変圧器の動作原理は何ですか? 変流器 - 動作原理と応用

変成器 は、2 つ以上の誘導結合巻線を備え、電磁誘導によって 1 つ以上の交流システムを 1 つ以上の他の交流システムに変換するように設計された静電磁装置です。

変圧器は以下の用途に広く使用されています。

    電気エネルギーの伝送および分配用。 通常、発電所では、交流発電機が 6 ～ 24 kV の電圧で電気エネルギーを生成します。

    ラジオおよびテレビ機器のさまざまな回路に電力を供給します。 通信デバイス、テレメカニクスのオートメーション、家電製品。 これらのデバイスのさまざまな要素の電気回路を分離する。 電圧マッチング用

    測定限界を拡大し、電気的安全性を確保するために、電気測定器やリレーなどの一部の装置を高電圧電気回路または大電流が流れる回路に組み込むこと。 この目的に使用される変圧器は次のように呼ばれます。 測定中。 電力は比較的低く、電気測定器やリレーなどによって消費される電力によって決まります。

変圧器の動作原理

単相 2 巻線変圧器の電磁回路は、強磁性体で作られた閉磁気回路上に配置された 2 つの巻線 (図 2.1) で構成されます。 強磁性磁性コアを使用することで、巻線間の電磁結合を強化、つまり機械の磁束が通過する回路の磁気抵抗を低減することができます。 一次巻線 1 は交流電源、つまり電圧 u 1 の電気ネットワークに接続されています。 . 負荷抵抗 Z H は二次巻線 2 に接続されます。

より高い電圧の巻線は次のように呼ばれます。 高電圧巻線 (HV)、および低電圧 - 低電圧巻線 (NN)。 HV 巻線の始まりと終わりは文字で指定されます あ そして バツ; LV 巻線 - 文字 あ そして バツ。

ネットワークに接続すると、一次巻線に交流が発生します。 私 1 , これにより交流磁束 F が発生し、磁気回路に沿って閉じます。 流れ F は両方の巻線に交流起電力を誘発します - e 1 そして e 2 , マクスウェルの法則に従って、巻数 w 1 に比例し、 w 2 対応する巻線と磁束変化率 d F/ dt.

したがって、各巻線に誘導される起電力の瞬時値は次のようになります。

e 1 = - w 1 d F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

したがって、巻線の瞬間起電力と実効起電力の比率は次の式で決まります。

したがって、所定の電圧 U において、それに応じて巻線ターン数を選択します。 1 希望の電圧Uを得ることができます 2 . 二次電圧を高める必要がある場合は、巻数 w 2 を巻数 w 1 より大きくします。 このような変圧器はと呼ばれます 増加する 電圧を下げる必要がある場合 U 2 , その場合、巻き数 w 2 は w 1 より少なくなります。 このような変圧器はと呼ばれます 下向き、

EMF比 E EMFに対する高電圧のHV巻線 E低電圧 LV 巻線 (またはその巻数の比) は次のように呼ばれます。 変換率

k= Eベトナム/ E NN = wベトナム/ w NN

係数 k 常に 1 より大きくなります。

エネルギー伝送および配電システムでは、場合によっては 3 巻線変圧器が使用され、無線エレクトロニクスおよび自動化装置では、多巻線変圧器が使用されます。 このような変圧器では、互いに絶縁された 3 つ以上の巻線が磁気コア上に配置されており、これにより、巻線の 1 つに電力を供給するときに 2 つ以上の異なる電圧を受け取ることができます。 (U 2 、U 3 、U 4 など) 2 つ以上の消費者グループへの電力供給用。 3 巻線の電源トランスでは、高、低、中電圧 (MV) 巻線が区別されます。

変圧器では電圧と電流のみが変換されます。 電力はほぼ一定のままです (変圧器の内部エネルギー損失により多少減少します)。 したがって、

私 1 /私 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

変圧器の二次電圧が上昇すると、 k プライマリ、現在のものと比較した時間 私それに応じて二次巻線の 2 が減少します k 一度。

変圧器は交流回路でのみ動作します。 変圧器の一次巻線が直流電源に接続されている場合、その磁性ワイヤ内に時間の経過とともに大きさと方向が一定の磁束が形成されます。 したがって、定常状態の一次巻線と二次巻線ではEMFは誘導されず、したがって電気エネルギーは一次回路から二次回路に伝達されません。 このモードはEMFが不足しているため、変圧器にとって危険です。 E 1 一次巻線電流 私 1 =U 1 R 1はかなり大きいです。

オートメーションおよび無線電子機器で使用される変圧器の重要な特性は、負荷抵抗を変換する能力です。 AC電源に抵抗を接続すると R変圧比のある変圧器を介して に、 次にソース回路について

Ｒ」 = P 1 /私 1 2 ≈ P 2 /私 1 2 ≈ 私 2 2 R/I 1 2 ≈ k 2 R

どこ R 1 - 交流電源から変圧器によって消費される電力、W; R 2 = I 2 2 R≈ P 1 - 抵抗によって消費される電力 R変圧器から。

したがって、 変圧器は抵抗値 R を k に変化させます 2 一度。 この特性は、負荷抵抗を電気エネルギー源の内部抵抗と一致させるためのさまざまな電気回路の開発に広く使用されています。

変成器 2 つ (またはそれ以上) の巻線を備えた静的電磁装置で、ほとんどの場合、ある電圧の交流を別の電圧の交流に変換するように設計されています。 変圧器におけるエネルギー変換は交流磁場によって行われます。 変圧器は、電気エネルギーを長距離に伝送し、受信機間で分配するだけでなく、さまざまな整流、増幅、信号伝達、その他のデバイスにも広く使用されています。

