電力変換

電気工学において、電力変換とは、電気エネルギーをある形式から別の形式に変換するプロセスです。

電力変換器は、交流(AC) と直流(DC)の間で電気エネルギーを変換する電気機器です。また、電流の電圧や周波数を変更することもできます。

電力コンバータには、変圧器などのより単純なものから、共振コンバータなどのより複雑なものまでが含まれます。この用語は、交流電流の1 つの周波数を別の周波数に変換するために使用される電気機械のクラスを指す場合もあります。電力変換システムには、冗長性と電圧調整が組み込まれていることがよくあります。

電力変換器は、実行する電力変換の種類に基づいて分類されます。電力変換システムを分類する方法の1つは、入力と出力が交流か直流かに基づいています。^[1]

直流電力変換

DCからDC

以下のデバイスは DC を DC に変換できます: ^{[詳細な説明が必要]}

DCからAC

以下のデバイスは DC を AC に変換できます: ^{[詳細な説明が必要]}

AC電力変換

ACからDC

以下のデバイスはACをDCに変換できます: ^{[詳細な説明が必要]}

ACからACへ

以下のデバイスは AC を AC に変換できます: ^{[詳細な説明が必要]}

その他のシステム

単相動作と三相動作用に設計された電力システム間を変換するためのデバイスと方法もあります。

標準電源の電圧と周波数は国によって異なり、国内でも異なる場合があります。北米と南米北部では通常120ボルト、60 ヘルツ（Hz）ですが、ヨーロッパ、アジア、アフリカ、および世界の他の多くの地域では通常230ボルト、50 Hzです。^[2]航空機は内部で400 Hzの電力を使用することが多いため、地上にいる間に飛行機に電力を供給するために使用される地上電源ユニットで使用するには、50 Hzまたは60 Hzから400 Hzへの周波数変換が必要です。逆に、内部の400 Hz電源は、飛行中に乗客が利用できる便利な電源コンセントのために50 Hzまたは60 Hzに変換される場合があります。

約 15 kHz で高電圧を生成する CRT に電力を供給するフライバックトランスサブシステムなどの特定の特殊回路も電力変換器と見なすことができます。

民生用電子機器には通常、AC アダプタ(電源装置の一種) が付属しており、主電源の AC 電流をマイクロチップの消費に適した低電圧 DC に変換します。民生用電圧変換器(「トラベルコンバータ」とも呼ばれます) は、主電源が約 120 V の国と約 240 V の国の間を旅行するときに使用されます。(異なる形状の 2 つのAC 電源プラグとソケットを単に電気的に接続するだけの民生用「アダプタ」もありますが、これは電圧も周波数も変更しません。)

電力変換器に変圧器を使用する理由

変圧器は、電気絶縁と電圧降圧または昇圧を組み込むために電力変換器で使用されます。

二次回路は浮遊しており、二次回路に触れると、その電位を身体の電位または地球の電位に引きずるだけです。身体に電流は流れません。そのため、携帯電話が金属シェルを持ち、二次回路に接続されている場合でも、充電中に携帯電話を安全に使用できます。

高周波で動作し、低電力を供給する電力コンバータは、基本周波数の高電力アプリケーションのものと比較して、はるかに小さな変圧器を備えています。通常、電力システムでは、変圧器は電力を同時に送信し、料金はかかりません。

変圧器の一次巻線の電流は、アンペールの法則に従って相互磁束を設定し、二次巻線の負荷電流の消磁効果をバランスさせるのに役立ちます。

フライバックコンバータのトランスは、インダクタのように異なる動作をします。各サイクルで、フライバックコンバータのトランスは最初に充電され、次にそのエネルギーを負荷に放出します。したがって、フライバックコンバータのトランスのエアギャップには2つの機能があります。インダクタンスを決定するだけでなく、エネルギーを蓄えます。フライバックコンバータの場合、トランスギャップは充電と放電のサイクルを通じてエネルギーを伝送する機能を持つことができます。

W_{e}={\frac {1}{2}}BH={\frac {1}{2}}{\frac {B^{2}}{\mu }}

コアの相対透磁率は1,000 以上、さらには 10,000 以上になることもあります。一方、エアギャップは透磁率がはるかに低いため、エネルギー密度が高くなります。 $\mu _{r}$

参照

参考文献

^ Petrocelli, R. (2015). 「1象限スイッチモード電力コンバータ」。 Bailey, R. (編)。 CAS-CERN加速器スクールの議事録: 電力コンバータ。ジュネーブ: CERN。 p. 15。arXiv : 1607.02868。doi :10.5170/CERN-2015-003。ISBN 9789290834151. S2CID 125663953。
^ 世界の電力 Archived 2009-09-06 at the Wayback Machine、Kropla.com

Abraham I. Pressman (1997)。スイッチング電源設計。McGraw - Hill。ISBN 0-07-052236-7。
Ned Mohan、Tore M. Undeland、William P. Robbins (2002)。『パワーエレクトロニクス：コンバータ、アプリケーション、設計』。Wiley。ISBN 0-471-22693-9。
Fang Lin Luo、Hong Ye、Muhammad H. Rashid (2005)。デジタルパワーエレクトロニクスとアプリケーション。Elsevier。ISBN 0-12-088757-6。
Fang Lin Luo、Hong Ye (2004)。高度な DC / DC コンバータ。CRC Press。ISBN 0-8493-1956-0。
Mingliang Liu (2006)。スイッチドキャパシタ回路の謎を解明。Elsevier。ISBN 0-7506-7907-7。

外部リンク

DC-DCコンバータの一般的な説明
米国に拠点を置く 50 Hz、60 Hz、400 Hz 周波数コンバーターの製造業者。2020 年 2 月 21 日にWayback Machineにアーカイブされました。
GlobTek, Inc. 電力供給および電力変換用語集

[1] Petrocelli, R. (2015). 「1象限スイッチモード電力コンバータ」。 Bailey, R. (編)。 CAS-CERN加速器スクールの議事録: 電力コンバータ。ジュネーブ: CERN。 p. 15。arXiv : 1607.02868。doi :10.5170/CERN-2015-003。ISBN 9789290834151. S2CID 125663953。

[2] 世界の電力 Archived 2009-09-06 at the Wayback Machine、Kropla.com