従来の変圧器は、安定した DC 電圧で直接動作することはできません。変圧器は、変化する磁界に依存して、ある巻線から別の巻線にエネルギーを伝達します。交流は自然に変化する磁場を作り出します。直流電流は一定の場合、そうではありません。
これが、DC に接続された標準の電源変圧器が通常の方法で電圧を上げたり下げたりしない理由です。その代わりに、短いスイッチングの瞬間の後、巻線はほぼ短絡のように動作する可能性があります。その結果、過熱、絶縁ストレス、ヒューズ切れ、巻線の損傷、または機器の故障が発生する可能性があります。
それでも、多くの購入者は 直流変圧器 ある DC 電圧を別の DC 電圧に変換する必要があるためです。ほとんどの場合、適切なデバイスは従来の変圧器だけではありません。高周波スイッチングを利用して電圧変換を可能にするDC-DCコンバータ、スイッチング電源、インバータベースのシステム、または電子コンバータです。
変圧器で電流を変える必要がある理由
変圧器には一次巻線、二次巻線、磁気コアがあります。 ACが一次巻線を流れると、電流は連続的に増加および減少します。これにより、コア内に変化する磁束が生成されます。この磁束の変化により、二次巻線に電圧が誘導されます。
変化がなければ、継続的な誘導はありません。
それが重要なポイントです。変圧器は、電圧が存在するだけでは電力を伝送しません。磁場が変化するので電力が伝達されます。標準の AC 電源では、この状態が自動的に作成されます。
DCはそうではありません。たとえば、バッテリーは一方向に安定した電圧を供給します。接続するとスイッチングの瞬間に電流が一瞬変化することがありますが、その後は磁界は安定します。
変圧器に直流を印加するとどうなりますか?
通常の変圧器巻線に定常 DC が印加されると、いくつかの問題が発生する可能性があります。
まず、変圧器のコアが飽和する可能性があります。コアの飽和とは、磁性材料が追加の磁化力に正常に反応できなくなることを意味します。
第 2 に、巻線の抵抗は通常低いため、巻線電流が非常に大きくなる可能性があります。 AC 動作では、誘導リアクタンスによって電流が制限されます。 DC の場合、そのリアクタンスは初期過渡現象の後は同じように動作しません。
第三に、熱がすぐに蓄積します。過剰な電流が流れると、巻線の絶縁が損傷したり、内部部品が変形したり、変圧器が焼損したりする可能性があります。
このため、通常の AC 変圧器を DC に直接接続することは安全ではなく、行うべきではありません。
DC変圧器が存在すると言われる理由
というフレーズ 直流変圧器 は商品検索でよく使われますが、通常は省略表現です。実際の工学用語では、製品は次のいずれかになります。
- DC-DCコンバータ
- スイッチング電源
- 絶縁型DCコンバータ
- 降圧コンバータ
- 昇圧コンバータ
- 昇降圧コンバータ
- インバータ・トランスシステム
- 高周波パワーモジュール
これらのデバイスは DC 電圧を変換できますが、それは電子的に行われます。まず、DC のオンとオフを急速に切り替えて、変化する波形を作成します。その変化する波形は、整流されて DC に戻される前に、高周波トランスまたはインダクターを通過します。
したがって、変圧器はまだデバイス内にある可能性がありますが、安定した DC から直接動作しているわけではありません。
DC-DC変換の仕組み
DC-DC コンバータは、ある DC 電圧レベルを別の DC 電圧レベルに変換します。たとえば、48V DC から 12V DC、24V DC から 5V DC、または 12V DC から 48V DC に変換できます。
通常、このプロセスには次のことが含まれます。
- DC入力を高周波でスイッチングする
- インダクタまたはトランスを介したエネルギーの蓄積と伝達
- 切り替わった波形を整流する
- 出力のフィルタリング
- 制御電子機器による電圧の調整
これは、最新のパワー エレクトロニクスが DC 電圧変換を実用化する方法です。
絶縁型 DC 変換と非絶縁型 DC 変換
すべての DC コンバータが同じというわけではありません。
非絶縁コンバータは、入力と出力を電気的に分離せずに電圧を変更します。一般的な例としては、降圧コンバータと昇圧コンバータがあります。
絶縁コンバータは回路内に高周波トランスを使用します。これにより、入力と出力が電気的に分離され、安全性が向上し、ノイズ経路が減少し、システム設計要件を満たすことができます。
購入者が何かを要求したとき、 直流変圧器、多くの場合、単純な非絶縁モジュールではなく、絶縁 DC-DC コンバータが必要になります。
一般的なアプリケーション
DC 電圧変換は多くの産業で使用されています。
典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。
- バッテリーシステム
- 太陽光発電設備
- 電気自動車
- 通信電源システム
- 産業用制御
- LED照明
- 鉄道電子機器
- 船舶用電力システム
- オートメーションキャビネット
- UPSシステム
- DCマイクログリッド
- 充電設備
いずれの場合も、適切なデバイスは電圧範囲、定格電力、絶縁要件、効率、冷却、保護、設置環境によって異なります。
ACトランス vs DC-DCコンバータ
AC 変圧器は、シンプルかつ堅牢で、AC 電圧変換に効果的です。配電システム、制御回路、産業機械、電源などに使用されます。
DC-DCコンバータは、DC電圧を変換する電子デバイスです。内部には変圧器が含まれる場合がありますが、スイッチング部品、制御回路、整流器、フィルターも含まれます。
違いは購入時に重要です。入力が AC の場合は、変圧器が適切である可能性があります。入力が DC の場合、通常は DC-DC コンバータまたはスイッチング電源システムが必要です。
購入者が確認すべきこと
機器を選択する前に、次の詳細を確認してください。
- 入力はACですか、それともDCですか?
- 入力電圧範囲は何ですか?
- どのような出力電圧が必要ですか?
- どのくらいの電力または電流が必要ですか?
- 電気絶縁は必要ですか?
- どのような効率が期待されますか?
- どの温度範囲が適用されますか?
- 負荷は連続的ですか、それとも断続的ですか?
- どのような保護が必要ですか?
- 環境は屋内、屋外、湿気、ほこり、または高温ですか?
- どのような取り付けスタイルが必要ですか?
- どのような規格や認証が適用されますか?
これらの質問は、システムに実際にコンバータが必要な場合に、変圧器の購入を避けるのに役立ちます。
避けるべきよくある間違い
よくある間違いの 1 つは、電圧デバイスであれば AC または DC で動作できると想定していることです。それはできません。入力タイプは製品の定格と一致する必要があります。
もう一つの間違いは、あらゆる電源に対してトランスという用語を使用していることです。これは、製品の選択を誤る可能性があります。
3 番目の間違いは、孤立を無視することです。 DC システムによっては、安全性やノイズ制御のために絶縁出力が必要な場合もありますが、非絶縁変換を使用できるシステムもあります。
最後に、購入者はテストのために DC を AC 変圧器に直接接続することを避けるべきです。これにより、変圧器が急速に損傷する可能性があります。
結論
従来の変圧器は、変化する磁場を必要とするため、安定した DC 電圧で直接動作することができません。 AC は自然に変化する磁場を提供しますが、一定の DC は提供しません。標準の変圧器に DC を印加すると、コアの飽和、過電流、過熱、損傷が発生する可能性があります。
人々が何かを検索するとき、 直流変圧器、通常、DC-DCコンバータ、スイッチング電源、または絶縁型電源モジュールが必要です。正しい選択は、入力電圧、出力電圧、定格電力、絶縁、効率、および動作環境によって異なります。
変圧器および電圧変換製品の情報については、次のサイトをご覧ください。 JS ニンギ.
