電力コンバーター
電力 — ワット、馬力など
電力を素早く見積もり、よくある間違いを避ける方法。ワットやキロワットから馬力、BTU/h、VAまで、すぐに答えが得られます。
電力の基礎
電力
実効電力 (W) が仕事をし、皮相電力 (VA) には無効成分が含まれます。
- P = V × I × PF
- PF (力率) ∈ [0..1]
- 三相 ≈ √3 × V × I × PF
馬力ファミリー
馬の仕事率との歴史的な比較。複数のバリエーションが存在します。
- hp(機械) ≈ 745.7 W
- hp(メートル法) ≈ 735.5 W
- ボイラー馬力ははるかに大きい
熱出力
HVACやエンジンは熱流をBTU/h、kcal/s、冷凍トンで評価します。
- 1 kW ≈ 3,412 BTU/h
- 1 TR ≈ 3.517 kW
- 時間基準を確認する
- 間違いを避けるためにワット (W) を経由して変換する
- 馬力はバリエーションによって異なるため、どちらかを明記する
- Wを得るにはVAにPFが必要
各単位が適する場所
家庭と電化製品
電化製品はW/kWで電力を表示し、電気料金はkWhで計算されます。
- ケトル 約2 kW
- 電子レンジ 約1.2 kW
- ノートパソコン 約60–100 W
エンジンと車両
エンジンは馬力またはkWで宣伝され、電気自動車はkWを使用します。
- 1 kW ≈ 1.341馬力
- 駆動系はピークと連続出力をリストします
HVACと熱
冷暖房はしばしばBTU/hまたは冷凍トン(TR)で表示されます。
- 1 TR ≈ 12,000 BTU/h
- ヒーターはkWまたはBTU/hで
RFとオーディオ
小電力はdBm (基準1 mW) を使用します。
- 0 dBm = 1 mW
- +30 dBm = 1 W
- アンプのヘッドルームが重要
クイック計算
力率の説明
実効電力 vs. 皮相電力
- PF = 実効電力 / 皮相電力
- P (W) = V × I × PF
- PF 0.8 は20%が無効電力であることを意味し、PFが高いほど電流は減少します
三相の裏技
簡単な三相のルール
- VLL = √3 × VLN
- P ≈ √3 × VLL × I × PF
- 例：400 V, 50 A, PF 0.9 → ≈ 31 kW
電気の基本
電気負荷の即時見積もり
- 単相： P = V × I (ワット)
- 例： 120 V × 10 A = 1,200 W = 1.2 kW
- 三相： P ≈ √3 × V × I × PF
スケーリングと馬力
W、kW、馬力の変換
- 1 kW = 1,000 W
- 1 hp (機械) ≈ 745.7 W
- 1 kW ≈ 1.341 hp
熱変換
HVACのクイックファクター
- 1 BTU/h ≈ 0.2931 W
- 1 kW ≈ 3,412 BTU/h
dBmの裏技
ラジオ/電力レベルのショートカット
- 0 dBm = 1 mW
- 10 dBm = 10 mW; 20 dBm = 100 mW; 30 dBm = 1 W
- dBm = 10·log10(P[mW])
変換の仕組み
- W ÷ 1,000 → kW; kW × 1,000 → W
- hp(機械) × 745.7 → W; W ÷ 745.7 → hp(機械)
- BTU/h × 0.293071 → W; W × 3.41214 → BTU/h
一般的な変換
| 変換元 | 変換先 | 係数 | 例 |
|---|---|---|---|
| kW | W | × 1,000 | 1.2 kW = 1,200 W |
| hp(機械) | kW | × 0.7457 | 150馬力 ≈ 112 kW |
| kW | BTU/h | × 3,412 | 2 kW ≈ 6,824 BTU/h |
| TR | kW | × 3.517 | 2 TR ≈ 7.03 kW |
| dBm | mW | 10^(dBm/10) | 20 dBm = 100 mW |
クイック例
避けるべき一般的な間違い
- kW vs. kWh：電力 (率) vs. エネルギー (量)
- 馬力のバリエーション：機械 ≠ メートル法 ≠ ボイラー
- VA vs. W：皮相電力 vs. 実効電力 (力率に依存)
- BTU vs. BTU/h：エネルギー単位 vs. 電力単位
- 毎秒 vs. 毎時：常に時間基準を確認する
- dBの計算：電力には10×を使用する (20×ではない)
日常のベンチマーク
| 物 | 典型的な電力 | 注記 |
|---|---|---|
| 人間 (安静時) | 約100 W | 代謝率 |
| LED電球 | 8–12 W | 現代の照明 |
| ノートパソコン | 60–100 W | 負荷時 |
| 電子レンジ | 1.0–1.2 kW | 調理電力 |
| 電気ケトル | 1.8–2.2 kW | 高速沸騰 |
