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ヒステリシスループの残留磁気、保持力というものがあります。
変圧器の磁心材料には、両者が小さいものが適しており、残留磁気が大きく保持力が小さいものは電磁石、残留磁気が大きく保持力も大きいものは永久磁石に適しています。その理由は何でしょうか?

A 回答 (1件)

ヒステリシスループによって囲まれた面積は単位体積当たりのエネルギーの次元になっており、この分のエネルギーが1つのループを描くごとに熱エネルギーとなって消費されます。

したがって、常時ループを描いている変圧器はこのエネルギーが大きいと著しい発熱に繋がるため、絶対に避ける必要があります。
 電磁石で大きい力を発揮したいときは、力を働かせることはエネルギー消費と同義なので残留磁気、保持力ともに大きい、ヒステリシス面積の大きい材料を持ちます。ただし発熱も大きいですので放熱機構が必要になったり、連続使用時間を制限したりする必要があります。
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この回答へのお礼

何となく解かりました。有難うございました。

お礼日時:2009/06/04 21:22

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Qヒステリシス効果の表れる原因

 ヒステリシス効果について勉強しています。
 ヒステリシス効果の現れる原因についていろいろ調べると、「ループ利得が1より大きいから。またループ利得が1より大きいほどヒステリシス効果の値は大きい」とありました。
 しかしよく考えると、フィードバック(ループのことでしょうか?)をかけるだけで立ち上がりと立ち下がりの電圧に相違が生じるというのは少々疑問に思います。
 いったいなぜループを組むだけでヒステリシス効果が表れるのでしょうか?(それともヒステリシス効果にループは関係ないのでしょうか?)
 よろしくお願いします。

Aベストアンサー

A3です。
ご自分で問題点をもっと絞り込んでほしいと思い、補足要求を入れたのですが、今迄ご返事が
ないところをみると、お腹立ちになってしまわれたのでしょうか?(-_-;)

ご回答を入れます。
(ご返事がないので、肝心の箇所はわたしの「推測」によります。あしからず・・・))

「ループ利得が1より大きい」は「発振条件」です。
シュミットを形成するのに、「発振」は要件のひとつですが、すべてではありません。
(そういう意味では「ヒステリシスに関係ない」と言ってよいかとも思います)

発振回路→+(比較電圧の設定)→コンパレータ回路→+(動作点の移動)→シュミット回路

電源電圧5Vで動作する差動増幅回路を想定します。(0-5V)
入力マイナス側(反転側)に2.5Vをかけておきます。
この状態でプラス側(非反転側)の入力を徐々に上げて行きます。
2.5Vを僅かに上回った瞬間に出力は一気に増大し、上限まで振り切ります。(発振)
入力を徐々に下げていったとき、僅かでも2.5Vを切れば、一気に0Vに突入します。
「コンパレータ」の完成です。(この時点では未だヒステリシスはありません)

閉ループ利得の大きさは、(アンプ自身の速度と相まって)応答速度に関係するでしょう。
しかし、「1以上」であれば、遅かれ早かれコンパレータ動作をすることに違いはありません。

次にフィードバックループに10kΩ、信号源と入力の間に1kΩを入れた回路を考えます。
この場合入力を上げて行ったときは、2.75Vを越えた時点で出力は飽和します。(5V)
逆に下げてきたときは、2.25Vで出力は0Vになります。
(ヒステリシスができました。「シュミット回路」の完成です)

フィードバックループに10kΩ、入力の前に10kΩを入れた回路では、入力が5Vを越えた時点で、
出力は飽和します。
下げてきたときは、0V以下になったところで0Vになります。
上の場合はヒステリシスが0.5Vです。下の場合は5Vです。

このようにヒステリシスの深さは「外部要因」で決まります。
(勿論、この定数の中には、アンプの出力インピーダンス、信号源の出力インピーダンスを
含めて考えなければなりませんが・・・)

