だれか電流、電圧、電力の概念について教えて下さい

質問

サーバー製品など100V、200Vのどちらでも使用可能な電化製品の場合、
200Vにすると、電流が半分になるようですが、腹落ちしません。

※ 消費電力（VA） = 電流（A) × 電圧（V）

計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
電流が半分になるのは理解できます。

「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
電流も大きくなると考えていました。
（式は正しいので、この理解が間違っていると思いますが。。）

だれか、電流、電圧、消費電力の概念について、わかりやすく教えてください。

回答No.1

noname#215107 · ベストアンサー

＞「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
＞電流も大きくなると考えていました。

抵抗やインピーダンスが同じなら、それは正しいです。

（１）１０Vの電圧で１A流れる回路なら、（２）２０Vの電圧にすると２A流れます。
その時、電力は電圧の２乗に比例して大きくなることを忘れてはいけません。

（１）の場合は、回路は１０Wの電力を消費します。　１０V×１A＝１０W
（２）の場合は４０W　　　２０V×２A＝４０W

どちらも、
＞ 消費電力（VA） = 電流（A) × 電圧（V）
この式を満たしていますね。

＞計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
＞電流が半分になるのは理解できます

ところが↑こうなるのはなぜか。
ご自身で「消費電力が同じ」という条件を設定なさったからです。
電圧を変えても消費電力を同じにするには、電圧を変更すると同時に回路の抵抗を取り換える作業をしなければなりません。

お礼

ありがとうございます。参考になりました。

回答No.9

noname#212313

疑問に思っておられるのは、電源電圧が選択可能な場合ですね。しかし、とりあえず単純な抵抗器でどうかということを考えてみます。

　消費電力(W)＝電流(A)×電圧(V)　―(1)

ですが、回路に抵抗器があると、オームの法則、

　電圧(V)＝抵抗(Ω)×電流(A)　―(2)

という式も成り立っています。

　抵抗器が同じで電圧が変わった場合にどうなるか見やすいよう、(2)を、

　電流＝電圧/抵抗　―(2')

と変形し、(1)に代入してみます。

　消費電力＝電流×電圧＝電圧/抵抗×電圧＝電圧^2/抵抗

　^2は2乗という意味の記法です（エクセルでも使える書き方）。電圧が2倍になったとすると、

　消費電力＝(2×電圧)^2/抵抗＝4×(電圧)^2/抵抗　―(3)

となりますから4倍の消費電力になることが分かります。どうしてかと考えてみると、電圧が2倍なら、電流も2倍になるはずで、電圧と電流をかけたら2倍の2倍で4倍になる、ということですね。

　機器が電圧に関わらず同じ仕事をすればいいのだとすると、消費電力は一定でいいはずです。(3)をもう一度見てみると、電圧が2倍になると消費電力は4倍になります。これを変わらないようにするなら、分母の抵抗が4倍になればいいことが分かります。

　抵抗は電流の流れにくさを表すものです。抵抗が4倍になるということは、電流が1/4になります。電圧が4倍で電流が1/4ですから、かけると1になり、同じ消費電力になることになります。

　もちろんですが、単純な抵抗器が電圧が2倍になったら抵抗値が自然に4倍になるなんてことはありません。複雑な機器だとしても同様です。電源電圧が200Vのときは、100Vのときの4倍の抵抗になるよう、機器のほうで切り替えているのです。

お礼

ありがとうございます。機器側で切り替えていたのですね。参考になりました。

回答No.8

foomufoomu

ご存知と思いますが、普通の電気製品は、決まった電圧で使わないと壊れてしまいます。

2種類以上の電圧で使える機器は、特別な仕掛けがあって、

＞※ 消費電力（VA） = 電流（A) × 電圧（V）
＞計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
＞電流が半分になるのは理解できます。

に、自動的に(あるいはスイッチの切り替えで)調整されるように、作ってあるのです。

お礼

ありがとうございました。参考にさせていただきます。

回答No.7

tetsumyi

この計算式が正しいので200Vにすると、電流が半分になります。
サーバー製品などの実際に内部の電気回路は直流の１２Vとか５Vで動いていますが、そのための消費電力は設計で決まります。
最近ではDC－DCコンバータで電圧を落としてこの電圧を作っていますが非常に電圧変換効率が良くなって無駄な電力はあまりありません。
それで回路としての消費電力が同じなのですから、電圧が２倍であれば電流は半分で済むことになります。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.6

