変圧器の原理とその応用
変圧器は、一つの電気回路から別の回路へ電力を伝達するパッシブコンポーネントです。世界中の電力生成、送電、配電において不可欠な役割を果たしています。これらの重要なデバイスは、異なる電圧レベルを持つ回路間で電力を効率的に転送することを可能にし、現代の電力システムの信頼性と安定性を保証します。
電磁誘導の原理
変圧器の動作原理は、1831年にマイケル・ファラデーによって発見された電磁誘導の原理に基づいています。ファラデーの法則によると、閉回路の磁束の変化は、そのループ内に電動力（EMF）を誘導します。この誘導されたEMFは、直接の電気接触なしに回路間でエネルギーを転送することを可能にする電流を生成します。変圧器は、この原理を利用して、共有磁気コアの周りに巻かれた二つ以上のコイル、すなわち巻線を使用します。一次巻線は入力電圧に接続され、二次巻線は出力回路に接続されます。交流電流が一次巻線を流れると、変化する磁場が発生し、これが二次巻線にEMFを誘導します。
変圧器の計算 – 巻数比と1ボルトあたりの巻数
変圧器の計算には、必要な入出力電圧、電流、電力に基づいて仕様を決定することが含まれます。最も重要なパラメータには、巻数比、一次および二次巻線の巻数、および線径が含まれます。
巻数比: 巻数比は、一次巻線の巻数（Np）と二次巻線の巻数（Ns）の比率です。これは、変圧器の入力（一次）および出力（二次）電圧間の関係を決定します。巻数比は次のように表現できます:
巻数比 (N) = Np / Ns
変圧器の基本電圧方程式によると、一次電圧（Vp）と二次電圧（Vs）の比は巻数比に等しいです:
Vp / Vs = Np / Ns
1ボルトあたりの巻数: 1ボルトあたりの巻数は、出力の各ボルトに必要な巻線の数を表す変圧器設計で使用されるパラメータです。これは、コア材料、コアサイズ、および動作周波数に依存します。1ボルトあたりの巻数の値は、所望の電圧変換を達成するために、一次および二次巻線に必要な巻数を決定するのに役立ちます。
1ボルトあたりの巻数の計算式は以下の通りです:
Tpv = (4.44 * 104 * Ae * Bm * f) / Vp
ここで:
- Aeはコアの有効断面積（cm²またはm²）
- Bmはコア材料の最大磁束密度（T, テスラ）
- fは動作周波数（Hz）
- Vpは一次電圧（V）
一次および二次巻線の巻数を決定するために、1ボルトあたりの巻数の値が計算されたら、一次および二次巻線の巻数を次のように計算できます:
一次巻線の巻数 (Np) = Vp * Tpv
二次巻線の巻数 (Ns) = Vs * Tpv
要約すると、巻数比は一次と二次側間の電圧変換を理解するために不可欠であり、1ボルトあたりの巻数は巻線の適切な数を決定する上で重要なパラメータです。