以上、ご質問にある「ヒステリシス効果の値は大きい」は、「ヒステリシスの深さ
(差電圧の大きさ)」と勝手に解釈してご説明しました。
シュミット回路にはこの他に応答速度の問題もあります。
わたしの解釈が違っておりましたら、ご遠慮なく補足欄へ書き込みなさってください。

蛇足ですが・・・
「入力電圧に出力電圧が加算されて・・・」は、発振(正帰還)の説明です。
ヒステリシス動作の説明とは無関係です。
もっと問題の本質を見つめる必要があるかと思います。

A3です。
ご自分で問題点をもっと絞り込んでほしいと思い、補足要求を入れたのですが、今迄ご返事が
ないところをみると、お腹立ちになってしまわれたのでしょうか?(-_-;)

ご回答を入れます。
(ご返事がないので、肝心の箇所はわたしの「推測」によります。あしからず・・・))

「ループ利得が1より大きい」は「発振条件」です。
シュミットを形成するのに、「発振」は要件のひとつですが、すべてではありません。
(そういう意味では「ヒステリシスに関係ない」と言ってよいかとも思います)

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Q磁気飽和のときの透磁率と,これらの定義について

磁束密度B
磁界の強さH
透磁率μ
としたときに,
B=μH
となり,
μは,B-H曲線の傾きであると教科書で勉強しました。
とすると,磁気飽和して,Hを強くしてもBが増えないとすると,飽和状態ではB-H曲線が水平になるため,
μ=0
となる考えたのですが,これは間違いなのでしょうか?

たとえば,鉄の磁気飽和は,H=1000[A/m]付近で,
そのとき,B=1.5[T],μ=5000と書いてあるものを
見たのですが,μが5000あるならば,Hを増やせば
Bが増えそうな気がするのですが・・・。

飽和という現象の捉え方が間違っているのか,
それともμの定義の捉え方が間違っているのか,
教えていただけませんでしょうか。

Aベストアンサー

回答3の者です。
まず、飽和の確認にはB-H曲線より、M-H曲線の方が容易だと思います。
私たちのよく使う測定装置は、このM-H曲線の形でデータ出力するのが普通なのですが、もし質問者がB-Hでしかデータを得られないのでしたら、Bの値からμ0Hの値を引いてM-H形式に変換出来ます。
次に、高磁場でμ0より少し大きい値でBが増加するのは、磁化mが飽和後の高磁場でも少し増加を続けるからです。
この高磁場磁化率の原因は、熱揺らぎの抑制、結晶異方性の抑制、磁気モーメントそのものの磁場増強などいくつかの可能性が有ります。
我々の場合には、このM-H曲線からこのような磁場効果を取り除いた、磁性物質がゼロ磁場状態で本来持っている磁化の値(自発磁化)を求めるために、「飽和漸近則」という磁場による多項式フィットや、あるいはもっと簡便に高磁場でM-H曲線が直線的になった部分に直線フィットして、ゼロ磁場へ外挿した値を自発磁化としています。
質問者は飽和磁場を求めたいようなので、このM-H曲線で高磁場側から引いた直線から、M-H曲線がはずれていく磁場の値を、飽和磁場とすれば良いと思います。

回答3の者です。
まず、飽和の確認にはB-H曲線より、M-H曲線の方が容易だと思います。
私たちのよく使う測定装置は、このM-H曲線の形でデータ出力するのが普通なのですが、もし質問者がB-Hでしかデータを得られないのでしたら、Bの値からμ0Hの値を引いてM-H形式に変換出来ます。
次に、高磁場でμ0より少し大きい値でBが増加するのは、磁化mが飽和後の高磁場でも少し増加を続けるからです。
この高磁場磁化率の原因は、熱揺らぎの抑制、結晶異方性の抑制、磁気モーメントそのものの磁場増強などいくつかの可能...続きを読む

Qヒステリシス曲線について

ヒステリシス曲線の面積が鉄損(損失)に値すると聞いたのですがこれはどういった理由からきているのでしょうか?

