交流電源で、コイルやコンデンサーは電力を消費しないはずなのに、抵抗と同じ作用があるって不思議

電験三種の取得を目指している者です。

「交流電源回路において、コイルやコンデンサーは電力を（時間平均をとった時）消費しない。」
と参考書にありました。（巻き線抵抗等は無視して）

一方で、交流電源回路において、コイルやコンデンサーはインピーダンスとして作用し、複素数表示などを利用した計算が参考書には書かれています。
その計算において、インピーダンスは直流電源回路における抵抗と同じような作用をしています。

ここで、疑問が生じました。
抵抗と同じような作用をするのであれば、電力を消費するはず？！
実際にR回路は交流電源でも、実効電圧と実効電流の積で求められると書いてあるし。
でも、コイルやコンデンサーは電力を消費しないって書いてあるし、でもリアクタンスの単位はやっぱりΩだし…と分からなくなりました。

これはどういう事なのでしょうか？
複素数表示を使って計算していますが、これらはいわゆる無効電力を求めているにすぎないのでしょうか？

No.3 ベストアンサー 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2016/02/18 18:16

コイルやコンデンサはエネルギーを蓄えるということは習いましたか？

回路内に抵抗がなければ、コイルやコンデンサだけで構成された回路は電流や電圧に形を変えてエネルギーの授受を繰り返します。

抵抗が存在すると、回路内にあったエネルギーを熱エネルギーとして回路外にエネルギーを放出してしまうため、それを使う人間からしたらそれは有効電力と呼ばれるわけです。

コンデンサやコイルの抵抗という概念は、エネルギーを蓄えるために(CとLの大きさによって決まる)時間がかかることから、交流回路ではオームの法則に限って言えば、抵抗と同じように扱って構わないとされているのです。

I=C・dV/dt
V=L・dI/dt

この回答へのお礼

コイルやコンデンサーがエネルギーを蓄える…LI^2 や CV^2 の事ですよね。習いました。

>コンデンサやコイルの抵抗という概念は、エネルギーを蓄えるために時間がかかることから、交流回路ではオームの法則に限って言えば、抵抗と同じように扱って構わないとされているのです。

なるほどそうなんですね。無視出来ないぐらいのものなのですね。
無視できるくらいのものであれば、交流回路の計算は簡単になるでしょうか？
こいつらが交流電源の計算を難しくしていると思うと、理解に苦しんでいる者としては少々うらめしいです。(笑)

理解を深める事が出来ました。回答ありがとうございます。

お礼日時：2016/02/18 19:46

No.8 回答者： mandegansu 回答日時： 2016/02/19 15:55

＞抵抗と同じような作用をするのであれば、電力を消費するはず？！

抵抗は電力を消費しますが、インピーダンスは電力を保存し、次のサイクルで電源に保存した電力を放出します。保存と放出を繰り返すだけで消費はしません。

この回答へのお礼

よくわかりました。わかり易い説明ありがとうございます。

お礼日時：2016/02/19 16:50

No.7 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2016/02/18 19:59

>>なるほどそうなんですね。

無視出来ないぐらいのものなのですね。
無視できるくらいのものであれば、交流回路の計算は簡単になるでしょうか？
>>こいつらが交流電源の計算を難しくしていると思うと、理解に苦しんでいる者としては少々うらめしいです。(笑)


ωLは周波数が高くなると大きくなる。
電流変化が大きくなり、e=L・di/dtにより逆起電力eが大きくなる。
→抵抗としての電圧降下が大きくなる。

1/ωCは周波数が高くなると小さくなる。
Q=CVの電荷蓄積容量が決まっている。ωが大きくなると、電極に電荷Qがたまりきる前に放電が開始される。(電荷はいつもたまりやすい状態になる)
→抵抗としての電圧降下が小さくなる。


周波数が低い場合は逆。

この回答へのお礼

実際にはそのような現象が起きているのですね。
特にコンデンサーについては知りませんでした。
「周波数が高いと、溜まりきる前に放電が始まるので、抵抗としての電圧降下が下がる」
覚えておこうと思います。
ありがとうございます。

お礼日時：2016/02/19 16:56

No.6 回答者： isoworld 回答日時： 2016/02/18 19:39

思いっきり素人向けに説明すれば、コイルもコンデンサーも電力を蓄えたり吐き出したりしており、自分では消費しないと思えば宜しい。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時：2016/02/19 16:50

No.5 回答者： ricardo_ 回答日時： 2016/02/18 19:21

>コイルやコンデンサーは電力を（時間平均をとった時）消費しない。

　ここがミソなんです。１周期の間に、コイルやコンデンサーに入った電力が電源側に戻るんです。
　放電と充電を繰り返しているんです。

この回答へのお礼

電圧の正負が変わる度に充放電を繰り返すという事ですよね？
けったいな奴ですね。(笑)
回答ありがとうございます。

お礼日時：2016/02/18 19:57

No.4 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2016/02/18 18:31

余談

無効電力が送電線での損失に影響するという話は、コンデンサの放電とインダクタンスの電流を流し続けるという性質による部分があります。

力率改善進相コンデンサなどは発電機や変電所のトランス(コイル)間でエネルギーの授受を電流を介して行います。そのため、送電線路での抵抗が無効電流によってロスが起こるという話にもつながるわけです。

電気主任技術者を一発合格してはや10年以上の人間の回答です。
活躍できるのはここだけ(笑)

この回答へのお礼

正直まだ内容が理解出来ませんでした。勉強頑張ります。

社会人として思うのは、やっぱり一芸に秀でてないと難しいですよね。
その一芸を電験三種に求めてみました。仲間入り出来るよう頑張ります。

お礼日時：2016/02/18 19:53

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2016/02/18 16:11

＞複素数表示を使って計算していますが、これらはいわゆる無効電力を求めているにすぎないのでしょうか？

はい、そうです。
実数部分は「電流」と「電圧」の位相がそろって「電力」（有効電力＝消費電力）が発生しますが、虚数部分では「電流」と「電圧」が直交しますので、「電力」（有効電力＝消費電力）は発生しません。電流や電圧は、そこで右往左往しているだけで、何の仕事もしません。

リアクタンスは、「電流」と「電圧」の関係を記述するので、単位は「オーム」です。「オーム」だからといって、仕事に関与するかしないかには関係ありません。実際の回路の中では「複素数」の「インピーダンス」として扱われ、インピーダンスが「虚数」なら仕事に関与しません。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
そうなんですね。勉強していた事に繋がりが持てました。
勉強するのに、繋がりがあると覚えやすく忘れにくいですよね。
謎が解け、更に繋がりも持ててうれしいです。ありがとうございます。

お礼日時：2016/02/18 19:05

No.1 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2016/02/18 14:09

このサイトの説明が解り易いと思います。

http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/koukairo/ …