JP2751285B2 - リアクタンス測定方法 - Google Patents

リアクタンス測定方法

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JP2751285B2 JP33443788A JP33443788A JP2751285B2 JP 2751285 B2 JP2751285 B2 JP 2751285B2 JP 33443788 A JP33443788 A JP 33443788A JP 33443788 A JP33443788 A JP 33443788A JP 2751285 B2 JP2751285 B2 JP 2751285B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はトランス,コイル,コンデンサ等のリアクタ
ンス測定方法に関するものである。
従来の技術 近年、リアクタンス測定方法は、スイッチング電源、
電気機器等の採用によるインダクタンスを有する電子部
品の大巾増加に伴い分布容量の影響を知る必要性から急
速に高精度,自動測定化されている。
以下に従来のリアクタンス測定方法について説明す
る。
第6図は従来のリアクタンス測定方法に従った場合の
インダクタンス測定方法の構成を示すものである。第6
図において、100は交流電源、101は電圧計、102は位相
角測定器、103は電流計、104は被測定物であり、この被
測定物104はインダクタンス104a、抵抗104b、容量104c
により構成されている。
以上のような構成のインダクタンス測定方法につい
て、以下その原理を説明する。
まず、交流電源100により被測定物104に周波数fなる
電圧を加え、電圧計101、電流計103により電圧値V、電
流値Iを測定し、位相角測定器102により電圧、電流間
の位相角θを測定する(以下、便宜上電圧に対する電流
の位相角θの遅れ方向を正とする)。
次にインピーダンスZを(1)式で算出する。
Z=V/I ……(1) 次に位相角θにより(2)式よりリアクタンスωLを
求める。電流の虚数成分はI×sinθなので、インピー
ダンスのリアクタンス成分ωLは ωL=Z/sinθ ……(2) ここで、fは交流電源100の周波数 ωは2π×交流電源100の周波数f Lはインダクタンス104aの値 である。
インダクタンス値Lは最終的に(3)式で求めること
ができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の従来のリアクタンス測定方法で
は容量104cの影響が配慮されておらず、下記のように周
波数fによっては大きな誤差を生じていた。
第6図における被測定物104のアドミッタンスYは
(4)式で求められる。
ここでRは抵抗104bの値 Cは容量104cの値 Lはインダクタンス104aの値であり jは虚数を表す記号で である。
アドミッタンスYより被測定物104に流れる電流Iの
中の電圧Vとの同相成分I1は(5)式で求められる。
又電圧Vと90゜の位相角をもつ成分Iは(6)式で求
められる。
従って電流計103で測定できる電流Iは(7)式で求
められる。
従ってインピーダンスZは(8)式で求められる。
又、位相角θはIとI2より(9)式で求められる。
(8)式及び(9)式よりZ/sinθを求めると(10)
式のようになる。
(2)式、(3)式の関係に従って(10)式で得られ
た値をω(=2πf)で除すれば(11)式を得る。ここ
で(11)式の値をインダクタンスの測定値L′と称する
となる。
(11)式と(3)式を比較すると (1) 本来、周波数fに対して変動しない等のインダ
クタンス値Lが周波数fに対して変動する。
(2) 従って、従来の測定法で測定されたインダクタ
ンス素子を別の回路で使用する場合、動作周波数が異な
るとインダクタンス値Lが測定時と異なった値を示し、
動作に狂いを生じる可能性がある。
(3) 測定された時の周波数で被測定物104が共振状
態にある時はI2が0になるためインダクタンス値Lを無
限大と計算し、誤った結果を与えることになる。
(4) トランス等のインダクタンス素子においては巻
線内及び巻線相互間の浮遊容量による共振が複数個存在
する場合が多く、仮に前記(3)項の課題のあることが