発電所から消費者に電気エネルギーを伝送する場合、送電線の電流強度により、この送電線でエネルギー損失が発生し、その装置の非鉄金属が消費されます。 同じ送信電力で電圧が増加すると、電流の強さも同じ程度減少するため、より小さな断面積のワイヤを使用することが可能になります。 これにより、送電線建設時の非鉄金属の消費量が削減され、送電線でのエネルギー損失が削減されます。

電気エネルギーは、発電所で同期発電機によって 11 ～ 20 kV の電圧で生成されます。 場合によっては、30 ～ 35 kV の電圧が使用されます。 このような電圧は工業用や家庭で直接使用するには高すぎますが、長距離にわたる経済的な送電には不十分です。 電力線の電圧のさらなる昇圧（最大 750 kV 以上）は、昇圧変圧器によって実行されます。

電気エネルギーの受信機 (白熱灯、電気モーターなど) は、安全上の理由から、より低い電圧 (110 ～ 380 V) に依存しています。 さらに、高電圧用の電気機器、機器、機械の製造には、設計上の重大な困難が伴います。これは、これらの機器の高電圧での通電部分には強化絶縁が必要であるためです。 したがって、エネルギーが伝送される高電圧は、受信機への電力供給に直接使用することはできず、降圧変圧器を介して受信機に供給されます。

AC 電気エネルギーは、生成される発電所から消費者までの途中で 3 ～ 4 回変換する必要があります。 配電ネットワークでは、降圧変圧器は非同時に負荷がかかり、フル容量では負荷がかかりません。 したがって、電力の送配電に使用される変圧器の合計電力は、発電所に設置される発電機の電力の7〜8倍になります。

変圧器におけるエネルギー変換は、磁気コアを使用した交流磁場によって行われます。

一次巻線と二次巻線の電圧は通常同じではありません。 一次電圧が二次電圧より低い場合、変圧器は昇圧と呼ばれ、二次電圧より高い場合は降圧と呼ばれます。 どの変圧器も昇圧変圧器としても降圧変圧器としても使用できます。 昇圧変圧器は長距離に電力を伝送するために使用され、降圧変圧器は消費者間で電力を分配するために使用されます。

用途に応じて、電源用変圧器、電圧測定用変圧器、変流器があります。

電源トランスある電圧の交流を別の電圧の交流に変換して消費者に電力を供給します。 目的に応じて、増加したり減少したりすることがあります。 配電網では、通常、三相二巻線降圧変圧器が使用され、6 kV と 10 kV の電圧を 0.4 kV の電圧に変換します。 (変圧器の主な種類は、TMG、TMZ、TMF、TMB、TME、TMGSO、TM、TMZH、TDTN、TRDN、TSZ、TSZN、TSZGLなどです。)

変圧器- これらは、測定機器が高電圧でオンになる中間変圧器です。 このおかげで、測定器はネットワークから隔離され、標準的な測定器（スケールを再調整したもの）を使用することが可能になり、それによって測定電圧の限界が広がります。

変圧器は、電圧、電力、エネルギーの測定と、オートメーション回路への電力供給、アラーム、および地絡からの電力線のリレー保護の両方に使用されます。

場合によっては、変圧器は、低電力降圧電源変圧器または昇圧試験変圧器（電気機器の絶縁試験用）として使用できます。

ロシア市場では次のタイプの変圧器が販売されています。

3NOL.06、ZNOLP、ZNOLPM、ZNOL.01PMI、3xZNOL.06、3xZNOLP、3xZNOLPM、NOL.08、NOL.11-6.O5、NOL.12 OM3、ZNOL.06-35 (ZNOLE-35)、ZNOL 35 、NOL 35、NOL-35 III、NAMIT-10、ZNIOL、ZNIOL-10-1、ZNIOL-10-P、ZNIOL-20、ZNIOL-20-P、ZNIOL-35、ZNIOL-35-P、ZNIOL-35 -1、NIOL -20、NIOL-35、NOL-SESH -10、NOL-SESH -10-1、NOL-SESH-6、NOL-SESH-6-1、NOL-SESH-20、NOL-SESH-35 、3xZNOL-SESH-6、3xZNOL-SESH -10、NALI-SESH-10、NALI-SESH-6、NTMI 6、NTMI 10、NAMI 6、NAMI 10、NAMI 35、NAMI 110、ZNAMIT-6、ZNAMIT-10 、ZNOMP 35、NOM 6、NOM 10、NOM 35、NKF 110、NKF 150、NKF 220など。

電圧測定変圧器の場合、一次巻線は 3000/√3、6000/√3、10000/√3、13800/√3、18000/√3、24000/√3、27000/√3、35000/√3、66000 /√3、110000/√3、150000/√3、220000/√3、330000/√3、400000/√3、500000/√3、および二次 100/√3 または 110/√3。

変流器は、二次電流が一次電流に実質的に比例する補助装置であり、交流電気回路に測定器やリレーを含めるように設計されています。

精度クラス: 0.5 で提供されます。 0.5S; 0.2; 0.2S。

変流器は、任意の値および電圧の電流を標準機器 (5 A) での測定に便利な電流に変換し、リレーの電流巻線に電力を供給したり、デバイスを切断したり、デバイスとその操作員を高電圧から絶縁したりするために使用されます。

重要！ 変流器は次の変圧比で使用できます: 5/5、10/5、15/5、20/5、30/5、40/5、50/5、75/5、100/5、150/5、 200/5、300/5、400/5、500/5、600/5、800/5、1000/5、1500/5、2000/5、2500/5、3000/5、5000/5、8000/ 5、10000/5。
ロシア市場の変流器は次のモデルで表されます。

