交流には3相がよく用いられますが、2相や4相は？

質問

交流には3相がよく用いられますが、2相や4相はないのでしょうか？

なぜ3なのか？単純な疑問です。
お判りの方宜しくお願いいたします。

回答No.3

U-Seven · ベストアンサー

２相ですと１８０度位相のずれた波形になります。
（紙に書いて下さい）
仮に１００Ｖとします、これをよく見ると、０Ｖの個所があります、そして波高値は100×√2≒１４１Ｖ、この１４１Ｖが上側と下側にあります。
機器の端子から見れば両方が足された電圧になりますので波高値の時の端子間電圧は２８２Ｖです。

０Ｖから電圧が上昇して最大値で２８２Ｖ、それから電圧が下がっていきまた０Ｖの地点を経過する、これの繰り返し。
機器に加わる電圧としては単相の電圧変化と全く同じです。
２相１００Ｖ＝単相２００Ｖ、従って２相交流という扱いはしません。

４相だとすると９０度ずつ位相がずれる事になります、仮にＡ相・Ｂ相・Ｃ相・Ｄ相とすると、Ａ・Ｃは１８０度ずれており前述の２相交流と同じでＡとＣで一つの相（電圧は２倍になる）ＢとＤで一つの相（電圧は２倍）両者の位相は９０度違い。
これは４相４線では無くて単相２線が２組有るということです。

Ｎ相を設けて４相５線にしたらどうか？、という意見が出ると思います。
たしかにＮ相を設ければ電圧は４種類有ることになります、しかし３相から１相増えるだけなのに配線は２本も増えてしまう。
さらに機器の作りも複雑になります、Ｎ相を基準として４つの単相が有る、という感じの使い方になってしまう。
４相５線にメリットはありません。

３相は１２０度の位相ですので時計の文字盤に当てはめると１２時（Ｒ相）、４時（Ｓ相）、８時（Ｔ相）ですね。
１２時Ｒが最大値であるとして、次第に電圧が下がっていき次に４時Ｓが最大値になるそして下がっていく次は８時Ｔが最大値になる、この繰り返し12→4→8→12→4→8→12→、電圧が最大になる個所が文字盤の上をぐるぐる回っているでしょう。
だからモーターが回る。

お礼

回答ありがとうございます。

たしかに２相だと電位差が200√2＝282Ｖにもなってしまいますね。
時計の文字盤のたとえは解りやすかったです！

回答No.5

moto21

２相は現実に見ないと思いますが古くはあったみたいです。

（社）電気学会 電気技術史技術委員会
電 気 技 術 史　４３号
http://www2.iee.or.jp/~fms/tech_a/ahee/newsletters/pdf/n43.pdf
引用
二つの交流を互いに四分の一周期ずつずらして固
定電磁石に与えると回転磁界が発生し、電磁石を回
すのと同じ効果を得ることができる。1887 年、テス
ラは最初の実用的なモータ（二相交流モータ）を完
成する。このモータを三相以上に発展させ、発電機
などの関連技術と合わせて体系化したのがテスラの
多相交流システムである。
引用終わり

つまり９０度位相の違う電源２組でモータの回転磁界を作るというものです。
しかし送電まで考えると３本（４本）の線が必要で２つの電源分しか送れません。
そこで３相の１２０度で考える回転磁界もできて３つの合計がベクトル的にゼロになり戻りの線が省略できます。
４相は２相の反転版ですからバランスはいいですが３相に線の数で負けます。

なので３相が合理的だということになったと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
3相が合理的であることはよく解りました。

回答No.4

EleMech

＞家庭用のモーター（冷蔵庫や洗濯機など）、は単相で動きますが、
　＞何か特別な工夫がしてあるのでしょうか？
始動に工夫がしてあり、駆動コイルに対して位相を発生させるコイルを追加し、回転方向の確定と始動の補助をさせていると聞いています。
よく聞かれるのは、コンデンサ始動方式でしょうか。

