可飽和トランス （F-Vコンバータ）

可飽和トランスによるF-Vコンバータ


図のTaは可飽和トランスで、その鉄心には図に示すようなB-Hカーブが方形に近い特性のものを使用しています。この鉄心は、わずかな磁化力で磁束密度がほぼBmに達し、以降磁化力が増加してもほとんど磁束密度は変化しない特性をもっています。

Raは磁束飽和後の過大電流を制限するためのもので、飽和前における両端の電圧降下は、1次巻き線N1間の電圧に比べ無視できる程度に決めます。1次側に周波数f(Hz)の正弦波電圧Eaを加えると、磁束飽和前は、1次巻線両端の電圧E1はEaにほとんど等しく、飽和後は、E1はほぼゼロになり、EaはRa間に加わることになります。2次側巻線N2には、飽和前のみ電圧が発生し、飽和後には発生しません。

2次側電圧の瞬時値e2は、

e2＝n2(dφ/dt)＝n2(dφ/dθ)ω [V]　-----①

ただし、n2＝2次巻線数　θ＝ωt　ω＝2πf

となり、図に示すようなヒズミ波形になります。θ1は飽和角で、電源電圧が大きくなると小さくなり、小さくなると大きくなります。この2次側出力電圧の半周期ごとの平均値Eav2を求めると、

Eav2＝(1/π)∫[o π] e2 dθ＝(1/π) n2ωφo
＝2f n2φo　
＝4f n2BmA　[V]　　-----②　（式①参照）
　
ただし、
φo＝BoA＝2BmA［Wb］
Bm＝飽和磁束密度［Wb/m^2］
A＝鉄心断面積［m^2］

となって、電源電圧の大きさが鉄心を飽和させるに十分な値の範囲では、2次側出力電圧の半周期の平均値は、電源周波数のみに比例し、電圧の大きさには無関係になるということですね。