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電源トランスへの半波入力
2023/10/20 15:30
- 単相AC100V入力の10W以下の降圧用トランスに半波整流をする場合の注意事項
- 2次側負荷がトランスの容量内であれば問題はないが、AC出力の電圧ピークの半減と波形の歪みが生じ、出力電力が低下する
- ハッシュタグ: 電源トランス 半波入力 降圧用トランス 注意事項
電源トランスへの半波入力
2020/10/02 14:10
単相AC100V入力の10W以下の降圧用トランスに、半波整流をした正弦波(ACラインにダイオードが1つだけ挿入されたイメージです)を印加した場合、
短時間(数秒～十数秒)、かつ2次側負荷がトランスのVA容量内であれば問題ありませんでしょうか？
2次側の負荷として、保護素子（バリスタとポリスイッチ等）とフィルタ(コモンモードチョークコイルと積セラ）を経由後、ACDCコンバータもしくはブリッジダイオードに入力する一般的なものを想定しています。
2次側の負荷や接地状況が関係する注意事項などがあれば、あわせて教えていただけませんでしょうか。
実際手元の部品を組合せ実験したところ、2次側AC出力の電圧ピークの半減、波形の歪みが生じ、出力電力が大きく落ちることは確認しています。
ご教授のほど、よろしくお願いします。
質問者が選んだベストアンサー
毎度ＪＯです。
何がしたいか
トランス入力の電源装置の内部にある整流ブリッジダイオードを、器機分解せずに外部から検査したい
回路構成
１）AC100Vはトランス入力
２）トランスの２次側はDC電源回路が構成されている
３）DC電源回路はダイオードブリッジ接続で整流回路が構成されている
ここまでが投稿内容です
通常の回路構成であれば、ダイオードブリッジの後段にはコンデンサ等で平滑回路が構成されています、
例外的に「力率改善整流回路」であれば平滑回路は有りませんが、小容量の電源で有る事から平滑回路が有る物と思われます
この電源装置に、ダイオードによる半波整流された電源を接続した
短時間(数秒～十数秒)でも磁気飽和を起こす事は想像出来ますし、この検査により「何を得たいのか」が見えません
そこで提案です
この電源装置にAC100Vの「半波」を入力します、半波ですから正弦波の 0V→141V→0V の波形です（0Vからスタートしている事が必須）半波なのでトランスが磁気飽和を起こす前に終了します、トランスの起電力も有りますのでトランス１次側に適当な抵抗器を接続する
この時の回路電流は、 トランスを経由→ダイオードブリッジ（ダイオード４個で構成される）の内１個のダイオード→平滑コンデンサ→ダイオードブリッジの内１個のダイオード→トランスを経由
と成ります、もちろん平滑回路の後段には負荷も有る訳ですが、平滑回路と並列に接続されています
回路電流を計測すると時間的変化は、半波の 0V～141V までは平滑回路に「充電」し尚且つ負荷に給電ながら、正弦波の変化に合わせて電流が変化します、負荷が無ければ141Vを超えた所で電流が流れなく成りますが、負荷が有れば141Vを少し下回るまで電流が流れ、0Vまでの間は回路電流が無くなります
ダイオードブリッジが正常で有れば上記の変化をします、正常動作でダイオードブリッジの内２個の動作確認が出来ます
検証作業にオシロスコープは必須です、安価なオシロスコープではチャンネル間が非絶縁の物も有るのでご注意を
平滑回路の電荷が抜けるまで待ちます、トランスの磁気飽和を避ける為にも数秒は必要です
次にマイナス側の「半波」を入力します、半波ですから正弦波の 0V→-141V→0V の波形です
回路電流はダイオードブリッジが正常であれば上記の電流と同じ変化をします
プラス側の動作とマイナス側の動作＋待ち時間でダイオードブリッジ４個のダイオードの動作確認が出来ます
上記記載は構想であり検証をしていませんので保証の限りでは在りません
補足
2020/10/05 12:27
ご回答ありがとうございます。
質問の要点とやりたい検証方法は、ほぼその通りとなります。
