電力とは？

電力についてよく理解できていません。
力率が１の状態、つまり、電流と電圧の位相差ゼロの状態が、
一番効率のいい状態で、電力は全て負荷で消費され、有効電力は最大、
無効電力はゼロとなるのはわかります。
で、位相がずれてくると、電圧に対する電流の向きが逆になる
状態が出てくるので、これらが、負荷で消費されず、電源へ戻される電力
となり、これが、つまり、無効電力になるのだと思っていました。
この考えからいくと、位相差１８０°のときは、完全に電圧と電流の向きは
逆になりますから、有効電力はゼロ、無効電力は最大になるべきですが、
電力の計算式では、有効電力は、マイナス方向で最大、無効電力はゼロと
なってしまします。
私の考え方は、どこが間違っているのでしょうか？

No.5 ベストアンサー 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/08/01 00:45

判りました。

±９０度の範囲に絞りましょう。

＞自分なりに整理しました。
＞つまり、位相差０のときは、電圧と電流の向きが常に等しいので、有効電力Ｐは最大、無効電力Ｑは０。
＞位相差９０°のときは、電圧と電流の向きが等しいときと、逆のときの比率が同じなので、電力の消費はなく、
＞Ｐは０、Ｑは最大となる。
＞（無効電力とは、負荷で消費されない電力のことで、ＬやＣは、電力消費がないので、無効電力最大となる）

ここまでは一応正しいです。

＞位相差４５°では、電圧と電流の向きが等しいのは、1周期の７５％で、逆のときは、1周期の25％。
＞ゆえに、Ｐは、75％－25％＝50％、Ｑも50％で、ＰとＱは等しい.....うーん、
＞電流の向きと電力を関係付けて考えようとしているのですが、どうもうまくまとまりません。(-_-;

ここが違います。上で一応と書いたのもその意味です。
時間比率ではなく図形の面積で考えないといけないのです。

どこかにあるだろうと思って色々探していたら、おあつらえ向きの図が見つかりました。
ｐｄｆファイルなのでAcrobat　Readerが必要ですが。
この中の図５をご覧下さい。
（１）瞬間電力（ｅｉ）のグラフは周波数が２倍の正弦波になります。
　　これが今まで議論してきたものですよね。
（２）０度と９０度は仰るとおりですね。
　　ｘ軸より上の面積とｘ軸より下の面積に着目してください。
　　無効電力＝マイナス側の面積合計／時間（＝平均高さ）
　　有効電力＝（プラス側の面積合計ーマイナス側の面積合計）／時間（＝平均高さ）
（３）ｅとｉが同じであれば（皮相電力一定）、θを０度から９０度まで変えても
　　瞬間電力の波形と高さは変わりません。ただ位相とｘ軸より下の面積が変わる
　　だけです。
（４）図５は図４のように分解できます。(ａ)の平均高さＥＩcosθが有効電力です。
　　これは上下の面積差から出てきているのは前述の通りです。
　　(ｂ)は意味のない図形です。
（５）本当はx軸より下の面積の平均高さの図（ＥＩcosθ）を書くともっと判りやすいのですが。

http://www.numazu-ct.ac.jp/NctJpg/events2002/ken …
論文一覧
　4 一関 豊田計時 有効・無効・皮相電力のグラフィカルな解釈 (ronbun04.pdf)

この回答へのお礼

たいへんわかりやすい資料をありがとうございました。
おかげさまで、なんとかそれなりに理解が出来ました。
（まだ、１００％とはいえませんが、自分なりに「そういうものだ」として理解することにします）
初歩的な質問に、ご丁寧な対応、大変ありがとうございました。今後ともよろしくお願いいたします。

お礼日時：2002/08/13 07:09

No.6 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/08/02 11:48

ymmasayanです。

No.5の最終行で又間違えました。済みません。

＞（５）本当はx軸より下の面積の平均高さの図（ＥＩcosθ）を書くともっと判りやすいのですが。

（ＥＩsinθ）の間違いです。これは無効電力です。

No.4 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/07/17 12:43

No.2、No.3のymmasayanです。

自分自身が勘違いして嘘を書いてしまいました。

＞ΣＰ－ΣＱが有効電力です。
＞ΣＰ－ΣＱ＝０は有効電力０つまり力率０％です。（ΣＱは無効電力です。）

（ΣＱは無効電力です。）の部分が舌足らずです。
ΣＰとΣＱを比べて小さい方が無効電力です。負荷が発電機になったときのことを考え漏らしていました。済みませんでした。
それと、最初にＰとＱを定義した時に＋－があいまいでした。
瞬間電力＋をＰ、瞬間電力－をＱと決めた時、Ｐ，Ｑどちらも絶対値を表現しています。この辺りも余り親切でなかったと反省しています。　

この回答へのお礼

ymmasayanさん、こんにちは。
せっかく、ご回答いただいておりながら、長期出張のため、お返事できずに、申し訳ありませんでした。
いろいろとお手数をおかけしてすいません。私も本来、お聞きしたかったのは、通常ありえない、位相差９０°以上の状態に関してではなく、位相差による電圧対電流の向きと、有効電力、無効電力の関係についてのことです。
自分なりに整理しました。
つまり、位相差０のときは、電圧と電流の向きが常に等しいので、有効電力Ｐは最大、無効電力Ｑは０。
位相差９０°のときは、電圧と電流の向きが等しいときと、逆のときの比率が同じなので、電力の消費はなく、Ｐは０、Ｑは最大となる。（無効電力とは、負荷で消費されない電力のことで、ＬやＣは、電力消費がないので、無効電力最大となる）
位相差４５°では、電圧と電流の向きが等しいのは、1周期の７５％で、逆のときは、1周期の25％。ゆえに、Ｐは、75％－25％＝50％、Ｑも50％で、ＰとＱは等しい.....うーん、電流の向きと電力を関係付けて考えようとしているのですが、どうもうまくまとまりません。(-_-;

