フェライトでできたコアと呼ばれるものにコイルを巻き付けたもの。コイルの一方(一次コイルという)に交流電圧をかけると、他方(二次コイルという)に電圧の大きさが変化した交流電圧が生じる。トランスには変圧器と変成器の2つがあり、用途が異なるので理科の教科書では区別されているが、仕組みはまったく同じなので、当サイトではどちらもトランスとして解釈する。トランスとは、電流が発生させる作用と、磁界が電流を発生させる作用(電磁誘導)とを組み合わせた仕組みの電子部品である。フランスのゴーラーとイギリスのギプスの2人で、1882年に発明された。電圧が6Vの電球を100Vで点火したい時、直列に抵抗器を繋いで電球に加わる電圧が6Vになるようにするとたいへん無我が多い。そんなとき、トランスを使えば無駄がほとんどない。電球の電流が0.5Aだとすれば、前者の場合は100Vの電圧から0.5A流さなければならないが、トランスを使えば100V側の電流はわずか0.03Aで済む。半導体部品が目覚しく進歩しているのに対して、電源トランスには大きな変化がない。電子部品の中で、いまだに健在である最大の理由は、変圧と絶縁が同時に実現できることになる。小信号の絶縁にフォトカプラが多く使われる。これはあくまで電圧信号の伝達に使う素子で、電力は伝達できない。†[法則]1次電圧をV1、1次電流をI1、巻き数をN1、2次電圧をV2、2次電流をI2、巻き数をN2とすると、次が成り立つ。[証明]1:一次コイルに交流電圧がかかることによって、一次コイル側に電流i1が流れ、磁束φがコアに生じる。電流i1は時間変化するので、一次コイル側には自己誘導起電力e1が生じる。e1の大きさは、交流電圧の大きさとほぼ同じになる。2:生じた磁束φによって、二次コイル側にも誘導起電力e2が生じる。このとき、一次コイルの巻き数をN1、二次コイルの巻き数をN2とすると、次の式が得られる(磁気誘導起電力の式を巻き数倍した結果)。この2つの式から、次が得られる。□[別証]誘導起電力の式は次の通りである。これを使って、コイル1とコイル2のそれぞれに誘導される起電力を考えると、次のようになる。ここで、fはコイル1に繋がっている電源の周波数、φmは鉄心を通る磁束の最大値である。これらはどちらのコイルでも共通する。よって、起電力の比は次のように計算できる。□[補講]トランスの巻線の巻数を少なくすると、コイルにかかる費用は安くなるが、鉄心にかかる費用が高くなる。誘導起電力の式は次の通りである。同じ誘導起電力Eを生じさせるためには、巻線Nを小さくすると、周波数fは一定として、磁束の最大値φmを大きくする必要がある。変圧器の鉄心の磁束の最大値を大きくすると、やがて鉄心が磁気飽和する。磁気飽和した状態で使い続けると、磁束や電圧や電流のグラフが不安定になってしまう。磁束の最大値を大きくなっても、鉄心が磁気飽和しないようにするためには、鉄心を太くして磁束をたくさん通せるようにしないければならないのである。†トランスで変圧するとき、数パーセントの電力損失が起こる。損失は主に鉄心内部のうず電流によるものである。うず電流を小さくするための工夫として、ケイ素鋼板を積み重ねるという形式がある。†1台のトランスには絶縁した2つの巻線があり、電源側の巻線を一次巻線、負荷側の巻線を二次巻線という。巻線には直巻と型巻がある。電力用には型巻が多く用いられる。木製などの巻線にコイルを巻き、後で鉄心脚に挿入するものである。円筒巻線と円板巻線は、内鉄形変圧器に用いられる。一次巻線と二次巻線が鉄心脚の軸方向に同心に配置される。方形板状巻線は、外鉄形変圧器に用いられる。一次巻線と二次巻線が鉄心脚の軸方向に交互に配置される。磁束を通す磁路の役目を持つ。材料には、鉄損を少なくするために、厚さ0.23〜0.35mmの薄い方向性ケイ素鋼板(ケイ素含有量3.5%程度)が用いられる。大容量の変圧器では、短冊形に切ったケイ素鋼板を積み重ねている。これを積層鉄心(成層鉄心)と呼ぶ。柱上変圧器などの比較的小容量のものには、帯状の鉄板を渦巻き状に巻いた巻鉄心が使われる。巻線を外箱の外部に引き出すための絶縁端子(磁気がい管)である。絶縁油の劣化を防止する。コンサベータの方式には次の3種類が存在する。・小容量のトランスなどに用いられる。・コンサベータに窒素ガスを満たし、油を外気から遮断する。・中容量のトランスなどに用いられる。・ゴムセルで油と外気を隔離する。・大容量のトランスなどに多く用いられる。本体の損失によって発生する熱を大気または冷却水に放出する。違うが、無負荷損といったら鉄損、負荷損といったら銅損を考えればよい。負荷を接続しても、損失は同じ。変圧器を励磁することにより、生じる損失。負荷の割合(利用率)にかかわらず常に一定である。トランスの2次側に負荷を接続しない場合でも発生する損失。†ヒステリシスループによる損失。磁束の変化により、鉄心内に生ずる渦電流による損失。負荷電流が流れることにより、巻線の抵抗に生ずる損失。負荷の割合(利用率)の2乗に比例する。定格負荷時(100%の負荷)の銅損を1とすると、50%負荷時の損失は1/4である。巻線の抵抗による損失(I2R)。負荷電流が流れたときの漏れ磁束による損失。効率は出力と入力の比で表される。実際に測定して算出する。規格で定められた規則に従って損失を決定し、算出する。変圧器の効率は規約効率を採用するのが標準である。†[定義]効率をηとすると、次が成り立つ。†[公式]全負荷時のトランスの効率ηは、次の式で計算できる。†[公式]利用率αのときのトランスの効率ηαは、次の式で計算できる。□[問]定格容量10[kV・A]、鉄損100[W]、全負荷銅損250[W]の変圧器がある。[kW][kW]に変換しておくこと。利用率によりトランスの効率は変化する。最高効率になるときの利用率は次の通りである。[定理]鉄損(Pi)と利用率αにおける銅損(α2Pc)が等しいときに、最高効率になる。