100Vの方形波を可動コイル形・可動鉄片形・整流形電圧計で測定したときの、指示どうなるか教えてください。
計算方法もあると助かります。

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A 回答 (2件)

補足によりますと縦線が少しずれていますが、最大値100V、ON期間T/2、OFF期間T、周期1.5Tである方形波ですね。


これは、直流に偶数次の高調波が乗った形ですから、可動コイル形でも指針は振れることになります。
可動コイル形は平均値を指示します。
直流に使用するのが前提で目盛りをしていますから、平均値を目盛りに対し、前の回答のようなリアクタンスなどの影響で少し減少傾向で指示すると思います。
目盛りを較正しなおせば、使用可能でしょう。

可動鉄片形は実効値を指示しますが、その名称が示すように鉄片を使用しているので直流に対しては使用が不適です。
鉄片を磁化するときにはヒステリシス現象がありますから、磁化電流を増加していくときと減少させていくときでは、磁化電流に対する磁束数が違ってきます。つまり指示が違ってきます。
また、電流を切っても指示が原点に復帰しないこともあります。
その他高調波に関しては、前の回答と同じです。

整流形電圧計については可動コイル形の計器に交流使用を目的に整流器を付けたものですから、目盛りが交流の正弦波でつけてあることを除けば同じです。

センサ工学と有りますから、あるいは高調波などの影響は無視した理想的な場合で、波形分析などからの理論的な計算が求められているのかも知れませんが、その辺はだいぶ昔のことで失念しております。
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100Vの方形波は、100Vの交流の矩形波と解してよいでしょうか。


交流としますと可動コイル形は極性があるので周期的に方向を変える駆動回転力により、指針は0点で振動をするだけとなりますから使用できません。

100Vの交流の矩形波は波形を見れば分かるように、実効値と最大値と平均値とが等しい波形です。

可動鉄片形は交流の実効値に比例した指示をしますので一応使用可能です。
ただし、この波形は波形を分析して見ると奇数次の高調波が限りなく乗っている波形ですから、計器の設計によっては、高い周波数での影響を無視できないことがあります。
鉄片にはヒステリシスや渦電流による損失を生じ、またコイルのリアクタンスもあり、正弦波交流のときより程度の差は有りますが、正弦波で目盛った目盛りに対して指示が減少傾向が出ます。

整流形は平均値に比例した指示をします。
正弦波用の計器では、平均値に正弦波の波形率1.11を乗じた値、つまり実効値で目盛られています。
この計器で波形率Kの正弦波以外の交流に使用するときには、次の式でこの実効値が求められます。

波形率Kの交流の実効値=計器の指示XK/1.11
交流の矩形波の波形率は、1ですから
交流の矩形波の実効値=計器の指示/1.11
なお、こちらもコイルのリアクタンスはありますし、整流器の高調波に対しての漏れ電流など多少の影響はあるかもしれません。
一般に交流用の計器は、定格周波数が定めてあります。

この回答への補足

ちなみに質問中の方波形は
  100V |___     ___
.     |   |   |   |
.     |___|___|___|__
     0   T/2   T

です。

補足日時:2003/10/06 16:28
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違いは,
> 同期整流
パワーMOSFET(アクティブなスイッチング素子)を使用した整流回路

> 非同期整流
「非同期整流」とは一般に言わず,「ダイオード整流」と言っている.
ダイオード(パッシブなスイッチング素子)を使用した整流回路

です.

> 同期整流のメリット
ダイオードよりも電流を流すときの電圧降下が低いので高効率
ただし,MOSFETはオンさせると電流を双方向に流すことが可能で,
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電流が逆流するので要注意
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http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/42/42051.htm

違いは,
> 同期整流
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> 非同期整流
「非同期整流」とは一般に言わず,「ダイオード整流」と言っている.
ダイオード(パッシブなスイッチング素子)を使用した整流回路

です.

> 同期整流のメリット
ダイオードよりも電流を流すときの電圧降下が低いので高効率
ただし,MOSFETはオンさせると電流を双方向に流すことが可能で,
電流が流れていないときにオンさせると,出力のコンデンサから
電流が逆流するので要注意
また,MOS...続きを読む

Q半波整流回路

半波整流回路において、出力側に接続する電解コンデンサの容量の
違いによりリップル電圧の大きさに差が出るのはなぜですか?