Tann3

＞「電圧は電流を流す力」と理解していたので、電圧を大きくすると
＞電流も大きくなると考えていました。

　これは、電力を消費するものが「受動素子」の場合です。電力を供給する側が主役で、「電気を送り込む」というイメージです。
　「さあ、送り込むぞ～」っと電圧を上げれば、電流も大きくなります。

＞※ 消費電力（VA） = 電流（A) × 電圧（V）
＞
＞計算式上は、消費電力が同じで、電圧が2倍になると
＞電流が半分になるのは理解できます。

　これは、電気を受ける側、電力を消費する側の場合です。「これだけの電力がほしい（＝消費電力）」と言っているので、送り側の電圧が大きければ少しの電流で足りますし、送り側の電圧が低ければたくさんの電流を流してもらわないといけません。

　「送り手」から見た見方（どれだけ電力を送りこめるか）と、「受け手」から見た見方（電力がどれだけほしいか）の違いということです。

お礼

なるほど、、とても参考になりました。ありがとうございます。

回答No.5

ORUKA1951

お使いのノートパソコンの電源を見ても
IN: 100-240V
とか書いてありませんか？？
　いわゆるスイッチング電源( https://www.google.com/search?hl=ja&q=%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E3%83%B3%E3%82%B0%E9%9B%BB%E6%BA%90&gws_rd=ssl&tbm=isch )でいきなり交流を整流して、スイッチング回路で高周波にしてトランスに電圧を印加します。交流に限らず波は波長が短い/振動数が高いほどエネルギーは大きくなりますから、小さなトランスですみます。スイッチング回路は電圧の上昇を見て切り替えますから。元々の入力電源の電圧にも周波数にも依存しない電源になり、エネルギー密度が高いですからトランスもとっても小さい物ですみます。欠点は高周波雑音です。
スイッチング電源のトップメーカー？コーセルの資料
　⇒technotes.pdf( http://www.cosel.co.jp/jp/data/pdf/technotes.pdf#page=2&view=fitH,480 )

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.4

uen_sap

サーバー内部部品はある電流値でうまく情報交換、機械として動くように設計されています。
変圧器をいくつか介して（交-直変換含めて）その電流値になると言うことは、短絡的に言うと、消費電力は同じ。
即、電圧高いければ、電流値は小さく、電圧低ければ電流値は大きい。
当然のことではないですか？

お礼

そうですね。言われてみると当然ですね。ありがとうございます。

回答No.3

kuro804

こんばんは

いまの電子機器に使われている電源装置の多くが　”スイッチング電源”　と言われるものです。
大昔は　電源トランスとダイオード（整流器）とコンデンサー、チョークコイル　などで数えられる程度の部品数でした。

昔の電源装置は　トランスの一次側に１００Ｖ、２００Ｖ　等の切替の巻き線をトランスに設けて対応していました。
トランスの巻き線で１００Ｖと２００Ｖを切り替えましたので、サーバー製品と同様に２００Ｖ時は１００Ｖ時の半分に電流はなります。（トランスの効率が変わらなければ）

パソコンのスイッチング電源も１０年ほど前までは、１００Ｖと２４０Ｖの切替は必要でした。
その後、多分　半導体のスイッチングに関する特性が著しく向上して、切替を不要にしました。

電流が倍にならず半分になる理由は　トランス使用の場合においてご理解出来れば、スイッチング電源も　同様であり、以下の説明でご理解可能と考えます。

スイッチング電源は簡単には　入力のＡＣ電源をそのまま整流して約１４４Ｖ、あるいは２８８Ｖの直流に変換します。　そしてこの直流を半導体のスイッチング技術で　矩形波の交流に変換し、これをトランスに加えて、２次側に所定の電圧に変換し整流して直流を作ります。

従って、スイッチング電源もトランスの１次側と２次側の巻き線で電圧を変換しますので前述の大昔のトランス使用の電源と同様になります。

昔のトランスと異なるのは使う交流の電圧が昔は商用電源の５０または６０Ｈｚでしたが、スイッチング電源の場合は半導体でスイッチングさせて交流を作りますので、数１０ＫＨｚから数１００ＫＨｚです。周波数が高いとトランスの形状が小さくて済むのです。

以上　ドシロウトの説明ですの間違いなどあるかとおもいますので　ご参考程度に！

お礼

ありがとうございます。スイッチング電源ですね。いろいろ調べて見ます。

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

サーバは抵抗器じゃないんですから、電圧で消費電力が
簡単に決まったりはしません(^^;

機器の電源部がどのようなものなのか、一度学んでみることを
お勧めします。

お礼

ご回答ありがとうございます。電源部にしかけがあったんですね。