TOP-0.66、TShP-0.66、TOP-0.66-I、TShP-0.66-I、TShL-0.66、TNShL-0.66、TNSh-0.66、TOL-10、TLO-10、TOL-10-I、TOL-10- M、TOL-10-8、TOL-10-IM、TOL-10 III、TSHL-10、TLSH-10、TPL-10-M、TPOL-10、TPOL-10M、TPOL-10 III、TL-10、 TL-10-M、TPLC-10、TOLK-6、TOLK-6-1、TOLK-10、TOLK-10-2、TOLK-10-1、TOL-20、TSL-20-I、TPL-20、 TPL-35、TOL-35、TOL-35-III-IV、TOL-35 II-7.2、TLC-35、TV、TLC-10、TPL-10S、TLM-10、TSHLP-10、TPK-10、TVLM -10、TVK-10、TVLM-6、TLK-20、TLK-35-1、TLK-35-2、TLK-35-3、TOL-SESH10、TOL-SESH-20、TOL-SESH-35、 TSHL-SESH 0.66、リッツトランス、TPL-SESH 10、TZLK(R)-SESH 0.66、TV-SESH-10、TV-SESH-20、TV-SESH-35、TSHL-SESH-10、TSHL-SESH-20 、TZLV-SESH-10など。

変圧器の分類

変圧器の違いは次のとおりです。

A）単相と三相の相数による。
b) 巻線の数に応じて - 2 巻線、3 巻線、4 巻線。
例 0.5/0.5S/10P;
c) 精度クラスに従って、つまり許容誤差値に従って。
d）冷却方法による - 油冷却（オイル）、自然空冷（乾式および鋳造絶縁）を備えた変圧器。
e) 設置のタイプ別 - 屋内設置、屋外設置、開閉装置全体。

最大 6 ～ 10 kV の電圧の場合、変圧器は乾式、つまり自然空冷で製造されます。 6 ～ 10 kV を超える電圧の場合は、油入変圧器が使用されます。

屋内変圧器は、周囲温度 -40 ～ + 45°C、相対湿度最大 80% で動作するように設計されています。

で 単相変圧器電圧が 6 ～ 10 kV の場合、主に鋳造絶縁が使用されます。 鋳造絶縁を備えた変圧器は、完全または部分的 (1 つの巻線) が絶縁体 (エポキシ樹脂) で充填されています。 このような変圧器は屋内設置を目的としており、石油変圧器とは有利に異なります。重量と全体の寸法が小さく、動作中のメンテナンスがほとんど必要ありません。

三相二巻線変圧器電圧には従来の 3 ロッド磁気回路と 3 巻線 - 単相装甲磁気回路があります。
三相三巻線変圧器 3 つの単相単極ユニットのグループであり、その巻線が適切な回路に従って接続されています。 古いシリーズ (1968 ～ 1969 年以前) の三相 3 巻線変圧器には、装甲磁気コアが付いていました。 三相変圧器は、3 つの単相変圧器のグループよりも重量とサイズが小さくなります。 バックアップ用に三相変圧器を動作させる場合、別の変圧器をフルパワーで使用する必要があります。
油入変圧器では、主な絶縁および冷却媒体は変圧器油です。

油変圧器磁気回路、巻線、タンク、入力付きカバーで構成されます。 磁気コアは冷間圧延電磁鋼板から組み立てられ、（渦電流による損失を低減するために）互いに絶縁されています。 巻線は銅線またはアルミニウム線でできています。 電圧を調整するために、HV 巻線にはスイッチに接続された分岐があります。 変圧器は 2 種類のタップ スイッチングを提供します。負荷時 - オンロード タップ チェンジャ (オンロード レギュレーション)、および変圧器をネットワークから切断した後の負荷なし - オフロード スイッチング (非励起スイッチング) です。 電圧調整の 2 番目の方法は、最も単純であるため、最も一般的です。

前述の油冷変圧器 (Transformer TM) に加えて、変圧器は密閉設計 (TMG) で製造されており、油が空気と連通しないため、酸化の促進や湿気が排除されます。 密閉設計の油変圧器は変圧器油で完全に満たされており、膨張器はありません。加熱および冷却時の体積の温度変化は、タンク壁の波形の体積の変化によって補償されます。 これらの変圧器には真空下でオイルが充填されており、これにより絶縁の電気強度が向上します。

乾式変圧器は、オイルと同様に、保護ケースに囲まれた磁気コア、HV および LV 巻線で構成されています。 主な断熱および冷却媒体は大気です。 ただし、空気は変圧器油ほど絶縁および冷却媒体としては不十分です。 したがって、乾式変圧器では、すべての絶縁ギャップと換気ダクトが油変圧器に比べて大きくなります。

乾式変圧器は、耐熱クラス B (TSZ) のガラス絶縁を使用した巻線と、クラス N (TSZK) のシリコン ワニス上の絶縁を使用して製造されます。 吸湿性を軽減するために、巻線には特殊なワニスが含浸されています。 巻線の断熱材としてグラスファイバーまたはアスベストを使用すると、巻線の動作温度が大幅に上昇し、実質的な耐火設備が得られます。 乾式変圧器のこの特性により、設備の火災安全性の確保が決定的な要素となる場合に、乾式変圧器を乾燥室内に設置するために使用することが可能になります。 場合によっては、乾式変圧器が、より高価で製造が難しい乾式変圧器に置き換えられることがあります。

乾式変圧器は、全体の寸法と重量がわずかに大きく (TSZ 変圧器)、油変圧器よりも過負荷容量が低く、相対湿度が 80% 以下の閉鎖空間での動作に使用されます。 乾式変圧器の利点には、火災安全性 (オイルを使用しない)、設計の比較的単純さ、および比較的低い運用コストが含まれます。

