電源回路の基礎知識

電源には、交流から安定した交流を供給するもの、交流から安定した直流を供給するもの、直流から安定した交流を供給するもの、直流から安定した直流を供給するものがあります。

この中で、最も用いることの多い「交流から安定した直流を供給する」ための電源に、リニアレギュレータとスイッチングレギュレータがあります。

電源回路が動く源となる電気は、一体どのように作られるのでしょうか。電気の作り方についての基本的な知識について解説します。

電気は機械エネルギーにより作られる

電気は機械のエネルギーから作られます。電気は一般的に発電所で作られていますが、機械が回転する際に生じるエネルギーを電気へと変換することにより作られるのです。磁界において導体が移動すると電磁誘導現象により導体に電流が生じる仕組みを活用して作り出します。 たとえば、電線を設置した隣で磁石を回転させると、N極とS極が電線の設置された部分を通過する際に電線に電流が生じます。N極とS極で生じる電気の流れは反対となるため、磁石を回転させ続けN極・S極・N極…と複数回にわたり電流を生じさせると、交流電気が蓄電されていく仕組みです。 以上のように、電気は機械が回転する際に生じるエネルギーにより生み出されています。

再生可能エネルギーの作られ方

再生可能エネルギーの作られ方も、その他の電気と同様に機械の回転により作られます。 たとえば、風力発電であれば風により風車を回転させることでエネルギーを生み出し、地熱発電であれば地中のマグマから生じる地熱でタービンを回転させてエネルギーを生み出します。再生可能エネルギーはその他の電気と作られ方は同じですが、自然の力により機械を回転させることが最大の違いです。 再生可能エネルギーもその他の電気も、機械の回転により作られることに変わりはありません。

電源には交流電源と直流電源の2種類がありますが、それぞれの違いについても見ていきましょう。

電気の流れの違い

交流電源と直流電源の基本的な違いは、電気の流れ方です。直流電源は一定の方向に真っ直ぐに流れる電気のことであり、交流電源は電流の向きが周期的に入れ替わるため電気が流れる方向や電圧の高さも随時変わります。 交流電源と直流電源にはさまざまな違いがありますが、基本的な違いは電気の流れ方という性質です。

使用される分野の違い

交流電源と直流電源では使用される分野が違います。商用電源では電力の大きさを問わず利用できる交流電源が用いられており、産業機器や民生機器、電気鉄道、家庭内コンセントで使用される家電製品などで用いられる電子回路では直流電源が活用されるのが一般的です。電子制御が必要な回路が搭載されている複雑な機器においては、直流電源の方が適しているため分野により使い分けられています。

電力損失の違い

発電所で作られる電力は交流電気であることから、電力損失量にも違いが現れます。 たとえば、発電所で作られた交流電気をコンセントを通じ家電製品で使用する場合には、交流電気から直流電気へと変換して、直流対応の家電製品で使用できるようにしなければなりません。 しかし、交流電気から直流電気へと変換する際には電力の損失が起こります。 交流電気を使用する交流電源であれば、直流電気への変換は不要となり電力の損失は生じなくなります。 ただし、電気鉄道の電源のように直流送電であれば、直流電源を用いても電力の損失はありません。 現時点では発電所からの直流送電は普及していないため、直流電源では電力変換の際に電力損失が起こりやすくなることが違いのひとつです。

蓄電できるか否か

直流電源では蓄電が可能ですが、交流電源では蓄電ができないことも大きな違いです。 電池・バッテリー・コンデンサなどに交流電源を流しても蓄電はされないため、溜められる電気はすべて直流となります。 そのため電池で稼働する電気機器はすべて直流での稼働に対応しています。