判明しても共振状態をさける適切な周波数fを設定する
ことが困難である。
(5) 測定する時に外来ノイズにより測定値に変動を
生じていても本来の測定値と区別する手段がない、等の
課題があった。
第7図に従来技術によるインダクタンスの測定値Lと
周波数fの測定例を示すが、最低でも真値の2倍以上の
値を示していることが判る。
以上は主としてインダクタンスを測定する時の課題に
ついて述べたが、容量性素子を測定する場合において
も、上記(1)(2)(3)(5)に相当する課題が存
在することは明瞭である。
本発明は上記の課題を解決するもので、周波数fやノ
イズ、共振による影響を受けることなくリアクタンスの
真値を推定する測定法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 これらの課題を解決するために本発明は、測定周波数
を掃引しながらインピーダンスZ及び位相角θを測定,
記録する測定工程と、前記測定工程で測定された位相角
θを所定回数前の値と比較して位相角が所定の値に近づ
きつつあるか、又は遠ざかりつつあるかを判定する第1
比較工程と、θの増減回数を計測し所定の値と比較して
測定完了を判定する第2比較工程と、前記測定工程で測
定,記録されたインピーダンスZ及び位相角θの測定値
に数値演算を施して近似値を求める演算処理工程とを備
えている。
作用 この方法により被測定物の周波数f対インピーダンス
Z及び位相角θの関係を既知としてから、測定,記録さ
れている各測定値に数値演算を施することが可能となる
ため、容易にリアクタンスの真値を推定することができ
る。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
第1図は本発明の第1の実施例におけるインダクタン
ス測定方法を示すものである。第1図において、1は初
期設定工程、2はインピーダンスZ及び位相角θを測定
し、周波数fとともに記録する測定工程、3は周波数f
を所定値fmaxと比較し等しいか大きい場合に演算処理工
程IVに動作を移す比較工程、4は測定工程2で測定され
た位相角θの値をすでに記録されている測定値と比較
し、所定回数連続して位相角θが増加していれば記録工
程11に動作を移す比較工程、5は測定工程2で得られた
位相角θの値をすでに記録されている測定値と比較し、
所定回数連続して位相角θが減少していれば掃引工程9
に動作を移す比較工程、6は表示工程11の表示内容を所
定値と比較し、異なっていれば掃引工程9に動作を移す
比較工程、7は位相角θの増減回数及び現在位相角θが
連続して減少中であることを記録する記録工程、8は位
相角θの増減回数を所定値と比較し、所定値以下であれ
ば掃引工程9に動作を移す比較工程、9は測定周波数f
を掃引する掃引工程、10は測定工程2で得られた周波数
f、インピーダンスZ、位相角θの各値に数値演算を施
してインダクタンスLの近似解を求める演算処理工程、
11は位相角θが連続して増加中である事を記録する記録
工程である。
以上のように構成されたインダクタンス測定方法につ
いて以下その動作を説明する。
まず、初期設定工程1により測定の上限周波数fmax
測定周波数f、及び各種比較工程の判定値を設定する。
測定工程2及び掃引工程9からなる測定工程Iでインピ
ーダンスZ、位相角θ,測定周波数fの測定,記録を行
った後、比較工程3で測定周波数fを所定の値fmaxと比
較し、周波数fがfmaxと等しいか又は大きい場合には測
定工程Iから演算処理工程IVへ動作を移し、測定周波数
fがfmaxより小さい場合には比較工程4,5,6及び記録工
程からなる第1比較工程IIへ動作を移す。
第1比較工程IIでは測定工程2で測定された位相角θ
を比較工程4で前回測定値の位相角と比較して位相角θ
が連続して増加中であれば位相角θが増加中であること
を記録する記録工程11を通った後、前記測定工程Iの掃
引工程9に動作を移す。又位相角θが連続して増加して
いなれば比較工程5に動作を移し、前測定値の位相角と
比較して位相角θが連続して減少していなければ、前記
測定工程Iの掃引工程9に動作を移す。
比較工程5で前測定値の位相角θと比較して位相角θ
が連続して減少中であれば、比較工程6に動作を移し、
