回路でトランスはどのように機能するのか

トランスの動作原理を解説！回路での電圧変換やエネルギー効率を向上させる仕組みを簡単に理解できる初心者向けガイド。

トランス（変圧器）は、電圧を変換するための電磁デバイスです。主に交流電流（AC）の電圧を上げたり下げたりするために使用されます。これにより、送電効率が向上し、様々な電力需要に対応できます。

トランスの基本構造

トランスは主に以下の3つの部分から構成されます。

一次コイルに交流電流が流れると、交番磁場（変化する磁場）が生成されます。この磁場は鉄心を通って二次コイルに伝達されます。

基本的な変圧の原理は、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいています。一次コイルに交流電流が流れると、鉄心を通じて磁束が変化し、その変化が二次コイルに誘導電圧を生じさせます。以下の式で表されます：

誘導電圧 (E) = -N \frac{dφ}{dt}

ここで、

トランスの一次コイルと二次コイルの巻数（ターン数）の比率によって、出力電圧が決まります。この比率を「巻数比」と呼びます。一次電圧（V₁）と二次電圧（V₂）、一次コイルの巻数（N₁）と二次コイルの巻数（N₂）の関係は次のように表されます：

\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2}

この式から、一次巻数が二次巻数より多い場合、二次電圧は一次電圧より低くなり、逆に少ない場合は高くなります。

理想的なトランスはエネルギー変換効率が100%ですが、実際にはいくつかの損失があります。主な損失には以下が含まれます：

これらの損失を最小限に抑えるために、高品質の素材や設計が重要です。

トランスは家庭用や工業用、多様な電力システムで広く使用されています。例えば：

このようにトランスは重要な役割を果たしており、その理解は電気工学の基礎となります。