エジソン(エジソン電灯会社)のPearl Street Stationが直流発電機で発電し、直流で送電するということを、1882年1月にロンドン、同年9月にニューヨークで行い、一時期は送電と言えば直流が標準であった。しかし、ニコラ・テスラやジョージ・ウェスティングハウスらが交流送電の利点に気付いてそれを推すようになり、激しい電流戦争の末、結局直流送電はすたれ、交流送電が一般化した。, 現代では、直流発電を直接送電するものではなく、なんらかの理由で直流送電が必要であったり有利であったりするために、交流から直流に変換して送電しているものも多い。

インバータ装置はどのようにして周波数を変えているのでしょうか? インバータ装置は、交流電流を直流電流に変換する「コンバータ回路」と「コンデンサ」、そして「インバータ回路」の3つの要素で構成 …

コイルの近くで磁石を動かすと「電磁誘導」という現象によって電気が発生します。発電機の場合も基本的にはこれと同じ。この原理を応用した発電体と呼ばれる部品をエンジンの力で回転させて交流電気を作ります。, 電気の流れ方には直流と交流の2種類があります。直流は電圧が常に一定であるのに対し、交流は時間と共に電圧が変化するのが特徴。蓄電のできる直流は乾電池やバッテリーに、変圧ができて汎用性に優れる交流は家庭用電源にそれぞれ用いられています。, 電気はよく水の流れに例えられます。川をイメージしてみましょう。上流と下流に高低差があるほど水の勢いが増し、川幅が広くなるほど流れる水の量が多くなることが分かると思います。このときの高低差に相当するのが「電圧(V ボルト)」、川幅に相当するのが「電流(A アンペア)」です。「電力(W ワット)」は単位時間あたりの仕事率のことなので、ある時間のなかで上流から下流へ移動した水の量と覚えておくと良いでしょう。この電力は電圧と電流を掛け算することで求めることができます。, W(ワット):使用機器で消費される電力(消費電力) VA(ブイエイ):発電機から出力される電力(発電量), 日本では、富士川(静岡県)と糸魚川(新潟県)のあたりを境に、東側は50Hz(ヘルツ)、西側は60Hz(ヘルツ)の電気が供給されています。家電製品のなかにはどちらかの周波数にしか対応していないものもあり、誤って使用すると性能低下や故障の原因となることもあります。発電機の場合、インバータ発電機は周波数を切り替えられるため、どちらにも対応できますが、その他のタイプは50Hzか60Hzのどちらかの仕様を選ぶことになります。購入の際は使用する電気製品の周波数を確認しておきましょう。, 消費電力が発電機の定格出力をオーバーする場合は、過負荷により電力供給が自動的にストップします。したがって電気機器を使用することはできません。, プラグを差し込むコンセントは出力できる電流の容量に応じて形状が決められています。一般家庭用で使われているコンセントは最大15Aまで出力できるタイプなので、15A×100V=1500W。つまり、最大1500Wまでの電気製品までなら使用できることになります。, 直流電力を交流電力に変換する装置。インバータ発電機では発電した交流電源を一旦直流に変換した後、再度インバータで交流に変換しています。, 騒音の発生源であるエンジンをカバーで覆ったタイプの発電機を防音型発電機と呼ぶのに対し、覆われていないタイプはオープン型発電機といいます。, 「EF1600is」と「EF2000is」の二機種は、同じモデル同士を専用コードで並列接続すること(並列運転)で出力をアップさせることができます。必要な出力量に応じて1台と2台を使い分けられるのがメリットです。, Q3:「電圧(V ボルト)」「電流(A アンペア)」「電力(W ワット)」って何のこと?.

