オートトランスのしくみ–作り方

単巻変圧器は、単一の連続した非絶縁巻線のみで構成され、巻線のさまざまなポイントにタップ端子が付いた電気変圧器です。主電源ACに対応するタップ間の巻線セクションは主電源AC電源で適用され、残りのタップは巻線比に応じて目的の出力電圧を取得するために使用されます。

これらの出力電圧は、関連するタップポイント間の巻線巻数比に応じて、入力電源よりも高いレベルから入力メインACよりも低いレベルまで変動する可能性があります。

「自動」という言葉は、ギリシャ語の「自己」から発想を得たもので、自動メカニズムを一切使用せずに、変圧器全体にわたる孤立した巻線コイルの機能に関連しています。

単巻変圧器では、単一の連続巻線のタップ部分が変圧器の一次巻線と二次巻線の両方として機能します。

オートトランスと降圧トランスの違い

通常、標準的な降圧トランスには、電気的に絶縁されているが、以下に示すように互いに磁気的に結合された、一次巻線と二次巻線の形の2つの完全に別個の巻線コイルがあります。

ここで、一次側と二次側の巻線の比率によって、磁気誘導による2つの巻線間の電圧と電流の伝達量が決まります。

つまり、一次側の巻数が二次側の10倍であるとすると、一次側に220 V ACが供給されると、二次側の両端に220 V / 10 = 22Vに等しい10倍の降圧電圧が発生します。

同様に、22 V ACが2次側に印加されると、1次側でステップアップされた220Vが生成されます。

これとは対照的に、オートトランスには、以下に示すように、さまざまな電圧タッピングに分割された単一の連続巻線があり、巻線全体のさまざまな電圧レベルを決定します。

これらのタッピングはすべて電気的に絶縁されていませんが、標準の変圧器と同じように磁気的に通電できるため、タッピング間の巻線の比率に応じて、セクション間で比例した量の電圧と電流を共有できます。

オートトランスの作り方

単巻変圧器は、二次側を除いて、通常の降圧変圧器で行われるのと同じ計算を使用して構築できます。

実際、単巻変圧器の作成は、標準の変圧器よりもはるかに簡単です。これは、ここで2次側巻線を排除し、単一の一次300Vまたは400V連続巻線を使用できるためです。

したがって、基本的には、次の記事で説明するすべての手順に従い、2次側の計算をスキップして、1次側の220V側の計算のみを実装します。

巻線の詳細

一次ボルトには400Vを使用し、電流には1アンペアを使用します。巻かれた後、巻線のさまざまな間隔にタップを取り付けて、必要なステップアップまたはステップダウン電圧を取得できます。

オートトランスの長所と短所

単巻変圧器の巻線には、通常、出力として電気的に終端された最低3つのタップがあります。

単巻線が一次および二次の両方として機能するという事実により、単巻変圧器は、一般的な二重巻線の従来の降圧変圧器よりも小型、軽量、および手頃な価格であるという優れた利点があります。

ただし、オートトラムフォーマの欠点は、巻線出力がAC主電源から電気的に絶縁されておらず、スイッチオン状態で触れると致命的な感電を引き起こす可能性があるという事実から生じます。

単巻変圧器の他の利点の中には、漏れリアクタンスの低減、損失の低減、励起電流の低減、および既存の寸法とバルクに対するVA定格の向上があります。

応用

オートトランスアプリケーションの良い例は、旅行者が120ボルトの電源に230 Vの電化製品を接続できるようにする、観光客の電圧コンバーターです。

複数の出力タップを備えた単巻変圧器を利用して、拡張配電回路の端の電圧を適合させて、余剰の電圧降下に対抗することができます。同じ状況は、電子交換回路を介して自動的に制御することができます。

これは通常、AVRまたは自動電圧レギュレータを介して実装されます。自動電圧レギュレータは、リレーまたはトライアックを介してオートトランスのさまざまなタップを自動的に切り替え、線間電圧の変化に応じて出力を補正します。

