DC12VをDC0～10Vの範囲で可変させる回路

質問

当方素人で初めてご質問させて頂きます。
DC24VをDCコンバータを使用してDC12Vに降圧し、そのDC12Vを粗調整用と微調整用の可変抵抗でDC0～12V（厳密にはDC0～11V程度）の範囲で可変させPLCのアナログユニットに入力し色々と実験を行いたいのですが正直電気は素人の為分かりません。ある程度の回路は自分なりに調べて考えてはいるのですが正直間違っていないのか心配です。回路図、選定（抵抗値、W数）など詳しい方おられましたら教えて頂きたいのですが宜しくお願いします。

(1)調整する可変抵抗器は入力側に付けるのでしょうかそれとも出力側に付けるのでしょうか？

(2)出力側の電圧を可変しても問題がない場合、自分なりに計算した可変抵抗器で問題ないのでしょうか？
　　※10mAで10V発生
　　　　11V/10mA=1.1KΩ（２個の可変抵抗の合計抵抗値）

　　　　VR1：2W 1KΩx1（頻繁に可変するため2Wが必要？）
　　　　VR2：2W 500Ωx1（微調整にある程度幅を持たせる為）

　　※12Vを11Vに降圧
　　　　(12V-11V)/10mA=100Ω（固定抵抗）

　　　　R1：1/2W 100Ω

　　※回路図（回路図かけないので言葉で申し訳ありません）
　　　　１．+側に固定抵抗を取り付る
　　　　２．VR1の1に(-) 2にVR2の(3) 3に(+) 固定抵抗側
　　　　　　VR2の1に(-) 2を出力(+)

(3)DCコンバータはキット品を使用する予定です（メーカは不確定）

以上、素人で説明がうまく出来ず申し訳ありませんが宜しくお願いします。

　追伸）入力側を可変させる必要があるのであれば詳細教えてください。

回答No.10

noname#215107

No.２～４、6～8です。

そのアナログ入力が2種類あり、
±１５Vというのは電圧入力を選択した場合、
±３０ｍAというのは電流入力を選択した場合ではないでしょうか。

もし電圧入力を使用するのなら±３０ｍAは関係なさそうです。

◆　以下はNo.9さんの計算とは異なります。
◆　これは、あくまでもご要望の０～１１Vに近づけて計算しているためです。
◆　0～１０Vで良ければ、No.9さんの推奨回路及び計算結果を参考になさってください。

R１＝２００Ωの場合
VR1=２００Ω
VR２＝２ｋΩとする必要があります。

しかし、このうちVR1は回す位置によって０Ωに近い値をとる場合があるので、R1の２００ΩとVR2の２ｋΩのみで計算する必要があります。
12V/2200Ω=約0.00545A
0.00545A^2×200Ω＝0.00594W
ということで、R1のW数はどんな抵抗を選んでも問題なさそうです。極端な話1/10Wのチップ抵抗でもOK。

ヒューズについては、前に書いたように質問者さんがこの回路中に「ヒューズをどうしても入れたければ」ということなので、本来はこの回路中には不要です。

(2)VR1の可変抵抗は2と3を短絡すれば良いのでしょうか？（会社にある可変抵抗を色々と抵抗測定してみました）

それで良いと思います。１，２を短絡すると逆回しでも使えます。

後、No.4で添付した図のように、１個のVRでは粗調整しかできないとお考えなら、多回転のヘリカルポテンショメータを使用すると１個で微調整できます。

お礼

返事遅くなりましたが回答ありがとうございます。
一度、回答頂きました仕様で製作しテストを行いたいと思っております。

余談でご確認させて頂きたいのですが、VR1の2番端子を短絡せずにVR2の3番端子に接続（後は頂いた回路通りで）
した場合は並列となるのでしょうか？

宜しくお願いします。

回答No.9

lumiheart

回答５です
＞＞三菱電機製アナログ入力ユニッの取扱説明書を見ると絶対最大入力 +-DC15V +-30mA(ユニット内部抵抗の破壊を起こさない瞬間的な入力電流値です)となっているので壊れるのではと思っております。
この意味は
「±ＤＣ１５Ｖを抵抗無しで直接接続しても壊れません」
と、言う意味です

