理論科目の解説

二電力計法とは?|三相電力の測定原理を「レジの会計」で完全図解

二電力計法とは何か。三相電力の測定原理を「レジの会計」

※本記事にはプロモーション(広告)が含まれています。

😣 こんな悩みはありませんか?
  • 「二電力計法」って、なぜ2台で三相の電力が測れるの?
  • W1とW2の公式の「30°+θ」「30°−θ」がどこから出てくるのかわからない
  • ブロンデルの定理って名前は知ってるけど、意味がピンとこない
✅ この記事でわかること
  • 二電力計法が「なぜ2台で三相を測れるのか」を身近な例えで直感的に理解
  • W1・W2それぞれの公式の意味とベクトル図の読み方
  • 具体的な数値を使った計算例で、試験問題が解ける力がつく

三相交流の電力を測りたい。でも三相は電線が3本もあって、「全部測ったら計器が3台も必要じゃないの?」と思いますよね。

実は、たった2台の電力計で三相電力が測れる魔法のような方法があります。それが「二電力計法」です。電験三種の理論科目でほぼ毎回出題される超重要テーマなので、この記事でしっかりマスターしましょう。

📊 電気計測マスターへの道|全7記事を学習順に攻略

電験三種の理論科目で毎年1〜3問(5〜15点)が出題される「電気計測」。範囲は広く見えますが、パターンが限られた「得点源」です。下記の順番で読み進めれば、迷わずにマスターできます。

1
📋 指示電気計器7種類の動作原理
可動コイル形・可動鉄片形・電流力計形など7種類の特徴を一覧表で完全整理。暗記だけで5点取れる最重要テーマ。
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2
⚙️ 計器の三要素|駆動・制御・制動
すべての計器に共通する3つの仕組みを「車の運転」に例えて解説。STEP1の知識が体系化されます。
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3
🔧 倍率器と分流器|測定範囲を広げる「魔法の抵抗」
電圧計の倍率器(直列)と電流計の分流器(並列)の計算方法を完全図解。オームの法則がそのまま使えます。
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4
⚡ 二電力計法|三相電力を「レジの仕組み」で完全理解
三相電力を2台の電力計で測れる理由をブロンデルの定理から解説。W₁・W₂の公式と計算例まで。
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5
⚡ 三電圧計法・三電流計法|電力計なしで電力を測る「裏ワザ」
電力計を使わずに単相電力を求める2つの手法を、余弦定理から導出して図解で解説。
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6
📊 計器の指示値が違う理由|実効値・平均値・波高値の関係
同じ波形なのに計器によって指示値が変わる謎を解明。波形率・波高率・整流形計器の誤差まで完全図解。
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7
💻 ディジタル計器とA/D変換|量子化・標本化を完全図解
アナログ信号をデジタルに変換する3ステップ(標本化→量子化→符号化)を初心者向けに解説。
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8
📺 オシロスコープ|波形の読み方とリサジュー図形【最終】
div・周期・周波数・実効値の求め方からリサジュー図形の周波数比・位相差まで、計算例付きで完全攻略。
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💡 学習のコツ
時間がない人は STEP1(指示計器)→ STEP3(倍率器・分流器)→ STEP8(オシロスコープ) の3つだけでも、出題の約7割をカバーできます。全テーマ攻略の目安は約12〜17時間です。
結論|まず30秒でわかる答え

二電力計法は、三相3線式の電力を2台の単相電力計で測る方法です。n本の線の回路はn−1台の電力計で測れるという考え方(ブロンデルの定理)にもとづき、2台の指示の和W1+W2が三相電力(√3VIcosθ)になります。力率が0.5より低い(θが60°を超える)と、片方の電力計の指示がマイナスになる点に注意します。

なぜ「2台」で「3相」が測れるのか?

ブロンデルの定理:「n相は(n−1)台で測れる」

「2台で3相が測れる」根拠となるのが、ブロンデルの定理です。この定理をひとことで言うと:

📐 ブロンデルの定理
「n本の線式の電力は、(n−1)台の電力計で測定できる」
→ 三相三線式(n=3)なら、3−1=2台でOK!

身近な例え:「3人のレジ会計」で理解する

A・B・Cの3人が一緒に買い物をしたとしましょう。3人の合計金額を知りたいとき、3人分のレシートが必要でしょうか?

