皆さまお疲れさまです。ケンタ(@den1_tanaoroshi)です。試験まであと1週間ですね。mapではバス停の位置表示が適当なので、きちんとバス会社のバス停マップを確認しておくことをお勧めします。見つからないと本当に焦りますよ笑(←経験者)さて、今回はペンディングしていましたパワエレの続きです。前回はパワーデバイスの種類に触れて終了していました。~自己流編その1~皆さまお疲れさまです。ケンタ(@den1_tanaoroshi)です。今回はレベル4さんからの依頼で、パワーエレクトロニクス(略...今回はチョッパについて書いていきます。この記事の内容そもそもチョッパとは?降圧チョッパスチッチがONのときスチッチがOFFのとき1周期で昇圧チョッパスチッチがONのときスチッチがOFFのとき1周期で昇降圧チョッパスチッチがONのときスチッチがOFFのとき1周期でまとめそもそもチョッパとは?私は電気科卒ではないので、パワーエレクトロニクス全般に関する知識が浅いです。電験の範囲でしか知識がありません。した私が最初にパワエレの勉強をし始めたとき、「チョッパ」という言葉に馴染みがありませんでした。(某海賊漫画を除いて笑)チョッパには以下の意味があります。chopper:【名詞】(なた・おのなどで)ぶち切る人DC/DCコンバータの電圧動作に見られるような「電圧のぶつ切り」が名称の由来のように感じました。実際調べてみたところ、そのような意味合いだそうですね。電験には降圧チョッパ昇圧チョッパ昇降圧チョッパの3種類がそれぞれの電圧公式とともに登場してきます。私は違いを把握していません。言いますのも、僅かな公式の違いを含めて覚えるのが無理と感じたので、回路図から電圧の公式を導出できるようにしておき、その公式から降圧なのか、昇圧なのか、昇降圧なのかを判断しておけるようにしておいたからです。いうことで、それぞれの公式を導出する方法を今回は紹介します。降圧チョッパこのような図が問題で与えられたとします。ケンタ繰り返しとなりますが、私はこの時点では降圧チョッパかどうかは判断できていません。スチッチがONのときこの回路のスチッチがONのときは、電源はコイルと抵抗に電力を供給します。時間\(T_{\mathrm{ON}}\)の間にコイルに蓄えられるエネルギー\(K_{\mathrm{ON}}\)は\begin{align}K_{\mathrm{ON}}&=V_{\mathrm{L}}IT_{\mathrm{ON}}\\&=(E-V_{\mathrm{R}})IT_{\mathrm{ON}}\\\end{align}となります。この式となった理由を原則に基づいて説明します。\int\)の外に出てきます。\int\)の外に出てきます。ケンタ厳密に言えば\(V_{\mathrm{R}}\)も\(I\)も一定ではなく脈動(小刻みに変動すること)するのですが、考えやすくするために「一定」としています。\mathrm{d}t\\&=V_{\mathrm{L}}IT_{\mathrm{ON}}\\&=(E-V_{\mathrm{R}})IT_{\mathrm{ON}}\\\end{align}となります。スチッチがOFFのときコイルが放出するエネルギー\(K_{\mathrm{OFF}}\)は\begin{align}K_{\mathrm{OFF}}&=V_{\mathrm{L}}IT_{\mathrm{OFF}}\\&=V_{\mathrm{R}}IT_{\mathrm{OFF}}\\\end{align}となります。スイッチをOFFにするとコイルの電圧の向きが変わります。スイッチがONのときは電流を流そうとする電源に対して抵抗するように働くのですが、スイッチがOFFになると流れている電流を流し続けようと電源のように働くためです。1周期で1周期\(T(=T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{OFF}})\)で考えると、コイルに蓄えられるエネルギー\(K_{\mathrm{ON}}\)とコイルから放出されるエネルギー\(K_{\mathrm{OFF}}\)が一致します。1\)ですので、この公式から「降圧チョッパ」だと分かります。昇圧チョッパこのような図が問題で与えられたとします。スチッチがONのときこの回路のスチッチがONのときは、電源はコイルに電力を供給します。時間\(T_{\mathrm{ON}}\)の間にコイルに蓄えられるエネルギー\(K_{\mathrm{ON}}\)は\begin{align}K_{\mathrm{ON}}=EIT_{\mathrm{ON}}\\\end{align}となります。スチッチがOFFのときコイルは蓄えたエネルギーを放出するので、電圧の方向が電源と同じとなります。\begin{align}V_{\mathrm{R}}&=E+V_{\mathrm{L}}\\\end{align}となります。よって、コイルが放出するエネルギー\(K_{\mathrm{OFF}}\)は\begin{align}K_{\mathrm{OFF}}&=V_{\mathrm{L}}IT_{\mathrm{OFF}}\\&=(V_{\mathrm{R}}-E)IT_{\mathrm{OFF}}\\\end{align}となります。1周期で1周期\(T(=T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{OFF}})\)で考えると、コイルに蓄えられるエネルギー\(K_{\mathrm{ON}}\)とコイルから放出されるエネルギー\(K_{\mathrm{OFF}}\)が一致します。\frac{T}{T_{\mathrm{OFF}}}\)ですので、この公式から「昇圧チョッパ」だと分かります。