トランスとは
トランス (変圧器) は電磁誘導作用を利用して交流電圧、または電流を任意の値に変換する静止誘導機器です。
一般的に電圧を降圧するものをトランスと言い、反対に電圧を昇圧するものは昇圧器と呼びます。呼び方が変わるだけで昇圧器もトランスのひとつです。
鉄心と巻線で構成され、基本的には環状の鉄心に2つの巻線が巻き付けられた構造をしています。電源に接続される巻線を一次巻線、負荷側に接続される巻線を二次巻線と言います。トランスの特性で、使用時に鉄損や巻線抵抗によって発熱するのでエネルギーが熱で消費されて出力が低下してしまうので、効率改善や機器の故障を防ぐためにも使用時は冷却しなければなりません。
トランスは容量50 kVA以下を小型、500 kVA以下を中型 (中容量) 、500 kVA超を大型 (大容量) と呼びますが範囲は曖昧で定義はありません。また、使用電圧によっても低圧/高圧/超高圧/特高 (特別高圧) などと呼ばれます。
トランスの種類
トランスにはさまざまな種類があり、構造、冷媒、冷却方式によって分類されています。
1. 構造による分類
- 内鉄型トランス：巻線の内側に鉄心があるタイプで、製造や整備が容易なうえに機械的ストレスにも強いため一般的に広く採用されています。
- 外鉄型トランス：巻線の外側に鉄心があるタイプで、製造や整備が難しい形状をしています。外鉄型は主に低電圧・大電流のものに採用されています。
2. 冷却媒体による分類
- 油入式トランス：タンク内に鉱油や合成絶縁油を封入することで冷却と同時に絶縁します。
- 乾式トランス：空気やガス (SF6：六フッ化硫黄ガス) を冷媒として使用するもので、小型のトランスに多く採用されます。
3. 冷却方式による分類
油入式、乾式ともに冷媒を冷却する方法は3種類あります。
- 自冷式：冷媒の自然対流で冷却する方式です。
- 水冷式：冷却水を循環させて放熱させる方式です。
- 風冷式
ファンで強制的に風を送り冷却する方式です。
この他にも相数や絶縁方式、耐熱クラスなどで細かく分けられますが、大きくは上記3つになります。また、使用用途によって分類されることがありますが、使う場所や使い方で呼称が変わるだけで構造は同じものを使用しています。
トランスの原理
トランスの一次巻線に交流電圧を印加すると鉄心に磁束が発生し、発生した磁束が鉄心を通って二次巻線に交わることで誘導起電力が発生します。一次電圧 (V1) 、二次電圧 (V2) 一次巻線数 (n1) 、二次巻線数 (n2) としたとき、V1/V2＝n1/n2という関係が成り立ちます。出力される電圧は巻数比に比例し、一次電圧や巻線数を変える (タップ切替など) ことで任意の電圧を取り出すことが可能です。