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飛行機の電源がAC115V 400Hzの意外な理由|なぜ家庭用と違うのか?

A380_航空機電源

旅客機の電源はなぜ特殊なのか。それは軽量化にあった。

一般家庭のコンセントは AC100V 周波数 50(東日本)/60Hz(西日本)となっているが、旅客機の電源はAC115V 400Hzが主に使われている。

なぜ、航空機は400Hzを使うのか。

 

 

旅客機の交流電源

・旅客機の電源には、三相4線式(3相中性点接地式)AC 115/200(V)周波数 400Hzの電源が使われています。

 

三相4線式(3相中性点接地式)

・三相4線式は、三相交流電力を4本の電線で配電する方法。

電圧線が3本(A相・B相・C相)、中性線が1本(N相)の計4本となっている。


・A相ーN相の相電圧はAC115V
(B相ーN相、C相ーN相も同様にAC115V)

単相115V負荷に接続する。

・A相ーB相の線間電圧はAC200V
(B相ーC相、A相ーC相も同様にAC200V)

三相200V負荷に接続する。


・三相4線式なら、接続方法によって簡単に電圧を使い分けられるメリットがある。

機内照明や計器類、座席モニターなど負荷の小さな装置には単相115Vを使用し、油圧ポンプや燃料ポンプの電動モーター、送風用電動ファン、機内オーブンなど負荷の大きな装置には三相200Vと使い分けている。

 

なぜ、周波数は400Hzなのか?

・航空機の電源は、なぜ周波数が400Hzになっているのか。

一般家庭 50Hzに対して、8倍も周波数が高い400Hzは、モーターや発電機・トランスなどを作る場合に、鉄心や銅線量が1/8ですむという大きなメリットがある。

例えば、B747で使用されている90kVA(一般家庭 約30軒分を賄える)発電機の重量は約40㎏程度となっている。

これがもし周波数50Hzなら単純に320㎏の重さとなり、エンジンの数と同じ4台分だと相当な重さとなってしまう。

それなら、もっと周波数を上げて400Hz以上にしたほう機器を軽量化できるような気がするが、あまり周波数を上げ過ぎると電力ロスや発熱などの問題もある。

双方のバランスが良いのが400Hzという周波数となっている。

大きく変化したB787の電力システム

これまで、旅客機の主電源はAC115V 400Hzが一般的だったが、B787では定格250kVA、AC 235V、周波数360~800Hz の可変周波数発電機が搭載されたことで、電力システムが従来とは大きく変化した。

各エンジンには2台の発電機が搭載され、計4台(1,000kVA)という大容量の発電が可能となっている。

従来機では、エンジンの回転数に関係なく発電周波数を400Hzに保つ定速装置(油圧ポンプ・油圧モーター・ガバナー)が必要だったが、B787では定速装置を無くしたことで小型軽量・大出力が可能となった。

エンジン回転数に応じて可変する周波数(360~800Hz)は、半導体スイッチングによって一定に保たれている。この技術はパワーエレクトロニクスの進歩によって可能となった。

 

まとめると

旅客機の電源は

  • 三相4線式(3相中性点接地式)
  • AC 115/200(V)周波数400Hz
  • 照明など小さな負荷には単相115V、モーターなど高負荷には三相200V
  • 一般家庭の50Hzより8倍高い周波数は、鉄心や銅線の使用量が単純に1/8で済む。
  • 400Hzによる装置の軽量化の効果が大きい。

 

航空ジャンク部品に家庭用電源は接続できるのか?
余談ですが、家庭用(AC100V)と航空機用(AC115V)は電圧が似ているので、航空機ジャンク部品の動作実験として接続してみたくなりますが、周波数が全く違いますので正常に動作しないだけでなく予期せぬ過熱や損傷の可能性もあるので、個人的には止めたほうが良いかと思います。
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