昇降圧チョッパこのような図が問題で与えられたとします。スチッチがONのとき昇圧チョッパのときと同様に、時間\(T_{\mathrm{ON}}\)の間にコイルに蓄えられるエネルギー\(K_{\mathrm{ON}}\)は\begin{align}K_{\mathrm{ON}}=EIT_{\mathrm{ON}}\\\end{align}となります。スチッチがOFFのときコイルが放出するエネルギー\(K_{\mathrm{OFF}}\)は\begin{align}K_{\mathrm{OFF}}&=V_{\mathrm{L}}IT_{\mathrm{OFF}}\\&=V_{\mathrm{R}}IT_{\mathrm{OFF}}\\\end{align}となります。電流の向きが他のチョッパと違います。(公式導出には影響しませんが)1周期で1周期\(T(=T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{OFF}})\)で考えると、コイルに蓄えられるエネルギー\(K_{\mathrm{ON}}\)とコイルから放出されるエネルギー\(K_{\mathrm{OFF}}\)が一致します。\begin{align}K_{\mathrm{ON}}&=K_{\mathrm{OFF}}\\EIT_{\mathrm{ON}}&=V_{\mathrm{R}}IT_{\mathrm{OFF}}\\V_{\mathrm{R}}&=\frac{T_{\mathrm{ON}}}{T_{\mathrm{OFF}}}E\\\end{align}となります。\frac{T_{\mathrm{ON}}}{T_{\mathrm{OFF}}}\)ですので昇圧となります。1\)ですので降圧となります。よって、この公式から「昇降圧チョッパ」だと分かります。まとめ今回説明してきたように、細かな違いのある公式を覚える場合は、導出から覚えておくと頭ごなしに覚える必要がなくなります。チョッパはその典型的な例ですね。実は今回の解説は2種レベルであったりします。いった導出もそうですが、電力の知識問題などでも2種のレベルまで掘り下げて始めて納得して理解したことが何度もありました。いうところも今後紹介していければと思います。完結編~皆さまお疲れさまです。ケンタ(@den1_tanaoroshi)です。_)m導出から覚えていくというのが興味深かったです。この記事ではありませんが、コイルに磁石を近づけると電力が発生するなども、導出というか、腑に落ちるまで理解できておくと忘れにくいですよね。AM>やまさきさんコメントありがとうございます。わかりやすいと言っていただけると素直に嬉しいです。PMこんにちは私が3種を受験したときは、ひたすら公式を丸暗記して答えを求めていました。それで偶々合格できましたが、電気の本質は全く理解できていません。2種の場合、公式の導出に関する考え方も求められる様なので、ケンタさんが言われる通り2種を勉強すると電気の事をより理解できると思うし、そうなれば勉強の苦労が理解できる喜びに変わるのかもしれません(とはいっても難解すぎてどこから手を付けて良いかもわかりません。微積分も底なし沼らしいので、電験用に特化しないと)3種(高校用)と2種(大学用)の違いのように、微積分も高校は公式に当てはめて答えを求めるけど、大学では本質に近付く為公式の導出から学ぶと聞きました。難しい2種の参考書も、今回のケンタさんのように、簡単な図から丁寧に説明してもらえると分かり易いのですが、そうなるとページ数が膨大になるから難しいのかもしれませんね。記事をあげて頂いてありがとうございます。PM>カモカモさんコメントありがとうございます!大学の微積分学では、ε-δ論法(イプシロン-デルタ論法)という周りくどい証明を延々としていた思い出があります。忘れてしまいましたが笑2種の参考書については、私も難解に書いているなぁという印象がありました。今回は理解の助けとして私が参考書の余白に書いていた図を持ってきました笑(一度図を書いてしまえば、コピペ+マイナーチェンジで時間を幾分省略できます笑)こういった参考書までの橋渡しができるような記事を書いていこうと思います。AMまずタイトル画像で吹きました(笑)そしてチョッパ回路の公式の導出ですが、私含め多くの3種受験者にとってブラックボックスになっている部分を非常に分かりやすく解説して頂いておりすごく良かったです!実は3種の理論過去問でもパワエレっぽい内容の穴埋め問題が出ており詳しくは覚えていませんがこの導出内容と似た雰囲気でした!なので3種受験者も理想的にはここまで理解しておく必要があると思います。受験前にこの記事を拝見することができ助かりました。PM>レベル4さんコメントありがとうございます!過去問でこの導出が出たことあったんですね。次は過去問を2問ほど記事にしてみます。PM式の導出が非常に分かりやすかったです。公式を覚えなくても導出の仕方さえ分かっていれば本番でも使えるため参考にさせていただきます。PMコメントありがとうございます!個人的には原理や導出(難しければこじつけでも可)ならば覚えやすいのではないかと思っています。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。付いている欄は必須項目です上に表示された文字を入力してください。このサイトの管理人ケンタ関東住まいのビルメンです。電験の勉強を開始して4年で電験1種を取得しましたが、勢いと運での合格だったこともあり色々忘れてきているので、この場を借りて備忘録的に電気に関するもろもろを棚卸ししていきます!電験やエネ管取得の情報・ノウハウ、更には業界の話題も取り上げていければと思います。電験突破法を連載していました。2023年版を発売中です。