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 トランス・リアクトル | 158 - リアクトルの直流重畳特性解析 | Module: FQ,ST | 2012-03-01 | DC-DCコンバータなどで使用される高周波リアクトルは、直流電流に加えてスイッチングに伴う高周波電流が流れます。リアクトルの性能として、交流成分が重畳した幅広い直流電流領域で安定したインダクタンス特性をもつことが求められます。電流が直流のみであれば、電磁鋼板の直流磁化曲線に沿って外部磁界に対して磁束が発生します。しかし、直流成分に高周波の成分が重畳した電流波形の場合、外部磁界に対してマイナーループを描く応答となります。リアクトル単体でのインダクタンス等の値は測定方法によって有意に違いを生じるため、実稼動状態での性能予測は難しいといわれています。
直流成分に対して、小さな振幅の高調波が重畳した電流波形に対する磁界の応答性を扱うためには、材料モデリングを考慮した磁界解析を行う必要があります。磁界解析であれば、機器特性を磁束密度分布などから分析することができます。
ここでは、透磁率分布条件を使用してマイナーヒステリシスループを考慮した高周波リアクトルの直流重畳特性を求めます。
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| 152 - 変圧器の巻き線の応力解析 | Module: FQ | 2012-03-01 | 変圧器は電磁誘導を利用して、交流電力の電圧を変換する電気部品です。電力変換時、変圧器のコイルには電流と磁界による電磁力が発生します。特に異常時に短絡電流が流れると、大きな電磁力が発生してコイルが変形・破壊される恐れがあります。
コイルには電流と磁界によって電磁力が生じますが、磁界は着目しているコイル地震が発生する磁界だけではなく、他のコイルやコアからの漏れ磁束によっても電磁力を受けます。そのため、各コイルの配置、コイルとコアの位置関係により、どこにどのような力が発生するかを電磁界解析によって事前に確認することは重要です。
ここでは、1次・2次コイルが互いに及ぼす影響を確認するため、コイルの配置を変えて短絡時にコイルに発生するローレンツ力密度と電磁力を求めています。
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| 151 - 変圧器の浮遊容量解析 | Module: EL | 2012-03-01 | トランスは電磁誘導を利用して、交流電力の電圧を変換する電気部品です。トランスの中でも電力変換に用いられている電力用変圧器では、巻き線に非常に高い電界が加わるため、巻き線構造、絶縁材、絶縁構造などの絶縁技術が小型化・大容量化を達成する上で重要です。変圧器の絶縁構造は定常の電力変換時のみではなく、落雷や短絡時の過電圧にも耐えられるように設計される必要があります。
変圧器の絶縁耐力は絶縁材に加わる電界強度に依存するため、電界解析で電界強度調べ、絶縁破壊に対する安全率を見積もります。
ここでは、落雷や短絡時を想定し、巻き線間に想定される最大電圧をかけた際の電界強度分布を求めます。
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| 146 - トランスの漂遊損の解析 | Module: FQ,HT,LS | 2012-03-01 | 変圧器は長期にわたる運用が想定されるため、損失によるランニングコストを抑えることが重要な設計指針のひとつです。損失には巻線の銅損、コアの鉄損、また容量の大きな変圧器ではコアから漏れ出す漏れ磁束によるタンクの漂遊損などがあります。また安全面の観点から、タンクに発生する漂遊損による発熱は、タンクが人体に触れることを想定して、耐熱設計から要求される発熱よりもかなり低く抑えることが要求されます。
上記のような各種の損失やそれらによる発熱の予測は変圧器の設計において重要な指針ですが、机上の計算で予測することは困難であるため、有限要素法による詳細な解析と評価が不可欠です。
ここでは、トランスとタンクの損失を求め、その損失をもとに各部品の温度分布を求めています。
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| 143 - 空芯コイルのインダクタンス解析 | Module: ST | 2012-03-01 | チョークコイル、チップインダクター等の電子部品は自身が持つインダクタンスを利用して電磁ノイズ対策等に使用されます。中でも空芯コイルは、コアを有するものと比べインダクタンスが小さいですが、非線形磁化特性を持つコアを用いないため、インダクタンスの線形性が担保され、高周波フィルタや発振器などに用いられます。
コアを有するコイルでは磁束の大部分がコアを流れますが、空芯コイルではコアのようなはっきりとした磁気回路が構成されないため、コイルの寸法や形状によってインダクタンスは影響を受けやすくなります。そのため、空気部分の磁束の流れを解析して、インダクタンスを正確に把握する必要があります。
ここでは、空芯コイルのインダクタンスを解析により求め、理論値と比較しています。
