電気のおはなし
1-2 回路の種類
電気回路には大電流、大電力の発電系、送電系からの大工場、大型ショッピングモールなどの受電系、一般家庭の受電系、パソコン、スマホなどのプリント基板のパターンを流れる小電流回路、ICやLSI内部の微小電流まで扱う電流の大小により多くの種類があります。
電気自動車(EV)やプラグインハイブリット車(PHV)では、駆動モータに大電流を流して大トルクを発生する必要があります。大電流を畜電池からモータへ流すと電気回路のハーネス重量が重くなってしまうので蓄電池の電圧は、セルを直列接続して400~600Vのユニットにして搭載しています。
充電は、充電スタンドから有線でコネクタを接続して行われます。この充電操作は面倒なので充電コネクタを差し込む操作が不要な電磁結合を使ったワイヤレス充電システムの研究が実用化に向けて進められています。
図1:電気自動車の充電スタンドとワイヤレス充電
最近は電気回路を内蔵した電気設備から家電製品まで赤外線(IR)リモコンからスマホなどを使った無線リモコンまで広がっています。 自動改札機を通過するときにカードをかざすと自動改札機からカード内のアンテナを通して電磁波の電力がICチップへ送られ、 交信が行われ、 デポジットされている残金が所定以上ならゲートが開き、構内へ入場できます。出場するときはデポジット残額が計算され、この金額がICチップに記憶されます。 このように電力の送電手段も電線の回路からワイヤレスな回路まで広がりを見せています。ワイヤレスで宇宙からマイクロ波で大電力を送る技術の研究も進んでいます。
図2:自動改札機のしくみ
インターネットを伝送する回路にも大容量を高速で送る回線が求められ、従来主役だった電話回線やケーブルテレビなどから無線を使った3G、4G、LTEなどの高速通信回線に主役の座を譲りつつあります。
電気設備や洗濯機、エアコンなどの電気機器を設置するときには大地に埋められた電極へ接続します。これは漏電電流や落雷による大電流が発生した時に大地へ流す接地回路を形成して安全を確保するためです。
このように電気回路は、切り出す範囲と目的により、次の表に示すようにいろいろな回路があり、固有の名前が付けられています。次回からは様々な電気回路を具体的に学んでいきましょう。
表1:回路の形成
電気/電子/無線回路 | ||||
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回るもの | 大電流 | 中、小電流 | 微小電流 | 電磁波 |
路 | 送電ケーブル | 電線、ハーネス等 | 微細な配線パターン | 大気の伝搬空間 |
使用目的 | 電力送電 | 電気設備・機器の電源 | 集積回路の電源 | 情報伝送 |
『電気のおはなし』の目次
第1章 電気回路
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1-1回路とは漢字が示す通り、回って戻って来る路が回路です。回路を循環しているものが電気なら電気回路、電子なら電子回路になります。
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1-2回路の種類電気回路には大電流、大電力の発電系、送電系からの大工場、大型ショッピングモールなどの受電系、一般家庭の受電系、パソコン、スマホなどのプリント基板のパターンを流れる小電流回路、ICやLSI内部の微小電流まで扱う電流の大小により多くの種類があります。
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1-3交流回路とは交流波形をした電圧や電流が電源から負荷に流れているのが交流回路です。
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1-4直流回路とは直流電源を使用している回路や部品、機器、設備の内部には直流回路が形成されています。直流電源には直流発電機、電池、交流から直流に変換する電源アダプターなど多くの種類があります。
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1-5並列回路とは工場の電動機や照明等の負荷への配線、オフィスの複写機、パソコン等の負荷への配線、住宅内のエアコン、家電品等の負荷への配線など電力会社から受電した電気を負荷へ供給している配線回路のほとんどが並列回路を形成しています。
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1-6直列回路とはスマホ、ノートパソコンなどの携帯電子機器ケースの内部には充電できる二次電池のホルダーが収納されています。 中
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1-7分岐回路とは退避線のある駅に各駅停車の電車が近づくと本線から分岐された線路を通って目的のプラットホームへと向かい停車します。
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1-8遮断回路とは地震や火災、風水害が発生した時や保守点検、工事安全確保が必要な場合や目的に達した時に電路と切り離し動作を行う回路に遮断回路があります。
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1-9プリント配線板とは電子回路や電気回路の配線の一部を印刷して展開した板をプリント配線板とよんでいます。
第2章 電気の測定
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2-1電気回路測定の心得電気回路の測定に入る前に測定する周囲の電場環境や磁場環境など周囲環境が電気回路や電子回路にどのような影響を与えているのかを調べておきたいと思います。
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2-2電圧の測定電圧の測定器はメーターの針で測定値を示す指針型のアナログ計器とLEDや液晶の表示器に測定値を数字で示すデジタル計器とにわけられます。
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2-3電流の測定電圧の測定で紹介した回路計(マルチメータ)の電流測定機能と測定範囲は機種によって異なっています。
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2-4抵抗の測定抵抗測定というと、Ωレンジへ切り替えて測定するテスタ、マルチメータをイメージしてしまいがちです。
第3章 回路計
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3-1テスター(回路計)とはテスターは、機種により装備している機能が異なりますが電気回路、電子回路の電圧や電流、電子部品の抵抗、容量などが手軽に測定できる便利な測定器です。
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3-2アナログテスターの使い方アナログテスターの電圧や電流の測定では測定部位にテストリードのテストピンをあてがいます。テストピンで取り出された電圧や電流は、切り替えつまみ
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3-3デジタルテスターの使い方デジタルテスターでも電圧や電流の測定ではアナログテスターと同じく測定部位にテストリードのテストピンをあてがいます。テストピンで取り出された電圧や電流は、切り替えつまみで切り替えられたスイッチ回路を通してAD変換器を中心とするLSIと周辺回路へ送られます。
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3-4自動車用テスターとスキャンツール現在の自動車は電気回路や電子回路やマイコン、センサーにより電子制御されています。今後、自動運転化が進むにつれてこの電子制御化傾向はさらに加速していくものと思われます。
第4章 電気用品
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4-1電気回路と関係のある法律とマーク電気回路と関係がある国内と海外の安全に関する法律や安全マークに数回にわたって解説していきます。
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4-2JIS日本工業規格とは今回は、電気回路に関係している電気設備、電気用品、電気部品、電気材料や機械部品などの標準化を定めている日本工業規格(JIS:Japan Industrial Standards)(以下JIS)について調べていきましょう。
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4-3電波法と技適マークについて電波を公平かつ能率的な利用を確保することによって、公共の福祉を増進することを目的として定められたのが電波法です。多くの政令や省令に詳細が定められています。
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4-4人工知能(AI)とは準備中
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4-5CEマーク準備中
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4-6ULマーク準備中
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4-7CSAマーク準備中
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4-8FCCマーク準備中
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4-9VCCIマーク準備中
第5章 発電
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5-1発電の種類準備中
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5-2水力発電準備中
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5-3風力発電準備中
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5-4火力発電準備中
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5-5地熱発電準備中
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5-6バイオマス発電準備中
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5-7原子力発電準備中
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5-8内燃機関発電準備中