令和6年度第三種電気主任技術者下期試験　機械科目 問80 解説 問8 問8

単巻変圧器の構造において、共通巻線である分路巻線、直列巻線に分かれる構成と、その特性である負荷容量の定義、ならびに漏れ磁束が少なく電圧変動率が小さいという特徴を組み合わせることで、選択肢(3)が導かれます。

単巻変圧器の構造と名称

単巻変圧器は、一つの連続した巻線の一部を一次側と二次側で共有する構造を持つ変圧器です。この構造において、一次側と二次側の回路で共通に使用される部分を「分路巻線」、一方、共通ではなく二次側回路にのみ直列に挿入される部分を「直列巻線」と呼びます。

単巻変圧器の容量と電気的特性

変圧器の容量には、巻線そのものが負担する電力である「自己容量」と、実際に外部負荷へ供給される電力である「負荷容量」の二種類があります。単巻変圧器では、巻線が一次・二次で一部共有されているため、負荷容量は二次端子電圧と二次電流の積として定義されます。

また、単巻変圧器は構造上、二巻線変圧器と比較して巻線数が少ないため、巻線間の漏れ磁束が抑制されます。変圧器の電圧変動率は漏れインピーダンスに大きく依存し、漏れ磁束が少ないことは、そのまま漏れインピーダンスが小さいことを意味します。その結果、負荷電流による電圧降下が抑えられるため、電圧変動率は小さくなるという特性を持ちます。

選択肢の絞り込み

以下の手順で各空白を特定します。

1. 巻線の名称を確定します。一次・二次で共通の部分は分路巻線、共通でない部分は直列巻線であるため、(ア)は「分路巻線」、(イ)は「直列巻線」となります。
2. 負荷へ供給される電力を特定します。二次側の端子から負荷に対して供給される電力は「負荷容量」と定義されます。
3. 構造上の特性から漏れ磁束を評価します。巻線の一部を共通化して簡略化されているため、漏れ磁束は「少なく」なります。
4. 電圧変動率を評価します。漏れ磁束が少ないことは漏れインピーダンスの低下に直結するため、電圧変動率は「小さい」値となります。

これらを組み合わせると、(ア)分路巻線、(イ)直列巻線、(ウ)負荷容量、(エ)少なく、(オ)小さいという構成が完成します。

分路巻線と直列巻線の位置関係と、単巻変圧器特有の電力の流れを想像してみると、なぜ負荷容量が自己容量よりも大きくできるのかが見えてきます。

参考リンク

• 単巻変圧器の原理と特徴 - 電験三種勉強部屋
• 単巻変圧器を自作して実験してみた - Qiita
• 変圧器の基本構造とJIS定義 - 日本産業標準調査会