因みに１ＭΩに３０ｍＡ流そうとするならば
１[ＭΩ]ｘ３０[ｍＡ]＝３０[ｋＶ]必要になります
が、実際には内部素子の耐圧を超えるので概ね５０Ｖ前後の電圧を掛けると壊れます

本件の場合は１２Ｖなので１２Ｖを抵抗無しで直接アナログ入力に入れても壊れません
民生機器と違って産業機器は少々の過電圧で壊れないようになってますので、極端な心配は無用です

前の回答で２００Ω＋１ｋΩとしたのは、合成抵抗で１２００Ω
１２[Ｖ]／１２００[Ω]＝１０[ｍＡ]　　　＜抵抗に流れる電流
２００[Ω]ｘ１０[ｍＡ]＾２＝０．２ｗ　　＜普通の１／４ｗ抵抗でＯＫです
１０００[Ω]１０[ｍＡ]＝１０[Ｖ]　　　　＜ボリュームＭａｘでＰＬＣに掛かる電圧

ＰＬＣでは有りませんがインバータやサーボモータのアナログ速度指令も１０Ｖ
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/inv/index.html
http://www.e-mechatronics.com/product/inverter/index.html
http://www.fujielectric.co.jp/products/inverter/index.html
これのカタログ記載の推奨ボリュームは概ね１ｋΩ～２ｋΩ（メーカにより微妙に違います）
メーカに問い合わせると「どっちでも良いです」と返ってくる
安川の詳細版マニュアルには本件のようにボリュームを２個直列にした回路図が載ってます
ダウンロードして確認してください

ヒューズですが３０ｍＡで切れるヒューズは売ってません
http://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/222000586948/
http://www.marutsu.co.jp/pc/i/40532/
最小は０．１Ａ（つまり１００ｍＡ以上です）
なので、アナログ回路では無意味です

過電圧が加わってアナログ回路が破壊されてショートしてからヒューズが飛ぶ
過電圧が加わってアナログ回路が破壊される前に飛んでくれるヒューズは有りません

入れるならＡＣ電源側です
装置内部で故障が発生した時に、元電源ブレーカが飛ぶ前にヒューズを飛ばすのです

繰り返しに成りますが
機器が焼損してからヒューズやブレーカが飛ぶのです
機器が焼損する前に飛んでくれるヒューズやブレーカは有りません
この考え方は、電子回路に限らず電磁弁やモータにも当てはまります
モータの場合では過負荷保護にはサーマルリレーを使用します
モータの過負荷をヒューズやブレーカでは保護出来ません

お礼

回答ありがとうございます。

素人の私にも分かりやすい説明でなんとなく電気が分かりかけてきたような気がします。

基本的な質問で申し訳ありませんが、抵抗のW数の計算式で【抵抗x電流】となっているのですが
W数の計算は【電圧x電流】と記憶しています、この考えは間違っているのでしょうか？
（おそらく間違っていますよね．．．）

