電圧降下とは?電気回路の基礎

電気回路は必ず、電池などの電源とモータなどの負荷とがセットになっています。
それらを接続するのに、必ず配線が必要となります。
当たり前のことを言っているようですが、この配線が重要となる電圧降下の計算が第二種電気工事士試験にはよく出題されます。配線の電圧降下についてしっかりと理解しておくようにしましょう。

配線の電圧降下はなぜ起こる?

上記のような回路を考えてみます。
この場合、電源と抵抗の間を配線でつながれていますが、配線の抵抗が0〔Ω〕だった場合、負荷抵抗100〔Ω〕には電源電圧100V全ての電圧がかかります。
しかし、配線も金属ですが、わずかな抵抗が含まれています。
この抵抗にも電源からの回路となりますので、電源電圧の一部がかかることになります。
そうなった場合、負荷抵抗の100〔Ω〕には100V全ての電圧がかかるのではなく、電源電圧から、配線にかかる電圧を引いた電圧がかかることになります。
このように配線によって電圧が落ちることを電圧降下と言います。

電圧降下の具体的な計算

電圧降下の具体的な計算方法です。
電線の抵抗r〔Ω〕の大きさによって、抵抗にかかる電圧が変わることが分かります。
また、通常、配線は2本でワンセットとなるため、抵抗値が二倍となります。

電線の抵抗rが1〔Ω〕だった場合、電源100Vの構成する回路に流れる電流は

100〔V〕=(100+1+1)〔Ω〕×I〔A〕

となりますので、

I〔A〕=100÷102=0.98〔A]

となります。

電圧降下は 2×1〔Ω〕×0.98〔A〕=1.96〔V〕

となります。

負荷抵抗100〔Ω〕にかかる電圧は、この電圧降下分を引いた電圧となりますので、

100〔V〕-1.96〔V〕=98.04〔V〕

となります。

配線の太さによって配線抵抗が変わる

配線の抵抗が大きく、電圧降下が多くなると、実際に負荷として使用したい抵抗には電圧が低くなってしまうことが分かります。
大きな電流が流れると配線の抵抗が小さくても、電圧降下が大きくなります。
電圧降下が大きくなりすぎると、実際に使用するモータや電熱器などの負荷に欲しい電圧がかからずに、電気をいれても動かなくなるといったことが起こります。
電気工事の実務でも、配線の電圧降下の計算は重要な意味を持ちます。
この配線の電圧降下はオームの法則が理解できれば解くことができますので、ぜひ電気工事士試験でも、実務でも活用していきたいものです。

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