変圧器の種類
変圧器は、共通の磁気回路上に配置され、したがって相互に誘導接続された 2 つから数個のコイルを含む静電磁装置です。電流の周波数を変えることなく、電磁誘導により交流から電気エネルギーを変換する変圧器として機能します。変圧器は交流電圧変換と交流電圧変換の両方に使用されます。 ガルバニック絶縁 電気電子工学のさまざまな分野で活躍します。
公平を期すために、場合によっては、変圧器には巻線が 1 つしか含まれておらず (単巻変圧器)、コアが完全に存在しない場合もあります (HF - 変圧器) が、ほとんどの変圧器には次のようなコア (磁気回路) があります。 軟磁性強磁性材料、および共通の磁束で覆われた 2 つ以上の絶縁テープまたはワイヤ コイルですが、まず第一に。変圧器にはどのような種類があり、どのように配置され、何に使用されるのかを見てみましょう。
電源トランス
このタイプの低周波 (50 ～ 60 Hz) 変圧器は、電気ネットワークだけでなく、電気エネルギーを受信して変換する設備でも使用されます。なぜそれが力と呼ばれるのでしょうか？電圧が1150 kVに達する可能性がある送電線との間で電力を供給および受電するために使用されるのはこのタイプの変圧器だからです。
都市部の電力網では、電圧は 10 kV に達します。まさに通り抜ける 強力な低周波トランス 電圧も消費者が必要とする 0.4 kV、380/220 ボルトまで下がります。
構造的には、一般的な電源変圧器には、装甲電磁鋼心に配置された 2 つ、3 つ、またはそれ以上の巻線が含まれており、低電圧巻線の一部は並列に給電されます (分割巻線変圧器)。
これは、複数の発電機から受け取った電圧を同時に昇圧するのに役立ちます。通常、電源変圧器は変圧器油の入ったタンクに入れられ、特に強力な試験片の場合には、アクティブ冷却システムが追加されます。
変電所や発電所には最大4000kVAの三相変圧器が設置されています。損失が 3 つの単相よりも最大 15% 少ないため、三相の方が一般的です。
電源変圧器
1980 年代と 1990 年代には、ライントランスはほぼすべての電化製品に搭載されていました。主変圧器 (通常は単相) の助けを借りて、周波数 50 Hz の 220 ボルトの家庭用ネットワークの電圧は、電気機器に必要なレベル (たとえば、5、12、24、または 48 ボルト) に低下します。
ライントランスは、複数の電圧源を使用して回路のさまざまな部分に電力を供給できるように、複数の二次巻線で作られることがよくあります。特に、TN (白熱変圧器) 変圧器は、ラジオ管が存在する回路では常に (そして今でも) 見られます。
最新のライントランスは、コイルが巻かれた一連の電磁鋼板の W 型、ロッド型、またはトロイダル コア上に構築されています。磁気回路をトロイダル形状にすることで、トランスの小型化を実現しました。
トロイダルコアとW型コアの合計出力が同じトランスを比較すると、トロイダルの方が占有スペースが少なく、またトロイダル磁気回路の表面が巻線で完全に覆われており、空のヨークが存在しません。装甲された W 型または棒状の核を備えたケース。電気ネットワークには、特に最大 6 kW の電力を持つ溶接変圧器が含まれています。主電源変圧器は、当然のことながら、低周波変圧器として分類されます。
単巻変圧器
低周波変圧器のタイプの 1 つは、二次巻線が一次巻線の一部であるか、一次巻線が二次巻線の一部である単巻変圧器です。つまり、単巻変圧器では、巻線は磁気的にだけでなく電気的にも接続されています。 1 つのコイルから複数のリード線が作られており、1 つのコイルから異なる電圧を得ることができます。
単巻変圧器の主な利点は、巻線に使用するワイヤの量とコアの鋼材の量が減り、その結果従来の変圧器よりも重量が軽くなるため、コストが低いことです。欠点は、コイルのガルバニック絶縁が欠如していることです。
