UPS (無停電電源装置) システムでは、その安定性と効率を決定する重要なコンポーネントがトロイダルトランスです。 UPS 用トロイダルトランスの長年のサプライヤーとして、私はこれらのトランスの突入電流に関する多くの問い合わせを受けてきました。このブログ投稿では、突入電流とは何か、UPS のトロイダルトランスに対する突入電流の影響、UPS システムの全体的なパフォーマンスにどのような影響を与えるかについて詳しく説明します。
突入電流について
突入電流とは何かを明確に定義することから始めましょう。突入電流とは、トロイダルトランスなどのデバイスに最初に通電したときに発生する電流のスパイクを指します。 UPS の電源を入れると、トロイダルトランスの一次巻線 (本質的にはインダクタ) に電気環境が突然変化します。変圧器コア内の磁場は、ゼロから通常の動作状態まで急速に増加する必要があります。電磁誘導の基本原理 (ファラデーの法則) によれば、この磁界を迅速に確立するには大電流サージが必要です。
数学的には、突入電流は変圧器の通常の動作電流よりもはるかに大きくなります。場合によっては、突入電流がトロイダルトランスの定格電流の 10 ～ 100 倍になることがあります。これは、最初に通電したときのトランスの初期インピーダンスが非常に低いためです。インピーダンスが低いため、非常に短期間 (通常はミリ秒程度) に大量の電流が回路を流れることができます。
UPS用トロイダルトランスの突入電流に影響する要因
UPS のトロイダルトランスの突入電流の大きさと持続時間には、いくつかの要因が影響します。
残留磁気
最も重要な要因の 1 つは、変圧器コア内の残留磁気です。変圧器の電源がオフになった後も、コア内にはいくらかの磁場が残ります。電力が再度印加されると、この残留磁気が新たに確立された磁場に加わるか、磁場に対抗する可能性があります。残留磁気が形成される磁界と同じ方向にある場合、突入電流はさらに大きくなります。逆に、それらが逆方向であれば、突入電流は若干減少する可能性があります。しかし、残留磁気の状態を正確に予測することは非常に困難です。
スイッチオン角度
AC 電源が変圧器に投入される角度も重要な役割を果たします。交流電圧は正弦波です。変圧器が電圧波のピークでスイッチオンされる場合、突入電流は、電圧波のゼロクロス点でスイッチオンされる場合に比べて大きくなります。電圧波のピークは電流の流れに大きな駆動力を与え、その結果、より顕著な突入電流スパイクが発生します。
変圧器の設計
トロイダルトランス自体の設計は突入電流に影響します。一次巻線の巻き数、コアの材質、コアのサイズなどのパラメータはすべて重要です。高透磁率のコア材料を使用した変圧器は、より少ない電流でより強い磁場を生成できるため、突入電流が大きくなる可能性があります。一次巻線の巻き数が少ないと、インピーダンスが低くなり、突入電流が高くなります。
UPS における突入電流の影響
UPS のトロイダルトランスの突入電流は、UPS システム全体のパフォーマンスにいくつかの影響を与える可能性があります。
コンポーネントの応力
大きな突入電流は、UPS 内の電気コンポーネントに過度のストレスを引き起こす可能性があります。サーキットブレーカー、ヒューズ、スイッチには、通常の定格をはるかに超える電流がかかる場合があります。これにより、これらのコンポーネントの早期劣化や故障につながる可能性があります。たとえば、UPS の通常の動作電流用に設計されたヒューズが突入電流イベント中に切れて、電源の不必要な中断を引き起こす可能性があります。
電力品質
コンポーネントのストレスに加えて、突入電流は電気システム全体の電力品質にも影響を与える可能性があります。大電流スパイクにより、電力網の電圧降下が発生する可能性があります。このような電圧低下は、同じ送電網に接続されている他の電気機器に悪影響を与える可能性があります。さらに、安定した電源供給が重要であるデータセンターや敏感な産業用途では、わずかな電圧低下でもデータ損失や機器の誤動作につながる可能性があります。
解決策と緩和戦略
UPS 用トロイダルトランスのサプライヤーとして、当社は突入電流の問題を十分に認識しており、その影響を軽減するためのいくつかのソリューションを開発しました。
ソフトスタート回路
一般的な解決策の 1 つは、ソフトスタート回路の使用です。これらの回路は、変圧器に印加される電圧を徐々に上昇させ、それによって突入電流を低減します。ソフトスタート回路は、突然全電圧を印加するのではなく、短期間 (通常は数ミリ秒から数秒) で電圧を増加させます。これにより、変圧器コア内の磁界が徐々に増大し、突入電流スパイクを最小限に抑えることができます。
プリチャージ抵抗器
もう 1 つの効果的な方法は、プリチャージ抵抗の使用です。 UPS の電源がオンになると、プリチャージ抵抗が変圧器の一次巻線と直列に接続されます。抵抗器は初期電流の流れを制限し、制御された方法で磁界を構築できるようにします。短期間の後、リレーが抵抗をバイパスし、変圧器は通常の状態で動作します。
当社の製品範囲
当社は、突入電流を最小限に抑え、信頼性の高い性能を提供するように設計された UPS 用のさまざまなトロイダルトランスを提供しています。私たちのトロイダル単巻変圧器 電源変圧器高効率と低突入電流特性で知られています。これらの変圧器は、小規模な家庭用システムから大規模な産業規模の UPS ユニットまで、さまざまな UPS アプリケーションに適しています。
私たちのトロイダル単相電源トランスも優れたオプションです。これらは、突入電流を低減し、全体的な電力品質を向上させるために、高度なコア材料と巻線技術を使用して設計されています。
太陽光関連の UPS アプリケーションについては、太陽光発電用トロイダルトランスとインダクタは、太陽光発電システムに関連する固有の電力要件と突入電流の課題に対処するように特別に設計されています。
調達に関するお問い合わせ
UPS システム用の高品質トロイダル変圧器をご検討の場合は、調達に関するご相談をお受けいたしますので、お気軽にお問い合わせください。当社の専門家チームは、お客様の特定のニーズに最適な変圧器の選択をお手伝いいたします。詳細な技術仕様、パフォーマンス データ、価格情報を提供して、情報に基づいた意思決定を支援します。
参考文献
- グローバー、FW (1946)。インダクタンスの計算: 実際の公式と表。ドーバー出版。
- チャップマン、SJ (2012)。電気機械の基礎。マグロウ - ヒル教育。