交流電源について…その１。周波数と極性変化。

質問

家庭で使われる商用電源AC100Vは正弦波ですから、プラス側の波形とマイナス側の波形で１つのサイクルと解釈しています。

そして、極性(＝流れる向き)が入れ替わる(反転する)のが交流だと思いますが、電気に関する参考書や過去のQ&Aを見てもそのほとんどが、50Hzの地域では１秒間に50回、60Hzの地域では１秒間に60回の速さで「極性が変わる」とだけ説明されており、100回／120回と記されたものは極めてわずかしか見当たりません。

私の想像では、プラスからマイナスに移行する時点、そしてマイナスからプラスに移行する時点でそれぞれ極性(＝電流の向き)が入れ替わるなら、１つのサイクルの中で２回極性の変化があるのではないか？と考えており、極性の変化は電源周波数の２倍の数である100回／120回のように思われます。

プラスの波形、マイナスの波形ともに、それぞれの合計は確かに50回／秒、60回／秒ずつとなりますが、極性が反転する瞬間だけを捉えるとどうしても２倍の数になってしまいます・・・

http://www.asahi-net.or.jp/~QC8K-STU/webtext/ii/ac/ac_circuit.htm

↑こちらなどでも、変化の速さは50(60)回／秒とだけ書かれています。

無駄に歳を重ねただけの文系人間ですので、私に誤認があるのかも知れませんが、周波数と極性変化の関係について、中学生程度でも理解できるようお教え下さい。
どうぞよろしくお願いいたします。

回答No.6

blueteeth7

>今後は極性の変化ではなく「極性の入れ替わり」と考えることにします。

締めくくりがこれでは、ちょっと気になります。
既に多数のご回答が入れられていますが、肝心のことが抜けているような気もいたします。
差し出がましくて恐縮ですが、【皆様へ】と書かれていますので、あえて書き込みさせていただきます。

要は、「最初のスタート点に戻るまでを一回と数える」のです。

質問者さんのお名前にちなみ、東村に住んでいる人が西村に住んでいる人のところへ尋ねて行くときのことを考えてみましょう。
行って帰って初めて「一往復」です。

途中にお地蔵さんがあり、前を通るたびにお地蔵さんの頭を１回叩くと仮定します。

行きがけに１回、帰りに１回、一往復で計２回叩かれます。
ところが、このお地蔵さんは右手が大変器用で、東側から叩かれるときは、右手を出して叩かれるのを防ぐ、と仮定します。
この場合、一往復で１回しか叩かれません。
前者が両波整流で、一往復で２回の「仕事」をします。
後者が半波整流で、一往復で１回の「仕事」しかしません。

蛍光灯・電球などは、叩かれるままになっていますので、50往復では100回叩かれます。

たとえ話ばかりでは申し訳ないので、本当のところを記載します。

ここに、上下に張られた二本の線があり、これにAC 100Vがかかっているものとします。
最初、（下側の線を基準にして）上側の線の電圧が0Vから徐々に増大して行き、最大で141Vまで上がります。
そこからは徐々に低下して行き、両線の電圧差は0Ｖになります。（ここまで電流は上側の線では右向きに、下側の線では左向きに流れます）

次には、（下側の線を基準にして）上側の線の電圧はマイナス方向へ増大します。
最大でマイナス141Ｖまで下がります。（上側の電圧の方が「下側よりも低くなる」ことにご留意ください）
ここから元に戻って（電圧差がゼロになって）ようやく１サイクルです。
（この間、電流の向きは上と逆向きです）

両線の電圧差は最大で141Ｖ以上にはなりません。（「peak to peakで242Ｖ」とも表現しますが、このような電圧差はどこにも現れませんので、あえて記載しておきます）

二線間において、このような電圧偏移をする正弦波交流がAC100V(実効値という)の正体なのです。
後は、これにつながる「負荷」が、「往復で仕事をする性質のものなのか」、「片側サイクルでしか仕事をしない性質のものなのか」、によって仕事をする頻度が変わってきます。
（半波整流回路は片側分しか利用しません）

蛇足ですが、質問者さんは大変こまめに補足、お礼をなさっていますね。
回答者としては、こういう質問者は大変回答し甲斐のある質問者です。
こういうスタンスを今後も取り続けて行かれれば、必ず良い回答が入ってくることと思います。

お礼

私の理解度を報告することで新たな指摘も得られるかと考え、意図的に締め切らずにいましたので、ご回答に感謝いたします。

かつて指導員でしたので「信号機の灯火色」を例に挙げますが、学科教本には「青色の灯火」と表記されており（イラストも青色）、また例外なくどのドライバーも「青信号」と呼びます。
しかし実際には、私たちが「青信号」と呼んでいるのは「緑色」系の灯火ではないでしょうか。
古来、日本人が「みどり」を「あお」とも表現してきた経緯はあるにせよ、教科書に載せる時点では「緑」と「青」が同義語であるとの補足説明が多少なりとも必要だと感じます。

本質問も同様で、上記に似た暗黙のルールが存在するような違和感を覚えての投稿でしたが、字数制限から背景を上手く伝えられず、論点のはっきりしない質問文となってしまいました。

一般人向けの参考図書であっても、中身は電気の専門家によって執筆あるいは監修されているはずです。
読み手が素人であることを前提にしたものであるなら、出来るだけ分かりやすい参考例を挙げ、誤解が生じないよう必要な説明があって然るべきだと考えます。
多くの一般向け参考図書では、「50往復では100回」という説明さえありません。
「周波数と同じ回数だけ極性が変化する…」その定義らしきものがどこにも見当たらなかったための質問でした。

> 「最初のスタート点に戻るまでを一回と数える」のです

それ以外に解釈のしようがないのですが、そのことがどの参考図書にも書かれていない気がします。
私が見落としているのか？そう書かれている資料は、残念ながら手元にはありません。
「重箱の隅…」と言われそうですが、参考書にその一行が記されていたなら、ここで質問しなくとも理解できていたかも知れません。

地図に道路が１本書かれていなかったために、迷子になった私…ということでしょうか。

またお世話になる節もあるかと思います、どうぞよろしくお願いいたします。
大変ありがとうございました。