コンダクタンスとサセプタンスの違いは？意味や関係も！（アドミタンス：単位：複素数：電気回路など）

コンダクタンスとサセプタンスの違いは？意味や関係も！（アドミタンス：単位：複素数：電気回路など）

交流回路を学ぶと、コンダクタンス、サセプタンス、アドミタンスという似た用語が登場します。

どれも電流の流れやすさに関係しますが、扱う対象と数式上の役割は同じではありません。

特に複素数を使う電気回路では、抵抗だけでなくコイルやコンデンサの影響も同時に考える必要があります。

本記事では各用語の意味、単位、インピーダンスとの関係、計算方法、実務で確認したい注意点まで順番に整理します。

コンダクタンスとサセプタンスの違い

それではまずコンダクタンスとサセプタンスの違いについて解説していきます。

電力を消費する成分としてのコンダクタンス

コンダクタンスは、抵抗成分によって電流がどれだけ流れやすいかを表す量です。

英語の conductance に由来し、通常は 記号G で表します。

直流回路で使う抵抗Rの逆数がコンダクタンスであり、抵抗が小さいほどコンダクタンスは大きくなります。

たとえば抵抗が10Ωなら、コンダクタンスは0.1Sです。

抵抗では電気エネルギーの一部が熱へ変換されるため、コンダクタンスは有効電力に関係する実数成分と考えると理解しやすいでしょう。

回路中の抵抗器だけでなく、配線の抵抗、接点抵抗、絶縁物の漏れ電流などにもコンダクタンスの考え方が使われます。

無効電力に関係する成分としてのサセプタンス

サセプタンスは、コイルやコンデンサのリアクタンス成分による電流の流れやすさを表す量です。

通常は 記号B を用い、単位はコンダクタンスと同じジーメンスSです。

ただし、サセプタンスは単純にリアクタンスの逆数ではなく、複素数を含むアドミタンスの虚数成分として扱う点が重要です。

コンデンサでは電流が電圧より進み、コイルでは電流が電圧より遅れます。

この位相差を表す部分がサセプタンスであり、抵抗による消費電力とは異なる無効電力の挙動と結び付きます。

一般にコンデンサ性のサセプタンスは正、コイル性のサセプタンスは負として表します。

両者を含む量としてのアドミタンス

アドミタンスは、交流回路全体における電流の流れやすさを複素数で表した量です。

インピーダンスの逆数にあたり、コンダクタンスGとサセプタンスBを合わせた値 になります。

Gは実数部、Bは虚数部です。

抵抗だけの回路ではBが0となり、アドミタンスはコンダクタンスと一致します。

一方でコイルやコンデンサを含むと、位相差を考慮するためにサセプタンスを加えた複素数として計算します。

アドミタンスの意味と複素数表現

続いてはアドミタンスの意味と複素数表現を確認していきます。

インピーダンスの逆数としての位置付け

交流回路では、電流の流れにくさをインピーダンスZで表します。

アドミタンスYはこの逆数であり、電流の流れやすさを直接扱いたい場面で便利な量です。

Rは抵抗、Xはリアクタンスです。

インピーダンスは直列回路の計算で扱いやすく、アドミタンスは並列回路の計算で扱いやすいという特徴があります。

並列に接続された各枝のアドミタンスは、そのまま加算できます。

この性質は、複数の抵抗、コイル、コンデンサが並ぶ回路を整理する際に大きな助けとなります。

実数部と虚数部の役割

複素数表現Y＝G＋jBでは、Gが実数部、Bが虚数部です。

実数部のコンダクタンスは、電圧と同相に流れる電流成分と関係します。

虚数部のサセプタンスは、電圧より進む、または遅れる電流成分と関係します。

実数部だけでは交流回路の位相関係を表せない ため、虚数部を含む複素数表現が必要になります。

なお、jは電気工学で使われる虚数単位です。

数学ではiを使うことが多いものの、電流を示す記号Iと混同しないため、電気回路ではjが一般的に用いられます。

極形式による大きさと位相角

アドミタンスは直交形式だけでなく、絶対値と偏角を用いた極形式でも表せます。

この表現では、アドミタンスの大きさと電流の位相関係を一度に確認できます。

アドミタンスの大きさは、GとBから求めます。

位相角は、Gに対するBの比から判断します。

コンデンサ性が強い回路では位相角が正側に、コイル性が強い回路では負側になります。

フェーザ図や交流電力の計算では、大きさと位相角の両方を意識すること が欠かせません。

コンダクタンスとサセプタンスの単位

続いてはコンダクタンスとサセプタンスの単位を確認していきます。

ジーメンスの基本

コンダクタンス、サセプタンス、アドミタンスの単位は、いずれもジーメンスSです。

ジーメンスはオームΩの逆数に相当します。

抵抗の単位がΩであるのに対し、流れやすさを表す量にはSを使うと覚えると整理しやすいでしょう。

以前はモーという単位名が使われることもありましたが、現在はジーメンスが標準的です。

回路図、計測器、仕様書ではmSやμSのように接頭語付きで記載される場合もあります。

単位は同じでも意味が異なる理由

G、B、YはすべてSで表されるため、単位だけを見ると同じ量のように感じるかもしれません。

しかしGは実数成分、Bは虚数成分、Yは複素数全体という違いがあります。

名称	記号	意味	単位
コンダクタンス	G	抵抗成分による流れやすさ	S
サセプタンス	B	リアクタンス成分による流れやすさ	S
アドミタンス	Y	GとBを含む総合的な流れやすさ	S
インピーダンス	Z	交流における流れにくさ	Ω