| ルームエアコン | 1–3 kW | サイズ/SEERによる |
| コンパクトEVモーター | 100–200 kW | ピーク定格 |
電力に関する驚くべき事実
なぜ馬力？
ジェームズ・ワットは、蒸気機関を馬と比較して販売するために「馬力」という言葉を作り出しました。1頭の馬は1分間に33,000ポンドを1フィート持ち上げることができました。
人間の電力
安静時の平均的な人体は約100ワットの熱を発生させます。これは明るいLED電球を点灯させるのに十分です。激しい運動中は、出力が400ワットを超えることがあります！
VA対Wの謎
1 kVAのUPSは、力率が0.8の場合、800 Wの実効電力しか供給できない場合があります。残りは「架空の」無効電力です！
太陽光電力密度
晴れた日には、太陽は地球の表面に1平方メートルあたり約1,000 Wを供給します。これは、わずか1平方メートルのソーラーパネルで電子レンジを動かすのに十分です！
落雷
落雷はマイクロ秒の間に最大10億ワット (1 GW) の電力を供給することがありますが、総エネルギーは驚くほど少なく、約250 kWhです。
dBの直感
+3 dB ≈ 電力2倍; +10 dB = 電力10倍。したがって、0 dBm = 1 mW、30 dBm = 1 W、60 dBm = 1 kWとなります！
心臓の力
人間の心臓は継続的に約1〜5ワットを生成します。一生涯にわたって血液を送り出すには、毎分小型車を1メートル持ち上げるのとほぼ同じエネルギーが必要です！
冷凍トン
「冷凍トン」は、24時間で1ショートトンの氷を凍らせるのに必要な冷却能力に相当します：12,000 BTU/hまたは約3.5 kW。エアコンの重量とは何の関係もありません！
記録と極値
| 記録 | 電力 | 注記 |
|---|---|---|
| 大規模水力発電所 | > 20 GW | 銘板 (例：三峡ダム) |
| 大規模ガス発電所 | 約1–2 GW | 複合サイクル |
| ペタワットレーザー (ピーク) | > 10^15 W | 超短パルス |
電力測定の進化：馬からギガワットまで
電力測定は、1700年代の蒸気機関と荷馬との比較から、今日のギガワット規模の再生可能エネルギー網の管理へと進化しました。この道のりは、人類の増大するエネルギー需要と技術的洗練を反映しています。
蒸気時代：馬力の誕生 (1770年代-1880年代)
ジェームズ・ワットは、蒸気機関を置き換える馬と比較して市場に出す方法を必要としていました。彼の実験は、今日私たちがまだ使用している馬力の定義につながりました。
- 1776年：ジェームズ・ワットが鉱山から石炭を持ち上げる馬を観察
- 計算：1頭の馬が1分間に33,000ポンドを1フィート持ち上げる
- 結果：1馬力 ≈ 746ワット (後に標準化)
- マーケティングの天才：「馬力」単位で評価されたエンジンを販売
- 遺産：各国が独自の馬力バリエーションを作成 (機械、メートル法、ボイラー)
電気革命 (1880年代-1960年)
実用的な発電と配電の発明により、新しい単位が必要となりました。ジェームズ・ワットにちなんで名付けられたワットは、国際標準となりました。
- 1882年：エジソンのパールストリート発電所がニューヨーク市で600 kWを生成
- 1889年：国際電気会議がワット (W) を採用
- 定義：1ワット = 1ジュール/秒 = 1ボルト × 1アンペア
- 1960年：SIシステムがワットを公式の電力単位として確認
- 送電網の拡大：発電所はキロワットからメガワットへと規模を拡大
現代の電力の複雑さ (1960年代-1990年代)
電気システムがより洗練されるにつれて、エンジニアはすべての電力が有用な仕事をするわけではないことを発見しました。これにより、実効電力と皮相電力の概念が生まれました。
- 実効電力 (W)：実際の仕事を行い、ワットで測定される
- 皮相電力 (VA)：無効成分を含む総電力
- 力率：実効電力と皮相電力の比率 (0から1)
- 1990年代：力率改善 (PFC) が電子機器で標準となる
- 影響：送電網の効率向上、廃熱の削減
- 現代の要件：ほとんどのデバイスは力率が0.9以上でなければならない
再生可能エネルギー時代 (2000年代-現在)
風力および太陽光発電は、日常のエネルギーに関する議論にメガワットおよびギガワットの規模をもたらしました。電力測定は、IoTセンサーのナノワットから国の送電網のギガワットまで広がっています。
- 住宅用太陽光発電：一般的なシステムは5-10 kW
- 風力タービン：現代の洋上タービンはそれぞれ15 MWに達する
- 太陽光発電所：大規模施設は500 MWを超える
- エネルギー貯蔵：MW/MWhで評価されるバッテリーシステム
- スマートグリッド：ナノワットからギガワットまでのリアルタイム電力監視
- 未来：世界中でテラワット規模の再生可能エネルギー施設が計画されている
現代の電力スペクトル