身近に生活している中で直流という言葉や、交流という言葉を耳にしたことがあるのではないでしょうか? 電池を用いた回路では、+極から-極に向かって一定の電流が流れます。このように電流の向きや大きさが一定である電流のことを直流と呼びます。 (電池の直流回路図中の記号はこちらで解説しています。) これに対して、電流の流れる向きと電圧の大きさが一定の周期で変化する電流のことを交流と呼びます。 身近なところですと家に備わっているコンセントでは、交流が流れています。 大学課程 …

身近に使用している電気には、直流と交流がある。壁のコンセントから取れる100Vの電源は、50Hzまたは60Hzの交流電源である。対して、乾電池やACアダプターから得られる電源は直流電源である。 直流電源は、常に一定の電圧を維持している電源で、乾電池や蓄電池は使用するほど消耗し電圧が低下していくが、プラス方向の電圧であることは変化しない。交流電源は、一定の周期で電圧のプラスとマイナスが変化する電源となる。 家庭内で使用している電気機器は、交流のままで使用できない場合が多 … 定格回転数は 1,360rpm である。 (写真1) 高周波発電機 ( High frequency generator ) 大出力を発生させる 超長波送信 設備の心臓部。 主直流電動機により駆動される。 定格回転数1360rpm のとき 5.814kHzの周波数と、出力700kVA (約600kW:送信出力500kW) 直流と交流という用語について説明できる. 代表的な直流と交流の波形を描ける. ... φ である. 周波数f(単位[Hz] = [s 1]) と周期T(単位[s]) の間には次の関係がある. f = 1 T (3 3) 周波数f と角周波数! 15式のThuryシステムは1913年[7] から運転を開始し、ほかのThuryシステムは1930年代までには最大100 kV DCで運転されたが、回転機械は高度な維持管理を求められ、またエネルギー損失が大きかった。いろいろ[要出典]な他の機械式整流器は最初の20世紀前半の間、商業的な成功とともに試験された[8]。, 直流を送電高電圧から最適な低電圧へ変換するために試みられた一つの変換技術に、充電池を直列接続し、次いで充電池を並列に接続して負荷に分配供給するものがある[9]。, 結局2つの商業的実装が20世紀の変わり目ごろに試みられた一方で、充電池の容量制限や、直列・並列接続の切替え、充電池の充放電サイクルの本質的な非効率さといった理由により、この技術は大まかにいって有用とはいかなかった。, ゲート電極つき水銀整流器は1920年から1940年の間に送電施設で利用されはじめた。1932年の始めゼネラル・エレクトリックは水銀蒸気制御器と12 kV直流送電配電線を試験した。これはまた40 Hzの発電を60 Hz負荷に変換するためのものでもあり、ニューヨーク州メカニックビルに置かれた。1941年にはベルリン市向けの水銀整流器を使用した60 MW・+/-200 kV・115 km埋設ケーブル連系が計画された (en:Elbe-Project) が、1945年のドイツ政府の崩壊によりプロジェクトは実行されなかった[10]。プロジェクトについての名目上の設置根拠は、戦時下においては、埋設ケーブルは爆撃目標としてそれほど目立たないだろうということだった。設備はソビエト連邦に持ち去られ、そこで運用に供された[11]。, 1954年の商用サービスにおける完全にスタティックな水銀整流器の導入が、現代的なHVDC送電の始まりとされる。HVDC接続はアセア社により、スウェーデンとゴトランド島の間に建設された。水銀整流器は1975年までに設計されたシステムでは普及していたが、これ以降、HVDCシステムは半導体素子のみを使用するようになった。1975年から2000年まで、サイリスタ制御器を使用した相整流変換器 (LCC:line-commutated converters) の信頼性が向上した。Vijay Soodといった専門家によれば、LCCの座を大幅に奪い取ってきた自己整流変換器の後に次いで、キャパシタ整流変換器 (CCC:capacitor commutative converters) が発端となり、次の25年は強制整流変換器が主要なものとなるだろうとしている[12]。半導体整流器を使用しているため、数百のHVDC海底ケーブルが敷設され、通例高い信頼性のもとに稼働している。, HVDCの利点は、少ない社会的コストで交流送電よりも低損失で、大量の電力を長距離にわたり送電可能なことである。電圧レベルと構造詳細によっては、損失は1,000 km当たり約3 %と見積もられる[13]。高電圧直流送電は電力負荷中心から距離が離れているエネルギー源を効率的に利用することができる。, 長距離の海底高圧線は高い静電容量を持っており、これは絶縁体と導体シースの比較的薄い層で導体が囲まれているためである。この構造は長い同軸状のコンデンサとなっている。交流がケーブル伝送で用いられる場合、この静電容量は負荷と並列に生じる。ケーブルにおけるコンデンサを充電するため、負荷電流を余計に流す必要があり、これはケーブルの静電容量に対する追加損失となる。