変圧器についてなのですが、負荷を接続すると変圧器の電圧、電流が負荷により決まるようですがどう決まる

Question

変圧器についてなのですが、
負荷を接続すると変圧器の電圧、電流が負荷により決まるようですがどう決まるのでしょうか。

例えば単相負荷の容量がP=VIcosθ(W)で
P=100W、力率0.8
とするとV、Iの値はVI=125の範囲でどう決まるのでしょうか。負荷により必要な電圧、電流を設定してあるのですか？

また、もし変圧器の容量以上の負荷や定格電圧以上の負荷を接続するとどうなるのでしょうか。

fuefuki-douji · Answer

負荷の電圧をＶ、容量をＰとすると
変圧器は、
二次側定格電圧E2=V
定格容量Ｗ≧Ｐ
のものを選定しなければなりません。
これは絶対条件で
①変圧器の容量Ｗ以上の負荷を接続すると過負荷になり、定格電流以上の電流が流れ、変圧器巻線が発熱し、最悪、焼損します。
一般には、そのようになる前に、ブレーカーが過負荷（過電流）を検知し回路を遮断します。
②定格電圧E2以上の負荷を接続すると、負荷が必要とする電流が流れず、電動機なら必要なトルクが得られず、照明なら必要な照度が得られない、というようなことになります。
つまり、VI＝125の範囲でV,I決まるのではなく、最初からＶが決まっているので、Ｉも決まってしまいます。

angkor_h · Answer

先ずは、変圧器の等価回路をお考えください。
概算では、理想変圧器と巻き線抵抗で充分でしょう。
巻き線抵抗は2次側に変換集約し、それに外部負荷を接続します。
一次側に規定電圧を印加し、理想変圧器の2次側電圧に、
巻き線抵抗+外部負荷が接続されて、負荷電流が流れます。
「変圧器の電圧」=理想変圧器の2次側電圧+巻き線抵抗×負荷電流
ご参考まで。

SSTTraditional · Answer

負荷によって定まるという表現は正しいが、負荷が抵抗ゼロならば焼損してでも電流を流す。
考え方が現実と違う。

angkor_h · Answer

No.2です。

> 理想変圧器の二次側電圧とは二次側の巻線電圧ですか？
そうです。
一次側電圧を巻き数比で変換した理想電圧です。
その次に、巻き線抵抗、、が直列につながります。

この時、二次側電流は、
　二次側の巻線電圧÷(巻き線抵抗＋外部負荷)

但し、巻き線抵抗は変圧器の内部に存在するので、変圧器電圧は巻き線抵抗での電圧降下後、と言うことになります。

tknakamuri · Answer

>負荷を接続すると変圧器の電圧、
>電流が負荷により決まるようですがどう決まるのでしょうか。

何の話かよく見えないです。これはー次にAC100Vをつないだら
という話ですか? つまり電源トランスを想定した話なのでしょうか?

変圧器というのはいろいろの用途があります。
まず条件を明確にしましょう。

fuefuki-douji · Answer

>あらかじめ接続する負荷には必要な電圧が決まっているという事は必要な電流も決まっているという事になりますか？
 単相負荷ならP=VIcosθより、P、V、力率が決まっていればIも決まるので。

その通りです。

＞電圧が決まっているなら電流も決まり、変圧器の二次巻線電圧も決まり一次巻線電圧、一次側電流も決まる。となると思います。

負荷に必要な電圧に合わせた二次電圧の変圧器を選択するのです。
一次電圧は当然電源電圧に合わせるので、変圧比が決まり、変圧比と負荷電流から一次電流も決まります。
負荷電流が定格電流（二次側の）であれば、一次側も定格電流になります。

m-jiro · Answer

まず大原則として一次側と二次側で電力の増減はありません(現実には若干の損失があるので二次側電力は僅かに小さくなる)。
一次側と二次側の電圧は両巻線の巻数で決まります。
一次側に電圧を加えただけでは一次側に電流は流れません(実際には若干の励磁電流が流れる)。二次側に負荷を接続して初めて流れます。その値は二次側の電流と巻線の巻数で決まります。
力率は変圧器を通すことで改善も悪化もしません。負荷の力率が0.8なら変圧器の一次側でも0.8です。

例として 200V:100V1A という変圧器があったとします。
一次側に200Vを加えただけでは一次側に電流は流れません。
続いて二次側に200Ωの抵抗を接続すると二次側には0.5A流れ、一次側には0.25A流れます。
一次側に定格以上の電圧を加えると焼損しますが、低い電圧では若干損失が増えるものの使用できます。一次側に100Vを加えると二次側には50Vが出てきます。すなわち100V:50Vの変圧器として使用できますが、二次側から取り出せる電流は2Aでなく1Aが最大です。理由は巻線の太さが1Aにしか耐えられないものだからです。

>　例えば単相負荷の容量がP=VIcosθ(W)で
>　P=100W、力率0.8
>　とするとV、Iの値はVI=125の範囲でどう決まるのでしょうか。負荷により必要な電圧、電流を設定してあるのですか？
変圧器の一次側で見ても P=100W、力率0.8 は変化しません。

