変圧器とは

へんあつき

鉄心に巻いた2つ以上の巻線の電磁誘導で、交流の電圧を変換する機器。理想変圧器では、電圧は巻数に比例し(V1/V2 = N1/N2)、電流は巻数に反比例して、一次側と二次側の電力が等しくなる。例えば巻数比10:1の変圧器に100 Vを加えると、二次側は10 Vになり、二次側に5 Aを流すと一次側の電流は0.5 Aになる。入力と出力を電気的に絶縁でき、スイッチング電源では高い周波数で使うことで小型にできる。直流の電圧は変換できない。

「変圧器」は、6分野の15問の練習問題に出てきます(電気回路・電磁気の基礎, パワーエレクトロニクス回路, パワー半導体など)。

この用語の分野: パワーエレクトロニクス回路

変圧器の練習問題に挑戦

一次巻線の巻数が1000回、二次巻線の巻数が100回の理想変圧器の一次側に、交流100 V(実効値)を加えた。二次側の電圧(実効値)はいくらか。

  1. A1000 V
  2. B100 V
  3. C10 V
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正解:C. 10 V

理想変圧器では電圧は巻数に比例し、V2 = V1 × N2/N1 = 100 V × 100/1000 = 10 Vです。電力は保存されるため、電流は巻数に反比例し、二次側の電流は一次側の10倍になります。変圧器は磁束の変化によって電圧を伝えるため、直流の電圧は変換できません。

巻数比 N1:N2 = 10:1 の理想変圧器の二次側に8 Ωの抵抗負荷をつないだ。一次側から見たインピーダンスはいくらか。

  1. A800 Ω
  2. B80 Ω
  3. C0.8 Ω
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正解:A. 800 Ω

理想変圧器では、一次側の電圧は二次側の n = N1/N2 倍、電流は 1/n 倍になるため、一次側から見たインピーダンス V1/I1 は二次側の V2/I2 の n² 倍になります。10² × 8 Ω = 800 Ωです。このインピーダンス変換の性質から、変圧器はアンプとスピーカーの間などのインピーダンス整合にも使われます。

解説の中の「変圧器」

「変圧器」が出てくる問題(15問)

  1. 一次巻線の巻数が1000回、二次巻線の巻数が100回の理想変圧器の一次側に、交流100 V(実効値)を加えた。二次側の電圧(実効値)はいくらか。
  2. 巻数比 N1:N2 = 10:1 の理想変圧器の二次側に8 Ωの抵抗負荷をつないだ。一次側から見たインピーダンスはいくらか。
  3. 商用の交流から直流をつくる電源で、変圧器(トランス)で入力と出力を絶縁する絶縁形のコンバータが使われる主な理由はどれか。
  4. フォワードコンバータで、変圧器のリセット巻線(またはクランプ回路)が必要になる理由として、正しいものはどれか。
  5. 理想変圧器で一次側の電圧を二次側で低い電圧に変換したときの、一次側と二次側の電流の関係として、正しいものはどれか。
  6. 理想的なB級プッシュプル増幅回路の最大の電力効率に最も近い値はどれか。
  7. 交流回路で、有効電力をP [W]、皮相電力をS [VA]としたとき、力率を表す式はどれか。
  8. コイルを貫く磁束が変化すると、コイルに起電力が生じる(電磁誘導)。この誘導起電力の大きさを決めるものとして正しいものはどれか。
  9. 有効電力が800 W、皮相電力が1000 VAの交流負荷の無効電力はいくらか。(電圧・電流は正弦波)
  10. A級増幅回路と比べたときのB級プッシュプル増幅回路の特徴として正しいものはどれか。
  11. 電力変換器のスイッチング周波数を高くすることの主な利点はどれか。
  12. GaNパワーデバイスの採用が進んでいる身近な製品の例として正しいものはどれか。
  13. 4個のダイオードでつくる単相のブリッジ整流回路に交流を加えたとき、ある半周期に電流が流れる経路として、正しいものはどれか。
  14. フライバックコンバータの動作の説明として、正しいものはどれか。
  15. 電子ビーム描画装置や電子顕微鏡などを設置するとき、振動のほかに特に配慮が必要な環境の要因はどれか。

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