変圧器は電力システムで最もよく知られている機器です。これらは大きく、特徴的で、原理的にはシンプルですが、多くのメンテナンスが必要なため、「ケーブル」よりもはるかに実質的であるように見えます。電力網図では、変圧器はバックボーン ノードのようなものであり、他の機器はその接続として機能します。

この記事では、変圧器のコンポーネント、原理、機能、分類、および応用シナリオを紹介します。

1.トランスの構成

トランスは主にコアと巻線で構成されています。

コアは変圧器の磁気回路経路として機能し、巻線はエナメル-被覆線を一定の回数巻いて作られた電気回路部分です。

電源に接続されたものは一次巻線と呼ばれ、一次コイルとも呼ばれます。負荷に接続されたものは二次巻線と呼ばれ、二次コイルまたは二次側巻線とも呼ばれます。

コア構造の基本的な形状は、ハート型コアタイプとシェル型です。{0}

• ハート型-のコア変圧器

コア型変圧器の列は巻線で囲まれています。{0}簡単に言えば、巻線がコアを取り囲むため、構造が比較的単純で、組み立てや絶縁が容易になります。そのため、変圧器ではコア-タイプの構造がよく使用されます。

• シェル型変圧器-

シェル型変圧器では、コアが巻線を囲みます。{0}}シェル-タイプの変圧器は機械的強度が高く、角が突き出ていますが、製造プロセスが複雑で、より多くの材料が必要です。これらは通常、低電圧、高-変圧器または小容量の電源変圧器でのみ使用されます。-

2.変圧器の基本動作原理

変圧器は電磁誘導の原理に基づいて動作します。

適切な AC 電源が一次巻線の両端に接続されている場合、供給電圧 u の作用下で₁、交流電流 i₀ 一次巻線を通って流れ、一次巻線に起磁力が発生します。これにより、コア内に交番磁束 φ が励起されます。この交流磁束 ϕ は、一次巻線と二次巻線の両方を結びます。電磁誘導の法則によれば、誘導起電力 e₁そして、₂はそれぞれ一次巻線と二次巻線で発生します。誘導起電力 e の影響下で₂、二次巻線は負荷に電力を供給し、エネルギー伝達を実現します。

一次巻線と二次巻線の誘導起電力の比は、一次巻線と二次巻線の巻数の比に等しい。誘導起電力 e の大きさ₁一次側は印加電圧uに近い₁一次側では誘導起電力の大きさ e₂二次側は出力電圧 u に近い₂二次側です。

したがって、一次巻線または二次巻線の巻き数を 1 回または 2 回変更するだけで、出力電圧 u₂調整することができます。これは変圧器の基本的な動作原理であり、電磁誘導の原理を利用して、ある電圧レベルの AC 電源を同じ周波数で異なる電圧レベルの AC 電源に変換します。

2.変圧器の基本機能

変圧器の基本的な機能には、電圧変換、電流変換、インピーダンス変換、絶縁、電圧調整が含まれます。

変圧器: 変圧器は、さまざまな電力ニーズを満たすために交流の電圧を増減できます。たとえば、昇圧変圧器は発電所の電圧を上げて送電時のエネルギー損失を減らすために使用され、降圧変圧器は高電圧を安全な使用電圧まで下げるために使用されます。-

電流変換: 電圧を変化させると、変圧器もそれに応じて電流を変化させます。電力保存の法則によれば、電圧が増加すると電流は減少し、その逆も同様です。この特性により、変圧器は電流負荷を効果的に管理できるため、電力伝送において非常に重要になります。

インピーダンス変換: 変圧器は回路のインピーダンスを変更し、さまざまな負荷条件により適したものにすることができます。これは信号伝送効率を向上させることができるため、オーディオ機器やその他の電子機器では特に重要です。

