PMC-140HG定数測定

2007/08/27, 2013/02/03微修正

PMC-140HGのデータを取ってみました。あまり見かけないものが多いですが、ウンMVAとかのトランスを相手にする私の本業での観点が含まれています。オーディオアンプ製作の世界は、こういったデータの見落としがあまりに多い気がします。
なお、このデータは当方が勝手に測定したもので、解釈も個人的なものです。あくまで無保証であり、ご使用は自己責任でお願いします。またこのデータおよび解釈について販売元へ問い合わせることはしないで下さい。


変圧比測定

一次100V巻線に低圧50Hz交流を印加し、二次巻線に現れる電圧(無負荷)を測定し、変圧比(巻数比)を求める。電源はコンセントから100V/16V変圧器で降圧したものを用いた。

被測定巻線 100V巻線電圧[V] 被測定巻線電圧[V] 変圧比
内側250V-0 16.87 45.24 268/100 ※1
内側220V-0 16.87 39.71 236/100
外側0-220V --- --- ---
外側0-250V 16.87 45.16 ※1
内側0-2.5V-6.3V1.5A 16.87 0.441(2.5Vタップ)
1.084(6.3Vタップ)
2.62/100
6.44/100
中間0-2.5V-6.3V1.5A --- --- ---
6.44/100 ※2
外側0-6.3V2A --- --- 6.44/100 ※2
0-5V 16.87 0.886 5.26/100

※---は測定省略
※1:内側と外側の平均( (45.16+45.24)÷2÷16.87)で求めた。
※2:内側巻線との差電圧を測ったところゼロであったので、変圧比は同じ。

B電源巻線の巻き足しがやや多めである。無負荷整流電圧は268×1.41=379V、236×1.41=334Vとなるため、コンデンサの耐圧はそれぞれ400V、350Vが必要。

6.3V巻線の巻き足しが少なく、全負荷では電圧が低めになることが予想される。


巻線抵抗測定

各巻線に直流安定化電源を用いて数10〜数100mAを流し、その電圧降下を測定し、巻線の直流抵抗を求める。測定時の温度は約30℃。本当はこれらの値を75℃に換算したものを示す必要があるが、面倒なのでやっていない。

被測定巻線 電流[mA] 電圧[V] 抵抗[Ω] 一次巻線抵抗の巻数比換算[Ω]
100V 267.0 0.594 2.22
内側250V-0 39.57 2.340 59.13 15.94
内側220V-0 52.13 2.719 52.16 12.36
外側0-220V 52.55 2.926 55.68
外側0-250V 49.06 3.126 63.72
内側0-6.3V1.5A 266.8 36.2m 0.136 0.0092
中間0-6.3V1.5A --- --- ---
外側0-6.3V2A 266.8 37.8m 0.142
0-5V 228.2 27.4m 0.12

※---は測定省略

B電源巻線の抵抗が内側<外側である。これは構造上やむをえないが、センタータップ両波整流をするときの一次巻線電流の正負アンバランス→鉄心直流磁化→騒音増大の原因となるので、内側タップに補正抵抗を接続してバランスをとることが望ましい。
値はE12系列から選んで220V→3.9Ω、250V→4.7Ω。本当は漏れリアクタンスも一緒に考慮する必要があるが、きりがないので横着する。
なお、シリコンダイオードでなく整流管を使うならば補正抵抗を入れる積極的意味は無い。巻線抵抗の差が整流管の十分大きな内部抵抗でマスクされるし、整流管のばらつきもあるからである。

各6.3Vヒーター巻線の線材は同じものに見えるが、直流抵抗からもそれが伺える。外側6.3V巻線の定格電流2Aは内側・中間に比べて放熱が若干有利なためだろうが、ここから2Aを取ると他の巻線が無負荷であっても6.16Vになってしまい、巻線が温度上昇すると抵抗が増加してさらに電圧が下がる。したがって、6.3V巻線は3つとも実力1.5Aと見るのが妥当と考えられる。巻線比が等しいので3個の6.3Vタップを並列接続で使うことができるが、そうすると抵抗が小さい内側巻線の電流が多くなるため、合計4.5A以内の使用が無難だろう。

5V巻線は全負荷でほぼ5Vちょうどになるだろう。


漏れリアクタンス測定

二次B電源巻線のうち一つを短絡した状態で、一次100V巻線にごく低電圧の交流50Hzを印加し、電圧・電流を測定し、漏れインピーダンス(Z)、漏れリアクタンス(X)を求める。電源はコンセントから100V/2V変圧器で降圧したものを用いた。測定時の温度は約30℃。

