トランスの主な特徴

トランスの外観特性

二次巻線の端子間の電圧は 変成器 は、そのコイルに接続されている負荷電流によって異なります。この依存性をトランスの外部特性と呼びます。

変圧器の外部特性は、負荷の変化、実際には負荷電流の変化、つまり二次巻線の端子の電圧の変化により、一定の電源電圧で除去されます。変圧器の二次電圧も変化します。

この現象は、負荷抵抗が変化すると二次巻線の抵抗が変化し、電圧降下も変化し、一次巻線の抵抗両端の電圧降下が変化するため、EMF が変化するという事実によって説明されます。それに応じて二次巻線も変化します。

一次巻線の EMF 平衡方程式にはベクトル量が含まれているため、二次巻線の電圧は負荷電流とその負荷の性質 (能動、誘導、容量のいずれであるか) の両方に依存します。

負荷の性質は、負荷を流れる電流と負荷の両端間の電圧間の位相角の値によって証明されます。基本的に、負荷電流が特定の変圧器の定格電流と何倍異なるかを示す負荷係数を入力できます。

トランスの外部特性を正確に計算するには、負荷抵抗を変更することによって二次巻線の電圧と電流を固定できる等価回路を利用できます。

それにもかかわらず、次の公式は実際には役立つことが証明されており、開回路電圧とパーセントとして測定される「二次電圧変化」が代入され、開回路電圧と所定の負荷における電圧との間の算術差として計算されます。開回路電圧のパーセンテージとして:

«二次電圧変化» を求めるための式は、変圧器の等価回路から特定の仮定に基づいて得られます。

短絡電圧の無効成分と有効成分の値がここに入力されます。これらの電圧成分 (有効および無効) は、等価回路パラメータによって求められるか、実験的に求められます。 ショート体験.

短絡の経験から、変圧器について多くのことがわかります。短絡電圧は、実験による短絡電圧と定格一次電圧の比として求められます。 「短絡電圧」パラメータはパーセントで指定されます。

実験中、二次巻線は変圧器に短絡されますが、一次巻線には定格よりもはるかに低い電圧が印加されるため、短絡電流は定格値と等しくなります。ここで、電源電圧は巻線間の電圧降下によって平衡されており、印加された低減電圧の値は、定格値に等しい負荷電流における巻線間の等価電圧降下と見なされます。

低電力供給変圧器および電源変圧器の場合、短絡電圧値は 5% ～ 15% の範囲にあり、変圧器が強力であるほど、この値は小さくなります。短絡電圧の正確な値は、特定の変圧器の技術文書に記載されています。

図は上式に従って外部特性を計算したもので、巻線抵抗が比較的低く、動作磁気特性により二次電圧が負荷率にあまり依存しないため、グラフが線形になっていることがわかります。磁束は負荷にほとんど依存しません。

この図は、負荷の性質に応じて位相角が特性の低下または増加に影響を与えることを示しています。能動負荷または能動誘導負荷では特性が低下し、能動容量負荷では特性が増加する可能性があり、「電圧変化」の式の第 2 項が負になります。

低電力変圧器の場合、通常、有効成分は誘導成分よりも大きく降下するため、有効負荷の場合の外部特性は、有効誘導負荷の場合よりも線形性が低くなります。より強力な変圧器の場合はその逆となるため、アクティブ負荷特性はより厳しくなります。

変圧器の効率

変圧器の効率は、変圧器によって消費される有効電力に対する、負荷に供給される有効電力の比率です。

変圧器によって消費される電力は、負荷によって消費される電力と変圧器での直接の電力損失の合計です。さらに、有効電力は総電力と次のように関係します。

変圧器の出力電圧は通常、負荷にあまり依存しないため、負荷率は次のように定格皮相電力に関連付けられます。

二次回路の負荷によって消費される電力は次のとおりです。

任意の大きさの負荷における電気損失は、公称負荷での損失を考慮して、負荷係数によって次のように表すことができます。

公称負荷損失は、短絡実験で変圧器が消費する電力によって非常に正確に決定され、磁気的な性質の損失は変圧器が消費する無負荷電力に等しくなります。これらの損失成分は変圧器のマニュアルに記載されています。したがって、上記の事実を考慮すると、効率の式は次の形式になります。

この図は、トランス効率の負荷依存性を示しています。負荷がゼロの場合、効率はゼロになります。

負荷率が増加すると、負荷に供給される電力も増加しますが、磁気損失は変化せず、目に見えて効率が直線的に増加します。次に負荷率の最適値が決まり、効率が限界に達し、この時点で最大効率が得られます。

最適負荷率を超えると、効率は徐々に低下し始めます。これは、電気損失が増加し、電流の二乗に比例し、したがって負荷率の二乗に比例するためです。高電力変圧器 (電力は kVA 以上の単位で測定される) の最大効率は 98% ～ 99% の範囲にあり、低電力変圧器 (10 VA 未満) の場合、効率は約 60% になります。

一般に、設計段階では、最適負荷率 0.5 ～ 0.7 で効率が最大値に達し、実際の負荷率 0.5 ～ 1 で効率が最大値に近づくように変圧器を作成しようとします。軽減あり 力率 (コサインファイ) 二次巻線に接続された負荷が大きくなると、出力電力も減少しますが、電気損失と磁気損失は変化しないため、この場合の効率は低下します。

変圧器の最適な動作モード、つまり 公称モード、通常、問題のない動作の条件と、一定の動作期間中の許容加熱レベルに応じて設定されます。これは、変圧器が定格モードで動作中に定格電力を供給しながら過熱しないようにするための非常に重要な条件です。