巻線構成

複数のセカンダリを持つトランスフォーマー

変圧器は非常に用途の広いデバイスです。相互インダクタ間のエネルギー伝達の基本概念は、単一の一次コイルと単一の二次コイルの間で十分に役立ちますが、トランスは2セットの巻線だけで作成する必要はありません。このトランス回路を考えてみましょう：

複数のセカンダリを備えたトランスは、複数の出力電圧を提供します。

ここで、3つのインダクタコイルは共通の磁気コアを共有し、それらを磁気的に「結合」または「リンク」します。相互インダクタの単一のペアで見られる巻線の巻数比と電圧比の関係は、ここでも複数のコイルのペアに当てはまります。

上記のような変圧器（1つの一次巻線と2つの二次巻線）を組み立てることは完全に可能であり、一方の二次巻線は降圧で、もう一方は昇圧です。

実際、この変圧器の設計は、真空管の電源回路では非常に一般的であり、真空管のフィラメントに低電圧（通常は6または12ボルト）を供給し、真空管のプレートに高電圧（数百ボルト）を供給する必要がありました。 AC110ボルトの公称一次電圧。

このような変圧器では、まったく異なる大きさの電圧と電流が可能であるだけでなく、すべての回路が互いに電気的に絶縁されています。

6つの巻線、1次および5つの2次巻線を備えた多巻線変圧器の写真。

上の図の変圧器は、真空管を使用する電子システムに必要な高電圧と低電圧の両方を提供することを目的としています。真空管のフィラメントに電力を供給するためには低電圧が必要ですが、各管のプレート要素と陰極要素の間に電位差を作り出すには高電圧が必要です。

単一の115V電源から必要なすべての電圧レベルを提供するには、複数の巻線を備えた1つのトランスでエレガントに十分です。この変圧器のワイヤー（15本！）は写真には表示されておらず、見えないようになっています。

二次回路間の電気的絶縁がそれほど重要でない場合は、下の図のように、長さに沿った複数のポイントで単一の二次巻線を「タップ」することで同様の効果を得ることができます。

単一のタップ付きセカンダリは、複数の電圧を提供します。

多極スイッチトランス

タップは、端の間の巻線のある時点で行われるワイヤ接続にすぎません。当然のことながら、通常のトランスの巻線ターン/電圧の大きさの関係は、巻線のすべてのタップ付きセグメントに当てはまります。この事実を利用して、複数の比率が可能な変圧器を製造することができます。

スイッチを使用してタップされたセカンダリを使用して、考えられる多くの電圧の1つを選択します。

可変変圧器

巻線タップの概念をさらに発展させると、「可変変圧器」ができあがります。この変圧器では、スライド接点が露出した2次巻線の長さに沿って移動し、その長さに沿った任意のポイントで接続できます。この効果は、巻線のすべてのターンに巻線タップがあり、すべてのタップ位置に極があるスイッチがあるのと同じです。

二次側のスライド接点は、二次側の電圧を連続的に変化させます。

可変変圧器の消費者向けアプリケーションの1つは、鉄道模型セット、特に1950年代と1960年代の列車セットの速度制御です。これらの変圧器は本質的に降圧ユニットであり、二次巻線から得られる最高電圧は、一次電圧である110〜120ボルトACよりも大幅に低くなっています。

可変スイープ接点は、無駄の少ない電力で電圧制御の簡単な手段を提供し、可変抵抗器を使用した制御よりもはるかに効率的です！

可動スライド接点は、大規模な産業用電源トランスの設計に使用するには実用的ではありませんが、電圧調整には多極スイッチと巻線タップが一般的です。電力システムでは、数か月または数年にわたる負荷の変化に対応するために定期的に調整を行う必要があり、これらのスイッチング回路は便利な手段を提供します。

通常、このような「タップスイッチ」は、全負荷電流を処理するようには設計されていませんが、変圧器の電源がオフになっている（電源が入っていない）場合にのみ作動させる必要があります。

単巻変圧器

変圧器の巻線をタップして複数の巻線に相当するものを得る方法を考えると（それらの間の電気的絶縁は失われますが）、電気的絶縁を完全に放棄して、単一の巻線から変圧器を構築できるはずです。実際、これは可能であり、結果として得られるデバイスは単巻変圧器と呼ばれます。 ：

この単巻変圧器は、単一のタップ付き巻線で電圧を上げ、銅を節約し、絶縁を犠牲にします。

上に示した単巻変圧器は、電圧ステップアップ機能を実行します。降圧単巻変圧器は次の図のようになります。

この単巻変圧器は、銅を節約する単一のタップ付き巻線で電圧を下げます。

単巻変圧器は、負荷への電圧をわずかに上げるまたは下げる必要があるアプリケーションで一般的に使用されています。

通常の（絶縁）変圧器の代替案は、仕事に適した一次/二次巻線比を使用するか、二次巻線を直列補助（「ブースト」）または直列接続した降圧構成を使用することです。反対の（「バッキング」）ファッション。

これがどのように機能するかを説明するために、一次、二次、および負荷電圧が示されています。

単巻変圧器の構成

まず、「ブースティング」構成。下の図では、二次コイルの極性は、その電圧が一次電圧に直接加算されるように方向付けられています。

ライン電圧を上げるために単巻変圧器として配線された通常の変圧器。

次に、「バッキング」構成。下の図では、二次コイルの極性は、その電圧が一次電圧から直接差し引かれるように方向付けられています。

通常の変圧器は、単巻変圧器として配線され、線間電圧を下げます。

単巻変圧器の主な利点は、単一の巻線だけで同じブースティングまたはバッキング機能が得られることです。これにより、一次巻線と二次巻線の両方を備えた通常の（絶縁）変圧器よりも安価で軽量に製造できます。

Variac可変単巻変圧器

通常の変圧器と同様に、単巻変圧器の巻線をタップして比率を変化させることができます。さらに、スライド接点を使用して連続可変にすることができ、巻線の長さに沿った任意のポイントで巻線をタップできます。

後者の構成は、それ自体が独自の名前を付けたほど人気が​​あります： Variac 。 （下の図）

バリアックは、スライド式タップを備えた単巻変圧器です。

ベンチトップ用の小型バリアックは、電子機器の実験者に人気のある機器であり、ノブをひねるだけで、家庭用AC電圧を広範囲に細かく制御して下げることができます（場合によっては上げることもできます）。

レビュー：

• 変圧器には、一次巻線と二次巻線のペアを1つだけではなく装備することができます。これにより、同じデバイスで複数のステップアップおよび/またはステップダウン比が可能になります。
• 変圧器の巻線を「タップ」することもできます。つまり、多くの点で交差させて、単一の巻線をセクションに分割します。
• 可変変圧器は、巻線の長さ全体にわたってスイープし、巻線の長さに沿った任意の点で巻線と接触する可動アームを提供することによって作成できます。もちろん、アームがスイープする領域では、巻線をむき出しにする必要があります（絶縁なし）。
• 単巻変圧器は、電気的絶縁を提供しない場合を除いて、変圧器のように電圧を昇圧または降圧するために使用される単一のタップ付きインダクタコイルです。
• Variac は可変単巻変圧器です。

関連するワークシート：

• 単巻変圧器ワークシート