電圧調整

この章の前半のいくつかのSPICE分析で見たように、変圧器の出力電圧は、定電圧入力であっても、負荷抵抗の変化によっていくらか変化します。

変動の程度は、一次巻線と二次巻線のインダクタンスの影響を受けます。特に、巻線抵抗と一次巻線と二次巻線間の相互インダクタンス（磁気結合）の程度が含まれます。

変圧器が負荷から（理想的には）一定の電圧源と見なされる電力変圧器アプリケーションの場合、負荷電流の変動が大きい場合は、2次電圧の変動をできるだけ少なくすることをお勧めします。

電圧調整式

電力変圧器が負荷電流の範囲にわたって一定の二次電圧をどれだけうまく維持するかの尺度は、変圧器の電圧調整と呼ばれます。 。次の式から計算できます：

「フルロード」とは何ですか？

「全負荷」とは、変圧器が最大許容二次電流で動作しているポイントを意味します。この動作点は、主に巻線のサイズ（電流容量）と変圧器の冷却方法によって決まります。

最初のSPICE変圧器シミュレーションを例として、1kΩ負荷と200Ω負荷の出力電圧を比較してみましょう（200Ω負荷が「全負荷」状態になると仮定）。一次電圧が10.00ボルトACであったことを思い出してください：

 freq v（3,5）i（vi1） 6.000E + 01 9.962E + 00 9.962E-031kオーム負荷の出力 周波数v（3,5）i（vi1） 6.000E + 01 9.348E + 00 4.674E-02200オーム負荷の出力 

負荷が重くなる（電流が増える）につれて、出力電圧がどのように低下​​するかに注目してください。次に、同じトランス回路を使用して、2次巻線に非常に大きな負荷抵抗を配置し、「無負荷」状態をシミュレートします（「トランス」スパイスリストを参照）

トランスフォーマー v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0100 l2 3 5100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 ac 0 rload 4 5 9e12 .ac lin 1 60 60 .print ac v（2,0）i（v1） .print ac v（3,5）i（vi1） 。終わり 

 freq v（2）i（v1） 6.000E + 01 1.000E + 01 2.653E-04 周波数v（3,5）i（vi1） 6.000E + 01 9.990E + 00 1.110E-12（ほとんど）無負荷の出力 

したがって、出力（二次）電圧は、（実質的に）無負荷で9.990ボルトの範囲に及び、「全負荷」と呼ぶことにした時点で9.348ボルトに及ぶことがわかります。これらの数値を使用して電圧レギュレーションを計算すると、次のようになります。

ちなみに、これは電源トランスの規制がかなり悪い（または「緩い」）と見なされます。このような単純な抵抗負荷に電力を供給する場合、優れた電源トランスは3％未満の調整率を示す必要があります。

誘導性負荷は電圧レギュレーションが悪化する傾向があるため、純粋な抵抗性負荷を使用したこの分析は「最良の」状態でした。

「不十分な」規制を必要とするアプリケーション

ただし、実際には不十分な規制が望まれるアプリケーションもあります。そのようなケースの1つは、放電照明の場合です。この場合、最初に高電圧を生成するために昇圧トランスが必要であり（ランプを「点火」するために必要）、ランプが電流を流し始めると電圧が低下すると予想されます。

これは、アーク経路に電流が流れた後、放電ランプの電圧要件がはるかに低くなる傾向があるためです。この場合、ランプへの電力を調整するタスクには、電圧レギュレーションが不十分な昇圧トランスで十分です。

もう1つの用途は、ACアーク溶接機の電流制御です。これは、溶接プロセスに低電圧、大電流の電力を供給する降圧変圧器にすぎません。

アークを「打つ」（開始する）のを助けるために高電圧が望まれますが、放電ランプのように、空気がイオン化点まで加熱されると、アークはそれ自体を維持するのにそれほど多くの電圧を必要としません。したがって、高負荷電流の下で​​二次電圧を下げることは良いことです。