Aベストアンサー

#1に間違いが有るので訂正(BとHが逆でした)


・磁界を微小分dH変化させたときに磁性材料に出入りするエネルギーはBdHになります。で、ある磁界から別の磁界まで変化させたときのエネルギーの出入りは∫BdHで計算できます。


・磁界を微小分dH変化させたときに磁性材料に出入りするエネルギーはHdBになります。で、ある磁界から別の磁界まで変化させたときのエネルギーの出入りは∫HdBで計算できます。

補足
∫HdBはBH曲線(縦軸が磁束B,横軸が磁界強度Hのグラフ)で曲線の2点(積分の開始点A,終了点B)から縦軸に垂線をおろし(縦軸と垂線との交点をa,b)たときに aABbで囲まれる面積になります。
磁界を強めるときの(下側の)曲線でできる図形(縦軸と曲線の間の図形)と弱めるとき(上側の)曲線でできる図形の差は、ちょうどヒステリシスの部分になっています。

Q共振回路の応用例

共振回路はどのようなことに応用されていますか?

携帯電話やラジオに使われていると聞くことはありますが、どのように応用されているか教えてください。


携帯やラジオ以外でも使われているもの、どのようにおうようされているか 教えてください。

Aベストアンサー

ラジオ等に使われる共振回路はインダクタンス(L)を持つコイルと、静電容量(C)を持つコンデンサで構成される回路で、きっかけの電力が与えられるとLとCの値に応じた周期で振動する電力を保つ回路です。

その周期(秒)はLとCの値によって決まります。
周期=2×π×√(L×C)で表されます。

またこれを1秒間の振動数(ヘルツ)であらわすと
周波数(f)=1/(2×π×√(L×C))となります。(中学校の時、無線の試験のため、この公式を覚えました)

以下は小学生の頃、工作で作りました。ゲルマラジオの回路です。バリコン(可変コンデンサ)とコイルでLC共振回路が入っています。
http://www.k5.dion.ne.jp/~radio77/guide/kouzou.htm


分かり易い応用例としては、以下のようなものがあります。
ビデオレンタル店等の万引き防止タグは、薄いシートにLC共振回路が描かれたものが商品に張り付けてあります。
店の出口のゲートでは、この回路に共振する周波数の電波が放出されていて、この共振回路の共振を検出すると警報音がなる仕組みになっています。

自動車のスマートキー(鍵をささずに、スマートキーを持っているだけでエンジンを掛けることが出来る)も、キー内部にLC共振回路が内蔵されています。自動車からある周波数の電波が発せられていて、キー内部のLC共振回路が「発電」します。
キーは発電した電力を使って、コード(暗号)を自動車に向けて電波で送ります。暗号が正しければ、車はエンジンをかけることを許可します。(持ち歩くキー自体は必ずしも電池は必要でないところがポイントです)

実際の応用例は、無線機など電波を使う機器だけでなく、普通のオーディオ機器にも有線電話にも、テレビにもあらゆるところで使われていますので、興味があれば勉強してみてください。

ラジオ等に使われる共振回路はインダクタンス(L)を持つコイルと、静電容量(C)を持つコンデンサで構成される回路で、きっかけの電力が与えられるとLとCの値に応じた周期で振動する電力を保つ回路です。

その周期(秒)はLとCの値によって決まります。
周期=2×π×√(L×C)で表されます。

またこれを1秒間の振動数(ヘルツ)であらわすと
周波数(f)=1/(2×π×√(L×C))となります。(中学校の時、無線の試験のため、この公式を覚えました)

以下は小学生の頃、工作で作りました。ゲルマラジオの回路で...続きを読む

Q計算値と理論値の誤差について

交流回路の実験をする前に、ある回路のインピーダンスZ(理論値)を計算で求めたあと、実験をしたあとの測定値を利用して、同じ所のインピーダンスZ(計算値)を求めると理論値と計算値の間で誤差が生じました。
そこでふと思ったのですが、なぜ理論値と計算値の間で誤差が生じるのでしょうか?また、その誤差を無くすことはできるのでしょうか? できるのなら、その方法を教えてください。
あと、その誤差が原因で何か困る事はあるのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

