変流器は、大電流を測定可能な電流範囲に変換することを可能にします。 いくつかの保護システムに組み込まれているリレーは、変流器から供給される電流を使用してリレーを作動させることができるように実装されています。 また、通常の低レンジ電流計を使用して大規模な交流電流を測定することは困難であると考えられているため、変流器は測定と絶縁の目的で中間段として使用されます。
図1.さまざまな変流器。 TalemaGroupの画像提供。
磁気 コンポーネント一般に、何十年もの間、さまざまなパワーエレクトロニクスデバイスで使用されてきました。 これらは、さまざまな段階で複数の形式で電力の制御、転送、および調整に使用されます。
設計者は、パフォーマンスを向上させるために、常に新しい材料、トポロジ、およびプロセスを探しています。 歴史上、磁気の設計が科学というより芸術であると考えられていた時期がありました。 これは、設計が試行錯誤の手法、実験式、および経験則の考慮事項にほとんど依存していたためです。 さらに、設計プロセスを標準化して、信頼性と再現性を高めるためのいくつかの試みがありました。
変流器の動作原理と関連する主要な概念の詳細については、以下をお読みください。
変流器と回路の概要
変流器は、通常、測定またはフィードバック回路のために、高電力回路を流れる電流を測定するために使用されます。 変流器の使用は、電流経路と直列に電流シャントを使用して電流を測定するよりも好まれます。これは、電力回路と測定回路の間の絶縁、電力損失への寄与の低減、良好なコモンモード除去などの変流器の利点があるためです。 [1]。 一般に、トランスはAC結合をサポートします。 電圧 DC絶縁を伴う電流レベル変換[2]。
図2.大電流を測定するための変流器の使用。 [3]
変流器の実際の設計上の考慮事項は、必要な値の一次および二次巻線電流を効果的に伝導する能力によって決まります。 これは、適切な電力結合を実現する機能とともに、導体の正しい選択につながります。 理想的には、漏れや電流損失（ヒステリシスまたは渦）のない厳密な電圧調整と、全体的な励起電流の歪みが少ないことが望まれます。
これらすべての設計目標を完全に達成する必要がある場合、結果として得られる製品はかさばる可能性がありますが、これも意図されていません。 したがって、これらの考慮事項に基づいて可能な限り最良の設計を達成するという点で、打撃を与えることは非常に難しいバランスです。
動作原理
変流器は、一次側を流れる電流の大きさに比例した二次電流を生成する電流変換器のファミリーに属しています。
一次巻線は、大きな断面積を持つ4つまたは複数のターンで構成され、通常、電流の流れを検出する必要のある回路と直列に接続されるように設計されています[XNUMX]。
二次巻線は巻数が多く、断面積の小さいワイヤでできています。 二次巻線は、リレーの操作コイルまたは電流測定器に接続されています。
図3.変流器の表現[4]
特定のタイプの変流器の適用分野は、その精度、一次電流と二次電流の比率、使用する絶縁のタイプ、機械的構造、および外部動作条件によって決まります。
変流器の動作は、基本的に昇圧電圧変圧器として機能するため、従来の電力変圧器の動作と同様です。 通常、電流の値は高電圧側で低くなり、その逆も同様です。 したがって、一次側に通電すると、一次側のアンペアターンによってコアに磁場が発生します。
発生した磁束により起電力が二次側に誘導され、二次電流が駆動されます。 アンペアターンは一次側と二次側でバランスが取れており、一次側の電圧降下もはるかに少ないため、一次側電流は二次側電流に依存しません。
変流器の設計洞察
変流器の設計は、コスト、重量、巻線の巻数、およびその全体的な性能の妥協点です[1]。 コア領域を増やすとパフォーマンスは向上しますが、コストと全体のサイズに悪影響を及ぼします。 フェライトまたはスチールコアが採用されており、より多くの二次ターンが好ましい。 通常、優れた変流器の設計は、二次側の低電圧、高透磁率材料の使用、高コア面積、および大きな二次巻線に焦点を合わせています。
コア材料を選択する際の通常の考慮事項には、低コア損失、低リラクタンス値、および低磁束密度が含まれます。 紙、ワニス、テープ材料、およびそれらのバリエーションは、断熱目的で使用されます。
変流器は巻線型または棒型にすることができます。 巻線タイプの低電圧アプリケーションの場合、XNUMX次ターンはベークライトに巻かれ、続いてXNUMX次ターンが層間に適切な絶縁で巻かれます。 バータイプでは、XNUMX本のバーが一次巻線を形成し、コアの中心を通過します。
図4.変流器はバータイプまたは巻線タイプにすることができます。
主な参考資料：
- L. Umanand、SR Bhat、「磁気の設計 コンポーネント スイッチモード電力変換器用」、Wiley EasternLimited。
- Marian K. Kazimierczuk、「高周波磁気コンポーネント」、John Wiley and Sons、Ltd。
- Marcel Dekkar、「トランスおよびインダクタ設計ハンドブック」、2004年。
- 現在の変圧器