無効電力についての解説
- 無効電力とは、電源から供給された電力のうち、回路との往来で消費される電力のことです。
- 無効電力は熱エネルギーに変換されず、消費されない電力となります。
- しかし、途中でスイッチ素子がある場合は、無効電力はそこで消費されてしまいます。
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無効電力
こんにちは無効電力について教えてください。 一般に参考書等に書いてある無効電力の説明はVar分は電源に返還される（ただ途中の電線抵抗で電力消費はある）とのことですが、 もっと身近なことで、例えばテレビの回路のコールド側のＤＣ電源を使って電力消費しているときにそこで生じる無効電力はどうなるのでしょうか？ 一般のシャーシのコールド側電源にd力を回収する機能は無いと思うのですが、無効電力分は素子の内部抵抗や配線抵抗で消費されてしまうのでしょうか？ 例えば1000VAをインピーダンスに与えて、無効電力が500Varだとしたときに、結局ホット側電源からみると1000W消費しているのでしょうか？ 教えてください。 ご返答ありがとうございます。 つまり、無効電力というものは熱エネルギー等にはならないと言うことですが、 例えばコンデンサだけを接続し、正弦波を印加しているときは実効電流が1AあったとしてもDC電源でもその前のホット側のAC電源でも消費電力は0Wと言うことでしょうか？ それとも、ＲＣ回路にパルスを印加してコンデンサにエネルギーをCV^2/2貯めたときにそれはトランジスタの内部抵抗で消費されるので回路全体の消費電力はcv^2fになると思うのですが、 上記コンデンサ単体の回路であってその無効電力が消費電力に影響することは無いのでしょうか？ すみません。 皆さんありがとうございます。 具体的に言うと、液晶は容量素子だと思うのですが、それを正弦波で駆動したらほとんどが無効電力だと思います。その駆動電圧を整流後のＤＣ電源を元に作っているとすると、 無効電力はＤＣ電源後の駆動回路や配線抵抗で消費されるのか、ＤＣ電源前のＡＣ側で消費されるのかそれとも、電力消費は無いのでしょうか？ 消費電力が無いというのが理解できなくて質問させてもらいました。 度々ありがとうございます。皆さんのおかげでわかってきました。 semtecさんのご回答の中にあった「この-電力はもともと電源から供給された電力ですが、この電源と回路とを往来する電力が無効電力になります。したがって、無効電力は消費されない電力になります。」 という分なのですが、この電源と回路を往来する電力は電源内で回収されるのでしょうか？デカップリングコンデンサに直接回収されるならわかるのですが、途中にスイッチ素子がある場合は上記無効電力はそこで消費されてしまうのでしょうか？ 電源が無効電力を回収できる能力があるのかがいまいちピンと来ないのですが。 すみません。
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対象がC負荷と考えられる液晶ですので理論抜きで考えたいと思います。駆動波形は確かに疑似ACですが瞬時では±DC電源からスイッチを介し抵抗を通してCに接続されていると考えてください。スイッチをどちらかに倒したときに瞬時電流が流れます。そしてC,Rによって決まるある時間の後にDC電源電圧と同じ電圧になって安定します。オシロスコープで見ると丁度坂を駆け上がっていくようなスロープが観測されると思いますが、それは電流が流れることによっておこる抵抗による電圧降下ですから当然、電力を消費します。次に反対側にスイッチを倒すとCから電流を引き出すような方向に電流が流れることが観測されるはずです。 先ほどの説明と同じようにこのことによっても当然電力が消費されます。次に反対方向の電圧になるまでCに充電されますから先ほどと同じことになります。 ここでスイッチは液晶の駆動回路、抵抗は液晶内部の配線その他と考えてください。兎に角配線などすべて理想的な０Ωなど存在しないと考えると良いと思います。なお実験ではあり合わせの抵抗とコンデンサでよいのですが１０μFと１００KΩ程度で実験されると良いと思います。余談ですが時計の液晶が小さな電池で長いこと持つのにカメラ用の液晶はたとえバックライトを消しても持たないのか、駆動速度の違いにより先ほど説明したスロープ部分での消費電力であることは明白なのですがそれにしても不思議な気分になることがあります。（時計は所謂液晶の焼き付きが起こらなく且つ秒が表示出来る速度があれば十分、しかしカメラ用は動く物を対象にしているので出来るだけ早く切り替わらなければならない）
交流の様に変動する電圧・電流での消費電力の定義は電圧・電流の瞬時値の積を単位時間（1秒）で累積（積分）した値になります。正弦波で電圧・電流の位相差がπ/2ずれていれば、その値は0（2π毎に+/-）となり、実効値の積（皮相電力）は全て無効電力になります(skasaiさんの説明をアレンジ）。DC電源に発振回路（スイッチング）を接続し、オシロで電流波形をみると波形の一部がマイナス側に瞬間的に振れるることがあります。これは電源に電流が戻ることになり、回路側から電源へ電力が供給された形になります（電圧は+、電流は-、その積は-）。この-電力はもともと電源から供給された電力ですが、この電源と回路とを往来する電力が無効電力になります。したがって、無効電力は消費されない電力になります。
DC回路においては無効電力は存在しません、 AC回路において位相差(電圧と電流との)があるとき無効電力が生ずるといえますネ。 参考http://www.watanabe-electric.co.jp/solution/rikiritu/whats2.asp
あえて誤解を恐れずに書くと，電力量計に容量性負荷を接続した場合，アルゴの円盤は回転しません．無効電力とはそういうものです． 当然，電源側の能力としてはAC100V，AC1Aを供給できる必要はあります．
例えばコンデンサだけを接続し、ＡＣ１００Ｖ１Ａで、皮相電力１００Ｗであれば、 負荷はコンデンサーですので、有効電力≒０Ｗ、無効電力はすべて、送電系統(発電機，変圧器，送電線、或は配線等)自体で無効電力を消費している事になりますね。
>例えば1000VAをインピーダンスに与えて、無効電力が500Varだとしたときに、結局ホット側電源からみると1000W消費しているのでしょうか？ 「消費」を「熱などに返還されるエネルギーとして供給している」という意だとすれば，当然，866Wということになります．
無効電力は電源に返還される，という説明が不十分なのだと思います． 無効電力の「定義」は電圧と電流の位相差からくるある値でしかなくて「電源に返還」とか「ではどこにいくのか」という概念はありません．
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