変圧器の動作原理

変圧器は鉄心（または磁心）とコイルで構成され、コイルには2つ以上の巻線があり、電源を接続する巻線は1次巻線、残りの巻線は2次巻線と呼ばれている。交流電圧、電流、インピーダンスを変換することができます。簡単な鉄心変圧器は、図に示すように、軟磁性材料で作られた鉄心と鉄心に取り付けられた2つの巻数の異なるコイルで構成されている。

コアの役割は、2つのコイル間の磁気結合を強化することです。鉄内渦電流とヒステリシス損失を低減するために、鉄心は塗装された珪素鋼片を積層してなる、2つのコイルの間には電気的なつながりはなく、コイルは絶縁銅線（またはアルミニウム線）で巻かれている。一方のコイル接続用交流電源を1次コイル（または1次コイル）と呼び、他方のコイル接続用電気機器を2次コイル（または2次コイル）と呼ぶ。実際の変圧器は複雑で、銅損（コイル抵抗発熱）、鉄損（鉄心発熱）、磁気漏れ（空気閉鎖磁気誘導線）などが避けられないが、議論を簡略化するためにここでは理想変圧器のみを紹介する。理想的な変圧器が成立する条件は：漏れ磁束を無視して、原、副コイルの抵抗を無視して、鉄心の損失を無視して、空荷電流（副コイル開回路原コイル中の電流）を無視する。例えば、電力変圧器がフル稼働時（副コイル出力定格電力）に理想変圧器に近い場合。

変圧器は電磁誘導の原理を利用して作られた静止用電器である。トランスの1次コイルが交流電源に接続されると、鉄心に交流磁束が発生し、交流磁気は共通であるφに表示されます。プライマリ、セカンダリコイルのφ同じですが、φ簡調関数でもあり、表はφ=φmsinωt。ファラデーの電磁誘導法則から分かるように、一次、二次コイルにおける誘導起電力はe 1=-N 1 dであるφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中、N 1、N 2は1次、2次コイルの巻数である。図から分かるように、U 1=-e 1、U 2=e 2（1次コイル物理量は下角標1、2次コイル物理量は下角標2）、その複素有効値はU 1=-E 1=jN 1であるωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，k=N 1/N 2を変圧器の変数と呼ぶ。上式からU 1/U 2=-N 1/N 2=-k、すなわちトランス原、副コイル電圧有効値の比が得られ、その巻数比に等しく、原、副コイル電圧の位相差はπである。

さらに、次のようになります。

U1/U2=N1/N2

空負荷電流が無視できる場合、I 1/I 2=-N 2/N 1、すなわち原、副コイル電流有効値の大きさはその巻数に反比例し、位相差πがある。

さらに得ることができる

I1/ I2=N2/N1

理想変圧器原、副コイルの電力はP 1=P 2に等しい。理想変圧器自体に電力損失がないことを説明する。実際のトランスには常に損失があり、その効率はη=P2/P1。電力変圧器の効率は高く、90%以上に達することができる。