Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

今月のコンポーネント:トランスフォーマー

11月はトランスフォーマーの月です。電圧を変えるために使われるこれらの便利なコンポーネントについてのブログ記事を特集します。以下は、チャールズプラットの決定的な電子部品百科事典、第2巻からの抜粋です。 1:

それは何をする

変圧器は交流(AC)の入力を必要とする。入力電圧を1つ以上の出力電圧に変換します。出力電圧は、それより高くても低くても構いません。

変圧器のサイズは、マイクロフォンなどのオーディオ機器の小型のインピーダンス整合ユニットから、国内の電力網を通じて高電圧を供給するマルチトンの巨大機器までさまざまです。家庭や企業で自治体のACによって電力を供給されるように設計されているほとんどすべての電子機器は変圧器を含める必要があります。

上の画像の裏側にあるものは、125VACの電源に接続した場合、0.8Aで36VACを供給するように定格されています。正面では、ミニチュアトランスは300mAで約12VACを供給するように設計されたRadio Shack製品ですが、負荷に電流が流れていないときはその電圧は16VAC以上になります。

変圧器の回路図記号を以下に示します。

左右のコイル形状は機能的には同じです。上:磁気コア(磁化可能なコア)を持つトランス。下:空芯を有する変圧器。 (このタイプのトランスは効率が悪くなる傾向があるため、まれです。)トランスの入力は、主に一次コイルを通して左側にあり、出力は二次コイルを通して右側にあると想定されています。多くの場合、2つのコイルは、トランスが低電圧(この場合、2次コイルの巻数が少なくなる)または高電圧(1次コイルの巻数が少なくなる)のどちらを供給しているかを示すために異なる巻き数を示します。コイル)。

使い方

トランスの簡略図を以下に示します。

一次巻線(オレンジ色)を流れる交流電流は、複数の鋼板から形成された積層コアに磁束を誘導します。変化する磁束は、トランスからの出力を供給する二次巻線(緑色)に電流を誘導します。 (実際には、巻線は通常、エナメル線とも呼ばれる何千もの巻きの細いマグネットワイヤで構成されています。さまざまなコア構成が使用されています。)

このプロセスは相互誘導として知られています。二次巻線に負荷がかかると、それらの間に電気的な接続がなくても、一次巻線から電流が流れます。

理想的な無損失トランスでは、2つの巻線間の巻数比によって、出力電圧が入力電圧より高いか低いか、同じかが決まります。 VpとVsがそれぞれ一次巻線と二次巻線の両端の電圧で、NpとNsが一次巻線と二次巻線の巻線数である場合、それらの関係は次式で与えられます。

Vp / Vs = Np / Ns

覚えておくべき簡単な規則は、より少ない巻数=より低い電圧、より多くの巻数=より高い電圧であるということです。

ステップアップトランスは入力よりも出力に高い電圧を持ちますが、ステップダウントランスは出力よりも入力に高い電圧を持ちます。

コア強磁性コアは鉄で作られているとよく言われますが、実際には高透磁率のケイ素鋼から作られるのがより一般的です。渦電流によって引き起こされる損失を減らすために、コアは通常ラミネートされています - ワニスの薄層または同様の絶縁体によって互いに分離されたプレートのスタックから組み立てられています。渦電流は各プレートの厚さの範囲内で抑制される傾向があります。

DC電圧はコアの磁気飽和を引き起こすため、すべてのトランスは交流または電流パルスで動作する必要があります。トランスの巻線と形状は、それが動作するように設計されている周波数範囲、電圧、および電流に対して最適化されています。これらの値から大きく外れるとトランスを損傷する可能性があります。

変種

以下は、一般的に発生するいくつかの種類のトランスです。

電源トランス通常、シャーシにボルトで固定するか、はんだタブまたはコネクタ付きの電気機器を収納するケースまたはキャビネットの内側に固定して、一方の側でトランスを電源コードに、もう一方の側で回路基板を接続できます。向こう側。

プラグイントランス通常、壁のコンセントに直接差し込むことができるプラスチック製の筐体に密閉されています。 ACアダプタと視覚的には同じですが、DC出力ではなくAC出力があります。

絶縁トランス1次巻線と2次巻線の比率が1:1で、出力電圧が入力電圧と同じになるため、1:1トランスとも呼ばれます。電気機器が絶縁トランスに接続されている場合は、AC電源配線の電気的アースから切り離されています。それ自体とアースの間には無視できるほどの電位しかないので、これは「生きている」機器で作業するときのリスクを減らします。したがって、装置内の活線に触れながら接地された物体に触れると、致命的な電流が身体を通過する可能性があります。

単巻変圧器この変種は、出力電圧を供給するためにタップされる1つのコイルのみを使用します。相互誘導はコイルのセクション間で発生します。単巻変圧器は、2コイル変圧器とは異なり、入力と出力の間に共通の接続が必要です。これにより、出力を入力から電​​気的に絶縁することができます。単巻変圧器は、オーディオ回路のインピーダンス整合や、入力電圧とわずかに異なる出力電圧を供給するためによく使用されます。

オーディオトランス信号が異なるインピーダンスを持つ回路の2つのステージ間で伝送されると、信号が部分的に反射または減衰することがあります。 (インピーダンスはオームで測定されますが、リアクタンスとキャパシタンスを考慮に入れるのでDC電気抵抗とは異なります。したがって、周波数によって異なります。)

入力インピーダンスが低いデバイスは、ソースから大きな電流を引き出そうとします。ソースの出力インピーダンスが高いと、結果としてその電圧は大幅に低下します。一般に、デバイスの入力インピーダンスはそれを駆動しようとしているデバイスの出力インピーダンスの少なくとも10倍であるべきです。インピーダンス整合のために受動部品(抵抗、コンデンサ、コイル)を使用することができますが、状況によっては小型のトランスが望ましいです。

分割ボビントランスこの変形例は、容量結合を最小限に抑えるために一次コイルと二次コイルを並べて取り付けています。

表面実装トランス0.2平方インチ未満で、インピーダンスマッチング、ラインカップリング、およびフィルタリングに使用されます。

電源トランスを選択するとき、その電力処理能力は最も重要な価値です。ワットはDC回路で瞬時に測定されるのに対し、AC回路では電圧と電流は絶えず変動しているため、VAはワットと混同しないでください。リアクタンスを考慮すると、VAは実際には皮相電力です。

VAとワット数の関係は、検討中のデバイスによって異なります。最悪のシナリオでは:

W = 0.65 VA(概算)

言い換えれば、あなたが変圧器から引き出すことができる平均電力はそのVA値の2/3以上であるべきです。

トランスの仕様には、多くの場合、入力電圧、出力電圧、および部品の重量が含まれますが、これらはすべて一目瞭然です。カップリングトランスは、入力および出力インピーダンスも指定できます。

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