トロイダルトランス vs EI トランス: どちらの設計を選択する必要がありますか?

コア構造: トロイダル設計と EI 設計の違い

コアの物理的形状が、これら 2 つのトランス ファミリ間のすべての違いを決定づけます。 EI 変圧器は、E 型および I 型のシリコン鋼積層板を長方形のフレームに積み重ね、中央のリムに銅巻線を巻き付けます。代わりにトロイダルトランスは、方向性鋼の連続ストリップを閉じたリングに巻き付け、そのリングの全周に銅を均等に巻き付けます。

トロイダルコアにはエアギャップがないため、磁束は漏れが大幅に少なく連続ループで流れます。この単一の構造的事実によって、この記事の残りの部分で説明する効率、騒音、サイズの利点のほとんどが説明されます。

効率とエネルギー損失の比較

UPS システム、オーディオ アンプ、医療機器など、継続的に稼働する機器では通常、効率が決定要因となります。トロイダル コアの磁路は短く途切れないため、コア損失と無負荷損失はどちらも同じ電力定格の EI トランスよりも低くなります。

効率の差は紙の上では小さいように見えますが、24 時間稼働する機器では、製品の耐用年数全体にわたる電気代と発熱の目に見える削減につながります。

騒音、振動、電磁妨害

交流磁界下での鋼板の微小な伸縮である磁歪が、変圧器のハム音の主な原因です。 EI コアは、より多くの積層接合部と長方形の形状を備えているため、この振動が増幅されますが、トロイダル コアの閉じたリングは振動を大幅に減衰します。

• EI トランスの負荷時の可聴ノイズは、電力と取り付けに応じて通常 35 ～ 50 dB の範囲に収まります。
• トロイダルトランスの可聴ノイズは通常 25 dB 未満で、Hi-Fi アプリケーションや医療アプリケーションでは「ほぼ静か」と表現されることがよくあります。
• また、トロイダル リングの形状により、外部磁界の放射が少なくなり、近くの敏感な回路への電磁干渉が軽減されます。
• EI トランスはシールドを追加することで厳格な EMI 規格を満たすことができますが、これによりコストと重量が増加し、トロイダル設計ではデフォルトで回避できます。

これが、オーディオ機器、精密検査機器、医療機器がトロイダル絶縁トランスを好む理由であり、一方、一般的な産業用制御パネルは標準の EI または BK トランスのノイズ レベルで完全に快適です。

サイズ、重量、設置スペース

同じ電力定格の場合、トロイダルトランスは通常、同等の EI トランスより 30 ～ 50% 軽く、占有体積は約 40% ～ 50% 小さくなります。また、薄型のフラット ディスク形状により、薄いエンクロージャに水平に取り付けることが容易になりますが、これは背の高い EI フレームには必ずしも適合しません。

コストと製造上のトレードオフ

材料費と人件費が EI 変圧器の利点です。 E および I のラミネートは自動プレスで一括してプレスされ、ボビンの巻き取りは手動介入を最小限に抑えながら高速機械で実行できます。トロイダル コアには、より遅いリング巻線装置とより慎重な取り扱いが必要であり、通常、同じ電力定格でのユニットコストが 20 ～ 35 パーセント増加します。

• EI トランスは、基本的な制御トランスや一般的な電源などの価格重視の大量生産製品に、より安価に拡張できます。
• トロイダルトランスはユニットあたりのコストが高くなりますが、サイズが小さくなるとエンクロージャ、シールド、または冷却の要件が軽減されるため、システム全体のコストを削減できます。
• 非常に大電流または非常に高出力の設計の場合、EI およびその他の積層コア構造は、依然としてトロイダル巻線よりもスケールアップが容易で安価です。

各変圧器タイプの代表的な用途

トロイダルトランスとEIトランスの選び方

これら 4 つの質問を順番に解決すると、通常、適切なコア タイプが明らかになります。

• 騒音や振動はエンドユーザーにとって懸念事項ですか? 「はい」の場合は、トロイダルトランスを選択してください。
• 薄型筐体や壁掛けなど、設置スペースが限られていませんか?トロイダル設計により体積と重量が節約されます。
• プロジェクトはコストに非常に敏感ですか? それとも非常に大量に生産されますか?通常、EI または角型変圧器の工場ラインが価格で有利になります。
• アプリケーションには非常に高い電流、大量の突入電流、または非常に高い電力定格が含まれますか? EI および関連する積層コア設計は、通常、安全に拡張するのが簡単です。

トロイダルおよび BK 制御変圧器ラインも製造している EI 変圧器工場を含む多くのメーカーは、同じ施設から両方のテクノロジーを供給できるため、1 つの設計でプロトタイプを作成し、後で要件が変わった場合に切り替えることが容易になります。

よくある質問

トロイダルトランスは常に EI トランスより効率的ですか?
クローズドコアにより磁束漏れが低減されるため、ほとんどの低および中出力範囲では可能です。非常に高い電力または非常に高い電流では、積層型 EI スタイルのコアはギャップを埋めることができ、多くの場合冷却が容易になります。

トロイダルトランスはEIトランスを直接置き換えることができますか?
多くの場合、同じ電圧と VA 定格であれば可能ですが、既存の設計で一方を他方に置き換える前に、取り付け方法、突入電流の動作、および価格を確認する必要があります。

制御盤に使用する低周波トランスはどのタイプが良いですか？
ここでは、コストが低く、保守が簡単で、スイッチング過渡現象に対する耐性が強いため、EI または BK 制御トランスが通常好まれます。

トロイダルトランスには特別な取り付け金具が必要ですか?
はい、通常、リングコアを固定し、エンクロージャへの振動伝達をさらに低減するために、ゴム絶縁ワッシャー付きのセンターボルトを使用します。