実は、Bさんを「基準(ゼロ)」にすれば、「AとBの差額」+「CとBの差額」を足すだけで、3人の合計がわかります。これがブロンデルの定理の本質です。

🧾
電力計W1
A−B間の電力
+
🧾
電力計W2
C−B間の電力
=
⚡
三相電力P
W1 + W2

三相三線式では、b相を基準にして、a-b間とc-b間の2つの「差」を測る計器を用意すれば、三相全体の電力が求められるのです。

二電力計法をレジの会計にたとえた図。Bさんを基準にして、W1はAとBの差額、W2はCとBの差額を測り、3人の合計=W1+W2。ブロンデルの定理でn相は(n−1)台で測れるので、三相なら2台
ブロンデルの定理:三相の電力は2台の電力計で測れる
おすすめの本

「二電力計法」を試験の得点につなげるなら、前後の単元とあわせて教科書で押さえておくと安心です。TAC出版『みんなが欲しかった!』シリーズの、電験三種「理論」の教科書と問題集が1冊になった本です。

二電力計法の接続方法|「どこに何をつなぐか」

接続のルール:b相を共通基準にする

二電力計法では、単相電力計を2台使います。それぞれの電力計には「電圧コイル」と「電流コイル」があり、以下のように接続します。

電力計 電流コイル 電圧コイル
W1 a相の線電流 Ia を測定 a-b間の線間電圧 Vab を測定
W2 c相の線電流 Ic を測定 c-b間の線間電圧 Vcb を測定
💡 覚え方のコツ
・電流コイル → a相とc相の2本に入れる(b相はスルー)
・電圧コイル → どちらもb相を共通にして、a-b間とc-b間を測る

「bをハブ(中心)にして、aとcから見る」とイメージすれば簡単です!
📘 Y結線・Δ結線の違いを復習したい方はこちら
【電験三種・理論】Y結線とΔ結線の電圧・電流の変換 →
二電力計法の接続図。b相を共通にして、W1は電流コイルをa相に入れ電圧コイルをa−b間に、W2は電流コイルをc相に入れ電圧コイルをc−b間につなぐ。W1=VL·IL·cos(30°+θ)、W2=VL·IL·cos(30°−θ)、P=W1+W2
b相を共通の基準にして2台の電力計をつなぐ

W1とW2の公式|「30°+θ」の正体

なぜ「30°」が出てくるのか?

ここが二電力計法の最大のポイントです。相電圧と線間電圧の間には30°のズレがあります。三相交流のベクトル図を描くと、線間電圧Vabは相電圧Eaよりも30°進んだ位置にあるのです。

電力計は「電圧コイルの電圧」と「電流コイルの電流」の間の角度で測定値が決まります。W1では線間電圧Vabと線電流Iaの角度差を測るので、力率角θに加えてこの30°のズレ分が加わります。

📐 各電力計の指示値
W1 = VL IL cos(30°+ θ)
W2 = VL IL cos(30°− θ)

VL:線間電圧 [V] / IL:線電流 [A] / θ:力率角

W1 + W2 を足すと「√3」が出てくる魔法

W1とW2を足し算すると、加法定理(三角関数の公式)のおかげでsin成分が打ち消し合い、きれいな式が残ります。

展開

W1 + W2 = VLILcos(30°+θ) + VLILcos(30°−θ)

加法定理適用

= VLIL × 2cos30° × cosθ

cos30° = √3/2 を代入

= √3 × VL × IL × cosθ

🎯 二電力計法の最終公式

P = W1 + W2 = √3 VL IL cosθ

← これは三相電力の公式そのもの!