加えて、ケーブル絶縁体の素材には誘電体損失要素があり、これは電力を消費する。, けれども、直流を使用した場合、ケーブルに最初に通電するか、電圧を変化させたときのみケーブルのコンデンサは充電される。定常状態での追加的電流は不要である。長距離の交流海底ケーブルにとっては、全ての導体の電流通過静電容量は充電電流のみを供給するのに使われうる。これは交流ケーブルの長さを制限している。直流ケーブルはそのような制限がない。しかし、誘電体を流れ続ける直流漏えい電流もあるが、これはケーブル定格に比べればとても小さい値をとる。, HVDCは導体あたりの電力をより多く送ることができる。これは同じ電力定格において、直流の一定電圧は交流の波高電圧よりも低いためである。交流電力においては、実効値 (RMS) 電圧量が標準とみなされるが、RMSは波高電圧の約71 %に過ぎない。交流の波高電圧は実際の絶縁体厚さと導体の間隙により決められる。直流は常に最大電圧で作用するので、等しい寸法の導体と絶縁体を持つ既存の配電線路で、100 %以上の電力を電力消費の高い地域に、交流よりも低損失で送電することができる。HVDCは非同期交流配電システム間の送電を可能にし、これは一つの広域な配電網から別区域への伝播によるカスケード故障 (en:cascading failure) を避けることでシステムの安定性を増加することに寄与しうる。交流ネットワークの一部を非同期・分離することを生じさせる負荷変動は、同様に直流連系に影響しないだろうし、そして直流連系による電力潮流は交流ネットワークを安定化させる傾向にあるだろう。直流連系のどちらの端部でも、交流ネットワークを支持するために直流連系を通じた電力潮流の大きさと方向を直接指令して、必要に応じて変えることができる。, HVDCは交流システムに比べ、おもに余計な変換設備をもつため、信頼性がより少なく、可用性の低さを備えている。1条システムは、約98.5 %の可用性を持っている。故障に対し冗長化した2条システムは、50 %の系統容量において高い可用性を提供するが、全体能力(100 %の系統容量)は約97 %(の可用性)である[15]。, 必須である静止インバータは高価で、負荷容量に制限がある。短い送電距離では静止インバーターの損失は交流送電に比べて大きくなりうる。配電線建設コストの低減と配電線損失の低さをもってしても、インバータのコストは相殺されないことがある。2つの例外を除いて、すっかり旧式となった世界中の水銀整流器は廃棄されサイリスタ装置に置換された。ニュージーランドの北部と南部諸島の間のHVDC計画の1条では水銀整流器を使用しているし、カナダのバンクーバー島の連系の1条も同様である。交流システムと対照して、多端末システムを実現することは複雑であり、既存の計画を多端末システムに広げることも同様である。, 多端末直流システムにおける電力潮流制御は全ての端末との間に優良な通信が要求される。電力潮流は配電線における固有インピーダンスと位相角特性の代わりにインバータ制御システムにより積極的に調整されなければならない[16]。 インバータとは、基本的には直流電流を交流電流に変換する回路(インバータ回路)そのものを指す言葉ですが、特にエアコンや洗濯機などの家電分野では「インバータ装置」を指すケースもあります。, インバータ装置の恩恵を受けているのは、家電だけではありません。エレベータの揚げ降ろしや工場のコンベアーが急加速や急停止しないようになっているのは、モーターの加速がうまく調整されているためです。モーターの速度調整にはインバータ装置が役立っています。, インバータ装置とは、どんな技術なのでしょうか? エアコンを例にしてみましょう。インバータの搭載されていないエアコンは、冷えすぎると運転を休止し、暑くなると運転を再開させるしかありません。室内の温度が安定せず、電力消費が多くなるなど、とても効率が悪いものです。, 一方で、インバータが搭載されたエアコンは、冷房を運転開始時に高速でモーターを回してファンを回転させ、設定温度に近づいたらファンを低速にして緩やかな変化を付けて運転を継続させます。結果、ONとOFFしかないエアコンよりもムダな動きが減らせて省エネでの運転が可能になります。, 家電分野でインバータという単語が頻繁に出てくるのは、そのためです。また、近年増えているIH調理器具でもインバータ装置は活躍しています。IH調理器具では20kHz~90kHzという非常に高い周波数の交流電流を使用します。これもインバータ装置により周波数を変えることで利用できるようになっています。, 用途に合わせてモーターの回転速度や加速度を柔軟に変えることができる機能は、大変便利なものです。では、なぜインバータ装置はモーターの回転速度を柔軟に変えられるのでしょうか。, インバータ装置は、コンセントからの交流電流を任意の周波数や電圧に変更する目的で多く使われます。, コンセントから供給される電圧と周波数は、東日本なら100V、50Hz、西日本なら100v、60Hzと決められており、モーターの回転数は周波数によって決まるため、コンセントとモーターを直接つなぐだけでは、回転数を連続的に変化させられないのです。, そこでインバータ装置を用いて周波数を変えることによってモーターの回転数を変化させます。