変圧器（トランス）

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変圧器（トランス）は電圧を上げたり下げたりする

変圧器（トランス）の構造

交流の電圧は変圧器（トランス）という機器を用いて、電圧を上げたり、下げたりすることができます。
図１は変圧器の構造の概念図です。
図１

変圧器は、１次巻線・２次巻線・鉄心からなっています。図１は通常の受変電設備に用いる単相変圧器を簡略化した図です。１次巻線にかけた電圧は変圧されて２次巻線に出力されます。

どうして変圧できるのか？

図２は損失が０の変圧器の１次巻線にＶ１［Ｖ］をかけたときの図です。
図２

変圧器の１次巻線にＶ１［Ｖ］をかけると、鉄心の中に磁束が発生します。磁束は鉄心を通じて２次側の巻線と交わります。
磁束が巻線と交わることを鎖交するといいます。
コイルは鎖交する磁束の変化を妨げようとする電圧を発生します。つまり、１次巻線によって作られた磁界φ［ｗｂ］を打ち消そうとする電圧を２次巻線に誘起します。この電圧を誘導起電力といいます。
このときの１次電圧と２次電圧の関係は
Ｖ１／Ｖ２＝Ｎ１／Ｎ２
となります。 右辺のＮ１／Ｎ２を変圧比といいます。
また、１次電流と２次電流の関係は、
Ｉ１／Ｉ２＝Ｎ２／Ｎ１
となります。
Ｎ１をＮ２より大きくすれば、Ｖ２はＶ１より低くなり、Ｎ１をＮ２より小さくすれば、Ｖ２はＶ１より高くなります。

変圧器は直流では使えない

電圧は磁束の変化率に比例する

変圧器は直流では使えません。交流でのみ変圧できます。
交流は＋−が入れ替わりますので、図２の磁束もそれに応じて時計回りに回ったり、反時計回りに回ったりと変化します。
コイルに鎖交する磁束Φ［ｗｂ］と、コイルに発生する電圧ｅ［Ｖ］の関係は
ｅ＝ＮｄΦ／ｄｔ
Ｎ：コイルの巻数［回］　ｔ：時間［秒］
という関係があります。
ｄΦ／ｄｔは単位時間当たりの磁束の変化率ですので、磁束が一定の場合は０になります。
交流は磁束が変化し続けますので、電圧を発生することができ、変圧器は変圧することができます。

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