コア型トランスとシェル型トランス：どちらがより良い選択か？

変圧器がどのような役割を果たしているのか、考えたことがあるだろうか。この本当に便利な装置はどこにでもあり、私たちの家や町に電力を供給するのに役立っている。しかし、すべての変圧器が同じように作られているわけではありません。主な種類は、コア型変圧器とシェル型変圧器の2つです。コア型変圧器とシェル型変圧器の最大の違いは、その構造です。この違いを知ることは、どのような作業にも適したトランスを選ぶために非常に重要です。この記事では、それをわかりやすく説明します。コア・タイプとシェル・タイプの選択について知っておく必要があることをすべてお見せします。どのように組み合わされるのか、何に使われるのか、そして必要なものに最適なものを選ぶ方法を学びます。

トランスフォーマーとは何か？

変圧器は、電気の電圧レベルを変える装置である。電圧を上げたり下げたりすることができる。これは、電力システムにとって非常に大きな意味を持つ。発電所は非常に高い電圧で電気を生産している。変圧器はその電圧をさらに高くし、長い距離を移動できるようにします。その後、他の配電用変圧器によって、家庭に入る前に電圧が下げられる。これによって、電気を安全に使うことができるのです。

変圧器には多くの種類があるが、最もよく知られているのはコア型とシェル型である。なぜ大きく分けて2種類あるのか？それは、仕事によって必要な工具の種類が異なるからです。巨大な発電所で使用される変圧器と、小さな作業場で使用される変圧器では必要なものが異なります。コアと巻線の設計方法によって、それぞれのタイプの変圧器が特定の仕事に役立つのです。コア・タイプとシェル・タイプのどちらを選ぶかは、定格電力（kva）、電圧レベル、価格、物理的な大きさなどに基づいて決定します。

コア型トランスはどのように組み立てられるのか？

コア・タイプのトランスは非常にシンプルな構造をしている。頭の中に長方形を思い浮かべてほしい。コアは特殊な鋼板でできている。手足と呼ばれる2本の直立部品がある。また、上下にヨークと呼ばれる2つの平らな部分があります。このコアが磁気回路に1本の道を作る。コア・タイプ・トランスについて覚えておくべき主な考え方は、巻線がコアを取り囲んでいるということです。これはこのタイプのトランスの特別な部分である。

コア・タイプのトランスでは、巻線は2本の手足の周りに巻かれる。ほとんどの場合、低電圧巻線がコアのすぐ隣に最初に巻かれる。その後、高圧巻線が低圧巻線に巻きつけられる。これは電気を安全に分離するために行われる。高圧巻線と低圧巻線を切り離すのは簡単です。鉄心から切り離すよりも簡単です。このようなトランスの設計は、多くの電源トランスで多く見られます。コアタイプのトランスは、磁束を制御するためのシンプルで優れた方法を提供します。

シェル型トランスとは？

次にシェル型トランスを見てみよう。巻線が外側にあるのがコア・タイプ・トランスだとすれば、シェル・タイプ・トランスは正反対である。この種の設計では、コアが巻線を取り囲む。シェル型コアには3本の手足がある。中央に1本、外側に2本です。コアは、内側の重要な部分を保護する硬い殻のようなものだ。これがコア型トランスとシェル型トランスの大きな違いです。

シェル型トランスでは、主巻線と第2巻線の両方が中央のリムに配置される。巻線はこの中央の縁の上に1つずつ配置される。磁気コアは磁束に2つの経路を与えます。中央のコイルから出た磁束は2つに分かれる。そして、外側にある2つの手足を通って流れる。この設計は巻線に素晴らしいサポートを与え、安全性を保つのに役立ちます。シェル型トランスは、この非常に強力な設計のため、多くの低電圧作業に好まれています。

コアタイプとシェルタイプ：巻線はどこに配置されるか？

コア・タイプとシェル・タイプのトランスの最大の違いは、巻線の位置です。内側に何があり、外側に何があるかがすべてです。

• コア型トランス：このトランスでは、巻線がコアに巻き付けられている。手首に時計をはめることを考えてみてください。手首はコアのようなもので、時計は巻線のようなものです。まず低電圧巻線がコアのすぐ横に巻かれます。次に高電圧の巻線がその上に置かれる。つまり、手足に巻かれた巻線はコアの周りを回る。
• シェル型トランス：シェル型トランスでは、コアは巻線の周りを回っている。弁当箱に食べ物を入れることを考えてみよう。食品は巻線のようなもので、箱はコアのようなものです。低電圧巻線と高電圧巻線の両方がコアの中央の縁に置かれる。そして鉄心は、このコイルの周りに殻を作る。

この基本的な作り方の違いによって、トランスの大きさから動作の良し悪しまで、他のすべてが変わってくる。一次巻線と二次巻線は、トランスの種類ごとに異なる方法でセットアップされます。その結果、性能も違ってくる。トランス・メーカーは、ユーザーのニーズに基づいて設計を選択します。

どちらのトランスがより効果的な磁気回路を持つか？

磁気回路は、磁束がトランス内部を移動する際に通る道である。この道の設計は、トランスをうまく機能させるために非常に重要である。コア・タイプのトランスでは、磁束が通る道は1本しかありません。磁束はリムとヨークを1つの大きなループで移動します。この設計は、時として少量の漏れ磁束を発生させることがある。これは無駄になってしまうエネルギーのようなものです。

シェル型トランスは、より効果的な磁気回路を持っている。巻線が中央の縁に配置されているため、磁束は外側に流れ、外側の縁を通って戻ってくる道が2本ある。これにより、磁束の磁路が短くなります。経路が短いということは、磁場を作るのに必要なエネルギーが少なくて済むということだ。つまり、シェル型トランスは磁化電流が少なくて済み、効率が高くなることが多い。磁束が2つの経路を持つトランスの設計は、シェル型トランスにとって大きなプラスである。

