尼健～30代未経験から始めたビルメンのブログ

電界

電界とは電気量Q[C]の電荷Aを置いたときに電荷の周りにできる。
放射状のバリアのようなもの。
電荷Aの近くに別の電気量ｑ[C]の電荷Bを置くと、電荷の符号によって引力または反発力が働く。
これは電荷Aの周りに電界が生じている。このとき電荷Bは電荷Aによってつくられた電気力を受けたことになる。

電界の強さ＝電気量[C]÷（球の面積×真空の誘電率[F/m]）
E[N/C]＝Q÷（４πr₂×ε₀）

電気力＝電気量[C]×電界の強さ[N/C]
F[N]＝qE

重力　静電気力

重力は地球上にいると必ず加わる力。
静電気力は２個の電荷が互いに及ぼし合う力。
二つの電荷が同符号（プラス同士又はマイナス同士）なら反発、
異符号（プラスとマイナス）なら引っ張りあう力。

重力＝質量[kg]×重力加速度[m/s₂]
F「N」＝ｍ×ｇ

静電気力＝二つの電気量[C]の積÷（４π×真空の誘電率[F/m]×２つの距離²[m]）
F[N]＝（1÷４πε₀）×{（Q₁×Q₂）÷ｒ₂}

ε₀ 真空の誘電率8.9×10⁻¹²又は１÷（４π×9×10⁹）[f/m]

C（クーロン）は電気の量を表す単位。
1Cは1Aの電流が１秒間に運ぶ電子の電気量に等しくなる。
電子1個の電気量は1.60×10⁻¹⁹[C]でこれを電気素量と呼ぶ。

速度　加速度　重加速度

速度は大きさと向きをもつので、ベクトル量とも呼ぶ。
通常は１秒間当たりに進んだ距離を表す。

速度＝ｔ秒間に進んだ距離ｍ÷時間ｓ
V[m/s]＝（X₂－X₁）÷ｔ

加速度は１秒間当たりの速度の変化量を表す。
加速度は力が加わることにより発生する。
その力が重力のとき、重力加速度という。
重力加速度の記号はｇ（gravity）を用い、通常g＝9.8[m/s²]として計算。
これは重力により落下する場合、１秒間当たり9.8[m/s]ずつ速さが増えていくことを表す。

加速度＝ｔ秒間の速度の変化量[m/s²]÷時間[s]
a[m/s²]＝(v₂-v₁)÷ｔ

力

物体の運動を変化させるものを、力という。

電験三種で出題される力
重力（地球が引っ張る力）
張力（糸が引く力）
電気力（電気による反発または引き合う力）
磁力（磁石が作用しあう力）
などがある。

力は大きさと向きをもつベクトル量でF（Forceの頭文字）で表し単位はN（ニュートン）

力＝質量×加速度
F[N]＝ｍ×a

1つの物体に２つ以上の力が働いているとき、その物体が動かないまたは速度がかわらなければ、その２つ以上の力はつり合ってるという。

ハロゲン電球

ハロゲン電球では石英ガラスバルブ内に不活性ガスとともに微量のハロゲンガスを封入してある。

点灯中に高温のフィラメントから蒸発したタングステンは、対流によって菅壁付近に移動するが、菅壁付近の低温部でハロゲン元素と化合してハロゲン化物となる。

菅壁温度をある値以上に保っておくと、このハロゲン化物は菅壁に付着することなく、対流などによってフィラメント近傍の高音部に戻り、そこでハロゲンと解離してタングステンはフィラメント表面に析出する。

このように、蒸発したタングステンを低音部の菅壁付近に析出することなく高音部のフィラメントへ移す循環反応をハロゲンサイクルと呼んでいる。

このような化学反応を利用して菅壁の黒化を防止し、電球の寿命や光束維持率を改善している。

また、バルブ外表面に可視放射を浸過し、赤外線放射を反射するような膜（多層干渉膜）を設け、
これによって電球から放出される赤外線放射を低減し、小型化、効率化を図ったハロゲン電球は、店舗や博物館などのスポット照明用や自動車前照灯用などに広く利用されている。

誘導電気によって回転する送風機のシステムで消費される電力

誘導電動機が商用交流電源で駆動されているときに送風機の風量を下げようとする場合、
通風路にダンバなどを追加して流路抵抗を上げる方法が一般的である。
ダンパの種類などによって消費電力の減少量は異なるが、流路抵抗を上げ風量を下げるに従って消費される電力は若干減少する。
このとき、例えば風量を最初の50%に下げた場合に、誘導電動機の回転速度はトルク変動に相当する滑り周波数分だけ変動する。