変流器の分類

変流器はさまざまな基準に従って分類されます。

1. 変流器は、その目的に応じて、測定用（TOL-SESH-10、TLM-10）、保護用、中間用（リレー保護の電流回路に測定器を含めるため、差動保護回路の電流を均一化するため、など）および実験室（高精度、および多くの変換率）。

2. 設置のタイプに応じて、変流器は次のように区別されます。
a) 屋外設置用、開放開閉装置に設置 (TLK-35-2.1 UHL1)。
b) 屋内設置用。
c) 電気機器および機械に組み込まれているもの: スイッチ、変圧器、発電機など。
d) オーバーヘッド - ブッシングの上に配置されます (たとえば、電源変圧器の高電圧入力上)。
e) ポータブル（制御測定および臨床検査用）。

3. 一次巻線の設計に従って、変流器は次のように分割されます。
a) マルチターン（コイル、ループ巻き、および 8 の字巻き）。
b）シングルターン（ロッド）。
c) タイヤ (TSh-0.66)。

4. 設置方法に応じて、変流器は屋内設置用と屋外設置用に分けられます。
a) チェックポイント (TPK-10、TPL-SESH-10)。
b) サポート (TLK-10、TLM-10)。

5. 絶縁に基づいて、変流器は次のグループに分類できます。
a) 乾式断熱材（磁器、ベークライト、注型エポキシ断熱材など）付き。
b) 紙油絶縁およびコンデンサ紙油絶縁付き。
c) 化合物を充填します。

6. 変流段数に応じて、変流器があります。
a) 単段式。
b) 2 段階 (カスケード)。

7. 変圧器は動作電圧に従って分類されます。
a) 1000 V を超える定格電圧の場合。
b) 最大 1000 V の定格電圧用。

さまざまな分類特性の組み合わせが、アルファベット部分とデジタル部分で構成される変流器のタイプ指定に入力されます。

変流器は、定格電流、電圧、精度クラスおよび設計によって特徴付けられます。 6 ～ 10 kV の電圧では、精度クラス 0.2 の 1 つまたは 2 つの二次巻線を備えたサポートおよびフィードスルー巻線として作られます。 0.5; 精度クラスは、変流器によって測定結果に導入される最大誤差を示します。 最小誤差を持つ精度クラス0.2の変圧器は実験室測定に使用され、0.5 - メーターへの電力供給に、1および3 - リレーおよび技術測定器の電流巻線への電力供給に使用されます。 安全に動作させるために、二次巻線は接地する必要があり、開回路にしないでください。
6〜10 kVの電圧の開閉装置を設置する場合、鋳造および磁器絶縁を備えた変流器が使用され、最大1000 Vの電圧の場合は鋳造、綿および磁器絶縁を使用します。

例としては、定格電圧 10 kV の鋳造絶縁を備えた TOL-SESH-10 リファレンス 2 巻線変流器、設計バージョン 11、二次巻線が挙げられます。

精度クラス0.5、負荷10VAの測定回路接続用。
- 保護回路の接続用、精度クラス 10P、負荷 15 VA。

JSC VolgaEnergoKomplekt に生産を発注する場合、定格一次電流 150 アンペア、定格二次電流 5 アンペア、気候変動「U」、GOST 15150-69 に基づく配置カテゴリ 2 の場合:

TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - 定格一次電流 - 150A、二次 - 5A。

変圧器の動作は相互誘導現象に基づいています。 変圧器の一次巻線が交流電源に接続されている場合、交流電流が流れ、変圧器のコア内に交流磁束が発生します。 この磁束が二次巻線の巻線を貫通すると、二次巻線に起電力 (EMF) が誘導されます。 二次巻線がエネルギー受信器に短絡すると、誘導EMFの影響で、電流がこの巻線とエネルギー受信器を通って流れ始めます。

同時に、一次巻線にも負荷電流が発生します。 したがって、変換される電気エネルギーは、二次ネットワークに接続されたエネルギー受信器が設計された電圧で一次ネットワークから二次ネットワークに転送されます。

一次巻線と二次巻線の間の磁気接続を改善するために、それらは鋼鉄の磁気コア上に配置されます。 巻線は相互からも磁気回路からも絶縁されています。 より高い電圧の巻線は高電圧 (HV) 巻線と呼ばれ、より低い電圧の巻線は低電圧 (LV) 巻線と呼ばれます。 電気エネルギー源のネットワークに接続された巻線は一次と呼ばれます。 エネルギーが受信機に供給される巻線は二次的なものです。

通常、一次巻線と二次巻線の電圧は同じではありません。 一次電圧が二次電圧より低い場合、変圧器は昇圧と呼ばれ、二次電圧より高い場合は降圧と呼ばれます。 どの変圧器も昇圧変圧器としても降圧変圧器としても使用できます。 昇圧変圧器は長距離に電力を伝送するために使用され、降圧変圧器は消費者間で電力を分配するために使用されます。

3 巻線トランスでは、互いに絶縁された 3 つの巻線が磁気コア上に配置されます。 このような変圧器は、巻線の 1 つから電力を供給され、2 つの異なる電圧を受け取り、2 つの異なるグループの受信機に電気エネルギーを供給することができます。 高電圧巻線と低電圧巻線に加えて、3 巻線変圧器には中電圧 (MV) 巻線があります。

変圧器の巻線は主に円筒形で、低電流では円形の絶縁銅線で、高電流では長方形の銅棒で作られます。

低電圧巻線は、高電圧巻線よりも磁気コアから絶縁することが容易であるため、磁気コアの近くに配置されます。

低電圧巻線は、何らかの絶縁材料の層によってロッドから絶縁されています。 同じ絶縁ガスケットが高電圧巻線と低電圧巻線の間に配置されます。

円筒形の巻線の場合、巻線で覆われた領域に非磁性ギャップが残らないように、磁気コアの断面を丸い形状にすることをお勧めします。 非磁性ギャップが小さくなると、巻線の長さが小さくなり、したがって鋼棒の所定の断面積に対する銅の質量が小さくなります。

