実効電力 vs 見かけ電力 vs 無効電力: 何が違うのか？
グリッド上では、電力は交流信号で供給されます。理想的な状態では負荷は純粋に抵抗性ですが、工場や家屋にあるモーターのために、実際には負荷は誘導性です。
グリッド内の電力と負荷の電力の間には位相差が現れます。これは単純なRL回路として見ることができ、図1で示すように、様々な電力は実効電力、無効電力、見掛け電力と呼ばれます：
- 実効電力
- 無効電力
- 見掛け電力
図 1: 力率三角形の図
電力の種類
無効電力は、コイルに蓄えられた電気エネルギーであり、その後グリッドに戻ります。理想的なコイルは電気エネルギーを消費せず、しかし、顕著な電流を作ります。実効電力は、抵抗負荷により実際に消費される電力であり、見かけの電力はグリッドが耐えなければならない電力です。実効電力の単位はワットであり、見かけの電力の単位はVA（ボルトアンペア）です。
実電力、無効電力、および視電力の比較
有名な例えはビールのグラスとビールの泡に関して作られています。あなたが飲むことになるのは実際の力です。グラスは見かけ上の力であり、液体と泡を含むのに十分な大きさでなければなりません。 無効電力の問題は技術的なものだけでなく、潜在的に大きな経済的影響もあります。実際には、電力会社は見かけのエネルギーを輸送できるグリッドを構築しなければならず、実際の力のみを請求します。差が大きすぎると、持続可能ではありません。実際の力と見かけの力の比率は力率として知られています。力率は1にできるだけ近くなければなりません。力率矯正器（PFC）と呼ばれる電子部品がこの作業を助けます。政府は定期的に新しい規則を制定し、良好なエネルギーラベルを取得するために厳しい基準を満たさなければならない電子機器に対応しています。
従来のACからDCへのコンバータは通常、ACラインから電力を引き出すために単純なコンデンサフィルタを備えた全波整流ブリッジを使用します。その結果、ライン電流の波形は狭いパルスになり、電流の高調波歪みにより力率が低下します（0.5-0.6）（図3を参照）。
図2: ACからDCへのコンバーターの方程式
電力係数補正を改善するためのさまざまな方法があります。低電力では、離散部品を使用したパッシブソリューションが十分であることが多いです。前述のように、負荷はほとんどの場合、誘導性であり、コンデンサを並列に配置すると電力係数が改善されます。数十ワットが必要な場合は、アクティブPFCが必要です。最も一般的なトポロジーは、ブーストトポロジーであり、2つのサブカテゴリーに区別されます。
- トランジションモード (TM) またはクリティカルコンダクションモード (CrM) は数十ワットから数百ワットに対応
- 連続コンダクションモード (CCM) は数百ワットから数千ワットに対応
図3: PFC - 力率補正段階
目標は、入力正弦電圧と同相で入力電流を正弦波形に整形することです。内部正弦波参照が生成されます。この参照は外部信号と比較され、エラーが大きすぎると、MOSFETがオフになります。そして、電流がゼロに達すると、MOSFETが再びオンになります。トランジションモードは固定ON期間を持ち、図4のような曲線を描きます。
図 4 : MOSFETタイミングとインダクター電流波形 - 遷移モード
このシステムは、連続および非連続電流モードの境界に（正確ではないですが非常に近いところで）動作するため、このシステムはトランジションモードPFCと呼ばれています。電流は大きな振幅を持ち、ピーク電流は平均電流の2倍になります。それゆえ、高出力の場合、電流を正弦波曲線に近づける必要があります。連続伝導モードは解決策であり、図5に示されるように電流の変動を制限する固定周波数を適用します。これは最も複雑な設計ですが、0.99の力率を達成可能です。
図5 : MOSFETのタイミングとインダクタ電流波形のタイミング - 連続導通モード
モジュレーションがオンタイムに発生する固定オフタイム（FOT）タイミングのような、他の方法も存在します。条件によっては、トランジションモードに似た実装で、現在の連続モードと似た結果を提供することができます。出力を増やす必要があり、単一のトランジションモードでは十分でない場合、インターリーブPFCが解決策となることがあります。この種のソリューションは、より多くのコンポーネントを使用しますが、設計がはるかに簡単になる場合があります。
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