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三相交流について

発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp

連載「測定の新常識！？SOLがお伝えするノウハウ！」
2024年4月10日号　VOL.E-0159

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皆さん、こんにちは。

今回は三相交流電源における結線方式と電圧の関係を話します。

既にご存知の方も多いと思いますが、三相交流は
各相の位相が 120°ずつズレていて、
電圧変換が容易な為、大きい電力を輸送することができます。

その為、工場の産業機器には主に三相交流電源が使われます。

三相交流電源は結線方式から
デルタ方式とスター方式に分かれています。

日本ではデルタ結線が主流になっていますが、
世界中ではスター結線が一般的です。
これは歴史的な背景があるのですが、ここでは解説しないです。

Werth社の装置にも、三相交流を使うX線CT装置があります。
ドイツ仕様の為、スター結線向きに設計されています。

日本で使用する場合、
デルタ結線からスター結線へ変換する為の
トランスや無停電電源装置などを追加する必要があります。


では、デルタ結線とスター結線の違いや
変換トランスの役割を説明します。

三相交流は、
3つの相で最大電圧となるタイミングが均等にズレています。
これは発電機において 120°の間隔にコイルを設置し、
電磁誘導を行っている為です。

コイルの巻き線に発生する電圧は相電圧と言います。
それに対して、
線と線の間の負荷にかかる電圧は線間電圧と言います。


デルタ結線は三相3線式とも呼ばれます。
R相、S相、T相があります。
通常、S相が接地処理されています。

デルタ結線の場合、
コイルの交点からそのまま引き出される為、
線間電圧 ＝ 相電圧 です。

三相 200V の場合、
線間電圧と相電圧どちらも 200V になります。


一方、スター結線は三相4線式とも呼ばれます。
R相、S相、T相以外に N相があります。

各相とN相間の電圧は相電圧で、
各相間の電圧は線間電圧になります。

線間電圧の計算には、各相が 120°ズレているため、
そのまま足し合わせることができません。

ベクトルの計算により、
線間電圧が相電圧の √3倍 になることが分かります。
また、相電圧に対する線間電圧の位相が 30°進んでいます。

スター結線を表記する場合、
三相 400V は、線間電圧が 400V の意味です。
あるいは、三相 240/415V のように
相電圧と線間電圧を併記している場合もあります。


三相3線式と三相4線式どちらも電気的な性質は同じです。
違うのは、相電圧と線間電圧の関係、回路の構成になります。

三相3線の 200V を三相4線の 240/415V に変換する場合、
トランス或いは変換機能を持つ無停電電源装置
を使う必要があります。

トランスの役割は、デルタ結線方式をスター結線方式に変更し、
相電圧 200V から相電圧 240V まで昇圧します。

変換後、デルタ結線の一次電圧に対する
スター結線の二次電圧の位相が 30°進んでいますが、
この2つ電源を同じ回路に使わなければ問題はないです。

また、二次側はスター結線への変更に伴い、
N相の中性線が増えます。
アース線を含めて、合計5本の線になります。

電源は対称三相交流、
負荷は同じインピーダンス（平衡負荷）であれば、
このとき中性線に流れる電流は0になり、
中性線を取り除くことができます。

また、運用条件により、N相を接地することもあります。

但し、Werth社の装置は、一次側を接地し、
二次側の中性線とグランドは接続しないようにしています。


以上、三相交流についてお話しました。

それでは、今日はこの辺で。
最後までお付き合い頂き、有難う御座いました。


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張