しかし、丸棒を作るのは難しい。 磁性コアは薄い鋼板から組み立てられており、丸棒を得るには幅の異なる鋼板が多数必要となり、多くの金型を製作する必要があります。 したがって、高出力変圧器では、ロッドの断面の段数が 15 ～ 17 個以下の階段状になります。 ロッドの断面のステップ数は、円の 4 分の 1 の角度の数によって決まります。 磁気回路のヨーク、つまりロッドを接続する部分も階段状の断面を持っています。

冷却を改善するために、通気ダクトが磁気コアと強力な変圧器の巻線に、鋼板の面に平行および垂直な面に設置されます。
低電力変圧器では、ワイヤの断面積が小さく、巻線が簡素化されます。 このような変圧器の磁気コアは長方形の断面を持っています。

変圧器の定格

加熱条件に従って変圧器が設計される有効電力、つまり全（定格）負荷時の二次巻線の電力は、変圧器の定格電力と呼ばれます。 この電力は皮相電力の単位、ボルトアンペア (VA) またはキロボルトアンペア (kVA) で表されます。 変圧器の有効電力は、ワットまたはキロワットで表されます。つまり、電気から機械、熱、化学、光などに変換できる電力です。巻線および変圧器のすべての部分のワイヤの断面積は、次のようになります。あらゆる電気機器や電気機械と同様に、電流や有効電力の有効成分ではなく、導体を流れる総電流、つまり総電力によって決まります。 設計条件下での変圧器の動作を特徴付ける他のすべての値も公称値と呼ばれます。

各変圧器には、大気の影響を受けない素材で作られたシールドが装備されています。 プレートは変圧器タンクの目に見える場所に取り付けられており、標識の耐久性を確保するためにエッチング、彫刻、エンボス加工などの方法で定格データが記載されています。 変圧器パネルには次のデータが表示されます。

1. メーカーのブランド。
2. 製造年。
3. シリアル番号。
4. タイプ指定。
5. 製造された変圧器が対応する規格の番号。
6. 定格電力 (kVA)。 (3 巻線の場合は、各巻線の電力を示します。)
7. 巻線の定格電圧と分岐電圧 (V または kV)。
8. 各巻線の定格電流 (A)。
9. フェーズの数。
10. 現在の周波数 (Hz)。
11. 変圧器巻線の図と接続グループ。
12. 短絡電圧 (%)。
13. 設置のタイプ (内部または外部)。
14. 冷却方法。
15. 変圧器の総質量 (kg または t)。
16. 油の質量 (kg または t)。
17. アクティブ部分の質量 (kg または t)。
18. ドライブに示されているスイッチ位置。

人工空冷を備えた変圧器の場合、冷却がオフになったときにその電力がさらに表示されます。 トランスのシリアル番号は、シールド下のタンク、A 相の HV 入力付近のカバー、磁気回路のヨーク ビーム上部フランジの左端にも刻印されています。 変圧器のシンボルは、アルファベット部分とデジタル部分で構成されます。 文字の意味は次のとおりです。

T - 三相、
O - 単相、
M - 自然オイル冷却、
D - ブラストによるオイル冷却 (人工空気と自然オイル循環)、
C - ウォータークーラーを介した強制オイル循環によるオイル冷却、
DC - ブラストおよび強制オイル循環によるオイル、
G - 耐雷変圧器、
記号の末尾の H - 負荷時の電圧調整機能を備えた変圧器、
2位のH - 不燃性の液体誘電体が充填されており、
3位のTは3巻線トランスです。

変圧器の文字指定の後の最初の数字は定格電力 (kVA) を示し、2 番目の数字は HV 巻線の定格電圧 (kV) を示します。 したがって、タイプ TM 6300/35 は、電力 6300 kVA、HV 巻線電圧 35 kV の自然油冷却を備えた三相 2 巻線変圧器を意味します。 変圧器のタイプ指定の文字 A は単巻変圧器を意味します。 3 巻線単巻変圧器の指定では、文字 A が最初または最後に配置されます。 単巻変圧器回路が主なもの (HV および MV 巻線が単巻変圧器を形成し、LV 巻線が追加である) の場合、文字 A が最初に配置され、単巻変圧器回路が追加の場合、文字 A が最後に配置されます。

変圧器は電気工学に欠かせない装置です。

それがなければ、現在の形のエネルギーシステムは存在できません。

これらの元素は多くの電化製品にも含まれています。

変圧器について詳しく知りたい方は、この記事を参照してください。そのトピックは変圧器です。動作原理とデバイスの種類、およびその目的です。

これは、交流電圧の大きさを変える装置に与えられた名前です。 周波数を変える品種もあります。

このようなデバイスは多くのデバイスに搭載されており、単独で使用されることもあります。

たとえば、電気高速道路に沿って電流を流すために電圧を高める設備などです。

発電所で生成される電圧を 35 ～ 750 kV に引き上げることで、次の 2 つのメリットが得られます。

  • ワイヤの損失が減少します。
  • より細いワイヤーが必要です。

都市部の電力網では、電圧は再び 6.1 kV に引き下げられ、再び使用されます。消費者に電気を配電する配電網では、電圧が 0.4 kV (通常の 380/) に引き下げられます。

動作原理

変圧器デバイスの動作は、次のような電磁誘導現象に基づいています。導体を横切る磁場のパラメータが変化すると、導体に EMF (起電力) が発生します。 変圧器内の導体はコイルまたは巻線の形で存在し、総起電力は各巻線の起電力の合計に等しくなります。

通常の動作では、ターン間の電気的接触を排除する必要があるため、絶縁シース内のワイヤが使用されます。 このコイルを二次コイルと呼びます。

二次コイルで EMF を生成するために必要な磁場は、別のコイルによって生成されます。 これは電流源に接続されており、一次と呼ばれます。 一次コイルの動作は、電流が導体を流れるとその周囲に電磁場が形成され、コイルに巻かれると電磁場が増幅されるという事実に基づいています。

変圧器はどのように動作するのでしょうか?

