ハッカデイ辞典: トランスフォーマー

面白いもの、電気。 すべてはボルトとアンプ、そしてこれら 2 つの要素の制御にかかっています。 ほとんどの場合、デバイスに入力される電力は必要以上に高い電圧であるため、より使用可能な電圧に変換する必要があります。 これを行う最も簡単な方法は、変圧器を使用することです。

電源の変圧器は主電源から高電圧を受け取り、それをより低い電圧に変換してガジェットに電力を供給します。 携帯電話に電力を供給する小型の USB バージョンから、家庭の主電源を駆動する電柱に吊るされた大型の電源まで、あらゆる電源に 1 つはあります。 これらのトランスはサイズは異なりますが、基本的な設計は同じです。

基本的なトランスは、金属コアの周りに巻かれた 2 つのワイヤのコイルです。 これらのコイルの 1 つ (一次コイルと呼ばれる) に交流が印加され、金属コア内に磁場が生成されます。 この磁場は、二次コイルと呼ばれる 2 番目のコイルに電流を生成します。 これら 2 つの電流の関係が重要であり、それは各コイルの長さの比によって定義され、通常は各コイルの巻き数として定義されます。 2 つのコイルの巻き数が同じであれば、1 次コイルに入る電流と 2 次コイルから出る電流はほぼ同じになります。 2次コイルの巻き数が2倍であれば、電圧はほぼ2倍になります。 2次コイルの巻き数が半分になると電圧はほぼ半分になります。 これは、トランスフォーマーで使用されるステップアップとステップダウンという名前を説明するのに役立ちます。 昇圧型はより高い電圧を生成します (このジェイコブ ラダーで使用されているものなど) が、降圧型は電圧を下げます。

変圧器が機能するには、交流 (AC) を使用する必要があります。 AC は変化する磁界 (磁束と呼ばれます) を生成し、二次コイルに電流を誘導します。 変化する磁場がなければ、誘導電流は発生しません。 DC 出力が必要な場合、電源のシーケンスは、壁コンセントからの AC をより低いレベルに降圧する変圧器から始まり、その後、この低電圧 AC が電源によって出力される DC に変換されます。 。

変圧器の動作に影響を与える要因は数多くあります。 これらには、コアの材質が含まれます。金属は磁場の流れに影響を与えます。 また、磁場のエネルギーの一部は、渦電流損失と呼ばれる、二次コイルに電流が生成される前に必然的に失われます。

これらはすべて変圧器の動作に影響を与えるため、ほとんどの変圧器は特定の目的を念頭に置いてカスタム設計されています。 トランスの設計は、多くの要素を考慮する必要がある複雑な技術です。 まずは、変圧器のコンポーネントやキットを製造している Wurth 社が提供する、このような設計ガイドから始めるとよいでしょう。

また、陰極線管 (CRT) などの高電圧設計で使用されるフライバック タイプ、磁場を含むトロイダル タイプ、固定出力電圧を生成しながらさまざまな入力電圧を処理できる単巻変圧器など、さまざまなタイプの変圧器もあります。金属コアを持たず小型の空芯トランスと、圧電素子を利用して物理的な力を検出するピゼオトランスがあります。

ただし、変圧器を実験するのにキットは必要ありません。 変圧器は、数本の鋼片に数本のワイヤを巻き付けるか、2 本のワイヤを金属リングに巻き付けるだけの単純なものなので、自分で簡単に実験できます。