機械第19回 2026年5月28日 ⏱ 約19分で読めます

単巻変圧器は「差分だけ」で攻略 — 自己容量と負荷容量の罠を一発回避

電験三種「機械」科目の単巻変圧器を、『単まき＝一つのまき線で昇降圧』『自己容量は差分だけ』という2つの魔法のフレーズで即攻略。自己容量と負荷容量の違い、計算式 Ps=(V2-V1)×I2 の意味、100V→120V・10A の典型計算まで一気にマスターします。

🃏 暗記フレーズ：単まき＝一つのまき線で昇降圧、自己容量は差分だけ

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この記事で身につくこと

電験三種「機械」科目の変圧器分野で、毎年のように受験生を詰まらせるのが 単巻変圧器 です。「自己容量」と「負荷容量」という似た言葉が並んだ瞬間、9割の受験生がここで頭が真っ白になります。

でも安心してください。本質は、変圧器は『差分だけ』仕事すればよい という、拍子抜けするほどシンプルな話です。ここさえ腹落ちすれば、単巻変圧器は「苦手分野」から「出たらラッキーな得点源」に変わります。

本記事を読み終えたら、次の3つができるようになります。

ゴール	できるようになること
構造がわかる	直列巻線と分路巻線の役割を、絵を描いて説明できる
用語で迷わない	自己容量 Ps と負荷容量 PL の違いを即答できる
計算が速い	100V→120V・10A タイプの典型問題を 3秒で解ける

暗記フレーズ：単まき＝一つのまき線で昇降圧、自己容量は差分だけ

単まき＝一つのまき線で昇降圧 自己容量＝昇圧・降圧の「差分」だけ

覚えるのはこれだけです。

単巻変圧器は、普通の変圧器のように一次と二次のコイルが完全に分かれているのではなく、1本のまき線を使い回して 電圧を上げ下げしています。だから、変圧器が頑張る量も「持ち上げた／下げた差分」だけでよい。テコの原理に似た発想です。

重い荷物を床から棚まで持ち上げるとき、すでに机の上に置いてある荷物なら、机から棚までの 高さの差 だけ持ち上げれば済みますよね。単巻変圧器の考え方はまさにこれです。ゼロから持ち上げているわけではない、というのが最大のポイントになります。

なぜ受験生は単巻変圧器で迷子になるのか

理由は大きく3つあります。

つまずきの原因	何が起きているか
① 構造のイメージが湧かない	普通の変圧器と違い「まき線がくっついている」
② 用語が似ていて混同する	「自己容量」と「負荷容量」という2つの言葉が同時に出てくる
③ 式を丸暗記している	意味を捉えずに覚えるので、本番で引き算の向きを迷う

特に③が致命的です。式の意味を捉えずに $P_{s} = (V_{2} - V_{1}) I_{2}$ を丸暗記すると、本番で「 $V_{1}$ と $V_{2}$ のどちらから引くんだったか」で必ず手が止まります。

逆に、「差分だけ仕事する」というイメージ さえ持っていれば、式は自分で組み立てられます。「100Vを120Vにしたのだから、変圧器が上乗せしたのは20V分」——この一言が言えれば、引き算の向きで迷いようがありません。

🃏 暗記シート

Q. 単巻変圧器を一言で言うと、どんな変圧器？

構造を分解：直列巻線と分路巻線

単巻変圧器のコイルは、機能で2つに分けて見る と一気にスッキリします。

名称	読み	役割
直列巻線	ちょくれつまきせん	電圧を上乗せ／引き下げする専用部分
分路巻線（共用部分）	ぶんろまきせん	一次側と二次側で電気をシェアしている部分

名前がそのまま役割になっている

用語が難しく感じるかもしれませんが、実は名前がそのまま役割を表しています。

直列巻線 … 元の電圧に対して「直列に足しこむ」から直列巻線
分路巻線 … 電流の通り道が分かれる（共用される）部分だから分路巻線

100Vを120Vにする昇圧器なら、分路巻線が担当しているのが元の100V、直列巻線が上乗せしている分が20V。この役割分担が、あとで出てくる自己容量の話に直結します。

最大の特徴＝絶縁されていない

普通の変圧器は一次と二次が電気的に絶縁されていますが、単巻変圧器は 絶縁されていません。これは構造上どうしようもない話で、まき線を共有している以上、一次側と二次側は物理的につながっているからです。

⚠️ 絶縁されていない → 感電リスクが上がり、故障時にも一次と二次の両方に影響が出やすい。試験ではこの「絶縁の有無」も問われやすいので必ず押さえてください。

ここは「メリットの裏返しがデメリット」という典型例です。まき線を共有したから小型・高効率になり、まき線を共有したから絶縁できない。セットで覚えると忘れません。

単巻変圧器の3つのメリットと使いどころ

まき線を共有することで、次の3つのメリットが生まれます。

メリット	理由
漏れ磁束が少ない	まき線が一体化しているため、磁束が逃げにくい
電圧変動率が低い	負荷が変わっても二次電圧が安定しやすい
効率が高い	まき線の量が少ないため、銅損などの損失が小さい

