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【アコン技術情報】開発その18;B-Hアナライザ

2015.04.14 Tuesday カテゴリ:アコン技術情報
以前、B-Hアナライザを開発したことがありました。B-Hアナライザというのは、強磁性体コア材のB(磁束密度)-H(磁界の強さ)特性の測定器です。
B-Hアナライザは磁気特性を測定するものですから、非常に難しいものと思われがちですが、今回紹介するのは私が個人使用のために開発したものです。
機能もB-H特性のみに限定し、かつ表示にはオシロスコープを利用するなどして、非常に低価格に作っています。
※B-Hアナライザは市販品もありますが、価格が1000万くらいしますので、とても手が届くものではありません。

●B-Hアナライザの原理

図1にB-Hアナライザの原理を示します。コアの1次側に電流を流すと、コアには磁束φが発生します。この磁束に変化を与えると2次側には電圧e2が現れます。すなわち、

H=N1・I1/L(AT/m)   ・・・(1)

また、

Φ=N2・A・B ・・・(2)

 A;コアの断面積、B;磁束密度

e2=dφ/dt  ・・・(3)

または、

Φ=∫e2・dt   ・・・(4)

です。

(4)式より、∫e2・dt を求めることができれば、磁束密度Bがわかります。
いま、1次電流I1に、

I1=Im・sinωt

のAC電流を使用すると、(4)式より、

e2=d(N2・A・B)/dt
 =2π・f・N2・A・Bm・cosωt

となります。
けっきょく、磁束密度Bは

B=eout(C・R)/(N2・A)  ・・・(5)

で表されます。
したがって図1のように、電流センサ出力をH(X)軸、積分器出力をB(Y)軸につなぐと、B-H特性が測定できることになります。




図1:B-H特性測定器構成図



●実際の測定データは?

図2にフェライト・コア、図3に方向性珪素鋼板、図4にパーマロイ(PC材)のB-H特性図を示します。なお参考に、商用周波数だけではなく、f=1000HzでのB-H特性も載せています。フェライト・コアでは周波数が高くなっても変化が見られませんが、方向性珪素鋼板ではB-H特性が広がってしまうため、B-H損が大きくなったことがわかります。これはパーマロイでも同様です。
今回は測定していませんが、最近話題になっているアモルファスでは周波数特性が良好なので、周波数が高くなってもB-H損の悪化は見られません。
B-Hアナライザが1台あると、いろいろな現象がわかって便利です。図5はフラックスゲートのコア内部の様子を実験したものです。DC電流を流したとき、コア内部ではどのような変化があるのかが、図よりはっきりと理解できるでしょう。




図2:フェライトコア (Mn-Zn) のB-Hの特性
 




図3:方向性けい素合板の B-Hの特性
 




図4:パーマロイ (PC材) B-Hの特性
 




図5:フラックスゲート方式でのコア内部の様子
 

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