電源トランスの動作原理とシミュレーション例

変圧器とは何ですか?

現在のハードウェア製品の設計において、電源設計は避けられない問題です。前回の記事では、いくつかの種類の DCDC コンバータについて説明しました。今日は、別の低損失昇降圧スキームであるトランスについて検討します。

変圧器は、交流電圧を変更するために使用される回路の電磁部品です。電力を基本的に変えずに、電磁変換によってある交流電圧を別の交流電圧に変換できます。

変圧器の応用

電力システムでは、電圧を増減させるために変圧器が広く使用されています。電気絶縁に使用できるため、システムの安全性が大幅に向上し、感電のリスクが軽減されます。トランスの使用により接地システムの分離も実現され、コモンモードノイズを効果的に抑制できます。敏感な回路を保護するために DC 絶縁を提供。絶縁しながら電圧変換とインピーダンス整合を同時に実現。障害の伝播範囲を制限し、システムの信頼性を向上させます。電磁適合性が向上し、EMC 要件を満たすのに役立ちます。複数の巻線アプリケーションをサポートし、複雑なシステム要件に適応します。信号結合、位相調整、高調波抑制などの特殊な用途にも使用できます。これらの利点により、変圧器は電力、産業、医療、通信などの分野で不可欠な主要コンポーネントとなり、最新の電気システムの安全性、効率、信頼性を確実に保証し、最新の電力システムの開発を大幅に促進します。

変圧器の動作原理

変圧器の動作原理は電磁誘導の法則に基づいています。その電磁構造は、同じ鉄心に巻かれた 2 つ以上のコイルで構成されています。実際の構造では、巻線間、巻線と鉄心の間、およびケーシングと冷却システムの間に絶縁材が使用されます。

交流電流が一次コイルを通過すると、鉄心に交流磁場が発生します。この交流磁界により、二次コイルに電圧が誘導されます。一次コイルと二次コイルの巻数比を調整することで、異なる出力電圧を得ることができます。通常、変圧器には複数の回路があり、たとえば、単相変圧器には 2 回路があり、三相変圧器には 6 回路があります。

変圧器によって鉄心と巻線の材質は大きく異なります。 Julin Technology の PowerExpert は、シンプルで柔軟なカスタム トランスの構築をサポートします。カスタム変圧器は、巻線、コアまたは非線形コア、および巻線バインディング (K_Magnatic) デバイスを使用して構築できます。理想磁心は透磁率、断面積、長さの設定をサポートし、非線形磁心は形状パラメータ、磁壁曲げ定数、ヒステリシス損失係数、飽和磁化強度などの係数の設定をサポートします。磁気コアと巻線は、巻線拘束装置を介して同じ変圧器に属するように設定されます。

次の図に示すように、PowerExpert ソフトウェアを使用して、巻線が 5 巻きと 10 巻きになる単純なカスタム変圧器を構築します。

過渡シミュレーションを実行すると、得られたシミュレーション結果が次の図に示されています。