トランスについて

質問

電磁気学勉強中の初心者です。
トランスのコアが直流磁化した場合、高域が減衰する場合と低域が減衰する場合があるとよく見るんですが、誘導リアクタンス2πfl〔Ω〕で周波数が高いほどインピーダンスが高くなるから高域が減衰するのはわかるんですが、なぜコアが直流磁化して低域が落ち込むことがあるんでしょうか？原理を教えてください。

それと、コアの磁束飽和や直流磁化、それによるトランス巻線部分のインダクタンス、リアクタンス変化の関係性も教えて下さい。

回答No.3

bogen555

> 高域が減衰というのは磁化云々関係なくコイルの性質でした。
コイルは高域が減衰するわけではなく、インピーダンス（正確にはその絶対値）が上昇するだけです。
出力トランスのように等価的に負荷と並列に入る場合は、出力電圧（電力）の高域は上昇し減衰しません。

「ヒステリシス特性」云々とゆう人もいるようですが、これはB-Hカーブ上に動作軌跡を描けば一発でわかります。
回路設計では、鉄芯入りトランスやコイル等の場合、B-Hカーブ上に動作軌跡を描きます。
そうするといろんなことがわかってきて、設計に役立ちます。
ここにはトランスの歪み特性が載ってますが、100Hz以下で極端に悪化していることがわかります。
http://www.op316.com/tubes/lpcd/trans-dac.htm

この理屈は、電磁気学の教科書に載ってる式
rotE=-∂B/∂t　または　∇×E=-∂B/∂t
により理解することができます。
上式をトランスの動作に当てはめて簡単にすると（電磁気学の教科書とは方向が逆）、
V=-d(SN)/dt
ただし、S:鉄芯の断面積、N:巻き数
∴ΔB=(1/SN)∫Vdt
ただし、ΔB:磁束密度の変化範囲
ここでVを正弦波とすると、
V=√2Vsin(2πft)
ただし、f:周波数
∴ΔB=V/(√2πfSN)≒V/(4.44fSN)
このことから、磁束密度の変化範囲ΔBは、周波数が低いほど、鉄芯の断面積が小さいほど、巻き数が少ないほど高くなることがわかります。
磁束密度の変化範囲をB-Hカーブ上に描けば、動作軌跡がわかります。
上記実測特性で、周波数が低いほど歪みが多くなるのはこれが理由です。
なお、春日無線変圧器や東栄変成器は鉄芯が珪素鋼板で、他はパーマロイと思われますが、鉄芯が異なればB-Hカーブも異なるから、低域で低歪みのトランスを作るときは鉄心の材質にも注意が必要です。
なお、上記実測特性には直流磁化が載ってませんが、直流磁化のレベルを変えて歪み率を測定すれば、面白いことがわかるかも知れません。
とゆうのは、コイル型磁気センサの場合、直流バイアス（直流磁化のこと）を加えることも行いますから。

お礼

大変参考になりました。出力トランスだけでなく、ライントランスなどにテスター（直流）当てたら問題になるという事が疑問の発端でした。難しいですが頑張って勉強します。