この記事でわかること
- 変圧器（トランス）の仕組みと巻数比による電圧・電流の変換
- 柱上変圧器で6,600Vが100V/200Vに変わる流れ
- 電動機（モーター）の種類と始動方法の違い
- 変圧器の損失（銅損・鉄損）と電動機の力率改善の考え方
結論から言います：変圧器と電動機は「電気の形を変える」機器
変圧器（へんあつき）は電圧（でんあつ）を変える機器、電動機（でんどうき）は電気エネルギーを回転力（かいてんりょく）に変える機器です。
「電圧を変えるって、なぜ必要なの？」と思うかもしれません。実は、発電所で作られた電気は何万ボルトという高い電圧で送られてきます。そのままでは家庭のコンセントには使えませんよね。ここで変圧器が登場して、6,600Vの電圧を100Vや200Vに下げてくれるわけです。
一方、電動機はエアコンの室外機、エレベーター、ポンプなど、モノを動かす場面で大活躍しています。私たちの生活に欠かせない「縁の下の力持ち」です。
どちらも第二種電気工事士の試験では頻出テーマですので、しっかり押さえていきましょう。
なお、交流回路の基本（周波数やインピーダンス）に不安がある方は、先に「交流回路の基礎をイメージで理解！インピーダンスと力率｜第二種電気工事士」を読んでおくとスムーズです。
変圧器（トランス）の仕組み
電磁誘導で電圧を変える
変圧器の構造はとてもシンプルです。鉄心（てっしん）に2つのコイルを巻き付けただけ。一次コイル（入力側）に交流電圧をかけると、鉄心を通じて磁束（じそく）が変化し、二次コイル（出力側）に電圧が発生します。これが電磁誘導（でんじゆうどう）の原理です。
水道に例えると、一次コイルは「取水口」、二次コイルは「蛇口」、鉄心は「水を伝えるパイプ」のようなものです。パイプの太さ（巻数）を変えることで、出てくる水の勢い（電圧）を調整するイメージですね。
変圧比の公式
変圧器で最も大切な公式がこちらです。
V1 / V2 = N1 / N2
V: 電圧（ボルト） N: コイルの巻数（ターン数）
なぜこの公式が必要か？
電柱（でんちゅう）の上にある柱上変圧器（ちゅうじょうへんあつき）は、配電線の6,600Vを家庭用の100Vや200Vに変換しています。巻数比を知れば「どれだけ電圧が下がるか（上がるか）」がすぐ分かるのです。
【計算例】
一次コイルの巻数が3,300回、二次コイルの巻数が50回の変圧器に6,600Vを入力した場合：
V2 = V1 × (N2 / N1) = 6,600 × (50 / 3,300) = 6,600 × (1/66) = 100V
まさに電柱の上で行われている電圧変換そのものですね。
電力の関係
V1 × I1 ≒ V2 × I2
理想変圧器では入力電力 = 出力電力（損失なし）
なぜこの関係が大事？
電圧を下げると、そのぶん電流は増えます。つまり、100Vで30A使う負荷（ふか）は、6,600V側から見るとわずか約0.45Aしか流れていません。これが高圧送電のメリットで、電圧を上げれば電流が減り、電線を細くできる＝コスト削減につながります。
この電力と電圧・電流の関係については、「オームの法則と合成抵抗をわかりやすく解説｜第二種電気工事士 基礎理論」でも解説しています。
変圧器の種類
| 種類 | 用途・特徴 |
|---|---|
| 柱上変圧器 | 電柱に設置。6,600V → 100/200V に降圧（こうあつ）。最も身近な変圧器 |
| 単巻変圧器 （オートトランス） |
一次と二次のコイルが共通巻線。小型軽量で電圧の微調整に使われる |
| 計器用変成器 （VT・CT） |
VT（計器用変圧器）: 高電圧を低電圧に変換して計測 CT（変流器）: 大電流を小電流に変換して計測 |
現場ではどこにある？
電柱を見上げると、丸いバケツのような機器がぶら下がっていることがあります。あれが柱上変圧器です。また、ビルや工場の受電設備（キュービクル）の中にも変圧器が設置されており、6,600Vを動力用の200Vや電灯用の100Vに変換しています。
変圧器の損失と効率
理想的な変圧器では損失ゼロですが、実際にはエネルギーの一部が失われます。損失には大きく分けて2種類あります。
| 損失の種類 | 原因 | 特徴 |
|---|---|---|