今日の電力測定は、スマートウォッチのナノワットセンサーから原子力発電所のギガワット出力まで、信じられないほどの範囲に及びます。
- ピコワット (pW)：電波天文学受信機、量子センサー
- ナノワット (nW)：超低消費電力IoTセンサー、エネルギーハーベスティング
- マイクロワット (µW)：補聴器、フィットネストラッカー
- ミリワット (mW)：LEDインジケーター、小型電子機器
- ワット (W)：電球、USB充電器
- キロワット (kW)：家庭用電化製品、電気自動車モーター
- メガワット (MW)：データセンター、風力タービン、小規模発電所
- ギガワット (GW)：原子炉、大規模水力発電ダム
- テラワット (TW)：世界のエネルギー生産 (約20 TW連続)
単位カタログ
メートル法 (SI)
| 単位 | 記号 | ワット | 注記 |
|---|---|---|---|
| キロワット | kW | 1,000 | 1,000 W; 電化製品とEV。 |
| メガワット | MW | 1,000,000 | 1,000 kW; 発電機、データセンター。 |
| ワット | W | 1 | 電力のSI基本単位。 |
| ギガワット | GW | 1.000e+9 | 1,000 MW; 送電網規模。 |
| マイクロワット | µW | 0.000001 | マイクロワット; センサー。 |
| ミリワット | mW | 0.001 | ミリワット; 小型電子機器。 |
| ナノワット | nW | 0.000000001 | ナノワット; 超低消費電力。 |
| ピコワット | pW | 1.000e-12 | ピコワット; 微小なRF/光学。 |
| テラワット | TW | 1.000e+12 | 1,000 GW; 全世界の合計の文脈。 |
馬力
| 単位 | 記号 | ワット | 注記 |
|---|---|---|---|
| 馬力 (機械) | hp | 745.7 | 馬力 (機械)。 |
| 馬力 (メートル法) | hp(M) | 735.499 | メートル法馬力 (PS)。 |
| 馬力 (ボイラー) | hp(S) | 9,809.5 | ボイラー馬力 (蒸気)。 |
| 馬力 (電気) | hp(E) | 746 | 電気馬力。 |
| 馬力 (水) | hp(H) | 746.043 | 水馬力。 |
| pferdestärke (PS) | PS | 735.499 | Pferdestärke (PS), ≈ メートル法馬力。 |
熱 / BTU
| 単位 | 記号 | ワット | 注記 |
|---|---|---|---|
| BTU/時 | BTU/h | 0.293071 | 時速BTU; HVAC標準。 |
| BTU/分 | BTU/min | 17.5843 | 分速BTU。 |
| BTU/秒 | BTU/s | 1,055.06 | 秒速BTU。 |
| カロリー/時 | cal/h | 0.00116222 | 時速カロリー。 |
| カロリー/分 | cal/min | 0.0697333 | 分速カロリー。 |
| カロリー/秒 | cal/s | 4.184 | 秒速カロリー。 |
| キロカロリー/時 | kcal/h | 1.16222 | 時速キロカロリー。 |
| キロカロリー/分 | kcal/min | 69.7333 | 分速キロカロリー。 |
| キロカロリー/秒 | kcal/s | 4,184 | 秒速キロカロリー。 |
| 百万BTU/時 | MBTU/h | 293,071 | 時速百万BTU。 |
| 冷凍トン | TR | 3,516.85 | 冷凍トン (TR)。 |
電気
| 単位 | 記号 | ワット | 注記 |
|---|---|---|---|
| キロボルトアンペア | kVA | 1,000 | キロボルトアンペア。 |
| メガボルトアンペア | MVA | 1,000,000 | メガボルトアンペア。 |
| ボルトアンペア | VA | 1 | ボルトアンペア (皮相電力)。 |
ヤード・ポンド法
| 単位 | 記号 | ワット | 注記 |
|---|---|---|---|
| フィート・ポンド力/時 | ft·lbf/h | 0.000376616 | 時速フィートポンド力。 |
| フィート・ポンド力/分 | ft·lbf/min | 0.022597 | 分速フィートポンド力。 |
| フィート・ポンド力/秒 | ft·lbf/s | 1.35582 | 秒速フィートポンド力。 |
科学 / CGS
| 単位 | 記号 | ワット | 注記 |
|---|---|---|---|
| 気圧-立方センチメートル/分 | atm·cc/min | 0.00168875 | atm·cc/分。 |
| 気圧-立方センチメートル/秒 | atm·cc/s | 0.101325 | atm·cc/秒。 |
