絶縁トランスとは
絶縁トランスとは、一次側と二次側の電気回路が導線で繋がっていないトランスのことです。
トランスは日本語で「変圧器」と呼び、電源電圧を変更する場合に用います。一般的な電気回路は、電源から需要機器まで導線で繋がっていますが、絶縁トランスを使用することで電源と需要設備の導線を分離することができます。
電源用として使用されるトランスは、ほとんどが絶縁トランスです。
絶縁トランスの使用用途
絶縁トランスは産業用電源から家庭用電源まで幅広い用途で使用されます。具体的な使用用途は、以下の通りです。
- 発電所・変電所の電源変換用
- OA機器の耐雷用
- 工場・商業設備用の電源供給用
- 古いACアダプタ内部
- 一般家庭の送電用
- 半導体製品向けのノイズ除去用
上記の通り、絶縁トランスは送配電用途として幅広く使用されています。また、ノイズ除去や耐雷などを目的に設置される場合もあります。
絶縁トランスの原理
絶縁トランスは電磁誘導作用を使用して変圧・絶縁する装置です。一次・二次巻線、鉄心、ケーシングなどで構成されます。
一次巻線は電源から電圧・電力を受信する巻線です。巻線の中心には鉄心が通されており、同じ鉄心に二次巻線が通されています。この構造から巻線同士に電磁誘導作用が働き、一次巻線と二次巻線の巻数に応じた電圧を二次巻線へ供給します。
一次巻線と二次巻線の巻数の比を巻線比と呼びます。一次巻線を多く巻くほど巻線比が大きくなるのが特徴です。巻線比が大きいほど、一次巻線で受電した電圧を小さくして二次巻線へ送り出すことができます。
絶縁トランスのその他情報
1. 絶縁トランスと非絶縁トランス
一般的な電源用トランスは絶縁トランスですが、稀に非絶縁トランスが使用されます。非絶縁トランスとは、一次側巻線の一部を二次側巻線が使用したトランスです。非絶縁トランスは構造から単巻トランスとも呼ばれます。
対して、絶縁トランスは複巻トランスと呼ばれます。単巻トランスは巻線に使用する銅線が少なく済むため、複巻トランスより安価です。ただし、一次側が二次側と絶縁されていないので、一次側での異常電圧 (落雷など) が二次側に波及して需要設備を破壊する危険があります。単巻トランスは小型化を目的として天井クレーン上部やラジオ内部などに使用されます。
2. 絶縁トランスとノイズ
絶縁トランスの使用目的の一つはノイズ除去です。ただし、普通の絶縁トランスが除去できるノイズは低周波数 (コモンモードノイズ) のみで、高周波数ノイズ (ノーマルモードノイズ) は除去できません。ノーマルモードノイズを除去するために、一次側巻線と二次側巻線に静電遮蔽を施したトランスが販売されています。
電気機器は高機能化と小型化に伴って回路同士が近くなり、ノイズに対する耐性が低下傾向です。電気回路や電子回路へのノイズの混入は、システムの動作に大きなダメージを与える可能性があります。ノイズの影響を受けやすいのは小型化が進む半導体部品の欠点です。
その中でもシステムを制御するコントローラは、チップの高集積化が進んでノイズへの耐性がありません。このような部品にノイズが混入するとシステムの誤動作や内部データ破損復帰不可能などの影響が起こります。したがって、半導体製品に対しては、静電遮蔽付き絶縁トランス使用などのノイズ対策が必要不可欠です。
3. 絶縁トランスと接地
絶縁トランスは一次巻線と二次巻線が絶縁されていますが、地震などの事故で巻線同士が混触するリスクが考えられます。巻線同士が混色した場合、高圧側の電圧が低圧側へ波及して感電災害などが発生する危険があります。
そのため、高圧以上の変圧器には低圧側一か所を接地することが義務付けられています。この際に使用する接地がB種接地です。B種接地は絶縁トランスの低圧側中性点や混触防止板などと接続されます。B種接地工事を絶縁トランスに施すことで漏電検知機器が漏電を検知しやすくなり、混触時の流入電圧も小さくすることが可能です。
参考文献
https://www.yodohen.co.jp/glossary/ka/ka02/
http://fa-ubon.jp/tech/001_bell52_54-55.html
https://www.daihen.co.jp/technologygeeks/cat01/cat01_01/29/
https://www.kitagawa-denki.co.jp/products/about/whats/
https://as76.net/asn/zetuen_tr.php
https://www.kamidenshi.co.jp/magazine/1497/
https://www.fujielectric.co.jp/technica/faq/cuttrans/08.html