サイリスタを使用した場合の電力量について

サイリスタレギュレータを用いて電気ヒータを制御します。
例として次の①②の条件を考えます。
　電源：単相２００Ｖ
　サイリスタ仕様：２００Ｖ　位相制御
①ヒータ定格：２００Ｖ１０Ａ（２ｋＷ）
②ヒータ定格：１００Ｖ２０Ａ（２ｋＷ）

ヒータ定格で使用した場合、サイリスタの出力は次の通り（実効値方式による測定）
①２００Ｖ１０Ａ
②１００Ｖ２０Ａ

この時のサイリスタの１次側は次の通りになるようです。（実効値方式による測定）
①２００Ｖ１０Ａ
②２００Ｖ２０Ａ（←この原理が分かりませんが）

サイリスタの１次側で電力量を測定した場合、
ヒータの発熱量としてはどちらも同じに対して、
①と②では倍の電力量を計測する気がしています。

計算、考え方はあっていますでしょうか？
測定方法（検波方式？）によってはどちらも同じになるのでしょうか？


そもそも定格違いで使用すること自体ナンセンスだとは思いますが、
サイリスタを使用した場合の考え方についてご教授いただければ幸いです。

情報が不足しておりましたら申し訳ありません。
どなたかよろしくお願いいたします。

No.5 ベストアンサー 回答者： rnakamra 回答日時： 2020/07/08 22:32

質問にあるような条件②の場合、サイリスタは次のように働きます。

1次側電圧が0V→200√2Vの時　サイリスタはOFFとなり、2次側の電圧は0Vとなります。電流は流れません。
1次側電圧が200√2V→0Vの時　サイリスタはONとなり、2次側に1次側と同じ電圧がかかります。電流が流れます。
1次側電圧が0V→-200√2V→0Vの時　サイリスタはOFFとなり、2次側の電圧は0Vとなります。電流は流れません。

1サイクルの間に1/4の時間サイリスタはONとなり、消費電力は1/4となります。
2次側の実効電圧は直接200Vをかける場合の1/2つまりは100Vとなります。
実効電流は直接200Vをかける場合の1/2つまりは10Aとなります。
時間が1/4なので実効電圧や電流が1/2になる、これは実効電圧、実効電流の定義に従い計算すれば得られます。


それと、サイリスタについて知らないといけません。

>１次側２００Ｖ２０Ａについては…
位相電圧０～１００Ｖ間が２０Ａ、１０１～２００Ｖ間が０Ａ。


サイリスタの動きを間違えています。
100Vでトリガが入る場合のサイリスタの動きは書いてあるのとは逆に0-100VでOFFとなり0A,100Vから200√2V（実効電圧200Vのピーク電圧は200Vではありません)を通り越して0VまでONとなります。(今回の質問にあるヒーター(抵抗負荷)の場合、誘導性・容量性の負荷の場合はOFFになる電圧は変わります)

この回答へのお礼

動作の解説ありがとうございます。大変参考になります。
少しパニックになりかけましたが、恐らく20Ａでしょうか。（つまりは10Aとなります。の箇所）

ＳＣＲは電力供給する時間を制御し、ＯＮしている間は直接印加した場合の電流は流れるということですね。

お礼日時：2020/07/09 10:55

No.8 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/07/14 15:36

電圧定格のことなる機器を高い電圧電源で使用する時、最も簡単な方法は抵抗による電圧降下が利用できます。

電源と機器の間に直列に抵抗を挿入するだけです、もちろん抵抗値、その他は計算等で求める必要は有ります。
その時、抵抗へ入力位置の電圧は、当たり前で電源電圧ですね、抵抗を通過することで電圧が下がります。
サイリスタ制御入力前の位置を測定ですね、電源電圧を測定しているだけです。
おっと、抵抗によるコントロールの質問では有りませんね。
でもこれを理解もしようとしなければ、自分が如何に見当違いの測定しているか気づきません。
サイリスタは１秒間でオン・オフ、最低でも５０（６０）回行っています、実効値？どうして計る、それで制御された後なら、可能だろうとは思いますが。
それを説明しようにもサイリスタ素子に興味はないんですね、理解できないんですね、おしまい。
自分の興味を持つ、自分が理解している知識の範囲内で、周囲が回答してくれる、と期待できるのはせいぜい幼稚園児程度まででは、ましてや他人では。
サイリスタ素子に興味なければ位相制御なんて理解できるはず有りません、交流の場合電圧とは逆方向に電流が流れる瞬間が有るなんて考えたこともないでしょう。
ま、せいぜい・・・やってみなはれや、それなりに理解したつもりにはなれるかも？。
サイリスタの一次側、こんな表現有りません、電源入力側、アノード側、カソード側、または単に入力側、等でないと一般には通用しません。

