【STEP5-10】共振・交流電力・力率｜打ち消し合いと有効な電力を読む

LとCは逆向きの位相を持つため、ある周波数で互いの影響が打ち消し合います。同時に、電力が仕事へ使われる割合を力率で読みます。

交流で手が止まりやすいのは、共振と力率を別々の公式として暗記し、リアクタンス成分が0になる共通点を見ないことです。

交流は、波形を描いてから位相を読み、ベクトルにしてから式を選ぶ。

まず、現象を言葉で読む

直列RLC回路ではXL=XCになるとリアクタンスが打ち消され、Z=R、電流最大、位相差0、力率1になります。これが直列共振です。交流電力は、実際に仕事や熱になる有効電力P、往復する無効電力Q、両方を含む皮相電力Sに分けます。

• 共振ではXL=XC
• 直列共振ではZ最小・I最大
• Pの単位W、Qはvar、SはVA
• 力率=P/S

波形と位相をつなぐ

横軸の時間、縦軸の大きさと向きを確認します。次に、同じ状態へどちらが先に着くかを見て、進み・遅れを決めます。

公式は、図の関係を短く書いたもの

f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}},\quad P=VI\cos\theta,\quad S=VI,\quad Q=VI\sin\theta

力率cosθ=P/Sは、皮相電力のうち有効電力として使われる割合です。位相差が小さいほど1へ近づきます。

小さな数字で確認する

V=100 V、I=5 A、力率0.8ならS=500 VA、P=400 W。遅れ力率ならコイル性の負荷です。

電験3種での読み方

1. 実効値と周波数を確認する
2. 直列か並列か、共通量を決める
3. 進み・遅れを波形またはベクトルに描く
4. 単位をそろえてから式へ入れる

まとめ

直列RLC回路ではXL=XCになるとリアクタンスが打ち消され、Z=R、電流最大、位相差0、力率1になります。これが直列共振です。交流電力は、実際に仕事や熱になる有効電力P、往復する無効電力Q、両方を含む皮相電力Sに分けます。

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