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AC回路における正確な電力測定:電気力計からホール効果センサまで

AC回路での電力測定は、位相シフトにより電圧と電流測定値を単純に乗算しても真の電力を反映しないため、DCより本質的に複雑です。

必要なのは、瞬間電圧と電流の積を決定できる計器です。静止コイルと可動コイルを持つ古典的な電気力計がこの任務に優れています。

三相電力では、2つの電気力計ムーブメントを共通軸で連結し、単一ポインタでメータースケール上に総電力を表示できます。この構成は高価で複雑ですが、信頼できるソリューションです。

ホール効果

電子電力計測への革新的アプローチ(機械ポインタではなく実電力に比例した電気信号を生成)は、ホール効果に基づいています。

ホール効果は1879年にE. H.ホールによって発見され、電流を流す導体に垂直磁場を印加すると、導体横に電圧が生じます:

AC回路における正確な電力測定:電気力計からホール効果センサまで

ホール電圧は電流と磁場強度に比例

平らな長方形導体横に生成される電圧は、電流の大きさと磁場強度の両方に直接比例します。つまり、これら2変数の積です。ホール電圧の大きさは導体材料にも依存します。

特別に設計された半導体材料は金属より強いホール電圧を生成するため、現代ホール効果デバイスはこれら材料で構築されます。

AC電流を導体に流し、同一AC電力回路で励磁されたコイルで磁場を生成すると、ホール電圧は電流と電圧の瞬間積、すなわち実電力に比例します。

ホール効果センサに可動部がないため、高精度で瞬間電力測定を提供できます。

さらに、ホール電圧はDC信号です。ホール電圧極性は磁場極性と電流方向の両方に依存します。AC半サイクルで両方が反転すると、出力極性は変化しません。

電圧と電流が90°位相差(力率ゼロ)の場合、電流ピークと磁場ピークが一致せず、その時点でホール出力はゼロになり、純粋リアクティブ負荷に実電力が供給されない事実を反映します。

これらの点の間で、ホール電圧は正負の間で振動し、リアクティブ負荷との瞬間的エネルギー交換を表します。1サイクル全体での正味DC出力はゼロで、実電力なしを示します。

位相シフトが90°未満の場合、ホール電圧は非対称に振動(正が負より長く)、平均(DC)成分が非ゼロになります。ローパスフィルタでこのDC成分を抽出し、感度の高いDCメータムーブメントで表示できます。

多くのユーザーは瞬間測定より時間積算電力を好みます。フィルタされたDC信号を積分して総エネルギー消費を提供でき、通常ジュールまたはより一般的にワット時で表現されます。

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