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Title : Chapter 7 / Power Factor
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Chapter 7 / Power Factor

 交流回路の場合、電圧と電流との関係が必ずしも比例関係にない。これによりある時刻の電流×電圧の値が、直流の場合に想定できる電力の量にならない。1Aで10Vかけているのに10Wにならなくて、9Wとかになったらそれはそれで無駄になっているような気がする。そこでその「無駄」の割合をできるだけ減らすことを考えるものらしい。

力率

 ある回路に電圧 v=Vm sin wt が加えられたとき、電流 i=Im sin(wt+theta) が流れるものとする。このとき電力は以下の式で表される。

p=iv

 この式は、瞬時電力 p が定数項と、(平均値が0である)正弦波項からなることを示していることから、瞬時電力 p の平均 P は以下のように表される。

P = VIcosθ

 すなわち [電力の平均値]=[電圧実効値]×[電流実効値]×[ある比率] という形式になっている。この[ある比率](cosθ)のことを力率(Power factor)と言う。p.f. とも表す。電流が電圧よりも遅れている誘導性回路(inductive circuit)では遅れ力率(lagging power factor)を持ち、電流が電圧よりも進んでいる容量性回路(capacitiveinductive circuit)では進み力率(leading power factor)を持つ。
 平均電力 P は有効電力と呼ばれ、Wで表す。
 これに対し積 VI を皮相電力(apparent power)と言い、記号 S で表し、単位はVA である。
 これに対し積 VIsinθ を無効電力(reactive power)と言い、記号 Q で表し、単位はvar (volt ampere reactive) である。

複素電力

 有効電力・皮相電力・無効電力の関係はベクトルで表記することができる。これを電力ベクトル図(power triangle)と言う。

Power triangle

すなわち
 [有効電力]=[電力]×[電流の同相成分]
 [皮相電力]=[電力]×[電流]
 [無効電力]=[電力]×[電流の直角成分]
と考えることができる。

 これを複素平面で考えたとき、複素電力(complex power)と言う。皮相電力 S を複素数とみなすと有効電力 P はその実部、無効電力 Q はその虚部とみなすことができる。

 電流を V = Ve、電流を I = Iej(α+θ) としたとき、複素電力 S は以下のように表せる。

S = P - jQ

力率改善

 通常、電力は負荷が単位時間に消費する仕事量で計測される。この電力はトランスにより供給されるが、その定格は kVA で表されている。もし力率が小さいと実際に負荷で消費する電力に対し、トランスで供給しなければならない電力(皮相電力)が大きくなる。逆に力率が大きいと効率的に電力を消費することになる。回路の構成要素を変えず、接続方法などを変えることで力率を変更して効率的にすることを、力率改善と言う。


第6章:直列と並列 → 第8章:直列及び並列共振
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Updated : 2007/03/05