二電力計法で30°が出てくる理由のベクトル図。相電圧Ea・Eb・Ecと線電流のあいだに力率角θがあり、線間電圧は相電圧より30°進むので、W1とW2の式に(30°±θ)が現れる
線間電圧は相電圧より30°進むので式に30°が出る
おすすめの本

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✏️ 計算例|試験で出る典型パターン

📝 例題(電験三種 頻出パターン)

線間電圧 200V の対称三相交流電源から三相平衡負荷に電力を供給している。二電力計法で測定したところ、W1 = 500W、W2 = 1500W であった。
三相電力Pと負荷の力率cosθを求めよ。

解き方:3ステップで完了

STEP 1:三相電力を求める

P = W1 + W2 = 500 + 1500 = 2000W

STEP 2:力率角θを求める

二電力計法には力率を求める便利な公式があります。
tanθ = √3 ×(W2 − W1)÷(W1 + W2)
tanθ = √3 × (1500 − 500) ÷ (500 + 1500)
tanθ = √3 × 1000 ÷ 2000 = √3 / 2 ≈ 0.866
θ ≈ 40.9°

STEP 3:力率を求める

cosθ = cos40.9° ≈ 0.756

💡 検算のコツ
P = √3 × VL × IL × cosθ の式で逆算してみましょう。
2000 = √3 × 200 × IL × 0.756 → IL ≈ 7.64A
W1 = 200 × 7.64 × cos(30°+40.9°) = 200 × 7.64 × cos70.9° ≈ 500W…W1の値と一致!(W1とW2を逆にしていないか確認できます)
二電力計法の計算例。線間電圧200V、W1=500W・W2=1500Wのとき、P=2000W、tanθ=√3(W2−W1)/(W1+W2)≈0.866でθ≈40.9°、力率cosθ≈0.756。検算するとW1≈500Wで一致する
W1=500W・W2=1500Wなら、P=2000W・力率約0.756

W2がマイナスになるケース|力率が低いとき要注意

力率角θが60°を超えると、片方の指示がマイナスに

W1の公式 cos(30°+θ) を見てください。もしθが60°なら、cos(30°+60°) = cos90° = 0 となり、W1はゼロになります。

θが60°を超えると、cos(30°+θ) がマイナスになるので、電力計の針が逆に振れる現象が起きます。この場合、電力計の接続を逆にして読み取り、その値をマイナスとして計算します。

力率角θ 力率cosθ W1の値 W2の値
0° 1.0 W1 = W2(等しい) W1 = W2(等しい)
30° 0.866 正(小さめ) 正(大きめ)
60° 0.5 0(ゼロ) 正
60°超 0.5未満 マイナス ⚠️ 正
⚠️ 試験での注意点
「電力計W1の指針が逆振れした」という条件が出たら、W1の値をマイナスにして足すのがポイントです。
例:W1 = −200W、W2 = 800W → P = −200 + 800 = 600W
W1がマイナスになるケースの図。力率角θが60°より小さいときはW1・W2ともに正の指示だが、θが60°を超えるとW1の針が逆に振れてマイナスになる。そのときもP=W1+W2で、W1は負の値として計算する
力率角θが60°を超えるとW1はマイナスになる

二電力計法の公式を一覧で整理

求めたいもの 公式
W1の指示値 W1 = VL IL cos(30°+ θ)
W2の指示値 W2 = VL IL cos(30°− θ)
三相電力 P P = W1 + W2 = √3 VL IL cosθ
三相無効電力 Q Q = √3(W2 − W1) = √3 VL IL sinθ
力率角 tanθ tanθ = √3 ×(W2 − W1)÷(W1 + W2)
💡 試験対策ポイント
試験で最も問われるのは「三相電力P = W1 + W2」と「tanθの公式」です。この2つさえ覚えていれば、ほとんどの問題は解けます。余裕があれば無効電力Qの公式も押さえましょう。
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二電力計法の公式まとめ。W1=VLILcos(30°+θ)、W2=VLILcos(30°−θ)、P=W1+W2=√3VLILcosθ、Q=√3(W2−W1)、tanθ=√3(W2−W1)/(W1+W2)。θが60°を超えるとW1がマイナスになる
二電力計法の公式:P=W1+W2、tanθ=√3(W2−W1)/(W1+W2)
この記事の理解を深める本と道具
おすすめの本

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まとめ

二電力計法は、三相三線式の電力を2台の電力計で測る方法です。ブロンデルの定理により「n線式は(n−1)台で測れる」という原理に基づいています。

📐 原理 ブロンデルの定理 → 三相(n=3)は2台で測定可能
⚡ 電力 P = W1 + W2 = √3 VL IL cosθ
📊 力率 tanθ = √3(W2−W1) ÷ (W1+W2)
⚠️ 注意 θ > 60°でW1がマイナスになる → 逆振れに注意

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電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

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