変圧器–その働き、構造、タイプおよび使用

変圧器は、理想的には電力を一定に保ちながら、電圧をより高いまたはより低い値に変換する電気装置である。

これらは電気システムの不可欠な部分であり、その用途は電力システムから一般的な家電製品に至るまで、電気工学のほぼすべての分野で観察

なぜそれらが必要なのでしょうか？

交流電源の開発に伴い、変圧器の必要性も生まれました。 初期の時代には、DC電力伝送が行われ、その結果、損失が大きく、効率が低下しました。 変圧器の発明により、この問題は解決され、交流電力伝送が顕著になった。

しかし、トランスを使って伝送電圧を上げることで、この問題は解決しました。 電圧の増加は、変圧器内の電力を一定に保つために電流の減少を伴う。

そして、電力損失が電流の二乗に正比例すると、電流が10倍減少し、結果的に損失が100倍減少する。 確かに、変圧器がなければ、私たちは今それを使用するように電力を使用することはできませんでした。

そのため、最大11-25kVの電圧で発電し、これらの電圧を132,220または500kVに昇圧し、損失を最小限に抑えて伝送し、後に安全な住宅および商業用の電圧を降圧します。

変圧器の建設:

変圧器は主にコア、巻線、タンクで構成されていますが、一部の変圧器にはブッシュ、ブリーザー、ラジエーター、コンサーベータも存在しています。

コア：変圧器コアは、低リラクタンス経路を提供する軟鉄またはシリコン鋼で作られています（磁力線はそれらを容易に通過することができます）。

変圧器コアは渦電流損失を低減するために積層され、ラミネートは通常2.5mmから5mmの厚さであり、酸化物、リン酸塩またはワニスのコーティングに 中心はE、L、I、CおよびUのような異なった形のラミネーションと組み立てられる。

貝タイプ変圧器では、中心は貝のような巻上げを囲むか、またはカバーします。

コアタイプの変圧器では、巻線はコアの二つの手足または長方形の周りに巻かれています。

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単相2巻線変圧器は、一般に、高品質の撚り銅から作られた一次巻線と二次巻線の2つの巻線を有する。 巻線はコアの周りに巻かれており、互いに電気的に接触していません。

それぞれ高電圧巻線と低電圧巻線とも呼ばれ、高電圧巻線は低電圧巻線よりも絶縁性が高い。

動作原理:

変圧器の基本的な動作原理は、変圧器コアを通る共通の磁束によってリンクされた一次巻線と二次巻線の間の相互誘導 コアは、磁束が通過するための低リラクタンスの経路を提供する。

電源に接続された巻線は一次巻線と考えることができ、それが運んでいる電流はそれ自身の磁場を持つと考えることができます。

この磁場はコアを横切って生成され、交流電流のために方向を変えており、現在はファラデーの電磁誘導の法則に従っています:

“時間に対するリンケージ磁束の変化率は、導体またはコイルに誘導される起電力に正比例する”

磁界のこの変更は巻上げの回転の数に比例している二次コイルの電圧を引き起こします。 これは、次の式でさらに理解できます:

E=N d λ/dt

ここで、

E=誘導起電力

N=巻数

d λ=磁束の変化

dt=時間の変化

二次巻線が負荷に接続されると、回路は次のようになります。完了し、電流が流れ始めます。

変圧器の巻数比：

変圧器の巻線、すなわち一次巻線と二次巻線の両方が特定の巻数を持っています。 一次巻線の巻数と二次巻線の巻数の比は、巻数比として知られています。

理想的な変圧器：

理想的な変圧器は、電力入力に正確に等しい電力出力を与える変圧器です。 これは、それが損失のいずれかのタイプを持っていないことを意味します。

理想的な変圧器は存在せず、変圧器の計算を単純化するためにのみ使用されます。 それらの電圧比は、次の簡単な方程式によってモデル化することができます:

理想的な変圧器は実際の変圧器とどのように違うのですか？

実際には、いくつかの電力損失で構成される変圧器があります。

実際の変圧器には、巻線抵抗、漏れ磁束の値があり、ここで説明した銅損失とコア損失もあります。

トランス等価回路:

変圧器の等価回路は、抵抗とリアクタンスで構成される変圧器の簡略化された表現です。

等価回路は、変圧器に基本的な回路解析を適用できるようになりましたので、変圧器の計算を行うのに役立ちます。

等価回路の詳細については、最新の記事をお読みください。

:

トランス効率は、トランスの出力電力と入力電力の比です。

で与えられます。

または

どこで

出力電力が 入力パワー、変圧器の効率が0-100%の間に理想的な変圧器に100%の効率がある間、常にあるよりより少し常にであって下さい。

等価回路から変圧器の効率を計算するには、効率式に銅損失とコア損失を加算して次の式を得るだけです:

電圧調整:

変圧器には直列インピーダンスがあるため、変圧器の両端にも電圧降下があることを知っておくことも重要です。 これにより、入力電圧が一定に保たれていても、負荷が変化すると出力電圧が変化します。

無負荷時の出力電圧と全負荷時の出力電圧を比較する量は、電圧レギュレーションとして知られています。

以下の式から計算することができます:

どこで

理想的な変圧器は0％の電圧調整を有することに留意すべきである。

変圧器の種類とその用途

昇圧変圧器：これらの変圧器は、一次側の低い電圧レベルを二次側の高い電圧値に増加させます。 この場合、二次巻線は一次巻線よりも多くの巻数を有する。

主に、約11kVの発生電圧を132kV以上に昇圧して送電する発電所で使用されています

降圧変圧器：降圧変圧器は、一次側の高電圧を二次側の低電圧値に この場合、一次巻線はより多くの巻数を有する。

配電所で降圧変圧器が配分および利用のための適したより低い価値に高い伝達電圧を減らすのに使用されています。 それらはまた私達の移動式充電器で見つけることができる。

他のタイプは電源変圧器、配分の変圧器、中心のタイプ変圧器、単一および三相変圧器の、屋内および屋外の変圧器を含んでいます。 変圧器の種類とその用途に焦点を当てた以前のブログを確認することができます。

変圧器の制限：

変圧器はACでのみ動作することに注意することも重要です。 これは、直流（DC）が変化する磁場の代わりに一定の磁場を生成するため、二次巻線に起電力が誘導されないためです。

AllumiaXの最近の取り組みの一つは、電力システムの保護、自動化、および制御のチュートリアルを提供するGeneralPACプラットフォームの企業スポンサーシップです。 ここでは、変圧器のビデオシリーズを見つけるでしょう。 このシリーズでは、Delta Wye Transformer接続の紹介、Wye Wye Transformer接続の紹介、Delta Wye Transformer接続と循環電流と電圧の紹介、変圧器解析における開相状態、コアフォームとシェルフォームの電源変圧器の違いについて説明します。

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