| 鉄損（てっそん） | ヒステリシス損: 鉄心の磁化の繰り返し | 負荷に関係なくほぼ一定 （無負荷損ともいう） |
| 渦電流損（うずでんりゅうそん）: 鉄心内に発生する渦電流 | ||
| 銅損（どうそん） | コイル（巻線）の電気抵抗による発熱 | 負荷電流の2乗に比例 （I²R で増える） |
効率の公式は次のとおりです。
η = 出力 / (出力 + 損失) × 100 [%]
損失 = 鉄損 + 銅損
現場での意味：効率が良い変圧器ほど電気代のムダが少なくなります。キュービクルの変圧器を選定するとき、効率は重要な判断基準です。
電動機（モーター）の仕組み
回転磁界が電動機を回す
電動機は電気エネルギーを回転する力（機械エネルギー）に変換する機器です。その中でも第二種電気工事士の試験で最も重要なのが誘導電動機（ゆうどうでんどうき）です。
誘導電動機の仕組みを簡単に言うと、固定子（こていし）＝ステータに交流電流を流すと回転磁界（かいてんじかい）が発生し、その磁界に引っ張られるように回転子（かいてんし）＝ロータが回転します。
身近な例で言えば、棒磁石をコンパスの周りでグルグル回すと、コンパスの針がつられて回りますよね。あれと同じ原理です。
誘導電動機の2タイプ
同期速度の公式
回転磁界が回る速度のことを同期速度（どうきそくど）と呼びます。
Ns = 120f / p [min-1]
f: 電源の周波数 [Hz] p: 電動機の極数
なぜこの公式が必要か？
日本では東日本が50Hz、西日本が60Hzです。同じ電動機でも、使う地域によって回転速度が変わるのです。工場で機械を動かすとき、「この電動機は何回転で回るか？」を知らないと、ベルトやギアの設計ができません。
【計算例】
4極（きょく）の誘導電動機を60Hzで使った場合：
Ns = 120 × 60 / 4 = 1,800 min-1（1分間に1,800回転）
同じ電動機を50Hzの地域で使うと：
Ns = 120 × 50 / 4 = 1,500 min-1
周波数が違うだけで300回転も差が出るんですね。
すべりとは？
誘導電動機の回転子は、回転磁界（同期速度）よりも少し遅く回ります。この「遅れの割合」をすべり（slip）といいます。
s = (Ns - N) / Ns
Ns: 同期速度 N: 実際の回転速度 s: すべり
なぜすべりが発生するの？
もし回転子が回転磁界と全く同じ速度で回ったら、回転子から見て磁界の変化がなくなり、電磁誘導が起きません。つまり、少し遅れることで初めてトルク（回転力）が生まれるのです。
【計算例】
同期速度1,800min-1の電動機が実際に1,746min-1で回転しているとき：
s = (1,800 - 1,746) / 1,800 = 54 / 1,800 = 0.03（3%）
一般的なかご形誘導電動機のすべりは2～5%程度です。
電動機の始動方法
電動機を起動する瞬間は、大きな始動電流（しどうでんりゅう）が流れます。定格電流の5～7倍になることもあり、ブレーカーが落ちたり、他の機器に悪影響を与えたりします。そこで、始動電流を抑える方法が必要になります。
| 始動方法 | 特徴 |
|---|---|
| 全電圧始動 （直入れ始動） |
電源電圧をそのまま加えて始動。構造が簡単だが始動電流が大きい。小容量の電動機に使用 |
| スターデルタ始動 （Y-Δ始動） |
始動時はスター(Y)結線で電圧を1/√3に → 始動電流を1/3に抑制。加速後にデルタ(Δ)結線に切替。中容量向け |
| インバータ制御 | 周波数と電圧を自在にコントロール。始動電流を抑えつつ速度制御も可能。省エネ効果が高く、エアコンや産業用途で普及 |
スターデルタ始動の「始動電流1/3」は試験でよく問われるポイントです。「三相3線式の電圧降下と電力計算」については「三相3線式の電圧降下と電力計算をわかりやすく解説｜第二種電気工事士 配電理論」で詳しく解説しています。
電動機の出力とトルク
電動機の出力（しゅつりょく）は、回転速度とトルク（回転力）の関係で決まります。
P = 2πnT / 60 [W]
P: 出力 [W] n: 回転速度 [min-1] T: トルク [N・m]
