一般的なシナリオでは、HVAC技術者が専門家に連絡し、230ボルトの電圧定格を持つ新しい屋上ユニットについて共有しますが、常に208ボルトの電圧供給しか受けておらず、電圧降下のためにコンプレッサーが頻繁にトリップしています。解決策は非常に簡単な作業で、20分ほどで完了し、約$200のコストがかかります。電圧を230ボルトに引き上げる小さなボックスが切断装置の隣に取り付けられており、バッカーブーストトランスと呼ばれています。バッカーブーストトランスは、トランスと似たコンパクトな外観を持っているため、あまり理解されておらず、非常に混乱を招くことがありますが、同じ方法で機能するわけではありません。.
この投稿は、バッカーブーストトランスによって解決される可能性のある問題、オートトランスの動作、9.5kVAの負荷に耐える1kVAトランスの能力、単相および三相システムにおけるバッカーブーストトランスの動作原理、アイソレーショントランス、配電トランスとの違いに基づくその構造、ユーザーが直面するその他の関連問題、既存の四線システムにおけるオープンニュートラルによる電圧サージの可能性を理解するための実用的なガイドとして機能します。.
結論として、バッカーブーストトランスは、電圧の小さな変動（例えば、208 Vから230 V、または240 Vから208 Vへの5％から20％の変化）を行うために使用されるオートトランスの一種であり、モーター、HVAC機器、または外国製の電化製品などの電気機器に一般的に使用されます。ほとんどの場合、電圧の変化はトランスの巻線に伝達されます。これは、トランスのkVA定格が出力電圧と通常の二次電圧の差に基づいて計算されるためであり、208ボルトで動作し230ボルトにブーストするkVAトランスは、約9.58 kVAの負荷で運転できることを意味します。バッカーブーストトランスは非常に効率的に動作し（97％から99％）、20年から30年の寿命があると考えられていますが、アイソレーションはなく、低電圧安定化範囲も持っていません。.
バッカーブーストトランスが実際に行うこと
二つのタスクと一つの名前がこの装置を定義します。これは、異なる配線配置を持つ同じユニットです。.
- ブーストという用語は、電圧の供給を指します。二次巻線は、出力を入力として得るために一次巻線に位相で配線され、巻線にかかる電圧が得られます。例えば、208ボルトの供給が二次コイルに24ボルトあるとき、232ボルトに変わります。.
- バックは電圧を取り除くことを指します。二次コイルは逆に配線され、出力は入力電圧から巻線電圧を引いたものになります。240ボルトを機器に接続すると、巻線に32ボルトあるとき、出力電圧は208ボルトになります。.
これは全体の概念です。これは電圧トリミングの原理に基づいて動作します。この動作原理の下では、電力の生成は行われず、周波数や位相の変化もありません。この装置を持つ主な利点は、北米の電圧分配が人々が異なる考えを持つときに標準化されていないことです。北米では、208 V、240 V、480 V、または600 Vのような名目電圧値は、変圧器のタップ位置、電力線の長さ、および負荷条件に基づく電圧の範囲を指します。例えば、発電所から遠く離れた場所にある建物は、負荷が重いときに197 Vの電圧を持ち、負荷が軽いときには213 Vの電圧を持つことがあります。.
これらの評価に関連する用語 — ターン比、インピーダンス、温度上昇、タップ — 変圧器仕様の説明 何かを仕様する前に読む価値があります。なぜなら、バッカーブーストはカタログの他のすべての変圧器とは異なる仕様であるからです。.
なぜ1 kVAのバッカーブーストが9.5 kVAを運ぶことができるのか
これは購入者を最も困惑させるセクションであり、バッカーブースト変圧器が行う仕事に対して非常に小さく見える理由でもあります。.
