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トランス設計について
- トランス設計における昇圧用の巻数比について、一次側と二次側の巻き数の関係について解説します。
- 一次側と二次側の巻数比を1:10として昇圧する場合、一次側の巻数を決めてから二次側の巻き数を決める方法が一般的です。
- ただし、一次の巻数を極端に少なく設定することで効率が低下する可能性もあるため、適切な巻数比を選ぶ必要があります。
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極端な話，１次側が１ターン，２次側が１０ターンの設計も可能です。 ただし，鉄芯の磁束密度が飽和しないようにするために，極端に鉄心断面積 を大きくする必要があります。 いい加減な計算ですが商用周波の場合，鉄心の断面を□750mm程度にすれば， １次側が１ターン，２次側が１０ターンの設計が可能と思います。ただし， このようなトランスはおよそ実用的ではありません。□750mmの鉄心断面で 磁路を作ると，鉄心の重さだけで６トンを越すものと思います。また，鉄心を 励磁することによる電力損失（鉄損）だけで数ｋＷのオーダーに達するでしょう。 トランスの設計において，鉄心の磁束密度と銅線の電流密度を適正値に保ち ながら，鉄心断面積と銅線の巻数を決めることが大原則。極端な例を先に示し ましたが，磁束密度，電流密度一定条件下で巻数を増やしていくと，鉄心体積 は減少してそれに伴い鉄損が減少します，一方で銅線における損失（銅損）が 増えていきます。両者のバランスがとれて，損失が最小になるところが最適設 計ポイントです。 上記の最適点はトランスの容量（ＶＡ）に応じて決まります。実際の設計にお いては，最適点を探すことを都度行うことはありません。まず最初に，容量に 応じて鉄心のサイズを選択します。そうすると鉄心断面積が決まりますので， 磁束密度が設計値となるように巻数を決めるというような手順です。 １０００ＶＡのトランスでしたら，１次側２００ターン，２次側２０００ター ン程度が常識的な設計になりそうです。 私自身，初心者のときは１Ｖあたり何ターン巻けばいいのかを，最初に知りた いと思いました。 結論としてその値は，一義的には容量によって決まると言っておきます。詳細 に踏み込むと，効率で最適化するか，コストで最適化するか，負荷が変動する 場合は，どの程度の負荷を代表値としてを採用するかなどで，変動するもので す。また，使用する鉄心材料のグレード（磁束密度に対する損失）や温度上昇 （絶縁物の温度グレード）によっても最適点は変化します。 前の回答は，電気機械（トランス，モータなど）の設計に直接携わらない方 には判りにくい表現だったかもしれません。疑問点があれば，再度お問い合わ せくださるようにお願いします。
その他の回答 (1)
＃１です。 必要なのは，商用周波の電力を扱うトランスではなく，パルストランスなの ですね。 トランス設計の原理原則（鉄心が飽和しないように電圧，周波数，巻数を決め る）は商用周波の場合と変わりませんが，結果としてアウトプットされる製品 の姿は大分変化します。 ご質問のような回路では，コンデンサの静電容量とトランスの１次インダクタ ンスで決まる共振周波数で，動作周波数が決まります。周波数の逆数が周期 であり，その１／２が片方向のパルス幅という関係です。まずは，どの程度の パルス幅の波形を作りたいかが設計のスタートポイントです。この点を明確に しましょう。 トランスに対する設計的な制約条件が，昇圧比だけでなく１次インダクタンス も加わりますので，設計の自由度は狭くなります。 この結果として，棒状のフェライトコアを選定するなどに至ります。 設計手順はとても書き切れませんので，要点のみ箇条書きしておきます。 ・巻数は，所要インダクタンスで決める ・磁束密度が飽和するようなら，コアサイズや形状を変更する ・棒状コアなどの場合，１-２次の結合度が低いので，１０倍に昇圧したい 場合でも２次巻数は１０倍以上にする必要がある 机上設計だけで所要の特性を出すのは困難であり，測定しながら試行錯誤的 な設計になると思います。少なくとも，オシロスコープと高電圧を観測できる プローブは必須と思います。
お礼
回答ありがとうございます。 巻数以外にも要素があったのですね。 少し調べてみます。
お礼
とても丁寧な回答ありがとうございます。 返事遅くなりまして申し訳ありません。 実際には下記の様な回路で考えてました。 Cにチャージした1/2CV2のエネルギーをサイリスタで放電・コイルに通電 し昇圧という回路です。 SCR C(100v 1μF) L ----------||----------)(-----高圧（1000v） ▽ )( ----------------------)(-----アース さっぱりなので似た回路をばらしたりしてますが、 コアとして棒状フェライト？を使用していることくらいで 共通点があまり無く計算値で追えなくて困ってました。 （通常のトランスと同じ考えらしいとは聞いたのですが） なるほど、負荷によって変わるのですか・・・。 お手数でなければ、 参考までに具体例で設計手順をご教示ねがえませんでしょうか？