有効電力W(ワット)と皮相電力VA(ボルトアンペア)の違いと三相交流の計算方法｜シーケンス制御ハード設計基礎

この章では、電力について種類と計算方法について学びます。

電力を理解していないと、シーケンス制御におけるハード設計で交流回路を扱えません。

ここでは電力のすべてを取り扱わず、シーケンス制御エンジニアに必要な基礎部分だけを説明します。

消費電力とは『有効電力W』『無効電力var』『皮相電力VA』の3つで構成される

消費電力とは、

の3要素で構成されています。

シーケンス制御においてよく利用されるのは『有効電力(W)』と『皮相電力(VA)』の2つです。

有効電力W(ワット)とは仕事をするために使われた電力

W(ワット)は有効電力と呼ばれ、実際に仕事した電力を指します。

消費電力全体(皮相電力VA)のうち、有効に使われた電力分のみを抽出した値です。

モーター(電動機)の出力が22kWである場合、皮相電力(VA)のうち22kW分の有効電力が仕事に使われます。

無効電力var(バール)とは仕事をしなかった無駄な電力

var(バール)とは無効電力と呼ばれ、送電されたが仕事をしない無駄な電力を指します。

消費電力全体(皮相電力VA)のうち、何の仕事もしない電力分を抽出した値です。

力率が100%に近いと無効電力の値が小さくなり、電力をロスなく仕事に変換できていると言えます。

逆に力率が低くなるほど無効電力の値が大きくなり、電力の割には仕事量が小さく無駄が多いと言えます。

皮相電力VA(ボルトアンペア)とは有効電力+無効電力の和

VA(ボルトアンペア)とは皮相電力と呼ばれ、有効電力(W)と無効電力(var)の総和です。

単位が表すとおり、電圧(V)と電流(A)の乗算でも求められます。

設備全体が消費する電力の総容量である『設備容量』は、皮相電力のことです。

三相交流電源における『有効電力W』『無効電力var』『皮相電力VA』の計算方法

『有効電力(W)』『無効電力(var)』『皮相電力(VA)』を求めるとき、

の3要素を使って計算できます。

力率(cosθ)とは、皮相電力(VA)における有効電力(W)の割合のことです。

どれだけ電力を効率よく仕事に変換できるかという指標であり、力率が高いほど電力のロスは小さくなります。

電圧(V)、電流(A)、力率(cosθ)を使って計算する方法

三相交流のモーター(電動機)とヒーターを例に、電圧(V)と消費電力(W)から電流値(A)と皮相電力(VA)を求めてみる

三相交流ヒーターの場合

ヒーターは電力を熱に変換する機器なので、効率および力率は100%です。

そのため、三相交流ヒーターの電流値は、下記の計算式で求められます。

5kWの三相交流ヒーターを200Vで使用した場合の電流値は下記のとおりです。

白熱電球など電力を光や熱に変換する機器は、同様の計算式で電流を求められます。

ヒーターの効率および力率は100％であり、送電した電力は100％仕事に利用されるということです。

皮相電力(VA)は有効電力(W)と一致するため、5kW三相交流ヒーターの皮相電力は5kVA(5,000VA)となります。

三相交流モーター(電動機)の場合

モーター(電動機)の電流値は、下記の計算式で求められます。

上記の計算式を使って、下記のモーター(電動機)における100%時の電流値を割り出してみましょう。

出力 [kW]	電圧 [V]	周波数 [Hz]	定格電流 [A]	100%時 効率[%]	100%時 力率[%]	100%時 電流[A]
22	200	60	80	93.6	86.5	78.5

このように、モーター(電動機)のカタログスペックから電流を求めることが可能です。

22kWモーター(電動機)の皮相電力は、次の計算式で求められます。

シーケンス制御で抑えるべきは、有効電力W、皮相電力VAの違いと電流値の計算方法

シーケンス制御のハード設計において、電力の計算スキルは必須です。

計算ができないと、正しい保護回路の設計や電線の選定ができません。

理論を理解する必要はないですが、機器のデータから各値を計算できるようにしておきましょう。

参考資料

ワットとボルトアンペアの違い｜電気設備の知識と技術