抵抗整流とは？電機子巻線リアクタンスの影響を抑制する方法
家電を知りたい
抵抗整流について教えてください。
家電製品マニア
抵抗整流とは、整流子電動機のブラシと整流子片間の接触抵抗を大きくして、電機子巻線のリアクタンスの影響を抑える方法です。
家電を知りたい
なぜ接触抵抗を大きくするのですか？
家電製品マニア
接触抵抗を大きくすることで、電機子巻線の電流反転が直線的に遅延なく行われます。これにより、短絡状態からの開放時に火花が発生する不足整流を防ぎます。
抵抗整流とは。
直流モーターの用語である「抵抗整流」とは、ブラシと整流子との接触抵抗を意図的に大きくすることで、電機子コイルのリアクタンスの影響を抑える手法です。
電機子コイルは、ブラシによる整流時に短絡状態を経由して電流が逆転します。このとき、ブラシと整流子との接触抵抗が小さいと、コイルのリアクタンスによって電流の変化が遅れ、短絡状態から解放される瞬間にも電流が流れ続けようとして火花が発生します。これを「不足整流」といいます。
抵抗整流を行うことで、電機子コイルの電流逆転が遅滞なく直線的に行われます。これを「直線整流」といいます。
抵抗整流の目的
抵抗整流の目的は、電機子巻線リアクタンスによる影響を抑制することです。電機子巻線リアクタンスは、モータ回転時の巻線に発生する磁界による逆起電力です。この逆起電力は、モータの回転速度上昇に抵抗します。抵抗整流器は、この逆起電力による影響を軽減し、モータの速度制御をより効率的に行えるようにします。
不足整流による火花発生
不足整流とは、電機子巻線のリアクタンスによってスイッチング素子が適切にオフできない状態を指します。このリアクタンスにより、電流が瞬時に遮断されず、過大な電圧がスイッチング素子に発生します。すると、火花が発生し、スイッチング素子が損傷する可能性があります。これは、インダクタンスの大きい負荷に対して、スイッチング速度の速いパワーエレクトロニクスデバイスを使用するときに特に問題となります。
抵抗整流による直線整流
抵抗整流による直線整流は、抵抗器を使用して交流電気を直流に変換する方法です。抵抗器は、交流電圧の波形を平滑にして、平均値のみを残す効果があります。これにより、直線的な直流電圧が得られます。
抵抗整流は、小電力の負荷や、波形歪みが問題にならない用途に適しています。ただし、抵抗器は電力を消費するため、効率が低下します。また、抵抗値が大きいと電圧降下が大きくなり、電流容量が制限されます。そのため、大きな電流が必要な場合には、他の整流方式が検討されます。
抵抗整流の利点
抵抗整流は、電機子巻線リアクタンスの影響を抑制することにより、直流可変速ドライブやサーボドライブなどの制御システムに多くの利点をもたらします。
抵抗整流により、以下が実現できます。
* -スムーズなトルク制御- リアクタンスの影響を抑制することで、トルクの変動が少なくなり、スムーズな動作が実現します。
* -高速応答- リアクタンスの低減により、システムが外部のトルク負荷の変化に素早く応答し、精度の高い制御が可能になります。
* -安定した動作- リアクタンスは電流の不安定な流れを引き起こす可能性がありますが、抵抗整流によりこの問題が軽減され、安定した動作が確保できます。
* -発熱の低減- リアクタンスが低下すると、電流の周波数が低減し、巻線内の銅損が低減されます。これにより、発熱が低減され、モーターやドライブの寿命が延びます。
抵抗整流の応用
抵抗整流の用途は多岐にわたります。最も一般的な用途の一つは、低電圧の直流電源の生成です。抵抗整流は、交流電源を直流電源に変換するために使用され、電解コンデンサと組み合わせることで、平滑された低リップルの直流出力が得られます。このタイプの回路は、電子機器、充電器、電池式デバイスで広く使用されています。
また、抵抗整流は高電圧の発生にも使用できます。複数の抵抗とコンデンサの組み合わせにより、電圧を段階的に上昇させ、数十万ボルト以上の高電圧を発生することができます。この技術は、電子ビーム溶接、静電塗装、X線発生などで使用されています。
さらに、抵抗整流は交流モーターの制御にも役立てられます。抵抗整流を使用して、モーターにかかる電圧を可変にすることで、回転速度を制御できます。この方法は、ファン、ポンプ、産業用機械などの速度制御が必要な用途で広く使用されています。
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