電流変化によるコイルのリアクトル損失（抵抗）の変化について

スライダックで調節しながら、コイルに流れる電流値を2.0Aから0.5Aまで変化させました。このとき、コイルのリアクトル値は一定値とはならず5.25Ωから約12Ω（これらは測定値です、電力計、電圧計、電流計を使用して測定しました。）まで変化しました。これはなぜでしょうか？本来は一定値をとりますよね？どうしてかわからないのでよろしくお願いします。

質問者からの補足コメント

• 電流値は2.0Aから0.1Aずつ小さくしていき、その各々の電流値におけるリアクトル抵抗の値を計算し求めました。スライダックでは電圧値を変化させただけで周波数は商用の60Hzのままです。

    補足日時：2015/08/25 17:45

• 

  回路図を添付しました。

  
    補足日時：2015/08/25 17:48

• コイルの抵抗です。リアクトル損失といったほうがいいでしょうか。担当教員に質問してもこれ以上は教えてもらえませんでした。
  電力計の指示値を電流計の指示値の二乗で割って求めました。これは合っているようです。回路は図を参照してくださいm(_ _)m

  No.4の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2015/08/25 18:11

• 電力計の指示値を電流計の指示値の二乗で割って求めました。

  No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2015/08/25 18:29

• この実験では、
  1 摺動抵抗とリアクトルを直列接続して測定
  2 リアクトルのみを回路につなぎ、摺動抵抗は切り離して測定
  の2種類行いました。今、私はリアクトルのみを回路に接続した時のリアクトル抵抗値が電流値によって変化した現象の理解に苦しんでいます。鉄心ですが、入れた時と入れてない時のそれぞれの場合について実験を行っており、結果として入れたほうがリアクトル抵抗の値が入れてない時よりも大きく変動しました（具体的には6Ωから15Ωまで変化しました。）。電圧計ですが、実験1で使用し、実験2では使用しなかったかもしれません。
  また、前の補足の計算方法でリアクトル抵抗を求めているので、リアクタンスとはまた話が違うのかもしれません。

    補足日時：2015/08/26 12:14

• 補足しました。鉄心が入ってなくても一定値にはなりませんでした。電流値が大きいほどリアクトル抵抗の値は小さくなりました。

  No.8の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2015/08/26 12:33

No.10 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2015/08/26 12:44

No.3、5、6です。

　これらの回答は、「コイルのリアクタンスを測定する」と思って書いたもので、ご質問内容は「コイルの抵抗」に関するもののようですので、これらは無視してください。

　いずれにせよ、数オーム～十数オームという値ですので、リアクトルの鉄損・銅損、計測器の内部抵抗なども考えると、その程度のばらつきはあり得るのではないかと思います。特に、電流に依存するのは、リアクトルの鉄損と計測器の内部抵抗かなと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。それでやってみます。

お礼日時：2015/08/26 13:06

No.9 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/08/26 06:15

図がぼけぼけでよくわかりませんが、リアクトルは

鉄芯入り?

電流が増えると銅損に対して鉄損の割合が減る
ということだと思います。

ヒステリシス損は電流の増加に対してあまり増大
しないので。

No.8 回答者： check-svc 回答日時： 2015/08/25 23:25

ひょっとしてそのコイルには鉄心が入ってますか？

だとすれば、Ｒ＝Ｐ/I^2　が一定値にならない理由は鉄損（ヒステリシス損）でしょうね。

No.7 回答者： check-svc 回答日時： 2015/08/25 22:33

#4です。

さらに質問です。

スライダックにより電流を変化させただけなら、電力計と電流計の読み取り値から得られるＲ＝Ｐ/I^2　は変わらないハズです。
では、電圧計は何のために使用されたのでしょうか？
添付写真では、負荷抵抗を調整するとか、電圧計の指示値が１００Ｖの一定になるように調整するとか書かれているようですが、どのような実験をされたのでしょうか？

No.6 回答者： yhr2 回答日時： 2015/08/25 19:08

No.5です。

「補足」を見ました。

「電力計の指示値を電流計の指示値の二乗で割った」ものは、「有効電力」を「電流」で割った「有効電圧」を、またまた「電流」で割った「抵抗」値であって、負荷が「コイル」だけなら「導線+コイルの抵抗」です。リアクタンスではありません。

　リアクタンスを求めたいなら、力率「cosΦ」から「sinΦ」を求め、「皮相電力(VA)＝電圧計の指示値 × 電流計の指示値」に「sinΦ」を掛けた「無効電力」から求めます。