, インバータ装置はどのようにして周波数を変えているのでしょうか? インバータ装置は、交流電流を直流電流に変換する「コンバータ回路」と「コンデンサ」、そして「インバータ回路」の3つの要素で構成されています。, まず、コンバータ回路で交流を直流に変換し、コンデンサに充電や放電を繰り返しながら安定した直流に整えます。次に、インバータ回路で直流を任意の周波数や電圧で交流に変えて出力にします。, では、インバータ回路の動作の原理について、下図のように4つスイッチを組み合わせた回路図を元に解説します。インバータ回路は直流を交流に変換します。, 回路に直流電源を接続して、負荷に対してスイッチ①と④がONの状態の時に②と③がOFF、①と④がOFFなら②と③がONと、対になるように一定周期で繰り返すと、負荷に流れる電流の方向が切り替わってプラスとマイナスの電圧で出力され、交流電流を作りだします。この技術が「スイッチング技術」です。, なお、スイッチング技術を用いた回路は、交流を直流に変換することもできます。電圧が正方向のときはスイッチ①と④を閉じ、電圧が負方向のときはスイッチ②とスイッチ③を閉じると、負荷に対しては常に同じ方向に電流が流れます。, 現在、ITの発達とIoTの普及により、より効率よく電力供給と消費を行う「スマートグリッド」の構想が持ち上がっています。スマートグリッドとは、ITによりリアルタイムの消費電力を把握し、その近くに集中的な送電を行うことで、より効率的に送電できる構想です。, スマートグリットを可能にするためには、電気自動車や太陽電池などの最新の技術が必要になります。ここでもインバータ回路はさらなる貢献が期待されています。, 電気自動車は車に搭載されたバッテリーの電気を使ってモーターを動かして走ります。しかしバッテリーから得られる電気は直流電流ですので、モーターを効率よく動かすためには交流電流に変換する必要があります。このときにインバータが使用されます。, メガソーラーも同様です。太陽電池から作られる電気は直流電流ですので、一般的に使用されている電気と同じ周波数、電圧に整えて送り出します。, スイッチを高速に動作させ、制御することで電力を自在に出力できるインバータの原理は、コンバータの省エネルギー化や小型化にも利用されています。スイッチを使って電力を変換するコンバータのことを、「スイッチング電源」と呼んでいます。, 電子機器には、電圧変動の少ない安定化した直流が必要です。以前は、家庭用の交流電力を低電圧にして直流に変換するために、リニア電源と呼ばれるタイプの「ACアダプタ」が使われていました。ゲーム機やノートパソコンのアダプタがわかりやすいでしょう。, リニア電源は、入ってきた電気についてまずトランスを介して電圧を下げます。その後シリコンダイオードの回路を通し、交互に流れていた電気を片方だけに変える整流が行われ、コンデンサにより平滑化されて電子機器の回路へと向かっていました。, このトランスに大きな鉄心が使われるため、従来のACアダプタは大きく重たかったのです。, これを大きく変えたのがスイッチング回路を用いたコンバータです。スイッチング回路を使用したコンバータでは始めに電圧を下げるのではなく、スイッチング回路を通します。, スイッチング回路で交流電流の向きを整え、その後に電圧変換を行います。しかし一般には整流された電気ではトランスによる電圧変換ができません。, そこで半導体素子を通し、一定した電圧が断続的に流れるパルス波に変換します。これにより疑似的な交流電流のようになり、トランスにより電圧変換が行えるようになります。またこのときの周波数は数10kHz~数100kHzと高周波になるため、トランスの大きさが小さくて済む利点があります。これにより、小型で軽いコンバータが実現されました。, インバータの最新動向として、パワーデバイスが注目されています。パワーデバイスとは、半導体を素材としてつくられた回路素子のカテゴリのひとつで、インバータやコンバータの半導体として電力を供給することができます。スイッチングを行えるパワーデバイスには、パワートランジスタやサイリスタがあります。, パワーデバイスの特徴として、電流容量や耐電圧が大きいこと、発熱が少なく放熱が良いことなどが挙げられる一方で、電力を流した際に一部が熱として逃げるなどの電力損失が発生してしまいます。最近では改良により損失が低減したものの、物理的に改善が見込みにくいとも言われています。, そこで、半導体の素材として現在利用されている「シリコン」よりも、電気を通しやすく、電力損失が発生しにくい新素材でのパワーデバイス開発が進められ、炭化ケイ素(シリコンカーバイト)、窒化ガリウム(ガリウムナイトライド)が注目を集めています。, まだ製造費が高いなどの問題は多いものの、より複雑かつ高機能な回路の構築と共に、インバータの活用範囲はより広がっていくでしょう。, 松定プレシジョンでは、コンパクトながら多彩な機能と余裕の出力を誇る高性能交流電源(交流電圧・周波数変換器)を取り扱っています。. 交流と直流の違い。 3相モーターの回転方向を変えるには? 周波数とは? 東日本(50Hz)、西日本(60Hz)、の違いで発生する問題とは? 直流電源の極性を間違えると?

