オーディオ測定、オーディオ用測定器の解説

 測定器と、他は過去に学んだことへのコメント。

電流容量が未知のトランスの許容電流推定法

2019年06月18日 | 測定/オーディオ

 

電源トランスの容量とDCR



 私のブログは殆ど更新しないのに何故かアクセスが減らない。この理由がなかなか分らなかったが、どうやらこのトランスの記事が読まれているらしいことに最近気づいた。それならば、新しいデータを此処に書き込む度に日付を更新したほうが読者の利便に寄与すると思う。これによって諸兄は日付が変わっていれば内容が書き換えられている(主としてデータの増量)と思ってほしい。

 データ量は増大し続けているので、諸兄は電流表示が無いトランスでも、主として一次DCRを測ることによりおよその電力容量を推定できると思う。

 製造された時期は半数以上が20年以上前。
DCRは測定時期(室温)に拠り最大約8%の違いが生じている。
見易さを重視し6.3V/4.5AでDCRが0.03Ωの巻線が二つ有れば、6.3V/9A/0.015と統合表示する。
600VCT/100mAとは300-0-300Vで、センタータップ整流したときのDC電流が100mAの意味。

 DCRデータ

最終更新:2013/5/28





2000VA 21200g 0-100V/0.041 100V/10A/0.092 100V/10A/0.101

2000VA 8400g(単巻き)0-90-100V(0.265)-110-120(0.286)

