2極を並列に接続したら電流は2倍に? (後編)

本記事は、2極を並列に接続したら電流は2倍に?(前編) こちら
に続く内容ですので、そちらを先にお読みください
ちょっと道草・・・3極をを並列に接続したら電流はどうなるのでしょう?

3極並列
2極を並列にした場合はわかりましたが、3極を並列(3並列)にしたら、どんなことになる、、、、、のでしょうか?
左図のように、電路として3通りがあり、その3つのルートに分かれて流れることになりますが、2極から3極になったことでどのようになるのでしょうか?
実回路で考えてみましょう

3極並列回路
感覚的には左図のように接点(図では抵抗)が3つ並列になった場合です。 前々項の「仲良くないのはどんな時?」の図【電源と抵抗の単純な回路】で、右側にさらにもう一つ加わった形となります。 2極並列を基本において、右端に2Ω(1A)を一つ付けたのみで、全体の電流も1A増えて合計4Aとなりました。
さて、3極を並列にしたのですから、3倍の30A流せたらうれしいのですが、どうもそれは「とらぬ狸の皮算用」になりそうですし、2極の時よりも倍率的に厳しくなる予感がします。 2極並列では2倍は流せず、目安1.5倍だったので3極並列の場合も少なくとも3倍にはならないし、さらに、、、のではないか、、、という予想ができます。
「何とかの法則」みたいなものはありますが、それは置いておいて、ごくごく単純に考えてみましょう。
図において、1Ωに流れる電流は2A、2Ωのところはそれぞれ1Aとなります。 これを「比」にすると、2:1:1となります。(これは、前記事2極を並列に接続したら電流は2倍に?(前編)で出てきていた、抵抗値の逆比です)
少し無理があるかもしれませんが、この1Ω、2Ωの抵抗部を接点と考えれば、接点に流れる電流が2:1:1となるわけですね。 そして、この接点に流せる電流が10Aでしたので、各接点とも最大10A流せるのなら、2:1:1の「2」のところを10とすれば、10:5:5となるはずです。 そしてそれがそのまま答えと考えれば、10A+5A+5A=20Aとなりますから、3極並列に接続した場合は、2倍の電流(=20A)まで対応できると考えることができます。
以上をまとめますと、
2極並列とした場合は、電流容量は、1.5倍 (20Aに対しては75%)
3極並列とした場合は、電流容量は、2倍 (30Aに対しては約67%)
となるであろうことがわかりました。
ただし現実にありうる値として、
設定した条件 : 接点(接触部)の一つが5mΩ、それ以外が10mΩとしたとき → (1:2)
となります。
さて、4極並列、5極並列、6極並列、~ と、これ以上の並列については実用にはならなそうだし、意味がない?と疑問符が付きそうですが、少しだけ気になるので追っかけてみたいと思います。
2極から3極になる場合に、5Aだけ増えたわけですが、これは元の流せる電流の半分(10Aの50%)でした。
4極以上の時も同じように、一極増えるごとに5A(=10Aの50%)が増えていくということであれば、
Y極並列とした場合の電流容量は、【期待する電流】の 0.5倍 →(10AxY極=10YAに対しては約50% --- Yは整数で大きい場合)
に向かいそうですね。
一例としてY=10極の場合では、【期待する電流】は、10Ax10極で、100Aとなりますが、
最初の一極が10Aとなるものの、2極目からは5Aが増えるだけです。
10A+(5Ax9)=55Aとなり、【期待する電流】100Aに対しては、55Aですから55%の値です。
さらに蛇足となりますが、極数が増えれば増えるほど最初の一極めの10Aの存在感は薄くなり、徐々に、5Ax極数に向かって収束していくことになりそうですね。
では、通電中に回路をON-OFFすると、、、

えっ、通電中にON-OFF?
さてさて、冒頭に記してあるように、以上のことは、継続して通電する場合のことであって、通電中に回路をON-OFFする場合はどうでしょうか。
スイッチでは、電灯などをON-OFFする場合、コネクタであれば通電中に抜き差しする場合、端子であれば通電中に電線を外すことが、これにあたります。 でも電線を外すのは危険極まりないですね。 相当の勇気と覚悟が必要になるかもしれません。 チャレンジ精神や、釣ってきたフグを自分でさばいて食べてしまうなどの無鉄砲さがあればいけるかも、、、もちろんおすすめはできませんが、、、、、そういえば、鉄砲にはいろんな意味がありますが、フグの俗称も鉄砲でしたね。
動作のタイミングによって、状況が大きく異なってきます

動作のタイミングで、、、
抵抗を並列にしたときと、接点を並列にしたときとは、ON → OFFや OFF → ONを行う場合においてはとっても大きな差があります。
というのは、スイッチであれば、二つの接点が全く同じタイミングで動作することは稀で、ほとんどの場合、僅かながらも時間差をもって動作しますので、接触抵抗がどうのこうのというだけの考え方は通じません。 「10A+10A=20A」の場合であれば、スイッチOFF → ON時は、先に動作した接点に2倍の「20A」、スイッチON → OFF時は、後から動作した接点に2倍の「20A」の負担がかかり、10Aのスイッチを2倍の20Aで使ったかのような状況になります。 その結果、接点とその近傍の温度上昇、接点の溶着や消耗、寿命の短縮、さらには、絶縁性・耐電圧性の低下などの問題が生じる可能性があります。
ということで、スイッチについては、2極を並列に接続して電流容量を増やすということはまったくもって適切ではないものと考えられます。 しかし、微少な電圧・電流で使う場合、2極を並列にして使用することで接触信頼性を向上させる意味においては有効と考えることができます。 実際に、スイッチやリレーなどであらかじめ接点を二つ持っている「ツイン接点」タイプも市販されています。
また、コネクタの場合も、通電状態で抜き差しした場合は、同様のことが懸念されますが、スイッチが固有のメカニズムでほぼ一定のスピードで動作するのに対し、コネクタの類は人の手によりそのスピードが遅いこともあり、極端な場合アーク溶接にも似た状況になることでコンタクト部が溶解し、溶着してしまうこともあり得ますので、特に注意が必要です。 通電状態での抜き差しは行わないのが賢明です。
【さいごに】
実際には、定格10Aのものに目いっぱいの10Aを流すことは通常あまりしません。 上のお話では、話を単純にするため、ディレーティングについては考慮せずに話を進めていますが、ディレーティングした場合にあっても、電流の上限値を低くとるだけのこと(例:10A→7A)であって考え方としては同様となります。 ここで取り上げた要素以外にも要因はいろいろとありますので、すべての場合において同じというわけにはいきませんが、一つの考え方として参考にはなるものと思います。
この記事を読んでくださっている皆様には、それぞれの考え方がおありのことと察します。 あらためて考えてみるきっかけになるならば光栄です。
今回もお読みくださいましてありがとうございました。
もう一度前編をご覧になるには、2極を並列に接続したら電流は2倍に?(前編)
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