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直流と交流

直流と交流

電流には二種類の流し方があります。直流と交流です。
直流とは、電圧が一定で方向が変化しない電流の流れのことで、
交流とは、電圧の極性と電流の方向が一定周期で交互に変化する電流の流れのことです。

直流電流の例は、乾電池や携帯電話の充電器等があります。
交流電流の例は、家庭用電源(コンセント)があります。

直流電流は電力を消費する製品でよく使用されています。
家電製品などもその多くは交流で電源を取り入れて、内部で直流に変換して消費されます。

交流電流は電力を消費する場合よりも、電力を送る送電系に利用されます。
その理由の一つとして、電圧の変換が容易であることが上げられます。
電流が多くなると様々なところでの損失が増えてくるので、電圧を高くすれば損失は減ります。
送電線の電圧をとても高くしてある(数万ないし数十万ボルト)のは、電流を少なくするのが目的の一つです。



直流と交流では回路が違って見える

直流と交流では直流の方が扱いは簡単です。
その理由は、直流では電場と磁場による電気的影響を考える必要が無いためです。
それでは次の図を直流と交流で回路図にしてみます。

この図では電源から導線を使い、電球まで電気を導いています。
この回路に直流を流すと、回路図としてはこのようになります。

この回路では導線に抵抗以外の回路素子は見えません。
純粋に負荷と導線上の抵抗だけを考えればいいことになります。
しかしところが、この回路に交流を流すと次の回路図になります。

先ほどの直流と違い、コイルやコンデンサーがあちこちに現れています。
そのため抵抗だけを考えていたのに比べて、とてもややこしくなります。
交流が電場と磁場による電気的影響を考える必要があるのは、電気回路の物理的構造により、このような自然現象につきまとわれるからです。
自然現象は無くすことが出来ませんので上手くつきあうしかありません。
これが交流を扱う難しさの理由です。



コイルとコンデンサー

コイルとコンデンサーは時間の経過とともに電流や電圧が変化したときに関係してきます。
電圧や電流の変化しない直流では、回路上に存在したとしても電気的な意味をなしません。電場や磁場が発生しても電気的な影響を回路に及ぼさないからです。

       直流回路ではコンデンサーとコイルで電場と磁場が発生しているだけ。


しかし、電圧や電流が変化しようとするとき、電場と磁場が変化し、相互作用により電気的な影響が現れます。
電気的な影響とは電圧や電流の変化を防ごうとする働きです。
コイルは電流の変化を防ぎ、コンデンサーは電圧の変化を防ぎます。
変化を防ぐ、といっても全く変化させないことではありません。変化しようとするその瞬間に常に抵抗するということです。
その様な性質を”リアクタンス”と呼ぶ値で表します。リアクタンスの値が大きいほど変化に対する抵抗力が強くなります。
そんなリアクタンスですが、リアクタンスはエネルギーの消費はありません。
電圧もかかり電流も流れ電力としての概念もあるのですが、エネルギーの消費は無いのです。これもリアクタンスの性質です。

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