お礼日時：2002/07/31 11:52

No.3 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/07/16 22:43

やはり、わかりにくかったですか。

申し訳ありません。
これは、通常われわれが経験しない状態を想定しているので、発想の転換が必要なのです。

通常、親が子を養うのですが、子供が羽振りが良くなって子供が親を養うようになってしまった。とでも言いましょうか。年間１０億円稼ぐ子供タレントに貢がれる親・・・・・。

もう一つの例を。自転車に一人ずつ乗り、２台で肩を組みます。
最初は左側の人だけが、ペダルをこぎます。電気で考えると左が発電機で右が負荷です。
次に右側の人だけが、ペダルをこぎます。電気で考えると右が発電機で左が負荷です。
通常の（ＬＣＲ）で出来た負荷は発電機にはなりえません。（ペダルがないのです）
しかし、負荷が電動機（モータ）の場合には違うのです。電源につなぐと当然負荷として回転しますが、逆に、外から力をかけて早く回すと発電機に変わってしまうのです。電動機の時は、電力（電流）をもらうのですが、発電機になると電力（電流）を送り出すようになるのです。当然電力も電流も反対向きになるので、符号が逆転するのです。

＞位相差９０°～２７０°の間は、負荷の代わりに発電機がつながっていると
＞考えればよいのでしょうか？

そうです。負荷（電動機）が頑張って発電機になってしまった状態ということです。

＞また、「ΣＰ－ΣＱ＝０　力率０の負荷（コンデンサやコイル：電力を受け取って貯めて又返す）」
＞とのことですが、電力計算式からいくと、Ｐ＝Ｑは、位相差４５°のときですが、
＞その時は、力率は0.7程度になります。再度ご教授いただけませんでしょうか。

私の記号の決め方のまずさと説明不足で誤解されたのだと思いますが、Ｐ，Ｑの定義が違うのです。（ここでいうＰ，Ｑは有効電力、無効電力ではありません。）
ΣＰ－ΣＱが有効電力です。
ΣＰ－ΣＱ＝０は有効電力０つまり力率０％です。（ΣＱは無効電力です。）　

もう一度、吟味していただけますか。

No.2 回答者： ymmasayan 回答日時： 2002/07/14 09:24

＞位相差１８０°のときは、完全に電圧と電流の向きは

＞逆になりますから、有効電力はゼロ、無効電力は最大になるべきですが、
＞電力の計算式では、有効電力は、マイナス方向で最大、無効電力はゼロと
＞なってしまします。

電力の計算式が正しいです。
この状態は実は発電機なのです。有効電力を作って、外部に供給しているのです。
だから、有効電力がマイナス（消費でなく供給）になるのです。
無効電力はもちろんゼロです。

＞位相がずれてくると、電圧に対する電流の向きが逆になる
＞状態が出てくるので、これらが、負荷で消費されず、電源へ戻される電力
＞となり、これが、つまり、無効電力になるのだと思っていました。

その考え方で半分正しいです。正確には次の通りです。
瞬間を考えると、
（１）電圧×電流＝正の時　電力を受け取っています。（Ｐ）
（２）電圧×電流＝負の時　電力を返しています。（Ｑ）

１サイクルの間を考える（積分する）と

ΣＱ＝０　力率１の負荷　
ΣＰ－ΣＱ＞０　力率＜１の負荷　
ΣＰ－ΣＱ＝０　力率０の負荷（コンデンサやコイル：電力を受け取って貯めて又返す）　
ΣＰ＝０　力率１の発電機　
ΣＱ－ΣＰ＞０　力率＜１の負荷をつないだ発電機　

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
ご説明を元に自分なりにいろいろ考えてみましたが、まだ、よく理解できていません。
つまり、位相差９０°～２７０°の間は、負荷の代わりに発電機がつながっていると考えればよいのでしょうか？
また、「ΣＰ－ΣＱ＝０　力率０の負荷（コンデンサやコイル：電力を受け取って貯めて又返す）」とのことですが、電力計算式からいくと、Ｐ＝Ｑは、位相差４５°のときですが、その時は、力率は0.7程度になります。
すいません、再度ご教授いただけませんでしょうか。

お礼日時：2002/07/16 13:30

No.1 回答者： etosetora 回答日時： 2002/07/14 08:16

何の為に質問しているのでしょうか。

普通の使い方で位相差１８０度　なんて存在しないのに　何を考えているのでしょうか。

位相差が９０度以上になるのは、どんな負荷のときのことなのか明記してください。
（インダクタンスの場合で遅れが最大９０度、キャパシタンスの場合はその逆に９０度、世の中インダクタンスとキャパシタンスと抵抗の組み合わせなので９０度以上は存在するはずがありません）
電力とは　数学でどうのこうのという次元では無いです。

皮相電力　に対して　有効電力を考えるべきです。