交流電源の電圧を制御したい

題目どおり、高圧電源の電圧を手動で制御できるようにしたいので
知恵をお貸しください。

高圧電源の性能は以下のとおりです。
・電圧：MAX ±3 kV
・電流：MAX 1 mA
・周波数：1 kHz　（ノコギリ波）

この電源の電圧を0～3 kVまで連続的に変えられるようにするには
どうしたらよいでしょうか。
条件として交流の位相がずれたり、波形がゆがむことがないような方法が望ましいです。

分圧回路などを組めばよいのかもしれませんが、電子回路はさっぱりです＞＜
また、なるべくお金をかけずに済ませたいと考えています。

よろしくお願いいたします。

No.1 回答者： acha51 回答日時： 2011/03/04 17:32

条件として交流の位相がずれたり、波形がゆがむことがないような方法が望ましいです。

分圧回路などを組めばよいのかもしれませんが、電子回路はさっぱりです＞＜
また、なるべくお金をかけずに済ませたいと考えています。

電子回路に詳しくても私だったら自作はしません、理由は
１．部品がおいそれとは手に入らない、３ｋｖということは部品は最低でも６ｋｖ
　の耐圧が必要だが、メーカーの特注で一般には無い。

２．誰かが感電死した場合、補償できますか？

３．用途が記載されていないのですが、用途に合わせたメーカー品を
　購入されることをお勧めします。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

例えば、抵抗分圧回路だったら複数の抵抗を直列でつなげることで、
個々の抵抗にかかる電圧を分散できませんかね？
ただ具体的な回路がうまくかけませんが・・

自作では誰かが安全を保障してくれるわけではないことは
承知しています。その上での質問です。
極力安全に配慮した方法をお教えください。

用途は研究用途です。
高圧電源からの出力を２つに分岐させ、
一方は高電圧で、もう一方は電圧を制御して使いたいのです。
私が調べた限りではこの用途に見合うようなメーカー品は
ありませんでした。
スライダックでも用を成せますか？ただすこし高価ですが・・・

お礼日時：2011/03/04 18:06

No.2 回答者： P0O9I 回答日時： 2011/03/04 18:43

原理的にはトランスで昇圧をすればよいのです。

1KHz のノコギリ波はオペアンプ等で作ります。電源電圧±18V程度で動くオペアンプを使えば０～±15Vのノコギリ波を作ることはできます。
それを１対20の巻き線比のトランスを通せば、±3 kVは作れます。１次側の電流値も20mA以上必要ですから、トランジスタバッファ等は必要でしょう。
ただ、そのトランスをどこが作ってくれるかです。
そこらは専門家に依頼するしかありません。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

質問の仕方が悪かったようなのでここで説明しますが、
高電圧を発生させるアンプはすでにあり、そこで発生させた
高圧のノコギリ波を降圧させて使いたいのです。

０～３ kVまでを連続して変化させられたら良いのですが。。。

お礼日時：2011/03/04 19:13

No.3 回答者： foobar 回答日時： 2011/03/04 18:44

そのような高圧電源なら、外部から電圧調節するための制御入力がありそうに思います。

制御入力があれば、そこに適切な信号を入れることで、電圧調節ができそうに思います。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

質問の内容が足りなかったので補足説明させていただきます。

所有する高圧アンプには回答者のおっしゃるような制御入力が確かにあり、
そこで電圧なり波形なりを制御することができます。

私がしたいのは、その高圧アンプからの出力を２つにわけ、
一方をそのまま高電圧で、もう一方を低電圧で（しかも電圧を制御できるようにして）
使用したいということです。

そしてこのとき、高電圧側の波形と低電圧側の波形の位相がずれないように、
また低電圧にしたときの波形がくずれないことが望ましいです。

もうひとつ同じ高圧アンプを買えばできるかもしれませんが、
数十万円と高価です。

良い方法がないでしょうか。

お礼日時：2011/03/04 19:21

No.4 回答者： acha51 回答日時： 2011/03/04 22:03

acha51　補足です

　　＞＞　私がしたいのは、その高圧アンプからの出力を２つにわけ、
　　　一方をそのまま高電圧で、もう一方を低電圧で（しかも電圧を制御できるようにして）
　　　使用したいということです。
　　　そしてこのとき、高電圧側の波形と低電圧側の波形の位相がずれないように、
　　　また低電圧にしたときの波形がくずれないことが望ましいです。

この条件を満足させるにはやはり2台を接続し、一方をマスターとして波形や周波数を決め、
他方をスレーブとし、波形や周波数を同期させ出力電圧だけをコントロールするしかないでしょう。
波形発生回路は不要ですので、ゲイン調整の出来るリニアアンプとなります。
使用する周波数に応じて探してください。オーディオ帯のもの（50Hzから20kHz）であれば
たくさんありますがそれ以下、それ以上では難しいでしょう。。

抵抗分割では、高圧発生器に高圧と低圧、両方に必要な電流がまかなえるか、抵抗の場合
必要な電流の10倍以上流さないと電圧が設定の通りとなりません
つまりこの１ｍAという電源からは100uA以下の電流を使う回路でしか、使用できないということです。
耐圧と電力からおそらく50本か100本の抵抗を直列接続しないと実現しないでしょう。
使用する周波数によりますが分布容量により位相は変わりますし、波形はなまります。

