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日記

教えて下さい。NCT-I の磁束密度?(加筆修正)→(解決)

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2021年07月25日

■2021/07/29 12:51■(解決)
どうしても記憶の情報源が見つからないので電研精機研究所さんから回答貰いました。電話だったので内容は曖昧なのですが、せっかくなので少し紹介します。
透磁率は "基本的" に "殆どの製品で" 同じ。 NCT-I、ある例外でサイズの増大を防ぐ(小型化ともいえる)目的で、使用時の磁束密度を高めたものがある。その例外は飽和磁束密度をも高めたコア材を使用しているので、それだけ特別。
 200V仕様のトランスを半分の電圧、100Vで使えば、磁束密度は約半分になるので唸りは小さくなるのはほぼ間違いない。軽負荷(=オーディオ用途)ならば。

■2021/07/26 23:32■(加筆修正)
タイトル及び文章内 『透磁率』 を 『磁束密度』 に改めました。
また、これに付随した表現箇所を加筆修正しました。

※一般に 透磁率が高い素材は 飽和磁束密度が低い ので、
 透磁率 が高い事はトランスの 小型化 ではなく逆に 大型化 に繋がってしまう。
 投稿当初に私が書いていた "小型化の為の高透磁率" は矛盾していました。
----------------------------------------------------------------------
以下、本文。


トランスの唸り音の低減という意味で、
『磁束密度』というファクターは、ことオーディオ向けの電源トランスに関しては緩く低めに設定するのだと、何処かで読みました。(こちら ⇒ new_western_elec様の2013年3月 6日 (水)付の記事「トランスの突入電流」にて)
オーディオ向けアンプ向けの電源トランスの磁束密度は飽和磁束密度に対して余裕をみて 低め の使用にしてあるらしい。そのせいか、一般の電源トランスを買ってきてオーディオに流用すると、唸り易いのかもしれない。(RSコンポーネンツのトランスをアンプ用に使用して唸りが酷かった話はネット上にあり。)

この磁束密度低め(対、飽和磁束密度)は、
一般に透磁率が高い方が高性能だと思われるオーディオ的な感覚とは真逆です。
(Vitroperm、ファインメット、、パーマロイ等は透磁率が高いとされる)
透磁率が高いと、逆に早く飽和を迎えてしまうため(注:厳密には透磁率が高い事というよりも、飽和磁束密度が低いせいで飽和を早く迎えるため)、電源系では 『飽和磁束密度に対して使用時の磁束密度の余裕』 が 必要とされるのかもしれません。
(飽和するとコイルとしての性質が失われ、コイル巻き線はただの電線と化すのでショートしたに等しい大電流が流れて発熱⇒事故に繋がる。唸りも凄い?)

一般に、60Hz用に設計された電源トランスは50Hz地域で使用してはいけません。かなり極端に言えば事故に繋がる可能性。コアの磁束は、周波数に逆比例(60Hz/50Hz=120%)するため、鉄心の断面積が不足し、過励磁になるからだそうです。
参照:Q25. 60Hz仕様品を50Hz地区で使用すると変圧器はどうなりますか?

200V仕様のノイズカットトランスを100Vで使用すると、
全く唸らず耳を近づけてもほぼ無音だったという報告もあります。
参照:ヒジヤンさん「電研トランスのカスタマイズ」※コイル巻き始めもここ
参照:ヒジヤンさん「<<ノイズカットトランス>>:うなり対策の構想」※耐熱温度もここ

つまりは、
200V用に設計されたトランスを100Vで使用すると、コアの磁束密度が低い状態で使用されるので唸りが小さくなることが期待できる。オーディオ用に 低めの磁束密度で トランスを 『特注』 せずとも、こういう汎用品の 磁束密度低めの使い方、200V品の100V使用もアリ? (容量は半分までしか使えないけれど、です。200V仕様の500VAなら100V-2.5Aまで)。
あまり無い話ですが、50Hz用に設計されたトランスを60Hz地域で使っても唸りは小さくなりそうです。(50/60Hz両対応のトランスは、60Hz地域で使用するより50Hz地域で使用した方が唸りが大きくなりそう。磁束密度が大きくなるから。)


本題です。
上記の各種の情報のなかで、
電研精機研究所の NCT-I シリーズは 小型化 を実現するためという事もあって、 定格使用時での磁束密度をやや高め に設定しているため、他のトランスのよりも唸りやすいかもしれないという話を、Philewebコミュニティーのどこかで目にしたような気がするのですが・・・探しても見つかりません。
もしお心当たりの方がいらっしゃいましたら、情報源をおしえて下さいませm(_ _)m →■2021/07/29 12:51■(解決しました)
※記事投稿当初、「磁束密度を高め」ではなく「透磁率を高め」と表現していました。現在は「磁束密度を高め」になっています。





