さまざまな種類の変圧器とその用途

変圧器は、電気および電子分野で広く使用されているデバイスです。マイケル・ファラデーが発見した電磁気学の基本原理に従った電磁装置です。私たちは約カバーしている変圧器の建設と運転前のチュートリアルで詳細に示します。ここでは、さまざまなタイプのアプリケーションで使用されるさまざまなタイプのトランスについて説明します。ただし、すべてのタイプの変圧器は同じ原理に従いますが、製造方法が異なります。また、少しの努力で独自の変圧器を作成することもできますが、変圧器を作成するときは、常に変圧器保護技術に従う必要があります。

電圧レベルに基づく変圧器の種類

トランスフォーマーは、複数のタイプの構造を持つことができます。変圧器には、一方の側からもう一方の側への電気的な接続はありません。それでも、2つの電気的に独立したコイルは磁束によって電気を伝導することができます。変圧器は、一次側と二次側に複数のコイルまたは巻線を持つことができます。いくつかのケースでは、2つのコイルが直列に接続されている複数の一次側（センタータップと呼ばれることが多い）。このセンタータップ状態は、2次側にも見られます。

変圧器は、一次側の電圧レベルを二次側に変換できるように構成できます。電圧レベルに応じて、変圧器には3つのカテゴリがあります。ステップダウン、ステップアップおよび絶縁トランス。絶縁トランスの場合、電圧レベルは両側で同じです。

1.降圧トランス

ステップダウントランスは、エレクトロニクスと電気の両方の分野で使用されています。降圧トランスは、一次電圧レベルを二次出力の両端のより低い電圧に変換します。これは、一次巻線と二次巻線の比率によって実現されます。降圧トランスの場合、巻線数は二次側よりも一次側の方が多くなります。したがって、一次と二次の全体的な巻線比は常に1以上のままです。

エレクトロニクスでは、多くのアプリケーションが5V、6V、9V、12V、24V、場合によっては48Vで動作します。単相電源コンセント電圧230VACを目的の低電圧レベルに変換するには、降圧変圧器が必要です。計装および多くの電気タイプの機器では、降圧変圧器が電源セクションの主要な要件です。また、電源アダプタや携帯電話の充電回路にも使用されています。

電気では、降圧変圧器が配電システムで使用され、非常に高い電圧で動作して、長距離の電力供給要件に対して低損失で費用効果の高いソリューションを保証します。高電圧を低電圧供給ラインに変換するために、降圧トランスが使用されます。

2.ステップアップトランス

ステップアップトランスは、ステップダウントランスの正反対です。ステップアップトランスは、低い一次電圧を高い二次電圧に上げます。この場合も、一次巻線と二次巻線の比率によって達成されます。ステップアップトランスの場合、一次巻線と二次巻線の比率は1未満のままです。これは、二次巻線の巻数が一次巻線よりも多いことを意味します。

エレクトロニクスでは、低電圧がはるかに高い電圧に変換されるスタビライザー、インバーターなどでよく使用される昇圧トランス。

配電には昇圧トランスも使用されています。配電関連のアプリケーションには高電圧が必要です。配電前に電圧レベルを上げるために、グリッドで昇圧変圧器が使用されます。

3.絶縁トランス

絶縁トランスは電圧レベルを変換しません。絶縁トランスの一次電圧と二次電圧は常に同じままです。これは、一次巻線と二次巻線の比率が常に1に等しいためです。つまり、一次巻線と二次巻線の巻数は絶縁トランスで同じです。

絶縁トランスは、一次側と二次側を絶縁するために使用されます。前述のように、トランスには一次側と二次側の間に電気的接続がなく、磁束のみで伝導が発生する絶縁バリアとしても使用されます。これは、安全上の目的で、および一次から二次へ、またはその逆へのノイズ伝達をキャンセルするために使用されます。

コア材料に基づくトランスタイプ

トランスは、コア材料に磁束を伝導することによってエネルギーを伝達します。コア材料が異なれば、磁束密度も異なります。コア材料に応じて、いくつかのタイプのトランスが電力および電子機器の領域で使用されます。