使い方

上で説明したように、単巻変圧器には、2つの端端子を持つ1つの巻線のみが含まれます。

タップポイント間でステップアップ/ダウン電圧を取得するためのタップポイントとして、間に1つまたは複数の端子が存在する場合があります。オートトランスでは、コイルの一次（入力）セクションと二次（出力）セクションに共通のターンがあることがわかります。

これは、2つのプライマリとセカンダリによって共有される巻線の部分であり、通常、「共通セクション」として知られています。

一方、この「共通セクション」から離れて伸びる巻線の部分、または一次と二次が共有されていないセクションは、通常、「シリーズセクション」として知られています。

一次（入力）電源電圧は、定格または仕様が入力電源範囲に対応する2つの適切な端子間に接続されます。

二次（出力）電圧は、端子またはタップのペアから取得されます。これらのうちの1つの特定の端子は、通常、入力電圧端子と出力電圧端子の両方に共通です。

単巻変圧器では、単一の巻線全体がその仕様で均一であるため、 ターンあたりのボルト また、すべてのタップポイントで同じです。これは、各タップセクションに誘導される電圧がその巻数に比例することを意味します。

巻線とコア間の磁気誘導により、電圧と電流は、巻数に応じて、巻線全体に比例して加算または減算されます。

たとえば、低いタップポイントは、共通のアース線に対して電圧が低下し、電流が増加しますが、タップポイントが高いと、共通のアース線に対して電圧が高くなり、電流が低くなります。

直列セクション内の最上部のタップには、入力電源電圧よりも高い電圧が表示されます。

ただし、入力と出力の電力伝達は同じになります。つまり、電圧と電流の積またはV x Iは、入力セクションと出力セクションで常に等しくなります。

電圧とターンを計算する方法

パラメータの電圧、電流、および巻数は本質的に比例しているため、アンペア、電圧、および巻数を計算する式は、以下に示す単純な普遍的な式によって決まります。

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

次の例を見てみましょう。オートトラムフォーマーの計算中に残りのパラメーターを決定するには、少なくとも2つのパラメーターを用意することが不可欠です。

ここでは、単巻変圧器の一次側または入力側の巻数と電圧がありますが、出力側または負荷側のパラメータはわかりません。

ここで、出力側のN7タップで220Vの入力ACを介して300VACを生成するとします。したがって、次の簡単な方法で計算できます。

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681ターン。

これは、N7巻線が681ターンの場合、220 V ACの入力が適用されると、必要な300Vを生成することを意味します。

同様に、巻線N2にたとえば24 Vの電圧を生成させたい場合、タッピングのこのセクションの巻数は、同じ式を使用して計算できます。

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55ターン

現在の定格を計算する方法

単巻変圧器の出力側の定格電流を計算するには、同様に220V側の巻線の定格電流を知る必要があります。これが2アンペアであるとすると、N7巻線の両端の電流は、次の基本的な電力式を使用して計算できます。

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

I7 = 220 x 2/300 = 440/300 = 1.46アンペア。

これは、自動変圧器または任意のタイプの変圧器では、出力ワット数が理想的には入力ワット数とほぼ等しいことを示しています。

通常のトランスフォーマーをオートトランスフォーマーに変換する方法

この記事の前の段落で説明したように、通常のトランスには、電気的に絶縁された2つの別個の巻線が組み込まれており、それぞれの一次側と二次側を形成します。

2つの巻線側は電気的に絶縁されているため、単巻変圧器とは異なり、これらの変圧器からカスタマイズされた昇圧および降圧AC主電源電圧を生成することは不可能になります。

ただし、ユニットを少し変更するだけで、通常の変圧器をかなりの程度まで単巻変圧器に変換することができます。このためには、次の図に示すように、一次側のワイヤをs形式で二次側のワイヤと相互接続する必要があります。

ここでは、通常の25-0-25 V / 220 V降圧トランスが、関連する2次/ 1次ワイヤーを結合するだけで、便利な小さなオートトランスに変換されていることがわかります。

示されている方法でワイヤが結合されると、変更されたオートトランスにより、ユーザーは、関連する出力ワイヤから、ステップアップされたメイン220 + 25 = 245 AC V、またはステップダウンされたメイン220-25 = 195 ACV出力を取得できます。