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変圧器巻数比計算ツール

変圧器の巻数比、二次電流、皮相電力、および実際に供給される電力を計算します。変圧器の効率を考慮に入れる。

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公式

N=NpNs=VpVs,Is=Ip⋅N⋅ηN = \frac{N_p}{N_s} = \frac{V_p}{V_s},\quad I_s = I_p \cdot N \cdot \eta

参考: Faraday's Law of Electromagnetic Induction

N— ターンレシオ Np/Ns
Vp, Vs— 一次/二次電圧 (V)
Ip, Is— 一次電流/二次電流 (A)
η— 変圧器効率

仕組み

変圧器巻線比計算機は、電源設計、インピーダンスマッチング、絶縁回路に不可欠な一次巻線と二次巻線間の電圧と電流の変換を計算します。パワーエレクトロニクスのエンジニア、オーディオ設計者、EMCエンジニアは、電圧変換（ステップアップ/ステップダウン）、ガルバニック絶縁（セーフティバリア）、インピーダンス変換にトランスを使用しています。 (Z_ratio = turns_ratio²). IEC 61558によると、巻数比N = Np/Ns = Vp/Vs = Is/Ipによって、理想的なトランスの電圧スケーリング（電流スケーリングに反比例）が決まります。実際のトランスの効率は、サイズと周波数にもよりますが、銅 (I²R), コア（ヒステリシス+渦電流）と磁化電流による損失があり、90〜99％です。フライバックコンバータの場合、巻数比によってデューティ・サイクルも決まります。D = Vout/ (Vout + Vin×N) です。

計算例

50W 電源用の 120VAC から 12VAC への変圧器を設計してください。必要な巻線比:N = Vp/Vs = 120V/12V = 10:1。二次電流:Is = P/Vs = 50W/12V = 4.17A。一次電流:Ip = Is/N = 4.17A/10 = 0.417A (検証:P = 120V × 0.417A = 50W)。95% の効率の場合:実際の入力電力 = 50W/0.95 = 52.6W、Ip = 0.44A。ワイヤゲージ: 連続4.17AのAWG = 14AWG (NECテーブル310.16によると5.2Aの容量)、プライマリの場合は0.44A = 22AWG (容量0.92A)。コアセレクション:EI-66ラミネートスチールコアは、マグネティックスメーカーの仕様に従い、60Hzで50VAを1.4Tの飽和度で処理します。

実践的なヒント

  • ✓オーディオトランスの場合、20Hzから20kHzまでのフラットな周波数応答にはニッケル合金コア（ (μ = 10,000-100,000）を使用してください。シリコンスチールコアは電源周波数（50/60Hz）にのみ適しています。
  • ✓レギュレーション用に10～ 20% の巻数比マージンを追加 — 負荷時の二次電圧は巻線抵抗により3～ 10% 低下します。無負荷Vs = 1.1×必要負荷Vsの設計
  • ✓高周波SMPS（20kHz以上）には、積層鋼の代わりにフェライトコア（3C90、3F3）を使用してください。TDK材料選択ガイドによると、フェライトは100kHzでコア損失が100分の1低くなります。

よくある間違い

  • ✗巻数比が二乗法でインピーダンスに影響することを忘れてしまうと、10:1 の巻数比ではインピーダンスが 100:1 だけ変換され、10:1 のトランスで反射したA 4Ω Speakerは 400Ωとして現れます
  • ✗磁化インダクタンスを無視 — 磁化インダクタンスが低いと無負荷電流が大きくなる。コアサイズは、トランス1個あたりの予想負荷インダクタンスの1000倍以上になる設計ガイドライン
  • ✗間違った周波数での変圧器の使用 — 50Hzの60Hz変圧器は 20% 高いフラックスにより飽和し、60Hzの400Hz航空機用変圧器も飽和する

よくある質問

アプリケーション要件：電力変換はVout/Vinを指定し、インピーダンスマッチングは √(Z_load/Z_source). を指定します。オーディオの場合、一般的な比率は 1:10（マイクとライン）、70.7:1（70V分配）、8：4000（ 8Ω スピーカーからチューブアンプへの出力トランス）です。銅損がコア損失と等しくなると、効率がピークに達します。
3つの損失メカニズム：（1）銅損= I²R （通常、5〜10％、ワイヤを大きくすると減少します）、（2）コア損失 = ヒステリシス+渦電流（1〜5％、積層またはフェライトを薄くすると減少）、（3）磁化電流（定格電流の1〜3％）。総合効率:IEEE C57.12規格によると、小型変圧器は90～ 95%、大型変圧器は97～ 99%。
いいえ — 磁束密度 B ∝ V/(f×N×A)。60 Hz のトランスを 50 Hz に設定すると、磁束が 20% 高くなり、コアが飽和する可能性があります。周波数が最小になるように設計してください。可変周波数の場合:予想される最低周波数用のサイズ。100kHz以上のSMPS変圧器はフェライトを使用し、50/60Hzの変圧器は積層シリコン鋼を使用します。
密閉型変圧器の場合は3-5 A/mm² の電流密度を使用し、換気用の場合は5-8 A/mm² を使用してください。 4A/mm², 1Aでは 0.25mm² = 24AWGが必要です。高周波 (>20kHz) の場合は、表皮効果の低下を避けるためにリッツ線または箔を使用してください。100kHzの表皮の深さは0.2mmなので、直径が0.4mmを超えると効率が悪くなります。

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