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カレントトランス(電流トランス)の製作

 無電源のACパワーメーターを作ってみたものの、待機電力を測るには感度不足でした。また、二次側の抵抗が高すぎで、ちゃんとした電流検出にはなっていないことにも後で気付きました。そこでオペアンプを使った物を作ろうと考えています。
 まずカレントトランスですが、前に作った無電源パワーメータから取り外せば簡単です。しかし、せっかく動いている物を壊すのももったいないです。また、あのような大きなトロイダルコアはあまり簡単に手に入らないので、もしこれを読んだ方が同じ物を作ろうと思っても苦労しそうです。

 ということで、手に入り易いコアとして選んだのがこれ、

▼トロイダルコア
トロイダルコア
 電子機器のノイズ対策として、ケーブルに通す部品です。電話などを買うとよく添付されています。これを2個使ってカレントトランスを作ることにします。

▼二個のコアを背中合わせに接着
コアを接着
 接着面を通る磁界は無いので接着は適当でOKです。これにコイルを巻きます。本当はコアのエッジでコイルが傷付かないように、先に絶縁テープを巻いた方が良いのでしょうが、省略。お詫びの印に、コアのエッジをスコッチブライトで研磨しておきました。たぶん気休めレベルだったと思いますが、、

▼コイルを巻く
二次側巻線
 使ったワイヤは直径0.15mmくらい、これを600回巻きました。あとで一次側の線を通せる余地を残し、出来る限り多く巻いた方が性能が良くなるはずです。ちなみに、抵抗は118Ωとなりました。

▼カレントトランス完成
完成
 50cmのテーブルタップの途中の線を行きと帰りに分けて一次側巻き線とし、行き帰りで電流の方向が同相になるようにコアに通します。組み立てはタイラップで締め上げるだけです。一次側が3回、二次側が600回なので、変流比200:1のトランスになります。
 コアが長いので、一次・二次のコイルが強く結合されています。何だか戦う機械という感じで、ものすごくかっこいいと思います。ちなみに、こういう形式のトランスは外鉄型ですね。

▼全体像
全体像
 コンセントの大きさで、トランスの大きさがわかると思います。

 カレントトランスは二次側に電流を流す必要があり、そのために抵抗を接続します。この抵抗はできるだけ低い方が良いのですが、低すぎると電圧検出が難しくなります。どれくらいの抵抗で電流検出モードに入っているのかを知るため、負荷抵抗/結合係数特性を測定してみました。

▼負荷抵抗/結合係数特性
結合係数特性
 負荷は10ワットと51ワットの電球です。実際にどれくらいの電流が流れているかは測定していないので、公称値でプロットしています。さらに、RLが小さくなると検出される電圧がオシロの感度の限界に近くなるので、測定誤差が大きくなります。したがってこのグラフの絶対値は怪しいです。ただ、RLを下げると結合係数が上がって安定領域に入る様子は判ります。どうやらRLは40Ω以下にしておけば良さそうです。

ちなみに、RLを40Ωとした場合。10Wの電力なら二次電流は0.1A/200=0.5mA、RLに発生する電圧は0.5mA×40Ω=20mVとなり、オペアンプで充分扱えるレベルになります。

 ということで、カレントトランスの製作はうまくいっている感じです。あとはオペアンプによる検出回路ですが、また進展があったら記事にしたいと思います。
 
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