INTERACTIVE AC LAB

交流は、
動かすとわかる。

コンセントの電気は、なぜ「交流」？数式の前に、波・回転・タイミングを目で見てつかむ入門教材です。

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5レッスン

約30分

0予備知識

家庭用コンセント 100 V これは実効値

東日本50 Hz

WHAT IS AC?

交流という「波」

交流は、電圧や電流の向きと大きさが、時間とともに繰り返し変わる電気です。

まずはここ

直流は一方通行。
交流は行ったり来たり。

DC / 直流

━━━━━━▶

向きが変わらない

AC / 交流

◀━━━▶

向きが周期的に変わる

「マイナスの電圧」は失敗ではなく、向きが反対になったという意味です。

さわってみよう

波形メーカー

LIVE

周波数 50 Hz 1秒間に何回くり返すか最大値 141 V 波のいちばん高いところ

瞬時値 v = V_m sin(2πft)

時刻 t を入れると、その瞬間の電圧 v がわかる。

↔

周期 T

波が1回ぶん進む時間。

0.020 s T = 1 / f

⌁

実効値 V

同じ熱を生む直流に置き換えた値。

100 V V = Vₘ / √2

↕

ピークピーク値

谷から山までの全部の高さ。

282 V Vpp = 2Vₘ

CHECK 01

50 Hz の周期は？

TIMING & PHASE

位相は「タイミングのずれ」

同じ形の波でも、山が来る時刻が違えば位相がずれています。

ダイヤルを回そう

電流のタイミングをずらす

0°90°180°270°

0° 電圧と電流は同時

電圧 v 電流 i

たとえば

2人が同じ速さでブランコをこいでいても、頂点に来るタイミングが違う。それが位相差。

WHY VECTORS?

波を「回る矢印」で考える

正弦波は、一定の速さで回る矢印の縦の高さとして描けます。矢印同士の角度が、そのまま位相差になります。

CHECK 02

「電流が電圧より90°遅れる」はどれ？

R / L / C

3つの部品、3つの性格

抵抗・コイル・コンデンサは、交流に対してまったく違う反応をします。

周波数 50 Hz

RESISTOR / 抵抗

電気の流れを、素直にじゃまする。

周波数が変わっても抵抗値は同じ。電圧と電流のタイミングも同じです。

じゃまの大きさ: R [Ω]
位相: 電圧と電流は同相
周波数を上げると: 変わらない

R は「いつでも同じブレーキ」

R同時V と I がそろう

L電流が遅れるコイルは変化を嫌う

C電流が進む先に充電が始まる

CHECK 03

周波数を高くすると、電流が流れにくくなるのは？

SERIES CIRCUITS

直列回路を組み立てる

直列回路では電流はひとつ。各部品の「じゃま」を、向きも考えて合成します。

RLC CALCULATOR入力

抵抗 R Ω インダクタンス L mH 静電容量 C μF 周波数 f Hz 電源電圧 V V

RESULT結果

回路に流れる電流 I 2.97 A

X_L31.42 Ωコイルのじゃま

X_C31.83 Ωコンデンサのじゃま

Z30.00 Ω回路全体のじゃま

θ-0.8°ほぼ同相

X_L と X_C がほぼ打ち消し合っています。これが共振に近い状態です。

KEY IDEA

共振とは、L と C のじゃまが
ちょうど打ち消し合うこと。

X_L = X_C になると、直列回路のインピーダンスは最小になり、電流が最大になります。

共振周波数 f₀ = 1 / 2π√LC この回路では約 50.3 Hz

CHECK 04

直列共振したとき、回路の Z は？

AC POWER

使われる電力、往復する電力

交流では、電圧と電流のタイミングがずれると、すべての電力が仕事に使われるわけではありません。

力率 cos θ 0.80

POWER TRIANGLE

3つの電力を、三角形で見る。

有効電力 P [W]実際に熱・光・回転へ変わる

無効電力 Q [var]電源と部品の間を往復する

皮相電力 S [VA]電圧 × 電流の全体

P800 W

Q600 var

S1000 VA

力率が低いほど、同じ仕事をするために余分な電流が必要になります。

FINAL CHECK

100 V・10 A・力率0.8の有効電力は？

∿

COURSE COMPLETE

交流の地図が、見えてきた。

式は「波の動き」を短く書いたものです。わからなくなったら、いつでもグラフとタイミングに戻ってきましょう。

交流は、動かすとわかる。