単巻変圧器は自動制御装置で使用され、高電圧の電気ネットワークでも広く使用されています。電気ネットワークにおけるデルタ結線またはスター結線の三相単巻変圧器は、今日大きな需要があります。
単巻変圧器は最大数百メガワットの容量で入手可能です。単巻変圧器は、強力な AC モーターを始動するためにも使用されます。単巻変圧器は、変圧比が低い場合に特に役立ちます。
実験用単巻変圧器
単巻変圧器の特殊なケースは、実験用単巻変圧器 (LATR) です。ユーザーに供給する電圧をスムーズに調整できます。 LATRのデザインは、 トロイダルトランス ターンからターンまで絶縁されていない「トラック」を持つ単一の巻線を使用して、巻線の各ターンに接続することができます。トラックの接触は、回転ノブで制御されるスライド式カーボン ブラシによって行われます。
したがって、負荷上のさまざまな大きさの実効電圧を取得できます。一般的な単相ドライブでは 0 ～ 250 ボルト、三相では 0 ～ 450 ボルトの電圧を受け入れることができます。 0.5 ～ 10 kW の出力を持つ LATR は、電気機器の調整を目的として研究室で非常に人気があります。
変流器
変流器 は変圧器と呼ばれ、その一次巻線は電流源に接続され、二次巻線は内部抵抗の低い保護装置または測定装置に接続されます。最も一般的なタイプの変流器は計器用変流器です。
変流器の一次巻線 (通常は 1 巻、1 線のみ) は、交流電流を測定する回路に直列に接続されます。二次巻線の電流は一次巻線の電流に比例することがわかりますが、二次巻線には必ず負荷がかかる必要があります。そうしないと、二次巻線の電圧が絶縁を破壊するほど高くなる可能性があります。また、CT の 2 次巻線が開いた場合、磁気回路は誘導された補償されていない電流によって単純に焼損します。
変流器の構造は、積層シリコン冷間圧延電気鋼で作られたコアに 1 つ以上の絶縁された二次巻線が巻かれています。一次巻線は、多くの場合、磁気回路の窓を通過する測定電流が流れる単純なバスバーまたはワイヤです (ちなみに、この原理は、 クランプメーター).変流器の主な特性は、変圧比 (例: 100/5 A) です。
変流器は、電流測定やリレー保護回路に広く使用されています。測定回路と二次回路は互いに電気的に絶縁されているため、安全です。通常、工業用変流器は 2 つ以上の二次巻線グループで製造され、そのうちの 1 つは保護装置に接続され、もう 1 つはメーターなどの測定装置に接続されます。
パルストランス
現代のほとんどすべての主電源、さまざまなインバータ、溶接機、その他の電力および低電力の電気コンバータでは、パルス変圧器が使用されています。現在、パルス回路は、重量のある低周波トランスを積層鋼コアにほぼ完全に置き換えています。
典型的なパルストランスはフェライトコアトランスです。コア（磁気回路）の形状は、リング、ロッド、カップ、W型、U型などまったく異なります。変圧器鋼に対するフェライトの利点は明らかです。フェライトベースの変圧器は最大 500 kHz 以上の周波数で動作できます。
パルストランスは高周波トランスであるため、周波数が高くなるにつれて寸法が大幅に縮小されます。巻線に必要なワイヤが少なくなり、界磁電流は一次ループで高周波電流を得るのに十分です。 IGBT または、パルス電源回路のトポロジに応じて、バイポーラ トランジスタが複数個使用される場合もあります (フォワード — 1、プッシュプル — 2、ハーフブリッジ — 2、ブリッジ — 4)。
公平を期すために、逆電源回路が使用される場合、二次回路での電気の蓄積と放出のプロセスが時間的に分離されている、つまり進行しないため、変圧器は本質的にダブルチョークになることに注意してください。したがって、同時にフライバック制御回路を使用すると、依然としてチョークではありますが、変圧器ではありません。
