トランスは、可動部品を持たず、干渉因子なしで電圧を調整することができるように見えます。このプロセスは、2つの回路が接続されないようにしながら、両方の回路が同じ磁場内で動作することを要求することを含みます。.
このシンプルな構成は、電力供給システムが可能であることの鍵であり、電気ステーションから300km離れた場所にある家庭が230 Vを持つことができる事実に繋がっています。これは実際に電力分配システムが機能することを可能にします。
トランスは、共有された磁気コアの周りに巻かれた2つのコイルで構成されています。一次コイルでは、電流が変動する磁場を生成し、それが次に二次コイルに電流を誘導します。巻数比は、両方のコイルを通過する電圧を定義することを可能にし、例えば、100回巻かれたコイルは1,000回巻かれたコイルを通過し、230 Vから2300 Vへの電圧の増加をもたらします。.
原理：相互誘導
のコイルと1つのコアで構成されており、2つのコンポーネントは互いに電流の流れの相互作用を持ちません。コイルの一次部分に電気エネルギーが供給されると、電流が流れ、電磁場を生成します。回路で使用される電流は交流であるため、生成される場は常に変化し、二次コイルとの結びつきを生じさせ、これにより後者に電圧が現れます。.
トランスの動作原理には3つの主要なルールがあります：
- トランスの巻数の比率が電圧を決定します。Vp/Vs=Np/Ns。.
- 巻数が2倍になると、電圧も2倍になります。.
- エネルギーは保存されます。エネルギー保存の原則があります。入力電力は出力電力に特定の損失を引いたものに等しいです。.
- インピーダンスは巻数の比率の二乗によって決まります。10:1の比率を持つトランスは、一次コイルに対して100オームの負荷として現れます。.
コアは重要な部分です。層状の電気鋼で作られており、その向きは生成される場がこの材料の助けを借りて移動するように配置されており、材料を層状にすることで、材料内に閉じた回路を作ることが不可能になります。.
なぜ交流でのみ機能するのか
誘導を開始するには、時間とともに変化するフラックスが必要です。直流を使用して磁場を生成すると、その磁場は時間とともに変化せず、二次コイルに電圧を生成しません。この結果は、電気の特性によるものであり、トランスの設計自体によるものではありません。この現象は実際に2つの方法で利用できます。.
まず、トランスは交流で動作し、直流では動作しません。したがって、直流電源を交流システムから分離する能力があります。第二に、トランスがDCからDCへの変換に使用できない理由を説明します。このタイプのコンバータは、直流を交流に、またその逆に変換するためにスイッチングエレクトロニクスを使用します。.
興味深いことに、周波数自体が非常に重要な役割を果たします。たとえば、50 Hz用に設計されたトランスは、電圧が比例的に減少する場合にのみ60 Hzで飽和します。50 Hzの電圧で使用される60 Hzのトランスは、飽和モードで動作し、したがって熱とノイズを生成します。.
電力システムにおける役割
トランスの目的を理解することは、発電所からコンセントまでの電気エネルギーを追跡することで容易に達成できます。.
発電機自体は11-25 kVの電気を生成します。これは発電機の経済的に実行可能な絶縁容量です。したがって、高電圧でのエネルギー伝送が必要です。伝送が受ける損失はI²Rに比例するため、電圧を10倍に上げると、電流も同じ倍数だけ減少し、エネルギー損失は100分の1になります。したがって、この関係のために伝送は意味があります。.
目的地に到着すると、高電圧は段階的に下がります：400 kVから110 kV、33 kV、11 kV、そして最終的に配電トランス（街や建物にサービスを提供するトランス）で400/230 Vになります。各ステップはトランスであり、各トランスは経済的に段階を構築できるように使用されます。.
したがって、トランスの目的は、しばしば混同される4つの機能に分けることができます：
- 伝送と安全な使用のための電圧変換
- 自動的に続く電流変換で、高電流を低電圧で伝送できるようにします
- ガルバニック絶縁により、トランス要素のいずれかの側が反対側を励起できず、システム設計が独立して接地供給されることができます
- インピーダンスマッチングと故障制限、利用可能なデータによると、トランスのインピーダンスは保護目的のために意図的に作成されています。.
配電作業における2つの主要なファミリーの違いと、プロジェクトが指定すべきものは、この比較に示されています 電力および配電トランス.
エネルギーの行き先
トランスは実際には損失から完全に解放されることはありませんが、これらの損失が発生するポイントを知ることで、その挙動についてかなりの洞察を得ることができます。.
コア損失は2つの形態を取ります。まず、ヒステリシス（磁気ドメインが反転する）と、次に渦電流損失（鋼内を循環する電流）です。これらの損失は、トランスが励起されているか負荷がかかっているかに関係なく発生します。これはその構造に固有のものです。.
巻線の抵抗による銅損失はI²Rとして計算されます。これは、半負荷時にこの損失がフルロード損失の4分の1であることを意味します。.
これらの損失のうちの1つは一定であり、もう1つは負荷の二乗に比例して増加するため、変圧器の最適効率は損失が等しい負荷で観察されます。したがって、1つの損失が負荷とともに増加する場合、もう1つは増加しません。.
変換損失は、運転中ずっと一定です。したがって、変圧器の効率は、設計上それらが等しいときに最も良好です。このガイドでは、方法が説明されています。 トランスのテスト.
主なタイプとそれぞれの用途
購入者に伴うオファーのほとんどは、4つのファミリーの変圧器から来ています。.
油-filled配電変圧器は、ポール上またはパッドマウントにあるものです。油は絶縁体および冷却剤として機能し、これらの変圧器は25 kVAから2,500 kVAの容量範囲に対してコンパクトで安価です。.
