変圧器の巻数比を計算する方法: 式、例、およびテストのヒント

サプライヤーから変圧器のバッチを受け取ったところですが、銘板には一次側 230 V、二次側 12V と記載されています。製品に配線する前に、巻数比という数値を知っておく必要があります。この 1 つの値によって、巻線数が設計と一致しているかどうか、ユニットが予想される出力電圧を生成するかどうか、完全なテストシーケンスを実行する時間の価値があるかどうかがわかります。

先に述べた簡単な答えは、トランスの巻数比は次のとおりです。 a = N _p /N _s 、一次巻線の巻数を二次巻線の巻数で割った値であり、無負荷では、これもほぼ等しくなります。 V _p /V _s 。その関係から、二次電圧、負荷電流、反射インピーダンス、および標準的な巻数比テストの結果を予測できます。

変圧器の巻数比が意味するもの

変圧器は、共有の磁気コアを介して 2 つの巻線間で電気エネルギーを伝達します。一次巻線は磁束を確立し、二次巻線には電圧が誘導されます。 2 つの巻線の巻数の比率によって、入力と出力の間の電圧の変化量が決まります。

従来の 2 巻線変圧器では次のようになります。

N _p = 一次巻線の巻き数
N _s = 二次巻線の巻き数
a = N _p /N _s = 巻数比

もし a が 1 より大きい場合、変圧器は電圧を降圧します。もし a が 1 未満の場合、電圧が増加します。これは単なる学術的な定義ではありません。これは、変圧器がベンチに到着したときにエンジニアが銘板と比較する最初のパラメータであり、メーカーが巻線設計中に固定する数値と同じです。

プライマリー: 1000 ターン (83.3%)

セカンダリ: 200 ターン (16.7%)

1000 ターンのプライマリと 200 ターンのセカンダリでは、比率は 5:1 になります。

回転比の公式とその使用方法

理想的な変圧器の標準的な巻数比の式は、次の 3 つの等価な形式を取ります。

a = N _p /N _s — 巻き数の定義
a ≈ V _p /V _s — 電圧定義、無負荷で測定
a = 私 _s /私 _p — 現在の関係。二次側が電流を供給しているときに適用されます。

理想的なトランスの場合、3 つすべてが同じ値を生成します。実際の変圧器は、巻線抵抗と漏れリアクタンスによって内部電圧降下が生じるため、わずかにずれます。そのため、端子電圧比は無負荷時にのみ正確になります。適切に構築されたユニットではその差はわずかですが、受け入れテストを実行したり、銘板と測定値を比較したりする場合には重要です。

巻数比を表す 3 つの等価な方法は、230 V / 46 V 変圧器について示されています。
定義	計算式	値の例
ターン	a = N _p /N _s	1000 / 200 = 5.00
電圧	a = V _p /V _s	230 / 46 = 5.00
現在	a = 私 _s /私 _p	10A / 2A = 5.00

電圧法は、工場または現場で巻線比を計算するための実際的な近道です。既知の低い AC 電圧を一方の巻線に印加し、もう一方の巻線の開放電圧を測定し、2 つの読み取り値を割ります。巻数を数えるために変圧器を巻き戻す必要はありません。巻数比もインピーダンス反射を制御します: 負荷インピーダンス Z _L 二次側では a² × Z として表示されます _L そのため、オーディオおよび信号トランスは、インピーダンス整合のために慎重に設定された比率に依存しています。

図 1 — 巻数比が上昇すると二次電圧は低下します (一次側 230 V)。

動作例: 230 V から 46 V への降圧トランス

変圧器の銘板に 1 次側 230 V、2 次側 46 V と書かれているとします。巻数比は次のとおりです。

a = 230 / 46 = 5

これは、プライマリがセカンダリの 5 倍のターン数を持つことを意味します。プライマリのターン数が 1000 の場合、セカンダリのターン数は 200 です。電流の関係は逆です。二次側が 10 A の負荷を供給する場合、一次側の電流は次のようになります。 I _p = 私 _s / a = 10 / 5 = 2A .

カスタム巻線を設計または指定する場合、より有用な計算は別の方向に実行されます。 1000 巻の 230 V の一次側から開始すると、各巻には約 0.23 V が流れます。110V の二次側を生成するには、およそ 110 / 0.23 ≈ 478 巻が必要です。下の棒グラフは、この一次側で一般的な目標電圧を達成するために必要な二次巻線を示しています。を指定すると、カスタムトランス、サプライヤーは設計レビュー中にこの計算を正確に実行し、最初のプロトタイプを巻く前に出力電圧を確認します。

図 2 — 一般的な出力電圧に必要な 2 次巻数 (230 V 1 次、1000 巻)。

三相変圧器の巻数比

三相変圧器では、巻数比は依然として相ごとの量です。 a = N _p /N _s = V _相、一次 /V _相、二次 。最も混乱を引き起こす間違いは、線間電圧値を直接使用することです。これは、線間電圧が 2 つの共通巻線接続のうちの 1 つでのみ相電圧と等しいためです。