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| 133 - 三相トランスの熱解析 | Module: HT | 2012-03-01 | トランスの設計においてもっとも重要な指針のひとつは、運転時の損失を如何に低く抑えることができるかということです。トランス内部で発生するコイルの銅損やコアの鉄損は効率を悪化させるだけでなく熱源にもなるため、コイルの絶縁皮膜をはじめとする各部品の耐熱設計の観点から、事前に発熱状態を把握し、対策をとる必要があります。
銅損や鉄損を熱源とした発熱現象を、温度分布を含めて定量的に評価して熱設計にフィードバックするためには、有限要素法による解析が有効です。
ここでは、三相トランスの鉄損および銅損を熱源とした温度分布を確認した事例についてご説明します。
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| 132 - 三相トランスの損失解析 | Module: FQ,LS | 2012-03-01 | 中・大型の電源トランスは、長期間にわたる運用が必要なため、損失によるランニングコストを抑えることが常に求められます。トランスにおける主な損失の1つである鉄損は、磁性体内部で熱として電力を消費するため、トランスの温度上昇や効率低下の原因になります。
有限要素解析により鉄損密度の分布を確認することで、トランス設計時における局所的な形状の検討が可能になります。またトランス設計時に有限要素解析により鉄損、銅損の分布や損失割合を把握し、事前に検討することは有益です。
ここでは、三相トランスの鉄損および銅損を確認した事例をご説明します。
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| 123 - チョークコイルの熱解析 | Module: HT,TS | 2012-03-01 | チョークコイルは高周波電流のフィルタリングを目的とした電子部品です。チョークコイル内部で発生する電流は、表皮効果、近接効果、ギャップ付近の漏れ磁束による電流の偏りのため、素線内や素線間で分布を持ちます。またコアに発生する鉄損もコア内の磁束密度の時間的な変動により分布を持ちます。
チョークコイル内部で発生するコアの鉄損やコイルの銅損は効率を悪化させるだけでなく熱源にもなるため、熱設計の観点から、事前に把握し対策をとる必要があります。銅損や鉄損を熱源とした発熱現象を定量的に評価して設計にフィードバックするためには、有限要素法による解析が有効です。
ここでは、チョークコイルの鉄損及び銅損を求めています。
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| 117 - トランスの鉄損解析 | Module: FQ,LS | 2012-03-01 | 中・大型の電源トランスは、長期間わたる運用が必要なため、損失によるランニングコストを抑えることが常に求められます。トランスにおける主な損失の1つである鉄損は、磁性体内部で熱として電力を消費するため、トランスの温度上昇や効率低下の原因になります。
有限要素解析により鉄損密度の分布を確認することで、トランス設計時における局所的な形状の検討が可能になります。また鉄損はコアのヒステリシス性に起因するヒステリシス損失と渦電流に起因するジュール損失に分けられますが、解析を通してそれぞれの寄与度を比較することも可能です。
ここでは、三相トランスの鉄損と鉄損に占めるヒステリシス損失とジュール損失の割合を求めています。
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| 110 - チョークコイルの損失解析 | Module: FQ,LS,TS | 2012-03-01 | チョークコイルは高周波電流のフィルタリングを目的とした電子部品です。チョークコイル内部で発生するコアの鉄損やコイルの銅損は効率を悪化させるだけでなく、熱源にもなるため、事前に把握し対策をとる必要があります。
チョークコイル内部で発生する電流は、表皮効果、近接効果、ギャップ付近の漏れ磁束による電流の偏りのため、素線内や素線間で分布を持ちます。またコアに発生する鉄損もコア内の磁束密度の時間的な変動により分布を持ちます。この詳細分布を定量的かつ視覚的に把握して設計にフィードバックすることは有益であり、有限要素法による磁界解析が有効です。
ここでは、チョークコイルの鉄損及び銅損を求めています。
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| 105 - トランスの漏れインダクタンス解析 | Module: FQ,TS | 2012-03-01 | インダクタンスはトランスの電気信号に対する応答特性を決める重要な物理量です。インダクタンスは自己インダクタンスと漏れインダクタンスに大別されます。自己インダクタンスはトランスがどの程度磁束を作り出せるかの指標であり、漏れインダクタンスは一次側から二次側へ磁束をどの程度漏れなく送り込めるかの指標になります。このため自己インダクタンスと漏れインダクタンスはトランス設計要求の重要項目です。
インダクタンスは磁気回路に依存して決まる量ですが、磁気特性の非線形性により、動作点が変わると磁気回路が変わります。また漏れインダクタンスはその特性上、非磁性領域にも磁路を持つため、コアだけでなく、巻線配置や形状にも大きく影響されるため、その評価にあたっては、有限要素法による磁界解析が必要となります。
