理論・主要公式
$$P = VI\cos\phi = I^2 R$$
有効電力（W）：$V$ は電圧（V）、$I$ は電流（A）、$\cos\phi$ は力率。
$$Q = VI\sin\phi$$
無効電力（var）：力率改善のためにコンデンサ補償が行われる。
$$S = VI = \sqrt{P^2 + Q^2}$$
皮相電力（VA）：有効電力と無効電力のベクトル和。力率 $\cos\phi = P/S$。
電力計算シミュレーターとは
🙋
有効電力と無効電力って何ですか？名前は聞くけど、具体的に何が違うんですか？
🎓
大まかに言うと、有効電力は「実際に仕事をする電力」、無効電力は「行ったり来たりするだけの電力」だよ。例えばモーターを回すのは有効電力の仕事。でもモーター内部のコイルは磁場を作るために電力を消費するけど、これはモーターを回す力には直接ならない。これが無効電力だ。シミュレーターで「回路」を「RL」に変えてみて。電圧と電流の波形がずれてるのが見えるよね？これが無効電力が生まれる瞬間だ。
🙋
え、そうなんですか！で、画面に出てる三角形は何を表してるんですか？
🎓
あれが「電力三角形」だよ。底辺が有効電力P、高さが無効電力Q、斜辺が皮相電力Sを表している。実務ではこの三角形の形を見て、電力の使い方が効率的かどうかを判断するんだ。さっきのRL回路だと三角形の高さ（Q）が大きいだろ？今度は「力率角」のスライダーを0に近づけてみて。三角形が横に潰れて、高さが小さくなるのがわかる？これが力率改善のイメージだね。
🙋
力率ってそんなに大事なんですか？悪いとどうなるんですか？
🎓
非常に大事だよ。力率が悪い（cosφが小さい）と、同じ有効電力を使うのに、より大きな電流が必要になる。例えば工場で力率が悪いままだと、送電線の損失が増えるし、変圧器の容量を余計に食う。電気料金も高くなるんだ。シミュレーターで「力率」の表示を見ながら「力率角」を90度に近づけてみて。有効電力Pはほとんど変わらないのに、皮相電力Sがどんどん大きくなるのがわかる？これが非効率な状態だ。現場では「進相コンデンサ」を入れて無効電力（三角形の高さ）を打ち消し、力率を1に近づけるんだ。
よくある質問
シミュレーターが一時停止状態になっている可能性があります。画面下部の「再生/停止」ボタンを確認し、再生状態（▶）に切り替えてください。また、ブラウザのタブがバックグラウンドにあると更新が止まる場合があります。
誘導性リアクタンスXLと容量性リアクタンスXCが等しくなる共振状態です。このとき回路は純抵抗とみなせ、電圧と電流の位相差がなくなり力率角0°、力率1.0になります。スライダーでLとCの値を調整してお試しください。
正しい場合があります。三相電力は線間電圧と線電流から計算する場合、√3倍になります。相電圧と相電流から計算する場合は3倍です。シミュレーターでは設定に応じた正しい換算を自動で行っていますので、表示値をご確認ください。
無効電力の符号は力率角の符号に対応します。電流が電圧より進んでいる（容量性負荷）場合はQが負、遅れている（誘導性負荷）場合は正になります。電力三角形では、Qの正負でリアクタンスの種類を識別できます。
実世界での応用
工場・ビルの電力管理：誘導モーターや変圧器が多い施設では力率が低下します。力率改善用の進相コンデンサを設置し、無効電力を補償することで、契約電力（皮相電力ベース）や送電損失を削減し、電気料金を下げます。シミュレーターの「RLC」回路でCの値を大きくすると力率が改善される様子を確認できます。
送配電システムの設計：発電所から需要家まで電力を送る際、無効電力の流れを制御して電圧を安定させることが重要です。力率が悪いと送電線の電圧降下が大きくなり、末端の電圧が不安定になります。
家庭用電気製品の省エネ設計：スイッチング電源などを持つ現代の電子機器は、力率が悪く高調波を発生させる場合があります。高力率化（PFC: Power Factor Correction）回路を組み込むことで、電力の利用効率を高め、グリッドへの悪影響を減らしています。
三相モーターの運転分析：産業用の大容量モーターは三相電源で駆動されます。三相電力は各相の電力の和となり、平衡三相負荷では $P_{3\phi}= \sqrt{3} V_L I_L \cos \phi$ で計算されます。シミュレーターで「三相」モードに切り替えると、単相とは異なる電力の合成を視覚的に学べます。
よくある誤解と注意点
まず、「無効電力は無駄な電力」という誤解から解きほぐそう。確かに仕事には直接使われないけど、モーターが磁場を作ったり、変圧器が動作したりするためには絶対に必要だ。ゼロにすることが目的ではなく、「過剰な無効電力の流れ」を抑制するのが力率改善の本質だよ。次に、シミュレーターで遊ぶ時にやりがちなのが、力率角と位相差の混同。このツールでは「力率角」を電圧に対する電流の位相差（φ）として定義している。つまり、電流が遅れている（誘導性負荷）ときはφ>0、進んでいる（容量性負荷）ときはφ<0だ。表示される電力三角形の角度と一致するから、ここはしっかり押さえておこう。
実務で気をつけるのは、皮相電力Sの単位[VA]と有効電力Pの単位[W]を同じものとして扱わないこと。例えば、500VAのUPS（無停電電源装置）に、力率0.6の負荷（300W）をつなぐと、皮相電力は500VAギリギリで使えるかもしれない。でも、力率0.9の負荷（450W）をつなぐと、有効電力は大きいけど皮相電力は500VA（=450W/0.9）なので、これもギリギリ使える。このように、機器の容量は皮相電力で規定されていることが多く、設計では必ず力率を考慮する必要があるんだ。
具体的な計算例
工場の誘導電動機負荷：電圧440V（三相）、電流25A、力率角φ=30°、周波数50Hz の場合、皮相電力 S = √3 × 440 × 25 = 19,052 VA ≈ 19.1 kVA、有効電力 P = 19,052 × cos(30°) = 16,497 W ≈ 16.5 kW、無効電力 Q = 19,052 × sin(30°) = 9,526 var ≈ 9.5 kvar となります。このシミュレーターで各パラメータを調整すれば、力率改善用コンデンサ容量の必要値も直感的に把握できます。