アイソレーション変圧器では、全負荷電力がコアによって磁気的に変換されます。これは、10 kVAの負荷が10 kVAの変圧器を必要とすることを意味します。しかし、オートトランスフォーマーでは、一次および二次巻線の負荷が両方のために1つの巻線で行われます。最大電力が入力から出力に変換なしで通過するため、電圧の差のみが変換されることに注意する価値があります。ここでの実用的な公式は次のとおりです：
負荷 kVA = 変圧器 kVA × (出力電圧 ÷ 名目二次電圧)
簡単な例は、1 kVAのバッカーブーストで208 Vを供給し、24 Vのために12/24 Vの二次が接続されている場合です。.
論理は次のようになります：
230 ÷ 24 = 9.58、これは1 kVAの変圧器が9.58 kVAの負荷で機能することを意味します。27ポンドの箱が、他のケースでは10 kVAのアイソレーション変圧器を必要とする負荷の下でどのように動作するかに注意する価値があります。.
同じ原理はバッキングを行う際にも適用されます。同じ装置を使用して240 Vを208 Vに減少させると、208 ÷ 24 = 8.67となり、1 kVAの装置から8.67 kVAの負荷を提供します。.
| アプリケーション | 入力 → 出力 | 使用される巻線 | 乗数 | 1 kVAユニットからの負荷 |
|---|---|---|---|---|
| ブースト HVAC / モーター | 208 V → 230 V | 24 V | 9.58× | 58 kVA |
| 240 Vにブースト | 208 V → 240 V | 32 V | 7.50× | 50 kVA |
| 208 Vにバッキング | 240 V → 208 V | 32 V | 6.50× | 50 kVA |
| 208 Vにバッキング | 240 V → 216 V | 24 V | 9.00× | 00 kVA |
| バッキング輸入機械 | 480 V → 380 V | 100 V | 3.80× | 80 kVA |
| バッキングモーター供給 | 480 V → 460 V | 20 V | 23.0× | 00 kVA |
最後の行は、バッカーブーストトランスがほぼすべての古い工業プラントに見られる理由です。モーターの名目電圧に合わせるための480 Vから460 Vへの低下は4%の減少を意味し、巨大な倍率と非常に小さなユニットをもたらします。.
正しいサイズ設定は、トランスをサイズ設定する方法とは逆の方向に進むことを意味します。必要な負荷kVAは、接続されている実際の負荷に基づいており、これを間違えるとそのミスが倍増する可能性があります。連続運転と非連続運転、モーターの始動電流が、デバイスが冷却または加熱されるかどうかを定義します。.
単相および三相システムは異なる動作をします
三相供給を提供するために、バッカーブーストトランスは相互に接続されており、適切な接続手段はトランスの構成に大きく依存しています。.
デルタ三相三線回路は、オープンデルタ構成を提供するために接続された2つの単相デバイスで構成されています。この配置は、2つのユニットの典型的な位相利用を可能にし、バランスの取れた負荷が使用される場合に受け入れられる第3位相を導き出します。ただし、不均衡な負荷は第3位相の故障を引き起こす可能性があるため、この設計を進める前に適切な負荷評価を行うことが重要です。.
ワイ三相四線回路は、運用中に2つの単相トランスを使用しても電気的な利点を提供しません。実際、オープンデルタ配置は、208Y/120 Vパネルから供給される高い割合の120 V負荷を含む四線システムでは機能しません。208Y/120 Vシステムでは、すべての三相が24Vでブーストされ、232Y/134 Vに変換されると、負荷に供給される電圧が134 Vとなり、バッカーブーストトランスを使用する際にほとんどの企業が設定した許容範囲からの10%の偏差基準に準拠しない不適切な電圧が提供されます。.
バッカーブーストトランスを考慮したモーター負荷の評価には、機器の種類に基づく位相回転の確認と、使用される突入電流の種類に基づく始動電流の確認が必要です。自動トランスは、突入電流の比例的な通過を通じて、膨大な始動損傷を回避することを可能にします。その結果、発電機運転の場合にはトランスの過小サイズが許容されることがあります。.