同じ単位だから同じ意味とは限らない 点に注意が必要です。

電気回路の計算では、記号、実数部と虚数部、接続方法を合わせて確認する習慣が役立ちます。

周波数によって変化するサセプタンス

抵抗が理想的であれば、コンダクタンスは周波数によって変わりません。

一方、サセプタンスは周波数に依存します。

コンデンサのサセプタンスは周波数または静電容量が大きいほど増加します。

コイルのサセプタンスの絶対値は周波数またはインダクタンスが大きいほど小さくなります。

この違いにより、周波数を変えると並列回路の電流や共振条件が変化します。

電気回路における計算方法

続いては電気回路における計算方法を確認していきます。

抵抗回路における計算

抵抗Rだけで構成された回路では、アドミタンスは実数となります。

このときY＝G＝1／Rです。

たとえば20Ωの抵抗なら、アドミタンスは0.05Sになります。

位相差がないため、サセプタンスBは0です。

単純な計算に見えますが、抵抗の並列接続を扱うときにはコンダクタンスを使うと見通しがよくなります。

各抵抗の逆数を足す考え方は、各枝のコンダクタンスを足す考え方と同じです。

コンデンサ回路における計算

コンデンサCだけの理想回路では、コンダクタンスは0です。

アドミタンスは正の虚数成分だけを持ちます。

周波数fが高くなるほどコンデンサは交流を通しやすくなるため、サセプタンスは大きくなります。

これはコンデンサのリアクタンスが周波数に反比例して小さくなることの裏返しです。

高周波ほどコンデンサのサセプタンスは増える と覚えると、フィルタ回路の動作も読み取りやすくなります。

ただし実際の部品には損失抵抗や寄生インダクタンスがあるため、厳密にはGも含めて扱う必要があります。

コイル回路における計算

理想コイルLだけの回路でも、コンダクタンスは0です。

ただしサセプタンスは負の値になります。

周波数が高くなるとコイルのリアクタンスは大きくなり、電流は流れにくくなります。

そのため、サセプタンスの絶対値は小さくなります。

実際のコイルでは巻線抵抗、鉄損、寄生容量が無視できないことがあります。

設計値と測定値が合わない場合は、理想コイルとしての式だけで判断せず、損失成分を含む等価回路を確認するとよいでしょう。

並列回路と共振回路の関係

続いては並列回路と共振回路の関係を確認していきます。

並列接続でのアドミタンス加算

並列回路では、各枝に流れる電流が加わります。

そのためアドミタンスは、各枝の値を複素数のまま加算できます。

抵抗枝、コイル枝、コンデンサ枝が並列にある場合、実数部同士と虚数部同士をそれぞれ足します。

この処理により、全体のコンダクタンスとサセプタンスを分けて確認できます。

並列回路ではインピーダンスよりアドミタンスで考える方が簡潔 になるケースが多いでしょう。

合成アドミタンスを求めた後、必要であれば逆数を取って合成インピーダンスへ戻します。

サセプタンスの打ち消しと並列共振

コイルの負のサセプタンスと、コンデンサの正のサセプタンスが同じ大きさになると、両者は打ち消し合います。

この状態では回路全体のサセプタンスが0になります。

