交流電力とは？
交流（AC）回路では、電力は互いに関連する3つの量に分けられます。有効電力（P）はワット（W）で表され、実際に仕事や熱として消費される電力です。無効電力（Q）は無効ボルトアンペア（VAR）で表され、電源とリアクタンス成分（コイルやコンデンサ）の間を行き来するだけで、正味の仕事はしません。皮相電力（S）はボルトアンペア（VA）で表され、実効値（RMS）の電圧と電流の積であり、電源が供給しなければならない電力の総量を示します。
この計算ツールの使い方
実効値（RMS）の電圧、実効値の電流、そして力率（cos φ、0〜1の範囲）を入力してください。本ツールは有効電力・無効電力・皮相電力に加え、位相角 \(\varphi\) を算出します。純抵抗負荷の場合は力率を1とし、負荷が誘導性・容量性になるほど力率の値は小さくなります。
計算式の解説
これらの量は「電力の三角形」を形づくり、\(S^2 = P^2 + Q^2\) の関係が成り立ちます。力率は電圧と電流の位相差の余弦（コサイン）です。これを用いると無効成分は \(\sin\varphi = \sqrt{1 - \cos^2\varphi}\) で求められます。したがって次のようになります。
$$P = V \cdot I \cdot \cos\varphi \quad Q = V \cdot I \cdot \sin\varphi \quad S = V \cdot I$$
計算例
V = 230 V、I = 10 A、力率 = 0.8 の場合：皮相電力 \(S = 230 \times 10 = 2300\ \text{VA}\)。有効電力 \(P = 2300 \times 0.8 = 1840\ \text{W}\)。\(\sin\varphi = \sqrt{1 - 0.64} = 0.6\) なので、無効電力 \(Q = 2300 \times 0.6 = 1380\ \text{VAR}\)、位相角 \(\varphi = \arccos(0.8) \approx 36.87°\) となります。
一般的な負荷の典型的な力率
力率（PF）は、負荷がみかけの電力（VA）をいかに効果的に有効電力（W）に変換するかを示しています。純粋な抵抗負荷の力率は1.0に近く、誘導負荷（モーター、変圧器、安定器）は追加のリアクティブパワーを消費して力率は1.0以下になります。以下の値は単相負荷の一般的な範囲です。実際の値は負荷レベル、設計、および運転条件によって異なります。
| 負荷タイプ | 典型的な力率 | 特性 |
|---|---|---|
| 白熱ランプ／抵抗型ヒーター | ≈ 1.0 | 抵抗性 |
| LED照明（高品質ドライバー） | 0.90 – 0.95 | わずかに容量性／非線形 |
| 蛍光灯 | 0.50 – 0.90 | 誘導型（磁気安定器）～補正済み |
| 誘導モーター（全負荷） | 0.80 – 0.90 | 遅れ（誘導性） |
| 誘導モーター（無負荷／軽負荷） | 0.20 – 0.40 | 遅れ（誘導性） |
| 配電用変圧器（軽負荷） | 0.30 – 0.70 | 遅れ（励磁電流） |
| コンピューター／スイッチング電源（補正なし） | 0.55 – 0.75 | 非線形 |
| コンピューター／アクティブPFC搭載SMPS | 0.95 – 0.99 | 補正済み非線形 |
| 冷蔵庫／圧縮機モーター | 0.60 – 0.80 | 遅れ（誘導性） |
| 溶接装置（アーク） | 0.50 – 0.70 | 遅れ |
低い力率は一定の有効電力を供給するのに必要な電流を増加させ、導体の損失とおよび供給側が提供する必要があるみかけの電力（VA）を増加させます。
定義と用語集
- 有効電力（P）
- 実際に有用な作業または熱に変換される電力。ワット（W）で測定されます。\(P = S\cdot\text{PF} = V I \cos\varphi\)。これはほとんどの公益事業体のエネルギーメーターが請求する値です。
- リアクティブ電力（Q）
- 電源とリアクティブ成分（インダクター、キャパシター）の間で振動する電力。正味の作業を行わない電力。ボルト・アンペア無効（VAR）で測定されます。\(Q = V I \sin\varphi\)。誘導性（遅れ）負荷では正の値、容量性（進み）負荷では負の値を取ります。
- みかけの電力（S）
- 実効電圧と実効電流の積。ボルト・アンペア（VA）で測定されます。\(S = V I = \sqrt{P^2 + Q^2}\)。ケーブル、変圧器、および発電機の定格を決定します。
- 力率（PF）
- 有効電力とみかけの電力の比。\(\text{PF} = P/S = \cos\varphi\)。0～1の範囲の値を取ります。力率が1.0であれば、供給される電力のすべてが有用な作業を行うことを意味します。
- 位相角（φ）
- 電圧と電流の波形間の角度。\(\varphi = \cos^{-1}(\text{PF})\)。純粋な抵抗負荷では\(\varphi = 0\)。純粋なリアクティブ負荷では±90°に近づきます。
- 実効電圧
- 二乗平均平方根電圧（RMS電圧）。同じ加熱電力を供給する等価直流電圧。正弦波の場合、\(V_{\text{rms}} = V_{\text{peak}}/\sqrt{2}\)。交流定格（例：120 V、230 V）は実効値です。
- 実効電流
- 二乗平均平方根電流（RMS電流）。同じ発熱効果を生じさせる等価直流電流。すべての交流電力計算に使用されます。
- 進み力率対遅れ力率
- 遅れ：電流が電圧より遅れる。モーターや変圧器などの誘導負荷の特性。（Q は正）進み：電流が電圧より進む。容量性負荷および過度に補正されたシステムの特性。（Q は負）
よくある質問
単相用ですか、それとも三相用ですか？ 本ツールは単相の式 \(S = V \cdot I\) を使用しています。三相平衡負荷の場合は、線間値を用いて \(\sqrt{3}\) を掛けてください。
力率が1未満とはどういう意味ですか？ 無効負荷（モーターや変圧器など）が存在することを示します。力率が低いほど、同じ有効電力を供給するためにより多くの電流が必要になります。
位相角とは何ですか？ 電圧と電流の波形のずれを表す角度で、arccos（力率）に等しくなります。
