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

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。 「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。

本記事を読み終えたら、

• 単巻変圧器の構造（直列巻線と分路巻線）を絵で説明できる
• 自己容量 Ps と負荷容量 PL の違いを即答できる
• 100V→120V・10A タイプの典型問題を 3秒で解ける

ようになります。

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

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

これだけ。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るだけです。 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。

なぜ受験生は単巻変圧器で迷子になるのか

理由は3つあります。

1. 普通の変圧器と違い「まき線がくっついている」
2. 「自己容量」と「負荷容量」という2つの似た言葉が出てくる
3. 計算式を 丸暗記 しようとして混同する

特に③が致命的。式の意味を捉えずに「Ps＝（V2−V1）×I2」を丸暗記すると、本番で V1 と V2 のどちらから引くかで必ず迷います。 「差分だけ仕事する」というイメージ さえあれば、式は自然に出てきます。

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	役割
直列巻線	電圧を 上乗せ／引き下げ する専用部分
分路巻線（共用部分）	一次側と二次側で 電気をシェア している部分

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。 ここが最大の特徴であり、最大のデメリットでもあります。

⚠️ 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る。

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、3つの嬉しいメリットが生まれます。

1. 漏れ磁束が少ない：まき線が一体化しているため、磁束の漏れが防げる
2. 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
3. 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

主な活躍の場は、

• 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）

逆に大幅な電圧変換や三相大容量の用途にはあまり向きません。小容量・小さな電圧差の微調整が大得意 という性格を覚えておきましょう。

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。

負荷容量 PL = V2 × I2          ← 負荷に渡せる全体の電力
自己容量 Ps = (V2 − V1) × I2   ← 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。残った 差分だけ を変圧器が実際に変換するので、変圧器本体は「差分の電圧」分だけ頑張れば十分なのです。

🔑 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。

例題：100V → 120V・10A の自己容量は？

実際にやってみましょう。

問題：一次電圧 V1 = 100V、二次電圧 V2 = 120V、二次電流 I2 = 10A の単巻変圧器がある。自己容量 Ps は何 VA か？

ヒントは 「差分だけ」。

Ps = (V2 − V1) × I2
   = (120 − 100) × 10
   = 20 × 10
   = 200 VA

答えは 200 VA。 一方、負荷容量は PL = 120 × 10 = 1200 VA。

つまり 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 ということ。これが単巻変圧器のコスパの正体です。

まとめ表：単相変圧器と単巻変圧器の違い

項目	単相変圧器	単巻変圧器
まき線の構造	一次・二次は別々（1組）	一部を共有（直列＋分路）
絶縁状態	絶縁されている	絶縁されていない
効率・損失	普通（基準）	高効率・損失小・漏れ磁束少
容量の式	V × I	Ps = (V2 − V1) × I2
主な用途	機器の電源・制御回路	電圧調整・微調整の昇降圧

まとめ

• 単巻変圧器 = 一つのまき線で昇降圧 する変圧器
• 一次と二次は 絶縁されていない（最大のデメリット）
• 自己容量 Ps は 昇圧・降圧の差分だけ でよい → 小型・高効率
• 公式は Ps = (V2 − V1) × I2、負荷容量は PL = V2 × I2
• 典型例：100V→120V・10A → Ps = 200VA、PL = 1200VA

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。 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。