スイッチング電源の入力電流の計算

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質問者：a1z1
質問日時：2015/01/10 22:43
回答数：1件

スイッチング電源の入力電流の計算方法を教えてください。

(1)入力電力=出力電力/効率

(2)入力電流最大時の実効値=入力電力/最小入力電圧

(3)入力平均電流=入力電力/(最低入力電圧×√(2))

(4)入力電流最大時のピーク値=？

教科書にはこのように書いてありますが、(2)～(4)が意味不明です。
平均値、ピーク値なども分かりません。
丁寧に教えていただけたら幸いです。

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回答 (1件)

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No.1ベストアンサー

回答者： bogen555
回答日時：2015/01/11 10:18

絵が小さすぎて見えませんが、「教科書」ってウソでしょう。

スイッチング電源の教科書で国際的に定評があるのはこれです。
http://www.amazon.co.jp/dp/0792372700
こちらで勉強した方が良いですよ。

◎(1)入力電力=出力電力/効率
これは正しいです。

■(2)入力電流最大時の実効値=入力電力/最小入力電圧
■(3)入力平均電流=入力電力/(最低入力電圧×√(2))
これは間違いです。
交流電力は（電流実効値）×（電圧実効値）×（力率）です。
力率が考慮されていない式が「教科書」に載ってるはずがありません。
問題は、小さすぎる絵からコンデンサ入力整流回路と見られますが、このときには電圧が正弦波で電流は大幅に歪むことです。
ご存じのように
∫(0→2π)sinθ・sin(nθ)dθ=0 (n≠1)
と基本波と高調波の1周期の積分はゼロになり、これが力率の悪化になります。
コンデンサ入力整流回路の問題は、この資料のCHAPTER1を見て下さい。
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/HBD853 …
力率をほぼ1にする回路の解説もあります。

？(4)入力電流最大時のピーク値=？
これは測定してみないとわかりません。

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Aベストアンサー

あまりキチンした回答がなさそうなので。
まずＡＣ電源を入力としたＤＣ電源の関係式は以下のとおりです。

　　入力電圧×入力電流×力率×電源効率＝出力電圧×出力電流

実際は、電流値がそれぞれ時間で一定になっていないので計算式は
飽くまでも試作時の目安にします。

質問者の求めているのはブレーカの電流値であり、それが入力の
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大抵、125ＶＡなどとＶＡの単位で書かれているものです。

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（これは、100Ｖ×1.5Ａ＝150Ｗを意味するものではありません）
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Aベストアンサー

交流の消費電力は
P＝VIcosθ
です。

θはVを基準としたIの遅れです。このcosθは力率と言われるものです。
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＞２００Vの三相三線式モーター５．５ｋｗではどうなりますでしょうか…

少々専門的になりますが、これだけの情報では定格電流までは分からないのです。
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電気エネルギーを機械エネルギーや運動エネルギーに変換するとき、必ず損失があります。
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したがって、出力のほかに効率と力率が分からないと、電流の計算はできません。

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概数でよければ、5.5kWの効率は 0.8～0.85、力率は 0.75～0.8、定格電流が 24A程度です。

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Aベストアンサー

こんにちわ！
いつも質問ばかりしていては、皆さんに申し訳ないので、微力ながら知っている範囲でお答えします。
ご参考にして頂ければ幸いです。

定格電流は、その遮断器に連続的に電流が流れ続けた時の動作の限界値を表していると思います。
限界値である定格電流値になった場合の動作は、日本の規格(ＪＩＳなど)では、不動作の状態を維持する最大値を表しています。
しかし、諸外国では、動作する値を表す場合も多いようです。(例えば、アメリカ製など)
具体的に言うと、日本製の225AF/225ATの遮断器に225Aの電流を流したとしても遮断器はOFF動作しません。
しかし、アメリカ製の250AF/225AT(フレームという概念についての説明は、割愛します)の遮断器に225Aの電流を流すと遮断器はOFF動作を起こします。
これは、規格の考え方の違いでどちらが正しいとかという問題ではありません。しかし、一つの電気設備で、複数の規格を採用しなければならない場合などは、保護協調上注意を要する点であります。
この定格電流値以下で遮断器を利用している限り、遮断器の開閉操作を行ったとしてもメーカーが保証する回数まで(一般に数千回～数十万回)は、操作が可能である値という意味もあります。

一方、遮断容量は、その遮断器が、流れている電流を遮断できる最大の容量を表していると思います。
一般的に電気的な容量とは、電圧×電流×時間で表されます。これは、エネルギーの容量を表し、遮断容量の場合も同じです。よって、容量であるにも関わらず電流値であると捉えらえることは間違いだと思います。
しかし、現実には、遮断容量が、電流値で表されていることが多いのも事実です。
その理由は、日本の(多分全世界でそうだと思いますが？)電源事情が、定電圧送電方式となっているからです。即ち、電圧の項は、定数として扱えるため、変数となる電流値で表せば事実上問題がないのと、実用上合理的となるからだと思います。
実際の遮断器に書かれている、遮断容量の記載を見ると判るのですが、使う電圧によって遮断できる電流値が変わります。これは、遮断容量が変わるのではなく、遮断容量は同じであるため、遮断できる電流値が変わることを意味しています。
同じ型の遮断器を異なる電圧で使用する場合など勘違いし易いので、注意が必要です。また、動作時間が変更できる機能がある場合も遮断できる電流値は変わってきますので注意のほど。
電流を遮断すると言うことは、アーク電流によるエネルギー放出(一般的に、熱、音、光の形で放出される)を、遮断器構部分で絶えうる必要があります。
定格以上の容量を遮断しようとすると熱により接点が溶着したり、溶断してしまうことがあるようです。

