トランスの巻線比と実際の巻線数

トランスの出力電圧は一次コイルと二次コイルの巻数比に依存しますが、実際の巻数はトランス性能に影響はありますか？

たとえば、1：2の比率にしたい場合、10：20または100：200の巻き数で巻くことができます。

一般に、巻線が多いほど、抵抗、インダクタンス、およびコストが大きくなります。巻数を増やす意味はありますか、巻数を最小限に抑えていますか 最小巻数はどのように決定されますか？

誘導磁場はアンペアターン、つまり現在のターン数に比例します。電気エネルギーはコアで磁気エネルギーに変換され、電気に戻ります。コアは飽和することなくそれを保持するのに十分な大きさでなければなりません。100 VA変圧器の場合、10 VA変圧器よりも多くのエネルギーを磁気的に伝達する必要があります。100 VAは、より強力なフィールドを構築するためにより多くのターンがあるため、より大きく、飽和を回避するために、より大きなコアも必要です。

たとえば、1：2の比率にしたい場合、10：20または100：200の巻線を使用できます

これに答える理由は2つあり、ブライアンはプライマリーのターンが少なすぎるという基本的な問題を説明するのにまともな仕事をしましたが、いくつかの微妙な点を逃しています。もう1つの理由は、現在受け入れられている回答の誤りを指摘することです。

2次巻線（およびそれに接続されている可能性のある負荷）を無視すると、トランスは単なるインダクタになります。このインダクタがAC電源の両端に配置されている場合は、インダクタンスを十分に大きくして、電源から大きな無効電流が流れないようにする必要があります。すべてのトランスの一次側に10アンペアの無効電流が流れた場合、電力会社は腕を上げます。グリッド供給システムがクラッシュして燃焼します!!

しかし、別の理由もあり、これはコアの飽和に関連しています。ここでもインダクターとしての変圧器について話している。アンペアターンとコアの寸法はコア内部のH磁場を決定し、アンペアはインダクタンス（および供給電圧）によって決定されます。次に、インダクタンスは他のコアパラメータと巻数によって決定されます。

したがって、10ターンと100ターンを比較します。100ターンの1次は10ターンの1次のインダクタンスの100倍です。これは、（固定AC電源の）電流が10ターンの1次の100分の1であることを意味します。

したがって、アンペアは100減少しましたが、ターンは10増加したため、正味の効果は、アンペアターンが10減少したことです。これは、Hフィールドが10減少し、コアが飽和する可能性がはるかに低くなることを意味します。

2次側負荷を接続すると、1次側の電流は基本磁化電流からより高い電流に増加します。この電流の変化は、二次負荷が取る一次基準電流と呼ばれます。

したがって、考慮すべきアンペアターンのセットがさらに2つある可能性があります。二次アンペアターンと、二次負荷による追加の一次アンペアターンです。実際にそれらを考慮する必要がないため、私は「可能性がある」と言います。これらはコア内部で完全に相殺され、コアは、2次負荷がない場合よりも負荷電流によって飽和しなくなります。

しかし、恐ろしい多くの技術者はそれを認めていないようです-それは直感的に聞こえません。以下の4つのシナリオを検討してください。

シナリオ1および2は、単一の一次巻線を2つの並列巻線に変換することです。S1の磁化電流はImであるため、S2の各巻線はIm / 2になります。言い換えれば、密に結合された平行線は単一線のように動作します。興味深いことに、各ワイヤーはS2である必要があります。インダクタンスは2倍になる必要があります。これらの2つのワイヤーを直列に再配置すると、1次インダクタンスがS1の4倍になります。これにより、巻数を2倍にすると4倍になります。インダクタンス。巻数の10倍は、インダクタンスの100倍を意味します。

S3は、S2のパラリングされた巻線の1つが切断されたときに何が起こるかを検討するように求めます。一次電圧に対して逆位相であると考えると、シナリオ2で何が起こったのでしょうか。

したがって、切断された巻線（S3）の誘導電圧は、一次電圧と同じ位相（および大きさ）であることは明らかです。

S4は明確である必要があります。負荷を絶縁巻線に接続し、1次側に流れる電流は「新しい」2次側に流れる電流と反対方向です。

つまり、これは、（2次負荷電流による）1次側のアンペアターンが2次側のアンペアターンによって完全にキャンセルされることを意味します。

これは、コアの飽和の可能性があるため、より高い負荷電力を処理するために必要なトランスが大きくならないことも意味します。太い線（銅損が少ない）を使用できるように大きくされ、太い線はより多くのスペースを必要とするため、コアが大きくなります。

どの変圧器でも、供給されたエネルギーの大部分を負荷に転送したいので、変圧器の電力をできるだけ無駄に使いません。

ただし、各半サイクルでコアを磁化するためにいくらかのエネルギーを消費する必要があり、ターン数はそのために必要な電力に影響します。この無駄な電力を1次側に接続されたインダクタンスとしてモデル化できるため、このインダクタンスのインピーダンスを最大化して、無駄な電力を最小化します。

また、インダクタンスは巻数の2乗に比例するため、100ターンの1次は10ターンの1次のインダクタンスの100倍になります。

インピーダンスを増やすには、3つのことを行うことができます。

1. 駆動周波数を上げてください。したがって、スイッチング電源で見られるように、5kHz以上の駆動周波数で10ターンしか必要としない場合があります。
2. 変圧器のコア材料または形状を変更します。（シリコン鋼のE / Iラミネートは50Hz動作にほぼ最適ですが、比インダクタンスが低いフェライトは高周波で利点があります）
3. ターン数を増やします。シリコン鉄と50Hzでスタックしている場合、これが唯一のオプションです。そのため、ほとんどの主電源変圧器には、数百ターンの1次巻線があります。