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三相交流とは?わかりやすく解説!

  • 三相交流とは何か
  • 三相交流の発生
  • 三相交流の特徴
  • 三相交流のメリット

について説明しています。

目次

三相交流とは?

三相交流は、3つの単相交流を組み合わせたもので、互いの位相に120度ずつの位相差があります。

次の図を参照してください。

三相交流は3つの単相交流の組み合わせ

一般的に、対称三相交流のことを単に「三相交流」といいます。

対称三相交流 とは、三相の起電力の大きさと周波数が等しく

三相それぞれの位相差が、\(\left(\cfrac{2π}{3}\right)\) [rad] ラジアン 

の関係にある交流のことをいいます。

単相交流とは

次のような交流を単相交流といいます。

単相交流の波形

単相交流はコイルの中で磁石を回転させることで、電磁誘導 により起電力を発生することができます。

単相交流の発生

三相交流の発生

三相交流は3つのコイルを互いに 1/3(120度) ずつずらして配置します。

三相交流の発生
三相交流の仕組み

3つのコイルには、互いに120度ずつ位相がずれた交流が発生します。

三相交流の位相

3つのコイルを 120度 ずらすことにより

電圧の大きさと周波数が同じで互いに位相が 

120度 ずれた起電力を発生させることができます。

これが三相交流です。

三相交流の特徴

三相交流の特徴は図の \(x、y\) のように、どの時間をとっても互いに打ち消し合って 

瞬時値の和がゼロ になることです。

三相交流の特徴

三相交流は3つの単相交流を組み合わせたものなので、6本の電線が必要になります。

3つの単相交流の組み合わせ

中央の電線は、瞬時値がゼロなので電流が流れません。
したがって、1本にまとめることができます。

三相交流の中性線

中央の電線には、電流が流れないので最終的に不要になります。

このことが、三系統の単相交流を3本の電線で送ることができる理由になります。

三相交流は中性線が不要

三相交流の原理を数式で確認

瞬時値の和がゼロになることを計算してみましょう。

平衡三相交流を 複素数 で表示します。

三相交流回路の各相に流れる電流は、式で表すと次のようになリます。

三相交流の瞬時値の和

\(I_a=I\) [A] 

\(I_b=I\left(-\cfrac{1}{2}-j\cfrac{\sqrt3}{2}\right)\) [A] 

\(I_c=I\left(-\cfrac{1}{2}+j\cfrac{\sqrt3}{2}\right)\) [A] 

三相交流回路の各相の電流を加算すると「ゼロ」になります。

\(I_a+I_b+I_c\)
\(=I+I\left(-\cfrac{1}{2}-j\cfrac{\sqrt3}{2}\right)+I\left(-\cfrac{1}{2}+j\cfrac{\sqrt3}{2}\right)\)
\(=I-I-j\cfrac{\sqrt3}{2}+j\cfrac{\sqrt3}{2}\) 

\(I_a+I_b+I_c=0\)

この結果から分かる通り

三相交流では共通帰線に電流が流れませんので、三相3線式にすることができることになります。

三相交流のメリット

  • 交流送電なので、高い電圧で送電することができるので、送電ロスが少なくて済むこと。
  • 三つの相の位相差が 120度 ずつあるので、回転磁界が簡単にできること。
  • 交流送電なので変圧器で昇圧したり、降圧するのが簡単にできること。
  • 同じ電力を送る場合に、経済的であること。

以上で「三相交流とは?わかりやすく解説!」の説明を終わります。

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