交流回路の力率

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電気
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直流回路では電圧と電流をかけたものが電力になりますが、
交流回路では電圧と電流に位相のずれがある為に、皮相電力と有効電力と無効電力
について考えないといけません。

交流回路の電力は P=VIcosθ となります。

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交流回路の3つの電力

交流回路において力率とは皮相電力に対する有効電力の比率で表されます。
これをcosθで表すことになります。

電力の関係図

power factor(p・f)と表されることもあります。

順をおって解説していきます。

皮相電力 S

電圧と電流を単純にかけたものを皮相電力といいます。
記号はS 単位はVA になります。

有効電力 P

実際に抵抗で消費される電力を有効電力といいます。
記号はP 単位はWです。

直流回路では電圧と電流をかけたものはすべて有効電力になります。
交流回路では皮相電力に力率をかけて求めます

無効電力 Q

コイルやコンデンサは電圧と電流に90°の位相差が生じます。
位相差のある電流と電圧をかけたものを無効電力といいます。
コンデンサは進み電流、コイルは遅れ電流になります。

交流回路ではコンデンサとコイルはエネルギーの蓄積と放出を繰り返していて
エネルギーの消費がありません。

記号はQ 単位はvarです

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力率

電圧と電流の位相差θのcosθを力率といい、sinθを無効率といいます。

力率 cosθ=P/S
皮相電力と有効電力の比で表すことができます。

 

通常、力率は0~1の値になります。
値が小さいと力率が悪く、大きいと力率が良好になります。
1の時は無効電力は0です。

三平方の定理により
S²=P²+S²

皮相電力に力率をかけると有効電力になります。

無効電力が大きくなると力率が悪くなります。
力率が悪くなると力率がよい機器と比べて同じ仕事をさせようとしたときに
大きな電流が必要になります。

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進相コンデンサ

モーターなどコイル成分を多く含む機器は遅れ電流がながれ、無効電力が大きくなり力率が悪化してしまいます。遅れ電流を減らすための電流を進むさせる働きを持つコンデンサを負荷に並列に設置します。
遅れ電流が進み電流に相殺されることで力率の改善が期待できます。
これを進相コンデンサといいます。

中央が進相コンデンサです。

コイルに流れる遅れ電流と反対方向のコンデンサの進み電流が打ち消して
遅れ電流が減少します。
遅れ電流が少なくなると回路全体の力率がよくなり回路全体に流れる電流が少なくなります。

 

 

 

 

 

 

 

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