トランスフォーマーは一般に、量をある値から別の値に変換できるデバイスです。この記事では、電磁誘導の原理を使用して周波数を変更せずに、AC電圧をある値から別の値に変換できる静的電気コンポーネントである変圧器に焦点を当てます。
交流に関する以前の記事の1つで、交流の歴史において変圧器がいかに重要であるかについて言及しました。交流を可能にしたのは主要なイネーブラーでした。当初、DCベースのシステムが使用されていたとき、距離（長さ）が増加するにつれてラインの電力損失のために長距離を転送できませんでした。つまり、DC発電所をどこにでも配置する必要があり、ACの主な目標は送電の問題を解決するために、変圧器がなければ、ACがあっても損失がまだ存在していたので、それは不可能でした。
変圧器を設置すると、ACは非常に高い電圧で低電流で発電所から送信でき、I 2 Rの値によるライン（ワイヤ）の損失がなくなります（ラインの電力損失が発生します）。 。次に、変圧器を使用して、高電圧、低電流エネルギーを低電圧、高電流エネルギーに変換し、周波数を変更せずに、発電所から送信されたのと同じ電力でコミュニティ内で最終的に分配します（P = IV）。
変圧器をよりよく理解するには、最も単純化されたモデルである単相変圧器を使用するのが最善です。
単相変圧器
単相変圧器は、最も一般的な（使用数の点で）種類の電圧変圧器です。これは、私たちが家庭やその他の場所で使用するほとんどの「プラグイン」アプライアンスに存在します。
他の変圧器は単相変圧器の変形または修正のようなものであるため、変圧器の動作原理、構造などを説明するために使用されます。たとえば、特定の人々は、三相変圧器が3つの単相変圧器で構成されていると言います。
単相変圧器 は、2つのコイル/巻線（一次コイルと二次コイル）で構成されています。この2つの巻線は、それらの間に電気的接続が存在しないように配置されているため、一般に変圧器のコアと呼ばれる共通の磁性鉄の周りに巻かれています。したがって、2つのコイルはそれらの間に磁気接続しかありません。これにより、電力が電磁誘導を介してのみ伝送されることが保証され、変圧器は接続の分離にも役立ちます。
変圧器の動作原理：
前述のように、トランスは2つのコイルで構成されています。一次および二次コイル。一次コイルは常に変圧器への入力を表し、二次コイルは変圧器からの出力を表します。
2つの主な効果が変圧器の動作を定義します。
1つ目は、ワイヤーを流れる電流がワイヤーの周りに磁場を発生させることです。結果として生じる磁場の大きさは、常にワイヤを通過する電流の量に正比例します。ワイヤーをコイル状に巻くと、磁場の大きさが大きくなります。これが一次コイルによって磁気が誘導される原理です。一次コイルに電圧を印加することにより、トランスのコアの周りに磁場を誘導します。
最初の効果と組み合わせると、導体が磁石の一部に巻かれ、磁場が変化すると、磁場の変化が電流を誘導するという事実に基づく変圧器の動作原理を説明する2番目の効果導体。その大きさは、導体コイルの巻き数によって決まります。これが二次コイルに通電する原理です。
一次コイルに電圧を印加すると、コアの周囲に磁場が発生し、印加電流に応じて強度が異なります。したがって、生成された磁場は、磁場の大きさと二次コイルの巻き数の関数である電流を二次コイルに誘導します。
変圧器のこの動作原理は、電磁誘導の原理が機能するのと同じように、印加電圧または電流に変化がある場合にのみ変圧器が機能するため、ACを発明しなければならなかった理由も説明します。従って、変圧器は、DCのために使用することができませんでした、その後。
変圧器の建設
基本的に、トランスは次の2つの部分で構成されています。2つの誘導コイルと積層鋼コア。コイルは互いに絶縁されており、コアとの接触を防ぐためにも絶縁されています。
したがって、変圧器の構造は、コイルとコアの構造の下で検討されます。
トランスのコア
トランスのコアは常に積層鋼板を積み重ねて構成されており、それらの間に最小限のエアギャップが存在するようになっています。最近の変圧器コアは、渦電流による損失を減らすために、常に鉄コアではなく積層鋼コアで構成されています。
積層鋼板には、E、I、Lの3つの主要な形状があります。
ラミネーションを積み重ねてコアを形成する場合、それらは常にジョイントの側面が交互になるように積み重ねられます。たとえば、シートは最初の組み立て時に前面として組み立てられますが、次の画像に示すように、次の組み立てのために背面になります。これは、関節での高い磁気抵抗を防ぐために行われます。
コイル