一方、商用交流電源で直接駆動するのではなく、出力する交流の電圧と周波数との比をほぼ一定とするインバータを用いて、誘導電動機を駆動する周波数を変化させ風量を調整する方法もある。
この方法ではダンパなど流路抵抗を調整する手段は用いないものとする。
このとき機械的、電気的な損失などが無視できるとすれば、風量は回転速度の1乗に比例し、消費される電力は回転速度の3乗に比例する。
したがって、周波数を変化させて風量を最初の50%に下げた場合に消費される電力は計算上で12.5%まで減少する。
商法交流電源で駆動し、ダンパなどを追加して風量を下げた場合の消費される電力の減少量はこれほど大きくはなく、インバータを用いると大きな省エネルギー効果が得られる。

パワーエレクトロニクス回路で使われる部品

パワーエレクトロニクス回路で使われる部品としてのリアクトルとコンデンサ、あるいは回路成分としてのインダクタンス成分、キャパシタンス成分、バルブデバイスの働きについて。

リアクトルは電流でエネルギーを蓄積し、コンデンサは電圧でエネルギーを蓄積する部品。

交流電源の内部インピーダンスは、通常、インダクタンス成分を含むので、交流電源に流れている電流をバルブデバイスで遮断すると、遮断時に交流電源の端子電圧が上昇する。

交流電源を整流した直流回路に使われる平滑用コンデンサが交流電圧のピーク値近くまで充電されていないと、整流回路のバルブデバイスがオンしたときに、電源及び整流回路の低いインピーダンスによって平滑用コンデンサに大きな充電電流が流れる。

リアクトルに直列に接続されるバルブデバイスの電流を遮断したとき、
リアクトルの電流を還流する電流路ができるように、ダイオードを接続して使用することがある。
その場合、リアクトルの電流は、リアクトルのインダクタンス値とダイオードを通した回路内の抵抗値とで決まる時定数で減少する。

リアクトルとコンデンサは、バルブデバイスがオン、オフすることによって断続する瞬時電力を平滑化する部品。

高圧負荷の力率改善

高圧負荷の力率改善用として、その負荷が接続されている三相高圧母線回路に進相コンデンサが設置される。
その進相コンデンサは、保護のためにリアクトルが直列に挿入されるが、
その目的はコンデンサの電圧波形のひずみを軽減させ、かつ、進相コンデンサ投入時の突入電流を抑制するものである。
したがって、進相コンデンサの定格設備容量は、コンデンサと直列リアクトルを組み合わせた設備の定格電圧及び定格周波数おける無効電力を示す。
この直列リアクトルの定格容量は、一般的に5次以上の高調波に対して、進相コンデンサ設備のインピーダンスを誘導性にし、また、コンデンサの端子電圧の上昇を考慮して、コンデンサの定格容量の6%としている。

コンデンサの容量性リアクタンスは周波数に反比例し、周波数が高いほど小さくなる。
したがって、高調波電流が流れやすく、高調波成分を増大し波形ひずみが拡大される。
その結果、系統機器の損失・騒音増大や電圧波高値を高め、機器の絶縁をおびやかすおそれがある。

近年パワーエレクトロニクスを利用した設備が増え、それに伴い高調波が増加している。
高調波のうち、第3調波は変圧器のデルタ結線で短絡される。
第5高調波以上の対策が必要。

電気車の電動機

電気車を駆動する電動機として、直流電動機が広く使われてきた。
近年、パワーエレクトロにクス技術の発展によって、電気車用駆動電動機の電源として、
可変周波数・可変電圧の交流を発生することができるインバータを搭載する電気車が多くなった。
そのシステムでは、構造が簡単で保守が容易なかご形三相誘導電動機をインバータで駆動し、誘導電動機の制御方法として滑り周波数制御が広く採用されていた。

電気車の速度を目標の速度にするためには、誘導電動機が発生するトルクを調節して電気車を加減速する必要がある。
誘導電動機の回転周波数はセンサで検出されるので、回転周波数に滑り周波数を加算して得た
一次周波数で誘導電動機を駆動することで、目標のトルクを得ることができる。
電気車を始動・加速するときには正の滑りで運転し、回生制御によって減速するときには負の滑りで運転する。

最近はさらに電動機の制御技術が進展し、誘導電動機のトルクを直接制御することができるベクトル制御の採用が進んでいる。
また、電気車用駆動電動機のさらなる小型、軽量化を目指して、永久磁石同期電動機を適用しようとする技術的動向がある。

同期発電機

同期発電機を商用電源に遮断器を介して接続するためには、
同期発電機の電圧の大きさ、周波数及び位相が商用電源のそれらと一致していなければならない。
その他に相回転が一致、電発の波形が等しいといった条件も必要。

同期発電機の商用電源への接続に際しては、これらの条件が一つでも満足されていなければ
遮断器を投入したときに過大な電流が流れることがあり、場合によっては同期発電機が損傷する。

仮に電圧の大きさ、周波数が一致したとしても位相が異なる場合には位相差による電流が生じる。
同期発電機が無負荷のとき、この電流が最大となるのは位相差が180℃であり電位差が倍になる。

同期発電機の電圧の大きさ、周波数及び位相を商用電源のそれらと一致させるには電圧調整装置及び調速装置、を用いて調整する。