hobbylab.jp 測定器・計器コイル特性磁束密度&磁場カーブトレーサ

1.なぜB-Hﾄﾚｰｻｰが必要か
2.B-Hﾄﾚｰｻｰの構成
3.B-Hﾄﾚｰｻｰの改良

Ms:Measuring 計測器関係

Ms:リスト

Ms:オシロ

MSO5104

　操作全般

Ms:●Calibrator

CA100

　充電池変更

Ms:電力量計

KWS-AC301(AC Power)

　操作全般
　Modbus RS485
　RS232C信号絶縁化

PZEM(Modbus対応測定器)

　交流(016)操作全般
　直流(017)操作全般

Ms:温度測定制御

STC-3008

　ケース取付

Ms:特性試験器

　DCCT試験器
　BHカーブトレーサ

Ms:交流電圧変換器

　RMSアンプ

Ms:振動計

　軸受振動とは
　軸受振動計の製作

1.なぜB-Hカーブトレーサが必要か

　(1)コイル（コア含む）の特性について

起磁力Ｈ(A/m)と磁束密度B(T)の間には
　　Hμ＝B
と言う比例関係にある。
μ(H/m)は比例定数で透磁率と言い
　　μ＝μ0　・μγ
　　μ0は真空中の透磁率で
　　μ0＝4π×10^-7
　μγは比透磁率と呼ばれ空気中は1で磁性材は１以上になる。

　(2) B-H曲線

曲線はa点から始まりb→c→d→e→f→g→h→c・・・の順で遷移する。
B-H曲線からコイルに流れる電流を増すとμの傾き小さくなって０になったBの値を飽和磁束密度という。
μが０になった場合に影響するのが、コイルのインダクタンスだ。

　(3)コイルのインダクタンスL は

Ｌ＝μ・Ｎ²／Ｃ1(H)
　C1＝ℓe/Ae
　ℓe＝実効磁路長
　Ae＝実効断面積

1図トロイダルコアの磁場・磁束密度他

2図B-H曲線

　(4)Ｂ－Ｈカーブトレーサが必要な訳

　(2)項の式からμが0になるとインダクタンスが0になり、短絡状態になることが判る。
　通常トロイダルコアに巻いたコイルを購入した場合上記特性が示されているが、私が購入する物は安価な物が多く、特性が示されていない。
　漏れ磁束を出来るだけ小さくするため、コイルはトロイダルコアに巻く物を想定している。
　このため、コイルは磁場を１次巻き線で作り、２次巻き線により磁束密度を測るＢ－Ｈカーブトレーサによりコイルの特性を確認しなければ安全性を担保出来ない。

2.B-Hトレーサの構成

　コイルN1に流れる電流を測定し電流が流れる事によりN1部分に磁場を発生させ磁束がコアの磁束密度分通り、それをコイルN2で測定することによりB-Hの関係が判るはず。

　(1)回路図

　今回は簡単なものを仮作成することにした。
　回路は電子負荷の様な・・そのままです。
　マイナス側が飽和しない波形になってもプラス側だけが飽和すれば測定は出来る。
　コイルにマイナス側をかけれないので、第一像限だけのB-H曲線が見れるのでOKか？？
　このままでは直流の重畳された特性になる可能性もあるが、その時は電流が少なめになる方向だからOKとしよう。
　将来はマイナス側も配慮した回路とする事で、先に進める！

　(2)回路の概略説明と作成したもの

J1はコイルに流れる電流の基準電圧を入れます。
　U1AのオペアンプはR5の電圧よりJ1の電圧高い場合はQ1のゲートに高い電圧を印加します。
　その電圧でQ1のMOSFETがドレンからソースへ電流を流します。
　その電流でR5の電圧がJ1より高くなった場合は、Q1のゲートに低い電圧を印加し、Q1のドレンーソース間の電流が減少しJ1とR5の電圧が同じになる事でQ1のゲートに加わる電圧は安定します。
　なおコイルに電流を流す電源CN1と制御電源CN2を別にした理由はQ1の消費電力を少なくするため、CN1電圧を出来るだけ測定に支障ない範囲で下げたいのでCN1とCN2を別々にした。
CN2制御電圧はQ1のゲート電圧が10(V)程度で最大使用となるようなのでLM358の損失を考え12(V)程度にしいる。

　(3)動作確認　失敗！

■試験状況写真

・MOSFETの温度を監視しながら測定を行った。
・J1の波形は周波数１ｋHzの正弦波です。
　　波形の電圧は下端0(V)、上端１(V)
・CN1電圧2(V)　電流Max制限 4(A)に設定
・CN2電圧12.6(V) 電流1Max制限 0.2(A)に設定
・上段上のオシロには下記信号を入力しています。

信号内容	No	線色	ﾚﾝｼﾞ	ｵﾌｾｯﾄ
①J１制御信号	3	ピンク	500mV	0V
②ゲート信号	1	黄色	2V	0V
③J2電圧（電流波形）	2	水色	50mV	0V
④ゲート信号(AC拡大)	4	青	1V	oV

なお②×2倍の交流分電圧を④で表示しています。

■T1の１-2間を短絡した場合

①の信号はP-Pで1(V)を示しています。
③の信号はP-Pで0.1(V)=1(A)を示す。
　なお①J1制御信号ピンクと③J2電圧水色は同じ波形になっています。
●①の信号と③の出力の計算方法
　①の信号は1/10＝1(V)を0.1(V)にして②と比較
　③の信号は電流1(A)に対し0.1(V)になる。
　結果①＝1(V)で③は1(A)の電流が流れる。
●②のゲート信号は制限波ではありませんが、キチンと出力を制限波にしているのでOKかな？

■T1の1-2間にコイルを入れた場合

　コイル黄色白の21-13-6　25回巻き　27uF　を接続した場合に発振した様な状態を示した。
　ゲート信号の黄色や青より出力の水色の波形が若干遅れて動作している。
　ゲート信号を遅くしてやれば良いのかも？
　コンデンサを入れて見よう

3.B-Hトレーサの改良

　(1)改良回路図

　　LM385の1-2間にC2コンデンサ　1000PFを入れる。

　(2)変更状況


	LM358の②－R4のJ2側短絡線を撤去する。	LM358の①-②にC2を入れ、LM358の②-R4のJ2側にR7をいれる。

　(3)動作確認

	■測定波形　T1は短絡ゲート信号が遅くなった為J1信号よりJ2電圧が遅くなった	■測定波形　T1はコイルコイルを入れた状態で前回の様なハンチングは起こっていない。
	■J1に30kHz　1(V) コイルを入れた状態でJ1信号を30kHzに変更したがきれいな制限波形になっている。	■J1に43kHz　1(V) コイルを入れた状態でJ1信号を43kHz以上にすると正弦波が崩れてしまう。
	■J1に10kHz　1(V) B-Hカーブを見るため、 No1をJ2に接続 No2をJ3に接続 J1には10kHzを入れている。	■J1に10kHz　1(V)　オシロはXYモード X-Yモードに変更しB-Hカーブを見る X軸がNo1 Y軸がNo2 今回のB-Hカーブトレーサは簡易型のため負側がないので、X軸は正側だけが表示されている。