一部のアーク溶接機の設計では、変圧器の可動鉄心を使用してアーク電流を調整し、オペレーターが巻線アセンブリにクランクインまたはクランクアウトします。

鉄のスラッグを巻線から遠ざけると、巻線間の磁気結合の強度が低下し、無負荷の二次電圧が低下します 電圧調整が不十分になります。

Ferroresonant Transformer

鉄共振変圧器と呼ばれる珍しい装置について言及しなければ、変圧器の規制に関する説明は完全とは言えません。 。

「フェロソナンス」は、磁気飽和点の近くで動作しているときの鉄心の動作に関連する現象です（コアが非常に強く磁化されているため、巻線電流がさらに増加すると、磁束はほとんどまたはまったく増加しません）。

電磁気理論を深く掘り下げずに説明するのはやや難しいですが、鉄共振トランスは、コアが飽和状態が続く状態で動作するように設計された電源トランスです。

つまり、その鉄心はACサイクルの大部分で磁束の磁力線で「いっぱい」になっているため、供給電圧（一次巻線電流）の変動はコアの磁束密度にほとんど影響を与えません。つまり、二次巻線です。供給（一次巻線）電圧に大きな変動があるにもかかわらず、ほぼ一定の電圧を出力します。

Ferroresonantトランスフォーマーの共振回路

通常、トランスのコア飽和は正弦波形状の歪みをもたらし、鉄共振トランスも例外ではありません。この副作用に対抗するために、鉄共振トランスには、1つまたは複数のコンデンサと並列に接続された補助二次巻線があり、電源周波数に調整された共振回路を形成します。

この「タンク回路」は、コアの飽和によって生成される高調波を除去するフィルターとして機能し、AC発振の形でエネルギーを蓄積するという追加の利点を提供します。これは、入力電圧損失の短時間（ミリ秒）にわたって出力巻線電圧を維持するために使用できます。 '時間の価値がありますが、確かに何もないよりはましです。

Ferroresonantトランスは出力の電圧調整を提供します。

この共振回路は、飽和コアによって生成される高調波をブロックするだけでなく、2次巻線回路の非線形（スイッチング）負荷によって生成される高調波周波数とソース電圧に存在する高調波を「フィルターで除去」し、負荷に「クリーンな」電力を提供します。 。

Ferroresonant変圧器は、AC電力調整に役立ついくつかの機能を提供します。入力電圧が大幅に変動する場合の一定の出力電圧、電源と負荷の間の高調波フィルタリング、およびエネルギーの予備を維持することによって電力の短時間の損失を「乗り切る」機能その共振タンク回路。

これらの変圧器は、過度の負荷や過渡（瞬間）電圧サージに対しても高い耐性があります。実際、これらは非常に耐性が高いため、一部は非同期のAC電源と短時間並列に接続できるため、電源を中断することなく、「ブレーク前」の方法で負荷をある電源から別の電源に切り替えることができます。二次側！

テロリストトランスフォーマーの既知のデメリット

残念ながら、これらのデバイスには同様に注目すべき欠点があります。飽和コアでのヒステリシス損失のために、多くのエネルギーを浪費し、重大なを生成します。 その過程で熱が発生し、周波数の変動に耐えられません。つまり、速度調整が不十分な小型のエンジン駆動の発電機から電力を供給された場合、それらはあまりうまく機能しません。

共振巻線/コンデンサ回路で生成される電圧は非常に高くなる傾向があり、高価なコンデンサが必要になり、サービス技術者に非常に危険な動作電圧が発生します。ただし、一部のアプリケーションでは、鉄共振トランスの短所よりも長所を優先する場合があります。

半導体回路は、鉄共振デバイスの代替としてAC電源を「調整」するために存在しますが、非常に単純であるという点でこのトランスと競合することはできません。

レビュー：

• 電圧調整 は、一定の一次電圧と負荷電流の大きな変動が与えられた場合に、電源トランスが一定の二次電圧をどれだけうまく維持できるかの尺度です。パーセンテージが低い（ゼロに近い）ほど、二次電圧はより安定し、より良いレギュレーションが提供されます。
• 鉄共振 変圧器は、入力電圧が大きく変動しても安定したレベルで電圧を調整するように設計された特殊な変圧器です。

関連するワークシート：

• 安定化電源ワークシート
• 基本的なAC-DC電源ワークシート