電験3種に合格するためには交流回路の理解が必要です。ですが交流回路を数式だけで考えようとすると結構難しいですよね？そのため図を書いて考えられるかがポイントになります。また交流ではあまり聞き慣れない用語もでてきます。
そこで交流回路の分かりにくい用語の解説と、交流回路を解くうえでの図の書き方を解説していきます。
交流回路に出てくる分かりにくい用語の解説
交流回路に出てくる分かりにくいと思われる用語を、電験3種を受けるにはこれくらい理解していると学習がスムーズだよ。と思うぐらいの解説をしていきます。個人的に分かりにくいであろう用語をリストアップしました。
交流回路に出てくる分かりにくい用語
- 虚数単位
- インピーダンス
- インダクタンス
- キャパシタンス
- リアクタンス
- 複素数
虚数単位
虚数単位は2乗すると-1になる数です。高校数学で出てきますが、その時はアルファベットのi(アイ)で表したと思います(つまりi×i=-1)。それは虚数が英語でimaginary numberなので、その頭文字だからです。ですが電験では虚数をj(ジェー)で表します。それはなぜか？
電気では電圧はV、抵抗はR、電流をiで表します。虚数をiで表すと電流と同じになってしまうため、電気で虚数を扱う場合はjで表します。
電験では虚数をかけ合わせると-1になることと、虚数はjで表すことをまず知っておきましょう。
インピーダンス(Zで表記する）
インピーダンスは交流回路での抵抗と考えると電験の勉強がしやすくなります。オームの法則では「電圧V=抵抗R×電流I」でしたが、「R＝」の式に直すと、「R=V/I」になります。これの意味を言葉にすると、「抵抗Rは電圧Vに対する電流Iの比」といえます。
インピーダンスは交流回路での電圧と電流の比を意味します。つまり「インピーダンスZ＝V/I」です。ここで注意は交流では電流も電圧もインピーダンスも位相があるために複素数で表されるということです。複素数についてはこの後解説します。とりあえずはインピーダンスは交流回路での抵抗と考えておけばOKです。
インダクタンス(単位はヘンリー[H])
インダクタンスはインダクタがエネルギーを蓄える能力のことで、単位はヘンリー[H]で表します。インダクタンスが大きいほど、インダクタに大きなエネルギーを蓄えられる。と知っておけばOKです。
またインダクタ(コイル)について知っておきたいのが、インダクタは今の状態を維持しようとすることです。これはどういうことかと言うと、電流が流れていればそのまま流そうとするし、逆もそうだと言うことです。これを知っておくと後々勉強が楽になると思います。
ちなみにインダクタはコイルと呼んでも良いです。厳密に言えば巻線が1個のものはインダクタと言うことが多いです。逆にトランスの様に巻線が2個あるものは、コイルと言うことはあっても、インダクタとは言いません。でも何か決まりがあるわけでもないので特に気にしなくて構いません。
キャパシタンス(単位はファラド[F])
キャパシタンスは静電容量とも言います。これはキャパシタがどのくらい電荷を貯められるかを表す数値です。キャパシタンスが大きいほど、そのキャパシタは電荷を多く貯められます。キャパシタンスの単位はファラド[F]です。
キャパシタはコンデンサとも言います。どちらかと言うとコンデンサの方が多く使われているかと思います。
リアクタンス(Xで表記する)
リアクタンスはインダクタとコンデンサが作る、交流回路での抵抗という認識をすればOKです。インダクタンスによって生じる交流回路での抵抗を誘導性リアクタンス、キャパシタンスにより生じる抵抗を容量性リアクタンスといいます。そしてこれらを足したものをリアクタンスと言います。リアクタンスは虚数で表されます。
インピーダンスとの違いは、抵抗Rを含むか含まないかです。つまり「インピーダンス＝抵抗R＋リアクタンス」となります。
複素数
複素数は実数と虚数で表される値のことです。電気ではインピーダンスは複素数で表されます。なぜならインピーダンスは抵抗RとリアクタンスXの和だからです。抵抗Rは実数であり、リアクタンスXは虚数であるため、インピーダンスは複素数になります。
複素数はベクトル値のため、単純に抵抗RとリアクタンスXの値を足した結果がインピーダンスの値とはなりません。数式のみで計算しようとすると、やや複雑に感じますが、ベクトル図を書くと分かりやすくなります。そのため電験ではベクトルを理解して、ベクトル図をかける様になると、問題が解きやすくなります。
コメント