Y-Δ変換とΔ-Y変換

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Y-Δ変換Δ-Y変換三相交流で使われるΔ形回路Y形回路を相互に変換する変換である。

非対称なインピーダンスをもつ回路[編集]

本項では、非対称なインピーダンスをもつ回路を含む、一般のY-Δ変換・Δ-Y変換について説明する。 三相をa,b,cとする。

Y結線
Δ結線

電圧[編集]

Y型回路の電圧V0,Va,Vb,Vc(V0中性点の電圧), Δ型回路のc→b→a方向の電圧をVab,Vbc,Vca キルヒホッフの電圧則より

Vab=VaVb
Vbc=VbVc
Vca=VcVa
Vab+Vbc+Vca=0

電流[編集]

Y型回路の中性点に流れ込む電流Ia,Ib,Ic, Δ型回路のa→b→c方向の電流をIab,Ibc,Icaとする。 キルヒホッフの電流則より

Ia=IabIca
Ib=IbcIab
Ic=IcaIbc
Ia+Ib+Ic=0

インピーダンス[編集]

Y型回路のインピーダンスをZa,Zb,Zc, Δ型回路のインピーダンスをZab,Zbc,Zcaとする。 前述の電圧と電流およびオームの法則より

Za=ZabZcaZab+Zbc+Zca
Zb=ZbcZabZab+Zbc+Zca
Zc=ZcaZbcZab+Zbc+Zca
Zab=ZaZb+ZbZc+ZcZaZc
Zbc=ZaZb+ZbZc+ZcZaZa
Zca=ZaZb+ZbZc+ZcZaZb

以下は詳しい導出である。

VaZa=Ia=IabIca=VabZabVcaZca=VaVbZabVcVaZca
VbZb=Ib=IbcIab=VbcZbcVabZab=VbVcZbcVaVbZab
VcZc=Ib=IcaIbc=VcaZcaVbcZbc=VcVaZcaVbVcZbc

なので

V0=(1ZaZabZaZca)Va+ZaZabVb+ZaZcaVc
V0=(1ZbZbcZbZab)Vb+ZbZbcVc+ZbZabVa
V0=(1ZcZcaZcZbc)Vc+ZcZcaVa+ZcZbcVb

である。これらは任意のVa,Vb,Vcについて成立するため、3式のVa,Vb,Vcの係数は一致するから

(1ZaZabZaZca)=ZbZab=ZcZca(1)
(1ZbZbcZbZab)=ZcZbc=ZaZab(2)
(1ZcZcaZcZbc)=ZaZca=ZbZbc(3)

となる。整理して

(1Za(Zab+Zca)ZabZca)=ZaZbcZabZca((1)(3))
(1Zb(Zbc+Zab)ZbcZab)=ZbZcaZbcZab((2)(1))
(1Zc(Zca+Zbc)ZcaZbc)=ZcZabZcaZbc((3)(2))

よって

Za=ZabZcaZab+Zbc+Zca
Zb=ZbcZabZab+Zbc+Zca
Zc=ZcaZbcZab+Zbc+Zca

また、それぞれ

Zca=ZcZabZb((1))Zbc=ZcZabZa((2))Za
Zab=ZaZbcZc((2))Zca=ZaZbcZb((3))Zb
Zbc=ZbZcaZa((3))Zab=ZbZcaZc((1))Zc

代入して

Za=ZabZcZabZbZab+ZcZabZa+ZcZabZb
Zb=ZbcZaZbcZcZbc+ZaZbcZb+ZaZbcZc
Zc=ZcaZbZcaZaZca+ZbZcaZc+ZbZcaZa

よって

Zab=ZaZb+ZbZc+ZcZaZc
Zbc=ZaZb+ZbZc+ZcZaZa
Zca=ZaZb+ZbZc+ZcZaZb

対称三相交流回路[編集]

三相交流では三つの電源(発電機のコイルと考えても、変圧器のコイルと考えてもよい)から3本の導線を使って負荷に電力を供給するものである。三相の接続は二つの方式がある。Yの形に接続したものをY接続または星形接続といい、Yの中心部である点Nを中性点という。この場合、それぞれ一つの電源が一つの負荷に電力を供給し、電流I1、I2、I3は3つの電源を出ていずれも中性点N同士を結ぶ導線を通って帰ると考える。

これに対して正三角形に接続したものをΔ接続または環状接続という。電力関係では、両方の接続方式ともよく用いられるが、、Y接続は主に送電線で用いられ、Δ接続は主に配電線で用いられる。

対称3相交流電圧のYーΔ変換[編集]

  1. Y接続の中性点からa相、b相、c相へ向かう電圧Va、Vb、Vc相電圧または星形電圧という。
  2. Δ接続の正三角形の頂点a、b、cとの間の各相間(例えばa-b相間など)の電圧を線間電圧という。またY接続の各相間の電圧も線間電圧という。これをVab、Vbc、Vcaとする。
  3. 相電圧と線間電圧の関係は

Va=Vb=Vc=VY

Vab=Vbc=Vca=VΔ

とすると、三平方の定理より、

3VY=VΔ

となる。つまり、相電圧√3VY=線間電圧VΔとなる。

また、対称3相交流電圧のフェーザ図からは、

Vab˙=Va˙Vb˙=V(12j32)V=(32+j32)V=3V(32+j12)

=√3V∠30°=V1∠30°

Vbc˙=Vb˙Vc˙=(12j32)V(12+j32)V=j3V=3V(j3)

=√3V∠-90°=V1∠-90°

Vca˙=Vc˙Va˙=(12+j32)VV=(32+j32)V=3V(32+j12)

=√3V∠150°=V1∠150°

対称3相交流電流のY-Δ変換[編集]

Δ接続の正三角形の頂点a、b、cから外部へ向かう電流

Ia˙, Ib˙, Ic˙

線電流もしくは相電流という。また、Δ上を流れる電流

Iab˙
Ibc˙
Ica˙

環状電流という。

今、Iabを基準としてIab =Ir∠0°とすると両者間の関係を示すフェーザ図を作成する。

中点Nから0°、-120°、120°からのベクトルを

Iab˙=Ir˙

Ibc˙=(12j32)Ir˙

Ica˙=(12+j32)Ir˙

とすると、キルヒホッフの第1則から、

Ia˙=Iab˙Ica˙
Ib˙=Ibc˙Iab˙
Ic˙=Ica˙Ibc˙

となるので、次の式が得られる。

Ia˙=Iab˙Ica˙=Ir˙(12+j32)Ir˙=(32j32)Ir˙
Ib˙=Ibc˙Iab˙=(12j32)Ir˙Ir˙=(32j32)Ir˙
Ic˙=Ica˙Ibc˙=(12+j32)Ir˙(12j32)Ir˙=j3Ir˙


以上より次の関係が得られる。

線電流(相電流)I=環状電流Ir×√3

関連項目[編集]