変圧器とは何か、そしてどのような働きをするのか

変圧器とは何ですか？

変圧器それらは現代社会の陰の立役者です。変電所の中、電柱の上、そして無数の機器の中で働き、誰にも気づかれることなく電力をある場所から別の場所へと送電しています。

変圧器は、電磁誘導を利用して2つの回路間で電気エネルギーを伝達する静止装置です。その主な役割は電圧レベルを変換することです。長距離送電のために電圧を上昇させたり、家庭や企業にとって安全なレベルまで電圧を降下させたりすることができます。

このガイドでは、変圧器の仕組み、構成部品、種類、選び方、そして良好な状態を維持する方法について説明します。

変圧器はどのように動作するのか

変圧器はすべて、物理学の重要な法則であるファラデーの電磁誘導の法則に基づいて動作します。この法則によれば、変化する磁場は近くの電線に電圧を発生させます。変圧器はこの原理を利用して、エネルギーを非常に少ないエネルギーロスで回路間で移動させます。

このプロセスは、磁気コアに巻き付けられたコイルである一次巻線に交流電圧を印加することから始まります。この交流電流によって、コア内部に磁束と呼ばれる絶えず変化する磁場が発生します。コアは通常、薄い鉄板を積み重ねて作られており、磁束をほとんど損失なく導きます。この磁束はコアを通過して、別のコイルである二次巻線に到達します。

変化する磁束が二次巻線を通過する際に、そこに交流電圧が発生する。2つの巻線の間には直接的な電気的接続は存在しない。

詳細については、以下をご覧ください。 電磁誘導の基本原理.

入力電圧と出力電圧の比率は、巻数比によって決まります。これは単純に、一次巻線の巻数を二次巻線の巻数で割った値です。

その式は次のとおりです。V₁/V₂ = N₁/N₂。

• 二次巻線の巻数が一次巻線より多い場合、出力電圧は高くなり、昇圧トランス.
• 二次巻線の巻数が少ない場合、出力電圧は低くなり、降圧トランス.

基本的な回路図では、入力電圧が入る一次巻線、磁束を誘導する積層鉄心、出力電圧が発生する二次巻線の3つの主要部分が示されます。

電気変圧器の内部部品は何ですか？

変圧器が何でできているかを知ることは、その性能や寿命を理解する上で役立ちます。各部品は、電気エネルギー、磁場、熱を扱う上でそれぞれ特定の役割を担っています。以下に、主要部品の内訳を示します。

• コア：これは変圧器の心臓部です。磁束が通過する経路を提供する部分であり、高品質のケイ素鋼板を薄く重ねて作られています。この積層構造により、渦電流によるエネルギー損失が低減されます。

• 巻線（コイル）：これらは電流を流す導線です。変圧器には少なくとも2つの巻線、一次巻線と二次巻線があります。これらは通常、銅またはアルミニウムで作られており、互いに、そして鉄心から絶縁されています。

• 断熱材：絶縁体は短絡を防ぎ、変圧器を安全に保ちます。
  1. In 油入変圧器精製された鉱物油は、断熱材と冷却材の両方の役割を果たす。
  2. 乾式変圧器代わりに、固形鋳造樹脂またはその他の耐熱性材料を使用してください。

• タンク：これは、コア、巻線、絶縁油を収容する外殻です。内部部品を環境や物理的な損傷から保護します。絶縁油に湿気が入らないように、常に密閉状態を保つ必要があります。

• ブッシング：これらは、内部巻線と外部電源線を接続する絶縁端子です。通常、磁器またはポリマーで作られており、接地されたタンク壁を通して安全に電流を流すことができます。

• 冷却システム：変圧器は、エネルギー伝達が完全に効率的ではないため、必ず熱を発生します。冷却システムはこの熱を除去し、損傷を防ぎます。
  1. シンプルな設計では、タンクにフィンやラジエーターが使用されています。ONAN（オイルナチュラルエアナチュラル）.
  2. より厳しい状況では、ファンやポンプと呼ばれるものが必要になります。ONAF（石油天然ガス強制空輸） orOFAF（石油強制空軍）.

