変圧器は、ある電圧と周波数の交流を別の（または等しい）電圧と同じ周波数の交流に変換するために使用される電磁装置です。
変圧器の設計と機能
最も単純な形で 変成器 巻線数 W の一次巻線をもつ1 および W のセカンダリ2.エネルギーは一次巻線に供給され、負荷は二次巻線に接続されます。エネルギーは電磁誘導によって伝達されます。電磁結合を強化するために、ほとんどの場合、巻線は閉じたコア (磁気コア) に配置されます。
交流電圧 U1次に、交流電流 I1これにより、コア内に同じ形状の磁束 F が作成されます。この磁束は、二次巻線に EMF を誘導します。負荷が二次回路に接続されている場合、二次電流 I2.
二次巻線の電圧は、巻数比によって決まります W1 とW2:
う2=U1*(W1/W2)=U1/k、ここで k 変換比.
k<1 の場合、U2>う1、そしてそのようなトランスは昇圧トランスと呼ばれます。 k>1 の場合、U2<>1、 これ 変圧器は降圧変圧器と呼ばれます.トランスの出力電力は入力電力 (トランス自体の損失を差し引いたもの) に等しいので、Rf=Rin、U と言えます。1*私1=U2*私2 そして私2=私1*k=私1*(W1/W2）。したがって、無損失トランスでは、入力電圧と出力電圧は巻線の巻数比に正比例します。そして、電流はこの比率に反比例します。
変圧器は、比率の異なる複数の二次巻線を持つことができます。たとえば、家庭用電球に電力を供給するための 220 ボルトの変圧器は、2 次巻線を 1 つ持つことができます。陽極回路に供給する 500 ボルトと白熱回路に供給する 6 ボルト。最初のケースではｋ＜１であり、２番目のケースではｋ＞１である。
変圧器は交流電圧でのみ動作します - 二次巻線でEMFが発生するには、磁束が変化する必要があります.
変圧器用コアの種類
実際には、指定された形状以外のコアが使用されます。デバイスの目的に応じて、磁気コアはさまざまな方法で作成できます。
コアコア
低周波トランスのコアは、顕著な磁気特性を持つ鋼でできています。渦電流を減らすために、コア配列は、互いに電気的に絶縁された個々のプレートから組み立てられます。高周波での動作には、フェライトなどの他の材料が使用されます。
上記のコアはロッドコアと呼ばれ、2本のロッドで構成されています。単相変圧器の場合、3 コアのコアも使用されます。それらは漂遊磁束が少なく、効率が高いです。この場合、一次巻線と二次巻線の両方が中心コアに配置されます。
三相変圧器も三相コアで作られています。各相の一次巻線と二次巻線は、それぞれ独自のコアにあります。場合によっては、5 コアのコアが使用されます。巻線はまったく同じ方法で配置され、一次側と二次側はそれぞれ独自のコアに配置され、両側の最も外側の 2 つのロッドは、特定のモードで磁束を短絡するためにのみ使用されます。
装甲
単相変圧器は装甲コアで作られています - 両方のコイルは磁気コアの中心コアに配置されています。このようなコア内の磁束は、3 コア設計と同様に、側壁を介して短絡されます。この場合の散乱フラックスは非常に小さいです。
この設計の利点には、巻線によるコアウィンドウの充填が密になる可能性があるため、サイズと重量がいくらか増加することが含まれます。そのため、低電力トランスの製造には装甲コアを使用することが有利です。この結果、磁気回路も短くなり、無負荷損失が減少します。
欠点は、検査や修理のために巻線にアクセスするのがより困難であり、高電圧用の絶縁を作成することがより困難になることです。
トロイダル
トロイダルコアの場合、磁束はコア内に完全に閉じ込められており、磁束の散逸はほとんどありません。しかし、これらの変圧器は巻きにくいため、ほとんど使用されません。低電力の安定化単巻変圧器、または干渉耐性が重要な高周波デバイス。
単巻変圧器
場合によっては、巻線間に磁気接続があるだけでなく、電気接続もある変圧器を使用することをお勧めします。すなわち、昇圧デバイスでは、一次巻線は二次巻線の一部であり、降圧デバイスでは、二次巻線は一次巻線の一部です。このような装置は単巻変圧器 (AT) と呼ばれます。
降圧単巻変圧器は単純な分圧器ではありません。二次回路へのエネルギーの伝達には磁気結合も関与しています。
自動変圧器の長所は次のとおりです。
- より低い損失;
- 電圧をスムーズに調整する能力;
- 重量と寸法が小さい（単巻変圧器は安価で、輸送が簡単です）。
- 必要な材料の量が少ないため、コストが削減されます。
不利な点には、より高い電圧用に設計された両方の巻線の絶縁の必要性、および入力と出力間のガルバニック絶縁の欠如が含まれます。これにより、大気現象の影響が一次回路から二次回路に伝達される可能性があります。同時に、二次回路の要素を接地することはできません。また、短絡電流の増加も AT の欠点と見なされます。三相単巻変圧器では、巻線は通常、接地されたニュートラルと星形に接続されます。他の接続方式も可能ですが、複雑すぎて面倒です。これは単巻変圧器の使用を制限する欠点でもあります。
変圧器用途
電圧を増減する変圧器の特性は、産業や家庭で広く使用されています。
電圧変換
さまざまな段階での産業用電圧のレベルには、さまざまな要件があります。さまざまな理由から、電気エネルギーの生成に高電圧発電機を使用することは有益ではありません。そのため、たとえば水力発電所では 6 ～ 35 kV の発電機が使用されています。それどころか、電力輸送には、距離に応じて 110 kV から 1150 kV までのより高い電圧が必要です。その後、この電圧は再び 6...10 kV に下げられ、地域の変電所に配電され、そこから 380 (220) ボルトに下げられて最終消費者に届きます。家庭用および産業用電化製品の場合、通常は 3 ～ 36 ボルトに下げる必要があります。
これらの操作はすべて、 電源トランス.それらは、ドライバージョンまたはオイルバージョンにすることができます。 2番目のケースでは、巻線のあるコアは、絶縁および冷却媒体であるオイルの入ったタンクに入れられます。
ガルバニック絶縁
ガルバニック絶縁により、電気機器の安全性が向上します。導体の 1 つがアースに接続されている 220 ボルトからデバイスに直接電力を供給するのではなく、220/220 ボルトの変圧器を介してデバイスに電力を供給している場合、供給電圧は同じままです。しかし、大地と二次通電部分が同時に接触すると、電流が流れる回路がなくなり、感電の危険性がはるかに低くなります。
電圧測定
すべての電気設備では、電圧レベルを監視する必要があります。 1000 ボルトまでの電圧クラスが使用される場合、電圧計は充電部に直接接続されます。 1,000 ボルトを超える設備では、これは当てはまりません。この電圧に耐えることができるデバイスは、絶縁破壊の場合にはかさばりすぎて安全ではありません。したがって、このようなシステムでは、電圧計は、便利な変圧比を持つ変圧器を介して高電圧導体に接続されます。たとえば、10 kV ネットワークの場合、1:100 の測定用変圧器が使用され、出力は 100 ボルトの標準電圧です。一次電圧の振幅が変化すると、同時に二次電圧も変化します。電圧計の目盛りは通常、一次電圧範囲で目盛りが付いています。
変圧器は、製造と保守がかなり複雑で高価なコンポーネントです。しかし、これらのデバイスは多くの分野で不可欠であり、代替手段はありません。
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