PW-A1 · 三相交流

三相結線: YとΔ

平衡三相の電源は、同じ三つのコイルをどうつなぐかによって Y 結線にも三角(Δ)結線にもなります。二つの結線が別々の電源ではなく、同じ三つの EMF をつなぐ二通りの配線であることを直感でつかみます。

三つのEMFを足して0にする

三つのフェーザは同じ速さでいっしょに回り、赤い矢印がその和です。タブで位相の間隔を変えながら、和が消える間隔がどこかを探します。

三つのタブで位相の間隔を変えます。薄い破線は三本の矢印を頭と尾でつないだ道筋で、その終点が赤い和の矢印の先です。

三つのEMFの和の大きさ

|E_a + E_b + E_c| ≈ 0.00 E

ちょうど 120 度なので、三つの EMF が星形に均等に開いて和が 0 になります。だから三角の環を閉じても循環電流は流れません。

Δの環は安全 · Yの中性点は安定

平衡 · 和0 ·

Y結線 · 一点に集める

三つのコイル(a, b, c)の片端をすべて一点に集めると、その共通点が中性点 N になり、反対側の三つの端は外へ出て線になります。電源も負荷も平衡なら、中性点へ流れ込む三つの電流の和も 0 なので、中性線を外しても中性点の電位は揺れません。負荷がそろっていないとこの和が残るので、配電のように負荷がばらつく所では中性線をいっしょに引きます。

Δ結線 · 環で閉じる

各コイルの終わりを次のコイルの始まりにつなぎます。a の終わりを b の始まりに、b の終わりを c の始まりに、c の終わりを a の始まりにつないで、三つのコイルが閉じた三角の環をつくり、中性点はありません。環を閉じた瞬間に三つの EMF が直列に一周分足し合わされるので、その和が 0 でなければ循環電流が流れてしまいます。実際の発電機や変圧器の第3高調波電圧は三相で位相がそろっていて和が 0 にならないため、Δ の環の中を回り、環の外の線には出てきません。

和が0になる理由

三つの EMF を平面上の矢印として見ると、長さが同じで向きが 120 度ずつ開いています。横の成分どうし、縦の成分どうしを足すと両方がちょうど打ち消し合い、これは図の薄い破線のように頭と尾をつなぐと正三角形が閉じて出発点に戻るのと同じことです。これが Y の中性線電流が 0 になる理由であり、三角の環を安心して閉じられる理由です。

観察Re = 1 − ½ − ½ = 0

実部を足すと 0 になる。

選ぶIm = 0 − √3/2 + ? = 0

虚部を足しても 0 になる。

空欄E_a + E_b + E_c = ?

だから三つの EMF の和は 0 である。

自分でI_N = I_a + I_b + I_c = ?

同じ理由で、平衡 Y の中性線電流も 0 である。

最初の画面に戻ると

赤い和の矢印が消えたのは、位相の間隔がちょうど 120 度のときでした。その平衡セットを一点に集めれば Y、環に閉じれば三角(Δ)結線になり、二つは別々の電源ではなく、同じ三つの EMF をつなぐ二通りの方法です。和が 0 という一つの事実が、Y では中性点を安定させ、三角では環の中の循環電流を防ぎます。

平衡三相は、大きさが等しく位相が 120 度ずつずれた 三つの EMF で、三つの EMF の 和は 0 である。片端を一点に集めれば中性点のできる Y(星形)結線、終わりと始まりをつないで環に閉じれば和が 0 なので循環電流のない Δ(三角)結線 になる。二つは同じ三つの電源の二通りの配線である。

次の一歩

同じ平衡セットを手にしたので、次のユニット(PW-A2)では結線が 電圧と電流 にどう表れるかを調べます。Y では線間電圧が相電圧の √3 倍になり、三角では線電流が相電流の √3 倍になりますが、その √3 はまさにここで足した二つのフェーザの差から出てきます。