（質問文が稚拙ですみません）
ご提案いただいた内容について、質問前に既に実験を行っており、おおむね、記載された構想に近い挙動です。
入力する波形は、100VACラインに整流ダイオードを1個挿入のみで生成しています。
（多機能交流電源の位相制御や波形編集等も試しましたが、一番確実安定し綺麗な電圧波形だったのがダイオードでした…）
通電時間については、平滑回路等の安定まちで、最低数秒の通電は必要になりそうです。
半波入力の間隔については逆方向なので、磁化方向が反転キャンセルになるが、
磁気飽和後のコアの磁区遷移、磁束密度の変化と出力される電圧の過渡特性が読めず、
今のところ知識不足で、トランスの挙動が判らないといた感じです。
ただ、測定結果などから、ご推察されているように、磁気飽和が1次側の電流増大や電圧波形の歪みより、
発生しているものと考えています。
尚、2分程度の通電なども行いましたが、トランス自身の加熱やうなり異音などはありません。
磁気飽和や偏磁によるコアの磁気特性劣化については、現状測定する術がないので未検証です。
電圧印加後の挙動については、2次側負荷は接地せず、オシロ(テクトロ)のプローブDCモードにて、
トランス2次側の線間電圧をオシロで確認したところ、
ダイオードブリッジが正常な場合はピークが半減し、+／－に同じ程度の電圧が出ていますので、
半波の中ほどを中心にして、2次側はACのように動作しているように見えています。
1次2次の電位差や、電圧電流の時間関係などは、もう少し検証が必要ですが、
実験回路と測定系で接地状況や電位差など、事故を引き起こすリスクが高いので、
なかなか手を付けづらいというのが本音です。
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その他の回答 （5件中 1～5件目)
No.1ですが
事故に備え多機能交流電源を使用し、2次側負荷は接地せずに行い、
トランスの加熱や焼損、異音はなかったと言う事で
機能交流電源がどのような機能を持っているか知りませんが、それは常識的に考えられません。
一次側の課題電流が押さえられるのはトランスの磁気回路が逆起電力を発生するからであり直流分に対して逆起電力は起きるはずはなくトランスは焼損します。
そうならなかったとするなら恐らく機能交流電源が直流分を抑えた為に事故に至らなかったとしか考えられません。
トランスの原理からして直流をまともに流せばコイルは焼けてしまいます。
設計段階でコイルとして、内部抵抗が異常に大きいトランスは損失が大きくて使い物になりません。
ヒューズを入れてAC１００Vを直接加えてみてください。
お礼
2020/10/05 11:29
ご回答ありがとうございます。
多機能交流電源については、菊水電子工業のPCRシリーズをご参照ください。
ただし今回は位相制御も何もせずに、電圧電流の安定化とリミッタ（1Aに設定)して使用しています
尚、実験中リミッタ自体は作動していませんので、電源が検知するほどの過電流は生じておらず、
確認のため2分程度通電を行いましたが、過熱も異音もありませんでした。
現状ではトランス容量に対し、過熱焼損に至るほどの電力が生じていないものと判断しています。
電源が直流電流成分を抑えたか否かは、確かに検証の必要があるとは思いますので、
ご参考にさせていただきます。
ヒューズについては、トランス1次側に温度ヒューズが内蔵されており、
2次側はポリスイッチとバリスタを配置しています。
ありがとうございました。
2次側の整流ダイオードの不良を、1次側に半波整流波形印加することで検出できるのであれば、それは御社のノウハウですから、このような公開掲示板に情報を晒さずに、御社内でクローズするのが適切でしょう。
2次側の整流ダイオードの不良を、1次側から検出する方法がありますか？ 検出する手段として、半波整流波形を印加することが有効でしょうか？ という質問であれば、Q&Aサイトの利用も一つの手段として有効でしょう。
その際に、2次側からは一切情報が得られない状況なのか、2次側にも測定器を接続できるのかなど、ある程度は情報提供しないと、話がかみ合わなくなる可能性が高いと思います。
