三相交流が工場で使われる理由とは？二相・四相との違いとメリットを徹底解

2026年7月31日 06:44

工場で主流の「三相交流」電源について、なぜ二相や四相ではなく三相なのか、その2つの条件とメリットを整理。歴史的な二相方式の課題や、配線量から見た三相の優位性、表記の由来まで詳しく解説します。

工場電源の主流「三相交流」が選ばれる2つの条件

工場で利用する電源は三相交流というものを使うことが多いですが、これがなかなか理解が難しいものです。

なぜ二相や四相ではなく三相なのかには「2つの条件」があり、両方を満たせる相数が3だからです。

また二相交流は歴史上2種類あり混同すると余計にわからなくなるため、そこも整理してまとめます。

※電流電圧を「2」sinxとおいているのは、電力計算時に電力が大きくなることを表現するためです。

周期的に電流の流れる方向が入れ替わる「交流（AC）」電源のうち、一つの位相での送電方式を単相交流と呼びます。

グラフのx軸に時間、y軸に電流か電圧を取ると、1本のサインまたはコサインカーブを描きます。

これに対し、位相を120°ずつずらした3つの波で送電する方式が三相方式です。Panasonicの解説記事が詳しいです。

電力＝電圧 × 電流のため、電圧電流が同位相で変化すると瞬時電力は常に正で0～最大値間で変化します。

瞬時電力が120°ずつ位相をずらして3つ存在するとき足し合わせると、合計の瞬時電力は常に一定になります。

そのため三相モーターには一定の電力が供給され、トルクの脈動がほとんどありません。

結果として回転が滑らかになり、始動用コンデンサなどの補助部品も不要となり、効率や信頼性が向上します。

単相コイルに交流を流すと、磁界は同じ場所で強さと向きが行ったり来たりする「脈動」になるだけです。

120°位相のずれた3つの波を配置することで、磁界そのものが回転する「回転磁界」を作ることができます。

これがあるとモーターが起動装置なしで自然に回り出すため、モーター駆動には三相が向いています。

ちょっと難しいですが「誘導機と同期機の「回転磁界」とは？～仕組み、原理の概念～」が詳しいです。

n個の電流を等間隔(360°/n)にずらして配線すると、バランスが取れれば各瞬間の合計はゼロになります。

つまり中性線(帰りの線)が要らなくなり、線の本数を減らせる、すなわち銅の使用量を減らせるというメリットがあります。

二相電源は下記に述べる理由で採用できないとなると、最小の配線で上記のメリットを得られます。

安定した電源を取るためには位相を90°もしくは180°ずらす必要があります。まず直感的な180°から説明します。

180°位相をずらした場合、電流×電圧で電力を求めて重ね合わせると、電力量2倍の単相電源と同義になります。

また磁界は上下を繰り返すだけなので、回転磁界が作れず始動には他のきっかけが必要になります。

90°の場合は回転磁界を作ることができますが、後述する使用電線量にメリットがありません。

結論から言えば、三相以上の電源でも回転磁界と一定電力を得ることは可能です（2^n電源以外）。

2の階乗で表せる電源（2,4,8,16,…）の場合、二相方式の説明からn倍の電力を持つ二相電源と同義になります。

それ以外の場合は必要な使用電線量が増えていく一方なので、特にメリットがないため使われません。

・単相2線: 基準を1とする
・二相4線(本来・90°): 単相とほぼ同じ(節約なし)
・三相3線(120°): 単相の約1/4で済む
・四相4線・五相5線…: 三相と同じ1/4止まりで、それ以上安くならない

三相電源には3線と4線が存在して、それぞれ3D3W、3D4Wと表記します。

三相3線はまた表記方法としてPEとN相が存在します。

PEはProtectiveElectricの略で、配電盤において三相電源はRST、UVWと表記されます。

RSTと呼ばれる理由として有力なのが「○Round、Square、△Triangle」の頭文字をとったというものです。

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9月19日まで