三相4線式と三相3線式の違いを解説

変圧器の結線方式は様々な種類があります。なかでも良く使うのは以下の2種類です。

• 単相3線式・・・主に電灯やコンセント電源を得るために使う
• 三相3線式・・・主に三相電源で動く電動機の電源を得るために使う

これらの結線をする場合はそれぞれ1台ずつ変圧器が必要です。
例えばビルなどでは単相電源の照明やコンセントもあれば、三相電源で動く空調やポンプもあります。

そのため変圧器は最低でも単相用と三相用の2台が必要です。

しかし変圧器を1台にしたい場合はどうすれば良いでしょうか？

その場合に使うのが三相4線式の結線方式です。

本記事では三相4線式と三相3線式の違いと、三相4線式で得られる電圧は何Vになるかを解説します。

三相3線式の確認

まず三相3線式のおさらいをしましょう。

三相3線式は図1のように変圧器から3本の線を取り出して、三相電源を得る結線方式です。

得られる電圧は変圧比によりますが三相の400Vや200Vが一般的です。

ここでポイントがあります。それは単に三相400V、または三相200Vといえばその電圧は線間電圧を指すことです。

つまり三相400Vであれば、図2で示す線間電圧が400Vである。ということです。

ここではこれを理解しておいてください。

三相4線式とは？

では続いて三相4線式はどのようなものかというと、図3のように3線に加えて中性点から1線を引き出す結線方式です。

三相4線式と三相3線式の違い

そして三相4線式と三相3線式の大きな違いは得られる電圧です。

図4のように三相3線式では三相電圧しか得ることができませんが、三相4線式であれば三相電圧に加え単相電圧を得られます。

単相電圧が得られる理由は電圧波形で考えると分かります。

まず分かりやくするために各相に名前をつけましょう。何でも良いですがa,b,cとします。すると各相電圧の波形は図5になります。ちなみにこれら個々の電圧を相電圧といいます。

これを組み合わせたものが三相電圧です。よって出力は図6のような波形になります。線間電圧はこの3つの波形のうち、2つの電圧波形の差です。

一方、三相4線式における単相電圧とは、ある1相と中性点間の電圧です。ここで中性点の電圧は0Vであることに留意してください。

例えばa相と中性点間の電圧波形をみると図7になります。つまり1相分の波形を取り出したことになります。これは単相電圧の波形ですね。このように単相電圧が得られます。

三相4線式で得られる電圧の大きさ

三相4線式は単相電圧が得られるのが分かったところで、では得られる電圧の大きさは何Vになるでしょうか？

ということをここから解説していきます。

結論からいうと、三相電圧を√3で割った大きさの電圧が得られます。

つまり三相電圧が400Vであれば、得られる単相電圧の大きさは230Vです。

これは単相電圧＝相電圧であり、またY結線では相電圧×√3＝線間電圧の関係があるからです。

相電圧×√3＝線間電圧になる理由は↓こちらの記事で解説していますので併せてご確認ください。

実際の電圧

最後に補足です。

ここまでは400Vや200Vといってキリの良い値を使って解説していましたが、実際の現場では少し異なります。

三相4線式においては三相電圧を415Vとして、単相電圧は240Vであることが多いです。

これで良いの？と思われるかもしれませんが大丈夫です。

理由は400V、または200Vぴったりでなくてはダメな機器というのはほとんど無く、実際には400～440V、200～240Vの範囲まで対応している機器が多いからです。

ですから変圧器から得られる電圧は400V、200Vと言うのではなく、400V級、200V級と呼ぶ方が正しい表現になります。

おわりに

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