単相交流回路

【電験三種 独学講座〜理論編〜】4-2. 位相

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位相とは

交流は、一定の周期で行ったり来たりしている波形の要素を持つことは前回学習しました。今回は位相について学習します。位相とは、波形の時間的なズレのことを表します。次のグラフを見てください。電圧に対して電流の波形が遅れて発生しています。周期は全く同じですが、始点が違うので一生ズレっぱなしになります。このように印加した交流電圧に対し、電流が遅れて発生する性質を持つのがコイルです。コイルに電圧をかけると、電圧の波形からはズレて電流が流れます。逆にコンデンサに電圧をかけると、電圧より前に電流が発生したような波形になります。これから学習するコイルやコンデンサを含む電気回路を考えるときに、この位相のズレの考え方は大変重要になります。

位相の説明図

度数法と弧度法

交流の世界では、位相のズレを表すために、[rad](ラジアン)という単位で角度を表します。細かいことは考えず、

$$360°=2π[rad]$$

と覚えてください。180°はπ[rad]で、90°=π/2[rad]と表します。

角速度の考え方

次に、位相の遅れや進みを表現するために必要な角速度という概念についてご説明します。

交流の波は正弦波という波になります。これは、ある円周上を衛星のように同じ速度で回り続ける点の時間毎のy軸の位置をプロットしたものになります。円周を1周回ると1周期となるイメージです。(+へ振れて0へ戻り、次にーに振れて0へ戻った所で1周期でしたね)

角速度の説明イメージ

正弦波を表す式は、

$$e=E_msin(ωt+θ)$$

と表すことができ、θに先ほど求めた角速度を代入することで位相の遅れ進みを表します。今回のケース(位相差90°)では

$$e=E_msin(ωt+\frac{2}{π}$$

となり、位相がπ/2進んでいるという表現をします。

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