電圧調整

この章のいくつかの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

分散度は、巻線抵抗や一次巻線と二次巻線の相互インダクタンス(磁気結合)の程度など、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。

変圧器が負荷によって(理想的には)一定の電圧源として見られる電源変圧器のアプリケーションでは、負荷電流の大きな変動に対して二次電圧を可

電圧調整式

電源変圧器が負荷電流の範囲にわたって一定の二次電圧を維持する程度を変圧器の電圧調整と呼びます。 これは、次の式から計算することができます:

電圧レギュレーション式

“全負荷”とは何ですか?

“全負荷”とは、トランスが最大許容二次電流で動作している点を意味します。 この動作点は、主に巻線のサイズ(容量)と変圧器の冷却方法によって決定されます。

最初のSPICEトランスのシミュレーションを例にして、出力電圧を1k Ω負荷と200Ω負荷と比較しましょう(200Ω負荷が「全負荷」状態になると仮定します)。 私達の一定した第一次電圧が10.00ボルトACだったことリコールすれば:

freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E+00 9.962E-03 Output with 1k ohm load freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.348E+00 4.674E-02 Output with 200 ohm load 

負荷が重くなるにつれて出力電圧がどのように低下するかに注意してください(より多くの電流)。 次に、同じ変圧器回路を使用して、「無負荷」状態をシミュレートするために、二次巻線に非常に高い大きさの負荷抵抗を配置しましょう:(「変圧器」spiceリストを参”)

transformer v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 100 l2 3 5 100 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) .end 
freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 2.653E-04 freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.990E+00 1.110E-12 Output with (almost) no load 

したがって、出力(二次)電圧は、(事実上)無負荷で9.990ボルトの範囲におよび、「全負荷」と呼ぶことにした時点で9.348ボルトの範囲に及ぶことがわかります。”これらの数字で電圧調整を計算すると、我々は得る:

全負荷式の例

ちなみに、これは電源トランスのためのかなり悪い(または”緩い”)規制とみなされます。 このような単純な抵抗負荷に電力を供給すると、良好な電源トランスは3%未満の規制率を示すはずです。

誘導性負荷は電圧調整が悪い状態を作り出す傾向があるため、純粋に抵抗性負荷を使用したこの解析は”ベストケース”条件でした。

“貧弱な”規制を必要とするアプリケーション

しかし、実際には貧弱な規制が望まれるアプリケーションがあります。 そのような場合の1つは、放電照明であり、最初に高電圧を発生させるためにステップアップトランスが必要であり(ランプを「点火」するために必要)、

これは、アークパスを通って電流が確立された後、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、電圧調整が不十分な昇圧変圧器は、ランプへの電力の調整作業に適しています。

もう一つの適用は溶接プロセスのための低電圧、大電流力を供給する降圧変圧器に過ぎないACアークの溶接工のための現在の制御にあります。

アークを「打つ」(始動させる)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た後、アークはそれ自体を維持す したがって、高負荷電流下での二次電圧の低下は良いことです。

あるアークの溶接工の設計はオペレータによって巻上げアセンブリから回す変圧器の移動可能な鉄心によってアークの現在の調節を、提供します。

鉄スラグを巻線から離すと、巻線間の磁気結合の強度が低下し、無負荷二次電圧が低下し、電圧調整が悪くなります。

フェロ共鳴変圧器

フェロ共鳴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でした。

“フェロ共鳴”とは、磁気飽和点付近で動作している鉄心の挙動に関連する現象です(鉄心が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がほとんどまたはまったく増加しません)。

電磁気理論に深く入らないと説明するのはやや難しいですが、フェロ共鳴変圧器は、永続的なコア飽和の状態で動作するように設計された電源変

つまり、鉄心は交流サイクルの大部分にわたって磁束の磁力線を”いっぱい”しているため、電源電圧(一次巻線電流)の変動がコアの磁束密度にほとんど影響しないため、二次巻線は電源電圧(一次巻線)の変動が大きいにもかかわらずほぼ一定の電圧を出力することを意味する。

フェロ共鳴変圧器の共振回路

通常、変圧器のコア飽和は正弦波形状の歪みをもたらし、フェロ共鳴変圧器も例外ではありません。 この副作用に対処するために、フェロ共鳴変圧器は、1つ以上のコンデンサと並列に接続された補助二次巻線を有し、電源周波数に同調した共振回路を形成する。

この”タンク回路”は、コア飽和によって生成された高調波を除去するフィルタとして機能し、AC振動の形でエネルギーを蓄積するという追加の利点

フェロ共鳴トランスは、出力の電圧調整を提供します。

フェロ共鳴トランスは、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遮断することに加えて、二次巻線回路内の非線形(スイッチング)負荷およびソース電圧に存在す

Ferroresonant変圧器は交流電力の調節に有用な複数の特徴を提供します: 一定した出力電圧入力電圧の相当な変化、動力源と負荷間の調和的なろ過、および共鳴タンク回路でエネルギーの予備を保つことによって力の短い損失を”乗り切る”機能を与えられた。

これらの変圧器はまた余分なローディングおよび一時的な(瞬間的な)電圧サージの非常に耐久性がある。 実際、それらは非常に寛容であるため、非同期のAC電源と短時間並列に接続することができ、負荷を2次側の電源を中断することなく、「ブレーク前」の方法で1つの電源から別の電源に切り替えることができます。

フェロ共鳴変圧器の既知の欠点

残念ながら、これらのデバイスは同様に注目すべき欠点を持っています: それらは多くのエネルギーを(飽和させた中心のヒステリシスの損失のために)無駄にし、プロセスの重要な熱を発生させ、頻度変化の不寛容である、

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、高価なコンデンサを必要とし、サービス技術者に非常に危険な動作電圧 しかし、いくつかのアプリケーションでは、フェロ共鳴変圧器の利点をその欠点よりも優先することがあります。

半導体回路は、フェレゾナント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、純粋な単純さの点でこの変圧器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広い分散が与えられたときに、電源変圧器が一定の二次電圧をどれだけ維持できるかの尺度です。 パーセンテージが低いほど(ゼロに近いほど)、二次電圧がより安定し、それが提供するレギュレーションが良好になります。
  • フェロ共鳴変圧器は、入力電圧の変動が大きいにもかかわらず、安定したレベルで電圧を安定させるように設計された特殊な変圧器です。

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