二重巻線トランスの基本原理の説明では、トランス巻線が互いに分離された一次巻線と二次巻線で構成されていると仮定します。変圧器の各巻線は円筒形であり、セット巻線の鉄心柱と同心であるため、主磁束に対する磁気抵抗値が低い磁気回路が得られます。単相変圧器構造であっても三相変圧器構造であっても、鉄心の磁気回路は閉じられており、また巻線を囲んでいる必要があります。変圧器全体のサイズを決定することに加えて、2 つの同心巻線のサイズも鉄心のウィンドウのサイズを決定し、したがって鉄心のサイズが決まります。鉄心のサイズによって、特定の電磁鋼板の鉄心損失の大きさと磁束密度が決まります。設計者は巻線配置を可能な限りコンパクトにする必要があります。巻線構造のコンパクトさを妨げる要因は、必要な冷却油通路と絶縁スペース、および負荷損失を減らすために可能な限り大きなサイズのワイヤ断面の使用です。{7}}
変圧器の負荷損失は負荷電流によって生じる損失であり、負荷電流の2乗で変化します。変圧器で発生する負荷損失は、次の 3 つの部分に起因すると考えられます。交流漏れ磁束が巻線を通過する際に巻線に発生する渦電流損。いわゆる浮遊損失は、リード線、クランプ、燃料タンクなどのコンポーネント内の負荷に関連する漂遊交流磁束によって引き起こされます。
現状では、全体の負荷損失に最も大きな影響を与えるのは、やはり巻線の部分損失です。名前が示すように、抵抗損失の発生は巻線に抵抗が存在する必要があるという事実に基づいているため、この部分の損失を完全に排除することはできません。ただし、変圧器の設計者は抵抗損失を減らす方法を見つけることができます。これらの方法では、巻線の回数をできるだけ少なくします。ワイヤーの各巻きの断面積を増やします。-電気抵抗率の低い材料を使用します。これは一般に、導電性の高い銅を指します。
最小の巻線ターン数を使用するということは、可能な限り最大の総磁束を生成できる鉄心を使用する必要があることを意味します。これには、可能な限り大きな鉄心の断面積を選択することと、可能な限り高い鉄心の磁束密度値を選択するという 2 つの側面が含まれます。-そうすることにより、必然的に鉄心（クランプを含む）のサイズが大きくなり、鉄心の重量と損失が増加します。負荷損失が減少すると鉄心損失が増加し、その逆も同様です。もちろん、鉄心のサイズが大きくなると、リアクタンスのパーセンテージ表現の分母も大きくなります。それを補償してインピーダンス値を変化させないようにするには、巻線の軸方向の高さを低くし、同時に巻線の巻数を減らす必要があります（負荷損失を減らすことができます）。巻線の軸方向高さの減少は、鉄心柱の高さの減少を意味し、鉄心サイズの増加による鉄心重量の増加をある程度補償します。このようにして、1 つまたは 2 つの構造サイズの変化が相互に補償されるため、変圧器損失の変動はそれほど大きくなりません。したがって、最適な構造サイズは、負荷損失と無負荷損失の比率や輸送高さの制限（鉄心の高さサイズと密接に関係する）などの他の要因に基づいて選択できます。{8}}
巻線の断面積が大きくなると、巻線の渦電流損失が増加します（さらに、鉄心のウィンドウのサイズも大きくなり、その結果、鉄心の全体的なサイズが大きくなる可能性があります）。渦電流損失の原因は、巻線を通過する漏れ磁束によるものです。巻線を通過する漏れ磁束により誘起電圧が発生し、その電流は負荷電流および漏れ磁束と直交します。巻線の断面積が大きくなると、渦電流に対するインピーダンスが低くなり、渦電流が大きくなります。巻線の各ターンの断面積を減らさずに渦電流インピーダンスを増加させる唯一の方法は、ワイヤの各ターンをより小さなワイヤ素線に分割し、相互に絶縁し、同時に巻線の高さに沿って位置を変更することです。巻線の転置の問題については、以下の巻線構造のセクションで説明します。巻線作業者は、より小さい断面のワイヤを使用して巻線を巻くことを好みますが（小さい断面のワイヤはワイヤ モールドに巻きやすいため）、一般に、平行巻線の数が増えるほど、製造コストが高くなります。-したがって、変圧器メーカーは通常、渦電流損失が許容できるレベルで並列巻線の数を制限したいと考えています。また、素線間絶縁に伴う並列巻線数の増加により、巻線のデューティサイクルが低下するため、並列巻線数を削減する必要がある。
前述したように、巻線内の渦電流は漏れ磁束によって発生するため、漏れ磁束を減らすことで渦電流の値を下げることができます。明らかに、インピーダンスが低い変圧器の巻線の渦電流損失は、インピーダンスが高い変圧器の巻線の渦電流損失よりも小さくなります。低い漏洩磁気インピーダンス値は、より大きな巻線の軸方向の高さと一致します。つまり、細くて高い巻線は、短くて太い巻線よりも漏れ磁束が少ないため、前者の方が巻線の渦電流が小さくなる傾向があります。もう 1 つの明白な問題は、薄い高巻線の漏れ磁束の大部分が軸方向の漏れ磁束であることです。また、漏れ磁束の大部分が軸方向磁束である場合には、漏れ磁場に垂直な径方向の巻線を小さくすることで渦電流の低減が達成できることが分かる。短くて厚い巻線構造の場合、漏れ磁束は特に巻線の端近くの領域で大きな半径方向成分を持ちます。したがって、巻線も軸方向に多くのストランドとより小さなストランドに分割する必要があります (理論的には、これは巻線の終端でのみ必要ですが、一般に、巻線の途中でワイヤの数を変更するのは簡単ではありません)。巻線の渦電流を制御するもう 1 つの方法は、磁気シールドを使用して漏れ磁束の方向を修正し、漏れ磁束がディスク アセンブリを通過しないようにすることです。漏れ磁束が巻線を通過する場合でも、漏れ磁束は主に軸方向成分で構成されます。これらの対策は、より大容量の高インピーダンス変圧器に使用する場合にのみ経済的です。
この場合、巻線の渦電流が特に重要な問題となります。変圧器メーカーは実際、渦電流損失を抵抗損失の約 25% に制限することが最も経済的なアプローチであることを発見しました。ただし、上記の目的を達成するために必要な構造の複雑さのレベルは状況によって異なります。インピーダンスが低い変圧器の場合、他の特別な手段を必要とせずに、渦電流損失を抵抗損失の 25% 未満に大幅に削減できます。