コイルを流れるとき、電磁場のパラメータは変化せず、二次コイルに EMF を引き起こすことはできません。 したがって、変圧器は交流電圧でのみ動作します。

電圧変換の性質は、一次巻線と二次巻線の巻数の比率に影響されます。 これは「Kt」 - 変換係数と呼ばれます。 以下の法律が施行されています。

Kt = W1 / W2 = U1 / U2、

  • W1 および W2 - 一次巻線と二次巻線の巻数。
  • U1 と U2 - 端子の電圧。

したがって、1次コイルの巻き数が多い場合、2次コイルの端子の電圧は低くなります。 このようなデバイスは降圧デバイスと呼ばれ、その Kt は 1 より大きくなります。 2次コイルの巻き数が増えると、変圧器の電圧が増加し、昇圧変圧器と呼ばれます。 その Kt は 1 未満です。

大型電源トランス

損失を無視すると（理想的な変圧器）、エネルギー保存則から次のようになります。

P1 = P2、

ここで、P1 と P2 は巻線の電流電力です。

なぜなら P=U*I、 我々が得る：

  • U1 * I1 = U2 * I2;
  • I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Kt。

その意味は：

  • 降圧装置の一次コイル (Kt > 1) では、二次回路よりも弱い電流が流れます。
  • 昇圧トランス付き (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

デバイスの巻線のワイヤの断面を選択する際には、この状況が考慮されます。

デザイン

変圧器の巻線は、強磁性体、変圧器、またはその他の軟磁性鋼で作られた部品である磁気コア上に配置されます。 これは、一次コイルから二次コイルへの電磁場の導体として機能します。

交流磁場の影響下で、磁気回路内にも電流が発生します。これらは渦電流と呼ばれます。 これらの電流はエネルギー損失と磁気回路の加熱につながります。 後者は、この現象を最小限に抑えるために、互いに分離された多数のプレートで構成されています。

コイルは次の 2 つの方法で磁気回路上に配置されます。

  • 近く;
  • 片方をもう片方の上に巻きます。

マイクロトランスの巻線は、厚さ 20 ～ 30 ミクロンの箔でできています。 酸化により表面が誘電体となり絶縁の役割を果たします。

変圧器の設計

実際には、次の 3 種類の損失があるため、比率 P1 = P2 を達成することは不可能です。

  1. 磁場の散逸。
  2. ワイヤーと磁気回路の加熱。
  3. ヒステリシス。

ヒステリシス損失は、磁気回路の磁化反転にかかるエネルギーコストです。電磁力線の方向は常に変化しています。 毎回、前のフェーズで特定の方法で並んだ磁気回路の構造内の双極子の抵抗を克服する必要があります。

彼らは、異なる設計の磁気コアを使用することでヒステリシス損失を削減するよう努めています。

したがって、実際には、P1とP2の値は異なり、P2/P1の比はデバイスの効率と呼ばれます。 これを測定するには、変圧器の次の動作モードが使用されます。

  • アイドル移動。
  • 短絡した。
  • 負荷あり。

高周波電圧で動作する変圧器の種類によっては、磁気回路が存在しないものもあります。

起動維持モード

一次巻線は電流源に接続されており、二次回路は開いています。 この接続では、コイルには無負荷電流が流れます。これは主に無効磁化電流を表します。

このモードでは、次のことを決定できます。

  • デバイスの効率。
  • 変換率;
  • 磁気回路の損失（専門家の言葉で言えば、鋼鉄の損失）。

アイドルモードの変圧器回路

短絡モード

二次巻線の端子は無負荷で閉じられている (短絡されている) ため、回路内の電流はその抵抗によってのみ制限されます。 二次巻線回路の電流が定格を超えないように一次接点に電圧が印加されます。

この接続により、巻線の加熱損失 (銅損) を決定できます。 これは、実際の変圧器の代わりにアクティブ抵抗を使用する回路を実装する場合に必要です。

ロードモード

この状態では、二次巻線の端子に需要家が接続されます。

冷却

動作中、変圧器は発熱します。

次の 3 つの冷却方法が使用されます。

  1. ナチュラル: 低電力モデル用。
  2. 強制空気（ファン送風）：中出力モデル。
  3. 強力な変圧器は液体（主に油）を使用して冷却されます。

油冷装置

変圧器の種類

機器は目的、磁気回路の種類、電力などに応じて分類されます。

電源トランス

最も人数の多いグループ。 これには、電力網内で動作するすべての変圧器が含まれます。

単巻変圧器

このタイプは、一次巻線と二次巻線の間に電気接触があります。 ワイヤを巻くとき、いくつかの結論が得られます。それらを切り替えると、異なる巻き数が使用され、変換率が変わります。
  • 効率の向上。 これは、電力の一部のみが変換されるという事実によって説明されます。 これは、入力電圧と出力電圧の差が小さい場合に特に重要です。
  • 低コスト。これは、鋼鉄と銅の消費量が少ないためです（単巻変圧器の寸法はコンパクトです）。

これらのデバイスは、Kt が 3 ～ 4 以下の有効接地を備えた 110 kV 以上の電圧のネットワークで使用すると有利です。

変流器

電源に接続された一次巻線の電流を減らすために使用されます。 このデバイスは、保護、測定、信号および制御システムで使用されます。 シャント測定回路と比較した利点は、ガルバニック絶縁が存在することです (巻線間に電気的接触がない)。