>　もし変圧器の容量以上の負荷や
過電流が流れて焼損します。巻線の太さがその電流に耐えられないためです。

>　定格電圧以上の負荷を接続するとどうなるのでしょうか。
二次側ではなく一次側に供給する電圧ですね。無負荷電流(励磁電流)が多くなりやがて焼損します。

m-jiro · Answer

>　>例として200/100V、1Aの～の所なのですが、ここだけがまだちょっとわからないのですが、
>　この変圧器だと「端子電圧が決まっており、そこに負荷を接続するとV、Rが揃うのでオームの法則より電流>　も決まる」
>　という事でしょうか。
そのとおりです。
この変圧器の一次側に200Vを加えると二次側には負荷の有無にかかわらず100Vが出ます(過負荷は論外)。
二次側が無負荷なら一次側の電流はゼロです(実際にはわずかな励磁電流が流れる)。
ここで二次側に200Ωの負荷を接続すると0.5Aが流れます。オームの法則が成立します。このとき一次電流は0.25Aになります(実際にはわずかな励磁電流が加算される)。

>　そうなりますと他の方の解説の「負荷の必要な電圧、電流があり、その負荷を接続することで端子電圧が決>　まり、巻線電圧も決まる」
>　と相反すると思うのですが、私の受け取り方のどこを間違えているのでしょうか。
私にも理解できません。詳細は回答者に尋ねていただくしかないでしょう。
変圧器は一次側に電圧を加えただけで二次側に電圧は発生しますが(その値は巻線比で決まる)、「電流があり」というのは理解できません。負荷を接続しない限り二次側には電流ループはできないので電流は絶対に流れません。
「その負荷を接続することで端子電圧が決>　まり、巻線電圧も決まる」というのはもしかしたら実際の変圧器では負荷を接続した際に二次電圧が若干下がることを指しているのかもしれません。これは巻線の抵抗がゼロでないために生じます。一般に二次側の無負荷電圧は定格電圧より1～5%程度高くしてあります。通称「巻上げ」と言いますがその量の決め方を言っておられるのかもしれません。

くれぐれも間違えないで欲しいことは一次側と二次側で電力値に差のないことです。電力は増えることもないし減ることもありません(現実には若干の損失があるので完全にイコールではない)。
二次側の負荷の有無にかかわらず一次側には定格電流が流れる、てなことは絶対にありません。もしそうであるならエネルギー不滅の法則が成立しません。

m-jiro · Answer

>　ある変圧器に　　P=VIcosθ　　の負荷を接続した場合(無負荷時電流0)、この時変圧器の二次端子電圧はVになり、Iが流れる(これは負荷によって決まる)
二次端子電圧(私は単に「二次電圧」と言っています)は負荷の有無にかかわらず一定です。

>　変圧器二次端子電圧を決めるのは負荷なのか、変圧器なのか私はどこを間違えているのかという事です。
二次電圧を決めるのは変圧器です。
　　二次電圧 ＝ 一次電圧 × 巻線比　で決まります。つまり電圧は設計の仕方で決まります。負荷の有無は関係ありません。

「二次側電圧がある」という所から話が始まります。無負荷でも所定の電圧が出ます。二次電流は二次側につながる負荷によって決まります。二次電圧、二次電流、負荷の関係はオームの法則に因ります。

一次側は　　一次電流 ＝ 二次電流 × 巻線比　になります。
ここで常に　一次電圧 × 一次電流 ＝ 二次電圧 × 二次電流　の関係が成立していることに注意してください。つまり電力不変、エネルギー不滅ということです。

>　負荷=抵抗と考えている点が間違えているのでしょうか。
二次側に接続されるものはすべて負荷と言います。純抵抗のこともあるし L(インダクタンス)、C(キャパシタンス)を含む場合もあります。含んでいても上記の関係はすべて成立します。
LやCを含むと力率が小さくなります。力率は一次側から見ても同じ値になります。

★　二次電圧は負荷があると若干下がりますが、もしかしてその差(低下量)についてお尋ねでしょうか？

tknakamuri · Answer

う~ん、話が噛み合ってないですね。というか
回答正しいのに内容を読み取れてない。

ー次電圧がー定で、巻線比が決まっている理想変圧器の
2次電圧は負荷に関わらす決まります。
例えば―次電圧が100Vで巻線比が 10:1なら、2次電圧は
10V。

で、負荷の電力がPときまっているなら、負荷の内容により自動的に
必要な2次電圧が決まるので、それに合わせた1次電圧と
必要な巻線比を持つ変圧器が必要です。

両者はなんら矛盾しません。

変圧器についてなのですが、 負荷を接続すると変圧器の電圧、電流が負荷により決まるようですがどう決まる

負荷の電圧をＶ、容量をＰとすると

先ずは、変圧器の等価回路をお考えください。

負荷によって定まるという表現は正しいが、負荷が抵抗ゼロならば焼損してでも電流を流す。

No.2です。

>負荷を接続すると変圧器の電圧、

>あらかじめ接続する負荷には必要な電圧が決まっているという事は必要な電流も決まっているという事になりますか？

まず大原則として一次側と二次側で電力の増減はありません(現実には若干の損失があるので二次側電力は僅かに小さくなる)。

> >例として200/100V、1Aの～の所なのですが、ここだけがまだちょっとわからないのですが、

> ある変圧器に P=VIcosθ の負荷を接続した場合(無負荷時電流0)、この時変圧器の二次端子電圧はVになり、Iが流れる(これは負荷によって決まる)

う~ん、話が噛み合ってないですね。

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>　>例として200/100V、1Aの～の所なのですが、ここだけがまだちょっとわからないのですが、

>　ある変圧器に　　P=VIcosθ　　の負荷を接続した場合(無負荷時電流0)、この時変圧器の二次端子電圧はVになり、Iが流れる(これは負荷によって決まる)