【やさしい技術解説】電子負荷と回生 – その1 電気エネルギーはどこへ行くのか？
電子負荷装置は見方を変えると、エネルギー供給源から任意の量のエネルギーを別の所に移す装置と見なす事ができるかと思います。こうして見た場合そのエネルギーは何処に行くのでしょうか？
当然、エネルギー保存の法則を破る事は出来ませんので(できたら大変な事になりますが)元の電気エネルギーは何らかに形を変える、つまり変換する事で何処かに移される事になります。
エネルギーには、電気エネルギーの他に、熱エネルギーや運動エネルギーや位置エネルギーなど様々にありますが、一般に使える道具として実現しなくてはなりませんので、市販の電子負荷装置は主に2つのエネルギー変換方式を採用しています。
一つめ – 電気エネルギーを熱エネルギーに変換する方式
この方法は伝統的な方法です。物に電流を流すと熱が発生する事はかなり以前より知られており、19世紀に法則として体系化されました。「ジュールの法則」と言う言葉を中学か高校で聞いたことがあるかと思います。
ジュールの法則: 発生熱量 = 抵抗値×(電流値の2乗)×時間
ジュールの法則によれば何らかの抵抗値を持つ物体に電流を流すとその抵抗値に比例し、電流値の2乗に比例する熱が発生します。電子負荷装置ではこの原理を利用して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換しています。
これは一般の抵抗器と同じ原理になりますが、電子負荷装置ではこの抵抗器を半導体で実現する事で、高速・高精度で制御可能な抵抗器を実現しています。半導体で熱に変換されヒートシンクなどを解して熱エネルギーは処理されます。
変換した熱エネルギーは、途中その吸熱や放散システムには色々工夫があるものの、最終的には空気中に放散されます。このためこの方式では、電気エネルギーはほぼ再利用不可能で純粋な損失になります。冬場であれば暖房の足しになるかもしれませんが、せいぜいその程度です。
二つめ – 電気エネルギーを電気エネルギーに変換する方式
なぜ、電気を電気に？と思われるかもしれません。ここで言う電気エネルギーを電気エネルギーに変換すると言う意味は、電気エネルギーの形式(直流と交流や電圧や電流)を変換すると言うことになります。例えば元は直流だったものを交流に変換すると言った具合です。
もし上手く元の電気エネルギーを商用ラインと同じ形式(100Vrms-50Hzなど)に変換してやる事ができれば、一般の電気機器をそれで動かす事が可能になります。つまりエネルギーのリサイクルが可能になると言う訳です。
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地球温暖化防止、CO2排出量削減、エコでなんでもリサイクルの御時世ですから、この「電気エネルギーを電気エネルギーに変換する方式」はとても良い電子負荷装置の実現方式と言えます。
ここまで読まれた方は、ではなぜ全ての電子負荷装置が「電気エネルギーを電気エネルギーに変換する方式」を採用しないのかと思われると思います。実は「電気エネルギーを電気エネルギーに変換する方式」には主に3つの問題があります。
問題その一 コスト上昇してしまう問題
問題その二 系統連携の問題
問題その三 性能が低下する問題
コスト上昇は、どうしても「電気エネルギーを熱エネルギーに変換する方式」に比較し「電気エネルギーを電気エネルギーに変換する方式」は構成が複雑になるため発生する問題です。ただこれは原理的な問題では有りませんので工夫により改善の余地は有ります。電気代やCO2排出権など、先々はコスト面では見劣りしない様になるのでは無いかと思います。
避けがたいのが、系統連携と性能低下の問題ですがこれについては次回以降それぞれ取り上げたいと思います。