電気変圧器にはどのような種類がありますか？

「変圧器」という言葉は、非常に多くの種類の機器を包括しており、それぞれが特定の用途向けに設計されています。それらをグループ分けすることで、各タイプの機能や電力網における位置づけを理解しやすくなります。

用途別分類

• 電力変圧器：これらは送電網で使用される大型の高電圧装置です。33kV以上の電圧で動作し、発電所と主要変電所の間で大量の電力を送電します。主な設計目標は、最大負荷時またはそれに近い負荷時における高効率です。

• 配電用変圧器：これらの装置は、通常33kV以下の低電圧で動作し、住宅や事業所の近くに設置されています。住宅地、商業ビル、工場などでの使用に合わせて電圧を降圧します。一日を通して負荷が変動しても効率を維持できるように設計されています。

• 計器用変圧器：このグループは、大量の電力を移送するためには使用されません。変流器（CT）と変圧器（VT）は、電流と電圧をメーターや保護リレーが安全に使用できる標準レベルまで降圧します。

フェーズによる分類

• 単相変圧器：これらは一次巻線と二次巻線がそれぞれ1つずつあります。家庭や小規模事業所への電力供給によく用いられ、電柱に設置されているものなどがその例です。

• 三相変圧器：これらは三相電力を扱い、工場、データセンター、主要電力網の標準となっています。大量の電力を非常に効率的に供給できます。

コア構造による分類

• コアタイプ:巻線はコアの大部分を包み込むように巻かれている。この設計は一般的にコストが安く、小型で低電圧の変圧器に適している。

• シェルタイプ:コアは巻線の大部分を包み込むように巻線を覆っています。これにより、短絡時に発生する力に対する巻線の物理的な支持力が向上し、大型で高電圧の変圧器によく用いられます。

これらの異なるタイプの変圧器を比較する明確な方法は、この表を使用することです。

CNC電気

S9-Mシリーズ完全密閉型油入変圧器

オイルが充填された密閉型波形タンクを採用しており、オイルの膨張に自然に適応します。高効率かつ低損失設計により、消費電力と運転コストを大幅に削減します。

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適切な変圧器の選び方

適切な変圧器を選ぶことは、システムの性能、コスト、安​​全性に影響を与える重要な決定です。このチェックリストは、エンジニア、購買担当者、設備管理者にとって明確な指針となります。

1.必要な電力容量（kVA定格）を定義してください。最初に決めるべき最も重要な数値はkVA定格です。これは、変圧器が過熱することなく供給できる総電力量を示します。想定される最大負荷に対応できる容量を選び、将来の拡張を見越して余裕を持たせてください。

2. 電圧レベルを決定する:一次電圧（使用可能な電源電圧と一致させる必要があります）と、機器が必要とする二次電圧を指定する必要があります。また、デルタ結線やスター結線などの巻線構成も考慮してください。これは接地と位相関係に影響します。

3. アプリケーション環境について検討する：変圧器の設置場所は、他の多くの選択肢に影響を与えます。屋内設置か屋外設置か？設置スペースは限られているか？極端な高温、低温、高地、腐食性環境にさらされるか？これらの要因によって、必要な筐体や冷却システムの種類が決まります。

4. 効率と損失を評価する：効率の高い変圧器は、耐用年数を通して運用コストが低くなります。比較すべき重要な数値は、常に鉄心で発生する無負荷損失と、電流が流れる際に巻線で発生する全負荷損失です。最新の変圧器は、長期的な総所有コストを削減するために、厳しい効率基準を満たす必要があります。

5.適切な冷却方法を選択してください：冷却システムは、想定される負荷と現地の気候に適合している必要があります。小型の変圧器であれば、シンプルなONAN冷却システムで十分です。大型の変圧器では、より多くの熱を処理するために、ファンとポンプを備えたONAFまたはOFAFシステムが必要になる場合があります。

6.安全面および環境面の要因を評価する： 乾式変圧器油入変圧器は、油漏れの心配がなく、火災発生時にも安全であるため、屋内や環境に配慮が必要な場所では、多くの場合、より適した選択肢となります。一方、油入変圧器は、屋外の変電所などでは、冷却性能が高く、寿命が長くなる傾向があります。

このチェックリストをすべて完了したら、次のステップは、あなたのニーズに合った製品を探すことです。変圧器の包括的なカタログをご覧ください電圧、kVA、および用途の要件に合ったモデルを見つける。

結論：不可欠なコア

電磁誘導の基本原理から、選定や保守の詳細に至るまで、変圧器はまさに工学の偉業と言えるでしょう。それは、世界の電力網全体を機能させる上で不可欠な構成要素です。

このガイドでは、変圧器の仕組み、構成部品、各種変圧器の分類方法、そして変圧器の選定と保守に関する実践的な手順について解説しました。電力業界に携わる人は、これらの概念を理解しておく必要があります。変圧器が電圧レベルを確実に変化させる能力は、現代の電力供給の基盤であり、電気を長距離にわたって安全に家庭や企業に届けることを可能にしています。