三相交流発電機の仕組み

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三相交流発電機の仕組み

三相交流発電機は大きな電気を送れる事や送電線の本数が3本で済むこと、さらに工場などで使う電動機を回す回転磁界が簡単に作れるなどのメリットがあるので、発電にはよく使われます。

三相交流発電が用いられる理由

電力会社で行っている発電は、「三相交流」と呼ばれるものです。

それは色々な利点を持っているからです。

三相交流の利点

  1. パワーが大きいこと。モータなどでハイパワーなものを駆動させることができます。
  2. 三相分の電力を3本の電線で送電できる。
  3. 回転磁界が簡単に得られること。

三相交流の発電原理

3つのコイルA,B,Cを互いに120度($\cfrac{2}{3}π$)の角度を付けて配置してあります。

中央の磁石を回転させるとそれぞれのコイルに起電力(それぞれは単相交流)が発生します。

コイルに120度の角度があるので、発生する起電力も互いに120度ずれた波形になります。

このような関係にある3つの起電力を「三相交流」と言います。

三相交流発電機のコイルと磁極の位置関係

コイルAに発生する起電力の大きさと、磁石の磁極の位置関係を示したのが下の図になります。

図に示すような正弦波で、大きさが等しく互いの位相が120度ずれた起電力のことを対称三相交流と言います。

三相電源の接続方法

三相交流電源の接続には、発生した起電力を三角形(デルタ接続)に接続する形と星形接続(スター、Y接続)にして使う方法があります。

図の左は三相電源の各相を三角接続したものです。

    三角接続では

  • 出力端子U-Vの間にはコイルAで発電された $V_A$ が出力されます。
  • 出力端子V-Wの間にはコイルBで発電された $V_B$ が出力されます。
  • 出力端子W-Uの間にはコイルCで発電された $V_C$ が出力されます。
  • この接続では、相電圧と線間電圧は等しくなります。

図の右は三相電源の各相を星形接続したものです。

    星形接続では

  • 3つのコイルの一方を中性点Nで接続します。
  • 残った各端子間で出力を取ります。
  • この接続では線間電圧は相電圧の$\sqrt{3}$倍になります。

以上で「三相交流発電機の仕組み」の説明を終わります。

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