変圧器とフェライト チョークを備えたパルス回路は、省エネ ランプの安定器やさまざまな機器の充電器から、溶接機や強力なインバーターに至るまで、今日どこにでも見られます。
パルス変流器
インパルス回路の電流の大きさと方向を測定するには、インパルス変流器がよく使用されます。インパルス変流器は、1 つの巻線を備えたリング状 (トロイダル) のフェライト コアです。ワイヤーがコアのリングを通過し、その電流が検査され、コイル自体に抵抗が負荷されます。
たとえば、リングに 1000 巻のワイヤが含まれている場合、一次巻線 (ネジ付きワイヤ) と二次巻線の電流比は 1000 対 1 になります。リングの巻線に既知の値の抵抗が負荷されている場合、その場合、その両端で測定される電圧はコイルの電流に比例します。これは、測定される電流がこの抵抗を流れる電流の 1000 倍であることを意味します。
業界では、さまざまな変圧比のインパルス変流器が製造されています。設計者は、このような変圧器に抵抗と測定回路を接続するだけで済みます。電流の大きさではなく、電流の方向を知りたい場合は、変流器の巻線が 2 つの対向するツェナー ダイオードによって単純に充電されます。
電気機械と変圧器間の通信
変圧器は、教育機関のすべての電気工学専門分野で学習される電気機械コースに常に含まれています。本質的に、変圧器は電気機械ではなく、可動部品がないため電気装置であり、可動部品の存在は、一種の機構としての機械の特徴です。誤解を避けるため「電気機械・変圧器コース」と呼ぶべきです。
すべての電気機械コースに変圧器が含まれるのには 2 つの理由があります。1 つは歴史的な起源です。交流電気機械を製造した同じ工場が変圧器も製造していました。これは、変圧器が存在するだけで交流機械が直流機械よりも有利になり、最終的に業界での優位性につながったためです。そして今では、変圧器のない大規模な AC 設備を想像することは不可能です。
しかし、交流機や変圧器の生産が発展するにつれ、変圧器の生産を変圧器専門工場に集中させる必要が出てきました。実際のところ、変圧器を使用して長距離にわたって交流を送電できるため、変圧器の高電圧の上昇は交流電気機械の電圧の上昇よりもはるかに速かったのです。
交流電気機械の開発の現段階では、それらの合理的な最大電圧は 36 kV です。同時に、実際に実用化された変圧器の最高電圧は1150kVに達しました。このような高い変圧器の電圧と落雷にさらされた架空送電線での変圧器の動作は、電気機械にとっては馴染みのない非常に特殊な変圧器の問題を引き起こしています。
これにより、電気工学の技術的問題とは大きく異なる技術的問題が生じたため、変圧器を独立した生産に分離することが避けられなくなりました。したがって、最初の理由、つまり変圧器を電気機械に近づける産業上のつながりは消滅しました。
2 番目の理由は基本的な性質のもので、電気機械と同様に実際に使用される変圧器も次のようなものに基づいているという事実にあります。 電磁誘導の原理（ファラデーの法則）、—彼らの間には揺るぎない絆が残っています。同時に、交流機械における多くの現象を理解するためには、変圧器内で発生する物理プロセスの知識が絶対に必要であり、さらに、大きな種類の交流機械の理論は次の理論に還元できます。これにより、理論的考察が容易になります。
したがって、交流機械の理論では変圧器の理論が重要な位置を占めていますが、そこから変圧器を電気機械と呼ぶことができるということにはなりません。さらに、変圧器には電気機械とは異なる目標設定とエネルギー変換プロセスがあることに留意する必要があります。
電気機械の目的は、機械エネルギーを電気エネルギー（発電機）に変換すること、または逆に電気エネルギーを機械エネルギー（モーター）に変換することです。一方、変圧器では、一種の交流電気エネルギーを交流に変換します。現在の電気エネルギー。違う種類の電流。