アナログ電力計の基礎知識：原理と正しい使い方

電力計は、電気回路や負荷で消費される電力を測定するための計器です。特にアナログ電力計は、構造がシンプルで実用的な計測器として広く利用されています。本記事では、アナログ電力計の動作原理、内部構造、接続方法、測定結果の読み方について詳しく解説します。

電力計とは？

電力とは、電圧と電流の積で表される、負荷が発熱や運動などの仕事をする力を指します。電力計は、負荷や電気回路で消費される電力を測定する計器であり、以下の3種類の測定方法があります。

電圧計と電流計による計算方法

電圧と電流を個別に測定し、その積を計算して電力を求めます。 直感的で簡単ですが、手動での計算が必要です。

電力計による直接測定方法

電力計内で電圧と電流を測定し、機械的に電力を算出します。 電流端子と電圧端子を持ち、1つの計器で簡便に測定できます。

積算電力計による積算方法

時間とともに消費される電力を積算します。 一般家庭に設置されている電気メーターがこれに該当します。

電力計の構造

アナログ電力計では、主に「電流力計形電力計」が広く使用されています。この電力計の内部構造は以下の通りです。

電流コイル（固定コイル）

電流端子に接続され、負荷に流れる電流を測定します。 太い線で構成され、固定された状態で配置されます。

電圧コイル（可動コイル）

電圧端子に接続され、負荷にかかる電圧に比例した電流を流します。 軽量化されており、指針を動かす役割を果たします。

これらのコイルは空芯で構成されており、ヒステリシス(磁気の履歴)の影響を受けないため、直流および交流電力の測定が可能です。

電力計の動作原理

電流力計形電力計は、以下のように動作します。

電流コイルによる磁場の生成

2つの電流コイルに電流端子からの電流が流れ、2つ以上のコイルから磁場を発生させる 「ヘルムホルツコイル」として一様な磁場を生成します。

電圧コイルの動作

電圧コイルには電圧端子からの電圧に比例した電流が流れます。 電圧コイルは磁場中でトルクを発生させ、渦巻ばねのトルクと釣り合う位置で停止します。

電力の表示

電圧コイルの回転角度が電力として指針に示されます。

電力計の接続方法

電力計を正確に使用するためには、負荷電流の大小に応じた接続方法を選択する必要があります。

1. V-A接続法

電圧コイルを電流コイルの前方に配置します。 電流コイルには負荷に流れる電流のみが流れるため、小電流負荷時に適しています。 電圧コイルに流れる電流の影響を低減します。

2. A-V接続法

電圧コイルを電流コイルの後方に配置します。 負荷に流れる電流が大きい場合に適しており、電流コイルの内部抵抗による電圧降下を考慮します。

電力計の使い方と結果の見方