各三相接続の巻数比の式にどの電圧を挿入するか。
接続	線間電圧と相電圧	比率式での使用
ワイ（スター）	V _ライン = √3 × V _位相	V _位相 (位相から中性点へ)
デルタ	V _ライン = V _位相	V _位相 (相間)

たとえば、10 kV の Y 接続の一次側と 400 V のデルタ接続された二次側を備えた変圧器の場合、一次側の相電圧は 10,000 / √3 ≈ 5,774 V、二次側では 400 V になります。巻数比は 5,774 / 400 ≈ 14.43 25 ではなく、線間電圧を直接比較した場合に得られる値です。

実際の回転比のテスト

工場および現場で受け入れられている方法は、専用の変圧器巻数比 (TTR) メーターを使用した巻数比テストです。このメーターは、高圧巻線に低い AC 電圧を印加し、低圧巻線の誘導電圧を測定し、比率を直接表示します。テストは、磁化電流が低く抑えられ、測定された電圧比が真の巻数比を反映するように、二次側が開回路になった状態で実行されます。

同じタップ位置での測定値と銘板比を比較します。電力変圧器および配電変圧器の場合、IEC 60076-1 や IEEE C57.12.90 などの業界標準は、通常、範囲内での偏差を許容します。 0.5% 指定された比率の。偏差が大きい場合は、巻線不良、タップの接続ミス、銘板の間違いなどが考えられます。この製造業者の文書に記載されている検査プロセスなど、文書化されたアウトバウンド品質管理を備えている製造業者ページについて、出荷前にすべてのユニットの巻数比を確認するため、受入検査リストに同じチェックを追加してください。

変圧器の電源を切り、回路から絶縁します。
極性マークに従って、TTR メーターを高電圧および低電圧のブッシングに接続します。
測定を開始する前にタップ位置を設定・確認してください。
各タップおよび三相ユニットの各相の比率を記録します。

もし no TTR meter is available, you can apply a safe low voltage, for example 24 V AC, to the primary and measure the secondary voltage with a multimeter, then divide. The result will be close, but the accuracy depends on your voltmeter class and the insulation condition of the unit.

巻数比を計算する際のよくある間違い

相電圧の代わりに線間電圧を使用します。 三相変圧器では、銘板線電圧を実際の巻線電圧に変換してから分圧します。
負荷をかけた状態での測定。 巻線抵抗と漏れリアクタンスにより、電圧比は負荷電流とともに変化します。二次側を開放した状態で測定します。
タップ位置は無視します。 タップチェンジャーはタップ付き巻線の実効巻数を変更するため、タップ 1 で測定された比率はタップ 5 の銘板の値と一致しません。
プライマリとセカンダリを逆にします。 比率の規則はアプリケーションに適合する必要があります。逆方向に接続された 5:1 降圧トランスは 1:5 昇圧ユニットとして機能します。
たった一度の読みを信頼する。 TTR 測定は、電圧が安定し、読み取り値が安定し、結果が銘板上の同じタップおよび位相と比較される場合にのみ信頼できます。

巻数比に関するよくある質問

巻数比は電圧比と同じですか?

無負荷時は、そうです。一次巻線と二次巻線の比は、一次誘起電圧と二次誘起電圧の比と等しくなります。負荷がかかると、内部インピーダンスが低下するため、端子電圧比がわずかに変化します。そのため、巻線比テストは常に二次側の開回路で実行されます。

巻線比は電流に影響しますか?

そう、反比例します。二次電流を巻数比で割ると一次電流が求められます: I _p = 私 _s /a.二次側に 10 A を供給する 5:1 トランスは、損失を無視すると、一次側ではわずか 2 A しか消費しません。

許容可能な巻数比の許容差はどれくらいですか?

ほとんどの電力および配電変圧器では、IEC 60076-1 および IEEE C57.12.90 では、測定された比率が定格タップでの銘板値の 0.5% 以内であることが要求されています。より小型のコントロールおよびオーディオトランスは、顧客の仕様に応じて同じ制限を使用することがよくあります。

インダクタンス測定から巻数比を計算できますか?

間接的にはそうです。一次側と二次側のインダクタンス比は、巻数比の 2 乗に等しくなります: L _p /L _s = a² なので、a = √(L _p /L _s ）。これは、電圧源が利用できない場合のクロスチェックとして機能しますが、インダクタンスはコアの透磁率とエアギャップに依存するため、精度は低くなります。

巻数比は、変圧器の銘板に記載されている最も有用な数値です。巻数、電圧、または電流から計算できれば、入荷したユニットを検証し、欠陥のある巻線を検出し、正しい仕様の交換品を注文し、自信を持ってカスタム変圧器を設計できます。式を単純にし、無負荷で測定し、三相機器の相電圧と線間電圧のどちらを扱っているかを常に明記してください。

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