三相作業は一般的に、目的に応じて設計されたユニットが通常勝利します。Subianは製造しています 三相トランス オープンデルタの2つの小さなバッカーブーストユニットが理にかなった答えでなくなる正確なケースのために — 負荷が不均衡な場合、補正が20%を超える場合、または適切に追跡される中性が必要な場合。.
バッカーブーストトランスが他のトランスと異なる理由
| 特性 | バッカーブースト / 自動トランス | アイソレーショントランス | 配電トランス |
|---|---|---|---|
| 巻線関係 | 共有（自動トランス） | 別々の一次および二次 | 別々の一次および二次 |
| 典型的な電圧変化 | 5–20% | 任意の比率 | 任意の比率、固定 |
| 特定の負荷に対するkVA | 負荷kVAの小さな割合 | 負荷kVAに等しい | 負荷kVAに等しい |
| ガルバニック絶縁 | なし | はい | はい |
| 中性処理 | 新しい中性を作成しない | 別に導出されたシステムを作成できる | 別に導出されたシステムを作成できる |
| 高調波減衰 | なし | 一部 | 一部 |
| 典型的なサイズ範囲 | 05–10 kVA単相 | 5 kVAから数百kVA | 15 kVAから10 MVA+ |
| 典型的なコスト | $80–$2,500 | $400–$15,000 | $2,000–$200,000 |
機能の違いを生むのは中性点です。バッカーブーストトランスは新しい中性点を供給せず、別に導出されたシステムを提供しません。このトランスは既存のシステムの電圧を変更するだけです。一方、配電トランスは全く新しいシステムを生成し、それには独自の接地およびボンディングポイントもあります。480 Vデルタシステムを適切な中性点を持つ208Y/120 Vシステムに変換する必要がある場合は、配電トランスが必要です — 配電トランスがどのように構築され、ネットワーク上のどこに位置するか は全く異なる設計の課題です。.
簡単に言いましょう：必要なときには絶縁が重要です。バッカーブーストトランスは、一次側の障害が負荷に到達するのを防ぐことはなく、故障電流を低下させたり、接地ループを中断するのを助けたりしません。購入がノイズ、サージ、または接地ループに関連する問題によって駆動されている場合、電圧の不一致によるものでない限り、あなたは間違った場所にいます。.
購入前に知っておくべき欠点
バッカーブーストトランスは特定の仕事をうまくこなします。これらのデバイスがその特定の仕事以外に使用されると問題が発生します。.
- 絶縁がなければ、故障の封じ込めは失われます。. 巻線が共通であるため、どちらかの側で短絡が発生すると、一次電圧が負荷にかかります。これが、オートトランスが特定の状況で使用されない理由であり、バッカーブーストトランスが人員や敏感な機器に電力を供給するためには追加の保護レベルが必要である理由です。.
- 四線システムにおけるオープン中性点に関連する問題。. これは大きな問題です。バッカーブーストトランスが三相四線システムで使用され、中性点が入力側で緩むと、電圧が再分配され、二次側は通常以上の電圧上昇を経験します。230 V用に設計された機器は、この方法で300 Vによって破壊される可能性があります。バッカーブーストトランスがワイシステムに接続されている場合、中性点は小さな詳細ではなく重要な安全問題になります。.
- 支線回路およびフィーダーに関するNECの要件。. NEC 450.4は、トランスに過電流保護が必要であり、これはオートトランスにも適用されます。第210.9条および215.11条の周辺は、電力供給支線回路およびフィーダーにおけるオートトランスの使用に関する独自の要件を提供します。実際の結果は、バッカーブースト設置には保護スキームが設計される必要があり、即興ではないということです — トランスが早期に故障しないようにするための同じ規律が ここにも適用され、電圧補正機器はほとんどのものよりもそれに敏感です。なぜなら、故障ウィンドウが小さく、結果が即座に現れるからです。.
