単相トランスと三相トランスの大きな違い

多くの人にとって、単相と三相という言葉は複雑に聞こえる。しかし、そうである必要はない。単相と三相システムの違いは、一度分解してしまえば実はとてもシンプルなのです。この記事では、それを説明します。私が長年にわたって学んできたことを、わかりやすくお話しします。この2種類の変圧器の主な違いを学びます。どのように作られているのか、どのような場所で使われているのか、そしてどちらが必要なのかを知る方法について見ていきます。これは、あなたの身の回りで毎日起こっている配電を理解するのに役立ちます。

トランスフォーマーとは？

まずは基本から。とは何か？ 変流器?電気の電圧を変える装置と考えてください。長距離を移動する電力は非常に高い電圧です。しかし、家庭で使う電力はもっと低い電圧です。変圧器は、その電圧を安全なレベルまで「降圧」するために使用されます。変圧器はまた、送電に必要な場合には電圧を「昇圧」することもできる。

トランスはすべて磁気誘導の原理で動作する。変圧器には、鉄心に巻かれた2組のワイヤー（巻線）がある。最初の巻線に電気が流れると、磁界が発生する。この磁場が2つ目の巻線に電流を発生させる（誘導する）。それぞれの巻線の巻数によって、電圧が上がるか下がるかが決まる。トランスは電力を作るのではなく、電圧レベルを変えるだけなのだ。このシンプルだが優れた装置は、電力システム全体の重要な部分である。

これらの変圧器は、さまざまなタイプの電気負荷を処理するように設計されています。変圧器を分類する主な方法は、取り扱う相電力です。単相と三相の電力系統の違いです。

単相トランスの特徴は？

では、最初のタイプの変圧器について説明しよう。単相変圧器は、住宅地でよく見かける変圧器です。その名の通り、単相の電気系統で動作します。つまり、単一の交流波で動作します。ブランコを押す人を想像してみてください。押すとブランコが動き、戻るのを待ってからまた押す。これは、単相電力が1回の上下波でエネルギーを供給するのと似ている。

単相トランスはシンプルな構造になっている。トランスの巻線は一次側と二次側の1対です。シンプルな設計のため、単相変圧器は通常、三相変圧器よりも小型で安価です。単相変圧器は、一般家庭の照明や暖房、小型家電やモーターの運転によく使われています。

単相変圧器は、産業用以外のほとんどのニーズに適しています。ご家庭への電力供給は、おそらく単相システムでしょう。そのため、家の外の電柱にある変圧器は単相変圧器であり、日常生活に適切な電圧を供給するために懸命に働いています。

では、三相トランスとは何か？

単相変圧器が一人でブランコを押すようなものだとすると、三相変圧器とは何でしょうか？三相変圧器は三相システムで動作する。では、同じブランコを3人で押すことを想像してみてください。それぞれの人が押すタイミングは少しずつ違います。ブランコは一定の安定した押され方をし、スピードが落ちることはない。これが三相電力の仕組みだ。スムーズで一定のエネルギーを供給するために、完璧なタイミングで3つの波で電力を供給するのです。

三相変圧器はその構造で知られている。三相トランスは、1つのコアに3組のトランス巻線が配置されている。つまり、一次巻線が3つ、二次巻線が3つあります。三相トランスには、3組の巻線を保持するために3断面の鉄心が使われていることがあります。

この設計により、三相変圧器の性能は非常に効率的になる。より多くの電力を扱うことができる。そのため、三相変圧器は工場や大型ビルなど、大型でパワフルな機器を動かす必要がある場所で使用されています。三相ユニットの高速性能は、このような大きな仕事に理想的です。

単相電力と三相電力の主な違いは？

単相と三相の大きな違いは、パワー伝達に尽きる。私はスイングに例えたことがあるが、これは良い例えだ。単相システムは単一の波で電力を供給する。電力レベルは上下します。照明や小型電化製品などでは、これはまったく問題ありません。わずかな電力の落ち込みには気づかない。これが単相対三相の論争を端的に表している。

一方、三相電源は三相、つまり3つの別々の波を通して電力を供給する。これらの波は互いにオフセットされているため、電力供給がゼロになることはない。常に強力で安定したエネルギーを供給しているのだ。これが、単相電力と三相電力の違いについて説明する必要がある主な理由です。

三相電源が大型機械にとって重要なのは、この安定した電力の流れがあるからだ。例えば、大型モーターをスムーズかつ効率的に動かすには、安定した電力が必要です。単相電源を大型モーターに使用することは、レギュラーガソリンでレーシングカーを走らせようとするようなもので、うまく機能しないでしょう。相と3相の電力システムは、それぞれ異なる用途に合わせて作られています。

単相変圧器は三相変圧器と比べてどのように作られているか？

物理的な構造を見てみよう。単相トランスは非常にシンプルである。コアに1組の1次巻線と2次巻線があります。単相変圧器にはさまざまなサイズがありますが、基本的な設計は同じです。単相変圧器は1波の電気を処理するために作られています。

三相トランスはもっと複雑です。単相変圧器が3つ、1つの箱に入っていると考えればよい。3つの一次巻線と3つの二次巻線があります。これらはすべて1つの共有鉄心に巻かれている。このため、三相トランスは、同じ仕事をするために3つの単相ユニットを別々に使用するよりもコンパクトで、多くの場合軽量です。