LCRのカタログ値に内部損失や許容誤差がありますが、この誤差は
1.Rの抵抗値は±5%、±10%、±20% があり、高精度は±1%、±2%もあります。
2.Cの容量誤差は±20% 、+50%・ー20% などがあり
3.Lもインダクタンス誤差は±20%で、
3.C・Rは理想的なC・Rでは無く、CにL分、Lに抵抗分の損失に繋がる成分があります。
これらの損失に繋がる成分は、試験周波数が高くなると、周波数依存で増大します。
また、周囲温度やLCRの素子自身で発生する自己発熱で特性が変化します。
測定器や測定系にも誤差が発生する要因もあります。
理論値に対する測定値が±5%程度発生するのは常で、実際に問題にならないように、
LCRの配分を工夫すると誤差やバラツキを少なく出来ます。
 

Q共振回路とQ値について

電気回路を勉強していて躓きました。

共振回路ではω=1/√LCのときにコイルとキャパシタのインピーダンスが逆向きで大きさが等しくなるため、電源側から見るとアドミタンスが0で抵抗のみがつながっているように見え、流れる電流が極値をとるということはわかったのですが、

並列共振回路においてコイルにのみ損失がある場合、

--L--r--
---C---

・共振周波数ω=1/√LC
・回路のアドミタンスが0
・電流が極値をとる

の3つの条件を同時に満たせなくなってしまうために、共振の条件として何を採用したらよいかがわかりません。
損失rが小さいためどれを採用しても実際の値では大きな差は出ないと思うのですが、素子の定数r,C,Lが具体的な数値でなく文字で与えられた場合はどれをもとに解いていけばよいでしょうか。

Q値に関しても同様で、
・電源から流れ込む電流とコイルに流れる電流の比(並列共振)
・電源から流れ込む電流とキャパシタに流れる電流の比(並列共振)
・Q=1/ωCr
・Q=ωL/r
上のようにコイルにのみ損失がある場合、これらのどれを採用したらよいか上と同じような疑問があります。

また、上の回路において損失が電源の周波数に依存する場合について、これらの条件は変わりますか?
(例えば添付画像のように損失が(ωM)^2/Rで表わされる場合)

質問が多くなってしまってすいません。
よろしくお願いします。

電気回路を勉強していて躓きました。

共振回路ではω=1/√LCのときにコイルとキャパシタのインピーダンスが逆向きで大きさが等しくなるため、電源側から見るとアドミタンスが0で抵抗のみがつながっているように見え、流れる電流が極値をとるということはわかったのですが、

並列共振回路においてコイルにのみ損失がある場合、

--L--r--
---C---

・共振周波数ω=1/√LC
・回路のアドミタンスが0
・電流が極値をとる

の3つの条件を同時に満たせなくなってしまうために、共振の条件として何を採用したらよいかがわ...続きを読む

Aベストアンサー

共振周波数は インピーダンス又は アドミッタンスの虚数成分が
0になる周波数を使います。

Im{z(ω)}=0 又は Im{y(ω)}=0

Qに関してはいろいろな定義や求め方がありますが、
Q = | (d log(z(ω0)) / dω0) x ω0 / 2 | というのが便利です。
#ω0は共振周波数。

例えば直列共振なら

z = r + jωL - 1/(jωC)

ω0 = 1/√(LC)

Q = | (jL + 1/(jω0^2・C))/{r + jω0L - 1/(jω0C)} x ω0 / 2 |
= ω0・L/r

並列でコイルに直列に抵抗が入る場合

z(ω)=(r+jωL)/(1-ω^2・LC + jωcr)
=(r + jωL(1-ω^2・LC)-jωCr)/{(1-ω^2・LC)^2 +ω^2C^2}

共振周波数 w0^2 = 1/(LC) - r^2/L^2 (r=0の共振周波数より低くなる)

d(log z)/dω は根性で計算してまとめると 2ω0L^2/{r(r+jω0L)} (ω=ω0 の場合)
#w0^2 = 1/(LC) - r^2/L^2 も利用してます。