現場でのイメージ：同じ出力のモーターでも、回転速度が遅ければトルクは大きく、速ければトルクは小さくなります。エレベーターのように重いものをゆっくり持ち上げる場面では大きなトルクが必要です。一方、扇風機のように軽いものを速く回す場面ではトルクは小さくて済みます。
電動機が活躍する現場
- エアコン室外機：コンプレッサーの中にかご形誘導電動機が入っている。インバータ制御で省エネ運転
- エレベーター：巻線形誘導電動機で大きなトルクを発生。速度制御が重要
- 給水ポンプ：マンションの屋上に設置。水を上層階まで送り上げる
- 換気扇・送風機：ビルの空調設備で大型ファンを回す
変圧器と電動機の比較まとめ
試験での出題パターン：変圧器と電動機は第二種の学科で毎回2〜3問出題されます。特に「変圧比 V1/V2=N1/N2」「同期速度 Ns=120f/p」「スターデルタ始動で1/3」の3つは定番中の定番。公式を覚えるだけでなく、計算例を2〜3回手を動かして解いておくと本番で迷いません。
試験直前 公式早見カード
変圧器と電動機の頻出公式を1枚にまとめました。試験直前の最終チェックに使ってください。
まとめ問題（理解度チェック）
記事の内容を3問のクイズで確認しましょう。
【問題1】柱上変圧器の変圧比
ある柱上変圧器の一次コイルの巻数が4,400回、二次コイルの巻数が100回である。一次側に6,600Vの電圧を加えたとき、二次側の電圧はいくらか。
（ア）100V （イ）150V （ウ）200V （エ）220V
【問題2】スターデルタ始動の効果
工場内の空調設備に使われている三相かご形誘導電動機をスターデルタ始動で起動した。全電圧始動（直入れ始動）と比べたとき、始動電流はどうなるか。
（ア）1/2 になる （イ）1/3 になる （ウ）1/√3 になる （エ）変わらない
【問題3】同期速度とすべり
マンションの給水ポンプに使われている4極の三相誘導電動機がある。電源周波数が50Hzのとき、同期速度 Ns と、実際の回転速度が1,440min-1 のときのすべり s の組合せとして正しいものはどれか。
（ア）Ns = 1,200min-1、s = 0.04 （イ）Ns = 1,500min-1、s = 0.04
（ウ）Ns = 1,500min-1、s = 0.06 （エ）Ns = 1,800min-1、s = 0.04
まとめ
変圧器と電動機は、電気工事の現場で必ず出会う重要な機器です。ポイントを整理しておきましょう。
- 変圧器は電磁誘導で電圧を変換する。公式は V1/V2 = N1/N2
- 変圧器の損失は鉄損（負荷に無関係）と銅損（電流の2乗に比例）
- 電動機は回転磁界で回転力を生み出す。かご形誘導電動機が最も普及
- 同期速度の公式は Ns = 120f/p。周波数と極数で決まる
- すべりの公式は s = (Ns - N)/Ns。誘導電動機は同期速度より少し遅く回る
- 始動電流を抑える方法としてスターデルタ始動（1/3に抑制）やインバータ制御がある
次のステップ
変圧器と電動機を理解したら、関連する電気機器の分野も押さえていきましょう。
- 「照明器具・配線器具をわかりやすく解説｜スイッチ・コンセントの種類」── スイッチやコンセントの種類と回路の仕組み
- 「鑑別問題対策｜工具・材料・器具の名称と用途を完全網羅」── 変圧器・電動機の写真も鑑別で出題されます
- 「電線・ケーブルの種類と用途を徹底解説」── 電動機に接続する電線の選び方
学習の全体像を確認したい方は「第二種電気工事士 学習ロードマップ｜合格までの全ステップを完全ガイド」をご覧ください。
変圧器・電動機の公式をまとめて覚えるなら
「すいーっと合格」は電気機器の仕組みをイラスト付きで解説しており、公式の使い分けが視覚的に整理できます。
公式の使い分けは過去問で鍛えよう
変圧比・同期速度・すべりの計算問題は、過去問で何度も出ています。「この問題はどの公式？」を瞬時に判断できるまで繰り返し演習しましょう。
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変圧器・電動機の計算問題は、映像講義で解き方を見ると理解が一気に進みます。
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