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意外?身近なようで遠い変圧器(トランス)

一次電圧と二次電圧違いを説明する前に一次電圧と二次電圧が大きくかかわる変圧器についてを知る必要があるでしょう。
wikiペディアによると変圧器とは,,,,

交流電力電圧の高さを電磁誘導を利用して変換する電力機器電子部品である。変成器(へんせいき)、トランスとも呼ぶ。電圧だけでなく電流も変化する。交流電圧の変換(変圧)、インピーダンス整合平衡系不平衡系の変換に利用する。

なんだか、とても難しそうな用語がたくさん並んでいますね。。。
ちなみに変圧器は下のような画像のことです。

変圧器

変圧器の使用用途としては建築や土木などの工事をする際に電気を通す役割を持っています。

もっと身近でいうと私たちの生活を支えている’電気’、そして電気の通り道であるコンセントの向こう側には発電所がいますよね。
簡単にいうと、変圧器(トランス)は家庭のコンセントと発電所をつなぐ中間管理職のようなものです。

電気工事においても変圧器は重要な役割を果たしています。
以前の記事で仮設工事に関する記事も参考になるでしょう。
現場を支える仮設電気工事

一次電圧と二次電圧というのはこのクーラーボックスのような変圧器の中で作用している’電圧なのです’。
意外と身近なところにも一次電圧と二次電圧は流れていますよ。

一次電圧と二次電圧の理解の前に、変圧器の仕組みについて理解を深めましょう。

分かりにくい、変圧器の仕組み

変圧器の基礎

以下の図が簡単な変圧器の仕組みになります。
ここでいうEは一巻に発生する起電力(電流の駆動力のこと)を指します。
n₁=一次巻数, n₂=二次巻数
巻数式はE=4.44fф
Iは磁化電流、фは磁束を表します。

変圧器を学習する際に理想的変圧器で考えるといいとされています。

理想的変圧器について

理想変圧器の巻数比と電圧比、電流比がすべてイコールになる状態です。
これを上の図で当てはめると、起電力E₁とE₂の比は、巻き数の比n₁、n₂の日に等しくなります。
この状態のことを理想的変圧器と呼びます。


なにが理想なのか?
コイルの抵抗無視、コイルの漏れ磁束無視、励磁電流が無限に小さいと考えれば電流比。巻数比、電圧比率はイコールになるため、理想とついています。

変圧比とは?

変圧器は、1つの交流電圧を受け、必要な電圧に変換する比率のことです

つまり、一次側の電源を入れると一次巻線に電流が流れます。一次電力、二次電力がそれぞれn₁、n₂回の変圧器があり、一時巻線に電圧V₁[V]、周波数ℱの交流電圧を加えたとき、鉄心中の最大磁束密度をφ [Wb]とすると、一次、二次の誘導起電力の実効値E₁、E₂は、一次電流E₁=4.44ℱn₁φ [V]、二次電流E₂=4.44ℱn₂φ [V]となります。

電流比

上記のとおり、理想的変圧器は一次入力と消費エネルギーが等しい、言い換えると一次電流と二次電流の比を電流比といいます。

つまりはイコール関係なのでV₁I₁=V₂I₂(入力電力=出力電力)となります。

巻数比(turns ratio)

理想トランス状態では

一次電圧と二次電圧の計算方法と求め方

一次電圧と二次電圧の比は、それぞれの巻数n₁、n₂の比ととされます。aはここで巻数比です。
これにより、一次巻線と二次巻戦の電圧の比について、巻数の比と等しく、二次巻線の電圧を巻き数比で割ってあげたものになります!

 

簡単に変圧器トランスの違いについて知ったところで、一次電圧と二次電圧の違いについてみていきましょう。

一次電圧と二次電圧の違い

一次電圧とは?