スライダックはトランスですから位相は変わりますし、波形はなまります。
こんな高圧は特注になるので高価になるでしょう。

この回答へのお礼

ご丁寧な回答に感謝します。

やはりアンプを並列に使うのがベストでしょうか・・・
予算の問題もあるので教授と相談してみようかな・・・

アンプと接続する回路はほとんど電流を流さない（おそらくnAレベル）
ものなので抵抗分割できますかね？
抵抗５０～１００本の半田付けは大変そうですが・・・

使用する周波数はMAXでも1 kHz程度ですが、分布容量などの
問題は出てきますか？
場合によっては分圧回路の作製を挑戦してみたいです。

お礼日時：2011/03/04 22:55

No.5 回答者： k_kota 回答日時： 2011/03/04 22:54

まず、結論から言うとお金は掛かります。

位相とか波形も気にする（ちなみにゆがみじゃなくひずみ）となると、かなり条件が厳しいです。

基本的には別にもう一つ購入するしか方法が無いと思います。

そもそも、各種部品で1kV以上に対応しているものをあまり見たことが無いです。
半導体は多分厳しいし、機械系の部品は空気放電しちゃうんじゃないでしょうか。

トランスだと連続的に変えられないのと、線間の絶縁が不安です、あと周波数特性もだめだめです、ノコギリ波だと高調波も含まれますので。

なので、もうちょっと要件を見直さないと実現は不可能じゃないかと思います。

私だったら、高圧の勉強を別途やった上で自分で作る方法を考えます。
私は電気は知識も組み立てもアマチュアとしてはやってる方ですが、
高圧は別に勉強が必要だと思います。

質問内容から行くと難しいと思いますね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

やはりアンプをもう一台購入するのがベストのようですね。
教授とも相談してみます・・・

今回の問題で高電圧や電気回路に関する知識の無さを痛感しています。
もう少し自分でも勉強してみますね。

お礼日時：2011/03/04 23:01

No.6 回答者： acha51 回答日時： 2011/03/05 10:18

acha51　補足です

添付を購入して十分広いプラスチック板の上に絶縁スペーサで組み付け、
電線も2重絶縁の高耐圧品を使ってください
抵抗も書くリードには絶縁チューブを通します。

AKBが近いのであれば真空管部品などを売っている店でそろうでしょう。


お勧めできませんが、Max1ｋ程度であればこまかにこだわらなければ可能でしょう
時間と労力を惜しまず
だめもとですが勉強のためにLet’ｓトライ！

参考URL：http://www.marutsu.co.jp/shohin_6458/

この回答へのお礼

ご丁寧に画像付きでの回答ありがとうございます！

近場にこのようなパーツショップは無いようなのですが、
参考URLに挙げていただいたマルツパーツ館であれば
揃いそうですね。
このような電子パーツにも疎いので、具体的なものを
示していただけたのには助かりました。

ところで、低圧側の電圧を変化させるときは、低圧側の
抵抗との接続部分をつなぎ変えなければなりませんか？
可変抵抗（ボリューム）のようなもので、連続的に
変化させられないでしょうか。

折り返し質問すみません。

お礼日時：2011/03/05 18:39

No.7 回答者： acha51 回答日時： 2011/03/05 19:47

acha51　です

今までは0から3ｋｖ可変範囲として回答していましたが、
要求されている低圧側の可変電圧範囲、minとmaxを補足ください。

市販のボリュームはmax２Mオームです

この回答へのお礼

以下のように補足させていただきます。

低電圧側の可変範囲はMIN 0 kV、MAX 3 kVが理想です。
難しければMAXはそれ以下でも（例えば2 kV程度でも）
何とか利用できますが、MINは0である必要があります。

お礼日時：2011/03/05 21:31

No.8 ベストアンサー 回答者： acha51 回答日時： 2011/03/06 15:12

http://www2.cyberoz.net/city/hirosan/sw.html
にて４２φロータリースイッチ　　￥６９３　（川崎店通販価格￥７４３）　中国製
　　１段１回路１１接点
を1個買ってください、スペックがないのですが大きいのでたぶん耐圧はもつかな？

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02143/
にて小型ボリューム　２ＭΩＢ 0.125W 200v
を11個買ってください

あと抵抗８MΩ　１W1個、または3.9MΩ　１/2W2個買ってください。

これを添付回路図のように組むとスイッチを切換ながらボリュームで
電圧が制御できます。
スイッチはノンショートなので切り替え時は瞬間的にOFFになります。
切り替え時の変動がまずいときは、
負荷と並列に5kv以上の耐圧のある適当なコンデンサー（容量はカットアンドトライ）
を接続します

電圧を上げてゆくときは次のボリュームはmin、
　下げてゆくときは次のボリュームはmaxにしておくとスムースにつながります。

この回答へのお礼

具体的に図入りでのご回答ありがとうございます。

これならいけそうですね！
スイッチ切り替え時の変動は問題になりませんので、
このままでいけると思います。

早速試してみます。
ありがとうございました！

お礼日時：2011/03/06 15:47

No.9 回答者： k_kota 回答日時： 2011/03/06 23:40

制御電圧を加える側の機器のインピーダンスはどうなっていますか？

抵抗分圧で考えていますけど、高インピーダンスとか周波数特性が十分なだらかでないと、電圧の範囲が不十分になったり、掛る電圧の波形の歪が無視できなくなる可能性があります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

制御電圧を加える側の機器といいますと、高圧アンプに
信号を送るためのファンクションジェネレータのことでしょうか。
データシートではメイン出力のインピーダンスが５０Ωと書かれていますが、
インピーダンスについてまだ良くわかっていません。
自分でも勉強してみます。

お礼日時：2011/03/07 11:31