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電気工事士試験 · 学習ガイド

三相交流

三相交流とは

三相交流とは、大きさと周波数が同じ三つの交流の位相を120度ずつずらして組み合わせた電源で、大きな電力を送るのに向いています。

エルくんが説明する三相交流。等しい長さの3本の矢印が同じ中心から120度ずつ離れ、位相差とモーターの回転を対応させた図。
考え方の例:三相交流は同じ周波数の三つの交流が120度ずつ位相をずらして組み合わされます。ここでは三つの位相の関係を、同じ中心から伸びる等しい長さの矢印で表しています。

モーターへ大きな電力を送る場面では三相交流が使われます。大きさと周波数が同じ三つの交流を、位相を120度ずつずらして組み合わせたものです。

三相交流
区分式・判断
Y結線線間電圧=√3×相電圧/線電流=相電流
Δ結線線間電圧=相電圧/線電流=√3×相電流
平衡三相電力P=√3×線間電圧×線電流×力率
抵抗負荷の電力P=3×相電流²×R(各相の電力の3倍)
同じ抵抗のY→Δ消費電力は3倍
Y結線の1相断線残る2相が線間電圧に直列、各相は線間電圧の1/2
Δ結線の1線断線1相は線間電圧のまま、2相は直列、全電力は1/2

基本の仕組み

基本の仕組みの図解。左の線間電圧200V・線電流10Aと上の力率0.8から、中央の式「P=√3VIcosφ」へ矢印を向ける。式の右に「√3×200×10×0.8≒2771W」から「約2.77kW」への矢印を置き、下部の「覚えること」は仕切り線で分ける。
覚えること:平衡三相P=√3×線間V×線I×力率

平衡三相負荷で線間電圧200V、線電流10A、力率0.8なら、有効電力は√3×200×10×0.8≒2771W、約2.77kWです。図の電圧と電流が「線」の値かを先に読みます。

平衡三相全体の有効電力はP=√3VIcosφです。三つの相の電力を合計した式なので、これにさらに3を掛ける必要はありません。

Y結線とΔ結線

Y結線とΔ結線の図解。1枚の図面を縦線で左右に分け、左に平衡Y結線、右に平衡Δ結線の配線図を置く。各図で「相」は負荷の一枝、「線」は外部の3本を示し、Yは相電圧→線間電圧、Δは相電流→線電流の矢印に√3を添える。
覚えること:平衡時、Yは電圧・Δは電流に√3

平衡Y結線は線間電圧=√3×相電圧、線電流=相電流です。平衡Δ結線は線間電圧=相電圧、線電流=√3×相電流です。「線」は外部3本の線、「相」は各負荷の一枝を指します。試験センターの例題1-③も、Y結線の線間電圧を相電圧に直してから相インピーダンスで割っています。

例えばY結線で線間電圧200V、各相10Ωなら相電圧約115.5V、線電流約11.55Aです。同じ条件のΔ結線なら各相200V、相電流20A、線電流約34.6Aです。結線を見ずに200÷10とするとY結線で誤ります。

平衡三相の有効電力P=√3×線間電圧×線電流×力率はY・Δの両方に使えます。各相の電力を3倍する方法でも一致します。不平衡では相ごとに計算します。

確認

確認の図解。左に不平衡負荷、右に平衡三相の式を置く。左から右への矢印を中央の「条件確認」ゲートで止め、確認せずに式を当てはめられない関係を示す。
覚えること:不平衡に平衡三相式は条件確認が必要

単相のVIcosφと混同しないことが重要です。また不平衡な負荷に、条件を確認せず平衡三相の式を当てはめることはできません。

試験に出る

  • 平衡三相の有効電力 P=√3VIcosφ を使う計算問題。
  • 線間電圧と線電流が「線」の値かを読み取る問題。
  • 三つの相の合計にさらに3を掛けないことの確認。
  • 単相のVIcosφとの混同を狙った正誤問題。
  • 平衡条件が崩れた負荷に同じ式を当てはめられないこと。
  • Y結線の1相の抵抗が断線すると、残る2相が線間電圧に直列となり各相電圧は線間電圧の1/2になる問題(200Vなら約116V→100V)。
  • Δ結線で電源線1本が断線すると、全消費電力が断線前の1/2になる問題(各相30Ω・200Vで4kW→2kW)。
  • 同じ抵抗をΔ結線にするとY結線の3倍の電力を消費することの確認。

重要な言葉

三相交流
位相を120度ずつずらした三つの交流を組み合わせた電源。
線間電圧
電源線同士の間に現れる電圧。
線電流
電源線に流れる電流。
三相電力
平衡三相全体の有効電力で、P=√3VIcosφ。

確認問題

確かめよう他条件が同じで線電流が半分なら電力は?

半分。P=√3VIcosφは線電流Iに比例するからです。

平衡三相の有効電力は三つの相の合計なので、P=√3VIcosφにさらに3を掛ける。

三相交流の三つの位相は120度ずつずれている。

平衡三相の有効電力の式で、線間電圧V・線電流Iとすると?

線間電圧200V、線電流10A、力率0.8の平衡三相の有効電力(約)は?

モーターへ大きな電力を送る場面ではが使われます。大きさと周波数が同じ三つの交流を、位相をずつずらして組み合わせたものです。

平衡三相負荷で200V、線電流10A、力率0.8なら、有効電力は√3×200×10×0.8≒、約2.77kWです。図の電圧と電流が「線」の値かを先に読みます。

平衡三相全体の有効電力はです。三つの相の電力を合計した式なので、これにさらに3を掛ける必要はありません。

のVIcosφと混同しないことが重要です。またな負荷に、条件を確認せず平衡三相の式を当てはめることはできません。

出典・参考資料

試験の公式案内と、この記事の参考にした学習資料です。

編集:Pinternet Works · 更新日:

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