- 20%の補正範囲外では、kVAの倍率が低下し、経済性が逆転することを忘れないでください。. これは、208ボルトを277ボルトにブーストしたい場合（33%補正）、4.6の倍率が必要になることを意味します。これは、小さな負荷が驚くほど大きな機器を必要とすることを意味し、アイソレーショントランスを利用することがより安全で安価な選択肢になる瞬間です。.
- 周波数変換の不具合。. 重要な違いがあります：50 Hzで動作し、北米から60 Hzで供給される機械は、変圧器ではなく周波数変換器を必要とします。言い換えれば、顧客は輸入機械の問題を解決するためにバッカーブースト装置を購入しますが、変圧器は半分のケースでしか効果がないことがわかります。.
- 熱と定格低下。. これらのユニットは通常、最大温度上昇115°CでクラスH条件（180°C）に耐えるように設計されています。ユニットを天井プレンムに換気なしで置くと、その寿命が短くなります。.
- デバイスの可用性。. ユニットは、単相アプリケーション用に約0.05 kVAから10 kVAまでの起動点で利用可能です。標準サイズからの逸脱がある場合、待機時間は通常の限界を超えます。.
バックとブースト変圧器が実際に設置される場所
アプリケーションのリストは簡潔で非常に正確です。解決したい問題が見つからない場合は、他の情報源を探すべきです。.
| アプリケーション | なぜバッカーブーストが適しているのか | 典型的なサイズ |
|---|---|---|
| 208 Vシステムの屋上HVAC | ユニット名札230 V、供給は208 V | 1–3 kVA |
| モーター名札の一致 | 480 V供給、460 V名札 | 5–5 kVA |
| 600 Vまたは480 V供給の欧州機械 | 380–400 Vの輸入機器 | 3–10 kVA |
| 照明と制御の電圧調整 | 慢性的な低電圧の長いフィーダー | 5–2 kVA |
| 480 Vを必要とする小型3相負荷 | 240 Vを480 Vにブースト | のユニット、オープンデルタ |
| ソーラーインバータ出力の一致 | 接続点までのインバータ出力の調整 | プロジェクト固有 |
リストの省略について注意すべき点があります：新しいニュートラルの使用、現在のシステムの絶縁、1パーセント以上の補正を必要とする逸脱、最後に、不均衡な三相負荷のケースです。.
バックブースト変圧器のコスト
以下に示す料金は、米国およびEUにおける単相ユニットの通常の取引価格であり、オープンまたはクローズドで、銅と鋼に関する動向の影響を受け、購入のタイミングによって変動することが予想されます。.
| 定格 | 典型的な価格 | 一般的な使用 |
|---|---|---|
| 05–0.25 kVA | $60–$120 | 制御、小型照明回路 |
| 5 kVA | $90–$180 | 単一モーター調整 |
| 1 kVA | $150–$280 | 208→230 Vブーストで約9.5 kVAの負荷 |
| 2 kVA | $250–$450 | 小型HVAC、ポンプ |
| 3 kVA | $350～$600 | 屋上ユニット、小型機械 |
| 5 kVA | $500–$900 | 大型HVAC、輸入機器 |
| 5–10 kVA | $900–$2,500 | 重い単相負荷 |
のデバイスを比較すると、それぞれの費用に関する違いが明らかになります：9.58 kVAの絶縁変圧器または配電変圧器は数千ドルの価格で、100ポンド以上の重さがありますが、同じ仕事をする1 kVAのバッカーブースト変圧器は$300未満のコストで、1人で移動できます。変圧器クラス全体にわたる広がりのため、, how much an electrical transformer costs breaks it out by type and rating, and the pattern is consistent: the more isolation and the larger the correction, the steeper the curve.
よくある質問
What are the downsides of a buck-boost converter?