ここでは、トランスの均等巻きと密巻きの二種類の二次巻線に対する自己インダクタンスと漏れインダクタンスを求める事例をご説明します。
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| 101 - チョークコイルのAL値電流特性解析 | Module: ST | 2012-03-01 | チョークコイルは高周波電流のフィルタリングを目的とした電子部品です。高周波電流のカットオフ周波数を決める設計上の重要なパラメータとしてAL値があります。
設計要求としてAL値が指定されることは多く、AL値はコアの非線形な磁気特性のため、投入電流によって大きく変化します。有限要素解析は磁気特性を正確に反映させることができるため、AL値の電流特性を求めて、設計にフィードバックすることができます。
ここでは、チョークコイルのAL値電流特性を求めています。
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| 99 - 大電流リアクトルの直流重畳特性解析 | Module: TR | 2012-03-01 | 高周波大電流リアクトルは、直流電流に高周波リップルが重畳した電流が流れます。リアクトル性能として、幅広い直流電流領域で安定したインダクタンスをもつことが求められます。また、コアの磁気飽和を防止するために設けられるギャップは、インダクタンスに与える影響が大きく、設計時の重要なパラメータです。
磁化特性の非線形性とギャップのインダクタンスの影響を同時に考慮しながら、幅広い電流域でインダクタンスを正確に見積もり、設計に反映するには有限要素解析が有効です。
ここでは、ギャップ長を変更した場合の、大電流リアクトルの直流重畳特性を求めています。
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| 97 - トランスの音圧解析 | Module: DS,FQ | 2012-03-01 | 電気エネルギーをコントロールするパワーエレクトロニクスが省エネのコア技術の一つとなっており、身の回りの様々な場所で利用されています。その中で電力変換器の代表例であるトランスに対して高効率化に加えて静音化が要求されています。しかし、小型トランスでは磁気飽和を緩和するために磁気回路内にギャップが設けられ、このギャップ付近に大きな電磁力が発生し、コアの振動となり、これが周囲空気を振動させ騒音を生み出します。
高周波トランスでは、高周波電流により発生する磁界が発生します。その際にギャップ付近では電磁力が発生します。この電磁加振力が振動、騒音を引き起こします。振動、騒音は、電磁加振力とトランスの固有モードが共振することでも発生します。この現象を精度良く評価するためには、特に問題となる高周波における電磁力分布と固有モードを正確に把握する必要があります。電磁力分布や固有モードはコアやコイルの形状に依存するため、有限要素法などの解析により求める必要があります。
ここでは、電源周波数6 (kHz)でトランスを駆動した場合のコアの電磁力を求め、トランスの固有モードと連成して音圧分布を求める事例についてご説明します。
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| 81 - トランスのAL値解析 | Module: ST | 2012-03-01 | チョークコイルは高周波電流のフィルタリングを目的とした電子部品です。高周波電流のカットオフ周波数を決める設計上の重要なパラメータとしてAL値があります。
AL値はギャップ長によって大きく変化するため、任意形状のチョークコイルに対して、AL値のギャップ長依存性（エアギャップ-AL特性）を有限要素解析により正確に求めることは、設計の事前検討に有効です。
ここでは、チョークコイルのエアギャップ-AL特性を求める事例についてご説明します。
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| 78 - シートコイルトランスの損失解析 | Module: FQ,LS | 2012-03-01 | 電源トランスは変圧器として、長期間にわたる運用が必要なため、損失によるランニングコストを抑えることが常に求められます。トランスにおける主な損失の1つである鉄損は、磁性体内部で熱として電力を消費するため、トランスの温度上昇や効率低下の原因になります。
有限要素解析による鉄損密度分布の確認や鉄損値を把握することは、トランス設計時における局所的な形状の検討が可能になりますので、設計へのフィードバックとして有益です。
ここでは、シートコイルトランスの鉄損を求めています。
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| 75 - リアクトルの鉄損解析 | Module: FQ,LS | 2012-03-01 | インバータ回路の入力または出力側に設置されるリアクトルは、長期運転が要求されるため、損失によるランニングコストを抑えることが重要な設計課題のひとつです。リアクトルにおける主な損失の1つである鉄損は、磁性体内部で熱として電力を消費するため、リアクトルの温度上昇や効率低下の原因になります。
