定格力率において、定められた温度上昇限度を超えることなく二次端子間に得られる皮相電力。二次巻線の端子間に、印加するため指定した電圧または無負荷時に発生する電圧。定格電圧をある巻線に印加したとき、無負荷時には、すべての巻線に定格電圧が発生する。短絡インピーダンス一方の巻線を短絡し、定格周波数において、他方の巻線端子間で測定されたインピーダンス。多相の場合は等価的な星形結線に置き換えた1相分の値とする。他方の巻線を短絡し、定格電流を流すために印加する電圧をインピーダンス電圧という。耐熱クラス変圧器を構成する絶縁材料の耐熱特性による分類。・200・220・250の種類がある。250°Cが許容最高温度である。絶縁材料は、許容最高温度を長時間連続持続して超えてはならない。一次回路と二次回路を相互インダクタンスで結合する磁気回路として、通常は鉄心が用いられる。高周波用には鉄心を有しないものもある。大きい材料が適しており、ケイ素鋼板が多く用いられ、特定の方向に磁化し易い方向性鋼板が採用されることも多い。損失の低減を図る目的でアモルファス磁性材料が用いられることもある。渦電流損を低減させるため、表面を絶縁処理した薄い鋼板を積層したものや、帯状に圧延した鋼板を巻いた巻鉄心などがある。巻線には絶縁被覆を有する軟銅線が用いられる。断面形状は一般的なものでは丸形だが、大型用は導体断面積を大きくできる角形となっている。ように一次・二次の密な結合が必要な場合は、一次・二次の巻線を1本ずつ交互に配置するバイファイラ巻なども行われる。複数の二次電圧が必要な場合や電圧の調整が必要な場合は、巻線の途中からタップと呼ばれる端子が取り出される。鉄心と巻線の配置は以下の2種類ある。鉄心の周りに低圧巻線、その周りに高圧巻線を配置する、同心円配置が多い。鉄心より巻線が多くなり、銅機械となる。絶縁のため高電圧に用いられる。巻線の周りに鉄心を配置したものである。交互に配置する、交互配置が多い。巻線より鉄心が多くなり、鉄機械となる。結線と種類[編集]単相変圧器[編集]単相交流を入出力とするものである。三相変圧器[編集]三相交流を入出力とするものである。低電圧の回路で用いられる。Δ結線が用いられることが多い。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。降圧に適しているため受電端に用いられる。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。配電用柱上変圧器など。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。単相(電灯)と三相(動力)の需要家が混在する地点でよく使用される。小容量側の変圧器でV結線の三相負荷の一相へ、大容量側の変圧器でV結線のもう一相と単相負荷を兼用する。前者を専用変圧器、後者を共用相変圧器と呼ぶ。同じ目的に、単相変圧器と三相変圧器を1台にまとめた灯動共用変圧器を使うこともある。相変換変圧器[編集]三相交流から単相交流に変換する変圧器で、電気鉄道で交流電気車への電力供給や、三相交流電源を用いて単相電気炉や単相電動機を運転する場合などに採用される。スコット結線変圧器[編集]三相交流から90度の位相差の2組の単相交流を出力するもので、2つの巻線を持つ。鉄道の交流饋電用変電所などに用いられる。2次側巻線が2組あり、単相交流が2組出るタイプが一般的である。効率が悪くなるが、2つの出力を直列にして両端で単相1組とする事も出来る。注意点として、2つの出力の位相が90度異なるため、電圧が2倍ではなく1.4倍になる事が挙げられる。各々200Vで10kVAの容量があるスコット結線変圧器では、単相1回路結線した場合、280V・14kVAの容量しか得られないため体積効率が悪くなる。各巻線の電圧と電流の位相がずれるため力率も悪くなる。そのため非常用発電回路など小規模な設備に限って使われる。2つの巻線の負荷にアンバランスがあると一次側が不平衡となり逆相電流が発生するため、負荷を均等化することが望ましい。これは次項のウッドブリッジ結線にも共通する留意事項である。ウッドブリッジ結線変圧器[編集]一次側はY巻線とし、二次側は2つのΔ巻線を背中合わせに接続した変圧器で、スコット結線と同様に三相交流から90度の位相差の2組の単相交流が得られるが、電圧を揃えるため一方の二次回路に付加巻線が設けられる。この付加巻線を外付けの単巻変圧器としたものを変形ウッドブリッジ結線という。スコット結線に比べ、二次側の負荷が不平衡となっても接地した一次中性点に電流が流れない特徴がある(参照:電気工学ハンドブック)。中性点接地が必要なため、変形ウッドブリッジ結線変圧器が用いられている。