圧または降圧し、回路を絶縁し、電力要件を一致させることにより、1 つの電源をさまざまな負荷に利用できるようにします。これが、「変圧器がどのように機能するか」と「変圧器が何をするか」の両方に対する実際的な答えです。変圧器は、電気エネルギーを現代の電力システム全体で転送可能、適応可能、および使用できるようにします。

今すぐ連絡する