IEC規格を備えた中国メーカーの高品質電源トランス

変圧器とは何ですか?

変圧器は、電磁誘導の原理を利用して交流の電圧を変える電気装置で、通常は次のようなものがあります。昇圧および降圧トランス。電圧のセットアップおよびセットダウンの過程で、変圧器は一次巻線と二次巻線の巻数比を変化させることによって周波数を変化させません。そのコアの動作メカニズムは、ACが一次巻線に流れるとコア内に変化する磁界が生成され、それが二次巻線に起電力を誘導し、それによって電圧と電流間の変換が可能になるというものです。つまり、電圧を上げると電流が減少し、電圧を下げると電流が増加し、理想的には合計電力が一定に保たれます。この特性により、長距離電力供給における伝送損失を大幅に削減できると同時に、使用時にさまざまなデバイスに安全に適合した電圧を提供することができます。一般的な用途は、変電所の巨大変圧器、電柱の配電変圧器、携帯電話充電器内の小型変圧器まで多岐にわたります。ただし、特に注意が必要なのは、変圧器は交流のみで動作し、直流を変換することはできません.

変圧器の動作原理は何ですか?

変圧器の動作原理は次のことに基づいています。電磁誘導の法則。 AC 電流が一次巻線を流れると、コア内に交流磁束が生成されます。この交流磁束は、一次巻線と二次巻線の両方を同時に結び、各巻線に起電力 (EMF) を誘導します。この電磁誘導を通じて、変圧器は 2 つの巻線間の磁気結合のみを使用して電気エネルギーを伝達し、電圧を変換します。直接の電気接続はありません。

電圧変換の関係は次のとおりです。

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

ここで、U1、U2 は一次電圧と二次電圧、N1、N2 は巻線の巻数、k は巻数比です。二次側の一次側よりも巻数が多い場合、変圧器はステップアップ電圧;ターン数が少なくなると、ステップダウン電圧。

構造と主要コンポーネント

変圧器は主に次のような能動部分で構成されています。コア、巻線、絶縁体、リード線、タンク、冷却システム、保護装置、ブッシング。コアとコイルとも呼ばれる巻線は、最も重要なコンポーネントです。

1.コア（磁気回路）

コアは磁路を提供し、コア脚（巻線が取り付けられる垂直部分）とヨーク（磁路を閉じる水平部分）で構成されます。渦電流損失とヒステリシス損失を低減するために、コアは通常、積層構造から構築されます。ケイ素鋼ラミネート、それぞれが絶縁ワニスまたは酸化層でコーティングされ、相互に絶縁されます。コア構成は主に次のとおりです。コアタイプ(巻線はコア脚を囲み、電源トランスでは一般的です)シェル型(コアが巻線を囲むため、漏れ磁束が少なく、機械的強度が高く、精密機器や小型デバイスでよく使用されます)。

2. 巻線（電気回路）

巻線は変圧器の電気回路であり、次のように分かれています。一次巻線と二次巻線。これらは、高強度の絶縁体を備えた銅またはアルミニウム線で作られています。巻線は通常、同心円状に配置されます (低電圧巻線はコア脚の隣に配置され、高電圧巻線は外側に巻かれます)。絶縁に関しては、最近の油入変圧器では主に絶縁が使用されています。油紙バリア複合断熱システムプレスボード、ケーブルペーパー、変圧器オイルで構成されます。プレスボードの厚さは通常 2 ～ 5 mm で、高電圧レベルでも信頼性の高い絶縁が可能です。

上記はコア電磁システムについて説明しましたが、次の補助システムも油入変圧器にとって非常に重要です。

タンク：鉄心、巻線を保持し、変圧器油を充填するために使用される外部容器。大容量変圧器には通常、熱放散を高めるために外部ラジエーターまたは冷却パイプが装備されています。

変圧器油:絶縁媒体（空気よりも優れた絶縁性能）と冷却媒体（変圧器のコアや巻線で発生した熱を油の対流によって油タンクの壁に伝える）の両方の役割を果たします。さまざまな流動点に応じて、変圧器油は次のようなさまざまなグレードに分けられます。10、25、45さまざまな気候条件に適応するため。

