ちょっと、そこ！変圧器のサプライヤーとして、私はよく、なぜ変圧器が DC で動作しないのかと尋ねられます。最初は少し専門的だと思われるかもしれませんが、分かりやすく解説していきます。
変圧器の仕組みの基本から始めましょう。変圧器は、電磁誘導を通じて 2 つ以上の回路間で電気エネルギーを伝達するデバイスです。これは、共通の鉄心の周りに巻かれた一次コイルと二次コイルと呼ばれる 2 つのワイヤ コイルで構成されます。交流 (AC) が一次コイルを流れると、鉄心に変化する磁場が生成されます。この磁界の変化により二次コイルに起電力 (EMF) が誘導され、二次回路に電流が流れます。
ここで重要なのは「変化する」磁場です。 AC はその方向と大きさを常に変化させます。つまり、AC がコア内に生成する磁場も常に変化します。この変化する磁場により、トランスはエネルギーを一次コイルから二次コイルに伝達することができます。
ここで、DC を使用しようとすると何が起こるかを考えてみましょう。直流電流は一方向にのみ流れ、大きさは一定です。変圧器の一次コイルに直流が印加されると鉄心に磁界が発生しますが、この磁界は静的なものです。それは時間が経っても変わりません。
ファラデーの電磁誘導の法則によれば、コイルを通過する磁束に変化があった場合にのみコイル内にEMFが誘導されます。 DC によって生成される磁場は静的であるため、2 次コイルを通る磁束には変化がありません。その結果、2次コイルにEMFは誘導されず、2次回路には電流が流れません。
言い換えれば、磁場が変化しないと、変圧器は一次側から二次側にエネルギーを伝達できません。つまり、一言で言えば、変圧器が DC で動作できないのはそのためです。
考慮すべきもう 1 つの重要な側面は、コアの飽和です。一次コイルに DC が印加されると、鉄心の磁場が飽和点に達することがあります。コアが飽和すると、それ以上の磁場の増加に対応できなくなります。これにより、トランスが過熱し、コイルの絶縁が損傷する可能性があります。
ここで、例外や回避策があるかどうか疑問に思っているかもしれません。ある程度の DC を処理できる特殊なタイプの変圧器がいくつかあります。たとえば、DC-DC コンバータを使用して DC の電圧レベルを変更できます。ただし、AC 変圧器と同じ電磁誘導の原理に依存していないという意味で、これらは従来の変圧器ではありません。
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参考文献
- 『電気機械』スティーブン・J・チャップマン著
- 「電力システムの解析と設計」J. Duncan Glover、Mulukutla S. Sarma、Thomas J. Overbye 著
