交流電流の変圧について

質問

100Vの交流電圧を0V～20Vに変圧して行いたい実験があります。
現状ではスライドトランスと言う円形の機器を利用して実験を進めていますが、その機器は0V～130Vのレンジで電圧を変化するようになっているので、実際に欲しい電圧（0V～20V）の調整が細かくできません。その0V～20Vを取り出す為に、0度～10度くらいの角度でダイアルを回さなければなりません。
その調整をシビアに行いたいのですが、どうしても角度調整にとまどり、大きすぎたり、小さくなったりして絶妙な所で細かく調整できません。
そのスライドトランスとは、内部にコイルが入っていて、そのコイルに電極を押し付けて接触させ、電流が通る部分のコイルの巻き数を変化させて変圧しているようです。
困っている時に、ふと電気スタンドなどについている、調光器を思い出しました。あれも電圧を変化させて白熱球の明るさを変化させていると思うのですが、あれは確か内部に抵抗器が入っていたと思います。
スライドトランスで一旦、20Vに変圧し、調光器を使って、0V～20Vの調整を行いたいと思うのですが、それを行った場合に、当初のようにスライドトランスのみで電圧を取り出した場合と何か違いが出てきますでしょうか？
スライドトランスと調光器（可変抵抗器？）の違いについて教えてください。

回答No.10

ikkyu3 · ベストアンサー

調光器は、抵抗器ではなく、サイリスタの一種であるトライアックと呼ばれる双方向性の電力用半導体を使用しています。
スライドトランス（摺動変圧器）が、電圧の振幅を調整するのに対してトライアックは電流を流す位相を切り出して導通する時間と不導通の時間を調整して、つまり電圧をスライスして、電力を調整します。これは、ご質問の使用には適しません。興味があれば、トライアックで検索してみてください。

目的にピッタリの方法は、次のようにします。
スライドトランスは、100Ｖ/0～130Ｖの普通のものを使用します。
その出力側に入力100Ｖ/出力20Ｖの変圧器を接続します。
このように接続すれば、スライドトランスのつまみを全角度（0～130）可変したときに変圧器の出力は、およそ0～25Ｖほど変化します。
変圧器の出力は、ピッタリ20Ｖのものでなくてもよいです。スライドトランスを求める店に相談すれば、トランスも入手できると思います。

もっと微調整をしたければ、スライドトランスを二台使用して二段に調整することもできます。
最初のほうを大体2,30Ｖくらいにして二段目で微調整します。

ちなみにスライドトランスは、単巻変圧器で一次と二次が同じ巻線でできていますから絶縁されていません。二次側に触れても感電しますから注意してください。

回答No.14

noname#21649

＞かなり手探り状態でやっております。
ガラス細工用ガスバーナーで．人がエイヤー．．．の方が簡単ではありませんか。
石英ガラスならば．酸素－アセチレンバーナーで
硬質ガラス・軟質ガラスならば．プロパン（都市ガス）＋足踏みふいごで
チョロチョロパッパでしょう。ただ．軟質ガラスでは．粘度の高い温度区間が狭いので．バーナー炎の大きさや位置の制御にちょっとコツが必要です。

回答No.13

yasu31

こんばんは
Ｎｏ．１，９のｙａｓｕ３１です。
「細いガラス管を通し、ガラス管にテンションと熱をかけながら細くします。とある細さにする為に、テンションと熱を調整しながら、規定の細さに近づけていくのですが、テンションの調節は容易なのですが、熱の調整がうまくいかないのです。ちなみに10本チャレンジして、うまくできるのが今のところ2本くらいでしょうか（笑）」とありますが　ニクロム線ではほとんどうまくいきませよ　それは
ガラスには膨張係数がありお試しになられて分かる通り　一部だけを温めればそれは　割れたり　ヒビが入ったり　となります　成功した二本もちょっとの衝撃で
壊れます。
ガラスの加工の仕方は　少し余分に周りまで熱し道具を使い細くしてゆくのです。
ただし　ステンドグラスは例外です。あくまでも　透明のガラス管です。

補足

みなさん、たくさんのご回答をありがとうございました。
結局、スライドトランス２段でチャレンジする事にしました。これがイチバン楽です＾＾
ガラス管は非常に細くするので、ニクロム線位じゃないとうまく加工できません。ガラス管自体は10μｍ～50μmほどまで細くします。顕微鏡を使いながらの作業です。

専門的な事を質問するのはなかなか難しいですね・・・

回答No.12

ikkyu3

No.10です。
＞スライドトランスと調光器（可変抵抗器？）の違いについて教えてください。
大きな違いについて記入が不十分でしたので、追記します。
スライドトランスや変圧器は、原理的に波形を変えずに振幅を変えます。
これに対してサイリスタ（No.11の方のご指摘のシリコン制御整流素子（ＳＣＲ）やトライアック（双方向性、電気スタンドに使用などのもの）は、振幅ではなく位相を制御しますので、波形が欠けた鋸の刃のような形に歪みます。
どちらにしろ電熱の調整には、電力が調整できればよいので、使用できますが、実験の目的により、影響がないかどうかを考える必要があります。
主な違いは、波形のひずみの影響で電圧計と電流計の表示がかなりの誤差を出します。普通の計器類の目盛りは正弦波のときの実効値を示すように作られ、計器の原理によりますが正確な値を示さないものがあります。
実験の記録の上で問題ないかどうかです。

