ACの「極性」の詳細

複素数は、電圧や電流などのAC量間の位相シフトを象徴的に示す便利な方法を提供するため、AC回路解析に役立ちます。

ただし、ほとんどの人にとって、抽象的なベクトルと実際の回路量の同等性を把握するのは簡単ではありません。この章の前半で、AC電圧源に複素数形式の電圧値（大きさおよび）がどのように与えられるかを見ました。 位相角）、および極性マーキング。

交流には直流のように「極性」が設定されていないため、これらの極性のマーキングと位相角との関係は混乱する傾向があります。このセクションは、これらの問題のいくつかを明確にすることを目的として書かれています。

電圧は本質的に相対的です 量。電圧を測定するときは、電圧計または他の電圧測定器を電圧源に接続する方法を選択できます。これは、電圧が存在する2つのポイントと、測定器の2つのテストリードが存在するためです。接続。

DC回路では、「+」および「-」記号を使用して電圧源と電圧降下の極性を明示的に示し、色分けされたメーターテストリード（赤と黒）を使用します。デジタル電圧計が負のDC電圧を示している場合、そのテストリードは電圧の「逆方向」に接続されていることがわかります（赤いリードは「-」に接続され、黒いリードは「+」に接続されています）。

バッテリーの極性は、固有の記号で指定されています。バッテリーの短線側は常に負（-）側であり、長線側は常に正（+）です:(下の図）

従来のバッテリー極性。

バッテリーの電圧を逆極性のマークが付いた負の数字として表すことは数学的に正しいでしょうが、それは明らかに型破りです:(下の図）

明らかに型破りな極性マーキング。

「+」と「-」の極性マークを電圧計のテストリードの基準点と見なすと、このような表記の解釈が容易になる場合があります。「+」は「赤」を意味し、「-」は「黒」を意味します。上記のバッテリーに接続された電圧計は、下部の端子に赤いリード線があり、上部の端子に黒いリード線が付いているため、実際には負の電圧（-6ボルト）を示します。

実際、この形式の表記と解釈は、想像するほど珍しいことではありません。DCネットワーク分析の問題でよく見られ、「+」と「-」の極性マークは、知識に基づいた推測に従って最初に描画され、後で正しいと解釈されます。または、計算された図の数学的符号に従って「後方」になります。

ただし、AC回路では、「負の」量の電圧は処理しません。代わりに、ある電圧が別の電圧をどの程度支援または反対するかをフェーズで説明します。 ：2つの波形間のタイムシフト。極座標表記の機能により、反対方向を指すベクトルが可能になるため、AC電圧の符号が負であるとは決して説明しません。

あるAC電圧が別のAC電圧に直接対抗する場合、一方が他方と180°位相がずれていると単純に言います。

それでも、電圧は2点間で相対的であり、これら2点間に電圧測定器を接続する方法を選択できます。 DC電圧計の読み取り値の数学的符号は、テストリード接続のコンテキストでのみ意味があります。つまり、赤いリードが接触している端子と、黒いリードが接触している端子です。

同様に、AC電圧の位相角は、2つのポイントのどちらが「基準」ポイントと見なされるかを知るという状況でのみ意味を持ちます。この事実のために、「+」および「-」極性マークは、回路図のAC電圧の端子によって配置されることが多く、指定された位相角に基準のフレームを与えます。

テストリード接続ごとの電圧計の読み取り値

いくつかのグラフィカルな補助を使用して、これらの原則を確認しましょう。まず、テストリード接続をDC電圧計表示の数学的符号に関連付ける原理:(下の図）

テストリードの色は、メーターの表示の符号（+または-）を解釈するための参照フレームを提供します。

デジタルDC電圧計のディスプレイの数学的記号は、テストリード接続のコンテキストでのみ意味があります。 2つのDC電圧源が極性に関してラベル付けされていないことを前提として、2つのDC電圧源が互いに助け合っているか反対しているかを判断する際にDC電圧計の使用を検討してください。

