変圧器は、ある電圧と周波数の交流を、異なる（または等しい）電圧と同じ周波数の交流に変換するために使用される電磁装置です。
変圧器の装置と操作
最も単純なケースでは 変成器 巻数Wの1次巻線を含む1 巻数Wの2次側1つ2。エネルギーは一次巻線に供給され、負荷は二次巻線に接続されます。エネルギーの伝達は、電磁誘導によって行われます。電磁結合を強化するために、ほとんどの場合、巻線は閉じたコア（磁気回路）に配置されます。
一次巻線に交流電圧Uが印加された場合1、次に交流I1、コアに同じ形の磁束Фを生成します。この磁束は二次巻線にEMFを誘導します。二次回路に負荷が接続されている場合、二次電流I2.
二次巻線の電圧は、巻数Wの比率によって決まります。1 とW2:
U2= U1*（W1/ W2）= U1/ k、ここでkは 変換率.
k <1の場合、U2> U1、およびそのような変圧器はステップアップと呼ばれます。 k> 1の場合、U2<U1、 そのような 変圧器は降圧と呼ばれます。変圧器の出力電力は入力電力（変圧器自体の損失を差し引いたもの）に等しいので、Pout \ u003d Pin、Uと言うことができます。1*私1= U2*私2 そして私2= I1* k = I1*（W1/ W2）。したがって、無損失トランスでは、入力電圧と出力電圧は巻線の巻数の比率に正比例します。そして、電流はこの比率に反比例します。
トランスには、比率の異なる複数の二次巻線がある場合があります。したがって、220ボルトのネットワークから家庭用ランプ機器に電力を供給するための変圧器は、1つの二次巻線を持つことができます。たとえば、アノード回路に電力を供給するために500ボルト、白熱回路に電力を供給するために6ボルトです。最初のケースではk<1、2番目のケースでは-k>1。
変圧器は交流電圧でのみ動作します。2次巻線でEMFが発生する場合は、磁束を変更する必要があります。
変圧器のコアの種類
実際には、示された形状のコアだけでなく、コアが使用されます。デバイスの目的に応じて、磁気回路はさまざまな方法で実行できます。
ロッドコア
低周波変圧器の磁気回路は、顕著な磁気特性を備えた鋼でできています。渦電流を低減するために、コアアレイは互いに電気的に絶縁された別々のプレートから組み立てられます。高周波で動作するために、フェライトなどの他の材料が使用されます。
上記で検討したコアはコアと呼ばれ、2本のロッドで構成されています。単相変圧器には、3ロッド磁気回路も使用されます。それらはより少ない磁束とより高い効率を持っています。この場合、一次巻線と二次巻線の両方がコアの中央ロッドに配置されています。
三相変圧器も3ロッドコアで作られています。それらには、各相の一次巻線と二次巻線があり、それぞれが独自のコアに配置されています。場合によっては、5ロッドの磁気回路が使用されます。それらの巻線はまったく同じ方法で配置されます。各一次および二次はそれ自体のロッドにあり、各側の2つの極端なロッドは、特定のモードで磁束を閉じることのみを目的としています。
装甲
アーマードコアでは、単相変圧器が作られています-両方のコイルは磁気回路の中央コアに配置されています。このようなコアの磁束は、3本のロッド構造と同様に側壁を介して閉じます。この場合、漏れフラックスは非常に小さいです。
この設計の利点には、コアウィンドウを巻線でより密に充填できるため、サイズと重量がいくらか増加することが含まれるため、低電力変圧器の製造にアーマードコアを使用することが有利です。これにより、磁気回路が短くなり、無負荷損失が減少します。
欠点は、修正や修理のために巻線にアクセスするのがより困難になることと、高電圧用の絶縁体の製造が複雑になることです。
トロイダル
トロイダルコアでは、磁束はコア内部で完全に閉じられており、漏れ磁束はほとんどありません。しかし、このような変圧器は巻線が難しいため、たとえば、低電力の調整可能な単巻変圧器や、ノイズ耐性が重要な高周波デバイスで使用されることはほとんどありません。
単巻変圧器
場合によっては、巻線間に磁気接続だけでなく電気接続も備えたこのようなトランスを使用することをお勧めします。つまり、ステップアップデバイスでは、一次巻線は二次巻線の一部であり、降圧デバイスでは、一次巻線の二次部分です。このようなデバイスは、単巻変圧器（AT）と呼ばれます。
降圧単巻変圧器は単純な分圧器ではありません。磁気結合も二次回路へのエネルギーの伝達に関与します。
単巻変圧器の利点は次のとおりです。
- より小さな損失;
- スムーズな電圧調整の可能性;
- 重量とサイズのインジケーターが小さい（単巻変圧器の方が安価で、輸送が簡単です）。
- 必要な材料の量が少ないため、コストが低くなります。
欠点には、より高い電圧用に設計された両方の巻線の絶縁を使用する必要があること、および入力と出力の間にガルバニック絶縁がないことなどがあります。これにより、大気現象の影響が一次回路から二次回路に伝達される可能性があります。この場合、二次回路の要素を接地することはできません。また、ATのデメリットは短絡電流の増加と考えられます。三相単巻変圧器の場合、巻線は通常、接地されたニュートラルを備えたスターで接続されます。他の接続方式も可能ですが、複雑すぎて面倒です。これは、単巻変圧器の範囲を狭める欠点でもあります。
変圧器の用途
電圧を増減する変圧器の特性は、産業や日常生活で広く使用されています。
電圧変換
さまざまな段階で産業用電圧のレベルにさまざまな要件が課せられます。発電する場合、さまざまな理由で高圧発電機を使用することは不採算です。したがって、例えば、水力発電所では6〜35kVの発電機が使用されています。逆に、電気を輸送するには、距離に応じて110kVから1150kVに電圧を上げる必要があります。さらに、この電圧は再び6〜10 kVのレベルに低下し、地域の変電所に配電され、そこから380（220）ボルトに低下して、最終消費者に届きます。家庭用および産業用電化製品では、通常3〜36ボルトに下げる必要があります。
これらの操作はすべて、 電源トランスを使用する。それらは、乾燥または油性である可能性があります。 2番目のケースでは、巻線のあるコアは、絶縁および冷却媒体であるオイルの入ったタンクに配置されます。
ガルバニック絶縁
ガルバニック絶縁は、電化製品の安全性を高めます。導体の1つがアースに接続されている220ボルトのネットワークからデバイスに直接電力が供給されているのではなく、220/220ボルトの変圧器を介して電力が供給されている場合、供給電圧は同じままです。しかし、電流が流れるように回路のアースと二次電流が流れる部分に同時に触れると、電流が流れなくなり、感電の危険性がはるかに低くなります。
電圧測定
すべての電気設備では、電圧レベルを制御する必要があります。 1000ボルトまでの電圧クラスが使用される場合、電圧計は充電部に直接接続されます。 1000ボルトを超える電気設備では、これは機能しません。このような電圧に耐えることができるデバイスは、絶縁が破壊された場合、かさばりすぎて安全ではないことがわかります。したがって、このようなシステムでは、電圧計は、便利な変換比で変圧器を介して高電圧導体に接続されます。たとえば、10 kVネットワークの場合、計器用変成器1：100が使用され、出力は100ボルトの標準電圧です。一次巻線の電圧の振幅が変化すると、二次巻線の電圧も同時に変化します。電圧計の目盛りは通常、一次電圧範囲で目盛りが付けられています。
変圧器は、生産と保守のためのかなり複雑で高価な要素です。ただし、多くの分野でこれらのデバイスは不可欠であり、それらに代わるものはありません。
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