　＞２相＝単相？
　＞２輪車をよく単車と呼びますが、それと同じようなものですか？
　＞しかし、１８０度位相をずらしたら、単相とは波形が違うと思うのですが・・・？
Ｎｏ.２でご説明した通り、電線だけで見たら２相ですが、回路で見れば一巡しています。
つまり、電源に当たる発電機コイルや変圧器コイルは、たった一つしか使用していません。
電源コイルが一つなので単相と考えれば、納得されると思います。
その為、バイクを単車と呼ぶ事とは関係ないと思います。

ちなみに、配電線の単相は、位相が１８０°ではありません。
三相３線式の３線の内、２線だけから単相として取り出しているので、２００Ｖで１２０°、１００Ｖで６０°の位相になっています。
これは、変圧比が６６００／２００の変圧器を使用している為と、２次側コイルの中点より単相３線式の中性相Ｎを取り出している為です。

お礼

再度の回答ありがとうございます。

最後の５行はちょっと理解できませんでしたが、だんだん解ってまいりました。

回答No.2

EleMech

２相は、単相と表現しますので、現在使用されています。
２相と呼ばない理由は、電線で考えれば２相なのですが、回路で考えれば行って帰っての一順路であるため、同じものと捕らえている為です。

３相が用いられる理由は、電動機を単純に動作させる事ができる最小単位であるからだと言われてます。
単相だと位相が１８０°である為に、極数を増やしても回転方向を一定にする事が難しいと聞いています。
それなら４相にするともっと滑らかになるので良さそうですが、今度は送電線路や配電線路の長い距離で一本無駄な電線を使用します。

節約と効率の丁度良いバランス点が３相であると言われています。

お礼

回答ありがとうございます。

3相が発電機の設計や運用に効率的であるということですね。
電線の節約にもなる。

家庭用のモーター（冷蔵庫や洗濯機など）、は単相で動きますが、何か特別な工夫がしてあるのでしょうか？

補足

２相＝単相？
２輪車をよく単車と呼びますが、それと同じようなものですか？

しかし、１８０度位相をずらしたら、単相とは波形が違うと思うのですが・・・？

回答No.1

rnakamra

(以下の説明では位相の単位として弧度法をもちいます)
まず、2相というものはありません。

2相だと、二つの組が作られその電圧の位相差がπということになりますが、これは単に単相の線とそれを入れ替えたものが並列につながっているだけです。単相となんら変わりありません。

3相が使われる理由は、任意の2本を取り出しても線間電圧は全て同じ電圧になるため配線を間違えても回転が逆になる以外の問題が起こらないという利点があります。

たとえば4相200Vという電圧が供給された場合、4本の線が出ているとすると正しく4つのペアを作ると全て線間電圧は200Vとなりますが、間違えて配線すると200√2Vかかる組み合わせができます。(A,B,C,Dがこの順番でAB,BC,CD,DAと配線するとすべて200Vとなりますが、AとBを入れ替えてしまうと、BA,CDは200Vですが、AC,DBは200√2Vとなります)
4相ならこれですみますが、相が多くなると何倍も大きな電圧がかかることになります。配線を間違えると危険ですし、線間の距離やケーブルの絶縁皮膜の厚さをもっと厚くする必要が出てきます。
線間電圧がどの組み合わせをとっても全て同じになるのは単相(2線しかないので1通りしか選べない)と3相しかありません。

相の数を増やすと、電線の総重量を減らすことが可能になります。
ただし、この効果はいくらでもよくなると言うわけではなく、単相の場合のsin(π/n+π/4)倍に過ぎず、最大でも0.71倍にしかなりません。これだけの効果のためにわざわざ相数を増やすのはマイナス面が増えるだけです。

お礼

回答ありがとうございます。

電線の経済的な利用という観点から３相がよく用いられるということですね。

原理的にそれ以上の多相電源を使用するような用途はあるのでしょうか？

補足

２相＝単相？
２輪車をよく単車と呼びますが、それと同じようなものですか？

しかし、１８０度位相をずらしたら、単相とは波形が違うと思うのですが・・・？