有限要素解析による鉄損密度の分布を確認することは、リアクトルの設計時における局所的な形状の検討ができますので、設計へのフィードバックとして有益です。
ここでは、リアクトルの鉄損を求めています。
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| 61 - チョークコイルの電流分布解析 | Module: DP,TS | 2012-03-01 | チョークコイルは高周波電流のフィルタリングを目的とした電子部品です。
チョークコイル内部で発生する電流は、表皮効果、近接効果、ギャップ付近の漏れ磁束による電流の偏りのため、局所的な発熱が発生します。耐熱設計の観点から、有限要素解析により電流分布の詳細を視覚的に確認することは、設計にフィードバックする上で有用です。
ここでは、チョークコイルの電流分布を求める事例についてご説明します。
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| 60 - リアクトルの直流重畳特性解析 | Module: TR | 2012-03-01 | DC-DCコンバータなどで使用される高周波リアクトルは、直流電流に加えスイッチングに伴う高周波電流が流れます。リアクトルの性能として、幅広い直流電流領域で安定したインダクタンス特性をもつことが求められます。またコアの磁気飽和を防止するために設けられるギャップは、インダクタンスに与える影響が大きく、設計時の重要なパラメータです。
ギャップ長をパラメータとしたインダクタンスの直流重畳特性は、ギャップ長が大きい場合、磁気抵抗はギャップ部で決定されるため、磁気回路法による評価が可能ですが、ギャップ長が狭く、電流値が大きいなど磁気飽和の影響がインダクタンスに強く現れる場合は、有限要素解析による事前検討が有効な手段となります。
ここでは、ギャップ長を変更した場合の、高周波リアクトルの直流重畳特性を求める事例についてご説明します。
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| 52 - シートコイルトランスのインダクタンス解析 | Module: FQ | 2012-03-01 | 電源用トランスは大きな電流を流すため、形状が大きくなる傾向があることから、電気製品の小型化にあたって小型化が難しい部品といわれています。本資料で紹介するシートコイルトランスは、コイルを薄くシート状に巻くことでトランスを薄型化しています。
トランスの設計要求の重要項目として自己インダクタンスと漏れインダクタンスがあります。インダクタンスは磁気回路に依存して決まる量ですが、磁気特性の非線形性により、動作点が変わると磁気回路が変わります。また漏れインダクタンスはその特性上、非磁性領域にも磁路を持つため、コアだけでなく、巻線配置や形状などにも大きく影響されるため、その評価にあたっては、有限要素法による磁界解析が必要となります。
ここでは、シートコイルトランスの自己インダクタンスと漏れインダクタンスを求めています。
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| 32 - トランスの出力特性解析 | Module: FQ | 2012-03-01 | トランスは電磁誘導を利用して、交流電力の電圧を変換する電気部品です。二次電圧は負荷によらず一定であることが望まれますが、実際は負荷の大きさと力率により変動します。定電圧受電という点から、電圧変動の大小はトランスの重要な出力特性の一つです。また、各相の電圧・電流が非平衡になると、トランスの温度上昇や使用機器への障害を招く危険性があるため、平衡状態が保たれる必要があります。
トランスの出力特性は鉄心からの漏れ磁束に左右されます。漏れ磁束は鉄心ではなく空気中を通るため、設計時に正確に予測することが困難です。磁界解析では空気中の磁束の通過を扱うことが出来ますので、漏れ磁束の影響を含めてトランスの出力特性を評価することが出来ます。
ここでは、磁界解析を行い低周波トランスの負荷変動による二次電圧の変化を求めています。
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| 4 - リアクトルの音圧解析 | Module: DS,TR | 2012-03-01 | リアクトルは電気系統に関わる様々なシステムの中で利用されています。例えば、インバータとモータの間で電流脈動を平滑化する役割を担います。一方で、電磁力と固有振動数の共振現象で発生する音が問題となります。
対象とするリアクトルは磁気飽和を防ぐ目的で磁気回路内にギャップを有します。高周波電流と発生する磁界により、ギャップ付近に電磁力が発生し、この電磁加振力が振動、騒音を引き起こします。振動、騒音は、電磁加振力とトランスの固有モードが共振することで大きくなります。この現象を精度良く評価するためには、特に問題となる高周波における電磁力分布と固有モードを有限要素法で正確に把握する必要があります。
ここでは、スペーサの一部が剥がれた場合を想定し、リアクトルの音圧を評価する事例を示します。
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