😰 こんな悩みはありませんか？
- 鉄損と銅損、どっちがどっちか混乱する…
- 効率の計算式が覚えられない
- 「最大効率のとき鉄損＝銅損」ってなぜ？
- 無負荷損と負荷損の違いがわからない
変圧器は電圧を変換する便利な機械ですが、100%完璧ではありません。
入力したエネルギーの一部は、「熱」として逃げてしまいます。
この「逃げたエネルギー」が損失であり、「届いたエネルギーの割合」が効率です。
✅ この記事の結論
変圧器の損失は「鉄損」と「銅損」の2種類だけ。
鉄損は一定、銅損は電流で変わる。
鉄損 ＝ 銅損のとき、効率が最大になる！
【電験三種】変圧器の用語辞典｜漏れリアクタンス・励磁電流・鉄損をイメージで覚える →
目次
🔥 変圧器の損失は「2種類だけ」
変圧器で発生する損失は、実はたった2種類しかありません。
それが「鉄損」と「銅損」です。
名前の通り、「鉄」と「銅」で発生する損失です。シンプルですよね。
💡 超シンプルな覚え方
・鉄心で発生 → 鉄損
・銅線（コイル）で発生 → 銅損
名前そのまま！これだけ覚えればOK。
🔴 鉄損（無負荷損）― 負荷がなくても発生する損失
📚 鉄損（Iron Loss）
鉄心で発生する損失。電圧をかけるだけで発生する。
別名：無負荷損（負荷がなくても発生するから）
記号：Pi または W₀
🤔 なぜ「無負荷損」と呼ぶの？
変圧器に電圧をかけると、たとえ何も接続していなくても（無負荷）、鉄心に磁束が発生します。
この磁束を作る過程で、鉄心が熱くなります。これが鉄損です。
つまり、電圧さえかかっていれば、負荷の大小に関係なく一定の損失が発生するのです。
📊 鉄損の内訳（2種類）
鉄損は、さらに2つの成分に分けられます。
① ヒステリシス損
鉄心の磁化の向きが行ったり来たりするときのロス。
交流は1秒間に50回（50Hz）向きが変わるので、その度にエネルギーを消費する。
② 渦電流損
鉄心の中に渦巻き状の電流が発生し、熱になるロス。
対策として、鉄心を薄い鉄板の積層構造にしている。
🧲 磁石で例えると…
磁石を「N→S→N→S…」と何度もひっくり返すと、だんだん熱くなりますよね。
交流は1秒間に50回も向きが変わるので、鉄心の磁化も50回ひっくり返ります。
これが鉄損の正体です。
🔴 鉄損の特徴
・負荷に関係なく一定（電圧が一定なら変わらない）
・だから「無負荷損」とも呼ばれる
・無負荷試験で測定できる
🟠 銅損（負荷損）― 電流が流れると発生する損失
📚 銅損（Copper Loss）
コイル（銅線）の抵抗で発生する損失。I²R損とも呼ばれる。
別名：負荷損（電流＝負荷が増えると増えるから）
記号：Pc または Wc
🤔 なぜ「負荷損」と呼ぶの？
銅損は、コイルに電流が流れるときに発生します。
負荷（接続された機器）が大きいほど電流が増え、銅損も増えます。
逆に、無負荷（何も接続していない）なら電流がほぼ流れないので、銅損もほぼゼロです。
Pc = I²R
I：電流[A] ｜ R：コイルの抵抗[Ω]
電流の2乗に比例する！
ここで重要なのは「2乗」という部分です。
電流が2倍になると、銅損は4倍になります。
電流が3倍になると、銅損は9倍になります。
🔌 電気ストーブで例えると…
電気ストーブの電熱線は、電流が流れると熱くなりますよね。
変圧器のコイルも同じです。銅線に電流が流れると熱が発生します。
電流が多いほど、発熱も大きくなります（I²に比例）。
🟠 銅損の特徴
・電流の2乗に比例して増える
・負荷が大きいほど銅損も大きい
・短絡試験で測定できる
📊 鉄損と銅損の比較
| 項目 | 鉄損 Pi | 銅損 Pc |
|---|---|---|
| 発生場所 | 鉄心 | コイル（銅線） |
| 別名 | 無負荷損 | 負荷損 |
| 負荷との関係 | 一定（変わらない） | I²に比例して増える |
| 測定方法 | 無負荷試験 | 短絡試験 |
| 内訳 | ヒステリシス損＋渦電流損 | I²R損 |
📈 全損失 ＝ 鉄損 ＋ 銅損
変圧器の全損失は、鉄損と銅損を足し合わせたものです。
W = Pi + Pc = W₀ + I²R
W：全損失 ｜ Pi（W₀）：鉄損 ｜ Pc：銅損
この式からわかることは…
✅ 全損失の特徴
・無負荷時：銅損≒0なので、全損失≒鉄損
・負荷が増えると：銅損が急激に増える
・全損失＝一定の鉄損＋増える銅損
⚡ 効率η ― 入力の何%が出力になるか？
変圧器の効率（η：イータ）とは、入力したエネルギーのうち、何%が出力として使えるかを表す値です。
📚 効率（Efficiency）
出力エネルギー ÷ 入力エネルギー × 100%
記号：η（イータ） ｜ 単位：%
一般的な変圧器の効率：95〜99%（非常に高い！）
📐 効率の計算式
効率の計算式は、いくつかの書き方があります。どれも同じ意味です。