ちなみにニクロム線の抵抗値と電圧から電力を計算してみます。
No.6の方の回答の50ｍΩと電圧は10Ｖと20Ｖのときは、
Ｗ＝Ｖ＾2/Ｒ　　の式から
10Ｖ：　　2000Ｗ
20Ｖ：　　8000Ｗ
となりました。
計算上は直径1ｍｍ、長さ30ｍｍの体積だとかなりの温度になりそうですね。
ニクロム線の質量と比熱から温度が計算できると思いますが。
たぶん、このニクロム線を実験に使用するなら、20Ｖよりさらに低い電圧を取り出すようにNo.10の回答の変圧器を変えたほうがよいかもしれません。

No.11の方へ
＞トライアックを使用する場合もありますが．整流作用のもつ片方向性のサイリスタを使用する場合もあります。
おっしゃるように大型の調光器や電熱の調節には、ＳＣＲを複数使用したり、ブリッジ整流器と組み合わせたりして使用しておりますが、小型のものは、トライアックが多いようです。

補足

うれしい回答がたくさん来ていますが、みなさんがお考えになっているほど、大した装置ではありません。最初に細かく書いておくべきでしたね・・・

ニクロム線はコイルになっているものを買ってきて、まっすぐに伸ばして使っています。長さ80mm程度に切断し、Ωの形状に変形させます。そのΩの真ん中に細いガラス管を通し、ガラス管にテンションと熱をかけながら細くします。とある細さにする為に、テンションと熱を調整しながら、規定の細さに近づけていくのですが、テンションの調節は容易なのですが、熱の調整がうまくいかないのです。ちなみに10本チャレンジして、うまくできるのが今のところ2本くらいでしょうか（笑）

その為に電圧を細かく調整し、熱の調整をする必要があるのですが、スライドトランスの調整がうまくいかない為に熱過ぎて、ガラス管が切れたり、温度が低くて、ガラスが伸びず、切れてしまったり・・・で困っています。

本来であれば、電流値や温度を監視し、制御できる機器でも組めれば良いのですが、経費と時間の都合で・・・とにかくまずは電圧を細かく調整するのが先決だと考えています。何しろ、作製するガラス管とそれを利用して作る製品が未だ無いものなので、かなり手探り状態でやっております。ここ最近は気温も下がってきているのでこれまた調整が難しく・・・

とにかく電気の知識は皆無に近いです。中卒程度、しかも公式を暗記してる程度で実務に生かせません。悲しいですねえ(^^;

回答No.11

noname#21649

４番です。
１０番の方へ
＞調光器は、抵抗器ではなく、サイリスタの一種であるトライアックと呼ばれる双方向性の電力用半導体を使用しています。
トライアックを使用する場合もありますが．整流作用のもつ片方向性のサイリスタを使用する場合もあります。

１番の補足内容から制御対象は．ニクロム線です。ですから．位相制御も電圧制御も結果は同じ（ニクロム線の消費電力を制御する）で．高価なトランスを使用する必要もないでしょう。加熱装置単体で．電圧制御でなければならない．機器を探すのが難しいでしょう。

ご質問者の方の内容から位相制御を設計できないと考え．炉があるていど作れる技術をもつと読み取れる内容なので．大電力用可変抵抗器の作り方を記載しました。

私ならば．
交流制御で良いことから．特に誘導（障害）について考える必要がない。
２０Ｖ２０Ａというと．炭素電極を並列に接続した炉であると見当つくので．炭素電極を直列接続に変更して１００Ｖ数Ａ程度に電源を変更．市販自動温度制御装置（本体がアナログで２－３万．デジタルで５万．熱殿対１－２万．パワーリレー２０００－３０００円）でも漬けてしまいます。
電極が１－２本と良くないのであれば．設計が単純ですむ．サイリスタで半波（最大約７０％）で．せいせい５Ａでしょうから．サイリスタは低価格の１０Ａ程度ですので．増幅もあまりしないで．ダイアックを直接ゲートにつなくとなんとでも成るでしょう。
炭素電極のヒーター棒は．規格が色々あるので．ご質問者の使用している内容と私が使用した物と一致するかどうかはわかりません。

ただ．これをすると．電気工作物主任に位相が悪くて始末に困ると．怒られますが。

なお．私は真空管世代なので無接点リレーの設計で飯食った覚えがありませんから．専門家ではありません。また．該当炉をいじったことがないので経験者でもありません（交流炉の誘導障害で泣いて．直流安定化電源から電源供給する炉を巻きなおしたことはありますが）。ご質問者の技術力に適した回答であるか．誤字・脱字など間違いのない回答であるか．自信が有りません。

