変圧比とは何か

変圧比とは何ですか？

変圧器の変換比は、変圧器の一次巻線と二次巻線の巻数間の比例関係を指し、これが変圧器の電圧変換能力を決定します。変換比は変圧器の最も基本的な特性の一つであり、変圧器が入力電圧を出力電圧にどのように変換するかを説明するために使用されます。

定義

変圧器の変換比は、一次巻線の巻数N1と二次巻線の巻数N2の比として定義されます：

変換比はまた、電圧の比、つまり一次電圧V1と二次電圧V2の比としても表現できます：

種類

昇圧変圧器：N1<N2の場合、変換比n<1となり、一次電圧は二次電圧より低い、つまりV1<V2となります。

降圧変圧器：N1>N2の場合、変換比n>1となり、一次電圧は二次電圧より高い、つまりV1>V2となります。

絶縁変圧器：N1=N2の場合、変換比n=1となり、一次電圧は二次電圧と等しくなります、つまりV1はV2と等しいです。

動作原理

変圧器の動作原理は電磁誘導の法則に基づいています。交流が一次巻線を通るとき、巻線周囲に交流磁界が生じます。この磁界が二次巻線を通過し、ファラデーの電磁誘導の法則により二次巻線に起電力（EMF）が誘導されます。誘導される起電力の大きさは巻線の巻数に比例するため、以下のようになります：

電流の関係

電圧の変化だけでなく、変圧器は電流も変化させます。電磁誘導の法則によれば、一次電流I1と二次電流I2の関係は以下の通りです：

それらの関係は以下の規則に従います：

これは、変圧器が昇圧変圧器である場合、二次電流が減少することを意味します。降圧変圧器である場合は、二次電流が増加します。

電力の関係

理想的には、変圧器の入力電力は出力電力と等しくなります（損失を無視した場合）：

応用例

変圧器の変換比には広範な応用例があり、以下に限られません：

•  電力送電： 電力送電プロセスでは、昇圧変圧器を使用して電圧を上げて送電線でのエネルギー損失を減らし、降圧変圧器を使用して最終ユーザーで高電圧電力を低電圧電力に変換し、家庭や産業用途に適した電圧にします。

• 電力配電：電力配電システムでは、変圧器を使用して高電圧グリッドの電圧を地域グリッドで使用に適した電圧に変換します。

• 工業用途：様々な工業設備では、変圧器を使用してグリッド電圧を特定の設備の運転に適した電圧に変換します。

• 実験室および研究：実験室では、変圧器を使用して実験の必要に応じた特定の電圧または電流を生成します。

設計と選択

変圧器の設計と選択には以下の要素を考慮する必要があります：

• 負荷要件：負荷の具体的な要件に応じて適切な変換比を選択し、出力電圧が負荷の要件を満たすようにします。

• 電圧レベル：電力システムの電圧レベルに応じて対応する変圧器を選択します。

• 容量：負荷の最大電力要件に応じて変圧器の容量を選択します。

• 効率：エネルギー損失を減らすために効率の良い変圧器を選択します。

• 信頼性：長期安定稼働を確保するために高品質の変圧器を選択します。