単相交流電力の測定実習
本時の予定
1.関係知識
2.単相電力計による実験回路
3.三電圧計法による電力測定実験回路
4.表計算ソフトによる測定結果の整理
5.問題
6. まとめ
1. 関係知識
A
電流コイル
A
+
-
V
電
源
+
-
V
電圧コイル
負
荷
R
cosθ
X
<電力測定回路>
電力計・・・P[W]
P = V I cosθ
電圧計・・・V[V]
電流計・・・I[A]
力率・・・cosθ
cosθ = P / ( V I )
負荷が抵抗だけの場合・・・cosθ = 1
リアクタンスを持つ負荷の場合・・・cosθ は 1未満
電力計(electric power meter)について
電圧コイル端子(±)
電流コイル端子(5A,25A)
電流コイル端子(±)
電圧コイル端子(120V,240V)
記号・・・・・
W
・電流端子・・・回路に( 直列
)接続
・電圧端子・・・回路に( 並列
)接続
・±端子・・・必ず( 共通 )に使用
<電力計の乗数表例>
倍率
120V
240V
5A
5
10
25A
25
50
※電力を求める
には測定値に
乗数をかけて
計算する
[例題]電流端子5A,電圧端子120Vの場合,
電力計の目盛の値が7であれば,
7 × 5 = 35 〔 W 〕
銘板・・・この電力計の接続方法と乗数表が記載されている
力率計(power factor meter)について
電流コイル端子(±)
記号・・・・・
電流コイル端子(1A,5A)
PF
電圧端子
力率・・・目盛を直接読み取れる
LEAD・・・(
進み位相
)
LAG・・・(
遅れ位相
)
銘板・・・この力率計の接続方法と目盛の読み方が記載されている
(1)電力計と力率計を用いた電力測定回路
力率計(PF)
A
+
-
電力計(W)
+
-
CC
電流コイル
A
V
電
源
+
-
+
-
R
PC
V
電圧コイル
負
荷
cosθ
X
(2)三電圧計法による電力測定回路
V1
V2
I
V2  RI

V3
I
R[Ω]
V3
V1
V1
負
荷
V3
V1 sin 
cosθ
負荷に消費する電力・・・
ベクトル図より
P  V1I cos


V1 cos
V2  RI
RI  V3 cos
V32  V22  V12
力率 cos 
100[%]
2V1V2
電力 P  V1 I cos  
V1V2
1
cos  
(V32  V22  V12 )
R
2R
RとV1、 V2 、 V3の値がわかると、電力を求めることができる
2.単相電力計による実験回路
A
+
-
+
-
A
K
V
AC
100V
+
- PF計
V
+
-
電圧調整器
SD
使用機器
記号
使用機器
記号
単相電力計
W
交流電圧計
V
交流電流計
A
電圧調整器
SD
スイッチ
K
白熱電球
クリーナー
蛍光灯
ヒーター
扇風機
W計
負
荷
単相電力計による実験回路図
A
+
-
+
-
K
A
V
AC
100V
V
電圧調整器
SD
+
- PF計
+
- W計
負
荷
3.三電圧計法による電力測定実験回路図
V2
K
R[Ω]
AC
100V
V3
V1
負
荷
電圧調整器
SD
使用機器
記号
使用機器
記号
単相電力計
W
交流電圧計
V
交流電流計
A
電圧調整器
SD
スイッチ
K
蛍光灯
白熱電球
4.表計算ソフトによる実験結果の整理
•
•
•
•
電力値 = 電力計の振れ×乗数
皮相電力 = 電圧×電流
力率 = 電力÷(皮相電力)
電力 = 皮相電力×力率
V32  V22  V12
力率 cos 
100[%]
2V1V2
三電圧計法よる計算
電力 P  V1 I cos  
V1V2
1
cos  
(V32  V22  V12 )
R
2R
※計算を行う際に単位に注意しましょう!!
単相電力計による実験結果例
電圧ー電力特性
電圧-電力特性(白熱電球)
350
300
電力P[W]
250
200
測定値
計算値
150
100
50
0
20
30
40
50
60
電圧V[V]
70
80
90
100
単相電力計による実験結果例
電圧ー電力特性
電圧-電力特性
700
600
電力P[W]
500
白熱電球
ヒーター1
ヒーター2
蛍光灯
扇風機
400
300
200
100
0
30
40
50
60
70
電圧V[V]
80
90
100
単相電力計による実験結果例
電圧ー電力特性
電圧-力率特性(白熱電球)
1
力率cosθ
0.95
0.9
測定値
計算値
0.85
0.8
0.75
20
30
40
50
60
電圧V[V]
70
80
90
100
単相電力計による実験結果例
電圧ー力率特性
力率cosθ
電圧-力率特性
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
白熱電球
ヒーター1
ヒーター2
扇風機
30
40
50
60
70
電圧V[V]
80
90
100
三電圧計法による実験結果例
電圧ー電力特性
電圧-電力特性(測定結果比較)
25
電力P[W]
20
15
三電圧計法
単相電力計
10
5
0
75
80
85
90
電圧V[V]
95
100
三電圧計法による実験結果例
電圧ー力率特性
力率cosθ[%}
電圧-力率特性(測定結果比較)
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
三電圧計法
単相電力計
75
80
90
85
電圧V[V]
95
100
〔 問 題 〕次の文章中の空欄を答えなさい。
• 電力をP〔W〕、電圧をV〔V〕、電流をI〔A〕、力率をcosθとすると、
P = ( V )×( I )×( cosθ ) 〔W〕
cosθ= ( P )÷( ( V )×( I ) )×100〔%〕
・一般に用いられている単相電力計は、( 電流力計 )形の計器で、
電圧を加える( 電圧 )コイルと、負荷電流を流す( 電流 )コイル
をもつ。
・一般に用いられている力率計は、( 比率 )形の計器である。よって、
電圧や電流が与えられていないときは指針の位置は( 不定 )。
・負荷が抵抗のみの回路は電流は電圧と( 同相 )。
・コンデンサのみの回路は電流は電圧より位相が90°( 進む )。
・インダクタンスのみの回路は電流は電圧より位相が90°( 遅れる )。
・容量性負荷の場合は( 進み )力率。
・誘導性負荷の場合は( 遅れ )力率。
5.まとめ
・電力は、電圧、電流、力率に比例する。
・力率は負荷が抵抗だけの場合はcosθ = 1で、リアクタンスを持
つ負荷の場合はcosθ は 1未満となる。
・電力計・力率計の電流端子は回路に直列接続し、電圧端子は回
路に並列接続する。
・電力計で電力を求めるには、測定値に乗数をかけて計算する。
・電力計による測定方法と三電圧計法による電力測定方法を理解
できたか。
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