トランスについて

質問

今、一次100V、二次12000Vで容量12kVAのトランスを含む回路に
ついて悩んでます。定格二次電流は0.1Aです。
よろしければ、助言お願いします。

まず、入力電源は普通に110V、60Hzの商用です。
それをトランスの一次側に入力して、二次側はダイオードブリッジを
通して全波整流した後、充電抵抗とコンデンサにつながっていまして
コンデンサに充電する回路になっています。
そこで、二次側に流れる電流の大きさ及びコンデンサへの充電時間が
わかりません…。
ちなみに充電抵抗は5kΩ、コンデンサ容量は1[mF]です。

トランスを理想トランスと考えてみて、二次側に12kV誘起されているとして、
電流が流れているなら12/5=2.4Aと考えるのは、間違いですよね？
それだと二次側の定格電流越えてしまいますし。
そこらへんがよくわからないんで、お願いします。

回答No.5

kohrem · ベストアンサー

＞すみません。容量は1.2kVAで書き間違えてます…。
＞回答を見させていただいて2つほど質問がありますので
＞よろしければ回答お願いします。
1．ダイオードブリッジによって全波整流してるだけなので厳密には17kVの直流電源になってるわけではないですよね？また、実際にはどの程度の直流電源に近似すべきなんでしょうか？

確かに、ダイオードによる純ブリッジ全波であれば直流とはいえ、完全な直流ではありません。
しかしながら、それをより直流に近くする為にコンデンサがあり、そのコンデンサが充放電を繰り返すことによりリップルを少なくしています。
従いまして、基本的にＲＣには常に１７ＫＶが印加してあるものと考えるべきだと思います。

2．定格電流を越えた電流が大きいとインピーダンスによる電圧降下があるとおっしゃってますが、実際トランスの二次側の電流は定格を大きく越えて流れても電圧降下が起こるだけで装置的にはそれほど以上がないんでしょうか？私が聞いた話では、この定格電流の値は連続的に流れた時の電流値らしいので、二次側にRCを接続してあるような過渡現象の場合は、2，3倍程度まで大丈夫らしいです。

異常の有り無しはその電圧効果の程度によると思います。ちなみに、変圧器での電圧効果は、
定格電圧(V)×(負荷電流(A)／定格電流(A))×％Ｚ(%)／１００で求められると思います。
変圧器の定格電流については、通常名盤に記載されている電流値は基本的に仰るとおり連続定格です。
従って、短時間であれば定格電流を越えて使用も可能です。例えば、普通の高圧トランスの突入電流は定格の10倍も流れるときがあります。
ですので、２，３倍程度の電流を流しても即焼損には至りませんが何れは危うい状態になるものと考えられます。(危うい状態と行っているのは明確に、？倍だったら？秒と断言できないからです。)
しかし、その回路で正常動作しているのであれば、恐らくですが変圧器がダメージを受ける前にコンデンサが充電しきって電流が流れなくなるのではないでしょうか？
ただ、時定数τが５Ｓと大きい様に思えますが・・・(^_^;

お礼

なるほど。重ね重ねありがとうございます。非常によくわかりました。

そして、私の言ってることが間違いだらけです…。制限抵抗も
5[kΩ]ではなく60[kΩ]でした。ですので、それほどの過電流が
流れていたわけではなかったようです。間違いが多くてすみませんでした。

色々自分で調べているうちに謎だったところが解明されてきました。
もちろん、kohremさんの回答は非常に参考になりました。
本当にありがとうございました。

回答No.4

kohrem

ダイオードブリッジの出力側に抵抗とコンデンサが直列につながっているわけです。

と、言うことから、回路を簡単に考えると
５ＫΩの抵抗と１ｍFのコンデンサがシリースに接続されていて、その両端には１２ＫＶ×√２＝約１７ＫＶです。
この回路は、時定数τが５ＫΩ×１ｍＦ＝５秒です。
それで、回路電流ですが、
電源投入時、Ｃ分は短絡状態ですので、
１７ＫＶ／５ＫΩ＝３．４Ａ
次に、τが５ｓｅｃなので、電源投入５ｓｅｃ後に抵抗両端に印加される電圧は１７ＫＶ×０．３６８＝６２５６Ｖとなり、回路電流は、
６２５６Ｖ／５ＫΩ＝１．２５Ａとなります。
したがって、この回路では定格電流の０．１Ａ(12KVAの12KVでは、定格は1Aでは？)まで下がるまでは大部時間を要しそうですね。
但し、厳密に言いますと、この回路で考えたときに定格電流を超えた電流がかなり流れそうなので二次電圧は変圧器のインピーダンスによる電圧降下が結構あると思います。

