変圧器コアのガイド: 種類、構造、および目的

トランスコア 変圧器の磁気バックボーンです。これらは磁束の低磁気抵抗経路を提供し、一次巻線と二次巻線の間で効率的なエネルギー伝達を可能にします。コアが適切に設計されていないと、変圧器は過剰なエネルギー損失、過熱、および電圧調整の低下に悩まされることになります。

コアの主な役割は、磁束を集中させて誘導し、電磁誘導を効率よく発生させることです。コアの設計は、トランスの効率、ノイズレベル、サイズ、コスト、長期信頼性に直接影響します。油入変圧器と乾式変圧器の両方において、コアの品質は全体的な性能に重要な役割を果たします。

変圧器コアの基本動作原理

交流が一次巻線を流れると、変圧器のコア内に変化する磁界が生成されます。この磁界は、ファラデーの電磁誘導の法則に従って二次巻線に電圧を誘導します。コアは、一次巻線で生成される磁束の大部分が二次巻線に結合されることを保証します。

適切に設計されたコアは、磁気漏れを最小限に抑え、ヒステリシス損失や渦電流損失を含むコア損失を低減します。これらの損失は電気エネルギーを熱に変換するため、損失を減らすと効率が向上し、変圧器の寿命が延びます。

変圧器コアに使用される一般的な材料

変圧器のコアは通常、高い透磁率と低いコア損失を実現する強磁性材料で作られています。最も一般的な材料には、用途と周波数範囲に応じて、ケイ素鋼、アモルファス金属、フェライトなどがあります。

• 電源トランス用方向性珪素鋼
• 回転機および一部の変圧器用非方向性珪素鋼
• 超低損失変圧器用アモルファス合金
• 高周波・電子トランス用フェライトコア

方向性ケイ素鋼は、望ましい圧延方向に優れた磁気特性を提供し、ヒステリシス損失を低減するため、電力および乾式変圧器で特に人気があります。

鉄損とその効率への影響

コア損失は、負荷に関係なく、通電されるたびに変圧器のコアで発生するエネルギー損失です。これらの損失は無負荷損失と呼ばれることが多く、エネルギー効率規制の重要な要素となります。

ヒステリシス損失

ヒステリシス損失は、コア材料内の磁区が AC サイクルごとに再調整されるときに発生します。方向性ケイ素鋼やアモルファス金属などのヒステリシス ループが狭い材料は、この損失を最小限に抑えるのに役立ちます。

渦電流損失

渦電流は、コア材料内に誘導される循環電流です。これらの電流は熱を発生させ、エネルギーを無駄にします。渦電流損を低減するために、トランスコアは互いに絶縁された薄い積層シートを使用して構築されています。

変圧器コア設計の種類

変圧器コアはいくつかの標準構成で製造されており、それぞれが用途、定格電力、スペースの制約に応じて特定の機械的および電気的利点を提供します。

コア型変圧器

コア型変圧器では、巻線がコアの大部分を囲んでいます。磁気回路は2本の垂直な脚と上下のヨークで構成されています。この設計は、配電および電力変圧器で広く使用されています。

砲弾型変圧器

シェル型変圧器は巻線がコアで囲まれているため、機械的保護が向上し、漏れ磁束が低くなります。この設計は、より高い短絡強度が必要なアプリケーションでよく使用されます。

トロイダルコア

トロイダルコアはリング状で、非常に低い漏れ磁束で優れた磁気結合を実現します。コンパクトで効率的ですが、巻くのが難しく、コストがかかります。

変圧器コアの工法

変圧器のコアの構造には、磁性鋼の薄い積層体を積み重ねたり巻いたりすることが含まれます。これらの積層体は渦電流を低減するために絶縁され、閉磁気回路を形成するように組み立てられます。

エアギャップを削減し、磁化電流を最小限に抑えるために、精密な切断、ステップラップジョイント、および最適化された積層パターンが一般的に使用されます。高品質の構造により効率が直接向上し、可聴ノイズが低減されます。

乾式変圧器コアの設計上の考慮事項

乾式変圧器コアは、液体絶縁なしで動作するように特別に設計されています。冷却は空気または強制換気によって行われるため、損失と発熱を減らすためにコアを最適化する必要があります。

乾式コアは、より低い無負荷損失を達成するために、多くの場合、高級方向性ケイ素鋼またはアモルファス合金を使用します。振動やハム音を低減するには、機械的剛性も重要です。

乾式変圧器コア材質の比較

騒音・振動・コア設計

トランスコアのノイズは主に、磁場の変化に伴うコア材料のわずかな伸縮である磁歪によって発生します。この振動により、ハム音が聞こえる場合があります。

乾式変圧器のコアは、振動を低減するために慎重にクランプして接着されることがよくあります。高度なコアジョイント設計と高品質鋼は、商業施設や住宅施設の騒音レベルを最小限に抑えるのにも役立ちます。

エネルギー効率基準とコアの選択

多くの国では変圧器に対する厳しいエネルギー効率基準を施行しており、これはコア材料や設計の選択に直接影響します。コア損失の低減は、運用コストの削減と環境への影響の低減につながります。

連続稼働するビル、データセンター、産業施設などで使用される乾式変圧器では、高効率の変圧器コアの選択が特に重要です。

乾式変圧器コアの用途

乾式変圧器コアは、安全性、清潔さ、耐火性が重要な用途で広く使用されています。これらには、商業ビル、病院、学校、地下施設が含まれます。

これらのコアは、油入変圧器が適さない環境でも確実に動作するように設計されているため、屋内や敏感な場所では乾式変圧器が推奨されます。

変圧器コアのメンテナンスと長期性能

変圧器コアは通常、最小限のメンテナンスしか必要としませんが、適切な設置と環境制御が不可欠です。過度の塵、湿気、または振動は、時間の経過とともにコアのパフォーマンスを低下させる可能性があります。

定期的な検査、熱モニタリング、およびノイズチェックは、コア関連の問題の初期兆候を特定するのに役立ち、長い耐用年数と信頼性の高い変圧器の動作を保証します。

適切なトランスコアの選び方

適切なトランスコアを選択するには、効率、コスト、サイズ、アプリケーション要件のバランスを考慮する必要があります。乾式変圧器の場合、低損失材料と堅牢な機械設計が特に重要です。

コアの種類、材料、および製造方法を理解することで、エンジニアとバイヤーは、最適な性能、エネルギー消費の削減、長期的な信頼性を実現する変圧器コアを選択できます。