① η = (出力 / 入力) × 100%
② η = 出力 / (出力 + 損失) × 100%
③ η = (入力 − 損失) / 入力 × 100%
試験でよく使うのは②の形です。
🌟 最重要公式
η = P₂ / (P₂ + Pi + Pc) × 100%P₂：出力[W] ｜ Pi：鉄損 ｜ Pc：銅損
💴 お金で例えると…
100万円を投資して、98万円のリターンがあったら、効率は98%。
変圧器も同じで、100Wの電力を入れて98Wが出力されたら、効率98%。
残りの2Wは「損失」として熱になって消えたことになります。
🧮 効率の計算例
📝 例題
【条件】
・出力：10kW
・鉄損：100W
・銅損：150W
【計算】
η = P₂ / (P₂ + Pi + Pc) × 100%
η = 10,000 / (10,000 + 100 + 150) × 100%
η = 10,000 / 10,250 × 100%
η = 97.6%
この変圧器は、入力したエネルギーの97.6%を出力として届けられるということです。非常に効率が良いですね！
🏆 最大効率の条件 ― 鉄損 ＝ 銅損
さて、ここからが試験で超頻出のポイントです。
変圧器の効率が最大になるのは、鉄損と銅損が等しいとき！
⭐ 最大効率の条件（超重要！）
Pi = Pc（鉄損 = 銅損）🤔 なぜ「鉄損＝銅損」で最大効率になる？
これは直感的にはわかりにくいですよね。なぜ「等しいとき」なのでしょうか？
まずは、損失の特徴を思い出してください。
鉄損 Pi
負荷が変わっても
一定
銅損 Pc
電流の2乗に比例して
増える
つまり、負荷を変えると…
- 負荷が小さいとき：銅損が小さい → 鉄損 ＞ 銅損
- 負荷が大きいとき：銅損が大きい → 鉄損 ＜ 銅損
- ある負荷のとき：ちょうど 鉄損 ＝ 銅損 になる！
数学的に証明すると、この「鉄損＝銅損」のときに効率が最大になることがわかります。
⚖️ シーソーで例えると…
シーソーの左側に「鉄損」、右側に「銅損」を乗せるイメージ。
・右側（銅損）が軽いと、シーソーは左に傾く → 効率は最大ではない
・右側（銅損）が重いと、シーソーは右に傾く → 効率は最大ではない
・ちょうど釣り合ったとき（鉄損＝銅損）→ 効率が最大！
📐 最大効率時の負荷率を求める公式
最大効率になる負荷（負荷率）を求める公式もあります。
m = √(Pi / Pcn)
m：負荷率 ｜ Pi：鉄損 ｜ Pcn：定格負荷時の銅損
銅損は負荷率の2乗に比例するので、Pc = m² × Pcn です。
これが鉄損と等しくなるとき（Pi = m² × Pcn）を解くと、上の式が出てきます。
🧮 最大効率の計算例
📝 例題
【条件】
・定格容量：100kVA
・鉄損 Pi = 400W
・定格負荷時の銅損 Pcn = 1,600W
【問1】最大効率時の負荷率は？
m = √(Pi / Pcn) = √(400 / 1,600) = √0.25 = 0.5（50%）
【問2】最大効率時の出力は？
P₂ = 100kVA × 0.5 = 50kW（力率1の場合）
【問3】最大効率は？
最大効率時、鉄損＝銅損なので、損失 = 400 + 400 = 800W
η = 50,000 / (50,000 + 800) × 100% = 98.4%
📝 試験対策のポイント
・「最大効率の条件は？」→ 鉄損＝銅損（即答できるように！）
・最大効率は定格負荷より軽い負荷で達成されることが多い
・鉄損と銅損の比から、最大効率時の負荷率を計算できる
📊 公式まとめ
| 項目 | 公式 |
|---|---|
| 鉄損（無負荷損） | Pi = 一定（負荷に関係なし） |
| 銅損（負荷損） | Pc = I²R = m² × Pcn |
| 全損失 | W = Pi + Pc |
| 効率 | η = P₂ / (P₂ + Pi + Pc) × 100% |
| 最大効率の条件 | Pi = Pc（鉄損 = 銅損） |
| 最大効率時の負荷率 | m = √(Pi / Pcn) |
📝 まとめ：変圧器の損失と効率
☕ 今日のおさらい
- 鉄損：鉄心で発生。負荷に関係なく一定（無負荷損）
- 銅損：コイルで発生。電流の2乗に比例（負荷損）
- 全損失：W = 鉄損 + 銅損
- 効率：η = 出力 / (出力 + 損失) × 100%
- 最大効率の条件：鉄損 ＝ 銅損（超重要！）
- 最大効率時の負荷率：m = √(Pi / Pcn)
変圧器の損失と効率は、試験でも実務でも非常に重要なテーマです。
特に「鉄損＝銅損で最大効率」は必ず覚えてください！
次の記事では、これらの損失を実際に測定する「変圧器の試験」について学びます。
💪
損失と効率、マスターできましたか？
「鉄損＝銅損で最大効率」を合言葉に、次へ進みましょう！