電源のAC入力要件

開発およびテスト・アプリケーションに使用されるプログラマブルAC電源は、現地で利用可能なユーティリティ電力を、被試験ユニットのテストや制御に必要な特定の高精度ACまたはDC出力フォーマットに変換します。これは、回転式コンバータや電圧のみの変圧器ではなく、能動的な電子回路が使用されるため、「ソリッドステート電力変換」と呼ばれます。これは、試験アプリケーションにとって多くの利点があります：

• 電圧と周波数を同時に変換
• 電源出力がフローティング可能なため、グリッドと被試験ユニット間のガルバニック絶縁が可能。
• 単相、スプリット、三相グリッドから、必要に応じて単相、スプリット、三相への位相変換が可能

試験の目的にかかわらず、ソリッドステート電力コンバータは、ユーティリティ電力を入力とし、所望の出力電力電圧、周波数、位相構成に変換する。

単相AC入力 

単相AC入力構成は、どの研究室や工場にも単相コンセントがあるため、圧倒的に便利です。230Vacまたは240Vacのグリッド電圧が標準である国では、これは3000Wまでの要件をサポートするために利用可能な合理的な入力電力を提供します。

アメリカや日本のように、ACライン電圧が120Vacまたは110Vacしかない国では、標準的なACコンセントで引き出せる電力ははるかに少ない。典型的な120Vacのコンセントは10Aしかサポートしないので、最良の場合、1200VAが利用可能です。これは、入力電力をさらに低下させる可能性のある低線間電圧条件を無視している。米国では、120V、20Aのコンセント・バージョンもありますが、あまり一般的ではなく、異なるピンの向きを使用しているため、標準的なモジュラー・コード・プラグでは使用できません。

図1：単相系統接続

米国で1000W以上の出力が必要な場合は、分相240Vacまたは三相208Vが必要となる。

三相AC入力

三相電源は、通常、大電力や産業用アプリケーションに使用されます。工場のフロアや電力試験所では、一般的に三相コンセントが利用できる。オフィスビルの場合、三相電力は電力を大量に消費する照明に使用されるため、ビル内で三相電力が使用できる場合もありますが、三相コンセントが使用できない場合もあります。

世界には3つの一般的な三相構成がある：

• 208Vac三相ワイ
• 208Vac三相ワイ US
• 400Vac 三相 ワイヨーロッパ、アジア
• 480Vac三相デルタ US

一部の国（カナダ）ではより高い電圧が存在する場合があり、デルタ/ワイ変圧器を使用してデルタからワイ、またはその逆に変更する場合があります。

図2：三相デルタ系統接続

デルタ入力かワイ入力か？
すべての高出力ACまたはDC電源が同じ三相入力構成を持っているわけではありません。検討中の電源がサポートする三相電圧構成のタイプに注意すること。入力構成がデルタの場合、電源はデルタまたはワイグリッド構成のいずれかで使用できる。グリッドに接続する場合、ニュートラル接続は不要である。

一方、電源がニュートラル接続を必要とする場合（ワイ入力のみ対応）、デルタグリッドでは使用できません。これらのタイプの入力設計は、かなりの量のニュートラル電流が流れる可能性があるため、著しくアンバランスな三相負荷を駆動する場合に影響を受けることが多い。負荷不平衡コンプライアンス試験を実施する場合は、このような電源を避けるようにしてください。

図 3：三相 WYE 対 DELTA コンフィギュレーション

もちろん、同様に重要なのはAC入力電圧範囲に注意を払うことである。
、力率補正された単相入力電源は広いAC入力電圧範囲を持っていることが多いが、三相製品は、それに関連する広い入力電流範囲要件が実装困難またはコスト高になるため、通常はそうではない。

しかし、製品によってはAC入力変圧器を使用し、複数の電圧入力変圧器タップをサポートするものもあり、世界のさまざまな地域に対応するために再装着が可能である。この欠点は、そのような電源は一般的にかなり大きく重くなることである。

AC入力電流

入力電流要件は、単相または三相の入力構成について、いくつかの要因によって決定されます：

• 入力電圧範囲
• 定格出力
• 力率
• 効率性
• 過負荷運転

これらすべての要因によって、プログラマブルソースの最大定格出力電力をサポートするためのAC入力VAが決定される。例えば、2kVAのソースを抵抗負荷に接続した場合、最大出力電力は2000VAと同様に2000Wとなる。入力仕様が以下の通りであると仮定しよう。

• AC電圧入力範囲: 230Vac ± 10%
• 電流：15A
• 力率：8
• 効率：82

AC入力電圧は公称230Vなので、最悪の場合230V * 0.9 = 207Vacまで下がることを許容しなければなりません。
必要な2000W出力を得るには、グリッドから必要な入力電力は以下の式で求められます：

ピン = (Pout / PF ) / Eff

この例では、これは次のようになる：

ピン = (2000) / 0.8 )/ 0.82 = 3048 Va

最悪の場合、207Vacの低いライン入力電圧では、3048 / (230* 0.9) = 14.724Aを必要とする。

三相電源入力の場合、必要入力電力と電流の関係は同様の方法で計算されるが、実際の電流は三相で割るか√3で割る必要がある。したがって、3相208Vのグリッド接続で10kVAの入力電力が必要な場合、次のようになります。

((10000 / (208*0.9))/ √3 = 30.84 A RMS/相。

これは、力率と効率の両方がAC入力電流に与える影響、および関連する設備ブレーカと入力ワイヤのサイジングを示している。この単相入力の例では、15Aの入力電流は、ヨーロッパなどの標準的な230Vacコンセントで一般的に利用可能です。2000W以上の出力電力が必要になれば、より効率的な、あるいはより優れた入力力率の交流電源を選択するか、三相入力電源の使用を検討する必要があります。必要なAC入力電流に最も大きな影響を与える2つの仕様、力率と効率を見てみよう。

突入電流

定格出力電力をフルにサポートするために必要な実効入力電流を取り上げたが、電源やパワーサプライを最初にオンにしたときの初期突入電流にも注意を払う必要がある。ほとんどの入力回路はブリッジ整流器とバルク蓄電コンデンサで構成されているため、入力コンデンサが完全に放電されると、初期電流のピークが高くなる可能性がある。これは力率補正入力設計でも同様である。

過大な突入電流による迷惑なサーキットブレーカのトリップを防ぐには、電源がソフトスタート回路を備えていることを確認する。このような回路は、電流制限抵抗器またはサーミスタを使用し、DCバス上のバルク蓄電コンデンサが充電する間、ピーク突入電流を制限する。一旦充電されると、この抵抗器はバイパスされるか、サーミスタが使用されている場合は低インピーダンス状態を維持する。

定格出力4500VA以上のPacificモデルには、すべてソフトスタート回路が内蔵されています。低出力モデルでは、必ずしも必要ではありませんが、オプションとして提供することができます。

力率

より高い力率は、力率補正のある交流電源を選択することで得ることができる。一般的に用いられる方法は2つある：

• パッシブPFC
• アクティブPFC

パッシブPFCは、入力インダクタンスを補正するためにライン入力インダクタを使用するため、力率は0.85と高くなる。三相交流入力設計の場合、力率補正は3相ラインそれぞれで個別に行わなければならないため、PFC回路のコストはすぐにかさむことになる。
しかし、アクティブPFC回路は、入力波形が望ましい正弦波形に一致するように動的に電流を引き込むスイッチング回路を採用している。これらは、精密かつ低ノイズに設計された高性能電源に採用されることが多い。アクティブPFCはまた、高効率を実現し、幅広いACライン電圧と負荷に対応するためにも使用される。