トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件

トランスフォーマー

変圧器は単純な電気装置であり、相互誘導の特性を使用して、交流電圧を大きい値または小さい値に変換します。

世界 最初の定電位のものは1885年に発明されました、そしてそれ以来、交流(AC)の伝送、配電、および利用に不可欠なデバイスとして必要になっています。

1885年のシェルフォームDBZ設計トランス
1885年のシェルフォームDBZ設計トランス、画像クレジット–ZátonyiSándor、(ifj。)、 DBZトラフォCC BY-SA 3.0

さまざまな電子および電力アプリケーションに適したさまざまな設計のさまざまなタイプの変圧器があります。 それらのサイズは、XNUMX立方センチメートル未満の体積を持つ無線周波数アプリケーションから、電力網で使用される数百トンの重さの巨大なユニットにまで及びます。

トランス
変電所の変圧器、画像クレジット– アラローネ89メルボルンターミナル駅、パブリックドメインとしてマークされている、詳細 ウィキメディア·コモンズ

それらは、変圧器からの電圧出力をステップアップして電流を減らし、その後、抵抗性コア損失がそれほど重要ではないようにすることによって、長距離にわたるエネルギーの伝送および分配に最も広く使用されているため、信号は距離を超えて消費者に隣接する変電所では、さらに使用するために電圧が再び降圧されます。

変圧器の基本構造と動作

変圧器の基本構造は、一般に軟鉄コアに巻かれたXNUMXつのコイル、つまり一次コイルと二次コイルで構成されます。 AC入力電圧は一次コイルに印加され、AC出力電圧は二次側で観測されます。 

誘導起電力または電圧は、磁場フラックスがコイルまたは回路に対して変化しているときにのみ生成されることがわかっているため、XNUMXつのコイル間の相互インダクタンスは、交流電圧、つまり交流電圧でのみ可能であり、直接では不可能です。 、すなわち定常/ DC電圧。

変圧器の動作と漏れ磁束
変圧器の動作と漏れ磁束
画像クレジット:自分、 変圧器フラックスCC BY-SA 3.0

トランスは、入力コイルの巻数と出力コイルの巻数の比率に従って、電圧と電流のレベルを変換するために使用されます。 一次コイルと二次コイルの巻き数はNですp そして、Ns、それぞれ。 Φを一次コイルと二次コイルの両方を介してリンクされた磁束とします。 次に、

一次コイル全体に誘導起電力、  トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件 = トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件

二次コイル全体に誘導起電力、 トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件 = トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件

これらの方程式から、次のことを関連付けることができます。  トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件

記号の意味は次のとおりです。

 トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件        

パワー、P = IpVp = IsVs

前の方程式に関連して、 トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件

したがって、Vがありますs =(トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件)Vそして私s = トランスフォーマー:概要|| 効率を上げるための4つの重要な条件 IP

ステップアップの場合: Vs > Vp だからNs>Np そして私s<Ip

ステップダウンの場合: Vs <Vp だからNs <Np そして私s >私p

変圧器の一次および二次コイル

トランス
一次および二次巻線
画像クレジット:匿名、 Transformer3dコルCC BY-SA 3.0

上記の関係は、次のようないくつかの仮定に基づいています。

  • 同じ磁束が一次と二次の両方を磁束漏れなしでリンクします。
  • 二次電流が小さい。
  • 一次抵抗と電流はごくわずかです。

したがって、変圧器の効率を100%にすることはできません。 適切に設計されたものは最大95%の効率を持つことができますが。 効率を高めるために、エネルギー損失の主なXNUMXつの理由を覚えておく必要があります。

変圧器のエネルギー損失の原因:

  • 磁束漏れ: 一次から二次へのすべての磁束が漏れなしに通過することはほとんど不可能であるため、常にある程度の磁束漏れがあります。
  • 渦電流: 磁束が変化すると、鉄心に渦電流が発生し、加熱によってエネルギー損失が発生する可能性があります。 これらは、積層鉄心を使用することで最小限に抑えることができます。
  • 巻線の抵抗: エネルギーはワイヤーを介した熱放散の形で失われますが、比較的太いワイヤーを使用することで最小限に抑えることができます。
  • ヒステリシス: 交流磁場によってコアの磁化が繰り返し反転すると、コア内部での発熱によるエネルギーの消費または損失が発生します。 これは、磁気ヒステリシス損失の低い材料を使用することで減らすことができます。

について勉強します 渦電流砂 磁気ヒステリシス 詳細については、以降のセクションで説明します。

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