乾式変圧器は、通常は鋳造エポキシ樹脂で作られた油の代わりに空気と固体絶縁を使用します。これらは、油の火災危険が許容できない屋内条件、さまざまな構造、トンネル、病院、データセンターで使用されます。乾式変圧器は同じ容量定格の油-filled変圧器よりも高価になることがありますが、1つのリスクタイプを排除します。.
電力変圧器は、送電変電所で使用される大きなもので、高電圧とスループット、長寿命のために設計されており、負荷タップチェンジャーと冷却システムが装備されています。.
残りの専門ユニットには、測定または保護目的のために電流と電圧を変換する計器変圧器、ガルバニック分離の目的のための絶縁変圧器、わずかな電圧変化のための自動変圧器、非線形負荷操作のためのK-ratedまたはハーモニック変圧器が含まれます。.
屋内ケースは、選択が最も頻繁に争われる場所であり、それを決定するクラス、冷却コード、制限がこの概要でカバーされています。 ドライタイプ配電トランス.
それができないこと
実際の仕様エラーにつながる3つの誤解があります。.
- それは電力を生産しません。変圧器は、電流を同じ比率で減少させることによって、230 Vから2300 Vに電圧を増加させます。出力電力を増加させる変圧器の能力に関する主張は、測定エラーまたは詐欺の兆候です。.
- それは周波数を変更しません。50 Hzの入力は50 Hzの出力をもたらします。周波数を変更するには、回転機械またはパワーエレクトロニクスコンバータが必要です。.
- それは力率補正を提供しません。変圧器が行うのは、自身の無効需要を発揮することであり、他の誰かの補正を行うことではありません。力率補正は、コンデンサまたはアクティブフィルタの仕事です。.
それはすべてから保護するわけではありません。変圧器はそのインピーダンスを通じて故障電流を制限し、接地を分離することができますが、故障を切断したり、サージを制限したり、電圧を調整したりすることは、タップチェンジャーまたは電子レギュレータがない限りできません。.
変圧器が変電所に位置する場所
それは変電所と呼ばれるかもしれません。なぜなら、すべての機器は変圧器の接続、保護、測定を確立するための唯一の目的に役立ち、単線結線図は設置についての洞察を得るための最良かつ最速の方法だからです。.
回路は切断器に到達し、その後、回路遮断器と電流変圧器を経て、変圧器に入ります。出力経路も同様で、電圧変圧器は計測用、スイッチギアはインパルスからの保護用、接地スイッチはメンテナンスを容易にするために適しています。各コンポーネントは、変圧器がそれを行うことができないために存在します。.
その配置とそれに伴う定格が、何であるかを示しています。 電気変電所のコンポーネント specification actually describes, and it is worth reading before buying a transformer on its own, because the transformer is rarely the item that delays a project.
What We Build
The company produces oil-immersed and dry type transformers starting from 25 kVA, including transformers with voltage ratings of 11, 20, and 33 kV for the markets of Asia, Africa, and the Middle East.
Specifications are boring. In fact, they include data like the type of the core, the type of wire and connection, the voltage range, and the extent of losses but not guarantees regarding them. All of that is written into the quotation instead of assumed, which is what our oil-immersed distribution range is built on.
In cases when specific loss levels are required for a project to meet certain efficiency regulations, the winding design and core grade must be selected to exceed those levels by a comfortable margin, because a transformer that achieves its goal of achieving 0.5% loss on the test floor does not guarantee a lifetime of holding within that margin for thirty years.
よくある質問
Can you explain how a transformer works in a simple way?
There are two coils of wire which have a steel core but are separate from each other. The first coil has alternating current running through it that creates a variable magnetic field while the second coil turns that variable field back into current. A greater number of turns on the second coil increases the amount of current generated while a smaller number of turns will have the opposite effect.
Does every house need a transformer?
No single transformer for each house, such. The transformer that serves a home is generally serving a street or a whole building. It’s a pole-mounted or pad-mounted transformer that converts 11 kV or 33 kV to 400/230 V. The home needs a transformer dedicated only for cases where the incoming power line provides a different voltage, when there is a substantial load that requires a separate transformer, or where safety and noise issues require isolation.
What would burn out a transformer?
Frequent loading, a short circuit occurring on the secondary side, loss of cooling, low oil level present in the appliance, moisture being present in the insulation and a lightning surge reaching the winding. In practice the sequence is generally the same: overload or cooling problem occurring first is followed by breakdown of insulation. This involves the actions taken by the protective devices preventing the breakdown from occurring.
変圧器の80%ルールとは何ですか？
It is the practice of design, not the requirement of the code: operating a transformer at 80% of its rated power allows for room to accommodate ambient temperature, harmonics, temporary overloads, and future developments occultly, landing exactly in the best efficiency range. Related code rules are altogether different: the overcurrent protection device on the primary circuit is typically set at 125% of the rated current of the primary circuit; it is about protection of the transformer instead of about its loading.
参考文献
- Ormazabal — How an Electrical Transformer Works
- ABB — Transformer Technology and Applications
- Siemens Energy — Power and Distribution Transformers
- Hitachi Energy — Transformer Fundamentals and Grid Applications
- Nynas — Transformer Oil and Insulation Performance
結論
Two coils along with a core form a magnetic circuit, and that’s where the transformer starts. All the other devices and engineering challenges help to keep this technology running.
Inform us about the voltage ratio you are looking for, the rated power together with the application and loss level so that our specialists may select the necessary transformer design with cooling and impedance needed to suit your requirements.