交流変圧器

交流変圧器

交流トランスは、交流 (AC) 電気回路の電圧を変更するために使用される電気デバイスです。
配電における AC と DC の大きな利点の 1 つは、DC よりも AC の方が電圧レベルの増減がはるかに簡単なことです。長距離送電では、できるだけ高い電圧とできるだけ小さな電流を使用することが望ましいです。これにより、伝送ラインの R*I2 損失が減少し、より細いワイヤを使用できるため、材料費を節約できます。

交流変圧器の立体模型

交流変圧器の Solid Works モデルは、図 1 に示すように、C コア、2 つの内側コイル、および 2 つの外側コイルで構成されます。

図 1 - 交流変圧器の 3D モデル

交流トランスの EMS シミュレーション

EMS では、交流トランスは、AC マグネティック スタディを使用して分析され、コア ロス、電磁的結果が計算されます。

このシミュレーションでは、AC 磁気スタディの周波数は 50 Hz に設定されました。

材料

シミュレートされたモデルは、コア、2 つの内側コイル、2 つの外側コイル、内側の空気 (コイルの周囲)、および外側のコイルで構成されます。材料の特性を表 1 にまとめます。

表 1 - EMS シミュレーションで使用される材料

コイル

このシミュレーションでは、内側の 2 つのコイルと外側の 2 つのコイルが巻かれたコイルとしてモデル化されています。それらは 50 Hz で動作します。
図 2 は、内側コイルと外側コイルの電流の入口と出口を示しています。
コイルの特性 (巻数と電流) を表 2 に示します。

メッシング

メッシングは、設計解析において非常に重要なステップです。 EMS は、モデルの体積、表面積、およびその他の幾何学的詳細を考慮して、モデルの全体的な要素サイズを推定します。メッシュの品質は、結果の精度において重要な役割を果たします。

メッシュ制御とは、モデル内のさまざまな領域でさまざまな要素サイズを指定することを指します。領域内の要素サイズを小さくすると、その領域での結果の精度が向上します。

図 3 は、メッシュ コントロール (表 2) を使用した後のメッシュ モデルです。

表 2 -メッシュ コントロール

名前	メッシュサイズ	コンポーネント/ボディ
Mesh control 1	10.00mm	C-Core
Mesh control 2	5.00mm	Inner Coils
Mesh control 3	7.00mm	Outer Coils
Mesh control 4	20.00mm	Inner Air

図 3 -メッシュ モデル

結果

AC 磁気スタディでは、EMS は磁束密度、磁場強度、力密度、電界、インダクタンス、抵抗、鎖交磁束、漏れインダクタンス、渦電流、誘導電圧、エネルギー、および損失を計算します。

計算された C-Core ボディの抵抗損失、渦損失、ヒステリシス損失、過剰損失、およびコア損失を図 4 に示します。

図 4 -損失密度の結果

EMS によって生成される 3D フィールド

EMS によって生成されたトランスの磁束密度、電流密度、コア損失の 3D プロットをそれぞれ図 5、6、7 に示します。

図5 -磁束密度



図 6 -電流密度分布



図 7 -トランスの鉄損

結論

この例は、EMS を使用して、コア損失、磁束密度、電流密度、抵抗損失、電界、力密度、およびその他の電磁パラメータなどの 交流変圧器パラメータの計算が簡単に実行されることを示しています。