直流と交流の違い 【ACとDC】メリットとデメリット

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電気
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電気には交流(AC)と直流(DC)があります。
家庭用電源は交流でバッテリーは直流です。
それぞれどのような違いがあるかを説明していきます。

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交流【Alternating Current】

Alternating Currentの頭文字でACです。
オルタネイティングカレントと読みます。
交互の電流の意味になります。

交流の性質

一定の周期でプラスとマイナスを繰り返します。
家庭用のコンセントをどちらの向きで差しても使えるのはこの性質のおかげです。

一秒間に何回波を繰り返すかを表しているのが周波数です。
関西では60Hz、関東では50Hzです。
関西の方が波の数が多くなっています。

交流では電圧・電流は常に変化していて一定ではありません。
家庭用は100Vですが瞬間では±141Vまで変化しています。
0になる瞬間もあります。電圧を表示することが難しいので実効値という表現を使います。
100Vは実効値です。直流電源の100Vと同程度の仕事量ができることになります。

トランスを使うことで比較的簡単に変圧をすることができます。
発電所から送電する際に高電圧で送ることで電流を低く抑えることで、送電による
損失を小さくすることができます。
P=I²×Rのため電流が小さい方が電線で消費されるPが小さくなります。

当然家庭用では変圧して小さくすることが必要になります。

0Vの瞬間を狙って電源を断つことでアーク(火花)を小さくすることもできます。

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直流【Direct Current】

Direct Currentの頭文字でDCです。
ダイレクトカレントと読みます。

直流の性質

直流は電流が一定の向きで流れ続けます。
電圧と電流は変化しません。

電池から取り出す電源は直流になります。これは反応によって起きる電子の移動が
一方向の反応だからです。
電池の向きを間違えると正しく動作しなかったり、電源の極性を間違えると
最悪の場合は機器を壊してしまいます。

充電ができるのが直流の特徴です。
ハイブリッド自動車や電機自動車も直流を電池にため込んでいます。
次世代の電池はよりエネルギー密度を高めるための研究が行われています。

直流は電圧の変換が交流に比較すると困難です。
一度交流に変換してから欲しい電圧の直流を作り出す操作をします。
DC-DCコンバーターなどの複雑な機器が必要です。

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それぞれの送電方式

日本では大部分が交流送電が行われていますが直流送電網も一部では使用されます。

北海道と本州の間の津軽海峡および四国と本州の間の紀伊水道の海底ケーブルを
使って直流送電が行われています。

直流送電

送電端で交流を直流に変換し送電線路を通して送電する方式です。

長所

・インダクタンスと静電容量の影響を受けないので電線の許容電流の限界まで
送電できる。

・交流送電に比べ絶縁が容易(交流では√2倍の電圧を考慮する)になり
コロナ放電の対策が有利になる。

・導体が二条でよい線路の建設コストが抑えられる。

短所

・送電端及び受電端に直-交変換装置が必要になり線路建設との兼ね合いで
かえって建設費用が膨らむ可能性がある。

・大地帰路方式を採用すると地中に埋めた金属構造体に電食を起こす可能性がある。
漏れ電流によっても電食の恐れがある。

・直-交変換装置により高調波の発生があるので高調波障害対策が必要になる。

・交流と異なり電圧電流が0になる瞬間があるので高電圧・高電流になるほど遮断が
困難になる。

交流送電

・変圧器により比較的簡単に高効率で変成ができる。

・交流は電圧電流が0になる瞬間がありこのタイミングを狙って
大電流を遮断することができる。

現在では大電力変成の面から有利な交流送電が広く採用されています。

 

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