2次側からは一切情報が得られない状況といっても、2次側の回路が動作しているか否か程度はわかると思いますので、2次側の整流ダイオードが不良の場合に、どのような症状が現れるか実験をして、整理しておくことが問題解決に役立つと思います。
お礼
2020/10/05 11:15
ノウハウに関する件は御忠告ありがとうございます。
社内でもやったことは無い方法ですので、ノウハウというわけではありません。
今回の件は、その次に触れられている「不良検出の方法として、何か手は無いか？」
を検討している中でのアイデアの一つとなります。
現状、発生しうる故障モードや2次側の測定箇所等については、
ある程度確認していますが、「そもそもトランスに直流って！」という点が
課題として残り、社外の一般的な知見を得たく書き込みました。
ありがとうございました
トランスの1次側に半波整流をした正弦波を印加した場合、直流成分によって鉄心が偏磁して磁気飽和がおこって大きなピーク電流が流れる可能性があります。10VA程度の小容量のトランスであれば、巻線の抵抗が大きいので、大きな電流ピークといっても、波高値はたかが知れているでしょう。
従って、十数秒程度しか通電しないのであれば、温度上昇もたかが知れていて、焼損する危険はないでしょう。
二次側に関して言えば、波形が大きくひずむことは観測なさったとおりですが、電圧に直流分が含まれることはありません。平均電圧はゼロです。
無茶な回路であることを承知で、自己責任で使用するのであれば外野の人間がとやかく言う必要はないと思いますが、お勧めできる回路設計ではありませんね。
2次側の回路で、どのようなことをやらせたいのか、具体的にご提示いただければ、もっとスマートな回路を提案できるかもしれません。
補足
2020/10/02 17:21
ご回答ありがとうございます。
磁気飽和に関しても、2次側の波形と測定された電流値から、発生していると推測しています。
詳細は申せないのですが、簡潔に言えば、検査や不良品検出の方法に、
半波入力を使えないか？と検討しています。
1次側はACトランス入力で、2次側DC出力の電源装置で、整流はダイオードブリッジを使用しています。
このダイオードブリッジの故障や実装間違いを、装置を分解せずに調べられないか？といったイメージです。
印加する電圧と時間については、管理可能な環境と考えていただいて構いません。
二次側を半端整流してCとLを入れたのであれば電気的な事故の問題はないでしょう。
半波整流した波形は請願はとならないで波形がプラスマイナスで均等に分けられるので、当然正弦波から大きく違った歪みとなりますし、出力は半減するでしょう。
一次側にダイオードを半波整流のように入れると直流分ができてトランスは即焼けます。
補足
2020/10/02 15:41
ご回答ありがとうございます。
今回はトランス1次側に半波整流を入力した場合ですので、トランス2次側ではありません。
御指摘の通り、半波整流した際、波形が無いDC部分が懸念事項となり,書き込みました。
実験の際は、事故に備え多機能交流電源を使用し、2次側負荷は接地せずに行い、
トランスの加熱や焼損、異音はありませんでした。
AC1次側の半波整流されたDC部分は0V付近にほぼとどまっていることを、オシロで確認しましたが、
1次側の電流増大（正弦波の全波入力時から実効で40％増加）は確認しています。
トランスの1次、2次の電流波形は、まだ測定できていませんが、
やはり半波によるDC部分での電流と電圧の状況をまず確認してみます。
お礼
2020/10/19 10:29
こちらの質問内容を整理していただき、ありがとうございます。
その後、実験を行った結果、
半波入力時の1次側の電流値の波高が、最大で通常の正弦波入力時の3～4倍になる条件があることを確認、
この電流ピークの件と、現場の電源環境(かなり悪かった)、検査機のコストや、運用した際の精度、工数などなど
もろもろ勘案した結果、この方法は廃案となりました。
ありがとうございました。