高電圧の場合、コア型トランスとシェル型トランスのどちらが適しているか？

高電圧を扱う場合、通常は1種類のトランスが勝者となります。コア・タイプのトランスは通常、高電圧を使用する仕事に適しています。巻線に絶縁を施すのが容易だからです。低電圧巻線はコアの横に配置され、高電圧巻線はその周囲に巻かれるため、安全のために材料を追加する余地が多くあります。このため、大型の電力変圧器や配電変圧器のような高電圧作業では、安全で信頼できる選択肢となる。

一方、シェル型トランスは低電圧用途によく使われる。巻線は中央の縁に密集している。このため、非常に高い電圧レベルに必要な特別な絶縁を加えることが難しくなります。しかし、このタイトな巻線設計は、低電圧・高電流のニーズに最適です。そのため、大規模な電力システムと高電圧を扱う場合は、コア・タイプのトランスが適しているでしょう。低電圧のニーズには、シェル型トランスが最適です。

コアの形状は冷却と修理にどう影響するか？

変圧器の構造によっても、冷却や修理のしやすさが変わってくる。変圧器は作動中、熱くなります。損傷しないように冷却する必要がある。コア・タイプのトランスでは、巻線は外側にあります。これは、巻線が空気や特殊な冷却オイルに触れていることを意味します。そのため、熱が外に出やすくなります。熱は巻線から離れ、そのまま空気中に放出されます。また、巻線に問題が発生した場合のチェックや修理が簡単になります。

シェル型トランスでは、巻線はコアの内側にある。コアは毛布のように機能するため、巻線が冷えるのが少し難しくなります。自然冷却はうまく機能しません。しかし、コア自体は問題なく冷却できる。修理の際、シェル型変圧器は作業が難しくなります。巻線にたどり着くには、まずコアを分解しなければならない。そのため、修理がより複雑になり、費用もかかります。これは、適切なトランスを選ぶ際に考えるべき大きなポイントです。

コイルの強度とサポートについては？

優れた機械的強度を持つことは、特に大型トランスにとって非常に重要です。トランスが作動しているとき、巻線は強い電磁力を感じます。これらの力によって巻線がずれたり、損傷したりすることがあります。シェル型トランスは、この分野で大きなプラスがあります。コアが巻線を取り囲んでいるため、巻線を非常にしっかりと支えることができるのです。コアの2つの半分の間に配置された巻線は、しっかりと固定されます。このためシェル型は機械的強度が高く、重作業や大電力用途に適しています。

コア・タイプのトランスは、巻線を自然に支えることが少ない。コイルが外側にあるため、それを安定させ、圧力がかかったときに動かないようにするための余分な部品が必要になる。これはうまくできるのだが、シェル・タイプの設計の方が当然強い。シェル・コアのヨークと手足が、コイルのための強固で安全な箱を作る。この余分な機械的サポートが、シェル型トランスが過酷な労働条件で使用される大きな理由です。

簡単なチャート：コア式トランスとシェル式トランスの違い

時には、多くの言葉よりも図表の方が物事をうまく説明できることがあります。ここでは、コア・タイプとシェル・タイプのトランスの主な違いを示した簡単なチャートを紹介する。

この表を見れば、コアタイプとシェルタイプの違いが一目瞭然です。各トランスの重要な詳細を覚えておくのにお役立てください。

正しい変圧器を選ぶには？

では、最終的な決断はどのようにすればいいのでしょうか？適切なトランスを選ぶかどうかは、あなたが何を必要としているかによって決まります。どのような状況にも「最適」なトランスは1つではありません。コア・タイプ・トランスもシェル・タイプ・トランスも素晴らしい設計です。これらの変圧器は、世界中の配電用変圧器や電力用変圧器に使用されています。正しい選択は、トランスが必要とする仕事に基づいています。

これらの質問について考えてみよう：

• 電圧レベルは？非常に高い電圧の場合、コアタイプのトランスの方が安全でスマートです。低電圧で大電流の場合は、シェル型トランスの方がよく機能し、効率も向上します。
• どのくらいの電力（kVA）が必要ですか？シェル型設計は、低電圧のシステムで非常に高いkVA定格によく使用されます。
• 物理的強度はどの程度重要か？変圧器が振動の多い場所に設置されたり、短絡の問題が発生する可能性がある場合は、強靭なシェル型設計の方がよいかもしれない。
• 冷却とメンテナンスの計画は？修理が簡単で、自然な冷却をお望みなら、コアタイプのトランスが最適です。

これらの質問に対する答えを見つけることで、変圧器の専門家と協力し、配電のニーズに最適な変圧器を手に入れることができます。どちらのタイプの変圧器も、今日の世界で非常に重要な役割を担っています。

覚えておくべきこと

ここでは、コア型トランスとシェル型トランスに関する最も重要な考え方を簡単に説明する：

• 最大の違いは、作り方にある：コア・タイプのトランスでは、巻線がコアの周囲に配置される。シェル型トランスは、巻線の周りにコアを配置します。
• コア・タイプの変圧器は、絶縁が簡単なため、高電圧、低kVAの仕事には通常適している。
• シェル型変圧器は低電圧、高kVAの仕事に最適で、機械的強度が高い。
• シェル型は通常、より効果的な磁気回路を持ち、高効率とエネルギー損失の低減につながる。
• コア・タイプのトランスは巻線が外側にあるため、通常、冷却や修理が容易である。
• この2つのどちらを選ぶかは、電圧、電力、使用条件など、変圧器が果たすべき正確な仕事に基づいて決定される。