交流回路における電圧、電流の向き

電験3種の理論を勉強していますが、頭が混乱してきたので質問させてください。
交流電源端子の電圧の高い側低い側、回路を流れる電流の向きは一方向ではなく
一秒間に周波数の回数、反転していると覚えています。

参考書では例えば三相交流電源のＹ接続では相電圧、相電流の向きを常に
中心から外に向かって書いてあるのはなぜなのでしょうか？
常に中心部の電圧が外側より高く、電流は電源から負荷へ流れているのでしょうか？
逆方向に反転することはないのでしょうか？

No.1 ベストアンサー 回答者： poohhoop 回答日時： 2006/12/30 09:19

三相交流で考える前に単相交流でも同様の疑問が出てくるのではないですか。

交流の電圧・電流を考える時には電圧・電流の方向をプラス・マイナスで考えると理解できなくなります。

むしろ便宜的にどちらかに決めて方向を決めるということで理解されればよろしいかと思います。
一般的には
・まず電圧と電流の方向を勝手に決める。
・計算結果電流がマイナス値になれば電流方向は当初の方向と逆方向と理解する。
というような方法になると思います。
単相交流の場合は電源の下から上へ電圧の方向を決め，同じ方向へ電流の方向を決めるという方法が一般的です。

三相交流の場合は各相の電圧を中心から外へ決めるのが一般的です。
これは単相回路を３つくっつけた形としてわかりやすいのと，三相交流の解析手段としてのベクトル計算にうまくイメージできるからかと思います。

決して，電流が中心から外へ流れ出るというわけではありません。

この回答へのお礼

単相交流の時点ではその内理解できるかもしれない、
とりあえず問題の解法を先に覚えようと疑問点は先送りしていました。

直流回路でキルヒホッフの法則を使う時に、
電流の向きを自分の好きな方向に仮定するのと同じですね。
よく分かりました。ありがとうございます。

お礼日時：2006/12/30 14:50

No.3 回答者： noocyte 回答日時： 2006/12/30 14:06

> 参考書では例えば三相交流電源のＹ接続では相電圧、相電流の向きを常に

> 中心から外に向かって書いてあるのはなぜなのでしょうか？

「Ａ→Ｂ」のように書かれていた場合，

・電圧であれば，「Ａ点を基準 (０Ｖ) として，Ｂ点の電圧を測る」という意味です．
　Ａ点(だけ)やＢ点(だけ)の絶対的な電位というのは測定できませんから，
　測定する場合には必ず２点間の電位差 (電圧) Ｂ－Ａ を測定することになります．
　Ａ点よりもＢ点の方が電位が高ければ電圧は＋，逆ならば－になります．

・電流であれば，「実際にＡからＢに向かって電流が流れていれば，その電流を＋とする」
　という意味です．逆方向に流れていれば－です．

以上書いたように，矢印の向きは電圧や電流 (の瞬時値) が「実際にそっちの方向を
向いている」という意味ではなく，「矢印と同じ向きならば＋，逆ならば－」と約束
するという意味です．

だから，

> 常に中心部の電圧が外側より高く、電流は電源から負荷へ流れているのでしょうか？
> 逆方向に反転することはないのでしょうか？

電気工学の本のあちこちにある「正弦波」のグラフのとおり，
しょっちゅう＋－が反転しています．

この回答へのお礼

分かりやすい説明ありがとうございます。

複数の参考書を見たのですが、矢印の向きの意味は自明のものとしているのか
説明されていませんでした。問題文を読んで感じていた喉に骨が刺さったような引っ掛かりが
解消されました。

お礼日時：2006/12/30 15:04

No.2 回答者： endlessriver 回答日時： 2006/12/30 09:25

１．交流理論では正弦波で駆動された回路の定常状態を議論しています。

すなわち、一般には瞬間の値を議論するわけではありません。
２．すると回路の電圧や電流はsin(wt+θ1),cos(wt+θ2)で表されることが解っています。

３．したがって回路の電圧・電流はAexp(j(wt+θ))として計算されています。すなわち、この表示で重要なのは大きさAと位相θとなります。
言い換えるとAとθがわかれば電圧・電流が決定できるということです。

すなわち、（くどいのですが）交流理論は主に大きさと位相を計算する理論なのです。
これに注目して回路の電圧・電流は複素空間のベクトルとして表されているのです。

４．まとめますと、ベクトル図は瞬時値を表しておらず大きさと位相を示すものなのです。

この回答へのお礼

回答していただき、ありがとうございます。
説明不足で申し訳ありません。私の質問は電験3種の試験問題でよく出題される
次のような図を念頭に置いたものでした。

左に三相平衡電源、右に三相平衡負荷、それらを三本線で繋いだ図において
電源相電圧の矢印はどの問題でも、外側に向かって描かれている、
線電流の矢印はどの問題でも、電源側から負荷側に向かって描かれているのはなぜか？

回答文はベクトル図に対しての説明ですね。
最近は数学的なベクトル（大きさと方向を持つ）と交流理論のベクトル（大きさと位相をもつ）は
異なるものであるから、フェーザーと言い換える方向にあるとこの回答を読んでから知りました。

お礼日時：2006/12/31 11:23