変形ウッドブリッジ結線と同様に、一次側の中性点接地が可能であるため187kV以上の系統から受電する新幹線などの変電所に採用されるが、変形ウッドブリッジ結線と異なり二次側のA座とB座が電気的に独立している。従って、国内の交流電化の主流であるAT饋電方式では単巻変圧器の巻数比を1:1より大きくでき、その場合、饋電線の電圧はトロリ線の電圧よりも高くなると同時に饋電線の電流が減少する。変形ウッドブリッジ結線に比べ、ルーフ・デルタ結線は設置スペースや効率などが優れているが、一般的な電力用変圧器と異なる構造であることから岡山開業以降の新幹線では変形ウッドブリッジ結線が採用されてきた。一部を一次と二次側とで共用するものである。オートトランス、またはオートトランスフォーマー(en:autotransformer)、オートフォーマーともよばれている。共通部分を分路巻線(ぶんろまきせん)、そうでない部分を直列巻線(ちょくれつまきせん)という。1に近いほど顕著となる。分路巻線に流れる電流は、一次側と二次側の差となるので巻数比が小さいほど細くできる。分路巻線は漏れ磁束が無く、漏れリアクタンスが小さく、電圧変動率も小さくなる。入力電圧と出力電圧との差の少ない用途に適する。このような特徴から、単巻変圧器は長距離配電線の電圧降下補償などに用いられている。Δ接続の単巻変圧器は一次・二次間に位相差が生じるので注意が必要である。可変単巻変圧器[編集]単層絶縁巻線の露出面の一部の絶縁膜を剥がし、可動式摺動子を接触させ、単巻変圧器を可変電圧出力式とした製品があり、日本ではスライダックが古く[5]から著名な商標であったためその名で呼ばれることも多い[6]。最近は、重量や価格の点で半導体による電圧調整装置が用いられることも多いが、出力電圧が波形ひずみを殆ど含まないことは、単巻変圧器の大きな特長である。磁気漏れ変圧器は一次・二次巻線を別々の区画に離して巻き、これに漏れ磁束のための磁気回路を設けたものである。負荷電流が増加しようとすると漏れ磁束の増加で電圧が低下し、負荷が変動しても電流が一定に保たれる。定電流変圧器とも呼ばれる[7]。レンジ(マグネトロン)安定用変圧器などに用いられる。共振変圧器[編集]テスラコイルの一次巻線側から観測した二次巻線上に発生する共振の様子(多数の共振が存在する)共振変圧器は磁気漏れ変圧器の一種であり、二次巻線に並列に共振コンデンサを接続するかまたは二次巻線の分布容量によって、共振を起こさせるトランスである。磁気漏れ変圧器の二次側短絡インダクタンスと二次側共振容量とが直列共振回路を形成し、二次側の直列共振周波数(1')で一次側から駆動することにより、一次巻線で発生する磁束の位相と二次巻線で発生する磁束の位相が同期する磁界調相結合が起きて昇圧する。{(1-k^{2})L_{2}C_{r}}}}}である。インバータ・テスラコイル(放電用)などに用いられる。磁界共振方式のワイヤレス給電の原理も共振変圧器の結合係数を小さくしたモデルとして説明することができる。運用[編集]変圧器の並行運転[編集]負荷に供給したい電力が1台の変圧器の容量で不足する場合、複数台の変圧器の一次側および二次側を並列接続して運転することがある。これを並行運転と呼ぶ。並行運転を行うためには、電圧の極性をそろえること、巻数比が等しいことが必要である。負荷が複数台の変圧器の容量に応じて分配されるために、各変圧器のパーセントインピーダンスが等しいことが必要となる。変成器(電子部品)[編集]変成器(へんせいき)とは、電磁誘導を利用して複数の巻線の間でエネルギーの伝達を行う電子部品である。トランスとも呼ばれる。変圧器と構造、動作原理はほぼ同じであるが、用途が異なるため電子部品として用いられるものをこの節で説明する。概要[編集]トランスの1次側と2次側の巻数比に対して、電流比=巻数比、インピーダンス比=巻数比2の関係が成り立つ。トランジスタなどの増幅回路に用いるトランスには、用途別に入力トランス、段間トランス、出力トランスの3種類がある。これらの分類はインピーダンスの公称値に対してメーカーが推奨する用途を定めたものであるため、耐電力などの条件を満たせば転用も可能である。トランジスタ用の小型トランスは山水電気のST-○○(2桁の数字)が定番と言えるもので、他社製のトランスもこれに準ずる型番を付けている製品が多い。種類[編集]入力トランス入力機器(マイクロホン、センサ)などと増幅回路のインピーダンス整合を行うトランスが入力トランスである。マイクロホンの入力の場合は、マイクロホンの出力端子の2本をアースから独立させて入力トランスの1次側に接続し、2次側をアンプの入力に接続する構造を採っている。