【STEP5-6】コイルの交流回路｜電流が遅れる理由と誘導性リアクタンス

STEP4で、コイルは電流の変化を妨げると学びました。交流では変化が続くため、その性質が位相差として現れます。

交流で手が止まりやすいのは、「コイルは電流が90°遅れる」を理由なしに暗記し、周波数との関係を読まないことです。

交流は、波形を描いてから位相を読み、ベクトルにしてから式を選ぶ。

まず、現象を言葉で読む

純コイルでは、変化する電流が自己誘導起電力を生み、電流の変化を妨げます。そのため電流は電圧より90°遅れます。交流を流れにくくする大きさを誘導性リアクタンスXLといい、周波数とインダクタンスに比例します。

• 電流は電圧より90°遅れる
• XLはfに比例
• XLはLに比例
• 同じVならXLが大きいほどIは小さい

波形と位相をつなぐ

横軸の時間、縦軸の大きさと向きを確認します。次に、同じ状態へどちらが先に着くかを見て、進み・遅れを決めます。

公式は、図の関係を短く書いたもの

X_L=\omega L=2\pi fL,\qquad I=\frac{V}{X_L}

fまたはLが大きいほどXLが大きくなり、同じ電圧なら電流は小さくなります。直流の定常状態ではf=0なのでXL=0です。

小さな数字で確認する

f=50 Hz、L=0.20 HならXL=2π×50×0.20=20π≈62.8 Ω。V=100 VならI≈1.59 Aです。

電験3種での読み方

1. 実効値と周波数を確認する
2. 直列か並列か、共通量を決める
3. 進み・遅れを波形またはベクトルに描く
4. 単位をそろえてから式へ入れる

まとめ

純コイルでは、変化する電流が自己誘導起電力を生み、電流の変化を妨げます。そのため電流は電圧より90°遅れます。交流を流れにくくする大きさを誘導性リアクタンスXLといい、周波数とインダクタンスに比例します。

次はLesson7「コンデンサの交流回路」です。