「効率が高い」「電圧変動率が低い」と言われてもピンとこない場合は、その2つを扱った回に戻るのが近道です。損失と効率の関係が怪しい人は変圧器の効率は「鉄損は一定、銅損はI²」だけで全部解けるを、電圧変動率そのものが苦手な人は電圧変動率は『内部インピーダンスのせい』で9割解決 — ε=%R cosθ+%X sinθ を3ステップで攻略を先に一読しておくと、単巻変圧器のメリットが「なるほど、そういうことか」と腹に落ちます。

得意な現場・苦手な現場

単巻変圧器には、はっきりした得意・不得意があります。

	内容
得意	電力系統の電圧調整・タップ切替器／工場設備の電圧微調整／家庭用の昇圧器（例：100V → 120V）
苦手	大幅な電圧変換／三相の大容量用途／絶縁が必須の回路

ひとことで言えば、小容量・小さな電圧差の微調整が大得意 という性格です。「ちょっとだけ電圧を持ち上げたい」場面に、必要最小限のサイズで応えるのが単巻変圧器の存在意義だと考えてください。

攻略の鍵：自己容量 Ps は「差分だけ」

ここが今日の本丸です。単巻変圧器には、2種類の容量が出てきます。

名称	式	意味
負荷容量 $P_{L}$	$P_{L} = V_{2} I_{2}$	負荷に渡せる全体の電力
自己容量 $P_{s}$	$P_{s} = (V_{2} - V_{1}) I_{2}$	変圧器自身が担当する電力

なぜ自己容量だけ差分で済むのか

単巻変圧器では、電力の 一部はまき線を通って直接負荷へ 流れていきます。つまり、入ってきた電力の大部分は「変圧されずに素通り」しているのです。変圧器が本当に変換しているのは、素通りできなかった 差分だけ。だから、変圧器本体は「差分の電圧」分だけ頑張れば十分ということになります。

$P_{s} = (V_{2} - V_{1}) I_{2}$

🔑 自己容量は『昇圧・降圧の差分』だけでよい！

これが、単巻変圧器が 同じ容量の普通の変圧器より小さく・軽く・安く できる理由です。そして試験では、この「差分だけ」を知っているかどうかだけで、正解と不正解がきれいに分かれます。

🃏 暗記シート

Q. 単巻変圧器の自己容量 Ps を求める式は？

降圧のときはどうする？

「昇圧は分かったが、降圧だと引き算が逆になるのでは？」と不安になる方が多いところです。結論は簡単で、差分は必ず大きいほうから小さいほうを引く と考えれば済みます。容量はマイナスになりませんから、差の絶対値をとるだけです。

昇圧（100V → 120V）：差分は 20V
降圧（120V → 100V）：差分はやはり 20V

式の形を暗記しようとすると迷いますが、「上げ下げした幅はいくつか」と日本語で考えれば絶対に間違えません。

🃏 暗記シート

Q. 単巻変圧器の負荷容量 PL を求める式は？

例題：100V → 120V・10A の自己容量は？

実際に手を動かしてみましょう。

問題：一次電圧 $V_{1} = 100$ V、二次電圧 $V_{2} = 120$ V、二次電流 $I_{2} = 10$ A の単巻変圧器がある。自己容量 $P_{s}$ は何 VA か？

ヒントは 「差分だけ」 です。

$P_{s} = (V_{2} - V_{1}) I_{2} = (120 - 100) \times 10 = 20 \times 10 = 200 VA$

答えは 200 VA。

一方、負荷容量は次のとおりです。

$P_{L} = V_{2} I_{2} = 120 \times 10 = 1200 VA$

数字が語っていること

この2つを並べると、単巻変圧器のうまみが一目でわかります。

項目	値	意味
負荷容量 $P_{L}$	1200 VA	負荷が実際に受け取っている電力
自己容量 $P_{s}$	200 VA	変圧器が用意すべきサイズ
比率	1/6	普通の変圧器の6分の1のサイズで足りる

1200 VA の負荷を扱っているのに、変圧器自身は その 1/6 の 200 VA 分のサイズで済む。これが単巻変圧器のコスパの正体です。残りの 1000 VA 分は、共用のまき線を通って素通りしていったぶん、と考えてください。

🃏 暗記シート

Q. 一次100V・二次120V・二次電流10A の単巻変圧器の自己容量はいくらか？

💡 差分だけでよい

電圧差が小さいほど得をする

もうひとつ大事な性質があります。一次と二次の電圧差が小さいほど、自己容量の割合は小さくなる ということです。

昇圧のパターン	二次電流	自己容量	負荷容量	自己容量の割合
100V → 110V	10A	100 VA	1100 VA	約 1/11
100V → 120V	10A	200 VA	1200 VA	1/6
100V → 200V	10A	1000 VA	2000 VA	1/2