トランス増幅回路の出力と次段の入力のインピーダンス整合を行うトランス。B級プシュプル増幅回路などで、正負の2入力が必要な場合に、センタータップ付きのトランスが用いられる。IC、およびトランスを用いないSEPP回路などが主流になったため、近年はあまり見られない。数kΩ、2次側をスピーカーのインピーダンスに合わせた出力トランスを用いる。1次側の直流分(バイアス成分)を除く(2次側に現れないようにする。直流分カットと言うことがある。)ことにもなるので、負荷の保護の役割も兼ねる。電流変成器(カレントトランス)電流の測定において分流器を用いる場合、抵抗による熱損失などが問題となるため、大電流の交流や高周波を扱うには適切な方法ではない。そこで分流器の代わりにトランスが用いられる。注意点としては通電中は決して2次側の端子を開放しないことである。間違えて通電中に開放すると2次側端子に数千ボルトの高電圧が発生し、機器焼損や感電などの人身事故を引き起こす危険があるためである。伝送線路トランス伝送線路の全体をコアに巻き、磁気回路を形成したものである。通常のトランスと動作原理は全く異なるが、トランスの一種として考えられる。伝送線路の2本の電線に対して同位相の電流は通過することができないので、電波障害の防止や平衡系-不平衡系の変換など様々な用途に用いられる。(LFT)stub段間トランスの一種。低周波の増幅ステージにおいて、一次側と二次側のインピーダンス整合を行う。(IFT)stubスーパーヘテロダイン受信機において、受信周波数に加えた周波数信号から、一定の中間周波数を取り出すために用いられる。(RFT)stub絶縁トランス入力側(一次側)と出力側(二次側)に分離することによって電灯線からの電気雑音や直流電流が出力側に入る事を防ぐ。逆に出力側の電気雑音や直流電流が電灯線に入る事を防ぐ。回転トランスロータリートランスともいう。回転体の静止側と回転体の間で電気信号や電流をやり取りする時に使用する。従来はスリップリングを介して行っていたが、摺動子を介すことによって火花が発生する場合があり、磨耗する為、望ましくはなかった。そこで一次側と二次側をそれぞれ静止側と回転側に取り付け磁気回路を形成する事により非接触で交流電流や信号のやり取りが出来る。ビデオデッキの回転ヘッド等に使用される。ゲートドライブトランスダブルフォワード型、ハーフブリッジ型、フルブリッジ型等のスイッチング電源等に使用されるハイサイドスイッチにNチャネルMOSFETを使用する際、ハイサイドスイッチのドレインに電源電圧が印加される。このため、ハイサイドスイッチのゲートには電源電圧に加えてハイサイドスイッチをオンさせるに必要な電圧を与えなければならない。この、ハイサイドスイッチをオン/オフ制御するためのゲート電圧をハイサイドスイッチに与えるためのトランスをゲートドライブトランス、またはドライブトランスと呼ぶ。パルストランスとも呼ぶ事例を見かけるが、「パルストランス」はネットワークのトランシーバに用いられる絶縁用途のものを指すことが多いので、注意すべきである。歴史[編集]誘導コイルの実験[編集]1831年にマイケル・ファラデーは変圧器の基本となる原理であるファラデーの電磁誘導の法則を発見し、コイル間の電磁誘導に関する実証を行ったが、将来それが起電力を操作する役割を持つという認識は無かった。誘導コイルを発明し、これが変圧器として広く用いられる初めてのものとなった。彼は、一次巻線に対して二次巻線の巻数を増やすほど大きな起電力が発生するということに気づいた初期の研究者の1人であった。誘導コイルは、電池からより高い電圧を取り出そうとする科学者や発明家の努力によって発展した。電池は交流ではなく直流の電源であることから、電磁誘導に必要な磁束の変化を生み出すために一次側でコネクタを振動させて定期的に電流を遮断することによって誘導コイルが働くようになっていた。1830年代から1870年代に掛けて、よりよい誘導コイルを、ほとんどは試行錯誤によって作り出そうとする試みにより、ゆっくりと変圧器の基本原理が明らかとなっていった。効率的で実用的な設計は1880年代まで発明されなかったが[8]、それから10年の間に電流戦争において交流が直流に対して勝利を収め、それ以来支配的な地位を確保し続けているために変圧器が助けとなった[8]。1876年にロシアの技術者であるパーヴェル・ヤブロチコフは、一次側巻線が交流電源に接続され、二次側巻線を彼の設計した複数の「電気ろうそく」(アーク灯)に接続できる誘導コイルの組み合わせに基づいた照明システムを発明した[9][10]。このコイルはシステムの中で原始的な変圧器のように用いられた[9]。