変圧器のコア飽和とは何ですか?原因、影響、および設計のヒント

なぜそれが起こるのか: 電圧、周波数、DC バイアス、温度

最も一般的な原因は、コア面積と周波数に対して 1 ターンあたりの電圧が高すぎることです。ファラデーの法則はこれを結び付けます: B _最大 = V _実効値 / (4.44 × f × N × A _e )、f は周波数、N は巻数、A _e は有効コア断面積です。電圧を上げるか周波数を下げる、および B _最大 上昇します。 Bを越えると _s 、コアが飽和します。

電圧と周波数の極限

50 Hz で 230 V 定格の変圧器を 60 Hz で使用すると飽和に近くなりますか?実際には、同じ電圧でも周波数が高くなると磁束が小さくなるため、60 Hz の方が簡単です。危険はその逆です。10% の高い線間電圧で 50 Hz の変圧器を 50 Hz で動作させること、または 60 Hz の設計を 50 Hz で動作させることです。周波数が低いと磁束密度が 20% 増加しますが、これは限界設計を飽和状態に追い込むのに十分な場合があります。

DCバイアスと半波整流

巻線の DC 電流により、B-H ループ全体がシフトします。これは、半波整流回路、一部のオーディオ出力トランス、磁気アンプなどでよく見られます。 DC バイアスが小さい場合でも、コアが非対称に押される可能性があり、AC サイクルの半分が飽和する一方で、もう半分は飽和しません。その結果、電流が偏り、変圧器は特定の負荷条件下でのみブザー音を鳴らしたり過熱したりすることになります。

温度と材料応力

飽和磁束密度は温度が上昇すると低下します。 25°C で快適な 1.4 T ピークで動作するコアは、100°C で 1.6 T に達し、飽和し始める可能性があります。クランプ、切断、またはしっかりとした取り付けによる機械的ストレスも磁気特性を劣化させる可能性があります。これが、認定時に熱テストと現実的な取り付け条件が重要となる理由です。