コンサベータ（オイルサージタンク）：メイン燃料タンクの上に設置され、パイプで接続された横型の燃料タンク。ダイヤフラムを通して空気から油を分離します。温度変化により膨張・収縮するオイルの特性を利用し、オイルを高温で貯蔵し、オイルを低温で供給することでオイルと空気の接触を減らし、吸湿や老化を防ぎます。

ブッシング:高電圧線と低電圧線を変圧器ケースの絶縁端子から引き出します。これらは電気絶縁と機械的サポートを提供します。

保護装置:オンロードまたはオフロードのタップ切換器、ブッチャー リレー (ガス リレー)、防爆排気ポート (安全排気ポート)、脱水呼吸マスク (シリコン呼吸マスク)、温度感知素子、および関連機器が含まれます。これらのデバイスは通常、リアルタイムの監視と包括的な保護を提供できます。

変圧器の種類

変圧器は以下のいくつかの側面で分類できます。

1. 用途に応じて

電源変圧器:電力変圧器は主に電力系統の電圧変換や送配電に使用され、全変圧器の80％以上を占めています。

配電変圧器:配電変圧器は通常、エンドユーザーに電力を直接供給する 35 kV 未満の変圧器 (主に 10 kV/0.4 kV) を指します。

特殊トランスフォーマー:耐電圧試験用の試験用変圧器、計器用変圧器（計器用変圧器、測定および保護用の変流器を含む）、電気分解、電気めっき、DC ドライブに使用される AC から DC への整流器変圧器、炉用変圧器、鉱山用変圧器などを含みます。

2. 冷却および断熱媒体に応じて

油入変圧器:油浸変圧器の鉄心と巻線は鉱物絶縁油に完全に浸漬されているため、放熱性、絶縁性に優れ、高効率で比較的安価です。油入変圧器は屋外変電所や工業団地で広く使用されていますが、火災や爆発の防止対策が必要です。

乾式変圧器：乾式変圧器の鉄心と巻線は油に浸されていません。空気絶縁材料またはエポキシ樹脂注型などの固体絶縁材料が使用されます。乾式変圧器は耐火性、漏液性に優れ、高層ビル、データセンター、ショッピングモール、病院など防火規制の厳しい屋内場所に適しています。

ガス絶縁変圧器:ガス絶縁変圧器は市場では比較的まれであり、通常、特殊な動作条件に適した冷却および絶縁媒体として SF6 などの合成ガスが使用されます。

3. 巻線数に応じて

二巻線トランス:2 巻線変圧器は電力システムでは非常に一般的であり、1 つの高（中）電圧巻線と 1 つの低電圧巻線（1 つの一次巻線と 1 つの二次巻線）を備えています。

三巻線変圧器:3 巻線変圧器には、相ごとに 3 つの巻線があり、異なる電圧レベル (高電圧側、中電圧側、低電圧側など) に接続されています。この変圧器は、複数の電圧レベルを必要とする変電所で一般的に使用されます。

4.コア/巻線構成による

コア型トランス：コア型変圧器の巻線は鉄心の足を囲んでいます（鉄心が巻線で囲まれています）。この製品は構造が簡単で低コストであり、電力システムに広く使用されています。

砲弾型変圧器：シェル型トランスのコアは巻線を囲んでいます（巻線がコアを囲んでいます）。漏れ磁束が少ない、機械的強度が高い、コンパクトであるなどの特徴を持ち、精密機器や小型機器に多く使用されています。

5.フェーズの数に応じて

単相負荷または三相グループおよび三相変圧器の形成に使用される単相変圧器。

6. 電圧調整方法による

オフ回路（オフロード）タップ チェンジャー（電源を切る必要があります）およびオンロード タップ チェンジャー（負荷時の自動電圧調整）。

7.電気接続タイプに応じて

絶縁（絶縁）トランス：絶縁トランスの一次巻線と二次巻線は、磁気結合のみを介して互いに電気的に絶縁されています。このタイプの変圧器は非常に安全性が高く、感電や電磁波障害を防ぐために医療機器や精密機器に多く使用されています。

単巻変圧器:一次側と二次側は巻線の一部を共有し、磁気結合と直接的な電気接続の両方を備えています。コンパクト、小型、低損失ですが、一次側と二次側の間は絶縁されていません。モーターの始動と電圧調整に使用されます (実験室用バリアックなど)。

電源トランスはどのように分類されますか?