一次コイルは、テストまたは制御される交流回路に負荷と直列に接続されます。 作動表示装置、たとえばリレー、または測定装置が二次巻線の端子に接続されます。

変流器

二次コイル回路の許容抵抗はわずかな値に制限されており、ほぼ短絡状態です。 ほとんどの電流コイルの場合、このコイルの定格電流は 1 A または 5 A です。回路が開くと高電圧が発生し、絶縁を突き破って接続されたデバイスに損傷を与える可能性があります。

パルストランス

短いパルスで動作し、その持続時間は数十マイクロ秒単位で測定されます。 パルス形状はほとんど歪みません。 主にビデオシステムで使用されます。

溶接変圧器

この装置：

  • 緊張を軽減します。
  • 二次巻線回路の定格電流が数千アンペアに達するように設計されています。

プロセスに含まれる巻線の巻き数を変更することで、溶接電流を調整できます (巻線には複数の端子があります)。 この場合、誘導性リアクタンスまたは二次開放電圧の値が変化します。 追加の端子によって巻線がセクションに分割されるため、溶接電流は段階的に調整されます。

変圧器の寸法は交流の周波数に大きく依存します。 値が高いほど、デバイスはよりコンパクトになります。

溶接トランス TDM 70-460

最新のインバーター溶接機の設計はこの原理に基づいています。それらでは、交流は変圧器に供給される前に処理されます。

  • ダイオードブリッジによって整流されます。
  • インバータ（主要なトランジスタを素早く切り替えるマイクロプロセッサ制御の電子ユニット）では、再び可変になりますが、周波数は 60 ～ 80 kHz です。

そのため、これらの溶接機は非常に軽くて小さいのです。

スイッチング式電源はパソコンなどにも使われています。

絶縁トランス

このデバイスには必ずガルバニック絶縁があり (一次巻線と二次巻線の間に電気的接触がない)、Kt は 1 に等しくなります。 つまり、絶縁変圧器は電圧を変化させません。 接続のセキュリティを向上させる必要があります。

このような変圧器を介してネットワークに接続されている機器の通電部分に触れても、重大な感電は発生しません。

日常生活では、電化製品を接続するこの方法は、湿気の多い部屋、つまりバスルームなどに適しています。

電源トランスに加えて、信号絶縁トランスもあります。 これらは、ガルバニック絶縁のために電気回路に設置されます。

磁気コア

次の 3 つのタイプがあります。

  1. ロッド。段差のある棒状に作られています。 この特性にはまだ改善の余地がたくさんありますが、実装は簡単です。
  2. 装甲あり。これらは棒状のものよりも磁界を伝導しやすく、さらに巻線を機械的な影響から保護します。 欠点: コストが高い (大量の鋼材が必要)。
  3. トロイダル。最も効果的なタイプ: 均一な集中磁場を生成し、損失を軽減します。 トロイダル磁気コアを備えた変圧器は効率が最も高くなりますが、製造が複雑なため高価になります。

力

電力は通常、ボルトアンペア (VA) で表されます。 この基準に従って、デバイスは次のように分類されます。
  • 低電力: 100 VA 未満。
  • 平均電力: 数百 VA。

数千 VA の高電力設備もあります。

変圧器の目的と特性は異なりますが、動作原理は同じです。1 つの巻線によって生成された交流磁界が 2 番目の巻線で EMF を励起し、その大きさは巻き数によって異なります。

電圧を変換する必要が非常に頻繁に生じるため、変圧器が広く使用されています。 この装置は独立して作成できます。

変圧器の動作原理は有名な相互誘導の法則に基づいています。 この一次巻線をオンにすると、この巻線に交流が流れ始めます。 この電流によりコア内に交流磁束が生成されます。 この磁束は変圧器の二次巻線の巻線を貫通し始めます。 この巻線には交流 EMF (起電力) が誘導されます。 二次巻線をある種の電気エネルギー受信機（従来の白熱灯など）に接続（短絡）すると、誘導起電力の影響で二次巻線に交流電流が流れ、受信機。

同時に、負荷電流が一次巻線を流れます。 これは、負荷（つまり、二次ネットワークに接続された受電装置）が設計された電圧で、電気が二次巻線から一次巻線に変圧されて伝送されることを意味します。 変圧器の動作原理は、この単純な相互作用に基づいています。

磁束の伝達を改善し磁気結合を強化するために、変圧器の一次巻線と二次巻線の両方が特殊な鋼鉄磁心上に配置されています。 巻線は磁気回路からも、相互からも絶縁されています。

変圧器の動作原理は巻線の電圧に応じて異なります。 二次巻線と一次巻線の電圧が同じ場合、電圧は 1 に等しくなります。その場合、ネットワーク内の電圧コンバータとしての変圧器の意味自体が失われます。 降圧トランスと昇圧トランスを分離します。 一次電圧が二次電圧より低い場合、そのような電気装置は昇圧変圧器と呼ばれます。 セカンダリが小さい場合は下向きになります。 ただし、同じ変圧器を昇圧変圧器と降圧変圧器の両方として使用できます。 昇圧変圧器は、交通機関などでエネルギーをさまざまな距離に伝送するために使用されます。 降圧型は主に消費者間で電力を再分配するために使用されます。 通常、計算はその後の電圧降圧または昇圧としての使用を考慮して行われます。

上で述べたように、変圧器の動作原理は非常に単純です。 ただし、そのデザインには興味深い詳細がいくつかあります。

3 巻線変圧器では、3 つの絶縁された巻線が磁気コア上に配置されます。 このような変圧器は、2 つの異なる電圧を受け取り、一度に 2 つのグループの受電器にエネルギーを送信できます。 この場合、三巻線変圧器には低圧巻線に加えて中圧巻線もあると言われています。