", McGraw Hill, 1978, Current modulation of direct current transmission lines, World Bank briefing document about HVDC systems, ACW's Insulator Info - Book Reference Info - History of Electrical Systems and Cables, http://www.amazon.com/gp/reader/1402078900/ref=sib_fs_top?ie=UTF8&p=S00T&checkSum=kIuBlcbI0cpOJz1UiVfSKdIqFhPcDOXQ98WG3SabLpA%3D#reader-link, Siemens AG - Ultra HVDC Transmission System, HVDC Classic reliability and availability, Source works for a prominent UK engineering consultancy but has asked to remain anonymous and is a member of Claverton Energy Research Group, High Power Direct-Light-Triggerd Thyristor Technology, ABB HVDC Transmission Que'bec - New England, “Low Cost but Totally Renewable Electricity Supply for a Huge Supply Area -- a European/Trans-European Example --”, http://www.iset.uni-kassel.de/abt/w3-w/projekte/LowCostEuropElSup_revised_for_AKE_2006.pdf, http://www.claverton-energy.com/ttechnical-feasibility-of-complex-multi-terminal-hvdc-and-ideological-barriers-to-inter-country-exchanges.html, http://www.claverton-energy.com/european-super-grid-2.html, http://www.awea.org/GreenPowerSuperhighways.pdf, David Strahan "Green Grids" New Scientist 12 March 2009, https://ja.wikipedia.org/w/index.php?title=直流送電&oldid=80269431, この項目では、電力流通における送電方式について説明しています。電気製品における電源供給方式については「, 正負2回線にした場合、帰路を共用できるため、3条で2条に比較して2倍の電力を送れる(交流は1.73倍)。, 交流の電力系統を周波数的・電圧的に分離できる。周波数動揺などの影響を遮断できて潮流調整が容易。, 交流送電に比べて変圧設備が高価であり、過負荷容量が小さい。短距離の送電では、同距離の交流送電に比べて、変圧設備でのロスが大きくなる。この変圧の難しさは、大容量送電の効率が決定的に違ってしまうという、かつて直流送電が交流送電に敗れた最大の要因であり、現在でも高圧の直流と直流とで変圧することはまず無い。, 大容量の直流遮断は難しい。交流は電流零点を有するため、この点で電流を遮断する事が可能である。電力系統で使われる, 配電線費用の低減。HVDCは複合位相に対応する必要がないために導体がより少なくて済む。また、HVDCが, 通常の負荷においては、1条金属帰路送電の場合と同様にごくわずかな大地電流しか流れない。これは大地帰路損失と環境への影響を低減する。, 配電線に事故が発生した場合、大地帰路電極が各端局に導入されていれば、リターンパスとして大地が使われることで1条モードとして、およそ半分の電力を流し続けることができる。, 1条配電線の電流の半分しか運ばない2条配電線の導体それぞれに最大電力定格が与えられるため、2番目の導体は同定格の1条配電線よりもコストを縮減できる。, 地形があまりにも適していない場合、片方の配電線が損傷してもある程度の電力が送電し続けられるように、2番目の導体は送電線鉄塔を分離して架けることができるだろう。, 同じ公称周波数であるが固定した相関係を持たない、2つのネットワークの結合(1995/96年までの.



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