お礼

すみません。容量は1.2kVAで書き間違えてます…。

回答を見させていただいて2つほど質問がありますので
よろしければ回答お願いします。

1．ダイオードブリッジによって全波整流してるだけなので
　 厳密には17kVの直流電源になってるわけではないですよね？
　 また、実際にはどの程度の直流電源に近似すべきなんでしょうか？

2．定格電流を越えた電流が大きいとインピーダンスによる
電圧降下があるとおっしゃってますが、実際トランスの
二次側の電流は定格を大きく越えて流れても電圧降下が
起こるだけで装置的にはそれほど以上がないんでしょうか？
私が聞いた話では、この定格電流の値は連続的に流れた
時の電流値らしいので、二次側にRCを接続してあるような
過渡現象の場合は、2，3倍程度まで大丈夫らしいです。

本当かどうか私もわかりませんが…。

では、よろしければ回答お願いします。

回答No.3

denkiya3

＞二次電流 = 16800/(制限抵抗＋ダイオードの内部抵抗）
もし、上式で求まるとしたら制限抵抗によって二次電流を0.1A以下まで落としてやらないとダメってことですよね？

＊装置の性格（目的・過負荷耐量等）が判りませんので、正しいかどうか自信がありませんが
　制限抵抗は、その計算値程度は必要でしょうね。

（二次電流が、0.1Aなので、二次電圧は12KVでよろしいのでしょうか・・・）

　コンデンサーへの充電時間は、
　過渡現象でＣＲの値を知ってから、計算されてはどうですか。

お礼

私の説明不足なんですが、私は今ある実験装置の回路解析
みたいなものをしてるわけなんです。そして、回路は既に
あるので充電時間などは実測でわかるわけです。

しかし、なぜか調べた回路図からコンデンサへの充電時間を
計算しても実際の充電時間にならず、二次電流も定格電流を
越えて流れてしまっているのです。そこで、おかしいと思い
制限抵抗以外の抵抗がどこかで発生しているのではと考えて
質問させていただきました。

しばらく自分で考えた結果、おおよそのことはわかりました。
質問が悪くて申し訳ありませんでした。そして、回答ありがとうございました。

回答No.2

denkiya3

＞一次100V、二次12000Vで容量12kVAのトランスを含む回路について悩んでます。
　定格二次電流は0.1Aです。

＊推察するに、Ｘ線発生装置等の実験装置の電源部と思われますが、

＞二次12000Vで容量12kVA、定格二次電流は0.1Aです

Ｘ線発生装置とすると、「二次電圧は120KV（定格二次電流は、0.1A）」でしょうね。

　（充電抵抗は、「制限抵抗」と読替ますが、）

　全波整流器の直流側電圧は、（理想）全波として　12KV×1.4倍＝16.8KV

　初期（瞬時）充電時は、コンデンサーの見かけ抵抗は　≒０と考えて・・・計算すると・・・

＞二次側に12kV誘起されているとして、
電流が流れているなら12（KV）/5（KΩ）=2.4Aと考えるのは、間違いですよね？

・・・・同じ間違いをします。

＊実機の高圧整流回路では、ダイオードの内部抵抗が大きいので
（高圧に耐える為には、相当数が直列に入っています）
それを無視して計算する訳にはいきません。

　使用している「ダイオードの内部抵抗値」と「その直列使用数」を調査確認されて
計算し直してみて下さい。

＜元、医療機器を生業にしていた者でした＞

補足

回答ありがとうございます！

X線発生装置ではないですが、実験装置の電源部というのは
その通りです。では、次のように計算すればよろしいのでしょうか？

二次電流 = 16800/(制限抵抗＋ダイオードの内部抵抗）

もし、上式で求まるとしたら制限抵抗によって二次電流を0.1A以下まで落としてやらないとダメってことですよね？

よろしければまた回答お願いします。

回答No.1

kohrem

充電抵抗とは、どこの抵抗でしょうか？
補足頂きたく、宜しくお願い致します。

補足

ただコンデンサに直列に接続されている抵抗のことです。
変な言い回しをしてしまって申し訳ありません。

つまり、ダイオードブリッジの出力側に抵抗とコンデンサが直列につながっているわけです。では、よろしくお願いします。