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ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

ACシステムが低力率を示すとき、補正計算のために正確なインダクタンス値を得ることは通常困難です。

利用可能なら、力率計が瞬時力率値(0〜1)と皮相電力(測定電圧×測定電流)を提供します。

計器がなければ、オシロスコープで電圧と電流波形を比較し、位相シフト(度)を決定し、そのコサインとして力率を計算できます。

通常、ワットメータが有効(実)電力を測定します。その読み値を電圧・電流測定から計算した皮相電力と比較することで、無効電力と力率値の両方が得られます。

例題

以下は測定セットアップの簡略表現です:

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

ワットメータが有効電力を読み取り;電圧計と電流計の積が皮相電力を与える

皮相電力のkVA計算

皮相電力(S)は負荷電圧(V)と負荷電流(I)の積で計算します。キロボルトアンペア(kVA)への変換は単純に1,000で割ります。

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

結果の2.308 kVAは、有効電力1.5 kWを大きく超え、力率がユニティを大きく下回ることを示します。

力率の決定

力率(PF)は有効電力(P)と皮相電力(S)の比です:

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

ピタゴラスの定理による無効電力

皮相電力を斜辺、有効電力を隣辺とすると、無効電力(Q)はピタゴラスの定理を「逆向き」に適用して求められます:

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

コンデンサによる力率補正

モータなどの誘導負荷は遅れ力率を示します。並列接続されたコンデンサバンクが進み無効電力を提供し、誘導寄与を相殺します。

1.754 kVARの無効電力から、240 Vでの必要容量(C)は:

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

80 µFに丸めると、コンデンサのリアクタンス(Xc)は33.157 Ω、電流7.238 A、無効電力1.737 kVAR(コンデンサのみ)となります。コンデンサ電流は誘導電流と180°位相差のため、その無効電力が負荷の無効電力から直接減算されます。

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

有効電力は変わらないものの、皮相電力と240 V電源から引かれる総電流が大幅に減少します。

調整後無効電力からピタゴラスの定理で新しい皮相電力を計算:

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

コンデンサ補正前後の電力三角形

ACシステムにおける力率補正の実践ガイド

要点

適切にサイズ設定されたコンデンサバンクの導入は、力率改善だけでなく皮相電力低減、線電流削減、大幅なエネルギーコスト削減をもたらします。

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