このページでは
電気回路の交流回路で
使われるリアクタンスに
ついて解説します。
数式を多用していませんので
数式でリアクタンスを解きたい
方にはむかないページだと
思います。
リアクタンスとは
どういったものかを
書いておりますので
予めご了承ください。
目次(クリックすると自動で飛びます)
1.リアクタンスとは
2.誘導リアクタンス
3.容量リアクタンス
4.交流回路の抵抗計算
5.まとめ
1.リアクタンスとは
電気回路中には
抵抗というものがあります。
抵抗はその名前のとおりで
電流の流れを抑制する
抵抗の役目をします。
電気回路中には抵抗の他に
コイルやコンデンサも
使われることが多いです。
このコイルやコンデンサを
交流回路で使うと抵抗のように
電流の流れを抑制する
振る舞いをします。
このような抵抗の働きを
リアクタンスといいます。
コイル、コンデンサの
直流回路、交流回路における
作用については以下のページで
説明しておりますので
ご参考ください。
このリアクタンスは
コイル、コンデンサで
まったく同じ作用を
しません。
コイル、コンデンサに
わけて説明していきます。
2.誘導リアクタンス
誘導リアクタンスとは
コイルのリアクタンスを
このように呼びます。
交流回路内でコイルは
周波数が高い方が
より電流を流しにくい
抵抗となります。
コイルは電流を流しにくい
理由は逆起電圧が発生する
ためのですが、
そのあたりは、以下のページで
説明していますので
ご参考ください。
誘導リアクタンスは
2πfLで算出できます。
Lはコイル固有の値で
インダクタンスといいます。
インダクタンスについて
以下のページを参考ください。
誘導リアクタンス2πfLが
高い方が交流に対する
抵抗が高くなります。
コイルは
インダクタンスL
交流の周波数fが高い方が
電流を流しにくいということに
なります。
3.容量リアクタンス
容量リアクタンスとは
コンデンサのリアクタンスを
このように呼びます。
交流回路内でコンデンサは
周波数が低い方が
より電流を流しにくい
抵抗となります。
容量リアクタンスは
C/(2πf)で算出できます。
Cはコンデンサ固有の値で
静電容量といいます。
静電容量とは
コンデンサはバケツのように
電荷(電気と考えてください）
を蓄えますが
静電容量が大きいほど
より多くの電荷を蓄えることが
できます。
ですので、電気回路内で
より電荷を蓄えたいときは
静電量量の大きいコンデンサを
付けます。
容量リアクタンスC/(2πf)が
高い方が交流に対する
抵抗が高くなります。
コンデンサは
静電容量Cが高い方が
交流の周波数fが低い方が
電流を流しにくいということに
なります。
4.交流回路の抵抗計算
交流回路では、同回路内に
抵抗、コイル、コンデンサが
混在することもあります。
その時は、誘導リアクタンスと
容量リアクタンスの値を使って
回路全体に抵抗値を算出します。
このコイル、コンデンサも
含んだ抵抗値をインピーダンスと
いいます。
インピーダンスについては
以下のページでも説明しているので
ご参考ください。
電流の位相が進む、遅れる
リアクタンスは交流回路で
電流に対して抵抗として
作用するだけではなく
電圧と電流の位相を
ずらす作用も起こります。
交流波形-正弦波交流電源の波形は上図のような
正弦波で表されます。
縦軸は電圧/電流の大きさを
横軸は位相を示します。
位相とは、簡単に
時間だと考えてください。
交流なので一定ではなく
時間の経過と共に
周期的にサインカーブで
上昇下降を繰り返します。
電圧を上げれば
電流も上がるので
電流も電圧を同じ
波形になりそうなものですが
コイルとコンデンサでは
違うのです。
抵抗の場合
まずは比較のため
抵抗からにしましょう。
抵抗の電圧/電流波形抵抗の場合は、上図のように
電流波形も電圧波形と
同じ動きをします。
電圧が最大値になれば
電流も最大値、
電圧が0になれば
電流も0になる。
コイルの場合
コイルの電圧/電流波形コイルの場合は、上図のように
電圧と電流の波形は
一致しません。
変化が
時間がずれています。
波形を見ると
電流の波形が右にずれて
いるように見えます。
変化が遅れています。
電圧を基準としたとき
電流は位相(時間)が
遅れているといいます。
コンデンサの場合
コンデンサの電圧/電流波形コンデンサの場合は、
上図のように
電圧と電流の波形は
一致しません。
変化が
時間がずれています。
波形を見ると
電流の波形が左にずれて
いるように見えます。
変化が進んでいます。
電圧を基準としたとき
電流は位相(時間)が
進んでいるといいます。
まとめ
交流回路では
コイル、コンデンサの
電圧、電流は位相がずれます。
コイル、コンデンサが
両方ある回路では
位相が進む要素と遅れる要素が
より影響が強い方へ位相はずれます。
これだけ聞くと、
だからどうしたの？
という感じで退屈だとも
思います。
では、2つの要素の強さが
一致にしたとき
位相が揃います。
そういった回路を
共振回路といって
身近では電波を受信する
ラジオに使われています。
少しは興味が持てました
でしょうか。
共振回路については
以下のページを参考ください
5.まとめ
電気は直流、交流があります。
それと電気回路内の抵抗、
コンデンサ、コイルを
組み合わせと
固有の特性を示します。
前項のラジオではありませんが
その特性を上手に利用して
色々な応用製品がつくられてます。
スマートフォンの電源でも
コイルやコンデンサの特性を
利用した電子回路で動作しています。
学校の授業は
理論や数式ありきの
学習のスタートではなく
応用製品からスタートして
説明すれば、より興味深く
学習できるとも思うのですが。
このページで説明した
電気回路とは区別が違いますが
このサイトではシーケンス回路の
講座もページもあります。
以下のページを参考ください。
あと、当方では
機械の故障対応に役立つように
作成した
シーケンス制御教材も
ありますので、興味があれば
以下をクリックしてご確認ください。
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