【第2種電気工事士】取得解説 Vol.10 筆記編8 交流回路の基礎1

今回は交流回路の基礎について解説していきます。

導入編や以前の記事を読まれていない方は、まずはそちらの記事をご覧ください。

目次

波形の相対的な表現と位相について

前回は交流の波形について解説しましたが、位置関係の表現について解説していきます。

前回の記事はこちらからどうぞ。

下図のような3つの波形があります。

3つとも周波数は同じですが、位置関係が少しずつずれています。

この時、aの波形に対しbの波形は90°遅れている、という事になります。

なぜ『90°』かというと、スタート地点どうしを比べると分かります。

aの波形のスタートは0°、bの波形のスタートは90°であり、差が90°だからです。

では、『遅れている』のはどう読み解くかは、地球をモデルにイメージすると理解しやすいです。

日本が夜明けの時、カタールではまだ夜中で、時差は6時間です。
(360°を24時間とすると6時間は90°です)

日本基準で表現するとカタールとの時差はマイナス6時間になります。

上図の0から上半分を日中時間、下半分を夜の時間としてイメージしてください。

0°で日本が夜明けの時カタールは真夜中です。90°の位置では日本では太陽がてっぺんに、カタールは夜明けです。

つまり、
 6時間過去の状況ですのでカタールは日本に比べ6時間遅れている、
 bの波形はaの波形に比べ90°過去の状況ですので90°遅れている
となります。

cの波形も同じ考え方で、aの波形に対しcの波形は90°進んでいます。

また、位相という言い方もあります。

aの波形に対しbの波形は90°位相が遅れている、といった感じで用います。

位相の差を位相差といいます。aとbの波形は90°の位相差がある、といった感じで用います。

交流回路の不思議な抵抗

リアクタンスについて

直流回路には抵抗は1種類しかありませんでしたが、交流回路の場合は直流回路の抵抗とは別次元の抵抗が存在します。

この別次元の抵抗の事を、リアクタンスと言います。

リアクタンスの中には2種類あり、誘導性リアクタンスXLと容量性リアクタンスXCがあります。

誘導性リアクタンス

インダクタ(コイル)による別次元の抵抗で、XL[Ω]と表記されます。

次の式で計算されます。

$$X_{L}= 2\pi f L=\omega L$$

※L:自己インダクタンス[H](読み:ヘンリー)ω:角周波数[rad/s]

容量性リアクタンス

キャパシタ(コンデンサ)による別次元の抵抗で、XC[Ω]と表記されます。

次の計算式で計算されます。

$$X_{C}= \frac{1}{2\pi f C}= \frac{1}{\omega C}$$

※C:静電容量[F](読み:ファラド)

リアクタンスの計算式には、周波数が入っています。

つまり、周波数によりリアクタンスの大きさが変わります。

交流回路の電流の流れ方

交流回路では電流が抵抗とリアクタンスで異なった流れ方をします。

抵抗

抵抗の場合、電源の電圧と同じ位相で電流が流れます。

誘導性リアクタンス

誘導性リアクタンスの場合、電源に対し90°遅れて電流が流れます。

容量性リアクタンス

容量性リアクタンスの場合、電源に対し90°進んで電流が流れます。

まとめ

今回は波形を使って交流回路の特性を説明しました。

波形ではちょっと分かりにくいかもしれませんが、ベクトルを書く事で分かりやすくなります。

次回はベクトルを使いながらインピーダンスについて解説していきます。

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