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力率改善【第2種電気工事士合格までの道】

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こんにちは、チーズカレーって、おいしいですね!しまじです☆ 

第2種電気工事士試験合格への道、第10回っ。今回で、「基礎理論」は終了になります。きちんと、身についたかなー。やっぱり復習は、大切ですよね。これまでの内容をしっかり、見返します。こうして、まとめていると、何かと良いですね。

 目次

 

力率改善

電気に関する「基礎理論」について、最後の回は「力率改善」についてになります。

力率改善

「力率」を改善する。力率とは、これまでのcosθのことですね。スター結線(Y結線)にしても、デルタ結線(△結線)にしても、どちらも同じで、

  • cosθ=\frac{R}{\sqrt{R{2}+X{2}}}

で計算されるのでしたね。(抵抗と誘導性リアクタンス(コイル)が接続されている場合)

ところで、力率の改善とは、どのようなことなのでしょうか。これは、交流回路についての考えになりますが、電力を消費するのは抵抗R(Ω)だけなのに対し、誘導性リアクタンス(コイル)も接続されている場合、この「力率」というものが登場します。

消費電力P(W)が、

  • P=\sqrt{3}V_{l}I_{l}cosθ

で計算されるため、力率の大小は消費電力に影響を与えます。線間電圧Vと線電流Iが同じ場合、この力率が大きくなると消費電力は大きくなり、小さくなると消費電力は小さくなります。

つまり、同じ大きさの定格容量の電動機などを動作させる場合、線間電圧Vは通常100Vや200Vで一定のため、電線に流れる電流値が多く流れたり、少なく流れたりします。

  • 力率が大きくなると 電線に流れる電流を小さく出来る
  • 力率が小さくなると、電線に流れる電流が大きくなる

なので、力率を改善することで、電線に流れる電流値を小さくすることが出来、電気代を節約したり、契約のアンペア数を落とせるなどのメリットが出てくることになります。力率の改善って、なかなか良いですね。

では、力率を改善するには、どうすればいいのでしょうか。たとえば、電気を消費する電動機(抵抗と誘電性リアクタンス(コイル)の直列接続)に、容量性リアクタンス(コンデンサ)を並列接続します。

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このように接続することで、電圧の位相に対し、電動機内の誘導性リアクタンス(コイル)が電流を遅らせますが、並列接続された容量性リアクタンス(コンデンサ)が、電流を進ませることで、お互いに打ち消しあって電線に流れる電流値を小さくしています。

回路横のベクトル図を見てみると、容量性リアクタンス(コンデンサ)が接続される前の電流I、力率を改善する前の電流ベクトルですね。これに対し、コンデンサが接続されることで、進み電流Iによって、回路に流れる電流Iが電圧Vの位相に近づいていっています。これが力率の改善です。 

ちなみに、力率改善として並列接続してあるコンデンサを、低圧進相コンデンサといいます。

 

例題

次の回路で、電動機にコンデンサCを並列接続して、力率を100%にした。このとき、電流計の値は、コンデンサを接続する前と比べて、どう変化するでしょうか?

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先ほど学んだ、力率改善と全く同じ回路です。誘導性リアクタンス(コイル)と抵抗が直列接続された電動機に、容量性リアクタンス(コンデンサ)が並列接続されています。力率改善目的の、低圧進相コンデンサが接続されたという事ですね。

低圧進相コンデンサが接続されたという事は、誘導性リアクタンス(コイル)により、電圧の位相に対して遅れていた電流が、容量性リアクタンス(コンデンサ)により進んで、力率を100(%)にしたという事なので、完全に電圧と電流の位相差が消えてしまって、0°になったということになります。

この時、回路に流れる電流がどうなるかですが、消費電力の式が、

  • P=\sqrt{3}VIcosθ

なのと、かかる電圧は一定である為、力率cosθが100(%)=1になると、(元は100(%)以下なので、例えば70(%)=0.7や80(%)=0.8)電流Iは減少するということになります。

【解答】電流計の値は、減少する。

 

今日のまとめ 

今日は、「力率改善」について勉強しました。コンデンサを並列に接続することで、力率は改善されるのですね。電流が遅れたり進んだり、コイルとコンデンサの接続の仕方によって、電圧に対する電流の位相差が変化します。電気の世界って、不思議ですねっ

それでは