単相交流とは一体どんな電気？定義や特徴を現役理系学生ライターが5分でわかりやすく解説！

ライター／通りすがりのペンギン船長

小学生のころ、電子工作にドハマリし、中学時代には独学で第二種電気工事士免状を取得した。電気について独学する機会が多かったこともあり、電気の学習がいかに難しいかということもよく理解している。

単相交流について学ぶ前に

今回の記事では、『単相交流』をメインテーマとして話を進めていきます。単相交流という言葉は、電気工学を学ぶと必ず目にする用語です。ですから、単相交流について理解するためには、電気工学に関する基礎的な知識が必須となります。

そこで、記事の前半部分では単相交流について学ぶ際に必要となる知識をピックアップし、それを簡潔に説明することにしました。電気工学の知識に自信のない方は、ぜひ確認しておいてくださいね。それでは早速、解説をはじめます。

交流とは？

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はじめに、交流とは一体どのような電気であるのかを学びましょう。交流は電圧の正負が絶えず入れ替わる電気ですよ。つまり、交流はプラス極とマイナス極が絶えず変化するのです。ちなみに、乾電池のようにプラス極とマイナス極が入れ替わらない電源は直流と呼ばれますよ。

交流の特徴としては、変圧が容易なことなどが挙げられます。また、交流用の発電機やモーターの機構は直流用に比べて単純であることが知られていますよ。以上のような理由から、電力会社が行うような大規模な送電は交流によって行われます。

交流には複数の送電方式がある？

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先ほど、交流は大規模な送電に使用されると述べましたが、その送電方式は複数個存在します。今回紹介する単相交流はそのうちの1つです。単相交流以外の送電方式としては、二相交流や三相交流などが挙げられますよ。

当然ながら、それぞれの方式でメリットとデメリットが存在します。ですから、送電の用途や規模に応じて、各方式の交流送電が使い分けられているのです。この記事では、単相交流のメリットとデメリットを紹介しているので、ぜひ目を通してみてくださいね。

単相交流について詳しく解説！

ここからは、本題である単相交流についての解説を進めていきますね。以下では、単相交流の定義や概念について述べます。また、単相交流のメリットとデメリットについても述べますよ。

それでは、単相交流について詳しく学んでいきましょう。以下の説明では、先ほど説明した前提知識が重要になります。わからない点があれば、記事の前半部分も確認してみてくださいね。

単相交流とは？

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単相交流は、電圧と電流の時系列変化が正弦波に従う交流のことを指します。この送電方式では、原則として2本の電線を使用して、電力供給を行いますよ。例外として、3本の送電線を用いる単相3線式交流がありますが、交流としての性質は全く変わりません。

単相交流を発生させる方法は複数存在します。1つは単相交流発電機によって発生させる方法です。また、インバーターによって直流から単相交流を作り出す技術も近年注目されていますよ。インバーターによる単相交流を発生させる方法は家庭用太陽光発電や家庭用燃料電池のシステム内で使用されています。

単相交流のメリット

単相交流のメリットは、回路構成を単純にできることにあります。それゆえ、単相交流電源に接続する機器の部品点数は、少なくなる傾向があるのです。これにより、機器の製造コストを下げることができますよね。

また、単相交流送電における最小電線本数は2本です。これは様々な交流送電方式の中で、一番少ない値となります。それゆえ、配線工事にかかるコストを最小化できるのです。この点も単相交流のメリットと言えますよね。

単相交流のデメリット

単相交流のデメリットとしては、電力伝達効率が悪いことなどが挙げられますよ。それゆえ、単相交流送電の経済性は低下してしまいます。このような理由から、単相交流は長距離の送電には向いていないと言えるのです。

実際、単相交流送電は電力網の末端部分で使われています。電力網の末端部分というのは、電柱に設置されたトランスから各家庭に繋がる引き込み線のことなどを指していますよ。このような引き込み線は非常に短い距離で完結するものが多いのです。

単相交流が使われているところ

以下では、単相交流送電がどのような場所で用いられているかを説明しますね。具体的には、家庭用コンセントと鉄道の架線の二カ所における送電についてご紹介します。これらはどちらも身近な設備ですから、ここで述べる内容は知っておいて損をすることはないでしょう。

また、具体例を知ることは、単相交流についての学術的な知識をより深く理解するための助けにもなります。ぜひ、最後まで記事を読んでみてくださいね。

家庭のコンセント

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各家庭に存在するコンセントに送られてくる電気は単相交流になっています。コンセントプラグには2つの電極があることからも、単相交流であることが頷けるはずです。

コンセントから得られる単相交流の詳しい仕様についても考えてみましょう。日本の場合、コンセントの単相交流の周波数は西日本で60ヘルツ、東日本で50ヘルツになっています。また、電圧は100ボルトまたは200ボルトになっていますよ。このような統一された仕様は、電気事業法などの法律によって定められていますよ。