被測定(短絡)巻線 100V巻線電圧[V] 100V巻線電流[mA] 漏れZ一次換算[Ω] 漏れZ二次換算[Ω] 漏れX二次換算[jΩ] 漏れインダクタンス二次換算[mH]R/X
内側250V-0 2.118 202.0 10.48 75.27 5.43 17.28 14.5
内側220V-0 2.144 184.0 11.65 64.89 6.83 21.74 9.45
外側0-220V 2.160 175.5 12.31 68.56 8.41 26.77 8.09
外側0-250V 2.132 191.1 11.16 80.16 8.86 28.20 8.58
250V-250V
(500Vブリッジ整流)
1.960 300.1 6.53

この程度の容量のトランスの常で、漏れインピーダンスに占めるリアクタンス分(インダクタンス分)の寄与は少なく抵抗分が支配的である。ただし、リアクタンスにも無視できないアンバランスがある。巻線の表皮効果や負荷状態によって一概には言えないが、たとえば250V-CT-250Vを本当にバランスよく(トランス鉄心の直流偏磁無しに)両波整流するには、内側250Vタップに11mH・DC140mAのチョークコイルも直列追加する必要があるということである。そんなチョークコイルの非線形性(多分鉄心入り)や直流抵抗(前述の4.7Ωとの兼ね合い)を考えるときりがないし、EIコアのトランスでは実用上そこまでやる必要性も少ない。


電源投入時の平滑コンデンサ充電突入電流と整流ダイオード

上表データより、B電源巻線の短絡電流は内側250V-0V間が268V÷75.27Ω=3.56Arms=5.04Apeak、内側220V-0V間が236÷64.89Ω=3.64Arms=5.14Apeakとなる(外側は各々もうすこし小さい)。センタータップ両波整流を前提にすると、これが空っぽの平滑Cを充電する突入電流の最大値となる。整流ダイオードに1N4007(Fairchild)を仮定すると、これらの値はデータシートのNon-Repetitive Surge Currentグラフの60サイクル(=1秒)の値の半分以下である。Non-Repetitive Surge Currentは、ダイオードの使用寿命を通じて多数回印加は許されないので、実用上はかなりのディレーティングが必要なのだが、PMC-140HGに常識的な容量(100〜200μF)の平滑Cを組み合わせるなら、直列抵抗なしでも長期的にも1N4007が破壊することはまず無いといえる。
なお、秋月が扱っているPanJit Semiconductor製1N4007のIFSM耐量がFairchild製と本当に同じかどうかは定かでない。
(この1サイクルの値が、データシートに数値として載っている「非繰り返しサージ順方向電流」IFSM=30Aである)

100V巻線側はB電源分だけで8〜9.5Arms程度の突入電流となり、さらにヒーターが低温のときの突入電流とトランス自身の励磁突入電流が加わる。つまり、この程度の小さなアンプでもそこそこ強力な電源スイッチをあてがう必要がある。


その他

磁束密度

このトランスがはじめて紹介された当時のMJ誌(2006.5)では「PMC-100Mのコアでは入りきらないのでPMC-100HGのコアを使用して製作」という意味の記載があった。100Mと100HGは設計磁束密度は同じでありコア材質の違いは余裕の違い(鉄損・漏れ磁束・磁歪振動の低減)になっているのに対して、140HGではその余裕分を実容量に反映すべく、磁束密度を100HGよりも増した(一次巻数を減)設計になっていると考えられる。

100HGを持っていないので本当のところは不明だが、140HGでは設計磁束密度が高くなっているぶん、磁歪振動や漏れ磁束は多いと推定される。また銅機械となるので電圧変動率や発熱は大きいと考えられる。電源設計は他のトランスのセオリーと違った結果になるだろうし、組み合わせるOPTは磁気シールド効果があるとされる角型ケース入りのものが望ましいのではないだろうか。

ただ、100HGが一次=65.8VA、二次=93.8VAであるのに比べて140HGは一次=76.5VA、二次=111.5VAと容量比116.3%となっており、これは磁束密度増加だけでは説明がつかない。

絶縁

3つの6.3V巻線どうしの間の絶縁はクラフト紙だけであり、他巻線間(クラフト紙+ポリエステルフィルム)に比べて明らかに絶縁が弱い。絶縁を節約して巻線を詰め込んだようだ。3つの6.3V巻線をヒーターバイアス有無で使い分けるような使い方は避けるほうが、長期的には安全だろう。もちろん、各6.3V巻線をGNDやほぼ同電位で使う普通の回路ならば何の問題も無い。


↑写真下から順に100V、B電源、5V巻線(絶縁チューブ無し)の引き出し。白っぽく反射しているのがポリエステルフィルムで、コア〜100V(写真では見えない)、100V〜B巻線、B巻線〜内側6.3V、外側6.3V〜5V、5V〜ラグ端子のそれぞれ境界にある。


↑反対側。写真上から順に内側0-2.5-6.3V1.5A、中間0-2.5-6.3V1.5A、外側0-6.3V2A巻線の引き出し。やはり6.3V巻線間にはフィルムが見当たらない。


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