この回答へのお礼

少なくとも先の回答者の方々には伝わっていた思っておりますが、表現にわかりにくい点があったことはお詫びいたします。申し訳ありませんでした。

はい、その通り電源電圧そのものを測定しているだけです。
そこで測定した電力（電圧×電流）とヒータが発熱量が一致しない点を疑問に思った次第です。

お礼日時：2020/07/15 08:54

No.7 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/07/14 10:46

＞制御前の電源ラインを１次

なら、電源電圧そのものを測定しているだけです。
サイリスタが導通していなければ、電源の開放電圧、ということは電力は消費していません。
＞サイリスタ素子の話ではありません。
物事の理解能力を疑う反論？。
改めて、測定方法の信頼性を疑います。

No.6 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/07/10 18:45

サイリスタの一次側？。

サイリスタについてこんな表現は初めてです、アノード、カソード、ゲートはありますが？。
トランスなら、一次側、二次側はありますが。
例えば、電源（200V）→アノード・カソード→トランス一次側入力・一次側終端→電源。
サイリスタで制御された電力測定なら、上の、トランス一次側入力の点と、一次側終端→電力、の間で測定する必要があります。
サイリスタは直接は無関係なんですけど？。
以上は電圧について。
電流は回路に直列で計測しますね、具体的に、どの部分にどんな方法で接続したのか不明です、交流回路では配線切断してそのまま接続しても直流用の計器ではだめですね。
測定方法自体信頼し金ます。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

すみません、サイリスタとは呼んでいますが、
サイリスタ素子の話ではありません。

サイリスタレギュレータ（電力調整器）をサイリスタ・SCR、
制御前の電源ラインを１次、制御後の電源ラインを２次と表現しておりました。
測定方法については情報不足でした。
実効値検波方式によるクランプメータによる交流電流測定です。
（理論を知りたかったので、実測したわけではありませんが。）

サイリスタで制御された電力を測定したいわけではなく、
ヒータ発熱量にたいして電源の電流値が一致しない点について
疑問に思った次第です。

お礼日時：2020/07/13 08:55

No.4 回答者： m-jiro 回答日時： 2020/07/08 15:24

①と②の関係がわかりませんが・・・

ともかく 100V 20A (2KW) 定格のヒーターを200VのSCR制御で使うとして回答します。

SCRとヒーターは直列ですから、ヒーター電流と200Vの電源電流は同じです。
200Vでの供給電力が　200V×20A＝4KW　と考えると実際の消費電力(2KW)との差の2KWが行方不明になります。どこか変ですね。
小生、このような場合は入力電力は電流だけから求めています。つまり　P ＝ I² R　で求めます。I はがヒーター電流（実効値で表現されたもの）です。I はSCRの出力側と入力側は同じ値です。ということはヒーターの消費電力と200Vの入力電力は等しいということになります。

それでは、電力＝電圧×電流　で求めた値と異なる、ということになりますが、小生は以下のように考えています。
SCRがOFFの期間では供給電圧はゼロと考える。つまり導通期間(duty)を考慮して200Vを実効値に換算すると100Vになるはずです。そうすると一致しますね。別の言い方をすると電力についてはSCRの出力側から求めた値を入力側にも適用する、ということになります。
ところが、電流は200V側にも同じ値が流れます。消費電力は2KWなのでブレーカーは10Aでよさそうですが足りませんね。20Aが必要です。電力会社から見ると送電量（許容量と言うべき？）の半分しか使ってもらえないので不満でしょうね。力率が悪い、とされて嫌われているようです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
そうです。行方不明になる２ｋＷが気になっていたのです。

力率…極端に定格の違うヒータをＳＣＲで制御することは避けた方がよさそうですね。

お礼日時：2020/07/09 10:08

No.3 回答者： n556 回答日時： 2020/07/08 11:50

No.2です。

サイリスタ2次側②１００Ｖ２０Ａで２ｋWはおかしいです。十分なリアクトルを持っていれば理論的にはありますがそれなら1次側の電流も平滑され力率１００％になってしまいます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。大変助かっております。

位相制御された電源では定格通りにはならないということなのでしょうか？
１００Ｖ１５Ａ？（逆に１００Ｖ５Ａ？）
位相制御による力率悪化により２００Ｖ入力の電流が大きくなることはわかりました。同じ発熱量でもかなり電力量が違うのですね。

リアクトルのお話もいただいておりますが、参考になる計算式や例を教えていただけると幸いです。

お礼日時：2020/07/08 14:31

No.2 回答者： n556 回答日時： 2020/07/08 11:21

１００V用のヒータを２００Vを位相制御で１００Vと同じ発熱量にすると言うことですね。

位相制御は大変力率が悪くなります。なので２００V入力の電流は多いです。

No.1 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/07/08 10:58

位相制御って、位相の途中でサイリスタをオン、オフするとすれば？。

位相電圧１００Ｖでオフ、でもそこへの入力側電圧は２００Ｖかかっていますね。

この回答へのお礼

なるほど。
電圧の制御のイメージはわきました！
ありがとうございます。

１次側２００Ｖ２０Ａについては…
位相電圧０～１００Ｖ間が２０Ａ、１０１～２００Ｖ間が０Ａ。
なのでざっくり半分２００Ｖ１０Ａ！
…ではないのですね。うーん。

お礼日時：2020/07/08 11:29