トランスを構築するときは、トランスのタイプをステップアップまたはステップダウンとして指定することが非常に重要になります。これにより、一次コイルまたは二次コイルに存在する巻数が決まります。
変圧器の種類：
主に3種類の変圧器があります。
1.変圧器のステップダウン
2.変圧器をステップアップします
3.絶縁トランス
降圧変圧器のためながら、電圧の減少値を与える変圧器は、二次コイルの一次コイルに印加されるトランスアップステップ、変圧器は、電圧の増加値を与える二次的に、一次コイルに印加されますコイル。
絶縁変圧器は、二次側で一次側に同じ電圧を印加する変圧器であり、基本的に電気回路を絶縁するために使用されます。
上記の説明から、特定のタイプのトランスの作成は、必要な出力を与えるように一次コイルと二次コイルのそれぞれの巻数を設計することによってのみ達成できます。したがって、これは巻数比によって決定できます。リンクされたチュートリアルを読んで、さまざまなタイプの変圧器について詳しく知ることができます。
変圧器の巻数比とEMF方程式：
トランスの巻数比（n）は次の式で与えられます。
n = Np / Ns = Vp / Vs
ここで、n =巻数比
Np =一次コイルの巻数
Ns = 2次コイルの巻数
Vp =一次側に印加される電圧
Vs =二次側の電圧
上記のこれらの関係を使用して、方程式の各パラメーターを計算できます。
上記の式は、変圧器の電圧作用として知られています。
変換後もパワーは変わらないと言ったので、
上記の式は、変圧器の電流動作と呼ばれます。これは、変圧器が電圧を変換するだけでなく、電流も変換することの証拠として機能します。
EMF方程式：
一次コイルまたは二次コイルのいずれかのコイルの巻き数によって、それが誘導する、またはそれによって誘導される電流の量が決まります。一次側に印加される電流が減少すると、磁場の強さが減少し、二次巻線に誘導される電流についても同じになります。
E = N（dΦ/ dt）
二次巻線に誘導される電圧の量は、次の式で与えられます。
ここで、Nは2次巻線の巻数です。
磁束が正弦波状に変化するように、磁束Φ=Φ最大sinwt
したがって、E = N * w *Φmax* cos（wt）Emax =NwΦmax
誘導起電力の二乗平均平方根値は、起電力の最大値を√2で割ることによって得られます。
この方程式は、トランスフォーマーEMF方程式として知られています。
ここで、Nはコイル巻線の巻数です。
fはヘルツ単位の磁束周波数です
Φはウェーバーの磁束密度です
これらすべての値が決定されると、トランスを構築できます。
電力
先に説明したように、変圧器は、発電所で生成された電力の価値がほとんどまたはまったく損失なくエンドユーザーに供給されるように作成されたため、理想的な変圧器では、出力（二次巻線）の電力は常に入力電力。したがって、変圧器は定ワット数デバイスと呼ばれ、電圧と電流の値を変更する場合がありますが、常に入力で同じ電力が出力で利用できるように行われます。
したがって、
P s = P p
ここで、Psはセカンダリの電力、Ppはプライマリの電力です。
P =IvcosΦ次いでI以来S V S cosΦ S = I P V P cosΦ P
変圧器の効率
変圧器の効率は次の式で与えられます。
効率=（出力電力/入力電力）* 100％
理想的な変圧器の電力出力は電力入力と同じである必要がありますが、ほとんどの変圧器は理想的な変圧器から遠く離れており、いくつかの要因により損失が発生します。
変圧器で発生する可能性のある損失の一部を以下に示します。
1.銅損
2.ヒステリシス損失
3.渦電流損失
1.銅損
これらの損失は、時々 、巻線損失またはIと呼ばれる2 R損失。これらの損失は、導体の抵抗のために電流が巻線に流れるときに巻線に使用される導体によって消費される電力に関連しています。この損失の値は、次の式を使用して計算できます。
P = I 2 R
2.ヒステリシス損失
これは、トランスのコアに使用される材料の磁気抵抗に関連する損失です。交流電流はその方向を逆にするため、エネルギーの一部を消費する物理的変化を受ける傾向があるため、コアに使用される材料の内部構造に影響を与えます。
3.渦電流損失
これは、通常、積層された薄い鋼板を使用することによって克服される損失です。渦電流損失は、コアが導体でもあり、2次コイルに起電力を誘導するという事実から生じます。ファラデーの法則に従ってコアに誘導された電流は、磁場に対抗し、エネルギーの散逸につながります。
これらの損失の影響を変圧器の効率計算に織り込むと、次のようになります。
効率=（入力電力-損失/入力電力）* 100％すべてのパラメーターは電力の単位で表されます。