■以下、おまけ。

【アンプ電源の電解コンデンサーへの充電電流を、高速から低速にする試験】

●供試回路
(上図の隙間に各種コイルを接続してみます。最初はショート(短絡)からです。)

〇ショート(短絡)
図:これが基準の電流波形になります


〇700μH スイッチング電源用チョークコイル
図:ピーク電流を抑える事に成功&充電時間が長くなりました


〇Vitroperm 500F 3ターン
図:充電波形が逆に鋭くなりました(ノイズ増大方向)


〇Vitroperm 500F 5ターン
図:充電波形が更に鋭く。ターン数を増やせば増やす程にノイズ増大方向。


という訳で、透磁率が優れているからといって、
どこにどう使っても音が良くなる・・・という訳ではないという例でした。
適材適所ですね(^ー^

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レス一覧

  1. nightwish_daisuさん、

    またまた興味深い話題ですね。
    ご質問に対応する情報は見当たらなかったのですが、トランスのアコースティック・ノイズに関する研究が結構沢山あるようです。

    ざっと見て面白そうなのがこれ。

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705817342534

    https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4978759

    数式の周りの読んだだけですが、(ノーロード時の)ノイズは透磁率に比例するのですね。

    あと、趣旨から外れますが、ジェンセンのAudio Transformersに関するものもありました。

    https://www.jensen-transformers.com/wp-content/uploads/2014/08/Audio-Transformers-Chapter.pdf

    私は斜め読みしただけで中身を理解していないので(真剣に読んでも理解できない)悪しからずです。

    byのびー at2021-07-26 19:19

  2. のびーさん レスありがとうございます

    透磁率が高い方が信号を入れないときのノイズが大きいというのは、言われてみると確かにそうかもしれません(実感できるかどうかは別として)。
    先日、フォノイコのMC入力に2種のたわしを接続して、携帯電話の電波を浴びせたらスピーカーから音が出たのですが、黄銅よりもステンレスの方が携帯電波の感受性が高かったです。(耳に聞こえるオーディオ帯域でのお話です)

    頂いた情報は英語で内容もちょっと難しそうです(^^;
    時間のあるときに読んでみますね。


    情報を探して頂きましたお礼に・・・こんな情報もあります。
    ----------------------------------
    (出典:Interface誌 2014年9月号)
    16bitの量子化ノイズ:24.9μV
    24bitの量子化ノイズ:0.10μV
    1KΩの抵抗一本分の熱雑音:0.57μV
    ----------------------------------
    コアではなくて、抵抗器からはホワイトノイズが出ますというお話。
    この熱雑音は宿命ですので脳に音楽信号を直接入力するのではなく、アナログな電気回路を使用して耳から音楽を鑑賞するうえでは避けられないものです。
    24bitより32bit、32bitより64bit、64bitより128bitの方が音が良さそうだと・・・いう、数値競争にはあまり意味がないというアンチテーゼになりますかね?
    ちなみにマグニチュード12で地球が真っ二つという話もあります。
    与太話でした m(_ _)m

    bynightwish_daisu at2021-07-26 20:16

  3. nightwish_daisuさん、

    nightさんは技術畑の方とお見受けしますので、少し専門的な説明をさせてください。

    変圧器の唸りの直接原因は鉄心の磁歪なんです(どのたかの日記のレスでも書いたように記憶しています)。磁化によって鉄心が伸び縮みするので唸るわけですね。鉄心の磁歪は、材料そのものの持つ磁歪特性と動作磁束密度によっても変化します。パーマロイは磁歪がほぼありませんが、殆どの変圧器の鉄心材料であるケイ素鉄は磁歪があります(同じケイ素鉄でもグレードの高いオリエントコアは比較的低磁歪です)。

    nightさんが言われているように、磁束密度を下げても磁歪は低下します。特に飽和に近づくと(90°磁壁が動き始めて(細かくてごめんなさい、汗))磁歪は急激に増加しますので、仰るように余裕を持った設計や使い方をすると唸りは小さくなるはずなんです。

    余談ですが、パーマロイやファインメットは透磁率を高めるために、この磁歪が小さくなる組成や構造になるように設計されており、飽和磁束密度を犠牲にしています。値段もケイ素鉄より10倍以上高いのと、大型化するので変圧器に使われることはありません。また、高周波まで透磁率が高いので、ノイズが通過し易い変圧器になってしまします(汗)。ロスの少ない優秀な変圧器になるはずですが、ノイズカット向きではありませんね(笑)。

    byTomy at2021-07-28 10:19

  4. Tomyさん レスありがとうございます

    技術畑のように見えるかもしれませんが・・・違います。
    インターネットの登場により色々な情報に触れる事が可能になった事が大きいです。わたしが主に、日記で書いているのは・・・既にご存じの通り雑誌とかネットに書いてある事です。本職の方に見られるのはお恥ずかしい限り(^^;