Q = ω0^2・L^2/{r√(L/C)}
#w0^2 = 1/(LC) - r^2/L^2 も利用してます。

計算ミスがあったら申し訳ないです。

共振周波数は インピーダンス又は アドミッタンスの虚数成分が
0になる周波数を使います。

Im{z(ω)}=0 又は Im{y(ω)}=0

Qに関してはいろいろな定義や求め方がありますが、
Q = | (d log(z(ω0)) / dω0) x ω0 / 2 | というのが便利です。
#ω0は共振周波数。

例えば直列共振なら

z = r + jωL - 1/(jωC)

ω0 = 1/√(LC)

Q = | (jL + 1/(jω0^2・C))/{r + jω0L - 1/(jω0C)} x ω0 / 2 |
= ω0・L/r

並列でコイルに直列に抵抗が入る場合

z(ω)=(r+jωL)/(1-ω^2・LC + jωcr)
=(r + jωL(1-ω^2・LC)-jωCr)/{(1-ω^2・LC)^...続きを読む

Q磁気を遮断するもの

10mmくらいの間隔を置いて磁石が固定されており、お互いに引っ張りあっているものの間に、何かの物質により磁力を遮断することは可能でしょうか。
その磁力を遮断する物質は何でしょうか。教えて下さい。

Aベストアンサー

磁石の磁極は2種類(N極とS極)あり異種の磁極が引き合い、同種の磁極は反発しあいます。
また、一個の磁石は、必ずこの両極を持っています。

いま2個の磁石があり互いに引き合っているのですから、一つの磁石のN極と、もう一つの磁石のS極が引き合っていると思います。

一般に磁気を遮蔽するには、No.1,3の方の回答にありますように普通は透磁率の高い(磁石で付きやすい)金属を使うのですが、これは磁石が1個のときに、その磁石のN極の磁気とS極の磁気とを通りやすい物質でつないで、外に出ないように封じ込めます。
ところが、今回は磁石が2個なので、引き合っている間に透磁率の高い物質を入れると、それぞれの磁気がこの磁石で付きやすい物質を引きますので、遮断できないと思います。

>お互いの磁力が作用しなくなりそれぞれの糸がたるみ、磁石が落ちる。といった構造にしたいのですが。
このような作用をさせたいとすると、遮蔽する考えでなくて反発させるのが良いと思います。
つまり、シート状で両面が極になっている磁石を使用します。
2個の磁石の間にN極にはN極が、S極にはS極が向くように入れます。
これで、2個の磁石は、同極に相対しますから反発されるので落ちると思います。

もし馬蹄形の磁石でしたら、少し複雑になりますが、このシート状の磁石を2枚使って、それぞれの足で逆な極性にすることになりますね。

磁石の磁極は2種類(N極とS極)あり異種の磁極が引き合い、同種の磁極は反発しあいます。
また、一個の磁石は、必ずこの両極を持っています。

いま2個の磁石があり互いに引き合っているのですから、一つの磁石のN極と、もう一つの磁石のS極が引き合っていると思います。

一般に磁気を遮蔽するには、No.1,3の方の回答にありますように普通は透磁率の高い(磁石で付きやすい)金属を使うのですが、これは磁石が1個のときに、その磁石のN極の磁気とS極の磁気とを通りやすい物質でつないで、外に出な...続きを読む

Q地方上級公務員の電気職の仕事内容について

地方上級公務員(市役所)の電気職に興味があるのですが、
募集要項などを見ても簡単にしか書いておらず、
具体的にどのような業務を行うかがよくわかりません。

一般的な市役所の電気職はどのような業務を行うのでしょうか。
また、大学では主に電気工学を学んでいるのですが、
それを具体的にどのような業務で活かせるのでしょうか。

