交流回路の電気の方向は？

電気回路のある部分において、電気がどちらに向かって流れているか（どっちが上位か）は、直流の場合は、そこの電位（＋か－か）を見ればわかりますが、交流の場合はどう考えればいいのでしょうか？

交流は、その方向を周波数のサイクルで、正逆反転してるわけですから、回路のある一箇所を見たときに、そこで電気がどちらから流れてきているのか（どちらが上位なのか）は、どうやって判断すればいいのでしょうか？

No.38 ベストアンサー 回答者： sou_tarou 回答日時： 2014/09/12 20:32

＞つまり力率cosθがマイナスの場合ということでしょうか？

その通りです。
マイナスの場合は電源に向かって電力が送られています。

位相を考える場合は方向が大切です。
参考ＵＲＬの回路図　第４図を見てください。
電圧を基準として電源から負荷に向かって流れる時を同相方向とするように回路図に矢印が記入されています。

回路図の負荷はＲ＋Ｌですが、Ｒ分だけだとすると
電圧と電流は同相（位相０°）になります。電源から負荷に対して電力が送られています。
仮にＲ分しかない負荷なのに電圧に対して電流が反対の位相（位相が１８０°）だとすると
ｃｏｓθがマイナスということになり　電源に対して電力が送られていることになります。


＞それは、VとIの位相差がどうなっているときでしょうか？
ＶとＩの位相が９０度を超えている場合です。
ＬまたはＣ分　とＲ分の電流が流れているのです。
ただし、電源方向に向かってＲ分の電流が流れるので、電圧基準でみると９０°または－９０°を超えている状態になります。

電源と言っていますが、電力系統に接続されている負荷＋発電設備　をいうのをざっくり話しているつもりです。

参考URL：http://www.jeea.or.jp/course/contents/01105/

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>ＶとＩの位相が９０度を超えている場合です。

私が知りたかったのは、まさにこの回答です！！！

つまりθが±９０度を超えるとcosθはマイナスとなり、結果、Pはマイナスになるので、電力の方向は逆転するということですね！！

わかりました。すっきりしました！！！

お礼日時：2014/09/17 21:52

No.37 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2014/09/11 08:20

No.1,6,10,21,32です。

＞いえ、まさにそれを知りたいです。
＞電流、電圧、位相で、どうやって電力の方向を知るのか。
　これは直流だと、No.21の図のように簡単に分かりますね。
　では交流では・・
　No.32で簡単に図示したように、電圧と電流の位相がずれることを利用します。
　例えば、発電機⇔モーター　と言うシステムがあるとすると、電流は電圧よりも位相が90度遅れて付いていきます。
電圧　 ／＼／＼／＼
電流　　／＼／＼／＼
　右に動いていた電荷が逆向きの力のあるうちは逆向きの力を受けて減速し始めて、逆向きの力がゼロになるまでは左向きの加速を受ける。・・・sinとcosの積分関係
　ところが、モーターに制動力が加わるとモーターが発電機の働きをし始めます。そうすると波形は同じでも、電流は常に電圧より逆になるので今度は前方に90度位相がずれます。
　位相のずれは、途中に小さな抵抗と電流計をいれておいて調べればよい。抵抗では位相のずれは起きないために、それとのずれを増幅してリレーなりを駆動すればよい。

　
　

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

つまり電圧基準で考えたとき、電流が遅れているか、進んでいるかで電力の向きがわかるということでしょうか？

何度も回答頂きながら、当方の理解度が低くて申し訳ありません。

お礼日時：2014/09/12 06:32

No.36 回答者： sou_tarou 回答日時： 2014/09/11 01:19

＞電流、電圧、位相で、どうやって電力の方向を知るのか。

この三つが分かっていれば
計算で求める。　という答えはどうですか？
核心から離れてしまいましたか？

有効電力Ｐ＝ＶＩｃｏｓθ　ですから

思っていた方向と違っていると答えがマイナスになります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>有効電力Ｐ＝ＶＩｃｏｓθ　ですから
>思っていた方向と違っていると答えがマイナスになります。

つまり力率cosθがマイナスの場合ということでしょうか？
それは、VとIの位相差がどうなっているときでしょうか？

お礼日時：2014/09/12 06:29

No.35 回答者： LCR707 回答日時： 2014/09/10 23:31

電力Pは、P=VI という式で表せるので、それで考えます。

今、左に交流電源が、右に抵抗負荷があり、２本の電線aとbでつながっているとします。
ある瞬間の電線aの電圧が100Vで、電流が左から右に1A流れているとすれば、その電力はPa=100×1=100Wです。
また、同じ瞬間に電線bの電圧が-100Vで、電流が左方向に1A流れているとすれば、電流は-1Aなので、Pb=(-100)×(-1)=100Wです。
従って、２本の電線によってP=Pa+Pb=200Wの電力が左から右に流れていることになります。