表を見ればわかるとおり、電圧差が広がるほど、単巻変圧器のうまみは薄れていきます。先ほど「大幅な電圧変換には向かない」と書いたのは、まさにこの理由です。微調整で使うからこそ小型にできる — この関係を数字で押さえておくと、文章問題での正誤判断もラクになります。

まとめ

論点	結論
単巻変圧器とは	一つのまき線で昇降圧する変圧器
構造	直列巻線（上乗せ担当）＋分路巻線（共用部分）
最大の弱点	一次と二次が絶縁されていない
自己容量	$P_{s} = (V_{2} - V_{1}) I_{2}$ ← 差分だけ
負荷容量	$P_{L} = V_{2} I_{2}$
典型例	100V→120V・10A → $P_{s}$ ＝ 200 VA、 $P_{L}$ ＝ 1200 VA
得意分野	小容量・小さな電圧差の微調整

暗記フレーズ：単まき＝一つのまき線で昇降圧、自己容量は差分だけ

このフレーズが頭に入っていれば、単巻変圧器の問題は確実な得点源になります。

⚠ ここを間違える人が多い

同じ場所で足をすくわれる人が本当に多いので、代表的な2つを先回りしてつぶしておきましょう。

❌ 自己容量を求めるところで、二次電圧をそのまま掛けてしまう

「容量＝電圧×電流」という感覚が染みついていると、つい $V_{2} \times I_{2}$ と書いてしまいます。しかしそれで出るのは負荷容量のほう。

✅ 正しくは、掛けるのは「電圧の差」です。 変圧器が担当しているのは持ち上げた分だけなので、 $(V_{2} - V_{1})$ に $I_{2}$ を掛けます。問題文が「変圧器の容量を求めよ」と書いていたら、それは自己容量を聞いていると考えてください。

❌ 電流のほうを一次電流にしてしまう

差分は正しく出せたのに、掛ける電流を $I_{1}$ にしてしまって答えがずれる——これも定番です。

✅ 正しくは、自己容量の式で掛けるのは二次電流 $I_{2}$ です。 直列巻線には二次側（負荷側）の電流が流れているからです。式を書く前に「どこに流れている電流の話か」を一度確認する習慣をつけると、この失点は消えます。

❌ 絶縁されていないのに「絶縁されている」と答えてしまう

構造の話は計算より軽視されがちですが、文章問題では狙われます。

✅ 正しくは、単巻変圧器は一次と二次が絶縁されていません。 まき線を共有しているのだから当然、と構造から思い出せる形にしておくのが安全です。「共有している＝つながっている＝絶縁できない」と一本の線でつないでおきましょう。

よくある質問

Q. 単巻変圧器は、普通の変圧器の一種と考えていいのですか？

原理としては同じです。電磁誘導で電圧を変えるという点に違いはありません。違うのは まき線の使い方 だけで、一次と二次を別々に巻くか、一部を共用するかという構造上の選択です。ですから、変圧器の基本（損失・効率・電圧変動率）の知識はそのまま使えます。土台は共通、上物が違う、というイメージで問題ありません。

Q. 「変圧器の容量」と書かれていたら、自己容量と負荷容量のどちらを答えるのですか？

変圧器という機器そのもののサイズを聞かれている ので、自己容量です。「その変圧器は何 VA のものを選べばよいか」「変圧器の容量を求めよ」といった問い方なら自己容量。一方、「負荷にどれだけ供給できるか」「負荷側の容量は」と聞かれていれば負荷容量です。主語が 変圧器 か負荷か、で読み分けてください。

Q. 損失や効率は、単巻変圧器でも普通の変圧器と同じように考えていいですか？

考え方の枠組みは同じです。鉄損と銅損があり、その合計が損失になる——という骨格は変わりません。違うのは、まき線が少ないぶん 銅損が小さくなる 点です。結果として効率は高くなります。この損失の内訳そのものが曖昧な方は、変圧器の損失分類を魔法の暗記フレーズ「鉄・銅・機械」で一発攻略に戻って、鉄損と銅損の役割を整理してから戻ってくると理解が一段深まります。

自己容量と負荷容量の違いはイメージしづらい部分もあるので、動画とクイズを何度か往復して、感覚を染み込ませてください。急がなくて大丈夫です。「差分だけ」の一言が自然に口をついて出るようになれば、この単元は卒業です。

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