トランスの巻線は円筒形で、互いに完全に絶縁されています。 このような巻き方をするとロッドの断面が丸くなり、非着磁ギャップが少なくなります。 このようなギャップが少ないほど、銅の質量が小さくなり、その結果、変圧器の質量とコストが減ります。

電気の産業利用が発見され開始されると、その変換と消費者への供給のためのシステムを構築する必要性が生じました。 これが変圧器の登場方法であり、その動作原理について説明します。

それらの出現は、約 200 年前に英国の偉大な物理学者マイケル ファラデーによる電磁誘導現象の発見に先立って行われました。 その後、彼とアメリカ人の同僚 D. ヘンリーは将来の変圧器の図を描きました。

ファラデー変圧器

このアイデアを鉄で最初に具体化したのは 1848 年、フランスの機械工 G. Ruhmkorff による誘導コイルの作成でした。 ロシアの科学者も貢献した。 1872 年、モスクワ大学教授 A.G. ストレトフはヒステリシス ループを発見し、強磁性体の構造を説明し、その 4 年後、ロシアの傑出した発明家 P.N. ヤブロチコフが最初の交流変圧器の発明で特許を取得しました。

変圧器の仕組みと仕組み

変圧器は、単相、三相、降圧変圧器、昇圧変圧器、測定変圧器、その他多くの種類の変圧器を含む巨大な「ファミリー」の名前です。 その主な目的は、一定の周波数での電磁誘導に基づいて、1 つまたは複数の交流電圧を別の交流電圧に変換することです。

最も単純な単相変圧器がどのように動作するかを簡単に説明します。 それは 3 つの主要な要素、つまり一次巻線と二次巻線、およびそれらを 1 つの全体に結合する磁気回路で構成されており、それらはいわばその上に張られています。 電源は一次巻線のみに接続され、二次巻線はすでに変更された電圧を除去して消費者に送信します。

ネットワークに接続された一次巻線は磁気回路内に交流電磁界を生成し、磁束を形成します。磁束は巻線間を循環し始め、巻線内に起電力 (EMF) を誘導します。 その値は巻線の巻き数によって異なります。 たとえば、電圧を下げるには、一次巻線の巻数を二次巻線よりも多くする必要があります。 降圧変圧器と昇圧変圧器はこの原理に基づいて動作します。

変圧器の設計の重要な特徴は、磁気コアが鋼構造であり、通常は円筒形の巻線が磁気コアから隔離されており、互いに直接接続されておらず、独自のマーキングが付いていることです。

変圧器

これはおそらく、最も多くのタイプの変圧器ファミリーです。 一言で言えば、その主な機能は、発電所で生成されたエネルギーをさまざまなデバイスで消費できるようにすることです。 この目的のために、昇圧および降圧変電所と電力線から構成される送電システムがあります。


まず、発電所で生成された電気は昇圧変電所（例えば12～500kV）に供給されます。 これは、長距離伝送中に避けられない電力損失を補償するために必要です。

次の段階は降圧変電所で、電力は低圧線を介して降圧変圧器に供給され、その後 220 V の電圧の形で消費者に供給されます。

しかし、変圧器の仕事はそこで終わりません。 パソコン、テレビ、プリンター、全自動洗濯機、冷蔵庫、電子レンジ、DVD、さらには省エネ電球など、私たちの身の回りのほとんどの家電製品には降圧変圧器が搭載されています。 個別の「ポケット」変圧器の例としては、携帯電話 (スマートフォン) の充電器があります。

現代の多種多様な電子機器とそれらが実行する機能は、さまざまなタイプの変圧器に対応しています。 これは、電力、パルス、溶接、分離、整合、回転、三相、ピーク変圧器、変流器、トロイダル、ロッド、アーマーなどの完全なリストではありません。

未来のトランスフォーマーとは何ですか？

変圧器業界は非常に保守的であると考えられています。 それにもかかわらず、ナノテクノロジーがますます大声で知られるようになっている電気工学分野における革命的な変化も考慮する必要があります。 他の多くのデバイスと同様、デバイスも徐々に賢くなっています。

変圧器機器の信頼性を高めるための新しい構造材料（絶縁材料と磁性材料）の研究が積極的に進められています。 1 つの方向性はアモルファス材料の使用であり、これにより火災の安全性と信頼性が大幅に向上します。

防爆および耐火変圧器は、電気絶縁材料の含浸に使用される塩素化ビフェニルを、毒性のない液体で環境に優しい誘電体に置き換えたものとして登場します。

この例としては、SF6 電源変圧器が挙げられます。SF6 変圧器では、安全とは程遠い変圧器油の代わりに、不燃性の SF6 ガスである六フッ化硫黄が冷却剤の役割を果たしています。

電子制御を備えた半導体ソリッドステート変圧器を備えた「スマート」送電網を構築するのは時間の問題であり、これを利用することで、消費者のニーズに応じて電圧を調整することが可能になり、特に再生可能エネルギーと産業用電力を接続することが可能になります。ホームネットワークへの電源をオフにしたり、逆に、不要な電源をオフにしたりできます。

もう一つの有望な分野は低温超電導変圧器です。 彼らの創作活動は 60 年代に始まりました。 科学者が直面している主な問題は、液体ヘリウムの生成に必要な極低温システムの規模が膨大であることです。 1986 年に高温超電導材料が発見され、すべてが変わりました。 それらのおかげで、かさばる冷却装置を放棄することが可能になりました。


超電導変圧器には独特の特性があります。高電流密度では損失は最小限に抑えられますが、電流が臨界値に達すると、ゼロレベルからの抵抗が急激に増加します。