1.アイアンコアトランス

鉄心トランスは、複数の軟鉄板を芯材として使用しています。鉄の優れた磁気特性により、鉄心変圧器の磁束リンケージは非常に高くなっています。したがって、鉄心変圧器の効率も高い。

軟鉄コアプレートは、複数の形状とサイズで利用できます。一次および二次巻線のコイル、またはコイルフォーマーに巻き付けられたコイル。その後、コイルフォーマーを軟鉄コアプレートに取り付けます。コアのサイズと形状に応じて、さまざまなタイプのコアプレートが市場に出回っています。E、I、U、Lなどの一般的な形状はほとんどありません。鉄板は薄く、複数の板を束ねて実際のコアを形成します。たとえば、Eタイプのコアは、文字Eの外観の薄いプレートで作られています。

鉄心変圧器は広く使用されており、通常は重量と形状が重くなります。

2.フェライトコアトランス

フェライトコアトランスは透磁率が高いためフェライトコアを使用しています。このタイプのトランスは、高周波アプリケーションで非常に低い損失を提供します。このため、フェライトコアトランスは、スイッチモード電源（SMPS）、RF関連アプリケーションなどの高周波アプリケーションで使用されます。

フェライトコアトランスは、アプリケーションの要件に応じて、さまざまなタイプの形状、サイズも提供します。これは、電気用途ではなく、主に電子機器で使用されます。フェライトコアトランスの最も一般的な形状はEコアです。

3.トロイダルコアトランス

トロイダルコアトランスは、鉄心やフェライトコアなどのトロイド形状のコア材料を使用しています。トロイドはリングまたはドーナツ型のコア材料であり、優れた電気的性能のために広く使用されています。リングの形状により、漏れインダクタンスは非常に低く、インダクタンスとQ値が非常に高くなります。巻線は比較的短く、重量は従来の同じ定格の変圧器よりもはるかに軽量です。

4.空芯トランス

空芯トランスは、コア材料として物理的な磁気コアを使用していません。空芯トランスの磁束リンケージは、すべて空気を使用して行われます。

空芯変圧器では、一次コイルに交流が供給され、その周囲に電磁界が発生します。ファラデー誘導の法則に従って、二次コイルが磁場内に配置されると、二次コイルはさらに負荷に電力を供給するために使用される磁場で誘導されます。

ただし、空芯トランスは、鉄やフェライトコアなどの物理的なコア材料に比べて相互インダクタンスが低くなります。

これは、携帯用電子機器や無線周波数関連のアプリケーションで使用されます。物理的なコア材料がないため、重量の点で非常に軽量です。ワイヤレス充電ソリューションでも使用される適切に調整された空芯トランス。一次巻線は充電器の内部に構築され、二次巻線は対象のデバイスの内部に配置されます。

巻線配置に基づく変圧器タイプ

トランスは巻線次数を使用して分類できます。人気のあるタイプの1つは自動巻線トランスです。

自動巻線トランス

これまで一次巻線と二次巻線は固定されていましたが、自動巻線トランスの場合、一次コイルと二次コイルを直列に接続でき、センタータップノードは移動可能です。センタータップ位置に応じて、二次電圧を変えることができます。

自動は自動の短縮形ではありません。むしろそれは自己または単一のコイルに通知することです。このコイルは、一次と二次の2つの部分で構成される比率を形成します。センタータップノードの位置によって一次比と二次比が決まり、出力電圧が変化します。

最も一般的な用途は、安定したAC入力から可変ACを生成する機器であるVARIACです。また、高圧線を頻繁に交換する必要がある送電および配電関連のアプリケーションでも使用されます。

使用法に基づく変圧器の種類

特定のドメインで動作するいくつかのタイプのトランスも利用できます。エレクトロニクス部門と電気部門の両方で、アプリケーションのアプリケーションに基づいて、いくつかの専用変圧器が降圧または昇圧変圧器として使用されます。したがって、変圧器は使用法に基づいて以下のように分類できます。

1.パワードメイン

• パワートランス
• 測定トランス
• 配電用変圧器

2.エレクトロニクスドメイン

• パルストランス
• オーディオ出力トランス

1.パワードメインで使用される変圧器

電気では、電力ドメインは発電、測定、および配電を扱います。ただし、変圧器が安全な電力変換と変電所およびエンドユーザーへの電力供給の成功に対応するために不可欠な部分である非常に大きな分野です。