回答No.9

yasu31

こんばんは
Ｎｏ．１のｙａｓｕ３１です
スライダックの抵抗値は測れますよね？（可変抵抗器なのだから）
そうしたら　それにパラなり直なりしてスライダックの全角度（抵抗値）を
利用してＡＣ２０ｖに落としてみてはいかがでしょうか？
ニクロム線をあっためるということは　塩ビ板の加工か何かでしょう。
もし塩ビ板の加工方法であれば　違う方法もありますのでお聞きください。

回答No.8

s320403

20Aも流せるスライドトランス(スライダックはある会社の商品名)と言う事は 相当デカイ物ですね？所詮は 0～130Vの間を 可変する物ですので そのうちの 0～20のみを 微妙に可変する事は 構造上出来ないと思います。線が巻いてある所を 接触させて可変しますので 電圧の変化は 階段状ではないかと思います。で、そんな物が有るかどうか判りませんが １００：２０ の降圧トランスをまず入れて 出てきた20Vを スライドトランスで 可変すれば スライドトランスの 目盛り ０～１００ がフルに使えますね。使われる電流がどれほどか判らないので なんとも言えませんが 同じスライドトランスがもう一つ有ると 良いのですが・・・。

回答No.7

anc_anc

入力電圧100Vac（単相）で出力が100Vacのスライダックを
用意すれば簡単です。（微調整は難しいかも）

精度が要求されるのであるならば、交流電源の購入や
レンタルされるのが最良の選択かと思います。

回答No.6

Auravictrix

ちょっと計算してみたんですが、ニクロムの体積抵抗を約1E-6Ωmとすると（理科年表）、このヒーターの抵抗値は50mΩありません。この状態ではスライダックを20Vのところにしても巻き線や配線の抵抗もあるのでヒーターには20Vもかかっていないと思います。（実際にどのくらいかはスライダックや配線に依存するので測ってみないとわかりません）30mmと絶対的に短いので細いニクロム線にしても1Ω無いはずなのであまり変わりません。ニクロムは０～100℃で抵抗も1%程度の上昇なのですが、配線が細くて長いと銅の抵抗が効いて来ます。

私が以前にPPチューブを引き伸ばし加工して遊んでいたときには実験用のDC電源を使っていました。電流と電圧が可変できますしメーターがついていて便利です。
ACでもDCでもヒーターなら発熱という機能自体には差がありません。

この場合仕様が固まっているわけではないので実測した方が早いです、その辺に転がっているものがあれば試しに繋いで徐々に電流を上げてみてください。他に問題がなければニクロム線はもう少し細くしたほうが必要な電流は少なくて済みます（電圧は大きくしないといけませんが誤差範囲でしょう）

ただし、リレーでON/OFFを制御するならDCの大電流が制御できるものは大きくなりますので考慮する必要があります。

回答No.5

4500rpm

電子関係は強くないのですが、調光器はたぶんトライアックと言うトランジスター（スイッチング素子）を使っての電圧制御をしていると思います。

調光器単独でないと機能しないと思います。
調光器単独では調整がしにくいですか？

同様なものではんだごての調整器もありますが、しくみは調光器と同じだと思います。

参考URL：

http://www.as-1.co.jp:1080/cgi-bin/j_panf_disp.cgi?shcode=06500601

回答No.4

noname#21649

ニクロム線を使った発熱体の温度制御と解釈します。
電気の知識がほとんどなく．無接点リレー（スライダック・ちょうこうきの中に使われている部品）の設計ができない程度の技術をもっていると解釈します。
＞とあるものを溶かします
とのことより．ニクロム線を撒いてヒーターを作れる程度の技術があるとします。

もっとも楽に作るとしたら．磁器管を１本見つけてきて．太目のニクロム線を撒きます。途中適当なところ（１．２．２．５．１０の長さで適当に分割）に圧着端子等の端子をつけてください。
スライダックでたとえば２０ｖに落として．対照のコイルと上記作成した磁器管を直列につないで．適当なところを見つけてください。注意点としては．磁器管に撒いたニクロム線はせいぜい５０度程度以上に温度を上げないこと。温度が上がってしまう場合には．より太いニクロムせんを見つけてきて．同じ抵抗になるようにより長く磁器管に撒く（放熱をふやす）こと。

それと．電気炉の炭化珪素の古いヒーターなんてありませんか。これを直列に入れても同じです。

なお．無接点リレー（スライダック・トライアック）の設計の知識があれば．調節用のボリウムを適当な固定抵抗器と可変抵抗器に変えると．１００Ｖを直接５－２０Ｖ程度に変更できます。
こちらば．どなたか電気に詳しい方を捕まえて作ってもらった（市販品を改造してもらう）方が．簡単でしょう。
大学でしたらば．電気関係の先生ならばどなたでも．企業ならば．電気部品関係の保守をしている方ならば．簡単にできると思います。
私のような．真空管世代の方は残っていないと思いますので。