その辺り詳しく教えて頂いても宜しいでしょうか？

回答No.8

noname#215107

電圧入力、電流入力2通りの端子が付いている場合は、電圧入力のほうで使えます。

ヒューズは、電源短絡時の保護のためです。PLCに向けて取り付けるという意味ではありません。

お礼

回答ありがとうございます。
書き方が中途半端で勘違いさせてしまい申し訳ありません。

PLCへの入力は電圧です。
PLC側に電流が流れるのかと思い取扱説明書に記載してあることをそのまま書いてしまいました。

固定抵抗は200Ωにこだわっていないのですが基礎が出来ていない為、計算式など間違っていないかが不安になります。

後、もう少しだけお付き合い頂ければと思っているのですが

(1)仮に固定抵抗を200Ωとした場合

　　12V/200Ω=0.06A(60mA)
12Vx0.06A=0.72W

ということは最低でも1W以上の抵抗が必要なのでしょうか？

　仮に固定抵抗を1kΩとした場合

　　12V/1000Ω=0.012A(12mA)
12Vx0.012A=0.144W

　　ということは最低でも1/4W以上の抵抗が必要なのでしょうか？

考え方、計算式合っていますか？

(2)VR1の可変抵抗は2と3を短絡すれば良いのでしょうか？（会社にある可変抵抗を色々と抵抗測定してみました）

本当に申し訳ありません、教えてください。

補足

PLCには電流が殆ど流れないのですねその辺りが全く理解できていませんでした。

申し訳ありません。（がんばって電気の勉強していきます）

回答No.7

noname#215107

＞12V/200Ω=0.06mAの最大出力電流になるのですが（間違っていますでしょうか？）
ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ↑60ｍAですね？
もしR1＝２００Ωにこだわった場合、VR１を２００ΩとVR２を２２００Ωにする必要があります。
最小12V /(2200+200)=5mA　から　最大12V/200Ω＝60ｍA　となります。

この電流はPLCに向けては流れません。電源の＋から抵抗と可変抵抗を経由してGNDへ、常時流れ続ける電流となります。

＞三菱電機製アナログ入力ユニッの取扱説明書を見ると絶対最大入力 +-DC15V +-30mA(ユニット内部抵抗の破壊を起こさない瞬間的な入力電流値です)となっているので壊れるのではと思っております。

・・・ということは電圧入力のアナログ入力ではなく電流入力ということですか？今まで電圧入力のPLCを想定して回答していたので、今までの回答は意味がなくなりました。

回答No.6

noname#215107

こんばんは
No.2、３、４です。

遅くなりましたが、画像を添付します。またご希望通り、２つの可変抵抗で調整できるようにしました。

VR2で95％ぐらいを調整、VR１で5％ぐらいを微調整します。この組み合わせで、０V強～１１V弱ぐらいの電圧を出力します。（簡易的すぎるでしょうか）

No.5さんのおっしゃるとおり、出力側のインピーダンスが高すぎるとノイズ影響を受けやすくなります。
たいていの場合はこのままで動作するはずですが、ノイズの多い環境で使用する場合、各抵抗、可変抵抗の値を同じ割合でそれぞれ数分の１にしてみてください。

ヒューズについては、質問者さんがうっかり電源を短絡させるかも知れないと恐れており、なおかつ、よほど内部抵抗の低い電源を使う場合、入れてみても良いと思います。

3本の端子のついた可変抵抗器の接続方法は図で分かりますでしょうか。

お礼

本当に夜遅くまで考えて頂きありがとうございます。

回路図は理解できました、助かりましたありがとうございます。

これで一度実験用の装置を自分で制作してみますので結果又ご報告させて頂きます。

ただ、私が素人で分かっていないだけなのですがNo,5さんの回答にあったように固定抵抗を200Ωにすると

12V/200Ω=0.06mAの最大出力電流になるのですが（間違っていますでしょうか？）

三菱電機製アナログ入力ユニッの取扱説明書を見ると絶対最大入力 +-DC15V +-30mA(ユニット内部抵抗の破壊を起こさない瞬間的な入力電流値です)となっているので壊れるのではと思っております。
その辺がいまいち理解できていません。

後、ヒューズは入力側に入れるのでしょうか？

本当にお忙しい中、申し訳ありませんがそこのところを教えて頂けますか？

補足

度々申し訳ありません。

No,5さんの回答で固定抵抗を200Ωにしても問題がないというのはPLCのアナグユニットに1MΩの内部抵抗が内蔵されている為、殆ど電流が流れないという考え方なのでしょうか？

いまいち根本的な考え方が理解できていません。

回答No.5

lumiheart

回路的には回答４さんので概ね正解ですが
固定抵抗は２００Ω
ボリュームは１ｋΩ
と、するのがＦＡ業界の標準です
ＰＬＣを使う工場の現場はノイズが激しい
ノイズを減らす一番簡単な方法は可能な限りインピーダンスを減らす事

