三相交流（AC）電力は、一般的に、電力を消費する機械を収容する商業施設や産業施設だけでなく、データセンターに電力を供給するために使用されます。その理由は、単相AC電源ではなく、3相電源がより高い効率でより多くの電力を供給することができるからです。単相ACは、照明や小型電化製品など、ほとんどの家庭用および軽商用用途に一般的に使用されるタイプです。このページでは、その理由と、単相電源システムと3相電源システムの主な違いについて説明します。
3相電源が必要な理由
データセンターやサーバールームの密度が高まり続ける中、増大し続ける電力を供給する能力は特に重要です。より強力なコンピューティングシステムは、今日のコンピュータやネットワークが要求する電力のほんの一部しか昔はサーバーを収容していたのと同じスペースに詰め込まれています。
10台のサーバーからなる単一のITラックが、合計5キロワット（kW）の電力を消費するのは、さほど昔ではありませんでした。今日、同じラックには、20または30kWを合計で消費する数十台のサーバーが格納されています。このようなレベルでは、消費電力のわずかな改善でも時間の経過とともに大幅なドル節約につながるため、効率を重視したいと考えています。
配線も別の問題です。15 kW ラックを考えてみましょう。120V AC（VAC）電源の単相を使用すると、ラックに電力を供給するのに125Aを要します。これには直径約4分の1インチ（AWG 4）のワイヤーが必要です。厚すぎて、高価であることは言うまでもありません。3相の方が効率が良いため、より小さな配線で同じ電力（およびそれ以上）を供給できます。同じ15 kWラックを3相電源でサポートするには、42アンペア（AWG 10）の供給が可能な3本のワイヤが必要です。これは、サイズの一部で、直径10分の1インチ未満です。
単相AC電源の説明
では、3相電源とは何でしょうか。どこで使うべきか？
その議論に入る前に、単相AC電源の理解から始めると便利です。
単相AC電源は、ホットワイヤ1本、ニュートラルワイヤ1本、アース1本からなる3線式デリバリーシステムを使用します。AC電源では、電源電流または電圧は定期的に逆転し、負荷に電力を供給するホットワイヤの一方の方向、およびニュートラルワイヤの他方の方向を流れます。360度の位相変化中にフルパワーサイクルが行われ、世界のさまざまな場所で使用されているシステムに応じて、電圧は1秒あたり50回または60回逆転します。北米では、60倍または60ヘルツ（Hz）です。
重要なのは、2つの電流を運ぶ脚は常に180度離れているということです。これを視覚化するには、パワーを波、技術的には周波数と振幅が定義された正弦波に乗るものとして考えてください。各サイクルでは、各ワイヤの波は同時に2回ゼロ振幅を通過します（図1を参照）。このような場合、負荷に電力は供給されません。
図1
これらの非常に簡単な中断は、オフィス環境などの住宅や商業ビルのアプリケーションに違いはありませんが、大型機械やコンピュータ、その他のIT機器に電力を供給するモーターに大きな影響を与えます。
3相電源に分割
その名前が示すように、3相電源システムは3つの別々の電流を提供し、それぞれがフルサイクルを完了するのに要する時間の3分の1だけ分離されています。しかし、2つのホットレッグが常に180度離れている単相とは対照的に、3相では、電流は120度離れています。
下の図2では、1本の線がそのピーク電流にあるとき、他の2本の線はピーク電流ではないことがわかります。例えば、フェーズ1がその正のピークにある場合、フェーズ2および3は両方とも-0.5である。つまり、単相電流とは異なり、負荷に電力が供給されていない点はありません。実際、各相の6つの異なる位置では、線の1つがピークの正または負の位置にある。
実用上、これは、3つの電流すべてによって供給される電力の総量が一定であることを意味します。単相のように周期的なピークや谷はありません。
重機で使用されるコンピュータや多くのモーターは、これを念頭に置いて設計されています。単相AC電源に固有の変動を考慮する必要はなく、一定の電力の安定した流れを引き出すことができます。その結果、消費するエネルギーが少なくなります。
例えとして、単気筒エンジンと3気筒エンジンを比較します。どちらも4ストロークモデル（インテーク、圧縮、パワー、エキゾースト）で動作します。シングルシリンダーエンジンでは、シリンダーの4ストロークごとに1回のパワーサイクルしか得られず、かなり不均一なパワー供給を提供します。対照的に、3ストロークエンジンは、3つの交互相（再び120度分離）で電力を供給し、より滑らかで、より一定で、効率的な電力を提供する。
図2
3相電源のメリット
3相電源がもたらす利点には、2倍の配線を必要とせずに、単相システムのほぼ2倍の電力を供給する能力があります。実際には、通常、1つのホットラインを利用して別のホットラインに接続するため、電力は3倍ではありません。
3相がいかにしてより多くのパワーをもたらすかを理解するには、数学をしなければならない。単相電力の式は、電力 = 電圧(V) x 電流(I) x 力率(PF)です。回路の負荷が抵抗のみであると仮定すると、力率は一元的（または1つ）であり、式をP = V x Iに減らします。20アンペアをサポートする120ボルト回路を考慮すると、電力は2,400ワットに相当します。
3相回路の電力の式は、電力 = 電圧(V) x 電流(I) x 力率(PF) x 3の平方根です。回路の負荷が抵抗のみであると仮定すると、力率は単一（または1）であり、式をP = V x I x 平方根の3に減少させます。120Vの3相回路を検討し、各相が20Aをサポートする場合、式は120V x 20A x 1.732 = 4,157ワットに作用します。このようにして、3相は単相システムのほぼ2倍の電力を供給できます。これは簡略化された例であるが、より高い電圧（例えば、208または480ボルト）または電流（例えば、30アンペア以上）をサポートする回路から利用可能な追加の電力を調べるために使用することができる。
このような容量は、ITギアのラックに電力を供給する際に便利です。一旦は、ラックへの単相電力を使用することが常識であったが、ITラックの密度が増加するにつれて、実現可能性と実用性は低下する。すべてのケーブル、導体、およびソケットは、より大きく、より高価になり、作業がますます困難になります。
サーバーラックに直接 3 相電源を供給することで、より安価なケーブルやその他のコンポーネントを、より多くの電力を供給しながら使用できます。ただし、バランスが取れており、回路容量を超えないように、各回路の負荷に注意する必要があります。
3相電源のしくみと利点の詳細については、https://www.vertiv.com/en-us/products-catalog/critical-power/uninterruptible-power-supplies-ups。