定格容量 (Sn、kVA または MVA 単位):変圧器が定格電圧および定格電流で継続的に供給できる皮相電力。トランスを選択する際の最も重要なパラメータです。中国の容量グレードは R10 シリーズに従い、1.26 倍に増加しています (100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000 kVA など)。合理的な容量の選択では、最初に最大複合負荷を計算し、次に負荷率が約 60 ～ 70% になるように次に高い容量を選択し、長期にわたる安全な動作と経済性の両方を保証します。

定格電圧(kV):一次電圧は系統電圧と一致します。二次電圧は通常、ライン電圧降下を補償し、エンドユーザーの電圧品質を確保するために、ローサイドバス電圧よりも 5% または 10% 高くなります (インピーダンス電圧と容量に応じて)。

短絡インピーダンス (インピーダンス電圧、Uk%):二次側が短絡したときに二次側に定格電流を循環させるために必要な一次側電圧の割合。これは、短絡電流レベルと電圧レギュレーションに影響を与える重要な特性です。

無負荷損失 (Po、kW):定格周波数、定格電圧において、開放状態で変圧器の二次側から消費される有効電力は主に鉄損（磁気損失）で構成されており、鉄損（磁気損失）は製造品質や珪素鋼材の特性に依存します。高性能ケイ素鋼と三次元巻鉄心を使用すると、無負荷損失を大幅に低減できます。

負荷損失 (Pk、kW):二次側が短絡し、一次側に定格電流が流れたときに消費される有効電力。これは主に巻線の銅損で構成され、負荷率の 2 乗に比例します。

効率 (η):出力有効電力を入力有効電力で割った値。大型の電源トランスは非常に効率が高くなります。たとえば、380 MVA/500 kV の発電機昇圧変圧器は η ≥ 99.75% を達成できます。

ベクトル グループ (例: Dyn11、Yyn0):高圧巻線と低圧巻線の接続方法（Y -- スター、D -- デルタ、Z -- ジグザグ）とその位相のずれを示します。これは、システムの中性点接地方法と零相電流経路に影響します。

冷却方法:例：ONAN (Oil Natural Air Natural)、ONAF (Oil Natural Air Forced)、OFWF (Oil Forced Water Forced)。冷却媒体と循環方式を4文字コードで指定します（ON：油自然循環、OF：油強制循環、OD：油直接強制循環、AN：自然空気、AF：強制空気、WF：水強制）。

適切な変圧器を選択するにはどうすればよいですか?

適切な変圧器を選択するときは、定格容量と電圧レベルの決定以外に、次の要素も考慮する必要があります。

負荷特性:一般的な産業用および住宅用の負荷には、通常、標準の二重巻線電源変圧器を使用します。複数の電圧レベルが必要な場合は、3 巻線変圧器を選択し、各巻線の定格容量を合理的に割り当てる必要があります。データセンターや高層ビルなど、防火要件が厳しい場所では、乾式変圧器を優先する必要があります。

設置環境：通常、屋外の変電所には耐火隔壁を備えた油入変圧器が好まれますが、屋内の使用環境には乾式変圧器が好まれます。

容量制限:屋内変電所では、単一の油入変圧器の最大容量が 1250 kVA を超えてはなりません。プレハブ変電所では、油入変圧器の最大容量は 630 kVA を超えてはならず、乾式変圧器の最大容量は 800 kVA を超えてはなりません。

電圧調整要件:電圧変動が大きい環境や調整が頻繁に行われる環境では、負荷時タップ切換器を備えた変圧器が必要です。電圧が安定したアプリケーションの場合は、無負荷タップ切替機能付き変圧器を使用できます。

エネルギー効率と環境要件:省エネ政策により、高効率で省エネな変圧器製品が徐々に主流の選択肢になりつつあります。現在、三次元巻鉄心変圧器（従来の積層鉄心よりも無負荷損失が15％～25％低い）とアモルファス合金変圧器の市場シェアは年々増加しています。

特別な用途:電圧調整が必要な場合は、単巻変圧器を選択する必要があります。電気的安全性の要件がより高い場合には、絶縁変圧器を選択することがより適切です。