| 気圧-立方フィート/分 | atm·cfm | 47.82 | atm·立方フィート/分。 |
| エルグ/秒 | erg/s | 0.0000001 | 秒速エルグ (CGS)。 |
| ジュール/時 | J/h | 0.000277778 | 時速ジュール。 |
| ジュール/秒 | J/s | 1 | 秒速ジュール = ワット。 |
| キロジュール/時 | kJ/h | 0.277778 | 時速キロジュール。 |
| キロジュール/分 | kJ/min | 16.6667 | 分速キロジュール。 |
| キロジュール/秒 | kJ/s | 1,000 | 秒速キロジュール。 |
| ルーセック | lusec | 0.0001333 | 漏洩単位：マイクロリットル/秒。 |
電力変換のベストプラクティス
変換のベストプラクティス
- 文脈を知る：精度のためにはW/kW、エンジンには馬力、HVACにはBTU/hを使用
- 馬力のバリエーションを指定する：機械馬力 (745.7 W) ≠ メートル法馬力 (735.5 W) ≠ ボイラー馬力
- 力率は重要：VA × PF = W (電気システムの場合、PFの範囲は0-1)
- 時間基準は重要：電力 (W) vs. エネルギー (Wh) — 率と量を混同しない
- 単位の一貫性を確認：計算内のすべての単位が同じ時間基準 (毎秒、毎時) を使用していることを確認
- 科学的記数法を使用：1 µW未満または1 GWを超える値の場合、科学的記数法は読みやすさを向上させる
避けるべき一般的な間違い
- kW (電力) とkWh (エネルギー) を混同する — 率と量、完全に異なる量
- 馬力の種類を混同する：機械馬力 (745.7 W) ≠ メートル法馬力 (735.5 W) — 1.4%の誤差
- VAをWとして使用する：皮相電力 (VA) ≠ 実効電力 (W)、ただし力率 = 1.0の場合を除く
- BTU vs. BTU/h：エネルギー単位 vs. 電力単位 — 時間が重要！ (kWhとkWを混同するようなもの)
- 間違ったdBの式：電力は10 log₁₀、電圧は20 log₁₀を使用 — 混同しない
- 三相を忘れる：単相P = V × I × PF、しかし三相P = √3 × VLL × I × PF
電力スケール：量子から宇宙まで
代表的な電力スケール
| スケール / 電力 | 代表的な単位 | 典型的な用途 | 例 |
|---|---|---|---|
| 1 × 10⁻¹⁵ W | フェムトワット (fW) | 量子光学、単一光子検出 | 単一光子エネルギーフラックス |
| 1 × 10⁻¹² W | ピコワット (pW) | 電波天文学受信機、量子センサー | 地球でのボイジャー1号の信号 ≈ 1 pW |
| 1 × 10⁻⁹ W | ナノワット (nW) | 超低消費電力IoTセンサー、エネルギーハーベスティング | RFIDタグの受動電力 ≈ 10 nW |
| 1 × 10⁻⁶ W | マイクロワット (µW) | 補聴器、フィットネストラッカー、ペースメーカー | ペースメーカー ≈ 50 µW |
| 1 × 10⁻³ W | ミリワット (mW) | LEDインジケーター、レーザーポインター、小型電子機器 | レーザーポインター 1-5 mW |
| 1 × 10⁰ W | ワット (W) | 電球、USB充電器、小型電化製品 | LED電球 10 W, USB充電器 20 W |
| 1 × 10³ W | キロワット (kW) | 家庭用電化製品、EVモーター、住宅用太陽光発電 | 電子レンジ 1.2 kW, 自動車エンジン 100 kW |
| 1 × 10⁶ W | メガワット (MW) | データセンター、風力タービン、小規模発電所 | 風力タービン 3-15 MW |
| 1 × 10⁹ W | ギガワット (GW) | 原子炉、大規模ダム、送電網インフラ | 原子炉 1-1.5 GW |
| 1 × 10¹² W | テラワット (TW) | 国内送電網合計、世界のエネルギー生産 | 世界の電力使用量 ≈ 平均20 TW |
| 1 × 10¹⁵ W | ペタワット (PW) | 高エネルギーレーザーシステム (超短パルス) | 国立点火施設のレーザー ≈ ピーク時500 TW |
| 3.828 × 10²⁶ W | 太陽光度 (L☉) | 恒星天文学、天体物理学 | 太陽の総電力出力 |
よくある質問
VAとWの違いは何ですか？
VAは皮相電力 (ボルト × アンペア) です。ワット (実効電力) を見積もるには、力率を掛けます。
どの馬力を使用すればよいですか？
エンジンには機械馬力 (≈745.7 W)、PSにはメートル法馬力を使用します。ボイラー馬力は蒸気の評価であり、比較できません。
1冷凍トンとはどういう意味ですか？
1日に1ショートトンの氷を溶かすのに等しい冷却能力：≈ 12,000 BTU/hまたは≈ 3.517 kW。