710VA unkn 0-120V/0.184 700VCT/863mA/10.27 6.1V/12A/0.008 5V/6A/0.012

660VA 9800g 0-100V/0.204 0-100-220V/3A/1.204

520VA 11500g 0-115V/0.77 600VCT/420mA/18 650VCT/420mA/22.2

500VA 10300g 0-100(0.357)-110V 0-110-220V/2.27A/2.03

460VA 6300g 0-100V/0.42 26V/18A/0.042

450VA 8900g 0-117V/0.518 30VCT/7.5A/0.108 30VCT/7.5A/0.118

440VA 8000g 0-100V/0.349 0-220V/2A/2,263

432VA unkn 0-120V/0.604 600VCT/575mA/23.09 6.3VCT/9A/0.017 5V/6A/0.02

403VA unkn 0-120V/0.546 550VCT/575mA/19.20 6.3V/9A/0.015 5V/6A/0.019

403VA unkn 0-100V/0.5 380V/850mA/11 6.3V/12A/0.017 70V/60mA/6.6

386VA unkn 0-120V/0.546 650VCT/460mA/28.60 6.3V/9A/0.012 5V/6A/0.019

369VA unkn 0-120V/0.604 700VCT/403mA/33.57 6.3V/9A/0.017 5V/6A/0.016

360VA 5200g 0-100V/0.59  600VCT/0.6A/31.6

340VA unkn 0-120V/0.589 550VCT/460mA/26.81 6.3V/9A/0.021

311VA unkn 0-120V/0.789 650VCT/345mA/42.11 6.3V/9A/0.014 5V/6A/0.023

300VA 5150g 0-100V/0.59 0-100V/3A/0.942

271VA 5000g 0-100V/0.68 980VCT/200mA/99 540VCT/60mA/43 6.3V/5A/0.029 5V/2A/0.053

268VA 4540g 0-115/0.78 360VCT/0.5A/11 6.3V/14A/0.016

250VA 5600g 0-100V/0.532 0-25V/10A/0.047

240VA 4100g 0-100V/0.878 0-120V/1A/2.764 0-120V/1A/2.764

229VA unkn 0-120V/1.304 500VCT/322mA/42.43 6.3V/6A/0.03 5V/6A/0.022

200VA 4400g 0-100V/0.95 40V/5A/0.223

192VA 3300g 0-100V/1.87 660VCT/220mA/124 6.3V/4.5A/0.06 5V/3.6A/0.063

188VA unkn 0-120V/1.598 450VCT/300mA/36.87 6.3V/6A/0.029 5V/3A/0.043

183VA 4140g 0-100V/1.01 133V/0.95A/4.21 6.3V/8.4A/0.029 5.5V/0.6A/0.342

166VA 3400g 0-115(W)/1.8 900VCT/136mA/129 6.3V/4.6A/0.045 5V/3A/0.031

146VA 3450g 0-100V/1.678 0-135V/0.7A/6.17 6.3V/8A/0.025 32V/30mA/3.87

129VA unkn 0-100/2.29 290V/250mA/46.2 6.3V/9A/0.036

120VA 2800g 0-100V/1.746 12V/10A/0.033

113VA 3000g 0-100V/3.1 700VCT/100mA/298 6.3V/4.5A/0.054 5V/3A/0.078

109VA 1500g 0-100V/4.0 0-320V/200mA/102 6.3V/2.5A/0.182 6.3V/4.7A/0.105

106VA unkn 0-100V(2.37)-110 100VCT/1A/3.25 6.3V/0.5A/0.54 25V/0.1A/2.05

100VA 2600g 0-100/3.72 0-50V/2A/1.38

100VA unkn 0-100-120-140V/3.35 2000VCT/50mA/2080

97VA 2800g 0-100V/2.41 540VCT/100mA/180 6.3V4.2A/0.053 15V/1.1A/0.49

97VA 2080g 0-100V/3.01 0-135V/0.47A/13.44 6.3V/5A/0.049 30V/30mA/4.96

93VA 3000g 0-100V/2.67 550VCT/130mA/258 6.3V/3.4A/0.085

91VA 1800g 0-90-100V/3.8 700VCT/80mA/334 6.3V/3.5A/0.076 6.3V/2A/0.14

78VA 2900g 0-100V/2.92 600VCT/80mA/278 6.3V/4.7A/0.045

75VA 2400g 0-100(w)/3.3 235VCT/320mA/17.1

71VA 1530g O-100V/5.48 560VCT/70mA/316 6,3V/2A/0.167 6.3V/3A/0.107

69VA 2360g 0-115/4.04 1150V/60mA/512

69VA 1840g 0-100V/3.72 32VCT/0.8A/1.272 32V/0.75A/1.225 21V/0.9A/0.735

66VA 1840g 0-100V/4.18 12V/5.5A/0.087

62VA 1780g 0-100V/4.83 300V/80mA/139 6.3V/5.1A/0.042 1700V/3mA/6644

60VA 2000g 0-100V/4.7 3V/20A/0.006

56VA 1610g 0-100V/5.27 140V/0.4A/16.09

47VA unkn 0-100V/6.07 230V/110mA/110 21V/0.45A/2.86 6.3V/1.8A/0.203

42VA 1300g 0-100V/5.85 155V/50mA/110 36VCT/0.6A/2.7 7.5V/1.5A/0.24 6.3V/0.24A/1.22

41VA unkn 0-100V/6.47 280V/0.1A/107 6.3V/2A/0.214

38VA 1050g 0-100V/8.92 6.3V/6A/0.045

34VA 1270g 0-100V/11.4 580VCT/35mA/1011 6.3V/2.2A/0.218

31VA 1140g 0-100V/14.61 500VCT/30mA 6.3V/2.6A/0.148

26VA 1080g 0-100V/16.4 120V/0.11A/55 28VCT/0.45A/3.8

25VA 760g 0-90-100V/16.9 6.3V/2A/0.18 6.3V/2A/0.195

18.5VA 990g 0-100V/8 38VCT/0.35A/4.6 19V/40mA/10.7

16VA 1000g 0-88-115V/29,4 0-215V/0.03A/476 6.3V/1.5A/0.3

15VA 700g 0-100V/20.1 0-250V/20mA/576 6.3V/1A/0.332 6.3V/0.6A/0.5

15VA 480g 0-100V/35 0-30V/0.5A/5

14.5VA 630g 0-100V/19.1 0-28V/0.4A/2.34 0-18V/0.1A/6.1 0-30V/0.05A/10.1

14VA 400g 0-100V/45.7 9.4V/1.5A/0.606

7.4VA 320g 0-100V/54.1 13.8V/0.45A/2.507 12V/0.1A/4.8

7.2VA 290g 0-90-100V/84 0-24V/0.3A/5.2

6VA 1200g 0-100V/60 0-600V/5mA/1420 6.3V/0.5A/0.58

4.8VA 320g 0-115V/336 12.3V/0.45A/6.7

4.8VA 170g 0-100V/154 0-24V/0.2A/12

2.3VA 290g 0-100V/57 38VCT/60mA/38

400mVA 123g 0-100V/690 20V/20mA/53


前書き


 詳しい人は直ちに気付くと思う。私はこの方面に関してアマチュアに過ぎない。

 専門家は中古トランスの再利用の為に電流容量非表示の許容電流を推定するなんてアホな時間潰しをするワケが無い。メーカーが販売している新品を発注するか、きちんと仕様を指定して特注する。

 また専門家はこういうことに関して該博な知識を披露することも絶対にして呉れない。

 仮に自分が例えばトランスのプロだったとしよう。何かを言う為にはあまりに細部のことは一応端折って言わねばならないのが普通だ。あまり細かいと書くほうも大変だが読むほうだって大変だ。だが、端折ってしまうと、すぐ細かいところで詰まらない突込みを入れる輩が出てくる。そういう手合いに応答するのも面倒である。何もシロートに教えて得られるメリット等全然無い。

 プロが以上のように考えるのは分る。だがこれがシロートにとっては困るのだ。だから已むを得ず、浅学菲才を顧みず書く。世の中は知識が浅くともフットワークの軽い者が必要なのだ。

