交流と直流

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直流と交流を理解する

電工の筆記試験では回路計算で直流回路と交流回路がでます。
回路計算などを苦手にしている人の多くはこの直流と交流の違いを
理解していません。

違いや特性などを理解することで回路計算を得意科目にしましょう

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直流と交流

一般に直流はDC、交流はACともいわれます。 DCとは “ Direct Current ” の頭文字をとったもの。 ACとは ” Alternating Current ” の頭文字をとったものです。   この違いはどこにあるのでしょうか。 どこの家庭でもコンセントがありますね。 このコンセントが交流電源です。 一方、直流電源の代表格は乾電池や車に使用するバッテリーです。 ではそれぞれの特徴や違いについて考えてみましょう。

交流と直流の特性の違い

交流電源は図1のように極性(プラス、マイナス)が常に入れ替わります。

無題

 

では電流はどのように流れるのでしょうか?

下の図2のように電源上部の極性が+(プラス)の場合には 赤線のように電流が流れます。

無題

上図では電源上部が+(プラス)となっており赤い矢印のように 電流が流れる。

 

無題

図3では今度は電源下部が+(プラス)となっているので青矢印のように

電流が流れます。

 

交流回路ではこのように電源の極性が入れ替わることによって 電流も
流れる方向が入れ替わることになります。

つまり交流の波形は以下のようなものになります。

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交流の波形は正弦波(せいげんは)と呼ばれています。
この正弦波を見ると電源はプラスから0(ゼロ点)をとおり
マイナスへと 変移していきます。

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直流電源の極性は一定です。
乾電池を思い出してもらうとイメージがしやすいです。
乾電池は方向を間違えて入れると動作しないのは極性があるためです。

無題

 

波形は以下のようになります。

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交流とは違い電圧の変化はないのが特徴です。

電圧が一定であるのでその回路に流れる電流も一定となります。

交流波形における最大値・実効値・平均値

電工2種では実効値、平均値はどんなものか覚えておきましょう。
本当は計算で求められますが積分の計算が必要になりますので
電験2種以上でないと試験には出ません。

ここではどんなものかだけ覚えておけばよいでしょう。

最大値

無題

最大値とは正弦波のピーク点を指します。
上のように波形の頂点が最大値でプラスマイナスは関係ありません。

平均値

平均値はその名のとおり正弦波の山を平らに均した状態です。

無題1

つまり

無題

上図が成り立つ状態です。
実効値 これはこう覚えましょう(笑)

正弦波の実効値は

無題

で表されます。
これを覚えておきましょう。

ではこの式を少し応用してみます。

無題111

この式から最大値を求めたいので変形します。

無題222

するとこうなりますね。
では通常わたしたちの使用する100V (100ボルト)を代入して最大値を
求めます。

無題333

 

ですからこのように100V回路の場合、最大値は141Vとなります。

無題

 

不思議に思えますが100V回路であるコンセントの電圧を
常時監視しても上の図のように常に100Vが印可されている
わけではないんです。

 

最大141Vであり0Vのときもあるということです。
これが交流回路最大の特徴です。

まずはここを理解しましょう!

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