損失が小さければ、全体のアドミタンスは主にコンダクタンスだけとなります。

ラジオの同調回路、発振回路、フィルタ回路では、この性質が広く利用されています。

力率改善における活用

工場や大型設備では、モーターなどの誘導性負荷によって遅れ無効電力が発生します。

このときコンデンサを並列接続すると、進み側のサセプタンスを加えられます。

適切に調整すれば、回路全体の無効電力を小さくし、力率改善につなげられます。

ただし過剰なコンデンサ投入は進み力率や高調波との共振を招く可能性があります。

設備容量だけで判断せず、周波数特性、負荷の変動、保護装置との組み合わせまで検討することが大切です。

サセプタンスは無効電力の調整を数式で扱うための重要な指標 といえます。

測定と設計での注意点

続いては測定と設計での注意点を確認していきます。

実部と虚部を分けた測定

LCRメーターやインピーダンスアナライザでは、インピーダンスまたはアドミタンスの実部と虚部を測定できます。

測定画面でG、B、Y、Z、R、Xのどれを表示しているかは、必ず確認したい項目です。

同じ部品でも測定モードによって表示値の意味が変わります。

特に損失を含むコンデンサやコイルでは、理想式から求めた値と実測値に差が出ることがあります。

値を比較する際は、周波数、測定電圧、直流バイアス、温度といった条件も記録すると原因を追いやすくなります。

符号の扱いに関する注意

サセプタンスでは符号の取り扱いが重要です。

コンデンサは正、コイルは負という基本を押さえると、並列回路の計算ミスを防ぎやすくなります。

一方で、資料によってはリアクタンスやフェーザの定義を異なる向きで説明している場合があります。

式をそのまま転記するのではなく、使っている複素数表現と電流、電圧の向きを確認することが安全です。

符号の違和感は計算間違いではなく定義の違い が原因となることもあります。

寄生成分と周波数特性

現実の電子部品には、理想モデルに含まれない寄生成分があります。

コンデンサには等価直列抵抗や寄生インダクタンスがあり、コイルには巻線抵抗や寄生容量があります。

高周波領域では寄生成分の影響が大きくなり、低周波で想定したサセプタンスの符号が変化することさえあります。

自己共振周波数付近では、部品の見かけ上の性質が大きく変わります。

そのため高周波回路の設計では、カタログ値だけでなくSパラメーターや周波数特性のグラフを参照することが重要です。

回路の周波数範囲に合ったモデルを選ぶこと が、正確な設計の基礎になります。

コンダクタンスとサセプタンスのまとめ

コンダクタンスGは抵抗成分による電流の流れやすさであり、実数成分として扱います。

サセプタンスBはコイルやコンデンサによる流れやすさであり、虚数成分として扱う量です。

両者を組み合わせたアドミタンスYは、Y＝G＋jBで表され、インピーダンスの逆数にあたります。

単位はいずれもジーメンスSですが、意味と回路上の役割は異なります。

抵抗のみならGを中心に考えられますが、交流回路や並列回路ではGとBを分けて確認することが理解への近道です。

周波数、部品の損失、寄生成分も意識しながらアドミタンスを使えば、回路計算や共振条件、力率改善の考察をより正確に進められるでしょう。