出力定格

電気工学および機械工学では、機器の定格電力とは、特定の機器に流すことができる最大の電力入力のことです。特定の分野に応じて、電力という用語は電気または機械の電力を指す場合があります。定格電力には平均電力と最大電力も含まれる場合があり、機器の種類や用途によって異なる場合があります。

電力定格制限は通常、メーカーによってガイドラインとして設定され、一定の安全マージンを確保しながら機器が損傷しない動作レベルを提供することで、機器を保護し、より大規模なシステムの設計を簡素化します。

機器の種類

消散装置

抵抗器やスピーカーなど、主に電力を消費したり、電力を機械的動力に変換したりする機器では、通常、定格電力は機器が安全に消費できる最大電力です。この制限の一般的な理由は熱ですが、特定の電気機械装置、特にスピーカーでは、機械的な損傷を防ぐためです。熱が制限要因である場合、定格電力は簡単に計算できます。まず、デバイスが安全に消費できる熱量を計算する必要があります。これは、最大安全動作温度、デバイスが動作する周囲温度または温度範囲、および冷却方法に関連しています。がデバイスの最大安全動作温度、が周囲温度、がデバイスと周囲間の総熱抵抗である場合、最大熱消費は次の式で与えられます。 $P_{D,max}$ $T_{D,max}$ $T_{A}$ $\theta_{DA}$

P_{D,max}={\frac {T_{D,max}-T_{A}}{\theta _{DA}}}

デバイス内のすべての電力が熱として放散される場合、これも電力定格となります。

機械設備

機器は一般に、電気モーターや油圧モーターのシャフトなどで供給される電力によって定格が決められます。機器の効率は 100% 未満であるため、機器への入力電力は大きくなります。^[1]^[2]^[3]機器の効率は、多くの場合、出力電力と出力電力と損失の合計に対する出力電力の比率として定義されます。機器の種類によっては、損失を直接測定または計算できるものもあります。これにより、入力電力と出力電力の商よりも高い精度で効率を計算できます。比較的小さな測定不確実性が、計算された効率に大きく影響します。

電力変換装置

変圧器など、主に異なる形態の電力を変換したり、送電線など、ある場所から別の場所に電力を輸送したりするデバイスでは、定格電力はほとんどの場合、デバイス内の電力消費ではなく、デバイスを通過する最大電力フローを指します。制限の通常の理由は熱であり、最大熱消費は上記のように計算されます。

電力定格は通常、実効電力の場合はワット、皮相電力の場合はボルトアンペアで表されますが、大規模電力システムで使用することを目的としたデバイスの場合は、両方が単位あたりのシステムで示される場合があります。ケーブルは通常、最大電圧と電流容量で定格化されます。^[4]電力定格は冷却方法によって異なるため、空冷、水冷などでは異なる定格が指定されることがあります。^[4]

平均と最大値

AC 駆動のデバイス (同軸ケーブル、スピーカーなど) の場合、最大 (ピーク) 電力定格と平均電力定格の 2 つの電力定格がある場合もあります。^[5]^[6]このようなデバイスの場合、ピーク電力定格は通常、低周波またはパルスエネルギーを指定し、平均電力定格は高周波動作を制限します。^[5]平均電力計算定格は、デバイスの使用方法に関するいくつかの仮定に依存します。たとえば、スピーカーのEIA定格方法では、音楽をシミュレートし、6 dB のピーク変位を許容する成形ノイズ信号を使用するため、50 ワットの EIA 定格は 200 ワットのピーク定格に相当します。^[6]

最大連続定格

最大連続定格（MCR）は、発電所が通常の条件下で1年間連続して生産できる最大出力（MW）として定義されます。理想的な条件下では、実際の出力はMCRよりも高くなる可能性があります。^[7]

海運業では、船舶は通常、 MCRの90%の85%である公称連続定格（NCR）で運航されます。90% MCRは通常、プロペラが設計される契約上の出力です。したがって、船舶が運航される通常の出力は、MCRの約75%から77%です。^[8]

