単巻変圧器

単巻変圧器は、巻線が1つしかない電気変圧器です。 「自動」（ギリシャ語で「自己」）というプレフィックスは、単一のコイルが単独で機能することを指し、いかなる種類の自動メカニズムも指しません。単巻変圧器では、同じ巻線の部分が変圧器の一次側と二次側の両方として機能します。対照的に、通常の変圧器には、電気的に接続されていない一次巻線と二次巻線があります。

巻線には、電気接続が行われる少なくとも3つのタップがあります。巻線の一部は「二重の義務」を果たすため、自動変圧器は通常、通常の二重巻線変圧器よりも小型、軽量、安価であるという利点がありますが、一次回路と二次回路を電気的に分離しないという欠点があります。単巻変圧器のその他の利点には、漏れリアクタンスの低減、損失の低減、励起電流の低減、および特定のサイズと質量に対するVA定格の向上が含まれます。

単巻変圧器のアプリケーションの例は、旅行者の電圧コンバータの1つのスタイルです。これにより、230ボルトのデバイスを120ボルトの電源回路で使用することができます。複数のタップを備えた自動変圧器を適用して、長い配電回路の終端で電圧を調整し、過剰な電圧降下を補正できます。自動的に制御される場合、これは電圧レギュレータの一例です。

操作

単巻変圧器は、2つの終端端子と、中間タップ点に1つ以上の端子を備えた単一の巻線を備えています。これは、一次コイルと二次コイルの巻線の一部が共通しているトランスです。 1次電圧は2つの端子間に印加され、2次電圧は2つの端子から取り出されます。ほとんどの場合、1つの電圧は1次電圧と共通です。巻きあたりの電圧は両方の巻線で同じであるため、それぞれの巻き数に比例して電圧が発生します。単巻変圧器では、電流の一部が入力から出力に直接流れ、一部のみが誘導的に転送されるため、小型で軽量で安価なコアを使用できるだけでなく、単一の巻線のみが必要です。ただし、単巻変圧器の電圧および電流比は、他の2巻線変圧器と同じように定式化できます。

V1V2 = N1N2 = a {\ displaystyle {\ frac {V_ {1}} {V_ {2}}} = {\ frac {N_ {1}} {N_ {2}}} = a}（0 V 2 V 1）

上半分が提供するアンペアターン：

FU =（N1−N2）I1 =（1−1a）N1I1 {\ displaystyle F_ {U} =（N_ {1} -N_ {2}）I_ {1} = \ left（1-{\ frac {1} {a}} \ right）N_ {1} I_ {1}}

下半分が提供するアンペアターン：

FL = N2（I2-I1）= N1a（I2-I1）{\ displaystyle F_ {L} = N_ {2}（I_ {2} -I_ {1}）= {\ frac {N_ {1}} {a }}（I_ {2} -I_ {1}）}

アンペアターンバランスの場合、 FU = FL ：

（1−1a）N1I1 = N1a（I2−I1）{\ displaystyle \ left（1-{\ frac {1} {a}} \ right）N_ {1} I_ {1} = {\ frac {N_ {1 }} {a}}（I_ {2} -I_ {1}）}

したがって：

I1I2 = 1a {\ displaystyle {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {1} {a}}}

巻線の一端は通常、電圧源と電気負荷の両方に共通に接続されています。ソースと負荷のもう一方の端は、巻線に沿ってタップに接続されます。巻線の異なるタップは、共通端から測定した異なる電圧に対応します。降圧トランスでは、通常、ソースは巻線全体に接続され、負荷は巻線の一部のみにタップで接続されます。逆に、昇圧トランスでは、負荷が巻線全体に接続され、ソースが巻線の一部のタップに接続されます。

2巻線変圧器の場合と同様に、2次電圧と1次電圧の比率は、それらが接続する巻線の巻数の比率に等しくなります。たとえば、単巻変圧器の中央と底部の間に負荷を接続すると、電圧が50％減少します。用途によっては、巻線全体が直接接続されている場合でも、高電圧（低電流）部分でのみ使用される巻線の部分に小さなゲージのワイヤを巻き付けることができます。

センタータップの1つが地面に使用されている場合、自動変圧器をバランとして使用して、平衡線（2つのエンドタップに接続）を不平衡線（接地側）に変換できます。

制限事項

単巻変圧器は、通常の変圧器のように巻線間を電気的に分離しません。入力の中性側が接地電圧にない場合、出力の中性側も接地電圧になりません。単巻変圧器の巻線の絶縁不良により、出力に最大入力電圧が印加される可能性があります。また、一次と二次の両方として使用される巻線の一部が破損すると、トランスが負荷と直列のインダクタとして動作します（軽負荷状態では、出力にほぼ完全な入力電圧が印加される可能性があります） ）。これらは、特定のアプリケーションでオートトランスを使用することを決定する際の重要な安全上の考慮事項です。

より少ない巻線とより小さなコアの両方を必要とするため、電力アプリケーション向けの自動変圧器は、通常、2巻線変圧器よりも軽く、低コストで、最大約3：1の電圧比です。その範囲を超えると、通常、2巻線トランスの方が経済的です。

