交流電源とは
交流電源とは、周波数を持って向きと大きさを変える交流電力のことを指します。
電力会社から一般家庭へ供給される電力は全て交流電源です。エアコン、冷蔵庫、照明器具などのコンセントに刺す家電は全て交流電源で動きます。
産業用途では、直流を交流へ変換する装置を交流電源装置と呼ぶこともあり、幅広く用いられています。
交流電源の使用用途
交流電源は一般家電から産業機器まで幅広く用いられます。
家庭用機器としては、ドライヤー、エアコン、電子レンジなど多くの家電が交流電源で動きます。産業用機器としては、業務用冷凍機や、排気用換気ブロワ、工業用水汲み上げポンプなどの電力源はほとんどが交流電源です。
IT業界などでは、重要なデータサーバーやデータストレージを保護するために無停電電源装置が使用されます。無停電電源装置とは、通常時は商用電源でバッテリーを充電しつつ交流電源を給電し、商用電源が切れたらバッテリーから電源を供給する商品です。交流電源装置と言った場合には、この無停電電源装置を指すこともあります。
データサーバなどは重要かつ精密機器です。交流電源のわずかな乱れによって故障する危険もあります。無停電電源装置は、これら精密機器に乱れのない交流電源を供給する目的でも使用されます。
また、意図的に交流電源の乱れを生み出すことで電気機器に故障が発生しないかを試験するためのシュミレーターも販売されています。
交流電源の原理
商用の交流電源は、主に同期発電機によって供給されます。同期発電機は、電磁誘導作用を利用して電力を供給します。
電磁誘導作用とは、巻銅線に磁石を近づけたり離したりすると電圧が発生する原理です。同期発電機は、内部で強力な磁場を発生させつつ巻線を高速回転させることで発生する電圧によって電力を生み出しています。
IT業界における交流（安定化）電源装置はACスタビライザ方式（AVR）と周波数コンバータ方式（CV・CF）の2つに大別されます。
1. ACスタビライザ方式
ACスタビライザ方式には出力電圧・波形を安定させる目的があり、周波数コンバータ方式にはそれに加え、周波数を安定化させる目的があります。
ACスタビライザ方式は、スライダック方式とタップ切り替え方式に大別されます。スライダック方式は、サーボモーターなどで変圧器のタップを連続的に切り替えることで交流電圧を一定に保つ方式です。
タップ切り替え方式では入力された交流電流の電圧を基準となる電圧と比較し、誤差を修正し出力する方式です。
2. 周波数コンバータ方式
周波数コンバータ方式はリニアアンプ方式とインバータ方式に大別されます。どちらの方式でも交流電流を一度直流電流に変換します。
その後、リニアアンプ方式ではリニアアンプを、インバータ方式ではDC/ACインバータを用いて出力電圧・周波数の補正を行い、交流電源として出力します。
交流電源のメリット
交流電源のメリットは大きく分けて2つあります。
1. 変圧が容易
交流電源は、変圧器の巻線比に応じて変圧を容易に行えます。長距離送電は高電圧で行うことで損失を少なくでき、需要場所に変圧器を置くことで容易に電力を取り出せます。
直流電源を用いても電圧を変換することは可能なのですが、コンバータ本体のコストや変換時の時間がかかってしまいます。この電圧を調整する方法により、送配電の設備コストを抑えることができるというのが交流電源の最大のメリットです。
2. 回路の遮断が容易
プラス電圧とマイナス電圧を交互に繰り返すというのが交流電源の特徴です。もし事故や災害の時に電流を一時的に止めたい場合、電流ゼロの瞬間を利用して遮断することで電気系統や遮断器本体に与えるダメージを抑えることができます。
交流電源のその他情報
交流電源の発明
交流電源を発明者した人物は、ニコラ・テスラという発明家です。テスラは現在のクロアチア共和国で生まれ、幼少期から数学が得意でした。
グラーツ工科大学在学中に「グラム発電機（発電機とモーターの両方機能を持つ直流電流の発電装置）」を目にしたテスラは、発電方法の改善について考えることになります。その5年後に、世界ではじめての交流電流の発電装置「二相交流モーター」の発明に成功しました。
その後テスラは交流電流の考えを発展させていき、直流電流で有名なトーマス・エジソンのもとで働くことになりました。しかし、直流電流の発明者であるエジソンは、テスラの発明した交流電流に対して否定的でした。
両者とも自身の発明した電流の有用性や安全性をアピールし、後に「直流電流のエジソンvs交流電流のテスラ」という構図が出来上がりました。この対立の末テスラの交流電流が世間的に認められ、現代では、交流電流はなくてはならないものになっています。
参考文献
OJO http://kojo-seiko.co.jp/technology/001.html
エヌエフ回路設計ブロック http://www.nfcorp.co.jp/techinfo/dictionary/055.html
KIKUSUI https://www.kikusui.co.jp/knowledgeplaza/?d=powersupply2&p=3
https://electric-facilities.jp/denki1/souden.html