その他の定義

工学の分野によっては、さらに複雑な出力定格が使用される場合もあります。たとえば、ヘリコプターのエンジンは、連続出力（時間制約なし）、離陸およびホバリング出力定格（30分から1時間の動作と定義）、最大緊急出力（2～3分間持続可能）、および緊急（30秒）出力定格で定格化されています。^[9]

電気モーターの場合、同様の情報がサービス係数によって伝えられます。これは、定格出力に適用すると、モーターが短時間維持できる電力レベルを表す乗数です。サービス係数は通常 1.15 ～ 1.4 の範囲で、高出力モーターの場合は数値が低くなります。サービス係数調整後の定格電力で 1 時間運転するごとに、モーターは公称電力で 2 ～ 3 時間寿命が短くなります。つまり、このレベルでの継続運転では、サービス寿命が半分以下に短縮されます。^[4]^{[10]サービス係数は}ANSI /NEMA MG 1 規格で定義されており、 ^[11]米国では一般的に使用されています。^[12]サービス係数のIEC規格はありません。 ^[13]

デバイスの定格電力をメーカーが設定した安全マージンを超えて超えると、通常、動作温度が安全レベルを超え、デバイスが損傷します。半導体では、修復不可能な損傷がすぐに発生する可能性があります。ほとんどのデバイスでは、非常に短い時間で定格電力を超えても害はありませんが、定期的に超えると累積的な損傷を引き起こすことがあります。

電気機器および送電線の電力定格は、想定される負荷の持続時間と周囲温度の関数です。たとえば、送電線または変圧器は、暑い天候よりも寒い天候で大幅に多くの負荷を運ぶことができます。瞬間的な過負荷は高温と絶縁の劣化を引き起こしますが、緊急事態では許容できるトレードオフとみなされることがあります。スイッチングデバイスの電力定格は、回路電圧と電流によって異なります。特定の航空宇宙または軍事用途では、デバイスは、長い耐用年数にわたって動作することを意図したデバイスで許容される定格よりもはるかに高い定格を持つ場合があります。

例

オーディオアンプ

オーディオアンプの定格電力は、通常、テスト対象デバイスをクリッピングが始まるまで、つまりメーカーや製品ラインごとに異なる所定の歪みレベルまで駆動することによって決定されます。アンプを 1% の歪みレベルまで駆動すると、0.01% の歪みレベルまで駆動するよりも定格が高くなります。^[14]同様に、単一の中域周波数でアンプをテストするか、2 チャンネルアンプの 1 つのチャンネルだけをテストすると、両方のチャンネルが動作している状態で意図した周波数範囲全体でテストする場合よりも定格が高くなります。メーカーはこれらの方法を使用して、公表されている最大出力にクリッピングの程度が含まれるアンプを販売し、より高い数値を示すことができます。^[14]

たとえば、連邦取引委員会(FTC) は、両方のチャンネルを宣伝されている周波数範囲で駆動し、公表されている歪みレベルを超えない状態でデバイスをテストするアンプ評価システムを確立しました。一方、米国電子工業会(EIA) の評価システムでは、1% の歪みレベル (1% のクリッピング) で 1,000 Hz で単一チャンネルを測定することでアンプの電力を決定します。EIA 方式を使用すると、アンプは FTC 方式よりも 10 ～ 20% 高く評価されます。^[14]

太陽光発電モジュール

太陽光発電モジュールの公称電力は、規定の照明下で抵抗を変えながら電流と電圧を測定することで決定されます。条件は、IEC 61215、IEC 61646、UL 1703 などの規格で指定されています。具体的には、光強度は 1000 W/m ^{2 、スペクトルは夏季の北緯 35 度 (}気団1.5)の地表に当たる太陽光に類似し、セルの温度は 25 °C です。電力は、モジュールの抵抗負荷を開回路と閉回路の間で変化させながら測定されます。

測定された最大電力は、ワット単位のモジュールの公称電力です。口語的には、「W _{p 」とも表記されます。この形式は、}標準化された単位に接尾辞を追加することで標準外となる口語的なものです。公称電力をモジュールに当たる光電力 (面積 x 1000 W/m ² )で割ったものが効率です。

参照

有効放射電力、VHF、UHF、FM放送の規制アナログ

参考文献

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