直流 (DC) とは異なり、交流は 1 つの経路のみを流れる電流として定義されます。交流 (AC) は、定期的に方向と極性が交互に変わる電流です。交流電流は、キッチン家電、テレビ、扇風機、電球を壁のコンセントに差し込むときに、産業や家庭で使用される電気の一種です。懐中電灯のバッテリーセルは、一般的な DC 電源です。電流または電圧の変化に関しては、AC および DC の頭字語が一般に、それぞれ交流電流および直流電流を指すために使用されます。
交流電流の原因は?
DC、つまり無方向の電荷の流れは、電気工学の基本的な概念ですが、使用される特定の種類の電気ではない場合があります。交流 (AC) と直流 (DC) という言葉は、回路を流れる 2 つの電流タイプを表し、交流生成の意味を定義するために使用されます。多くのエネルギー源、最も明白な電気機械発電機は、時間の経過とともに負と正の極性の間で変動する電圧を持つ AC 電流を生成します。オルタネーターは、特定の用途向けに AC 電流を生成することもできます。
ワイヤーループがオルタネーターの磁場で高速回転しています。この結果、ワイヤに沿って電流が発生します。ワイヤがスピンし、定期的に新しい磁気極性に遭遇すると、ワイヤの電流と電圧が交互に発生します。このような電流は定期的に方向を変えることができ、その結果、AC回路の電圧も定期的に反転します。電流が定期的に極性を反転する場合、交流電流は本質的に周期的である可能性があります。
AC は、電圧と電流が交互になるまで、さまざまな形をとることがあります。 AC 回路をオシロスコープに接続し、その電圧を経時的に追跡すると、正弦波、方形波、三角波など、いくつかの異なる波形が表示されます。正弦波は最も普及している波形であり、ほとんどの幹線配線構造では正弦波振動電圧が使用されています。
交流電流の生成
交流電気を生成する装置は、オルタネーターとして知られています。交流発電機 (AC 発電機) は発電機の一種です。
磁場の中で回転するワイヤ ループを介して電流が流れます。風力タービン、蒸気タービン、流水、その他の回転源をすべて使用してワイヤを回転させることができます。ワイヤは定期的にスピンして新しい磁極に入るため、ワイヤの電圧と電流が交互に変化します。
使用される原理は、電磁誘導の原理です。つまり、伝導ループを通る磁束を変化させると、ループ内に電圧が誘導されるということです。一方、主な発生源は実際には誘導電場であり、これは変化するフラックスの周りの非保存的なベクトルです。しかし、電場が導体内で変化すると、電子に力が加わり、流れて電流が流れるため、誘導EMFまたは起電力が働いていると言えます。
一連の水道管で AC を生成するために、機械式クランクをピストンに接続します。このピストンは、水道管 (または「交流」電流) を介して水を往復させます。流れの方向に関係なく、パイプのくびれた部分が水の流れに対する抵抗を生み出すことに注意してください。
AC モーター
交流で動作する電気モーターは、DC 発電機の設計よりも AC 発電機の設計の方が他の多くの利点と利益を享受しています。
ブラシは、DC モーターが可動ワイヤ コイルと電気的に接触するために必要ですが、AC モーターには必要ありません。実際、このチュートリアルの目的のために、AC および DC モーターは対応する発電機と非常によく似ています。AC モーターは、ワイヤーの固定コイルを通る交流電流によって生成される逆磁場に依存して、回転磁石をそのシャフト上で回転させ、 DC モーターは、1/2 回転 (180 度) ごとに回転コイルを流れる電流を反転させるための接続の確立と切断に依存するブラシ接点に依存します。
交流発電の波形
波形 AC は、電圧と電流が互いに変化したままになるまで、さまざまな形をとることがあります。オシロスコープを AC 回路に接続し、その電圧を経時的にトレースすると、さまざまな波形が表示されます。正弦波は最も頻繁な種類の交流です。ほとんどの家庭や職場の AC は、脈動電圧のために正弦波を生成します。
正弦波
AC 波形の数学的記述が必要になることがよくあります。この例では、標準の正弦波を使用します。正弦波には、周波数、振幅、位相の 3 つの成分があります。
方形波と三角波は、AC のもう 2 つのタイプです。方形波は、デジタルおよびスイッチング エレクトロニクスで頻繁に使用され、それらの機能のテストにも使用されます。
交流アプリケーション
エアコンは、ほとんどの場合、家庭や職場のコンセントに設置されています。これは、AC を簡単に生成して長距離にわたって伝送できるためです。送電は、高電圧 (110kV 以上) でのエネルギー損失が少なくなります。電圧が高いと電流が低くなり、電流が低くなると、抵抗によって電源ラインで発生する熱が少なくなります。変圧器により、AC と高電圧の間の変換が簡単になります。
電動モーターは AC からも給電できます。モーターと発電機は同じメカニズムですが、モーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換します (モーターのシャフトが回転すると端子に電圧が発生します!)。これは、冷蔵庫、食器洗い機など、AC で動作する多くの主要な電化製品にとって有益です。
結論
交流 (一方向の電荷の連続的な流れ) は、長距離にわたって電力を伝送できるという点で、直流 (一方向の一定の電荷の流れ) よりも明確な利点を常に持っていました。抵抗によるエネルギー損失が少ない。送信される電力は電流に電圧を掛けたものに等しく、失われた電力は抵抗に電流の二乗を掛けたものに等しくなります。