 こうして書いているのに個別のトランスについて聞いてくる人がいる。折角考え方や計算方法を紹介しているのだ。オンブにダッコの質問には付き合いたくない。自分でやり、失敗したら自分で尻拭いをする、という気構えが無ければホビーの上達は期し難い。かつて健筆を揮われ今は書かなくなってしまった或るライターの “やりたかったら自分でやりなさい” は私にとって感謝とともに想い出す終生の鞭撻だが、私も聞かれたら同じことを言う。 




 電源トランスは二次電圧が一つだけなら許容電流を推定するのはさほど難しくない。他のトランスと比較したり場合によっては実際に負荷試験をすることだって困難ではないからだ。しかし、二次が複数となると途端に難しくなる。これから先の記述は二次電圧が複数有る場合の許容電流を推定しようというものだ。

 さて、アンプを作る諸兄なら電源トランスを最低でも数個くらいは持っているだろう。電圧と電流が明示されているトランスのDCRのデータを、単に頭の中に記憶しておくのでなく、例えばエクセルのような一覧表形式に記入すると分りやすさが随分と向上する。表形式のデータを作ってみると巻線の1ボルトあたりの抵抗値と取り出せる電流には密接な関係が有ることが分る。だがそれは固定的なものではなく、トランス全体の容量によって大きく変動することが知れよう。

 例えばヒーター巻線を見て同じ 6.3V/2A としてあっても 500g、2Kg、4Kg のトランスではDCRは全く違う。しかしながら良く考察すれば、たいしてデータの多くない一覧表と以下に示す計算によって未知のトランスに出合っても大きな間違いがなく推定し得る。

 以下の計算ではトランスの全体の容量を推定するのが重要としている。全体の容量を推定し、次に計算で得た結果に拠って各巻線に振り分けるが、その計算結果にあまり強く縛られなくてよい。電圧電流が明示されたトランスを使う場合においても、全ての巻線の容量の大部分を使うなどの使用例は稀であろう。或る巻線で二割や三割程度オーヴァーしても、全体として表示容量の範囲に収まっていれば問題無い、というのがホビーの大先輩達の意見だ。最近はあまり見ないが古い製作記事では部分的に容量を超えてるような使用例はしばしば見たものだ。

 アバウトと思われるかも知れないが、こんな考えでさして問題は無い。だいたい、設計の段階でギリギリの決め方をしているのではなく、多少は余裕を見てるぐらいは想像つくではないか。

 このようにして知り得たトランスを使った場合、表面温度は通電後指で触って確かめておきたい。出品されれば必ず高額になるラックスの真空管アンプのトランスは夏季には熱くて触れられなかった。あれで見るとコゲクサイ臭いがしなければ一応は良しとしていいのかも知れない。測定器を持たずにアンプを組み上げる人はせめて、異常音、ニオイ、変色が無いかは注意しよう。


(測定法)


 先ず巻線のDCRを測る。高圧巻線はテスターで分かるが一次巻線は中型以上ではDCRが少ない。二次側の低圧巻線は更に少なく100mΩ未満の場合も多いのでケルヴィンブリッジ(わが国ではダブルブリッジと呼ぶ習慣)か低抵抗計で測る。中級以上のディジボルでは四線式という方法で低抵抗が測れる。低抵抗が測れないと以下の計算が出来ないのでこれ等を入手するか、巻線にDC電流を流してその電圧降下を見るなどの工夫によって何としても測れるようにする。

 インターネットを見ていると低い抵抗の測定法は多くの人が書いてくれている。きめ細かさに欠ける私の記述よりもそちらを読んで欲しい。

 次に供試トランスの全体の容量を推定する。これは一次巻線のDCR(以後Rpと言う)と及び二次巻線のDCRを一次の電圧で換算した値(以後Rsと言う)の合計で推定することになる。重量は同じ容量でも物により二倍もの大差があるので補助的要素と考える。


計算実例/その1


 トランスの二次巻線が複数有る場合のそれぞれの電流容量を推定してみよう。

 下記のようなトランスを例に取る
 バンド型 重量:3030g
  一次:0-115V(Rp=2.24Ω)
  二次:630VCT (74.1Ω)
     6.3V(40ミリΩ)
     5.0V(40ミリΩ)

 二次巻線のそれぞれの電圧とDCRをを一次電圧に換算して置き換える。これは “銅損” を計算するときの良く知られた式だ。
 
   (115/630)^2×74.1=2.47
   (115/6.3)^2×0.04=13.33
   (115/5)^2×0.04=21.16  

 この3巻線は一次側から見れば並列なので、全体としては 1/{(1/2.47)+(1/13.33)+(1/21.16)}=1.896(Ω)となる。

  即ち先に述べた Rs は 1.896Ω となる。

 各巻線の電力容量は上記の各抵抗値に反比例すると考える。これは直感的にかなり分りやすくはないだろうか? 以下の計算から 630V巻線は全体の76.8%、6.3Vは14.2%、5Vは9%となる。 

