三相電源について

質問

よくモータ等に三相電源を使用していますが、なぜ三相電源を使用するのでしょうか？三相の電流の位相差（１２０°）持たせることに何の利点があるのかよく理解できません。ご教示願います。

回答No.1

foobar · ベストアンサー

いくつか理由が有ります

1. 三相の120度ずれた電圧（電流)を、120度ずつ傾けたコイルに流すと、大きさが一定で方向が一定の角速度で回転する磁界を発生することが出来ます。この回転磁界がモータを回すのに都合が良いです。(磁石を置けば、回転する磁界につられてくるくる回る：同期電動機）

2. 三相（三線)で電力を送ると、送電電力あたりの電線量が少なくて済みます。例えば、同じ線間電圧、同じ電流容量の送電を考えると、単相だと電線二本でVIの送電容量、三相三線だと電線三本(単相の１.5倍の電線量)で1.73VIの送電容量となります。

3. 1.とも関連するのですが、三相では電線を伝わる瞬時電力が一定になります(単相だと脈動電力になる)。このため、パワーを扱う場合、脈動の無い三相電力の方が有利です。(電力の脈動は、例えばモーターだとトルクむらや振動につながります。)

お礼

有り難うございます。大変参考になりました。
正直に申し上げて、２番目の「1.73VIの送電容量になる。」という意味が良く分かりません。そのような考えから（公式）から導いたのでしょうか？

回答No.5

foobar

三相の送電電力が√3VIになる説明
WEBをパラパラ検索したんですが、良さそうなページが見当たらなかったので説明に挑戦、、。

流れとしては、単相三回路→三相四線→三相三線で、相電圧使った説明をします。

まずは、単相の送電（Ｕ，ｕが送電側、Ａ，ａが受電側)回路を考えます
Ｕ－－－－－Ａ

ｕ－－－－－ａ

このとき、（送電電圧）ea=√2Ｅsin(wt)，電流ia=√2Ｉsin(wt)とすると送電電力はＥＩ。

類似の回路、（送電側V,v受電側B,bと送電側W,w、受電側Cc)の回路を用意し、
eb=√2Ｅsin(wt-2/3π)、ib=√2Ｉsin(wt-2/3π)
ec=√2Ｅsin(wt-4/3π)、ic=√2Ｉsin(wt-4/3π)
とすると、全体の送電電力は3EI

次に、3っつの送電回路のうち、u-a,v-b,w-cの三本の電線を重ねます（三相四線回路）。この時点でも送られてる電力は変わらず3EI。
すると、重ねた線の電流はia+ib+ic=0となります。

電流0の線は外しても構わない　ということで外します。（このとき，送電側のu,v,wの点は繋いだまま、また受電側のa,b,cも繋いだまま）これが三相三線式。で、送られる電力は変わらず3EI。

でもって、電線間の電圧(U-V間等の電圧)vはどうなってるかと計算すると、
v＝ea-eb=√2E(sin(wt)-sin(wt-2/3π))
=√2Ｅ・√3sin(wt+π/6)
=√2Ｖsin(wt+π/6)
となって、線間電圧Ｖの大きさは元の単相の電圧Ｅの√3倍になってます。(位相は変わってるけど。）

結局、送れる電力P=3EI=√3VI となる、、と。

こんな説明で如何でしょうか。（電圧、電流のベクトル図を示せれば、いいのだけど、、。）

お礼

有り難うございます。
よく、理解できました。

回答No.4

ayupapa

すみません、突っ込みを入れる方がいるかもしれないので念のため訂正。
”エネルギー”と書いた箇所を”電力”に訂正します。
エネルギーとするなら時間（h）を掛ける必要がありますので。

回答No.3

ayupapa

>正直に申し上げて、２番目の「1.73VIの送電容量になる。」という意味が良く分かりません。

ちょっと言い方を変えます。わかってたらごめんなさい。
単相だと電線２本でVI（ワット）のエネルギー伝送が（電線の性能的に）限界だとしたとき、三相三線だと同じ電線を３本使うことで√3VIのエネルギーが伝送できます。
送電線の単位長さあたりの工事費が同じだとすれば、三相だと1.5倍の費用で√3倍≒1.73倍のエネルギーが伝送できるので効率がよいということですが。
なぜ三相だと√3なのかは図を描いて説明する必要がありますが、電気関係のサイトに載っています。

お礼

どうも有り難うございます。
大変よく理解できました。
三相電源にする理由がやっと分かって来ました。

回答No.2

ayupapa

No.1さんが模範解答だと思います。
ぶっちゃけた話、カメラの三脚がニ脚や四脚でないのと似たような理由です。安定性とパワーを兼ね備え、かつ少ない本数で済むのが３本だからです。

お礼

どうも有り難うございます。