第２章 交流回路の問題
１．交流とは
交流とは、下図のように電圧（電流）が周期的に変化するものをいいます。
交流電源は、発電機で作られて送電されています。左図は非常に概念的な絵ですが、発電機はこのように磁界の中で導線を回転させることで、作られています。
導線が1回転で交流波形は０～bになります。これが１サイクルです。
１秒間のサイクル数が周波数です
２．実効値
交流の場合は、前述のように電圧（電流）が周期的に変化しているので、大きさを定量的にとらえることができません。そこで、交流では実効値が定義され使用されています。
３．交流におけるコンデンサとコイルの動作
(1)コンデンサの性質・・・・・コンデンサは電荷をためることのできる素子である。
コンデンサに直流電圧を加えると、左図のように電荷が移動（電流が流れ）し、電荷が貯まるに従ってコ
ンデンサの両端電圧が高くなる。
すなわち時間的には電流⇒電圧の関係がある。
交流電源を加えると、前項のような性質があるので、常に電流が流れるに従って電圧が上昇する。
すなわち電流が電圧より位相的に進んだ形となる。
（２）コイルの性質・・・・・コイルは、電流の変化を阻止しようとする性質がある。
コイルに直流電圧を加えると、左図のように瞬時にコイルに電圧が加わります。しかし、コイルは電流の流れを阻止しようとするので、青線のように電流の流れ出しは少し遅れます。
交流電源を加えると、電圧が＋側に増えだすとこれによる電流の流れを阻止しようとしますので、電流は図のように電圧より遅れて流れ出します。
すなわち電流は電圧より位相的に遅れた形になります。
４．交流回路における抵抗
交流回路におけるコンデンサやコイルも抵抗になります。コンデンサはXc、コイルはXLで表します。
ちなみにコイルの抵抗（リアクタンスといいます）は、 XL＝2πｆＬ[Ω]で計算できます。
また、交流回路全体の合計抵抗は、インピーダンスと言います。記号はＺを用います。単位はΩ（オーム）です。試験には、抵抗Rとコイルのリアクタンスの合成インピーダンスの問題が良く出ています。
左図のような回路の場合、コイルは前述のように電流が電圧より位相的に遅れますので、単純にR＋XLで計算することはできません。複素数計算になるのですが、2電工ではそこまで理解する必要はないと思いますので、計算の仕方のみ記憶しておきましょう。以下の式で計算します。
インピーダンスやリアクタンス等の名称は覚える必要はありません。上式のみ覚えておきましょう。計算例はこの後の過去問で確認してください。
５．力率の計算
交流回路では、力率の計算もよく出題されます。力率とは交流電源から供給された電力のうち、抵抗Ｒで消費し使用された電力の比をいいます。すなわち、力率は
力率＝抵抗で使用された電力／回路に供給された電力
で計算します。
交流回路では前述のようにコンデンサやコイル、抵抗を含んだ回路となります。結論から言いますと、コンデンサやコイルでは、電力は消費されません。電力のやり取りをしているだけです。
電力はすべて抵抗で消費されます。 この後の過去問で回答方法を習得しましょう。
６．単相３線と三相３線
単相３線と三相3線は、配電線の電圧降下でも出てきますので、ここで基本について説明しておきます。
電力会社の電柱を見ますと左図のように一番上の３本の電線は６６００Ｖの電圧で送電されいます。そして注上変圧器で１００Ｖ/200Vに変換されて各家庭に配電されます。この６６００Vの三本が三相３線、変圧器から各家庭への引込が単相３線です。
なお、左図にある２００Vの三相３線は動力用の配電です。
（１）単相３線
単相３線は左図のように黒、白、赤の３本の線で配電されています。白線は柱上変圧器内でアース（Ｂ種接地）につながっています。
黒と白線間は１００V、赤と白線も１００Vです。また、黒と赤線間は２００Vになっています。
（２）三相３線（スター結線の場合）
三相３線は、各線間が２００V（又は６６００V)です。ここで線間の電圧を線間電圧、負荷の両端電圧を相電圧といいます。このようなスター結線では
の関係があります。
| ■■過去問■■ 【１】以下の回路の力率を求める（電圧が与えられた場合）  力率は、抵抗で消費された電力/供給された電力です。このような問題の場合は、 力率＝（抵抗の電圧）/(全体の電圧）で求めます。力率＝180/204≒0.88（８８％）です。 【２】 以下の回路の力率を求める（電流値が与えられた場合）  この問題では、電流値が与えれていますが、これも 力率＝（抵抗に流れる電流）/(全体の電流） で求まります。 力率＝6/10≒0.6（60％）です。 【３】以下の回路の力率を求める（抵抗値が与えられた場合）  この場合の力率は、抵抗値R/全体の抵抗（インピーダンス）で求めます。  【４】力率の改善に関する問題です。下図の回路で力率が改善されると電流値（Ａ）はどうなるか？  力率が改善されると、不要な電流が流れなくなるので、全体の電流値は減少します。 【５】交流回路の電圧と電流の波形（コンデンサの場合の位相の違いを問う問題） 以下のような正弦波交流回路の電源電圧ｖに対する電流iの波形として正しいのは。  コンデンサの場合は、電流が流れて、それに従って電圧が上がっていくという関係があります。 従って、先に電流i、その後電圧ｖが増える波形を選びます。 答え：ハ ※コイルの場合は、電圧がかかっても電流の変化を妨げようとしますので、電流は遅れます。 上の波形では、イ、がコイルの場合の波形になります。 【６】三相３線式回路の全消費電力を求める問題 この回路の消費電力を求める問題です。  ①まず、６Ωと８Ωの合成抵抗（インピーダンス）Zを求めます。  ②次に８Ωの抵抗に流れる電流値iを求めます。i=200/10=20[A] ③電力は抵抗のみで消費されますので、１個の８Ωの抵抗で消費される電力P=i2*R =(20)2×８＝3200[W] ④全体では３倍します。P=3200×３＝6400[W]＝6.4ｋW 【７】以下の三相３線式回路の１０[Ω]に流れる電流を求める。  ①Y（スター）結線なので、１０[Ω]の抵抗に加わる電圧Vは、V=210/√3＝210/1.7=123.5[V] ②従って、１０[Ω]に流れる電流iは、i=123.5/10=12.35[Ａ] |