別に１００ｋΩでも回路的には成り立つが実用には程遠くなる
比較的ノイズ環境が良い事務所とかでもノイズに悩まされるようになる

この辺りは人から聞いても中々理解出来ない
ご自分でやってみるのがてっとり早い
１ｋΩ、１０ｋΩ、１００ｋΩでやって実験して下さい
どれでやっても動きますし壊れません

計算手順は回答３さんが書いてるので省略

お礼

取り急ぎの回答ありがとうございます。
当方、機械屋で電気の詳しい部分が分からず苦戦していおります。

頂いた回答で再確認させて頂きたいのですが

三菱電機製アナログユニットの取扱説明書を見ると絶対最大入力+-30mA（ユニット内部抵抗の破損を行わない最大の電流値）となっているのですが、固定抵抗を200Ωとした場合の最大出力電流は 12V/200Ω=約0.06mAとなるのですがPLCのアナログ入力は大丈夫なのでしょうか？

　　※例）固定抵抗200Ω、可変抵抗50Ω程度のところに回す

　　　　　12V/250Ω=約0.048mA　ながれるのではないでしょうか？間違っていますでしょうか？

本当に素人でプロの方からすると回答するのがばからしいかもしれませんが素人では中々理解できませんので教えてください。（本は買って最低限の勉強はしていますが難しい．．．）

補足

申し訳ありません、捕捉で教えてください。

固定抵抗を200Ωにしても問題がないのはアナログユニットの内部抵抗に1MΩが内蔵されている為、殆ど電流が流れないということでしょうか？

宜しくお願いします。

回答No.4

noname#215107

No。2です。
私は仕事でやっているわけではありませんので時々ボケた回答をします。

最初に書いた図は忘れてください。使えますが、操作性が極めて悪いです。
以下のように書き直しました。

説明は夜にでもまた書きます。

回答No.3

noname#215107

No.2です。
まず抵抗と可変抵抗が表示通りの値だと仮定して計算すると

可変抵抗が10kの時、電源12Vを、1kと10kで分圧すると、
12V×10k/(1k+10k)=約10.9V
可変抵抗が0Ωの時、
12V×0/(1k+10k)=0V
となりますが、現実には可変抵抗は10kΩ弱～0Ω強の変化しかしないと思われるので、
0V強～11V弱の範囲と書きました。

抵抗と可変抵抗は、比率はそのままで、2kと20kでもいいですよ。

そのほうが、抵抗と可変抵抗に流れる無駄な電流が抑えられますし、

合わせて20kになるような値の違う可変抵抗器(例、5kと15k)を2つ直列にすれば、片方で大雑把な調整、もう片方で微調整ができます。

手に入りやすい部品の値に合わせて考慮する必要はありますし、さほど精度は期待しないください。

1kと10kの組み合わせの場合、最小の抵抗値は1k強ですから、12/1000=12mA弱程度の電流しか流れませんので抵抗の消費電力は0.14Wくらいです。ふつうの1/4W抵抗器でいいと思います。
2kと20kの組み合わせにした場合は、電流はその半分ですから、1/6Wの抵抗器でも十分です。

熱を持つような電流は流す必要はありません。

もちろんPLCに向けては、ほとんど電流は流れません。PLCにかかる電圧は最大11V弱なので、
PLCの入力抵抗が1MΩあれば、11V/1000000Ω=0.000011A弱=11μA弱ということになり、PLCは電流が流れていないも同然ということになります。

12Vに一旦の変換するのではなく24V電源を直接使う方法もありますね。抵抗は計算してみてください。

お礼

お忙しい中ご回答頂きありがとうございます。
素人の私にも分かりやすい説明で本当に助かっています。

甘えついでにもう少し教えて頂きたいのですが

(1)10kの可変抵抗を5kに設定したときの計算式

　　12x5k/(1k+10k)=約5.45V であってますでしょうか？

(2)可変抵抗の直列接続が正直分かりません（可変抵抗器に３端子ある為、どの端子とどの端子をつなぐのか等）ので教えてください。
　　※特に2盤端子の使い方がなんとなくでしか理解していません、最終的にどのような接続でPLCに取り込むのかが正直情けないことに理解できていません。

