交流とは何なのか?


勉強から離れて久しいと、交流電流の説明を読んでもわからないのが普通です。

また、三相交流なんて聞くと、「えっ、三相って何?」ってな流のが普通でしょう。

それに加え、単相とか、三相三線とか出てくれば、もはや意味不明です。

そこで今回は、まずは交流にについての話をしてみたいと思います。



発電の仕組み 

理科の時間に聞いたとは思いますが、コイルに磁石を近づけてると電気が流れます。

単純な仕組みですが、ずっと電気を作るなら、ひたすら上下し続けないといけません。

これだと沢山の電気を作るにも効率が悪いので、そこで、効率よく発電するために発電機が作られました。


京都府のホームページより




発電機 

直線的な運動で発電の仕組みでしたが、効率よく発電するために回転運動で発電が出来るように発電機が作られました。

回転運動によって、水車や風車のようなプロペラを回しで電気を取り出せるようになりました。

火力や原子力発電も熱を作って蒸気を作り、その力でプロペラ(タービン)を回して発電します。




四国電力から引用

ちなみに

発電機には直流の電気が出るものと、交流の電気が出るのものがありますが、一般的にホームセンターで売ってる発電機は交流が出ます。

その理由は、家電は交流で動くからです。

ホンダの発電機エネポはカセットコンロのガスで動く




交流とは?

交流発電での電気の流れ方は、+から−へ、−から+側へと、周期的に変化するもの。

この変化を1秒間に何回するかを表すのがHz(ヘルツ)です。

交流電流のイメージ


このことは、家電製品の裏に貼ってるシールにも書かれていますが、日本の場合には東日本が50Hz、西日本が60Hzです。

今では殆ど兼用ですが、周波数の違いで家電にも影響があった昔は、切り替えスイッチがついた物が多くありました。

周波数表示の一例




位相 

家庭に来てる電気は交流で、家庭のコンセントの穴は二つあります。

電気はこのコンセントの二つの穴から取りますが、その極性は常に一定ではありません。

片方が(+)になったり、もう片方が(ー)なったりと、ひたすら(+)(ー)の変化を交互に繰り返します。

その流れを図で書くと、下のグラフのような感じです。

この上下の流れの一連の動きの形が、位相というものになります。

この変化する波が位相



音にも位相があります 

位相は、何も電気の世界の話だけではありません。

振幅(波打つ)があれば位相があります。

音も空気中を伝わる音も、プルプル振幅しながら伝わる物ですから位相があります。

話は変わりますが、この音の位相に全く同じ形の逆の波を作って混ぜると音が消えます。

打ち消しあうのです。
KDDIより引用


この原理によって、消音スピーカーと言われるものがありますが、車や飛行機で室内を静かにさせるために使われています。


http://www.mentorg.co.jp/より引用


ノイズキャンセラーとかも、この技術を使っているので、実は日常的に使われるものです。

一例:BOSEのイヤホン



実はこの理屈、発電された電気も同じで、程よく混ぜると電気も消すことができます。



三相交流について

上記の音の例なら、同じ音が少しづつ時間をズラしてやってくるのが、電気で言う三相交流です。

単相(一つの波)の場合は電流は波を打つため、瞬間的には電流が流れない時間がありますが、三相交流のメリットは波を少しづつズラしながら連続で電気を送るので、電流が流れない時間を作らずに送れます。

そのため、三相交流の用途は大電流が必要となる「動力」と言われるモーターが多くなります。

単相:電流が流れない時間がある

三相:常に電流が送られる(大電流向き)


また、三相交流の場合、時間のズレによって異なる位相(電流は同じ)が来る事で、その時間がズレた電流を適度にブレンドする事で音を消すようにその電流を消す事が出来ます。

家庭用の電流は単相(波が一つ)なので、回路にするには出る電流と入る電流が必要になりますが、三相交流で来た電流は消す事で、帰りの線を不要にする事ができます。


三相交流の総和がゼロ

正確な表現とは言えませんが、電気数学に出る「三相交流の総和がゼロ」のイメージとしては、上記のような事です。

三相交流の電流がゼロに出来るのは、自身と同じ位相(波)であり、尚且つ逆の位相(波)を当て合う事で打ち消せるからです。

その上で三相交流の学習をすると、なんとなくですがイメージがしやすいと思います。




終わりに 

最後に三相交流の話になりましたが、第2種電気工事士の資格を取るだけが目的なら、このような理屈を細かく覚える必要はないです。

基本的に節約が出来る方法を取り、そして実用化するのが世の常です。

勉強に無駄はありませんが、限られた時間内に結果を出すためには、しなくてもいい勉強もあります。

今回は勉強しなくても、資格取得には大した影響の無い話ですが、興味があったら試験が終了し、資格を取得した後に専門書を読んで勉強して下さい。