ここで、電圧測定の基準点を-1000Vずらせてみると、Pa=1100×1=1100W、Pb=900×(-1)=-900Wとなり、P=Pa+Pb=200Wで、結局電圧の基準点をどこにおいても、電力の計算結果は変わらないことになります。逆に言えば、電線１本だけ見ていては電力の方向は分からないとも言えます。

上記はある瞬間について考えていますが、交流の場合は電圧や電流が刻々と変化します。したがってP=VIに従って１周期分積分することにより、平均電力の大きさと方向が求まります。負荷が純粋な抵抗でなくリアクタンス分もある場合は、１周期の間に２回ほど電力の向きが変わります。これは力率が１より小さい状態であり、電線を通過する電力よりも負荷で消費される電力が小さくなります。

３相交流のように電線の数が３本であっても同様に計算できますし、もっと一般的な大きな回路網の場合でも、それをある境界で区分し、それぞれの領域をX,Yとしたとき、XからYに流れる電力はその境界を通る電線すべてについて上記のような計算をすれば、求めることができます。この場合、XとYそれぞれの領域に電源や負荷があっても問題ありません。

最近は太陽光発電や風力発電のような分散型発電が増えて上記のような状況になっているので、潮流方向の計測や監視が重要になってきていますね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時：2014/09/12 06:26

No.34 回答者： Nebusoku3 回答日時： 2014/09/10 21:17

関係のありそうなURLを参考としておきます。

ご参考：
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%8A%9B% …
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E5%81%9C% …
http://www.fujielectric.co.jp/products/power_sup …

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時：2014/09/12 06:26

No.33 回答者： Nebusoku3 回答日時： 2014/09/10 21:12

こんばんは。

　No32の方に投票しました。　回答に同感です。　

＞交流の場合の「電力方向継電器」は、電流と電圧の位相差でそれを知ることができますが、それは話題の本質ではないでしょう。
との最後の部分での問いかけに対し、正にそれを知りたいとの事ですが、それは電圧（電流）の位相を検出する回路で極性を見ることができます。

仮に、電力供給が２系統以上あり、負荷が1系統あったと想定した場合、両方の位相がまったく一致していないと並列に供給することは不可能です。（太陽電池からの発電を売電することを想定）
太陽電池での発電で余った電力は電力会社の線にその周波数と位相に同期した形で戻してやることで売電が成立します。

また、ご存知のように日本には大雑把に　西の６０Hz　東の５０Hzと2つの電源系統があります。　お互いの電力不足を補うには供給側が、一旦、直流に直して供給先の電力周波数と位相に合わせてから供給ができます。
更に、同じ周波数系統の中でも位相の同期が必要ですので（何故かわかりますよね？　それをしないと電力系統同士の短絡が発生するからです。）　一旦、直流に直し、供給先の周波数と位相に同期させたあと、供給が開始されます。

この、周波数と位相を見る方法の一つが　”オシロスコープ”　という状態観察の計測器です。　それをセンサー的に　継電器に応用したのが　「電力方向継電器」　ということになります。

そろそろ、No32の方に　ベストアンサーをあげても良いのではないでしょうか。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

>この、周波数と位相を見る方法の一つが　”オシロスコープ”　
>という状態観察の計測器です。　それをセンサー的に　継電器に
>応用したのが　「電力方向継電器」　ということになります。

その周波数と位相をもとに電力の方向は、具体的にどう判断すればいいのでしょうか？
電圧と電流の位相関係がどうなっているとき、電力がどちら向きに流れているのかを知りたいです。

理解度が低くてすいまんせん。

お礼日時：2014/09/12 06:26

No.32 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2014/09/09 19:42

No.1,6,10,21です。

電気の流れる方向と電流の向きとか変な方向に進みそうなので

No.21への補足への回答ですが、電力方向を切り替える「電力方向継電器」の説明に進むとややこしくなるし、あなたの疑問の答えにはならないです。

「電気も流体の一種でより多いほうから少ないほうに流れる。多いほうを＋、少ないほうを－」、ベンジャミン・フランクリン( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%B3% … )が電流の向きを決めてしまったのですが、当時電子は知られていませんでした。
　電子が発見されると
・電子が負の電荷をもつこと
・金属中の電気の流れの実体は電子であること
　が分かりましたが、そんな科学の厳密な内容はすでに普及してしまった＋,－自体を変えることではなかった。
★とても良く誤解されますが、「電気は電子であって実際にはマイナスからプラスに流れる」と信じている人が、とても沢山います。実際に（電磁気学が専門でない）理科の先生ですから、ソウ信じている人がいます。

