【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

Lesson10　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は互いに反対向きの性質を持ちます。その差が0になる場面が共振です。さらに、その位相差は電力が仕事へ使われる割合にも関わります。

交流で止まりやすいのは、共振と力率を別の公式として暗記し、どちらも位相差に関係することを見失うことです。

今日のゴール

共振で何が打ち消し合うかを説明し、位相差と力率が電力にどう関わるかを分けて読めるようになる。

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とXCの差を見る
• 電力ではP・Q・Sの単位を分ける
• 力率はP/S、位相差0°なら1と確認する

ここでは、次の図で何が先に起き、何が後から変わるのかを見ます。

前半：共振は、LとCの差が0になる状態

直列RLCで XL=XC になると、上向きと下向きの成分が打ち消し合います。残るのは抵抗Rだけなので、Zは最小、電流は最大、電圧と電流の位相差は0°になります。ここで一度、共振の結論を図で確認します。

図を見たら、公式へ進む前に自分の言葉で一度説明してみてください。

公式は、図の関係を短く書いたもの

後半では電力を読みます。皮相電力Sのうち、実際に仕事や熱になる部分が有効電力Pです。P=VIcosθなので、位相差が小さいほど力率は1に近づきます。

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です。共振の「差が0」と、力率の「位相差が小さい」を同じ図へ戻して確認します。

数字を入れた後も、最初に予想した向きや増減と合うかを確かめます。

電験3種での読み方

1. 共振ではXLとXCの差を見る
2. 電力ではP・Q・Sの単位を分ける
3. 力率はP/S、位相差0°なら1と確認する

まとめ

共振と力率はどちらも、位相のずれを読む問題です。最後に、これまでの判断順を一問へまとめます。

次はLesson11「交流回路の過去問へ」です。