電力領域で使用される変圧器は、屋外と屋内の両方にすることができますが、ほとんどは屋外です。

（a）電源トランス

電力変圧器はサイズが大きく、エネルギーを変電所または公共の電力供給に転送するために使用されます。この変圧器は、発電機と一次配電網の間の橋渡しとして機能します。電力定格と仕様に応じて、電力変圧器はさらに3つのカテゴリに分類できます。小型電力変圧器、中電力変圧器、および大型電力変圧器です。定格は、30KVAから500-700KVAまで、または場合によっては、小型の定格電力変圧器の場合は7000KVA以上にすることができます。中定格の電源トランスは最大50〜100 MVAですが、大型定格の電源トランスは100MVA以上を処理できます。

非常に高い発電量のため、電力変圧器の建設も重要です。構造には、頑丈な絶縁周辺機器とバランスの取れた冷却システムが含まれます。最も一般的な電源トランスはオイルで満たされています。

電力変圧器の主な原理は、低電圧の高電流を高電圧の低電流に変換することです。これは、配電システムの電力損失を最小限に抑えるために必要です。

電源トランスのもう1つの重要なパラメータは、位相の可用性です。通常、電力変圧器は三相システムで動作しますが、場合によっては、単相の小型電力変圧器も使用されます。三相電力変圧器は、単相電力変圧器よりも最もコストがかかり、効率的です。

（b）測定トランス

測定変圧器は、しばしば計器用変圧器と呼ばれます。これは、電力領域で一般的に使用されるもう1つの測定器です。測定トランスは、主電源を分離し、電流と電圧をより小さな比率で二次出力に変換するために使用されます。出力を測定することにより、実際の電力線の位相、電流、電圧を測定できます。

上の画像は変流器の構造を示しています。

（c）配電用変圧器

これは、配電システムの最終フェーズで使用されます。配電用変圧器は降圧変圧器であり、高グリッド電圧を最終顧客が必要とする電圧、110Vまたは230Vに変換します。単相または3相にすることもできます。

配電用変圧器は、変換容量または定格に応じて、形状を小さくすることも大きくすることもできます。

配電用変圧器は、使用する絶縁のタイプに基づいてさらに分類できます。乾式でも液浸でもかまいません。主にC字型に構成された積層鋼板をコア材として使用しています。

配電用変圧器には、使用する場所に基づいて異なるタイプの分類もあります。変圧器は電柱に取り付けることができ、その場合、それは電柱取り付け配電変圧器と呼ばれます。地下室の内部、コンクリートパッド（パッドマウント配電変圧器）に取り付け、または密閉されたスチールボックスの内部に配置できます。

一般的に、配電用変圧器の定格は200kVA未満です。

2.エレクトロニクス分野で使用される変圧器

エレクトロニクスでは、PCBに取り付けるか、小さな製品エンクロージャー内に固定できるさまざまな小型の小型変圧器が使用されます。

（a）パルストランス

パルストランスは、一定の振幅で電気パルスを生成する、最も使用されているPCBマウントトランスの1つです。隔離された環境でパルス生成が必要なさまざまなデジタル回路で使用されます。したがって、パルストランスは一次パルスと二次パルスを分離し、一次パルスを二次回路（多くの場合デジタル論理ゲートまたはドライバ）に分配します。

適切に構築されたパルストランスには、適切なガルバニック絶縁と、小さな漏れおよび浮遊容量が必要です。

（b）オーディオ出力トランス

オーディオトランスは、エレクトロニクス分野で一般的に使用されているもう1つのトランスです。これは、インピーダンス整合が必要なオーディオ関連のアプリケーションで特に使用されます。オーディオトランスは、アンプ回路と負荷（通常はスピーカー）のバランスを取ります。オーディオトランスは、複数の一次コイルと二次コイルを分離またはセンタータップすることができます。

そのため、他の特殊用途の変圧器があることを除いて、さまざまな種類の変圧器について説明しましたが、それらはこの記事の範囲外です。