　　有効電力(W) ＝ 皮相電力(VA) × 力率「cosΦ」= 有効電圧 × 電流 = 抵抗 × (電流)^2
　　無効電力(Var) = 皮相電力(VA) × sinΦ = 無効電圧 × 電流 = リアクタンス × (電流)^2

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2015/08/25 18:21

No.3です。

　大学の実験でしょうか。
　しっかり「位相」を考慮して「力率」を計算する式まで提示されているではないですか。

　負荷が「抵抗のみ」、負荷を「抵抗 + コイル」、負荷を「コイルのみ」にして、しかも「リアクトルの鉄心位置を変える」バリエーションでもデータを取るのですね。
　そのらのデータからきちんと計算できると思います。

　ご質問にある「コイルのリアクトル値」は、どのように計算されたのですか？

No.4 回答者： check-svc 回答日時： 2015/08/25 17:58

#1です。

質問者が言われる「リアクトル抵抗」って何ですか？
負荷の純抵抗値？それとも負荷のインピーダンス値？
5.25Ω、約12Ωはどうやって求めましたか？

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2015/08/25 17:26

スライダックの抵抗値を変えて、電流を変化させているのですよね？

　スライダックの抵抗値をVRとすると、コイルのインダクタンスをLとして、回路全体のインピーダンスは

　　　Z = VR + j*ω*L　　（１）

になります。従って、電源電圧 E が一定だとすれば、回路の電流 I は

　　　I = E / Z

となって、電流と電源電圧 E の位相が異なることとなります。さらに、No.1さんのご指摘のとおり、流そうとする電流の値を変えるために（１）のVRの値を変えると、位相自体も変化します。
　この「位相」をどのように計測していますか？

　測定した電力計、電圧計、電流計がどの位置で、何を計測しているのかに基づき、位相を考慮してコイルのリアクタンス（ω*Lの値）を求める必要があります。

　交流回路では、本来瞬時値としては「プラス／マイナス」で動いている電流・電圧を、複素数で表わして「位相」を取り込むことで「プラスの実効値」で取り扱っています。電力計、電圧計、電流計は、おそらく「実効値」を計測しています。あるいは、波形を観測してピーク値を計測しているかもしれません。
　いずれも、電圧と電流の「位相」は測定していないと思われますので、位相を考慮して（１）の形に「複素表示」しないと、正しいコイルのリアクタンスを求めることはできないと思います。

No.2 回答者： 富士山兄 回答日時： 2015/08/25 14:53

実験に立会っていませんのて、明確なことはいえませんが、次のよう

な事項について検討すると良いと思います。

＜1＞コイルの抵抗分はどのように考慮していますか？
コイルに電流を流した時、コイルが温度上昇します。コイルの抵抗
値が変化します。
通電開始直後と温度が一定になった時で比較しても抵抗の値が変化
します。この影響はどのように考えていますか？

測定電流を0.5A以下にして再測定してリアクタンス分を計算したら
どのようになるかを確認すると良いでしょう。
また、定格電流が決まっているコイルであれば、コイルに定格電流
を流し、コイルの温度が一定になって後、各電流を手早く測定して
温度変化の影響が最少になるように実験します。


＜２＞コイルには鉄心を使用していますか？
鉄心を使用していますと、漏洩磁束があり、電流の大きさにより
漏洩磁束の大きさも変化ます。結果的に電流の大きさによりリアク
タンスの大きさも変化すると考えられます。

本内容も、測定電流を0.5A以下にして再測定してリアクタンス分を
計算したらどのようになるかを確認すると良いでしょう。

＜３＞コイルに鉄心が無い場合でも周囲に鉄製の物がありませんか？
実験した時にコイルを置く台ですが、この台がスチール製のテーブル
ではありませんか？
スチール製ですと発生した磁束がそこに通過するため、リアクタン
スの大きさも変化します。

大きな木製の台を探し、この上に置いて再実験するとすると良いで
しょう。

No.1 回答者： check-svc 回答日時： 2015/08/25 14:02

スライダックにも内部インピーダンスがあります（等価回路を思い出してください）。

したがって、最初の2.0Aと次の0.5Aでは、その電流のベクトルは同じ位相ではありません。
これにより、コイルの両端の電圧はその電流とコイルのインピーダンスを掛けたものですから、その端子電圧も位相が違ってきます。
この電圧（スカラー）をおそらくは電流値（スカラー）で割り算しておられると思いますので、答えも一定にはなりません。