電圧計を使用して最初のソース全体を測定します:(下の図）

（+）読み取り値は、黒が（-）、赤が（+）であることを示しています。

左側の電圧源での+24のこの最初の測定は、メーターの黒いリード線が実際に電圧源＃1のマイナス側に接触しており、メーターの赤いリード線が実際にプラス側に接触していることを示しています。したがって、ソース＃1は、この方向を向いているバッテリーであることがわかります:(下の図）

24Vソースは（-）から（+）に偏波されます。

他の未知の電圧源の測定:(下の図）

（-）読み取り値は、黒が（+）、赤が（-）であることを示します。

ただし、この2番目の電圧計の読み取り値は負です。 （-）17ボルト。これは、黒いテストリードが実際に電圧源＃2の正の側に接触しているのに対し、赤いテストリードが実際に負の側に接触していることを示しています。したがって、ソース＃2は反対側に面しているバッテリーであることがわかります。 方向:(下の図）

17Vソースは（+）から（-）に偏波されます

DC電気の経験豊富な学生なら誰でも、これら2つのバッテリーが互いに対向していることは明らかです。定義上、反対の電圧は減算 互いに、したがって、24ボルトから17ボルトを引いて、2つの間の合計電圧を取得します：7ボルト。

ただし、電圧計によって取得された正確な電圧値でラベル付けされた、説明のないボックスとして2つのソースを描画することはできます。極性マークは、電圧計のテストリードの配置を示します:(下の図）

メーターから読み取った電圧計の読み取り値。

極性マーキングの重要性

この図によると、極性マーク（メーターテストリードの配置を示す）は、ソースを支援示しています。 お互い。定義上、電圧源を支援することは追加 互いに合計電圧を形成するため、24ボルトを-17ボルトに追加して、7ボルトを取得します。それでも正解です。

極性マーキングが電圧の数値を加算または減算するかどうかの決定をガイドする場合、それらの極性マーキングが true を表すかどうか 極性またはメーターのテストリードの向きだけで、これらの電圧の数値の数学的符号を計算に含めると、結果は常に正しいものになります。

この場合も、極性マーキングは参照フレームとして機能します。 電圧の数値の数学的符号を適切なコンテキストに配置します。

位相角を除いて、AC電圧についても同じことが言えます。 数学的な記号の代わりになります 。異なる位相角の複数のAC電圧を相互に関連付けるには、それらの電圧の位相角の基準フレームを提供する極性マーキングが必要です。 （下の図）

たとえば、次の回路を考えてみましょう。

位相角は±記号の代わりになります。

極性のマーキングは、これら2つの電圧源が互いに助け合っていることを示しているため、抵抗器の両端の合計電圧を決定するには、追加する必要があります。 10V∠0°と6V∠45°の電圧値を合わせて、14.861V∠16.59°を取得します。

ただし、6ボルトの電源を6V∠225°として表し、極性マークのセットを逆にして、同じ合計電圧に到達することは完全に許容されます:(下の図）

6Vソースの電圧計のリード線を逆にすると、位相角が180°変化します。

左が負で右が正の6V∠45°は、左が正で右が負の6V∠225°とまったく同じです。極性マーキングの反転は、180°の追加を完全に補完します。位相角の指定:(下の図）

極性を逆にすると、位相角が180°増加します

シンボルが短い線と長い線によって極性を本質的に定義するDC電圧源とは異なり、AC電圧シンボルには本質的な極性のマーキングがありません。したがって、極性マークは図に追加の記号として含める必要があり、それらを配置するための「正しい」方法はありません。

ただし、その電圧と回路内の他の電圧との真の位相関係を表すには、特定の位相角と相関させる必要があります。

レビュー：

• 回路図では、位相角の基準フレームを提供するために、AC電圧に極性マークが付けられることがあります。

関連ワークシート：

• ACネットワーク分析ワークシート