整流器型仪表 | 操作原理構造
整流型仪表は、整流要素と永久磁石動コイル型の計測器を使用して交流電圧と電流を測定します。しかし、整流型の計測器の主な機能は電圧計として働きます。なぜ我々が電気動力計型や熱電対型などの他の交流電圧計があるにもかかわらず、工業界で広く整流型の計測器を使用するのでしょうか？この質問に対する答えは非常に単純で、以下の通りです。
電気動力計型の計測器のコストは、整流型の計測器よりもかなり高価です。しかし、整流型の計測器は電気動力計型の計測器と同じくらい正確です。そのため、整流型の計測器が電気動力計型の計測器よりも選ばれます。
熱電対型の計測器は、整流型の計測器よりもデリケートです。ただし、熱電対型の計測器は非常に高い周波数でより広く使用されます。
整流型計測器の構造原理と動作を見つめる前に、理想的な整流素子と実際の整流素子（ダイオード）の電圧電流特性について詳しく説明する必要があります。
まず、理想的な整流素子の特性について説明しましょう。理想的な整流素子とは何か？それはフォワードバイアスされた場合にゼロの抵抗を示し、リバースバイアスされた場合に無限大の抵抗を示すものです。
この性質は、電圧の整流（交流から直流への変換）に利用されます。以下の回路図を考えてみましょう。
与えられた回路図では、理想的なダイオードが電源と負荷抵抗と直列に接続されています。今、ダイオードをフォワードバイアスすると、完全に導通し、ゼロの電気抵抗を提供します。したがって、ショートサーキットのように動作します。ダイオードをフォワードバイアスにするには、バッテリーの正極を陽極に、負極を陰極に接続します。整流素子またはダイオードのフォワード特性は、電圧電流特性で示されています。
次に、負の電圧を適用するとき、つまりバッテリーの負極をダイオードの陽極端子に、バッテリーの正極をダイオードの陰極端子に接続するときを考えます。リバースバイアスにより、無限大の電気抵抗を提供し、オープンサーキットのように動作します。完全な電圧電流特性は以下の通りです。
再び同じ回路を考えてみますが、ここでは理想的なものではなく実用的な整流素子を使用しています。実用的な整流素子は、有限のフォワードブロック電圧と高いリバースブロック電圧を持っています。実用的な整流素子の電圧電流特性を得るために、同じ手順を適用します。実用的な整流素子をフォワードバイアスすると、適用される電圧がフォワードブレイクダウン電圧または膝電圧を超えるまで導通しません。適用される電圧が膝電圧を超えると、ダイオードまたは整流素子は導通モードに入ります。したがって、ショートサーキットのように動作しますが、一部の電気抵抗により、実用的なダイオードに電圧降下があります。整流素子をフォワードバイアスにするには、バッテリーの正極を陽極に、負極を陰極に接続します。実用的な整流素子またはダイオードのフォワード特性は、電圧電流特性で示されています。次に、負の電圧を適用するとき、つまりバッテリーの負極をダイオードの陽極端子に、バッテリーの正極を整流素子の陰極端子に接続するときを考えます。リバースバイアスにより、有限の抵抗を提供し、適用される電圧が逆方向ブレイクダウン電圧になるまで負の電圧を供給し、オープンサーキットのように動作します。完全な特性は以下の通りです
整流型計測器は2つのタイプの整流回路を使用します：
整流型計測器の半波整流回路
以下に示す半波整流回路を考慮します。この回路では、整流素子が正弦波電圧源、永久磁石動コイル計測器、および倍率抵抗と直列に接続されています。
この倍率抵抗の機能は、永久磁石動コイル型の計測器によって引き出される電流を制限することです。永久磁石動コイル計測器によって引き出される電流を制限することが非常に重要です。これは、電流がPMMCの電流定格を超えると、計測器が破損するためです。ここで、操作を2つの部分に分けます。最初の部分では、上記の回路に一定の直流電圧を適用します。回路図では、整流素子を理想的なものとして仮定しています。
倍率抵抗の抵抗をR、永久磁石動コイル計測器の抵抗をR1とします。直流電圧は、I=V/(R+R1)の大きさの全範囲偏向を生成します。ここで、Vは電圧の有効値です。次に、2番目のケースを考えます。この場合、回路に正弦波交流電圧v =Vm × sin(wt)を適用し、以下の出力波形を得ます。正の半周期では、整流素子は導通し、負の半周期では導通しません。したがって、動コイル計測器に電圧パルスが生じ、これが脈動電流を生成します。これにより、脈動トルクが生成されます。
生成される偏向は、電圧の平均値に対応します。そこで、電流の平均値を計算し、電圧の瞬時式を0から2πまで積分することで、電圧の平均値を計算します。計算された電圧の平均値は0.45Vになります。また、Vは電流の有効値です。したがって、半波整流器の場合、交流入力の感度はDC入力の感度の0.45倍であると結論付けることができます。
整流型計測器の全波整流回路
以下に示す全波整流回路を考慮します。
ここでは、図示されているブリッジ整流回路を使用しています。再び操作を2つの部分に分けます。最初の部分では、直流電圧を適用して出力を分析し、もう1つの部分では交流電圧を回路に適用します。電圧源と直列に接続されたシリーズ倍率抵抗があり、その機能は上述のものと同じです。最初のケースを考えてみましょう。ここでは、直流電圧源を回路に適用します。この場合の全範囲偏向電流の値は、V/(R+R1)となります。ここで、Vは適用電圧の有効値、Rは抵抗倍率の抵抗、R1は計測器の電気抵抗です。RとR1は回路図に示されています。次に、2番目のケースを考えます。この場合、回路に交流正弦波電圧v = Vmsin(wt)を適用します。ここで、Vmは適用電圧のピーク値です。同様の手順を適用して、この場合の全範囲偏向電流の値を計算すると、.9V/(R+R1)という表現を得ることができます。電圧の平均値を得るためには、電圧の瞬時式を0からπまで積分する必要があります。したがって、DC出力と比較して、AC入力電圧源の場合の感度は、DC入力電圧源の場合の0.9倍であると結論付けられます。
出力波形は以下の通りです。次に、整流型計測器の性能に影響を与える要因について説明します：
整流型計測器は、正弦波電圧と電流の有効値でキャリブレーションされます。問題は、入力波形がこれらのメータのスケールでキャリブレーションされた同じ形状係数を持つとは限らないことです。
整流回路による誤差が発生する可能性があります。両方の場合に整流ブリッジ回路の抵抗を考慮していないためです。ブリッジの非線形特性により、電流と電圧の波形が歪む可能性があります。
温度の変化により、ブリッジの電気抵抗が変化する可能性があります。このような誤差を補償するために、高温係数の乗算抵抗を適用する必要があります。
ブリッジ整流器の容量効果：ブリッジ整流器には不完全な容量があり、これにより高周波電流がバイパスされます。そのため、読み取り値が減少します。
整流型計測器の感度は、交流入力電圧の場合に低くなります。
整流型計測器の利点
以下の通り、整流型計測器には以下の利点があります：
通常の動作条件下での整流型計測器の精度は約5％です。
動作周波数範囲は高い値まで拡張できます。
メータの目盛りは均一です。
動作電流と電圧の値が低いです。
両方の場合（つまり、半波ダイオード整流器と全波ダイオード整流器）において、交流整流電圧計の負荷効果は、直流電圧計の負荷効果よりも高いです。これは、半波または全波整流を使用する電圧計の感度が直流電圧計の感度よりも低いからです。
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