トランスフォーマーの定格容量はなぜ見かけ電力で表現され、発電機の定格容量は有効電力で表現されるのですか？

最近、現場のメンテナンス技術者がトランスフォーマーの力率について質問しました。私はその説明の中で、トランスフォーマーがなぜ見かけ電力を用いてその容量を表すのかについて議論しました。以下では、このトピックを二つの部分に分けて探求します：

​第一部: 見かけ電力、有効電力、およびそれらの単位の関係

基本的な理解がある方は、このセクションをスキップして第二部に進むことができます。

まず、概念を明確にしましょう：​W（ワット）と​VA（ボルタアンペア）は次元的には同じ単位であり、また​var（リアクティブボルタアンペア）も同様です。

​kWは​有効電力（P）の単位です。

​kVAは​見かけ電力（S）の単位です。

​kvarは​無効電力（Q）の単位です。

交流システムにおいて：

電圧と電流の​内積は​有効電力（P）を表し、​Wで測定されます。

電圧と電流の外積は無効電力 (Q) を表し、単位は var で測定されます。

電圧と電流の RMS 値の積は見かけ電力 (S) を表し、単位は VA で測定され、S = U × I のように表現されます。

この3つの関係は方程式 S² = P² + Q² で与えられます。

有効電力は最終的に機械的エネルギーまたは熱的エネルギーなどのさまざまな形態のエネルギー散逸に変換されます。

無効電力はコイルとコンデンサの間で交換され、理想的な条件では消費されません。

第2部: トランスフォーマーと発電機の単位が異なる理由は何ですか？

​ トランスフォーマー

機能: トランスフォーマーは電圧と電流を変化させますが、電気エネルギーは変化させません。有効電力損失は最小限（鉄損や銅損を無視すると）、両側の容量は同じです。

負荷特性：トランスの負荷は抵抗性、誘導性、または容量性であり、異なる力率を引き起こします。これは、出力電力が有効電力と無効電力（磁気または電気フィールドを形成するために使用される）の両方を含むことを意味します。

統一された測定：トランスはさまざまな種類の負荷に接続できるため、力率は変動します。見かけ電力は負荷特性に影響されず一定の値であるため、トランスの最大伝送能力を統一して測定する指標となります。したがって、見かけ電力を用いてトランスの定格容量を表すことは、その負荷支持能力や設計限界をより正確に反映します。

また、トランスが有効電力を基準にラベル付けされていた場合、負荷特性が不明となるため、このようなラベル付けは実用的ではありません。

​ 発電機

機能: 発電機は、無効電力を調整しながら、有効電力を生成するために設計されています。したがって、発電機は主に有効電力に関心を持ち、その定格容量は有効電力の単位で表されます。

実用例: 多くのアプリケーションにおいて、ユーザーは発電機がどれだけの有効電力を供給できるかに興味があります。それは実際に駆動できる負荷を直接決定するためです。これは電動機の場合と似ています。

​ 結論

トランスフォーマーと発電機は、それぞれ電力システムにおける役割が異なるため、異なる電力指標を使用して定格容量を表します。このアプローチは、実際の使用状況や性能評価のニーズに更好地合います。

トランスフォーマー: 負荷特性の変化に対応する能力を示すために、見かけ電力（kVA）を使用します。

発電機: 実際の負荷を駆動する能力を示すために、有効電力（kW）を使用します。

実用上、発電機の定格容量を必要に応じて見かけ電力に変換したり、トランスを有効電力に変換することも可能です。

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