一次電圧とは、変圧器(トランス)の入力側(=入力エネルギーやinputと呼ばれます)の巻線に加わる電圧のことを指します。
トランスなどにおいて、電源から入力を受ける側は一次側と呼ばれ、一次側の巻線は一次巻線と呼ばれる。AC100、AC200等のことを指すことがおおいです。
ACは英語でalternating currentの略で交流電源と日本語で言います。逆はDC=direct currentで直流のことを指します。

ACって聞くとACアダプタを想起する人もいると思います。
ACアダプタといえば、、、

ACアダプター(エーシーアダプター)は、小型家電製品等で用いられる、電源装置。英語圏では「Wall wart」と言う俗語がある。 商用電源より交流 (Alternating Current, AC電力を入力し、それぞれの機器に合わせた形式の電力を出力する。直流電力を出力するAC-DCアダプターが一般的である。
wikiより参照

ですよね。電力会社から供給される商用電気は一般的に100V 以上とされています。
それに対して、電力を消費する電気製品の側は、3~12V前後の直流を使用するものも多く、変圧器や整流器、安定化回路などからなる電源装置によって、一旦低電圧の直流に変換する必要が生じる。

この電源装置を物理的に分離、独立させたものがACアダプターです。
ふだん何気なく使用しているACアダプタをよく見ると一次電圧と二次電圧の表記があるはずです。のちの章で実際に見てみましょう。

二次電圧とは?

同じく、エネルギーを外部に出力する側は二次側と呼ばれ、二次側の巻線は同じく二次巻線と呼ばれます。

つまり一次電圧と二次電圧の違いは変圧の入力と出力という意味です。

 

意外に身近な一次電圧と二次電圧

日常に欠かせないACアダプタにも一次電圧、二次電圧

先ほども触れましたが、身近な例でいえばパソコンの充電器のACアダプターに一次電圧、二次電圧の容量の表記です。本体のパソコンの裏面のに張ってあるシールは一次電圧と二次電圧の消費電力の表記があります。

上のACアダプタのINPUTとOUTPUTがそれぞれ一次電圧、二次電圧にあたります。
このように私たちの身近に一次電圧、二次電圧は存在しています。

電気への理解を身近なもので見てみると面白い発見がありそうです。
電験資格試験にも一次電圧と二次電圧は頻出ですし、変圧器の仕組みを理解していると身近な電化製品やコンセントの向こう側がどうなっているかわかるようになるでしょう。

参考までに
建設業界でほかの用途で使用される一次二次という用語についてフィーチャーしてみようと思います。

混同しそうな一次工事と二次工事


建設業界は業界的に複雑ですから、建設業界における用語も似たような用語や、似たようなつかいかたがありますよね。
今回お話しした一次電圧と二次電圧も似たような用語で一次工事と二次工事というものがあります。

一次工事、二次工事(電気工事)

一次側(幹線工事)

簡単に言うと上流工程のことを指します。
inputですね。
一般的に言うと、品質管理や工程管理などを行います。

IT業界におけるシステム開発に似たような工程です。具体的な事例でいうと、、、展示会場内の電源引き出し口から、出展者の小間まで電気を供給する為の配線工事。メインスイッチ(開閉器)の取付まで行います。

二次側(小間工事)

簡単に言うと下流工程のことを指します。
outputですね。

設備の保守や運用も行います。小間内の照明やコンセントの取付・配線工事。分電盤の取付も二次側工事の範囲になります。

一次側配線、二次側配線って何

一次側配線、二次側配線

一次側配線一次側ブレーカーの電源側

ブレーカーは停電などの原因で落ちることがありますよね。
ブレーカーを切っても電圧がある方を一次側といいます。
ブレーカーを切っても電気は来ている状態のことを指します。

二次側:ブレーカーの負荷側

一方、電圧が無い方を二次側と表現することが多いです。
例えば、二次側(小間工事)小間内の照明やコンセントの取付・配線工事のことをさすことがあります。

仮設電気工事でも触れた分電盤の取り付けに関しても二次側工事の範囲になります。

インターホンなどに使用している小型変圧器(二次電圧36V以下に限る)の配線工事を二次側配線と呼びます。
二次側の配線工事に関しては電工の資格はなくても工事はできるようです。

 

まとめ

一次電圧と二次電圧の違いを中心に、一次工事と二次工事など、似たような用語がたくさんありますね
似たような建設業界における用語をまとめることも重要かもしれません

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