二相交流

二相交流：黎明期の多相交流システム

20世紀初頭、電力供給システムとして発展した二相交流は、位相が90度ずれた2組の交流電流から構成される多相交流システムでした。一般的には4本の電線を用いて送電されましたが、3本で送電する方式も存在し、この場合は共通線に太い電線を使用することで対応していました。初期の二相交流発電機は、2組の回転子と界磁を用いた複雑な構造を有しており、各巻線は並置されることで二相交流を取り出していました。1895年には、当時世界最大規模の二相発電機がナイアガラの滝に設置されたことで、その技術の高さが示されました。しかし、現在では三相交流に取って代わられ、産業用途ではほとんど見られなくなっています。一部の特殊な用途、例えば20世紀に製造された鉄道車両の機器などでは、現在も使用されている場合があります。

二相交流と単相交流の比較

二相交流の大きなメリットの一つは、自己始動電動機の簡素化に貢献できた点にあります。初期の電気工学においては、位相が完全に分離された二相交流の方が、解析や設計が容易でした。1918年に対称座標法が発見されるまでは、多相交流における不均衡な負荷を効率的に解析する手法が確立されていなかったため、二相交流はその点で優位にありました。

二相交流は回転磁界を発生させることで電動機の始動を容易にしました。一方、単相交流では、始動トルクを得るために追加の機構が必要でした。二相誘導電動機と単相コンデンサ始動式誘動電動機は構造が似ていますが、前者は2つの巻線のインピーダンスが等しいのに対し、後者は異なる点が挙げられます。単相モーターはコスト削減が容易ですが、始動性能が犠牲になる場合があります。しかし実際には、一部の単相コンデンサ始動型電動機やコンデンサ誘動電動機は、二相や三相誘導電動機よりも優れた始動特性を示す場合もあります。

二相交流と三相交流の比較

二相交流（二相4線式）は、三相交流と比較して、同じ電圧と電力量を供給するためにより多くの導体が必要となるという欠点がありました。商業用の電力供給はコスト面から三相交流に取って代わられましたが、一部の制御システムでは現在も二相交流が使用されています。二相交流では、変圧器や電動機における積層板の磁化による機械的ノイズや、回転軸の振動が増加する傾向がありました。

二相交流は、4本の電線（二相4線式）で構成されていますが、3本の電線で送電する方式も存在します。しかし、この場合は共通線に各相の電流のベクトル和が流れるため、太い電線を使用する必要がありました。これに対し、三相交流は、同じ太さの3本の電線で送電できるため、配線コストの面で優れていました。

三相交流から二相交流を得るには、2台の単相変圧器をスコット結線することで実現可能です。

まとめ

二相交流は、初期の電力システムにおいて重要な役割を果たしましたが、三相交流に比べて送電効率や経済性に劣ることから、現在では産業用途での使用は限定的です。しかし、その歴史的意義や技術的特徴を知ることは、現代の電力システムを理解する上で重要な要素となります。

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