変圧器の種類と構造

変圧器は、電磁誘導の作用によって交流の電圧の大きさを変換する機器であり、一次巻線と二次巻線が鉄心を介して磁気的に結合している。変圧器の種類と構造を理解するとは、鉄心と巻線の組み立て方、巻線の結線、冷却と絶縁の方式、そして用途に応じた巻線数の違いを整理することである。試験では、各形式の特徴を正しく区別できるかが問われる。

鉄心の形式による分類

鉄心は、一次巻線と二次巻線が作る磁束の通路であり、透磁率の高い珪素鋼板を積み重ねて作られる。鉄心に用いる鋼板は、渦電流損を抑えるために薄く絶縁した板を使う。変圧器は、鉄心と巻線の位置関係によって内鉄形と外鉄形に大別される。内鉄形は、鉄心の脚部に巻線を巻く形式であり、巻線が鉄心に囲まれる構造である。外鉄形は、鉄心が巻線を外側から囲む形式であり、巻線は鉄心の内側に配置される。両者は磁路の構成が異なるが、電圧変換の原理は同じである。内鉄形と外鉄形は、鉄心の材質の違いによって区別されるのではなく、巻線と鉄心の位置関係によって区別される。

三相変圧器は、三相の各相に対応する鉄心脚を一つの鉄心にまとめた三脚鉄心形式と、相ごとに独立した単相変圧器を三組用いる形式とに分けられる。三脚鉄心形式は、単相変圧器を三組用いる形式と比べて、鉄心と巻線を一体で構成するため機器がまとまる。ただし、三脚鉄心形式と単相三組の形式とは、磁路の構成と電気的な性質が異なるため、同一のものとして扱ってはならない。

巻線の結線と冷却・絶縁の方式

三相変圧器では、一次側と二次側の結線を星形（Y）と三角形（Δ）から選ぶ。星形結線では、各相の巻線の一端を共通の中性点に接続する。三角形結線では、各相の巻線を環状に接続する。一次側と二次側の結線の組合せによって、一次電圧と二次電圧の位相差が定まる。結線の組合せを選ぶ際には、中性点を接地する必要があるかどうかや、第三調波の電流を循環させる必要があるかどうかを考慮する。