Aベストアンサー

回路の出力側には抵抗のような電圧と電流が比例する負荷がつながっているとしましょう。
整流の目的は電圧(電流)の方向と大きさが周期的に変化している交流電源から
負荷電流に関わりなく一定の電圧が得られる安定した直流電圧を供給するためのものです。

しかし半波整流回路は(全波整流も同じですが)は電圧(電流)の方向は一定にしますが、
電圧までは安定化できません。整流回路を通しただけの電圧波形は交流電圧のプラス側だけ
(全波整流なら絶対値)をとった形をしています。

これを一定の電圧にするため出力側にコンデンサーをつなぎます。
理想的なコンデンサーであれば入力電圧が上昇する時はピーク電圧まで充電され、
その後入力電圧がピーク電圧より下回っている間はピーク電圧を保持しています。
従って理想的なコンデンサーを出力側につないだ整流回路に負荷電流を流さなければ
出力電圧は入力側交流電圧のピーク電圧のままで一定になっているはずです。
すなわち直流電源の出来上がりです。

しかし実際は負荷電流を流さなければ電源の意味はありません。整流回路からの出力電圧が
下がっている間はコンデンサーが蓄えた電荷を放電することで負荷側に電流を供給します。
つまりコンデンサーが電圧源となる訳です。
コンデンサーの容量が無限大であればいくら負荷電流を流しても(電荷を放電しても)
電圧が下がることはありません。
しかし現実には電荷を放出すればコンデンサーの電圧も下がります。この電圧が下がる早さは
コンデンサーの容量が小さいほど早くなります。容量が小さければ、蓄えられる電荷が少ない
のですから、同じ電流を流していれば(時間あたり同じ電荷量を放電していれば)早く
なくなってしまうのは当然ですね。

そして下がっていったコンデンサーの端子電圧と再び上昇してきた整流回路からの出力電圧が
等しくなったところで再びコンデンサーは充電されピーク電圧まで上昇します。
つまり負荷側から見れば
ピーク電圧→コンデンサーの放電曲線に沿った電圧低下→整流回路出力とコンデンサー
端子電圧が同電圧になる点→ピーク電圧
と言う電圧変動を繰り返しているように見える訳です。これがこの電圧変動がいわゆるリップル電圧
です。
そして先に書いたように負荷電流が同じならコンデンサーの容量が小さいほど端子電圧は
下がりやすくなります。
つまり一般的にはコンデンサーの容量が小さいほどリップル電圧は大きくなります。

リップル電圧を小さくしたいのなら単純にコンデンサーの容量を大きくすれば良いのですが
(1)容量の大きいコンデンサーは外形も大きくなる。
(2)容量の大きいコンデンサーを使うと整流回路出力からのピーク電流が大きくなりので
同じ負荷電流でも容量の小さいコンデンサーを使った時より大きな容量を持つダイオードやトランス
を使わなければならない。
などの理由があるので無闇にコンデンサーの容量を大きくすれば良いと言うものではありません。

なお電源には一定の負荷がつながることなどまずなく、負荷電流も絶えず変動しているため
安定な直流電源を作るためには整流回路にコンデンサーをつないだだけでは不十分なので
実際の直流電源ではトランジスターなどを使ってもっと精密に出力電圧を制御しています。
もちろんリップル電圧も極力小さくなるように制御されています。

回路の出力側には抵抗のような電圧と電流が比例する負荷がつながっているとしましょう。
整流の目的は電圧(電流)の方向と大きさが周期的に変化している交流電源から
負荷電流に関わりなく一定の電圧が得られる安定した直流電圧を供給するためのものです。

しかし半波整流回路は(全波整流も同じですが)は電圧(電流)の方向は一定にしますが、
電圧までは安定化できません。整流回路を通しただけの電圧波形は交流電圧のプラス側だけ
(全波整流なら絶対値)をとった形をしています。

これを一定の電...続きを読む


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