基本的な電子機器-トランス効率

トランスの一次側に電圧が誘導されると、一次側で発生した磁束が相互誘導により二次側に誘導され、二次側に電圧が発生します。この磁場の強さは、電流がゼロから$ \ mathbf \ {\ frac \ {d \ varphi} \ {dt}} $で与えられる最大値まで上昇すると増加します。

磁力線は二次巻線を通過します。二次巻線の巻き数によって、誘導される電圧が決まります。したがって、誘導される電圧の量は、

N \ frac \ {d \ varphi} \ {dt}

ここで、N =二次巻線の巻数

この誘導電圧の周波数は、一次電圧の周波数と同じです。磁気損失が大きい場合、出力電圧のピーク振幅が影響を受けます。

誘導EMF

誘導されたEMFとコイルのターン数との間にいくつかの関係を描いてみましょう。

ここで、一次コイルと二次コイルの両方がそれぞれ1ターンであると仮定します。 1ボルトが損失なしで1次側に1ターン印加されると（理想的な場合）、電流と発生する磁場が2次側に同じ1ボルトを誘導します。したがって、電圧は両側で同じです。

しかし、磁束は正弦的に変化するため、

\ phi \：\：= \：\：\ phi _ \ {max} \ sin \ omega t

誘導されたEMFとNターンのコイル巻線の基本的な関係は

EMF \：= \：turns \：\：\ times \：\：rate \：of \：change

E \：= \：N \ frac \ {d \ phi} \ {dt}

E \：= \：N \：\ times \：\ omega \：\ times \：\ phi _ \ {max} \：\ times \：\ cos（\ omega t）

E _ \ {max} \：= \：N \ omega \ phi _ \ {max}

E _ \ {rms} \：= \：\ frac \ {N \ omega} \ {\ sqrt \ {2}} \：\ times \：\ phi _ \ {max} \：= \：\ frac \ { 2 \ pi} \ {\ sqrt \ {2}} \：\ times \：f \：\ times \：N \：\ times \：\ phi _ \ {max}

E _ \ {rms} \：= \：4.44 \：f \：N \：\ phi _ \ {max}

どこで

f =ヘルツ単位の磁束周波数= $ \ frac \ {\ omega} \ {2 \ pi} $

N =コイルの巻き数

∅=ウェーバーの磁束密度

これは Transformer EMF Equation として知られています。

交流磁束は二次コイルに電流を生成し、この交流磁束は交流電圧によって生成されるため、交流電流のみが変圧器の動作に役立つと言えます。したがって、トランスはDCでは動作しません。

トランスフォーマーの損失

どのデバイスでも、実際のアプリケーションではほとんど損失がありません。トランスで発生する主な損失は、銅損、コア損失、磁束漏れです。

銅損

銅損は、変圧器の巻線を流れる電流によって生成される熱によるエネルギーの損失です。これらは、「* I ^ 2 ^ R損失*」または「Iの2乗R損失」とも呼ばれます。1秒あたりのエネルギー損失は、巻線を流れる電流の2乗とともに増加し、巻線の電気抵抗に比例するためです。

これは、式で次のように記述できます。

I _ \ {P} R _ \ {P} \：+ \：I _ \ {S} R _ \ {S}

どこで

I〜P〜 =一次電流
R〜P〜 =一次抵抗
I〜S〜 =二次電流
R〜S〜 =二次抵抗

コアロス

コア損失は、*鉄損*とも呼ばれます。これらの損失は、使用されるコア材料に依存します。それらは2つのタイプ、すなわち*ヒステリシス*と*渦電流損失*です。

ヒステリシス損失-磁束の形で誘導されたACは、誘導されたAC電圧に応じて変動（上昇や下降など）し、方向を反転させ続けます。これらのランダムな変動により、一部のエネルギーがコアで失われます。このような損失は*ヒステリシス損失*と呼ばれます。
渦電流損失-このプロセス全体が進行している間、継続的に循環するいくつかの電流がコアに誘導されます。これらの電流は、「渦電流損失」と呼ばれる損失を発生させます。実際、変化する磁場は、二次巻線にのみ電流を誘導することになっています。しかし、それは近くの導電性材料にも電圧を誘導し、このエネルギーの損失をもたらします。
磁束漏れ-磁束結合は必要な電圧を生成するのに十分強力ですが、実際のアプリケーションでは漏れる磁束があり、エネルギー損失につながります。これは低いですが、この損失は、高エネルギー用途に関しては数え切れません。

トランスの力

損失のない理想的な変圧器を検討すると、電圧 V に電流 I を掛けた積が一定になるため、変圧器の電力は一定になります。

トランスがそれを処理するため、1次側の電力は2次側の電力と等しいと言えます。トランスが電圧を上げると電流が減少し、電圧が下がると電流が増加して出力電力を一定に保ちます。

したがって、一次電力は二次電力に等しくなります。

P _ \ {Primary} \：= \：P _ \ {Secondary}

V _ \ {P} I _ \ {P} \ cos \ phi _ \ {P} \：= \：V _ \ {S} I _ \ {S} \ cos \ phi _ \ {S}

ここで、∅〜P〜 = 1次位相角および*∅〜S〜* = 2次位相角。

トランスの効率

トランスの電力損失の量または強度によって、トランスの効率が決まります。効率は、トランスの一次と二次の間の電力損失の観点から理解できます。

したがって、二次巻線の電力出力と一次巻線の電力入力の比は、*トランスの効率*として表されます。これは次のように書くことができます

Efficiency \：= \：\ frac \ {Power \：output} \ {Power \：input} \：\ times \：100 \％

通常、効率は*η*で示されます。上記の式は、損失がなく、入力の全エネルギーが出力に伝達される理想的なトランスに有効です。

したがって、損失を考慮し、実際の条件で効率を計算する場合、以下の式を考慮する必要があります。

Efficiency \：= \：\ frac \ {Power \：output} \ {Power \：output \：+ \：Copper \：losses \：+ \：Core \：losses} \：\ times \：100 \ ％

それ以外の場合は、次のように書くこともできます

Efficiency \：= \：\ frac \ {Power \：input \：-\：Losses} \ {Power \：input} \：\ times \：100

1 \：-\：\ frac \ {Losses} \ {Input \：Power} \：\ times \：100

入力、出力、および損失はすべて電力、つまりワットで表されることに注意してください。

例

入力電力が12KWで、定格電流が0.425ohmsの電流が62.5アンペアの変圧器を考えてみましょう。トランスの効率を計算します。

ソリューション-

与えられたデータ

入力電力= 12KW
定格電流= 62.5アンペア
等価抵抗= 0.425オーム

損失の計算-

定格電流での銅損はI ^ 2 ^ R =（62.5）^ 2 ^（0.425）= 1660Wです

我々は持っています

Efficiency \：= \：\ frac \ {Power \：input \：-\：Losses} \ {Power \：input} \：\ times \：100

したがって、

\ eta \：= \：\ frac \ {12000 \：-\：1660} \ {12000} \：\ times \：100

\ eta \：= \：\ frac \ {10340} \ {12000} \：\ times \：100

\ eta \：= \：0.861 \：\ times \：100 \：= \：86 \％

したがって、トランスの効率は86％です。

Basic-electronics-transformer-efficiency

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