単相変圧器

単相変圧器は、電源やその他の機器で、AC電圧と電流をある値から別の値に変換するために使用されます。変圧器は、多くの実験器具や医療機器の安全な操作に必要な電気的絶縁を提供するために重要です。入力と出力が共通の端子を共有していない場合、トランスは物理的に完全に分離して電力を伝送できます。これにより、システムの危険な高電圧側の電気が安全な低電圧側の回路や人に到達するのを防ぎます。トランス内のコンポーネントを理解することは、トランスの解析と設計にとって重要です。このビデオでは、さまざまなテストを実行して変圧器部品の電気的パラメータを測定する方法を示します。

トランスには、一次巻線またはコイルに接続された一対の入力端子と、二次巻線に接続された一対の出力端子があります。スチール、フェライト、または単に空気からなるコアが、2つの巻線を磁気的に結合します。一方の巻線に電圧がかかると、その巻線に電流が流れ、磁場が発生します。磁束は、ある領域を通過する磁場の量であり、コアを介して二次巻線に結合され、そこで電圧が誘導されます。この原理は相互帰納と呼ばれます。ファラデーの法則では、磁束の変化率に巻線の数を掛けたものが誘導電圧に等しいとされています。起電力またはEMFとも呼ばれます。一次巻線の両端のDC電圧は一定であるため、結果として生じる磁束も一定であり、変化率はゼロです。ただし、AC電圧はゼロ以外の変化率の磁束を生成し、その結果、電圧を誘導します。つまり、変圧器が動作するためには交流電圧が必要です。トランスの巻数比は、一次巻線のワイヤの巻数を二次巻線の巻数で割ったものです。一次側の電圧と二次側の電圧の比は、巻数比と等しくなります。巻数比に応じて、変圧器は電圧を昇圧、降圧電圧、または同じ状態に保つことができます。一次側を流れる電流と二次側を流れる電流の比は、巻数比の逆数に等しくなります。たとえば、1 次コイルの巻数が 3 で、2 次コイルの巻数が 30 の場合、巻数比は 0.1 です。したがって、このトランスの一次側の120ボルトは、二次側の1200ボルトになります。1 次を経由する 10 アンペアは、2 次を通す 1 アンペアになります。最後に、二次コイルのインピーダンスZ2の負荷がある場合、一次コイルの見かけまたは反射の負荷Z2プライムがあります。この反射負荷の値は、二次側のインピーダンスに巻数比の2乗を掛けた値です。トランスは、一方のコイルから他方のコイルにエネルギーを損失なく伝達するのが理想的には、結合されたインダクタのペアと見なすことができます。しかし、実際の変圧器には漏れ磁束や漏れインダクタンスがあり、巻線間のエネルギー伝達には寄与しません。さらに、実際のトランスは、巻線抵抗による電力損失と発熱を経験します。コアに誘導される磁束は、コア損失抵抗による追加の熱源です。損傷を避けるために、VA定格と呼ばれる指定された最大電力入力、または入力電圧と電流(電力)の積が使用されます。トランスの基本を紹介したので、トランスの電気的パラメータを測定する方法を見てみましょう。

この実験で使用したトランスは、一次巻線で最大115ボルト、二次巻線で最大24ボルトに耐えるように定格されています。さらに、この変圧器の定格電力は100VAで、最大100ワットの電力を受け入れることができます。このDCテストは、トランスの等価回路モデルで使用するために、各巻線の抵抗を測定します。まず、低電圧DC電源の電圧出力を0ボルトに設定し、電流制限を0.8アンペアに設定します。その後、電源を切ります。電源出力を一次巻線の反対側に接続します。二次巻線には何も接続しないでください。DC電源をオンにし、電圧を徐々に上げますtage電流制限に達するまで。電圧と電流の読み取り値を電源のディスプレイから記録します。電圧を電流で割って、一次巻線の抵抗を計算します。電源電圧をゼロボルトに戻し、電源を切ります。電源を二次巻線を横切って接続し、一次巻線に開回路を残します。電源の電流制限を 4 アンペアに設定します。次に、電流制限に達するまで電圧を徐々に上げます。電圧と電流の読み取り値を電源のディスプレイから記録します。二次巻線の抵抗を計算します。電源電圧をゼロボルトに戻し、電源を切り、変圧器から切り離します。最後に、マルチメーターを使用して、一次巻線と二次巻線の両端で計算された抵抗を確認します。

開回路テストでは、コア損失抵抗からの電流の変化に対する相互反応物または反対を測定します。コア損失抵抗は、電力損失の等価回路パラメータであり、トランスのコアの電力損失を近似します。三相電源をオフにし、バリアックをゼロパーセントに設定した状態で、図のように回路を組み立てます。次に、デジタル電力計を使用して、一次側の開回路電流と電圧を測定します。三相電源をオンにし、Variacのコントロールノブをゆっくりと調整して、デジタルパワーメーターが24ボルトを示すまで電圧を上げます。開回路電圧、開回路電流、開回路有効電力、力率を記録します。これらの値を使用して、トランスの等価回路パラメータを計算します。コア損失抵抗、RCは、開回路電圧と開回路電力から計算されます。相互リアクタンスXMは、開回路の電圧、電力、および電流を使用して同様に計算されます。

短絡試験では、漏れ反応物を測定し、両方の巻線のワイヤ抵抗も測定できます。まず、VA定格を入力側の電圧定格で割って、トランスの定格入力電流を計算します。電源をオフにし、バリアックを出力ゼロにして、図のように回路を組み立てます。今回は、デジタルパワーメーターを使用して短絡電流と電圧を測定します。三相電源をオンにし、デジタルパワーメーターの電流読み取り値が定格入力電流に達するまで、バリアックをゆっくりと調整して電圧を上げます。短絡電圧と電流、短絡有効電力と力率を記録します。漏れ反応物は、一次側反応物と反射二次側反応物の合計であり、これらは等しいと仮定されます。短絡試験の測定値を使用して、漏れ反応物を計算します。最後に、一次巻線の抵抗と二次側巻線の反射抵抗の合計として、両方の巻線の合計ワイヤ抵抗を計算します。

変圧器は、電力変換と安全のための電気的絶縁の分野での用途を持つ非常に便利な電気機器です。負荷テストでは、1次側と2次側の電圧の比、および1次側を流れる電流と2次側を流れる電流の比を測定します。回路は、2次側に100Ωの抵抗を接続し、両側で電流と電圧を測定して組み立てました。一次側を115ボルトにして、電圧、電流、有効電力、力率を両側で測定しました。一次電圧と二次電圧の比率は、理想的には巻数比と等しくなければなりません。マウスの嗅覚ニューロンの研究では、キセノンフラッシュチューブからの紫外線を使用して特定の化合物を解離しました。フラッシュチューブを駆動する回路には、昇圧トランスで高電圧を発生させる必要がありました。すべての高電圧機器と同様に、安全設計では、危険な電圧を持つコンポーネントと回路内の他の電子機器との間の偶発的な短絡を防ぐために、電気的絶縁に変圧器を使用します。

Jove の単相トランスの紹介をご覧になりました。これで、トランスフォーマの仕組みと、その等価回路パラメータの測定方法を理解できたはずです。ご覧いただきありがとうございます!