この発明に関する特許では、このシステムは「単一の電源からいくつかの照明装置にそれぞれ異なる輝度で電力を供給する」としている。1878年、ハンガリーのガンツ社の技術者がオーストリア=ハンガリー帝国での電灯装置製造のために大きな技術的な貢献をし、1883年までに50を超える装置を製作した。その他の備品からなる全般的なシステムを提供した[11]。称する鉄心に空間の空いた装置を初めて公開し、このアイデアをアメリカ合衆国のジョージ・ウェスティングハウスの会社に売却した[12]。彼らはこの発明を1884年にイタリアのトリノでも公開し、そこで電灯システムとして採用されることになった。1880年頃まで高圧の電源から低圧の負荷に交流電力を送る方法は、電源に対して直列に負荷をつなぐものであった。直列につなぐことで各負荷に掛かる電圧は下がったが、その代わりに個々の負荷の電源を切ると全体の電源が切れてしまう。このことから、巻数比が1対1の変圧器が使われた。高圧側の電源に直列に変圧器の一次巻線を接続し、二次巻線で低圧の電灯に接続して、二次側で電源を入り切りすることで、全体の電源を切らずに個別の電灯の電源を切ることができるようにしていた。この方法の本質的な問題は、それでもなお1つの電灯を入り切りするだけで他の回路全体に影響を与えてしまうことで、この直列回路の問題のある特性に対応するために多くの調整可能なコイルの設計がなされた。そのために鉄心を調整し、あるいはコイルの周りを迂回して磁束を流すなどの電圧を調整するための多くの方法が開発された。磁気回路に空間の空いた誘導コイルは電力を変換する効率が悪かった[13]。最初の変圧器の発明[編集]1884年から1885年にかけて、ブダペストのガンツ社の技術者、ジペルノウスキー、ブラーティ、デーリの3人が効率的な"ZBD"式の閉じた鉄心モデルを開発した[14]。これはゴーラールとギブスが開発した設計に一見似ていたが、ゴーラールとギブスはあくまで鉄心に空間のあるものを設計している。ジペルノウスキー、ブラーティ、デーリは、それ以前の鉄心が無い、あるいは鉄心の磁気回路が閉じていない装置は電圧を調整できず、実用的でないことを発見した。彼らが合同で出願した特許では鉄心に極が無い、鉄心が環状になっているものと、鉄心が覆いのようになっているものの2つの構成が記載されていた[15]。環状鉄心モデルでは、鉄心は環状に構成され、その周りに2つのコイルが同様に巻かれていた。覆い方式のモデルでは、銅製の誘導ケーブルが鉄心の中を通されていた。どちらの設計でも、一次と二次のコイルを結ぶ磁束はほぼ全て鉄心の中をとおり、意図的に空中を通る経路は無い。鉄心は鉄の線あるいは板で作られていた。この発明によって、産業と家庭に経済的に電力を供給することが可能となった[16]。ジペルノウスキー、ブラーティ、デーリは変圧器の巻数比と電圧比の関係する数式も発見した。この数式により、変圧器は計算して設計できるようになった。彼らの特許の出願の中で、ブラーティが造語した"transformer"という言葉が初めて使われた[17]。ジョージ・ウェスティングハウスはゴーラールとギブス、そしてZBD式の両方の特許を1885年に購入した。ウェスティングハウスはZBD式の変圧器を商用化する設計をウィリアム・スタンリーに任せた[18]。スタンリーは、鉄心を組み合わせられたE字形の鉄のプレートから作成した。この設計は1886年に初めて商用に用いられた[19]。1889年に初めて三相の変圧器を開発した。1891年にニコラ・テスラは高電圧を高周波数で発生させる空芯コアで共鳴を利用したテスラコイルを発明した。可聴周波数の変圧器は、電話の開発に際して初期の研究者に利用された。日本国商標第299989号で、登録されたのは1938年(昭和13年)である。東芝の登録商標(商標第299989号)であったが、現在の商標権者は東光東芝メーターシステムズ株式会社である。東芝はスライダックの生産を終了しており、2016年現在のところ、山菱電機の「ボルトスライダー」(同社名のYAMABISHIは同業他社)や東京理工舎の「リコースライドトランス」などがある。2009年1月9日閲覧。2009年1月9日閲覧。2008年12月26日閲覧。2008年12月26日閲覧。オリジナルの2010年12月6日時点におけるアーカイブ。2007年5月17日閲覧。.関連項目[編集]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。(日時は個人設定で未設定ならばUTC)。表示-継承ライセンスの下で利用可能です。追加の条件が適用される場合があります。詳細は利用規約を参照してください。Cookieに関する声明モバイルビュ。