transformerとは？わかりやすく解説

変圧器（へんあつき、英語: transformer）あるいはトランスとは、電磁誘導を利用して、交流電源の電圧を変化させる電力機器・電子部品である^[1]。変成器（へんせいき）の一種。

変圧器を使用すると、電圧だけでなく電流も変化する。変圧器は静的な（可動部がない）機械であり、周波数を変えずに電力をある電気回路から別の電気回路に転送する^[2] 。三相交流は各相ごと変圧を行う必要があり、同じ単相変圧器を3つ用いる。

交流電圧の変換（変圧）、インピーダンス整合、平衡系 - 不平衡系の変換に利用する。

理論

原理

変圧器は、磁気的に結合した（相互誘導）複数のコイルからなる。コイル内外に磁気回路をともなうものもある。コイルに使用する導線を巻線という。

特にふたつのコイルから成るものにおいて、入力側のコイルを一次コイル、出力側のコイルを二次コイルという。一次コイルに交流電流を流し、変動磁場を発生させ、それを相互インダクタンスで結合された二次コイルに伝え、再び電流に変換し、出力する。

変圧器によって電圧を変更することを変圧（へんあつ）といい、電圧を上昇させることを昇圧（しょうあつ）、逆に下降させることを降圧（こうあつ）という。

一次側に入力されるエネルギーと二次側から出力されるエネルギーは同じである。そのため、昇圧させれば電流は減る。

変圧器の特有の現象ではないが、エネルギー保存則の影響を受けるため、一次側に入力したエネルギーは二次側から出力されるエネルギーに加え、発生する熱（ジュール損と渦電流損）や音、漏洩した磁束を含んだ状態と等しくなる。そのため、実際の変換の際にはこれらの損失が発生するため、二次側のエネルギーは減少する。

変圧、巻数、変流の関係

一次コイルの電圧V₁、巻数N₁、電流I₁をそれぞれ一次電圧、一次巻数、一次電流という。同様に二次コイルの電圧V₂、巻数N₂、電流I₂をそれぞれ二次電圧、二次巻数、二次電流という。

またそれらの比V₁/V₂、N₁/N₂、I₁/I₂をそれぞれ変圧比（へんあつひ）、巻数比（まきすうひ）、変流比（へんりゅうひ）という。巻数比は変成比（へんせいひ）とも呼ばれる。

理想的な変圧器では巻数比と変圧比は等しく、さらに変圧比は変流比の逆数と等しい。すなわち、以下が成り立つ：

{\frac {N_{1}}{N_{2}}}={\frac {V_{1}}{V_{2}}}={\frac {I_{2}}{I_{1}}}

ウィキメディア・コモンズには、変圧器に関連するメディアがあります。

[1]

[2]

[注釈 1]

[注釈 2]

[7]

結線	線間電圧/相電圧	線電流/相電流	中性点接地	角変位	特徴・用途
Δ - Δ	1	√3倍	不可	無	低電圧の回路で用いられる。
Y - Y	√3倍	1	一次、二次とも可能	無	鉄芯の磁気飽和による高調波電圧により誘導起電力が歪むため、Y - Y - Δ結線が用いられることが多い。
Y - Y - Δ	√3倍	1	一次、二次とも可能	無	Δ結線の三次巻線に第三調波を流し誘導起電力を正弦波とする。三次巻線が調相や計測用に用いられることもある。
Y - Δ	一次:√3倍二次:1	一次:1 二次:√3倍	一次のみ可能	有	降圧に適しているため受電端に用いられる。
Δ - Y	一次:1 二次:√3倍	一次:√3倍二次:1	二次のみ可能	有	昇圧に適しており、二次側の中性点接地が可能なため送電端に用いられる。
V - V	1	√3倍	不可	無	配電用柱上変圧器など。利用率が小さい。 Δ - Δ結線で1相が故障した場合の応急用にも用いられることがある。

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