従って、単相トランスの設計と三相トランスの設計の違いの中心は、巻線の数とコアの構造です。三相トランスは、より厳しい負荷に対応できるようになっています。これが単相変圧器と三相変圧器の大きな違いです。

三相トランス1台の代わりに単相トランス3台を使用できますか？

複数のトランスを接続することができます。配電では、3つの変圧器からなるバンクを作るのが一般的です。同じ単相変圧器を特定の方法で3つ接続することで、三相システムを構築することができます。

なぜこのようなことをするのでしょうか？大きな三相変圧器1台よりも、小さな単相変圧器3台の方が運搬や設置が簡単な場合がある。また、バンク内の1台が故障しても、その変圧器1台だけを交換すれば済みます。三相変圧器1台では、1つの部品が故障した場合、ユニット全体を交換する必要があるかもしれません。

しかし、単相変圧器をバンクに設置するのに比べ、三相変圧器を1台使用する方が効率的で場所を取らないことが多い。多くの場合、コスト、スペース、修理のしやすさで選択することになる。三相変圧器は、場合によっては3つの独立した電源として機能することもある。

単相変圧器は通常どこで使用されるか？

これまでにも触れてきたが、はっきりさせておこう。単相変圧器は私たちの日常生活のいたるところで使われている。家庭用および軽商用電源の基幹となっている。大きな電力を必要としないアプリケーションであれば、単相システムで動作させることができます。これには、照明、テレビ、コンピューター、ほとんどの台所用品が含まれます。

これらの変圧器は、いわゆる「モーターなし」の負荷によく使われます。考えてみてください。家の中にあるほとんどのものには、大きくて強力なモーターはありません。そこで単相が威力を発揮します。単相トランスは、このようなニーズに十分な電力を確実に、しかも低コストで供給します。単相変圧器は、このような配電に最適です。

変圧器は電柱の上や近隣のコンクリートパッドの上に取り付けられている。次に変圧器を見かけたら、その変圧器が近隣の住宅に安全な電圧を供給している可能性が高いことがわかるだろう。単相変圧器と三相変圧器では、その役割が大きく異なります。

なぜ大きな仕事には三相変圧器が必要なのか？

では、なぜすべてを単相でまかなえないのか？答えは電力だ。工業用や重商用の用途では、大量の電力が必要です。そこで三相システムが使われるのです。重機のある大規模な工場、強力なHVACシステムを備えた大規模なオフィスビル、24時間365日稼働するデータセンターなどを思い浮かべてください。これらはすべて大電力を必要とします。

三相電力システムは、より多くの電力をより効率的に供給できる。三相変圧器は、大きくて重い電線を必要とせず、より多くのエネルギーを送ることができる。このため、大規模な事業では三相配電が安価になる。三相変圧器は、産業界で一般的な大型モーターをスムーズに動かすために不可欠です。

三相変圧器は、安定した電力供給を必要とするあらゆる場面で広く使用されています。三相変圧器は、私たちの産業界にバックボーンを提供しています。単相と三相の違いを理解することが非常に重要なのはこのためです。これらの変圧器と三相変圧器は非常に重要です。

正しいトランスフォーマーを知るには？

私たちのほとんどは、この選択をする必要はない。私たちの家庭が単相電力になるかどうかは電力会社が決めることだからだ。しかし、事業主やエンジニアであれば、変圧器の選択は大きな決断となります。単相と三相のどちらを選択するかは、電力需要に完全に依存します。

まず、負荷を知る必要がある。何に電力を供給するのか？照明や事務機器だけなら単相で十分でしょう。大型モーターや重機を動かすのであれば、絶対に三相電源が必要です。単相システムの主な違いは、この選択の指針になります。

また、電圧についても考慮する必要があります。必要な入力電圧と出力電圧に対応できる適切なトランスを選択する必要があります。単相トランスと三相トランスのどちらを選ぶかは、効果的な相電源システムを設計するための最初のステップの1つです。これを誤ると、コストと効率が悪くなります。

覚えておくべき単相と三相変圧器の主な違いとは？

相変圧器と三相変圧器の話題は細かい。最も重要なポイントに絞って説明しよう。覚えておくべき単相と三相の主な違いは以下の通りです。これらが単相と三相の決定的な違いです。

単相と三相の主な違いは、電力供給と構造にある。単相変圧器と三相ユニットは、それぞれ異なる作業規模に合わせて作られている。単相変圧器と三相システムは、どちらも必要不可欠なものです。単相変圧器と三相変圧器についてのこの議論は、なぜ両方が必要なのかを理解するのに役立つはずだ。私たちの現代社会が機能するためには、単相変圧器と三相変圧器の両方が必要なのです。

変圧器は、電力を伝達し電圧を変えるために使用される装置である。送電や配電に使用される。単相変圧器であれ、三相変圧器であれ、変圧器は必要不可欠なものです。三相変圧器は、工業的な作業を可能にします。単相と三相の選択は、作業内容によって異なります。単相と三相の違いを知ることで、私たちの世界を動かしている電源を理解することができます。これは単相と三相の非常に重要な違いです。