こんにちは，ハヤシライスBLOGです！
今回は変圧器の原理について，できるだけ分かりやすく解説します。よろしくお願いします！
変圧器とは
変圧器とは，電圧を高くしたり低くしたりする設備のことです。
変圧器の原理を理解するPoint
変圧器の原理を理解するポイントは，以下の2つです。
- ファラデーの電磁誘導の法則
- 右ねじの法則
ファラデーの電磁誘導の法則
ファラデーの電磁誘導の法則とは，コイルを通過する磁界が変化するとコイルに電圧が発生するというもので，以下の式で表されます。
ここでのポイントは，あくまでも磁界の変化によって電圧が発生するということです！
コイルに磁界が通っていても，その磁界が変化しなければ，コイルに電圧は発生しません！
これは，変圧器の原理を理解するうえで重要なポイントになりますので，しっかりおさえてください(^^)/
たとえば下の図の場合，
左のコイルでは，磁石が上下に移動することで，コイルを通る磁界が変化し，コイルに電圧が発生しますが，
右のコイルでは，磁石が止まっているため，コイルを通る磁界は変化せず，コイルに電圧は発生しません。
またファラデーの電磁誘導の法則の数式通り，磁界の変化が同じでも，巻数が多いとコイルに発生する電圧は大きくなります！
たとえば，下の図のように左右どちらも磁石が同じ速度で上下に移動するとした場合，左右のコイルの磁界の変化は同じになりますが，右のコイルのほうが巻数が多いため，コイルには大きな電圧が発生します。
右ねじの法則
電流はその周りに磁界を作ります！磁界の向きは，右手を握って親指を立て，親指を電流の進む向きに合わせた時に，親指以外が指す向きが磁界を作る向きとなります。
ひとまずここでは，電流は磁界を作るんだ！とそれだけ覚えてください(^^)
変圧器で磁界が変化するメカニズム
ファラデーの電磁誘導の法則で電圧が発生する原理は分かったかと思いますが，実際の変圧器では，磁石を近づけたり遠ざけたりしていませんよね？では，どうやって磁界を変化させて．電圧を大きくしたり小さくしているのでしょうか？
ここでポイントになるのが，交流です！
交流は直流とちがって，電流や電圧の向きがプラスになったりマイナスになったりする電気のことです！
ここで，電流の向きが周期的に変化するということは，右ねじの法則で電流がつくる磁界の向きも周期的に変化することになります！
つまり変圧器では，下の図の通り，磁石を近づけたり遠ざけたりする代わりに，交流の電流が周期的に磁界を変化させる性質を利用して，2次側コイルに磁界の変化を発生させて起電力を発生させています！
⇓半周期後
ちなみに余裕がある人は，電源側が仮に直流の電源だった場合も考えてみましょう！
直流でもコイルに電圧は発生するでしょうか？答えはNOです。直流は電流の向きが一定であるため，磁界の向きも一定になります。したがって，2次側のコイルには常に一定の磁界が通るだけで，その磁界は変化しませんので，2次側コイルに電圧は発生しません(>_<)
（参考）変圧器を0から勉強したい方にオススメの書籍
今回の記事では，変圧器の原理を中心に解説していますが，実際に電験3種の試験や大学の講義の試験の問題を解くには，もっと幅広い知識が必要になります！以下の書籍は，沢山のイラストを用いて，変圧器を0から丁寧に説明しており，初学者の方にとってもオススメの本です！変圧器だけでなく，直流機や誘導機，同期機についても丁寧に解説されおり，付録の問題集では，電験3種の過去問が単元毎に整理されているので，理解度を確認するのに非常に便利です！著者も愛用していますので，是非読んでみてください(^^)/
変圧器で電圧を変えられるメカニズム
最後に，変圧器でどうやって電圧を変えているのかをざっくり説明します(^^)/
ポイントは，以下の2点です！
- 2つのコイルで磁界は共有しているため，磁界の変化（＝dφ/dt)は同じ
- 2つのコイルの巻数が違うため，電圧を上げたり下げたりできる
例えば，下の図を見てみましょう！
電源側から流れる電流によって作られる磁界は2つのコイルを通ります。これまで説明したように，交流電流によって作られる磁界は周期的に変化して，2つのコイルに電圧が発生します！
この時，2つのコイルで磁界は共有しているため磁界の変化（＝dφ/dt)は同じになりますが，巻数の比が違うため巻き数の多い方（この例では2次側）が大きな起電力が発生します！このようにして，変圧器では巻数の差を利用して電圧を上げたり下げたりしているんですね！
なお，図では簡単のために，2次側は開放状態（何にも接続されず，2次側に電流が流れない状態）としています。また実際は，1次側，2次側のそれぞれのコイルのみを通る磁界（漏れ磁束と呼ばれる）も存在しますが，ここではあくまで変圧器の原理を理解するのが目的なので無視しています(^^)/
（参考）変圧器の等価回路を分かりやすく解説してみた！
以下は，変圧器の等価回路について，分かりやすく解説した記事になりますI無料で読めるので，是非読んでみてください(^^)/
以上がざっくりとした変圧器の原理になります。参考になっていれば大変うれしいです(^^)/
