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AC位相シフトの理解:波形の進みと遅れ

2つ以上の交流(AC)電圧や電流が同期していない、すなわちピークやゼロクロスが一致しないとき、それらは位相がずれていると言います。この現象を位相シフトと呼び、AC回路解析の基本概念です。

AC位相シフトの理解:波形の進みと遅れ

同期していない2つの波形。

上図の2曲線(波形Aと波形B)は振幅と周波数が同一ですが、時間的にずれています。標準的な正弦波表現(0°でゼロ振幅、90°で正ピーク、180°でゼロ、270°で負ピーク、360°でゼロに戻る)を用いると、このずれを度数で定量化できます。

AC位相シフトの理解:波形の進みと遅れ

波形Aが波形Bを45°リードしている。

角度を変えると同一周波数波形間の相対的タイミングがどう変わるか、さらなる例で示します:

AC位相シフトの理解:波形の進みと遅れ

さまざまな位相シフトの例。

周波数が同じため、位相差は信号全体で一定です。したがって「電圧Aは電圧Bより45°位相がずれている」のように表現します。先に到達する波形を進み(リーディング)、後に続く波形を遅れ(ラギング)と呼びます。

位相シフトは本質的に相対的な測度であり、基準なしに絶対位相を持つ波形は存在しません。実務では、ACシステムの電源電圧を基準点として「0°」と定義し、他のすべての電圧・電流をこの基準に対して表現します。

DC解析と異なり、AC計算では大きさと位相の両方を考慮しなければなりません。加減乗除などの演算は、振幅と位相情報を自然にエンコードする複素数で行われます。複素数の習得は正確なAC回路解析に不可欠です。

このトピックを支える数学についてより深く知るには、次章(複素数に専念)を参照してください。

重要ポイント

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