    唸りの原因が磁歪(じわい)である事はTomyさんのヒジヤンさんの日記へのレスを拝見して存じておりました。今回はそれの補強、具体的な高透磁率の素材を交えての解説、とても勉強になります。磁区、90°磁壁、180°磁壁、磁気モーメント、なかなかに手ごわいですが・・・今の時代ならYoutubeで勉強できそうです。

    最後に、パーマロイやファインメットなど透磁率を高めたコアと変圧器について。ちょっと扱いが異なるかもしれませんが、アモルファスコアを用いた柱上トランスは日本を始め海外でも、無負荷時の損が少ない=エコという事で静かな広まりを見せています。これを、ノイズも多く伝達するからノイズカット向きではないとするような意見も確かにPhileweb上でも無くはありません。ただ・・・トランスで伝達される信号として考えた場合、6600Vから100Vへ降圧するのですから心配されるノイズというものも一緒に小さくなるはずなのですけどね。それに巻き線には線間容量(ストレーC)があって平たくいえばこれはコンデンサーなので高周波は漏れてしまい、コアに高周波信号を伝達する前に抜けてコアでの伝達には非常に厳しい条件だと考えています。また、最近の動向や報告をみると、近代のオーディオにとって有害なのはコモンモードノイズかなぁという気がしています。コモンモードだと、変圧器の(構造にもよりますが)”巻き線比関係”なく、容量結合で高周波は飛び越えてきそうですし・・・。

    ※私は技術者ではなく電気は習ったことない素人ですので変な事言っているかもしれません。その点ご注意ください m(_ _)m。間違いなどあれば優しくご指導くださいませ。

    あ、当日記の後半で、Vitropermを通すとピーク電流値が増大するのは・・・コアの飽和(飽和時のエネルギー開放)によるものと考えてよいですかね?Tomyさんのお考えをお聞かせ頂けますと助かります。

    bynightwish_daisu at2021-07-29 00:24

  5. nightwish_daisuさん

    >コアの飽和(飽和時のエネルギー開放)によるものと考えてよいですかね?

    コアが飽和しているかどうかは、電流値を測られているのであれば、磁路長(見たところ5㎝くらいですか?)とターン数と電流値から最大の磁化力が求まりますので、Vitropermの磁気特性が分かれば飽和に達するかどうかを判断できます。

    磁化力の計算は単純で、電流値xターン数/磁路長です。磁路長5cm、5ターン、最大電流値が0.1Aとすると、磁化力は0.1x5/0.05=10A/mです。約80A/mが1エルステッド(Oe)ですので、1/8エルステッド。透磁率5000くらいとすると、500ガウス位の磁化なので、飽和していないと判断できます。電流値がずっと大きいか、透磁率が5万~10万位(そういう特性のVitropermもあるようです)であれば、飽和しそうですね(かなりいい加減な見積もりです(笑)。お手持ちのデータで計算してみてください。


    電圧波形を測ってもわかるかもしれませんが(汗!)。

    アモルファストランス用の材料は、磁歪は犠牲にして、磁束密度とコストパフォーマンス(高価な元素は使わない)を最大化するような設計をしています。なので、珪素鉄の高グレード品に近い値段になって来ており、それが普及の要因の一つとなっているようです。良くお調べになりましたね(脱帽)

    byTomy at2021-07-29 14:45

  6. Tomyさん 早速のレスありがとうございます!!

    エルステッド!? 今は 謎の世界です (>_<)
    後で調べますね(^^*)

    写真の Vitroperm は T60006-L2045-V102 でして
    データシートから10kHz下の特性を転記しますと、、、
    (corr. / entspr. 72000 ≤ µ3` ≤ 138200) でした。

    後は自力で何とかなりそうです。
    ご助言ありがとうございました!! m(_ _)m

    bynightwish_daisu at2021-07-29 16:21

  7. 環境省
    平成16年度 民生・運輸部門における中核的温暖化対策技術 報告書 平成17年3月 中核的温暖化対策技術検討会
    4.中核的温暖化対策技術の普及シナリオの検討  の
    参考資料1:中核的温暖化対策技術候補の詳細 より

    低損失型柱上トランス(アモルファスコアの柱上トランス)の価格情報の一節をご紹介
    Tomyさんの値段情報とも合致するような内容です。
    以下、その一節です。
    ---------------------------------------------
    ③ 導入コスト・経済性

      ~中略~

    ・ 柱上変圧器については、従来型変圧器より 2~3 割程度導入費用が高くなる。一般的な30kVA柱上変圧器の価格は約 20万円であることから、増加分は 4~6万円程度となる。
    ---------------------------------------------

    bynightwish_daisu at2021-07-29 16:39

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