三相送電アプリケーションでは、単巻変圧器には高調波電流を抑制しないという制限と、地絡電流の別のソースとして機能するという制限があります。大きな三相単巻変圧器には、タンクの外側に接続されていない「埋設された」デルタ巻線があり、いくつかの高調波電流を吸収します。

実際には、損失は標準の変圧器と自動変圧器の両方が完全に可逆的ではないことを意味します。電圧をステップダウンするために設計されたものは、ステップアップに使用される場合に必要な電圧よりわずかに低い電圧を提供します。通常、差は実際の電圧レベルが重要ではない場所での反転を可能にするほどわずかです。

多重巻線変圧器と同様に、自動変圧器は時間変化する磁場を使用して電力を伝達します。適切に動作するには交流が必要であり、直流では機能しません。

用途

送配電

自動変圧器は、電力用途で頻繁に使用され、さまざまな電圧クラス、たとえば送信用に132 kV〜66 kVで動作するシステムを相互接続します。業界での別の用途は、480 V電源用に構築された機械を（たとえば）600 V電源で動作するように適合させることです。また、世界の2つの一般的な国内の主電源電圧帯（100 V〜130 Vと200 V〜250 V）間の変換を提供するためにも使用されます。英国の400 kVと275 kVの「スーパーグリッド」ネットワーク間のリンクは、通常、共通の中性点にタップがある3相自動変圧器です。

長い田舎の配電線では、自動タップ変更装置を備えた特別な自動変圧器が電圧レギュレータとして挿入されているため、送電線の遠端の顧客は、電源に近い顧客と同じ平均電圧を受け取ります。自動変圧器の可変比率は、ラインに沿った電圧降下を補正します。

ジグザグと呼ばれる特別な形式の自動変圧器を使用して、他の方法では接地されていない三相システムに接地を提供します。ジグザグトランスは、3つのフェーズすべてに共通の電流（いわゆるゼロシーケンス電流）の経路を提供します。

オーディオシステム

オーディオアプリケーションでは、タップ付きオートトランスを使用して、スピーカーを定電圧オーディオ配信システムに適合させ、低インピーダンスマイクと高インピーダンスアンプ入力間のインピーダンスマッチングなどに使用します。

鉄道

鉄道用途では、25 kV ACで列車に電力を供給するのが一般的です。電気グリッドフィーダーポイント間の距離を伸ばすために、列車のオーバーヘッドコレクタパンタグラフの届かない第3のワイヤ（逆相）で25-0-25 kVの分割相給電を供給するように配置できます。電源の0 Vポイントはレールに接続され、1つの25 kVポイントは架空線に接続されます。頻繁に（約10 km）間隔で、単巻変圧器が接触線をレールと2番目（逆位相）の供給導体にリンクします。このシステムは、使用可能な伝送距離を増やし、外部機器への誘導干渉を減らし、コストを削減します。電源導線が接触線とは異なる電圧になっており、それに合わせて自動変圧器の比率が変更されているバリアントが時々見られます。

単巻変圧器スターター

単巻変圧器は、誘導電動機をソフトスタートする方法として使用できます。このようなスターターのよく知られた設計の1つは、KorndörferスターターおよびX線検出器です。

可変自動変圧器

巻線コイルの一部を露出させ、スライドブラシを介して2次接続を行うことにより、連続可変巻数比が得られ、出力電圧の非常にスムーズな制御が可能になります。出力電圧は、実際の巻き数で表される個別の電圧に限定されません。ブラシの抵抗は（金属接点と比較して）比較的高いため、電圧はターン間でスムーズに変化します。実際の出力電圧は、隣接する巻線と接触するブラシの相対面積の関数です。ブラシの抵抗が比較的高いため、ブラシが隣接する2つのターンに接触したときに、短絡したターンとして動作することも防止されます。通常、一次接続は巻線の一部のみに接続され、出力電圧をゼロから入力電圧を超えてスムーズに変化させることができるため、デバイスを指定の電圧範囲の制限で電気機器のテストに使用できます。

出力電圧の調整は手動でも自動でも可能です。手動タイプは、比較的低電圧にのみ適用でき、可変ACトランスとして知られています（多くの場合、商標名Variacと呼ばれます）。これらは、さまざまな電圧下でデバイスをテストしたり、異常なライン電圧をシミュレートするために、修理工場でよく使用されます。

自動電圧調整を備えたタイプは、自動電圧調整器として使用でき、幅広いラインおよび負荷条件で顧客サービスで安定した電圧を維持できます。別のアプリケーションは、ほとんどのサイリスタ調光器に典型的なEMIを生成しない照明調光器です。

Variacの商標

1934年から2002年まで、 Variacは、安定したAC入力電圧に対して出力電圧を便利に変えることを目的とした可変自動変圧器のGeneral Radioの米国商標でした。 2004年、機器サービス機器は、同じタイプの製品のVariac商標を申請し、取得しました。 Instrument Service＆Equipmentは、可変変圧器および関連デバイスの商標VARIACの使用権をすべて留保します。