 1.896÷2.47=0.768
 1.896÷13.33=0.142
 1.896÷21.16=0.09

 ここで全体容量をRpとRsの和から120VAと決める。

 この決め方は冒頭の一覧表を参照して欲しい。

 630V巻線の容量は120×0.76.8=92(W)となりブリッジならAC146ミリA、センタータップ両波整流ならDC146mA程度と考えられる(メーカーによりこれより多い計算が有り、この箇所は検討中)。 同様にして6.3Vは2.7A 5Vは2.2Aとなる。

 全体の容量を120VAとするのが不安ならば下げればよい。各容量は同じ割合で下げれば良いだけだ。

  計算では全体容量の推定が重要だ。多くのトランスのRpとRsのデータの蓄積が有ればそれは容易だ。それを考慮して冒頭に一覧表を出している。

 電圧/電流/DCRが分ってる場合、電流あるいはDCRのいずれか一つを未知と仮定して計算練習を繰り返しているとだんだん精度が上がってきて未知のトランスに出会っても大部分推定出来るようになる。


計算実例/その2



 その1では直感的な分りやすさを重視して計算が長くなってしまったが、実はもっとラクに出来る。それを以下に示す。

 630^2/74.1(即ち二次電圧の二乗を直流抵抗値で除する)=5356
 6.3^2/0.04=992
 5.0^2/0.04=625

 以上の和を求める 5356+992+625=6973

 630V巻き線の容量は5356/6973と考えればよく、答えは0.768となる

 同様に6.3Vは0.142 5Vは0.09  となって その1と同じになる。

 後はその1と同じようにやれば良い。



補足1、RpとRsは等価的に直列となり、その和(以後Rcと言う)とトランスの許容全負荷(抵抗値で示され、以後RLと言う)との比はトランスの大小により変動する。我々アマチュアが扱うものはRc:RLが1:20くらいが大部分だがその辺りを中心に大きく動き小型のものは1:10未満、大きいものでは1:50以上にもなる。その関係をまだ把握出来ていない。実用的に問題ない関係が分り次第記述に追加する予定だ。

補足2、計算実例/その1では Rp>Rs だった。米国製のトランスは意外にこのタイプが多い。国産は普通はRp<Rsの場合の方が多い。また、Rp≪Rsの場合もある。これは一次側が単巻きのステップアップに使われるような場合にしばしば見られる。

補足3、実際に使用される電流よりも計算で得られる電流容量が5割も大きいような場合は少なくない。これは米国の測定器から外したトランスにしばしば見られる。トランスのみならず真空管やその他の部品においても甚だしく余裕を持たせた使い方に出会うことが少なくない。例えば5Y3で間に合うのに5AR4を使ったり、プレート損失20Wも有れば十分のところに6550を使ったり等の例は何度も見た。国産や欧州のものではそのようなことは少ない。

補足4、トランスの容量の表示にはメーカーによってVAと有ったり、Wと表示したりあるいは記載が無かったりする。理由は分らない。

補足5、唐突に 銅損 なる術語を持ち出して誠に申し訳ない。実はトランスには 銅損 と呼ばれるものが存在するが、加えて 鉄損 というものも有る。これがなかなかどうして、決して少なくないのだ。
 鉄損は負荷によっては変わらずサイズで決まる。つまり大型になるほど増える。と言って小さいのを使うと温度が上昇し銅損が増える。かくしてオーディオというのはCO2削減に非協力的なホビーなのである。 



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4 コメント

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お久しぶりです (太田克嘉)
2018-01-11 20:44:13
初めてブログ見ました、参考になります
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greeting (homebrewer_2008)
2019-05-01 01:25:05
太田さんのオークションは注目していますが、本格的なものが多くて、私には荷が勝ち過ぎます。15Kg超えの機器はもういけません。HPの3588や3589等欲しいと思っていましたが、手にすることなく終わりを迎えそうです。

 今になってみるとこのホビーに入れ込み過ぎたと思っております。
返信する
トランス巻き線 (トミ)
2021-04-14 17:24:36
巻き線がいくら太くてDCRが小さくてもコアーの容量が少なければトランスとしての電力容量は大きくならずトランスとしての許容電流も小さくなります。
返信する
コア容量 (homebrewer_2008)
2023-01-29 18:52:21
コア容量の小さいトランスには太い線は巻かないだろう。わざわざ巻きにくい太い線を巻くなんてことは現実には無いと思うんだけどなぁ。
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