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2019年3月14日 (木)

トランスのうなり 電流波形観測

RSコンポーネンツで売っているトロイダルトランス(225VA)を使ってみたところ、盛大にうなり音(鳴き)が発生することがありました。「ブーン」とか「ビーン」という低い音です。

Trans_rs

常に発生するという訳ではありません。 うなり音が小さいときもあります。

発生源は。。

トランスに手を触れてみても本体が振動している感覚はありません。そのためトランスを押さえている板金を締め付けても、逆に取り外して宙に浮かせてもトランス本体からの鳴きは出続けます。

内側の巻き線(1次側)が振動しているのか、コア材(鉄心)が振動しているのかは不明ですが、トランス内部から聞こえてくるのは間違ありません。

 

そうこうしているうちに、 

盛大にうなり音が発生する条件が判明しました。 

 

部屋にある電気カーペットをONにすると「ブーン」という音がでます。その音はかなり大きく、携帯電話のバイブを振動させたときの2倍くらいの音量です。静かにしていれば、となりの部屋からでも聞えるほど。電気カーペット自体は無音です。

 

電気カーペットをOFFにしていても、うなり音が出るときと、静かなとき(1m離れると聞えないくらい)があります。

ネット検索すると、電気毛布をONにするとうなるという意見もありました。どうもこれらの暖房器具が原因で間違いないようです。自宅の暖房機器だけならOFFにすることができますが、近所の人の家を回って電気カーペットをOFFにして歩くことは不可能です。。。

 

では、電気カーペットや電気毛布をONにしたとき、ACライン(コンセント)に何が起きているのでしょうか?

 

ACラインの波形とRSのトロイダルトランスの1次側電流を測ってみました。

Trans_ok

<電気カーペットOFF時の電圧・電流波形(電流側 2A/div)>

ピンクの正弦波っぽいのが電圧で、黄色い線が電流です。

整流回路へのチャージ電流が正弦波の山のときだけ発生しています。いたって正常な電流波形です。(トランス+整流回路の典型)

 

Trans_ng

< 電気カーペットをON (電流側 2A/div)>

電流波形が明らかにヘン。 このタイミングで電流がドカンと流れる要因がさっぱりわかりませんね。

電圧波形をよく見ると、ゼロクロス近辺でわずかに歪んでいるように見えます。

 

Trans_ok2

<うなりが出ないトランス(80VA)も同じ条件で計測(1A/div)>

電圧のゼロクロスあたりでおかしな電流が流れていますが、RSコンポーネンツのトロイダルトランスほどの急峻なピークはでていません。

 

どうも、このゼロクロスあたりの電流に何かありそうです。

 

トランスがうなる原因として考えられるのは

 1.過負荷・過電流による磁気飽和

 2.DC印加(による磁気飽和?)

 3.AC波形のひずみ

 4.トランス自体の構造・仕様

らしいです。今回の波形をみる限りでは「3」が怪しいですね。2次側をOpenにしても(無負荷でも)音が出ますから「1」ではありません。

波形の上下が潰れていても変な電流は流れていないし、うなり音もでないので、それ以外の部分のひずみが原因と推測しています。んまあ「4」も原因のひとつとも思います。

-> 電気カーペットの電流を測ってみたら、どうも「2」が主な原因と分かりました。

つづきをご覧下さい

 

 

電気カーペットは、200Wの安価なものです。

コントローラ部は小さく、おそらくトライアックサイリスタ式の制御と思われます。こちらの電流波形も取れればとってみます。(現状、配線が2本抱き合わせで電流プローブをかませられない。。。)

自宅で電気カーペットを使っていないときでもトランスがうなることがあるので、近所でそういった暖房器具などを使っている影響をうけている可能性もあります。どこかのメーカーの石油ファンヒーターの電源をコンセントに挿しただけでトランスがうなるというブログ記事も見かけました。

 

同じくネットで対策案を検索すると、2種類くらいあるようです。トランスに流れるDCをカットするために絶縁トランスを前段に入れる方法と、直列ダイオードを挿入して1.2Vくらいの低いDC電圧をブロックする方法。

後日、手軽な後者の方をテストしてみようかと考えています。

1:1絶縁トランスで、大容量で、うなりのないモノを探すのが大変そうなので。。。ちなみに500VAスライダックをつないだら、スライダック自身がもっとも大きなうなり音を発生していました(笑

 

 

 

ACラインをオシロの標準プローブで直接計測するのは非常に危険です。原理が分っていない人は安易に触らない方がよいです。上の波形は小形トランスを無負荷にして絶縁された2次側を観測しています。(絶縁)高圧差動プローブを使うのが正しい方法です。

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コメント

トライアックがオフになったところで、200Wクラスのヒーター消費電流が行き場を失い、RSトランスに一度に流れ込んだ、ってことでしょうか。
また温度を最弱にしたら音が変わるんでしょうか。
戸建てだと隣と柱上トランスで隔てられてたらいいのかな。

あるいはスイッチングノイズ対策がされてないとか(笑) マサカネ

などと妄想。

カットコアのトランスでも似た話を聞いたことがあります。トランス容量の大きな方(スライドトランス500W!)がよりウナルのも興味深いですね。大出力アンプ所有者にはオーディオ専用マイ電柱が必要とする根拠にもなるのかな。
ゼロクロス近辺の歪がノイズだとしたらスペクトルはいったい?スパイク状の電流の行方は?うなることで消費されてしまうのか?

>どこかのメーカーの石油ファンヒーターの電源をコンセントに挿しただけでトランスがうなる

おそらく着火を早める為の回路のせいと推測?各社燃焼方式も違うらしい。

素人の妄想はつきません。

天 麩羅夫さん

専用の柱上トランスは、オーディオマニアのなかでも奥の手でしょうね。 オーディオ用クリーン電源(AC100V生成機)を使うというのがその前にあると思います。

スイッチング電源でACフィルタがないと、おそらくアレコレ認可がとれないので販売もできないはずです。
その後、カーペットの電流を計測してみました。面白い波形がみえています。

onajinn さん

カットコアでも起きるんですか。 トロイダルとRコアではうなりが発生しやすいと言われているのは知っていました。
トランス選びって大切ですね。
FANヒーターも着火用のヒーターがあるので、そこに原因があるのかもしれません。

はじめてコメント差し上げます。
原因は2番のようですね。
カーペットのコントローラー制御に使っているトライアックの導通角がプラスとマイナス側で若干異なっていて僅かな直流分が発生し、トロイダルトランスの鉄心が磁気飽和し大電流が流れているためと推察できます。
ゼロクロス付近で大電流となるのはそのタイミングでトランス内の磁束密度が最大となるためです。(電圧最大の時は磁束変化率が最大で磁束密度は最少となる)
コンデンサーを直列に入れ、DC分をカットすれば、このようにはならないと思いますが大容量の無極性コンデンサが要りますよね。

ひろきろさん

おっしゃる通りDCが原因のようでした。対策実験をした結果をUPしました。ご覧いただけたら幸いです。

もしコンデンサでカットするなら大容量の進相コンデンみたいなのが必要かもしれないですね。

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