スイッチング電源装置のトランスはどうして小さい？

こんにちは。電子工作をやっていてふと疑問に思ったことがあるのですが、どうしてスイッチング電源装置のトランスはあんなに小さくできるのでしょか？スイッチング電源装置に高周波を用いることによってあれだけ小型化できていると聞きますが、なぜでしょうか？同じ巻線比を保ったままふつうの50Hz/60Hzの電源トランスの巻き数を減らしても同様のことができないのでしょうか？なにか問題が起きるのでしょうか？ご教授お願いします。

No.5 ベストアンサー 回答者： foobar 回答日時： 2011/02/12 10:15

トランス内部の磁束は、巻線1ターンあたりの電圧*電圧の半周期に比例します。

周波数を上げると、電圧の周期が周波数に反比例して下がるので、必要な磁束も周波数に反比例して下がり、鉄心の断面積が小さくて済み、トランスが小さくなります。

このままだと、周波数を高くしてもコアが細長くなるだけなので、巻き数も減らして（その分コアが太くなるけど、長さが短くなる分全体としてはさらに小型になる）、巻き数やコアの寸法を最適化しています。

No.4 回答者： horakitamaki 回答日時： 2011/02/12 09:48

トランスは一次側の電圧が変化した時だけ二次側に伝わるので積極的に変化せないと効率が悪くなり熱になってしまいます。

トランスは電気 => 磁力 => 電流のように磁力を介して二次電流を取り出しています。そしてこの一次側は電磁石なので巻き数が少ないと大きな磁力を得られません。

No.3 回答者： tetsumyi 回答日時： 2011/02/12 08:50

磁力で発電する場合、磁力のを強くすると電圧が上がりますしコイルを速く動かして磁力の変化を速くしても電圧を上げることができます。

50Hz/60Hz１００Vの電源トランスでは１００Vに相当する逆起電力を発生できる磁気回路を持つトランスを作らなければなりません。
巻き線を細くして巻き数を増やせば小さくできますが、必要な電流を流すためには巻き線の太さが決まりますので限界があります。
巻き数を減らしても１００Vに相当する逆起電力が起きれば良いのですが、磁気回路を作る材料は普通は磁気的に優れた材料の鉄ですが磁化する上限の値があって飽和します。
そのために電圧と電流が決まるとトランスの鉄心も最低の限界があります。

高い周波数ではコイルを速く動かすと同様に、磁力が小さくても磁力の変化速度を大きくできるので小さくても同じ電圧を発生できます。
当然ですが巻き線の太さは流したい電流で決まりますが、小さい分、熱の発生も少なく熱がこもらないので放熱も良くなります。

No.2 回答者： ricardo_ 回答日時： 2011/02/11 22:53

　トランスで伝達出来る電力は、鉄の量と周波数に比例します。

　ガソリンエンジンで考えてみましょう。
　出力は燃やした燃料に比例する。
　燃やす量は、シリンダの体積と回転数に比例する。
　シリンダが小さければ、小さく軽く出来る。

　現実問題として、周波数を高くすると損失が増えます。
　適当な所が有ります。
　荷物運びで考えて下さい。一度に多くの荷物を運ぶか、運ぶ回数を増やすか。
　能率が上がる所を選ぶでしょう。

　トランスの巻き数比は、周波数に反比例して減らさないと行けません。
　５０Ｈｚのままインダクタンスが小さくなったら、短絡に近付くでしょ。

No.1 回答者： ymmasayan 回答日時： 2011/02/11 20:02

↓を見てください。

周波数の違いがいかに励磁電流に影響を与えるかわかるでしょう。
周波数が低いときは巻き数を増やさないと励磁電流が減らせないのです。
周波数を高くするとトランスが小さくなる、でもモーターが余り早く
回っても困るので５０Ｈｚ、６０Ｈｚが延々と使われています。

参考URL：http://www.jibu.co.jp/case-study/archives/000216 …