第二種電気工事士筆記試験の単相交流回路の説明
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9.単相交流回路

♦単相交流回路とは♦

単相交流波形

交流という電気は、単相交流と三相交流という2種類があります。

私たちの一般家庭のコンセントに引き込まれている電気といえば単相交流の100V又は200Vが普通です。
※電柱の変圧器で三相交流から単相交流に変換されています。

では、三相交流はどこで使われているのかというと、エレベーターや送風機などの三相交流電動機を動かしている工場、オフィスビル、商業施設で使われています。

単相交流の種類は、単相2線式単相3線式という回路方式があり、昔から建っている一般的な住宅には単相2線式の100V、新しい住宅には単相3線式で100VとIHクッキングヒーターやエアコン用に200Vの両方が使えるように施工されています。

つまり、単相交流とは電力会社から送られてくる電源電圧が1つしかない上の図のような波形の状態の電気(1相のみで送られてきている交流)のことをいいます。
※単相に対して三相という方式があります。三相の場合は、電源電圧の大きさが等しく位相が120°ずつずれた3つの電圧がある状態です。すなわち、電圧が三相あり、瞬時値の総和がゼロになる状態の交流のことです。

なお、電気業界の専門用語では、単相交流のことを電灯線、三相交流のことを動力線といいます。

それでは、単相2線式と単相3線式について見ていきましょう。

♦単相2線式♦

下の図のような回線のことを、単相2線式といいます。
2線式は、電源から負荷までのびてきている線が2本あります。

単相2線式回路

電源電圧Vと電力損失Wは次のようにして求めます。

単相2線式回路の電源電圧と電力損失を求める式

Va=負荷電圧
r =電線1条の抵抗
I =線電流

電源電圧を計算する時に間違えやすいのは、負荷の電圧(電圧降下)を電源電圧としてしまうことです。

どのような電線でも導体はほんの少しですが抵抗分を持っているので電圧降下が発生しています。電源電圧を計算する時は、負荷の電圧に電線の電圧降下分を足し合わせてください。
※電圧降下とは、電線の端と端、負荷の端と端で電圧が違うことです。

♦単相3線式♦

下の図のような回線のことを、単相3線式といいます。
3線式は、電源から負荷までのびてきている線が3本あります。

単相3線式回路

図の中性線に流れる電流IB はIAとICの値によって変わることがわかります。

次は、
電流IB の違いによる電源電圧と電力損失について見てみます。

電流IB =0(電流IBはゼロ)の時
すなわち、IA と ICが同じ値の場合の電源電圧V1と電力損失Wを見てみましょう。
単相3線式回路の電源電圧と電力損失を求める式(電流IBはゼロの時)

Vab=ab間の負荷電圧
Vbc=bc間の負荷電圧
r =電線1条の抵抗
I = I A = I C = 同じ値の線電流

電流IB ≠0(電流IBはゼロではない)の時
すなわち、IA と ICが異なる値の場合の電源電圧V1を見てみましょう。
単相3線式回路の電源電圧と電力損失を求める式(電流IBはゼロではない時)

Vab=ab間の負荷電圧
Vbc=bc間の負荷電圧
r =電線1条の抵抗
I = I A = I C = 異なる値の線電流

となります。

単相3線式の場合でも単相2線式と同じように電線にはほんの少しですが電圧降下が発生していますので、電源電圧を計算する時は、負荷の電圧に電線の電圧降下分を足し合わせてください。

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♦問題を解いてみよう♦

♦問題1
次のような単相2線式回路がある。この回路の電源電圧Vを求めよ。
rは電線1条の抵抗値です。
単相2線式回路の問題
考え方:単相2線式の電源電圧を求める公式に当てはめてみましょう。
答え:
単相2線式回路の電源電圧の求め方
♦問題2
次のような単相3線式回路がある。この回路の負荷電圧Vabを求めよ。
rは電線1条の抵抗値です。
単相3線式回路の問題
考え方:まず中性線に流れる電流 IBを求めましょう。
単相3線式回路の中性線に流れる電流を求める
次にVaとVbの電線の抵抗で生じる電圧を求めましょう。
単相3線式回路のVaとVbの電線で生じる電圧を求める
答え:最後に、電源電圧から電線に生じる電圧を引きましょう。
単相3線式回路の負荷電圧を求める答え
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