何故交流は三相までしかないの？

質問

いくつも質問していてごめんなさい´ω`)ノ　
今日会社の新人研修で、
「発電所の発電機では、アーマチャーという３枚の羽根のようなもの（コイル？）が回転しています。このアーマチャーが３枚だから発電所の電気は三相なんですね～・・・」
と教わり、「なるほど～(゜∀゜)!!」と思ったのですが、そこで疑問があるのです（研修では聞きそびれてしまいました）。
何故三相なのだろうか？と。
ひょっとして、六相とかにしてしまうと正反対の波ができて打ち消してしまうってことなのかな～(´ι _｀　)なんて推測してみたのですが、実際のところどうなのでしょうか？
どなたかお教えいただけないでしょうか。

回答No.8

qzb00025

Ans１の方の言われる理屈で、発電所からの送電効率が一番良いからだと思います。

回答No.7

foobar

多相交流に関して若干補足

(以下、全て対称n相交流に関してです。非対称だとまた色々出てくるので)

・回転磁界の生成
2相以上の対称多相交流なら問題なく綺麗な回転磁界が作れます。

・必要な線の数
２相は3本必要。３相以上では、中性線を省略できるので、相数と同じだけの本数の電線で伝送可能です。(そういう点では、三相は中性線を省略できる最小の相数ですね）

・電線あたり、送れる電力
相電圧(V)を同じ、中性線を省略すると、、
2相：2/3VI (共通の線に流れる電流が√2Iになるので、その分太い線が必要で、2VI/(2+√2) とする方が良いかも）
3相以上（n相):n本でnVIの電力を送れるので、線あたりVI

・電線間の最大電圧
2相:√2V、
相数が奇数の場合 3相:√3V、5相:1.81V、以降順次 2Vに近付く
相数が4以上の偶数の場合:2V
となって、2相以外では３相が一番線間電圧の最大値が低くなります。
（で、先の線辺りの送電容量と関連して、線間電圧一定で容量を計算すると、三相が一番有利になるのだったかと）

余談
6相と3相
正弦波対称３相から、６相を作るときには、UVWそれぞれをトランスなんかで極性反転した電圧(XYZ)を作って、UZVXWY(でいいのかな）と並べて６相(v1,v2,v3,v4,v5,v6)にすることが多いです。で、これだけ見ると６相と３相で差が無いように見えますが、歪電圧なんかを扱うと６相と３相で差がでる(v1=-v4 になるとは限らない）のだとか。

回答No.6

ymmasayan

No.3に補足。

>　１相は単相で線が２本に成りますから２相というのは存在が
>　１相と２相が同じといえますね。
単相と二相は違います。
単相でモーターを回す場合大抵内部で二相を作り出して回転磁界を作り
回しています。

単相は２線で波が１つですが、二相は３線又は４線で９０度ずれた２つの波を使います。

回答No.5

foobar

三相以外でも、用途によって6相（位相差60度）、12相(位相差30度)や2相(位相差90度)などが使われるところもあります。
(交流から直流を作る場合に、12相や24相を使ったりします。）

二相（位相が90度ずれた電圧を使います）以上なら、一方向に回転する回転磁界をつくれますので、モータなどにも問題なく使えます。(逆相分を含まない対称多相交流なら、逆向きの回転成分はできません。)
ただ、
・6相だと線数が6本必要(三相と同様、中性線は無くても良い）と線の数が増える
・三相からトランスを使って、2相、6相、12相などは合成できる
・2相でも必要な線数は3本で3相と差が無い
ため、送配電には三相を使って、使う側で必要に応じて多相の交流を作ることが多いです。

ついでに、、
発電所の発電機で回転してるのは直流巻線の界磁であって、三相の巻線を施した電機子（アーマチャ）ではありません。

回答No.4

fitto

三相のメリットは
・配線本数が少なくてよい
・モータが効率よく回る
だと思います。

１．配線本数
単相：２本、二相：３本、三相：３本、・、六相：７本（たぶん）
６ユーザーにそれぞれ１０Ａ　計６０Ａを供給する場合
単相：２本×６＝１２本の電線が必要（60Aの電線2本）
二相：３本×６＝１２本の電線が必要（60Aの電線3本）
三相：３本×２＝６本の電線でよい（20Aの電線3本）
（三相の帰りの電流は打ち消されるため供給電流だけ考えればよい）
・
六相：７本×１＝７本（たぶん）

２．モータ
単相：モータは回らない、そのためモータ内で工夫して９０度位相の違う電気を作って、アンバランスな二相交流としてモータを回す。
効率が悪いし、大型モータでは採用できない。
二相：１８０度位相の二相であればモータは回らない
三相：１２０度位相であり、モータが効率よく回る
四相、六相、八相　：二相と同じ正反対の力ができてモータは回らない

回答No.3

noname#111369

１相は単相で線が２本に成りますから２相というのは存在が
１相と２相が同じといえますね。

３相は３本線が有ります、位相は１２０度毎ずれる訳ですね。

さて、４相で４本の線を考えてみれば、
これは９０度毎ずれると解るでしょうか。
９０度という事は単相と似ていますね。
だから、単相から４相を作れますね。

５相で５本の線を考えれば３６０度÷５＝７２度
７２度ずつ、ずらして作れば良いですね。

６相で６本の線を考えれば３相から作れる事が判るでしょう。

さて、本数が増えれば配線が間違えますね。
これを防ぐ為には線の数が少なければ間違いにくいですね。

で、単相と３相が良いのでしょう。
それから、３相というのは３相式モータを簡単に反転させられます。
そう、３本の内２本の線を入れ替えれば簡単に反転が出来るのですよ。
（位相差が１２０度というのが良いのではないでしょうね。）

回答No.2

ymmasayan

電線の節約も事実ですが、一番大きな理由は簡単な構造でモーターが作れることです。
大きな工場などでは殆ど三相誘導電動機や三相同期電動機を使っています。

ちなみに最近はやりのインバータ(電車や家電)で使うのは殆ど三相モーターです。
インバータよりもＶＶＶＦと言う名前のほうがなじみが有るかも知れません。

回答No.1

myeyesonly

こんにちは。
理論的には１００相でも作れますが、一番メリットがあるのが３相だからでしょう。

発電機の一回転分の間にコイルの数を組み込めれば何相でも作れます。

メリットですが、普通の交流（単相）は行きと帰りの２本の電線が必要ですね。
そして、行きも帰りも同じ電流が流れますから、１００Ａまで流せる電線を使ったとすると、電線一本あたりでは５０Ａという事になります。

三相では、電線が３本必要ですが、３本をあわせてしまうと波形が打ち消しあって０になります。
なので３本の電線の負荷がそれぞれ同じようにすれば、それぞれの電線に１００Ａづつ流せて、帰りの電線はいりません。
つまり流せる電流の合計は３００Ａで、電線一本あたりだと１００Ａまで送る事ができ、効率は倍で送れる電力は３倍になります。

では４相を作ったとしたら・・・
同じ理屈で、１００Ａが４本で４００Ａ、電線一本あたり１００Ａで同じで送れる電力は単相の４倍、三相の１．３倍ですが、使う側では、線が４本になるので、つなぐ場所が増えるし、４つの回路の負荷を同じしないといけないのでその分回路が難しくなります。

というわけで一番メリットがあるのが３相という事です。