There are four real drawbacks. First of all, there is no isolation between primary and secondary, which exposes the load to the primary voltage in case of short circuit. Second, the range of correction is limited — it is around 5%-20% and efficiency drops outside of it. Thirdly, and the most critical, in a three-phase four-wire system an open primary neutral leads to voltage rise on the secondary, which can damage equipment connected to it. Therefore, the neutral connection needs to be considered as important! Finally, buck-boost cannot change the frequency and create a new neutral or separately derived system. In other words, it cannot convert 50 Hz to 60 Hz or generate 120 V from 480 V delta feed. If you meant a DC-DC buck-boost converter, like the ones used in power electronics, the situation is quite different since now we deal with switching losses and EMI instead of transformer issues.
When to use a buck-boost transformer?
One should apply this in an occurrence of all three of the following situations: the voltage mismatch is not significant (less than 20%), the load itself does not demand isolation form the supply, and the required correction does not involve creating a new system. A textbook example would be a load rated at 230 V working on a supply of 208 V, or motors rated at 460 V operating on a 480 V system. Another application could be fixing a chronic case of low voltage due to a long feeder, but don’t do this where a new neutral needs to be made, where isolation is needed, when frequency conversion is necessary, or when the load is a sensitive electronic system which has its own conditioning issues.
What is the difference between buck and boost transformers?
The difference in wiring is not due to the product difference. The transformer is called as “boost” when the secondary is connected in synchrony with the primary making a sum of voltages, and “buck” when the secondary is attached in a way of cancelling out the voltage. The transformer having primary of 120 × 240 V and secondary of 12/24 V will be 208 V to 232 V booster in case of one installation order but will become 240 V to 216 V bucker in the opposite case. Manufacturers give the same designation in one catalogue for both options so the responsibility for the type of usage lies on the installer as he defines it. It is even possible to reuse the same machine in the future because it will not change at all.
What is a buck-boost transformer for 120 to 240 volts?
There is no such thing as a buck-boost transformer that converts 120 volts to 240 volts. If someone tells you different, that person is trying to sell you something. A buck-boost transformer only gives you a 5% to 20% change in regulation, while converting 120 volts to 240 volts is a 100% delta requiring a 2:1 isolation transformer, an autotransformer with a 1:1 approximation on top, or a dedicated step-up transformer. When people search for this, they either want a transformer that works with a primary voltage rating of 120 V and a secondary voltage rating of 12 V or 24 V that is used for making small corrections, or they need to use a 240 V device with only 120 volts of supply voltage and need to do a step-up transformation. To solve the last issue, ensure you select a transformer with an actual 1:2 ratio and verify the grounding and neutral connections of the load being supplied.
参考文献
- NFPA 70 — National Electrical Code, Article 450 (Transformers and Transformer Vaults), 210.9 and 215.11
- UL Solutions — UL 506 Standard for Specialty Transformers
- NEMA — Transformers, Regulators and Reactors Standards
- IEEE — C57 Series Standards for Transformers and Regulators
- U.S. Department of Energy — Motor Voltage Tolerance and Efficiency Guidance
- Acme Electric — Buck-Boost Transformer Application and Selection Data
- Eaton — Transformer and Voltage Correction Technical Documentation
結論
A buck-boost transformer designates equipment dealing with voltage corrections rather than being a transformer in the full understanding of the term. It solves voltage problems by correcting it by 5%-20% with the help of equipment costing much cheaper and smaller than an isolation transformer. The kw rating of this transformer corresponds to 9.58kVA for a transformer rated 1kVA, despite the situation being that the buck-boost transformer is manufacturing in compliance with the same standards used for proving that the constant voltage increase by 33% does not make sense.
When speaking about the advantages of using a buck-boost transformer, it should be added that there are three major groups of issues that have to be taken into account. First of all, one has to ensure that a right size of the end user’s device is chosen and the relevant factor is verified, as even minor miscalculations related to loading can lead to several serious problems. Secondly, while operating on 3-phase supply connection, the neutral point of the initial circuit should be treated appropriately, so that the connection would be safe for equipment.Last but not least, when making a choice, honesty has to become the major factor.