家のコンセントは交流。電気の向きが1秒に50回(東日本)か60回(西日本)入れかわります。
・100Vは「実効値」。山のてっぺん(最大値)は √2倍の約141V
コイルとコンデンサ
| コイル(L) | コンデンサ(C) | |
|---|---|---|
| 流れにくさ | XL = 2πfL | XC = 1 ÷ (2πfC) |
| 周波数が上がると | 大きくなる | 小さくなる |
| 電流は電圧より | 90°遅れる | 90°進む |
この流れにくさを「リアクタンス(X)」といい、単位はΩです。
覚え方「Lは遅れてCに来る」(Lは遅れ、Cは進み)
インピーダンス(交流での全体の流れにくさ)
抵抗RとリアクタンスXは向きが90°ちがうので、そのまま足さずに三平方で合わせます。
直列:Z = √(R² + X²) 電流 I = V ÷ Z
力率
流れた電流のうち、実際に仕事(電力)になる割合です。
力率 cosθ = R ÷ Z = VR ÷ V = P ÷ (V×I)
消費電力 P = V × I × cosθ ＝ I² × R
電力を使うのは抵抗Rだけ。コイルやコンデンサは電力を消費しません。
例題
R = 8Ω、X = 6Ω の直列に100V。電流・電力・力率は？
Z = √(8²+6²) = 10Ω → I = 100 ÷ 10 = 10A
P = I²R = 10² × 8 = 800W
力率 = 8 ÷ 10 = 0.8(80%)
P = I²R = 10² × 8 = 800W
力率 = 8 ÷ 10 = 0.8(80%)
並列のとき
RとXの並列では、電流を三平方で合わせます。I = √(IR² + IX²)、力率 = IR ÷ I。
力率改善
モーターなどコイルの性質を持つ負荷は電流が遅れます。コンデンサを並列に入れると遅れを打ち消して力率が上がり、電線に流れる電流・電圧降下・電力損失が減ります(負荷そのものの電流は変わらない)。
やってみよう:抵抗の電圧90V、電源102Vの直列回路の力率は？
90 ÷ 102 ≒ 0.88 → 88%