力率(PF)とは

2019-01-11 23:28:19

電気工学では、交流電力システムの力率は、負荷によって吸収される有効電力と回路に流れる皮相電力の比として定義され、-1 対 1 の閉区間内の無次元数です。力率が XNUMX 未満の場合、電圧と電流が同相ではなく、両者の瞬時積が減少していることを示します。有効電力は電圧と電流の瞬時積であり、作業を実行するための電気の容量を表します。皮相電力は電流と電圧の平均積です。負荷に蓄積されてソースに戻されるエネルギー、またはソースから引き出される電流の波形を歪める非線形負荷が原因で、皮相電力が有効電力よりも大きくなる場合があります。負の力率は、デバイス (通常は負荷) が電力を生成し、それがソースに向かって逆流するときに発生します。

 

電力システムでは、同じ量の有効電力を伝送する場合、力率の低い負荷は力率の高い負荷よりも多くの電流を消費します。電流が大きいほど、配電システムで失われるエネルギーが増加し、より大きな配線やその他の機器が必要になります。機器の大型化とエネルギーの浪費のコストのため、電力会社は通常、力率の低い産業または商業の顧客に高い料金を請求します。

 

力率補正は負荷の力率を高め、負荷が接続されている配電システムの効率を改善します。力率の低い線形負荷 (誘導モーターなど) は、コンデンサまたはインダクタの受動ネットワークで補正できます。整流器などの非線形負荷は、システムから引き出される電流を歪ませます。このような場合、アクティブまたはパッシブ力率補正を使用して歪みを打ち消し、力率を上げることができます。力率補正用のデバイスは、中央変電所に設置したり、配電システム全体に分散したり、電力消費機器に組み込んだりすることができます。

 

 

75 kV変電所の150 Mvarコンデンサバンク

力率が 1.0 未満の場合、電力会社は有効電力 (ワット) を供給するために必要な最小のボルトアンペア数よりも多くを発電する必要があります。これにより、発電および送電コストが増加します。たとえば、負荷力率が 0.7 と低い場合、皮相電力は負荷で使用される有効電力の 1.4 倍になります。回路の線電流も、力率 1.4 で必要な電流の 1.0 倍になるため、回路の損失は XNUMX 倍になります (損失は電流の XNUMX 乗に比例するため)。あるいは、発電機、導体、変圧器、スイッチギアなどのシステムのすべてのコンポーネントのサイズ (およびコスト) を増やして、余分な電流を流すことになります。力率が XNUMX に近い場合、同じ KVA 定格の変圧器で、より多くの負荷を接続できます。

 

電力会社は、通常、力率が一定の限度（通常は 0.9 ～ 0.95）を下回る商業顧客に対して追加料金を請求します。エンジニアは、電力伝送の効率に影響を与える要因の XNUMX つとして、負荷の力率に関心を持つことがよくあります。

 

エネルギー コストの上昇と電力の効率的な供給に関する懸念により、アクティブ PFC は消費者向け電子機器でより一般的になっています。コンピューターに関する現在の Energy Star ガイドラインでは、PC の電源の定格出力の 0.9% で力率が 100 以上であることが求められています。Intel と米国環境保護庁が作成したホワイト ペーパーによると、内部電源を備えた PC では、コンピューターの ENERGY STAR 5.0 プログラム要件を満たすために、アクティブ力率補正を使用する必要があります。

 

欧州では、EN 61000-3-2 により、消費者向け製品に力率補正を組み込むことが義務付けられています。

 

家庭などの小規模な顧客には通常、無効電力に対する課金は行われないため、そのような顧客向けの力率計測装置は設置されません。