現職の方、もしくはご存知のいましたら、
回答の程、宜しくお願いたします。

Aベストアンサー

忘れてた。
その市が特定行政庁(限定でなく特庁)であれば、建築指導担当部局への配置もあります。
電気だけでなく機械設備一式の担当です。
主な仕事は、昇降機の確認申請のチェック、昇降機含む設備の定期報告の対応あたり。
やはり設備全般をまかせられます。
建築だと専任ですが、電気技師では審査と指導の二股ですね。
電気だけしか知らない、では通らないので、研修で設備全般の知識を叩き込まれます。
設備一級建築士と対等に渡り合えなければなりません。
全般的には民間よりハードです。
公務員は給与も下がりぎみ、福利厚生もダウンが確実。
今時は人事考課で良好な勤務成績だと昇給が早いですが、給与の原資は変わらないので限られたパイを職員で奪い合う形です。
どんなに仕事をこなしても報われることはありません。
昇格したいなら、仕事ができるより人望を持たれること。
「アイツに頼むと上手くいく。」
と思わせる。
自分は無能でも、部下がこなした実績を横取りすればいいだけ。
この辺も民間より顕著ですね。
懲戒処分を受けない限り失職はありませんが、公務員なら楽で安定を期待すると、1000%裏切られます。
国や県と違って市役所はジモティの集団だから、民間よりもイジメやパワハラは横行しているし。

ネガ情報は余計でしたね。
熟慮を。

忘れてた。
その市が特定行政庁(限定でなく特庁)であれば、建築指導担当部局への配置もあります。
電気だけでなく機械設備一式の担当です。
主な仕事は、昇降機の確認申請のチェック、昇降機含む設備の定期報告の対応あたり。
やはり設備全般をまかせられます。
建築だと専任ですが、電気技師では審査と指導の二股ですね。
電気だけしか知らない、では通らないので、研修で設備全般の知識を叩き込まれます。
設備一級建築士と対等に渡り合えなければなりません。
全般的には民間よりハードです。
公務員...続きを読む

Qコイルの中の鉄心て.....

昨日、中学生の教科書を読んでいて疑問に思ったことがありました。
何で、コイルの中に鉄心を入れると磁界が強くなるのですか。
教えてください。

Aベストアンサー

その辺を勉強してる学生です。

コイルをぐるぐる巻いた中心に鉄心を入れたものと入れてないものを比べてみましょう。

まず、鉄心無しのものは、コイルの中心は空気ですね。
対して、鉄心が有るときは鉄心がコイルの中心にあります。

違いはここです。
磁界を考えるとき、透磁率という値が影響してきます。
空気と鉄心では透磁率がちがってきて、その違いが磁力に差を生じさせます。

磁界の強さは、磁力線の数で考えられます。
鉄心はコイルに流れる電流により発生した磁力線を集めるように働きます。
そのため磁力線の密度が増し、磁力が強くなるわけです。

鉄心に限らず、透磁率が空気より高いものであれば磁力を強めることができます。
ただ、コイルの中の磁界はどこでも同じなので、中心の方が磁力が強いということはありません。

Q銅損試験と鉄損試験

変圧器で、無負荷試験を銅損試験、短絡試験を鉄損試験とも言うのは何故なんでしょうか?いくら調べてもわかりません。もしよろしければ教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

まず、質問内容が間違ってますよ。

<無負荷試験>
2次側を解放(無負荷)なら、理論上は1次側の消費電力もゼロです。しかし、鉄心に電流が流れて(渦電流という)電力を消費します。無負荷でも鉄心で損失する。→無負荷=鉄損

<短絡(全負荷)試験>
2次側を短絡すると理論上1次側も短絡状態になるはずです。しかし、銅線には抵抗分があり短絡にならず、これによって損失が発生します。短絡なら変圧器では損失=熱が発生しません。短絡しても銅線で損失する。→短絡=銅損

こんなもんでわかってもらえたでしょうか?


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