(3)ヒューズなどの保護回路は必要でしょうか？

(4)ご回答頂いた内容から自分なりに考えたのですが

　　固定抵抗は1/4W 1kΩ
　　可変抵抗1(粗調整用) 1.2W 10kΩ
　　可変抵抗2(微調整用) 1.2W 500Ω　で試作しようと思っておりますが問題ないでしょうか？

何度も何度もお忙しい中、申し訳ありませんがご回答お待ち致しております。

お話変わりますがここまで詳しいということはシーケンサ等の設計をされているのでしょうか？
余談になり申し訳ありません。

回答No.2

noname#215107

多分、そのＰＬＣのアナログ入力は、入力抵抗が非常に高く、１ＭΩ程度あるのではないでしょうか。

だとすれば、ＰＬＣの入力へは殆ど電流が流れませんので、添付した図に書いた回路で十分でしょう。

+１２Vの電源を用意して、抵抗で分圧します。可変抵抗を動かすと、だいたい0Ｖ強～１１Ｖ弱の範囲で電圧を調節できます。ＰＬＣへは１０μＡ程度しか流れません（流れないと言ってもいいくらいです）。

お礼

お忙しい中取り急ぎの回答頂きありがとうございます。
（ご丁寧に回路図まで本当にありがとうございます）
当方、電気素人（機械屋です）で笑われるかもしれませんが少しづつ電気の勉強をしていくので今後とも宜しくお願いします。
そこで何点かご確認させて頂きたいのですが

(1)固定抵抗と可変抵抗の抵抗値はどのように算出されたのでしょうか計算式を教えてください。

(2)可変抵抗は粗調整と微調整の２個使用したいのですが抵抗値と接続方法を教えてください。

(3)抵抗と可変抵抗（頻繁に可変します）の容量（W）はどれくらい必要でしょうか？

(4)抵抗及び可変抵抗が焼損したり必要以上の熱を持つことはないのでしょうか？

(5)通常抵抗値が小さくなれば電流は増加すると思うのですが何故微小電流（10μA程度）しか流れないのでしょうか？（計算方法も合わせて教えてください）

(6)DC12VはDC24Vの電源から市販のDCコンバータを使用して降圧していますが出力側に今回ご教示頂いた回路を組み込んでも問題ないのでしょうか？

(7)ヒューズ等の断路器は必要でしょうか？

以上追加の質問で申し訳ありませんが教えて頂きたいのですが、宜しくお願いします。

補足

申し訳ありません。
お礼に追加の質問事項を記載してしまいました。
お忙しいとは思いますが再回答宜しくお願いします。

回答No.1

teppou

抵抗器の使い方に無駄があると思いますが、それより抵抗器を使って電圧を調整する方法は、出力電流が変化すると、電圧も変化することが問題です。
　常に電圧計を監視していて、調整を繰り返さなければなりません。
　電流が常に一定であるのなら、一つの方法だと思います。
　その場合、可変抵抗器を入れる必要はありません。
　24V電源に、直接抵抗器を取り付ける方法もあります。
　しかし、この方法はあまり良くありません。
　PLC とは、プログラマブルロジックコントローラーのことと思います。
　そのアナログユニットであれば、電流値は変化すると思います。
　安定化電源を使うべきだと思います。
　PLC用の電源を使うことはできないのでしょうか。ユニットを組んだ状態では、実験などやりにくいかもしれませんね。
　安定化電源キットを使ってはいかがでしょう。
　一例の URL を貼っておきます。
　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00095/
　その他にもいろいろありますし、10mA 程度の電源であれば、少し勉強すれば自作も容易です。
　電源回路解説サイト
　http://startelc.com/elc/Works/elc_W_PwSply.html
　大きめの書店の電気・電子のコーナーで自分に分かる範囲の本を探してみてください、CQ出版の本には、ごく初心者向けから、プロにも役立つような本まで、揃っています。
　最後に、カテゴリーは「学問・教育」の「電気・電子工学」の方が適切だと思います。
　なににせよ、ご健闘を祈ります。

お礼

お忙しい中ご回答ありがとうございます。