単相電力を三相電力に変換する方法

米国では、人々の家に入るほとんどの電力は単相電力です。 ただし、発電所で発電される電力は三相電力です。 これは、背の高い塔に接続されている大きな送電線の背後にある考え方です。これらの送電線は、次のように送電することになっています。 この電力が「タップ」され、大幅に削減された状態で近隣に供給される前に、長距離で実行可能な限りの電圧 電圧。

ほぼすべての家電製品には単相電力で十分ですが、重機を備えた産業環境では三相電力が必要です。 しかし、三相電力が必要で、単相電力が家に入るだけの場合はどうでしょうか。

• ここに記載されている情報は、教育目的ではなく、学術目的のみを目的としています。 あなたがその仕事のために特別に訓練されていない限り、あなたの家や他の場所で電線を実験したり変更したりしないでください。

あなた自身とあなたの（明らかに退屈している）2人の友人が2メートルの速い速度で前後に歩いていると想像してください 南北に走り、端から60メートルまでの道に沿って毎秒（時速約4.5マイル） 終わり。 あなた方一人一人はこの道の中点から始まり、北端まで歩き、最初に戻り、続けます 反対側の端まで歩いて、再び中央に戻り、120メートルの「ラップ」を1回完了します。 サイクル。 あなた方一人一人が毎秒2メートルで歩いているので、1回の往復は一人一人に正確に60秒かかります。

さらに、開始点で、各自の「ステータス」がゼロであると仮定します。 北に歩くごとに1単位のステータスを取得し、南に歩くごとに1単位のステータスを失います。 したがって、あなたの1人がパスの北端に到達するたびに、その人のステータスは30になり、南端で曲がる人のステータスは-30になります。 あなたは、あなたの3人が、20を開始することによって、互いに最大限に分離できることを認識しています。 各回路は60秒かかり、3人で、60を3で割ると、秒間隔になります。 20. 代数を実行すると、一方が北端に到達して「ステータス」を30の値で最大化すると、他の2つが は南のセクションの途中ですれ違っており、一方は北に向かい、もう一方は南に向かっており、各歩行者のステータスは-15です。 このようなときにステータス値を合計すると、合計は30 +（-15）+（-15）= 0になります。 実際、説明されているように3人が完全にずれている限り、いつでもすべてのステータス値の合計が0であることを示すことができます。

これは、「電圧」が 「ステータス」の代わりに使用され、60秒ごとに1サイクル発生する代わりに、60電圧サイクルが発生します 毎秒。 さらに、各人が1分間に2回開始点を通過する代わりに、電圧は1秒間に120回ゼロ点を通過します。

電力、電流、および電圧が数学的に関連しているため、3つの個別の電圧がいつでもゼロに追加されても、三相電力は一定の非ゼロレベルのままです。 この関係は次のとおりです。

P = V²/ R

ここで、Pはワット単位の電力、Vはボルト単位の電圧、Rはオームと呼ばれる単位の電気抵抗です。 負の数を2乗すると正の値が得られるため、負の電圧が電力に寄与することがわかります。 三相システムの総電力は、各相の3つの個別の電力値の電力の合計にすぎません。

また、交流（AC）の名前がどのように付けられたのか疑問に思ったことがある場合は、答えがわかります。 単相システムでも三相システムでも電圧が安定することはなく、その結果、どちらも電流ではありません。 これらは、オームの法則、つまりV = IRによって関連付けられます。ここで、Iはアンペア（「アンペア」）単位の電流を表します。

仲間の歩き方のアナロジーを単相電力に拡張するには、歩き続けている間に2人の友人が夕食に家に呼ばれ、そこにそれがあると想像してみてください。 つまり、三相電力は、文字通り、サイクルの3分の1（または三角関数では120度）だけ相互にオフセットされた3つの単相電源です。 単相電源では、単相電圧が一時的にゼロになるたびに、電力出力もゼロになります。 非常に短い経過の影響をあまり受けない小さな電化製品がなぜ 電力は、単相電力で実行できますが、高ワット数（電力）レベルで動作する大型マシン できません。 それらは大きくて安定した電源を必要とします。

前述のすべては、電圧対のグラフを参照することでより簡単に理解できます。 三相電源の時間（「参考文献」を参照）。 このグラフでは、個々のフェーズが赤、紫、青の線でグラフ化されています。 これらの合計は常にゼロになりますが、それらの2乗の合計は正で一定です。 したがって、Rの値が不変であるとすると、これらのセットアップの電力Pも、P = Vの関係により一定になります。²/R.

単相電源の場合、合計する電圧はなく、単相の電圧は1秒間に120回ゼロ点を通過します。 これらの瞬間に、電力はゼロに低下しますが、小さなライトや電化製品などが目立った中断を経験しないように、十分に速く回復します。

工業用サイズの空気圧縮機などの大型デバイスに三相モーターがあり、すぐにアクセスできない場合 ローカルグリッドの設定方法による三相電力、機器を適切に取得するために使用できる回避策があります パワード。 （これらの1つは、単に3相モーターを1相モーターに置き換えることですが、これは他のソリューションほど賢くはありません。）

多数のタイプの三相コンバーターが利用可能です。 これらの1つ、 静的コンバーター、 三相モーターは単相電源では始動できませんが、始動後は単相電源で動作し続けることができるという事実を利用しています。 静的コンバーターは、コンデンサー（電荷を蓄積できるデバイス）の助けを借りてこれを行い、静的コンバーターを可能にします モーターの有効寿命を短くすることが保証されている非効率的な方法ではありますが、フェーズの1つを代行します スパン。 A 回転位相変換器一方、は、代替の三相モーターと独立した発電機の一種の組み合わせとして機能します。 このデバイスにはアイドラーモーターが含まれており、一度作動すると、親の可動部品を回転させません。 代わりに、セットアップ全体が三相電力システムを合理的に模倣できるように電力を生成します 上手。 最後に、 可変周波数ドライブ（VFD） インバーターと呼ばれるコンポーネントを利用します。これを使用して、ほぼすべての目的の周波数で交流を生成し、標準の三相モーター内のほとんどの条件を再現できます。

これらのコンバーターはどれも完璧ではありません。パンナイフを使用して肉を簡単に切ることができます。 しかし、パンナイフは素手よりも優れているため、電力を大量に消費する機械や工具を頻繁に使用する場合は、これらのコンバーターを手元に置いておくとよいでしょう。