力率(cosφ)・とは？中学生にもわかるやさしい解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

力率(cosφ)・とは？

まず知っておきたいのは、電気は単に電圧と電流が同じ方向に走るだけではないということです。交流電源では電圧と電流の間に「位相」という角度が生まれます。その角度を φ（ファイ）と呼び、力率は cosφ で表されます。cosφ は 1 に近いほど効率がよく、0 に近いほど効率が悪くなる目安です。

力率は電気が実際に仕事として使われる量と、電源が出せる総量の関係を表します。ここで登場する3つの大切な量を覚えましょう。実効電力 P、見かけの電力 S、反応電力 Qです。これらは次の式で結びつきます。

P = V × I × cosφ、S = V × I、Q = V × I × sinφ、cosφ = P / S、φ = arccos(cosφ) です。

実例で見る cosφ の意味

身近な例として、家庭の電圧を 230 ボルト、電流を 5 アンペア、cosφ が 0.8 の場合を考えます。実効電力は P = 230 × 5 × 0.8 = 920 W。見かけの電力は S = 230 × 5 = 1150 VA。反応電力は Q = sqrt(S^2 − P^2) = sqrt(1150^2 − 920^2) ≒ 690 VAR となります。これらの数値から、同じ電圧と電流でも cosφ が小さいと実際に仕事に使える電力が少なくなることが分かります。

力率が低いと起こること

力率が低いと、次のような問題が起こりやすくなります。電力会社には余分な容量を要求され、配電線の発熱が増え、設備の容量を大きく取らなければならなくなることがあります。特にモーターや蛍光灯のような機械的・磁場を作る機器は反応電力が増えやすく、cosφ が下がりがちです。結果として、同じ仕事をするのに必要な電力が多くなり、コストが増えます。

力率を改善する方法

力率を改善する代表的な方法として 力率補正（Power Factor Correction, PFC） があります。回路に容量性のキャパシタを並列に追加することで、電流と電圧の位相をそろえ、cosφ を 1 に近づけます。これにより同じ負荷での実効電力を増やさずに済み、配線の容量を有効活用できます。

他の方法としては、高効率の機器選定、適切な負荷管理、同期コンデンサ設備の導入などがあります。実際には建物や工場の電力仕様を調べ、現状の cosφ、P、Q、Sの関係を把握したうえで最適な改善策を選ぶことが大切です。

用語の意味をもう少し詳しく

・実効電力（P）：W（ワット）で表され、機器が実際に仕事をした量です。
・見かけの電力（S）：VA（ボルトアンペア）で表され、電源の総量を示します。
・反応電力（Q）：VAR（ボルバー）で表され、磁場を作るときに必要なエネルギーのことです。
・力率（cosφ）：P / Sで定義され、0 から 1 の間の値です。

表で見る基本

用語	意味	単位
P	実効電力	W
S	見かけの電力	VA
Q	反応電力	VAR
cosφ	力率	-

まとめ

力率 cosφ は、電気を使うときの効率の指標です。cosφ が高いほどエネルギーの無駄が減り、設備費用の節約にもつながります。身近な家電は高い力率を保つよう設計されていますが、工場や大型施設では力率補正装置の導入が重要になることがあります。正しく cosφ を理解・測定・改善することが、快適で経済的な電気利用の第一歩です。

力率(cosφ)の同意語

力率: 交流回路における有効電力 P と皮相電力 S の比。力率が高いほど電力を効率よく使える指標で、0 〜 1 の値を取る。式 PF = P / S = cosφ で表される。
力率係数: 力率の別称。同じ意味で使われることがある表現。
電力因数: Power Factor の日本語訳のひとつ。PFと同義で用いられることがある表現。
電力因子: Power Factor の訳語として用いられることがある表現。
PF: Power Factor の略称。技術資料や機器仕様などでよく使われる。
cosφ: 位相角 φ の余弦。電圧と電流の位相差があるときの力率を表す値。
コサインφ: cosφ の日本語表記の一つ。位相角 φ の余弦。
相位角φの余弦: 位相差 φ のコサイン値で、力率の定義に直結する表現。
有効電力と皮相電力の比: 力率の定義そのもの。P/S で表され、0〜1 の値をとる。
P/S比: 有効電力と見かけ電力の比。力率の別表現として用いられることがある。
有効電力比: 有効電力 P が見かけ電力 S に対してどれだけ占めるかを示す比率。
力率値: 力率を数値として表した値。0 〜 1 の範囲で表示される。

力率(cosφ)の対義語・反対語

無力率: cosφ = 0 の状態。電圧と電流の位相差が90度となり、実効電力 P が0、エネルギーはリアクティブ電力として蓄えられたり返されたりします。純粋なリアクティブ負荷（理想的なコイルやコンデンサ）で現れやすい概念です。
負の力率: cosφ が負の値になる状態。電流が電圧より先行するケースを含み、実効電力 P が負になるため、電力がネットワークへ戻ることを指します。現実には稀で、特別な条件下で起こることがあります。
180度位相差: cosφ = -1 の状態。電圧と電流が完全に180度ずれており、実効電力は最大マイナスとなります。現実には極端なケースで、逆流の最大となる状態を表します。
進相の力率: φ が負で cosφ は正の範囲（-90° < φ < 0°）にある状態。電流が電圧より先に来る（leading）ため、主にコンデンサ負荷などが原因となり、力率は正の値を保ちながら「前倒れの」状態を示します。
遅相の力率: φ が正で cosφ は正の範囲（0° < φ < 90°）にある状態。電流が電圧より遅れる（lagging）ため、主にインダクタ負荷などが原因となり、力率が低下していることが多い状態を示します。
低力率: 力率が低い状態全般を指します。cosφ が小さい正の値で、実効電力に対するリアクティブ電力の比率が大きく、改善すべき指標として使われます。高力率（cosφ が1に近い）と対義語として日常的に使われます。