絶縁: 変圧器は電気絶縁を提供し、機器とユーザーの安全を保護します。この絶縁により、高電圧による低電圧機器の損傷を防ぎ、機器の安全な動作が保証されます。-

電圧調整: 特定のタイプの変圧器 (可飽和リアクトルなど) は電圧調整に使用でき、電圧の安定性を維持し、電力システムの信頼性と安定性を確保します。

4.変圧器の分類

4.1容量による分類

• 小型変圧器: 電圧 10KV 未満、容量 1 ～ 500KVA。

• 中小型変圧器: 電圧 35 kV 以下、容量 630 ～ 6300 kVA。

• 大型変圧器: 電圧 110 kV 以下、容量 8000 ～ 63000 kVA。

4.2用途による分類

• 電源変圧器: 送配電システムの昇圧、降圧、配電、連系に使用され、特に発電所や変電所の変圧器として使用されます。

• 計器用変圧器：変圧器や変流器など、測定器やリレー保護装置に使用されます。

• 電源トランス：一般機械装置の制御電源、照明、表示器などに使用されます。

• 電子変圧器: スイッチ-モード電源、オーディオ、パルス、インピーダンス整合などの電子回路で使用されます。

• テスト用変圧器: 電気機器の高電圧テストを行うために高電圧を生成できます。-

• 特殊変圧器：電炉変圧器、整流変圧器、定電圧変圧器など

4.3変圧器巻線の相数による分類

• 単相変圧器-: 単相負荷および三相変圧器バンクに使用されます。-

• 三相変圧器: 三相システムの電圧を昇圧または降圧するために使用されます。-。

4.4変圧器の冷却方式による分類

• 乾式変圧器-: 空気の対流によって冷却され、局所照明や電子回路などの小容量変圧器に一般的に使用されます。-

• 油入変圧器-: 絶縁および冷却媒体として変圧器油を使用し、コアと巻線が絶縁油に完全に浸されている変圧器。

4.5変圧器巻線接続形式による分類

• 二重巻線変圧器: 電力システムの 2 つの電圧レベルを接続するために使用されます。

• 3 巻線変圧器: 通常、電力システムの地域変電所で 3 つの電圧レベルを接続するために使用されます。

• 単巻変圧器: 一次巻線と二次巻線が 1 つに結合され、異なる電圧の電力システムを接続するために使用されます。通常の昇圧または降圧トランスとしても使用できます。-

4.6トランスの動作周波数による分類

• 電源周波数変圧器: 動作周波数は 50Hz または 60Hz です。
• 中間周波トランス：動作周波数は400～1000Hzです。
• オーディオ周波数変換器: 動作周波数は 20Hz ～ 20kHz です。

• 超音波周波数変圧器: 動作周波数は 20 kHz を超え、通常は 100 kHz を超えません。

• 高周波変圧器: 20 Hz から 100 kHz 以上の範囲の動作周波数を持つ変圧器。

5.変圧器の応用シナリオ

5.1電源システム

• 発電所: 変圧器は、発電機で生成された電圧を昇圧して送電網に送電し、長距離送電を可能にします。-

• 変電所: 変電所では、さまざまな電気機器のニーズを満たすために、変圧器が高電圧の電力を低電圧の電力に変換します。{0}同時に、変圧器は無効電力補償や電圧調整などの機能も実行できるため、電力システムの安定した動作が保証されます。

• 送電線: 送電線では、変圧器を使用して電圧を高め、エネルギー損失を減らし、効率的な長距離送電を実現します。-

5.2民間部門

• 家庭用電力: 変圧器は高圧電力を家庭での使用に適した低圧電力に変換し、住民の通常の電力消費を確保します。{0}

• バッテリーの充電: ラップトップ、電話、電気自動車のいずれであっても、これらのデバイスの動作にはバッテリーが必要であり、バッテリーの充電には変圧器が必要です。変圧器の主な機能は、電圧を調整し、漏れ電流やサージ電流がデバイスを通過するのを防ぐことです。

5.3通信分野

通信トランスは、電話端末回路や幹線製品に使用され、通信回路の品質や状態を調整します。さらに、通信トランスは、ケーブル モデム、ネットワーク カード、ハブ、xDSL ブロードバンド通信機器、スイッチ、光ファイバー トランシーバー、ルーター、組み込みシステム、および VoIP ネットワーク通信デバイスで広く使用されています。

5.4その他の特殊な用途

• オーディオ機器: オーディオトランスは、回路内を流れる信号を絶縁し、ソースと負荷のインピーダンス値を一致させるために一般的に使用されます。また、不要な信号やノイズの多い信号を除去し、入力信号をフィルタリングすることもできます。これらのタイプの変圧器は、可聴範囲内の信号、つまり 20Hz ～ 20kHz の周波数の信号を処理するように特別に設計されています。

• 測定器: 電流計、電圧計、その他のさまざまな測定ツールやデバイスは通常、一般的な操作に変圧器を使用します。たとえば、測定用変流器は、測定デバイスを回路の他の部分から絶縁し、大電流を電流計に供給する前に最適な値に抑制または降圧することにより、回路に必要な安全性を提供します。

• 整流: 整流変圧器は、モーター制御、鉱山、電気炉、研究開発研究所、高電圧 DC 送電などの用途で AC を DC に変換できます。-