パルス変調と可変抵抗

質問

12VACアダプタ電源を使った写真レンズの露よけヒーターの温度制御に関して
パルス変調を使ったコントローラーが良いと聞きました。
電気に素人な私ですがパルス変調とは12Vは変更せずにスイッチオン／オフの比率を変化させる方式で温度を調整すると理解しました。
ただ私は単純にヒーターにボリューム（可変抵抗）をつなげばよいのではないかと思ったのですが、どうしてだめなのですか。

回答No.5

kantaro1985 · ベストアンサー

補足で書かれている内容で、間違いありません。

＞ただ、すみません。ここで一つ気になるのはAの方が2Aと2倍の電流量が流れる事にようる配線の内部抵抗による電圧降下が２倍大きくなるわけですよね。予定している配線が事情で細くて長い場合にはこの部分が弱点になるという事はありますか。

もちろんあります。
同じ電線を使用した場合、電圧降下は２倍になります。

ただし、この電線の配線抵抗によるロス＝電線の発熱量に着目した場合、どちらもほとんど同じです。

例えば電線の抵抗値が0.1Ωだったとして、Aの場合は電流1Aなので電線でロスする電力は
　Ｉ^2＊R＝１^2＊0.1＝0.1W
になります。
発熱量はＪ＝0.1W＊T＝0.1WTです。

一方、Bの場合は、電線の抵抗が同じく0.1Ωだったとすると、電線でロスする電力は、電流が2Aなので、瞬時値としては
　Ｉ^2＊R＝２^2＊0.1＝0.4W
となり瞬時値電力は４倍になります。
しかし発熱量はＪ＝0.4W＊1/4＊T＝0.1WTとなります。

結果的に、電圧降下としては2倍になっていますが、電線での電力ロスという観点で見るとほとんど同じになります。

（計算を簡単にするために、電線の抵抗値による電流減少は無視していますので、厳密にいうと若干違います）

お礼

具体的に分かりやすい説明ありがとうございました。

回答No.4

kantaro1985

＞発熱量が1/4になって使用電力は12Wになりますがボリュームの消費電力が１２Wとなって全体で２４W消費となります。

ちょっと違いますね。
使用電力が12Wの時、ヒーターで消費するのが6Wで、抵抗で消費するのが6Wです。

お礼

具体的な計算例までご指摘いただきありがとうございました

補足

すみません。私の理解をまとめましたが、正誤ご指定下さい。

例えばヒーターの発熱量を1/4にする目的だとAとBの方法がある。
A　６オームの抵抗を直列につなぐ。６Ωのヒーターとの合計抵抗値は１２Ωとなり電流量は1Aで電力は12W
B　パルス変調を使って６Ωのヒーターをつなぐ。電流量は２Aで電力は24W　パルス変調のON：OFFの比率を1：4とする

ここで単位時間当たりの電力量に注目すると

A　J=12WxT　J＝12WT
B　J＝24Wx1/4ｘT　J＝6WT

パルス変調の方が半分の電力量で済む。

ただ、すみません。ここで一つ気になるのはAの方が2Aと2倍の電流量が流れる事にようる配線の内部抵抗による電圧降下が２倍大きくなるわけですよね。予定している配線が事情で細くて長い場合にはこの部分が弱点になるという事はありますか。

回答No.3

kantaro1985

＞発熱量が1/4になって使用電力は12Wになると思ったのです。抵抗を入れた方が電気を節約することになりませんか。

発熱量が1/4になっているのに、使用電力は1/2にしかなっていませんよね。
つまり抵抗で消費する残り1/4の電力は捨ててしまっていて、効率は50%しかありません。

パルス駆動であれば、駆動素子で消費するロスはあるものの、一般的には90%以上の効率が得られる事が多いです。

お礼

すぐに回答いただきありがとございました

回答No.2

tetsumyi

ヒータの発熱量は電流が半分になるので発熱量が1/4になって使用電力は12Wになりますがボリュームの消費電力が１２Wとなって全体で２４W消費となります。
パルス変調ではヒータの使用電力は12Wとパルス変調回路の僅かな消費電力（１～２W程度かな）となります。

回答No.1

tetsumyi

ボリューム（可変抵抗）で調整しようとすると抵抗で熱が出て電気を無駄に消費するからです。
またパルス変調の方が構造が簡単で安く済み、、機械式の熱をかなり出す可変抵抗の方が高価になります。
今ではDC-DCコンバーターは物凄く安く買えます。

お礼

すぐに回答ありがとうございます。

補足

すみません。
例えばヒーターの電気抵抗が６Ωだったら12V電源に直結すれば2Aの電流が流れて使用電力は24W。例えば温度を下げるために6Ωの抵抗を直列に入れたら回路全体が12Ωになって回路に流れる電流は1Aになって目的のヒータの発熱量は電流が半分になるので発熱量が1/4になって使用電力は12Wになると思ったのです。抵抗を入れた方が電気を節約することになりませんか。