　電気の流れ、電流の定義は「電荷の移動」と再定義されています。1Aの電流とは、ある断面を一秒間に1クーロンの電荷が移動する事です。それが負の電荷を持つ電子ならマイナスからプラス側に、陽イオンやα線粒子でしたらプラスからマイナスに移動します。
　定義ですから、電気は必ず正(＋)から負(－)に流れます。

　あなたが最初に質問された
「(交流では)電気回路のある部分において、電気がどちらに向かって流れているか」
「回路のある一箇所を見たときに、そこで電気がどちらから流れてきているのか（どちらが上位なのか）は、どうやって判断すればいいのでしょうか？ 」
　という質問は、電気は60Hzの西日本でしたら、一秒間に60回向きを変えてその位置で振動している。が交流だということです。導体中の電子の速度から考えると、その距離は一ミリ以下でしょう。耐力検査の「反復横飛び」

　電圧と電子の動きは互いに微分関係にある。
電圧　 ／＼／＼／＼
電流　　／＼／＼／＼　電力は電圧×電流ですからこの二つを掛け合わせたグラフ
電力　　 ／＼／＼／＼　向きはない

　そこで、あなたは電気の向きではなく電力の向きを聞かれたのですよね。
　例えば、発電所から家庭で消費されているところまで、電力が運ばれてきます。その電力の運ばれる向き・・・。
　これは、実は直流とまったく同じです。電気の回路にとって大事な事はそこでどれだけ消費されるか、電気がどちらに流れているかは関係ありません。
　電池(発電機)と抵抗からなる回路を考えて見ますと、わかるように、電池は何らかのエネルギー、電池の場合は化学エネルギー、発電機は機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するポンプです。一方抵抗はそれを熱エネルギーに変換する素子です。
　電池を逆にしたって位置エネルギーの差を大きくするものが電池や発電機であることには変わりません、電力は電池(発電機)から抵抗に移動します。

　直流回路では、電池の極性が分かっていれば、どちらに電力が流れているかを知ることができますが、それがわからないと電力の移動方向を知る事はできません。

　交流の場合の「電力方向継電器」は、電流と電圧の位相差でそれを知ることができますが、それは話題の本質ではないでしょう。




　

この回答へのお礼

>交流の場合の「電力方向継電器」は、電流と電圧の位相差でそれ>
>を知ることができますが、それは話題の本質ではないでしょう。

いえ、まさにそれを知りたいです。

電流、電圧、位相で、どうやって電力の方向を知るのか。
私が知りたいのは、まさにそれです！！！

お礼日時：2014/09/10 17:24

No.31 回答者： wbuta 回答日時： 2014/09/09 18:21

質問では、電気はプラスからマイナスに流れる物と決めて居るようですが、電気(流)はマイナスからプラスへ移動して居ます。

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電気を水に例えて、高い所から低い方に流れますと、図解される場合がありますが、電気は低い(－)方から高い(＋)方へ流れています。
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実際にはおかしいのですが、電気(流れ)とはそう言う物だとの概念を押し付けられて常識に成ってます。
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交流とは、＋－が入れ替わるのでは無く位相が変わるのだと言うのが通説です。
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電球に、左側が＋の100Vの電池を繋ぎ←次にその電池を取り外し逆にすると右側が＋になります。右も左も＋の時電気が流れ、どちら側から流れても電球は光る(働く)

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます・・。

お礼日時：2014/09/10 17:22

No.30 回答者： wbuta 回答日時： 2014/09/09 17:34

交流波形を縦にして見る。

右へ徐々に電圧が上がって行く。←＋方向と言う概念では無く、電圧が高く成って行き最高に達すると徐々に下がって0Ｖと成る。
次に左方向へ徐々に電圧が上がって行き徐々に下がって行く事の繰り返しが、交流波形。
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図形の右と左は、＋－では無く、位相が入れ替わった(反転)←の図です。　(単相交流の場合)
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交流の理解には、位相と言う概念が大事。

No.29 回答者： wbuta 回答日時： 2014/09/09 01:12

訂正

単相の、左の図が抜けてました。