最後に、遮断容量の大きいものの方が良いのかどうかと言う点については、必要な遮断容量が確保されていらば、最小値でかまわないと思います。
皆さんもご指摘している通り、遮断容量が大きくなると、値段、寸法、納期(受注生産品になったり)が大きく(高く、長く)なります。
必要な容量とは、その回路に流れる最大の電流値(容量を電流値で表した場合)で決まります。一般的に、最大電流値となるのは、短絡時となります。
ただし、エネルギーの供給源は、電源だけとは、限りません。例えば、三相誘導電動機が接続されていると電動機の運動エネルギーがエネルギー供給源となり数サイクルの間電源となりますので注意が必要です。
さらに、定格電流を超える電流値を、遮断した場合は、メーカーの保証動作回数までの動作が保証されるわけではありません。
短絡電流の遮断については、動作特性をよく調べて使用してください。経済性を無視すれば、一度短絡電流を遮断した遮断器は、交換すべきだという人もいます。

以上、だらだらと述べましたが、少しでも参考になればと思います。

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どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

ｋｇｆはＳＩ単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。

＞＞＞
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか？

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計算式でも構いませんので分かる方御願いいたします。

Aベストアンサー

ＤＣ側から計算します。
１２Ｖ×３０Ａ＝３６０Ｗ
力率８０％ならば、３６０÷８０×１００＝４５０Ｗ
次にＡＣがわの計算。
４５０Ｗ÷１００＝４．５Ａ
答え４．５Ａ

ただし、一般的な場合。
実際の変換効率（ご質問では８０％）とは別に、ＡＣには突入電流という厄介な問題があります。
突入電流を考慮すると、実際はＤＣ出力の２倍以上を余裕を見て準備します。
したがって、実際はＤＣ側の倍、７２０Ｗで計算し、ＡＣ１００では７．２Ａでしょうか。

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Qプルアップ抵抗値の決め方について

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか？

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調節していって電圧降下が0.9Vとなるように設定するのでしょうか。どうぞご助力お願いします。

以下、理解の補足です。
・理解その1
ふつう、こういう場合は抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が決まっていることが前提だと考えていました。V=IRを計算するためには、この変数のうち2つを知っていなければならないからです。
また、例えば5V/2Aの電源を使った場合、マイコン周りは電源ラインからの分岐が多いため、この抵抗に2A全てが流るわけではないことも理解しています。

電源ラインからは「使う電流」だけ引っ張るイメージだと理解しているのですが、その「使う電流」が分からないため抵抗値を決定できません。（ポート入力電流の最大定格はありますが…）

・理解その2
理解その1で書いたように、抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が必要だと理解しています。図2を例に説明します。Rの値を決めたいとします。
CD間の電圧降下が5Vであることと、回路全体を流れる電流が2Aであることから、キルヒホッフの法則より簡単にRの値とそれぞれの抵抗に流れる電流が分かります。今回の例もこれと同じように考えられないのでしょうか。

Aベストアンサー

ＮＯ１です。

スイッチがONした時に抵抗に流れる電流というのは、最大入力電流や最大入力電圧
という仕様から読めば良いのでしょうか。
→おそらくマイコンの入力端子の電流はほとんど０なので気にしなくてよいと思われます。
入力電圧は5Vかけても問題ないかは確認必要です。

マイコンの入力電圧として０Ｖか5Vを入れたいのであれば、抵抗値は、NO3の方が
言われているとおり、ノイズに強くしたいかどうかで決めれば良いです。
あとは、スイッチがONした時の抵抗の許容電力を気にすれば良いです。
例えば、抵抗を１０KΩとした場合、抵抗に流れる電流は5V/１０ｋΩ＝０．５ｍAで
抵抗で消費する電力は5V×０．５ｍA＝０．００２５Wです。
１／１６Ｗの抵抗を使っても全く余裕があり問題ありません。
しかし、１００Ωとかにしてしまうと、１／２Wなどもっと許容電力の大きい抵抗を
使用しなければいけません。
まあ大抵、NO3の方が書かれている範囲の中間の、１０ｋΩ程度付けておけば
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Q3相電動機の消費電力の求め方

３相電動機の消費電力の求め方について質問です。

定格電圧　２００Ｖ
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上記の電動機ですが実際の電流計指示値は10Ａです。
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√3*200*10*0.72=2.4KW
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このような計算で大丈夫でしょうか？
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

出力は軸動力を表しているので、消費電力はそれを効率で割る必要があるかと思います。
概算で出してみると、定格での効率が85%程度と仮定すると、定格時の消費電力は3.7/0.85=4.4kW程度になります。
この時の一次皮相電力は、5.1kVAで、無効電力Qnは√(5.1^2-4.4^2)=2.6kVar程度になります。

この無効電力は励磁電流が支配的でしょうから、負荷によらず変わらないとすると、軽負荷時に線電流が10Aになったときの皮相電力は√3*200*10 で3.5kVAで、このときの有効電力は√(3.5^2-2.6^2)=2.3 kW という具合になりそうに思います。

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