イントロ
発電機と変圧器
つくる装置と、電圧を変える装置
発電機はタービンなどの運動エネルギーを電気エネルギーへ変換します。変圧器は既にある交流を二つのコイルで受け渡し、巻数比に応じて電圧を変えます。
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定義
発電機と変圧器
- 教科書では
- 発電機は磁石とコイルの相対運動から交流を生じさせ、変圧器は交流による磁気の変化を別のコイルへ伝えて電圧を変えます。
- 言いかえると
- 発電機はエネルギー変換を担い、変圧器は電気エネルギーの受渡し方を変えます。理想的な変圧器では損失を無視し、電圧を上げると電流は下がると考えます。
公式
理想変圧器の関係
巻数比と電圧比
V₂V₁=N₂N₁
二次コイルの巻数を増やすほど二次電圧が高くなります。
- V₁,V₂一次・二次側の交流電圧
- N₁,N₂一次・二次コイルの巻数
理想的な電力
V₁I₁=V₂I₂
損失を無視する理想変圧器では入出力電力が等しいと扱います。
- I₁,I₂一次・二次側の電流
使うときのコツ
昇圧なら電流は小さく、降圧なら電流は大きくなります。
解くコツ
発電か変圧かを分類し、変圧なら一次・二次の対応をそろえて比を立てます。
比較
| 装置 | 入力→出力 | 主な役割 |
|---|---|---|
| 発電機 | 回転などの運動→交流の電気 | エネルギー変換 |
| 変圧器 | 交流の電気→別の電圧の交流 | 昇圧・降圧 |
装置発電機
- 入力→出力
- 回転などの運動→交流の電気
- 主な役割
- エネルギー変換
装置変圧器
- 入力→出力
- 交流の電気→別の電圧の交流
- 主な役割
- 昇圧・降圧
変圧器は電気を無からつくらず、発電機は単に電圧だけを変える装置ではありません。
手順
巻数比を使う手順
- 1
一次側と二次側の電圧・巻数を対応させる
- 2
V₂/V₁=N₂/N₁を同じ順序で書く
- 3
未知量を左辺へ整理して代入する
- 4
巻数が少ない側で電圧も低いか検算する
例
- 場面
- 一次500巻へ100 Vの交流を加え、二次側で20 Vを得たい理想変圧器を考える。
- 順に考えると
- 20/100=N₂/500よりN₂=100巻です。二次側は一次側の1/5の巻数なので、電圧も1/5です。これは降圧であり、理想化では二次電流は一次電流より大きくなります。
- ここが結論
- 二次コイルは100巻です。
注意
変圧器を発電機としない
確認
巻数比の確認
Q1
一次200巻・二次800巻の理想変圧器で、一次電圧が50 Vなら二次電圧はどれですか。
確認
装置の役割確認
Q1
タービンの回転エネルギーを交流の電気エネルギーへ変える装置はどれですか。
まとめ
まとめ
- 1
発電機は運動エネルギーから交流をつくる
- 2
変圧器は交流電圧を巻数比で変える
- 3
V₂/V₁=N₂/N₁
- 4
理想化では昇圧すると電流は小さくなる
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