【交流回路の基本】 交流回路の電力 ~位相差による力率・無効率という考え方~

電気電子

電気電子系は難しいイメージを持たれがちですが、基本から順番に抑えていけばそれほど難しくはありません。
どんな分野にも言えることですが、最初はよくわからないものですから。
本記事では、電気初心者の方でもわかりやすいように、順を追って説明していきます。
じっくり学んでいきましょう!

今回は、「交流回路の電力」についての説明です。

1.交流回路の電力

交流回路直流回路と違い、電圧と電流に位相差があります。
その関係上、交流回路の電力皮相電力S有効電力P無効電力Qについて考慮する必要があります。
では、それぞれの電力が何を示しているのか解説していきます。

直流回路の場合、常に電流と電圧のベクトルは同じ方向を向いていました。
この時の電力PはP=VIと表すことができました。
この電流と電圧のベクトルが合っている状態での電力が実際に消費される電力となります

交流回路の場合、電圧と電流に位相差がある為、ベクトルの向きが一致していません。
図1のように電圧と電流に位相差θがあるとします。

図1

位相差を考慮せずに、電流と電圧の大きさをかけた値を皮相電力と呼びます。
量記号はS、単位は[VAボルトアンペア]です。
式で表すと、S=VIとなります。
皮相電力は実際に消費される電力ではなく、あくまで見かけ上の電力です。
電流と電圧の位相差を考慮していない為、実際の消費電力よりも大きい値となっています。

位相差を考慮してベクトルの向きを合わせた時の消費電力を有効電力と呼びます。
量記号はP、単位は[Wワット]です。
式で表すと、P=VIcosθとなります。
有効電力は負荷で実際に消費される電力です。
ベクトルが揃っている分のみが実際に消費される電力なので、cosθをかけることでベクトルを合わせていいるんです。
ここで出てきたcosθ力率といい、有効になる割合を表しています。

VIcosθを有効電力と呼ぶのに対し、VIsinθ無効電力と呼びます。
量記号はQ、単位は[varバール]です。
無効電力は、仕事をせずに電源に回帰する電力とのことです。
要するに、向きが揃っていない成分の電力です。
この成分を取り除けば実際に消費される電力逆算できます。
ここで出てきたsinθ無効率といいます。

2.皮相電力と有効電力と無効電力の関係

ここまで説明した皮相電力S、有効電力P、無効電力Qは、電力の直角三角形として表すことが可能です

図2

以上の関係からわかる通り、力率cosθは有効電力Pと皮相電力Sの比無効率sinθは無効電力Qと皮相電力Sの比となります。

以上、「交流回路の電力」についての説明でした。


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