記録工程11の表示を所定値と比較して記録工程11の表示
が位相角θの連続減少中を示す値であれば、前記測定工
程Iの掃引工程9へ動作を移す。記録工程11の表示が位
相角θの連続上昇中を示す値であれば、記録工程7,比較
工程8からなる第2比較工程IIIへ動作を移す。
第2比較工程IIIでは記録工程7で位相角θが連続し
て減少中であることを示す値を記録工程11へ表示すると
ともに、記録工程7の動作回数を記録した後、比較工程
8へ動作を移す。
比較工程8で記録工程7の動作回数を所定値と比較
し、所定の値より少なければ測定工程Iの掃引工程9へ
動作を移す。又、所定の値と等しければ演算処理工程IV
の演算処理工程10へ動作を移し演算処理工程10で測定工
程2で測定・記録された測定周波数fと、インピーダン
スZ及び位相角θに数値演算を施してインダクタンスの
近似値を求めた後、一連の動作を終了する。
第2図に本測定法による測定例を示す。第4図におい
ては演算処理として(5)式,(9)式,(11)式の関
係からインダクタンスLを求める手法を用いている。ま
ず、周波数fを0かもしくは充分低い値に設定すると
(9)式よりsinθ=0となり、位相角θが0であるこ
とが判り、(5)式の関係からRの値を知ることができ
る。徐々に周波数fを増加させていくと、まずωL≪1/
ωCなる状態になる。
この状態においては(11)式はωC≒0と近似できそ
の近似式は(11)′のように表わされる。
又、位相角θも(9)′式のように近似できる。
(11)′式及び(9)′式をLについて解くことによ
り、(12)式を得る。
L≒L′×sin2θ ……(12) (12)式に従って測定値を補正すれば良く第3図の従
来技術によるインダクタンス測定値と比較すればはるか
に真値に近い値が求まっていることが判る。第2図より
容量の影響が少なく測定値が一定になっている。例え
ば、1MHz以下の値のみを演算処理結果とすれば真値に近
い値を得ることができる。
又、上記の測定法で測定に必要な周波数fの上限値、
下限値が判定するので量産工程でインダクタンス値を測
定する場合は全周波数帯域を測定することなく短時間で
測定を完了することができる利点もある。
又容量104c値Cを求める場合も同様の考え方で行えば
真値に近い近似値を得ることができることは明瞭であ
る。
なお、第2図の測定では近似式(12)を採用している
が等価回路が不明な時はインピーダンスZの周波数fに
対する変化巾より近似値を算出してもかまわないし、そ
の測定値群に対して演算処理を行って近似値としても良
い。又共振状態になる前後のインピーダンスZの変化巾
より共振のするどさQを求めて、既に算出しているイン
ダクタンスの近似値L′から容量Cの近似値を求めても
かまわない。
又、演算処理の手段として最小自乗法及び数学的に確
立されている各種近似式を用いてもかまわない。又外来
ノイズ等による誤差作がないことが明瞭な場合には比較
工程4,5を省略してもよい。
第3図は変成器の等価回路図の例で、20は浮遊インダ
クタンス1、21は浮遊インダクタンス2、22は励磁イン
ダクタンス、23は浮遊容量、24は巻線抵抗1、25は巻線
抵抗2、26a,26bは入力端子、27a,27bは出力端子であ
る。
通常励磁インダクタンス22を測定する場合は出力端子
27a,27bを開放して測定し、又、浮遊容量23を測定する
場合は出力端子27a,27bを短絡して測定する。この場合
の等価回路図は第4図のように表わされる。
第4図よりこの場合においては共振は複数個存在する
ことが判る。このような測定例でも本発明によれば適切
な値を求めることができることは明瞭である。
第7図はこのようにして測定された変成器を電源装置
に使用した例である。30は電源、31はスイッチング素
子、32は容量、33は抵抗、34は変成器、35は負荷、36は
制御回路であり、容量32、抵抗33でスナバー回路37を構
成している。動作については省略する。
変成器34は本発明による測定法で測定されており、浮
遊インダクタンス20,21は真値に近い値が測定されてい
るため、浮遊インダクタンス20,21に基づく損失も正確
に予測,規制できる。このため損失を吸収するスナバー
回路37の許容損失も適切な値とすることができ、損失の
変動が不明なため必要な許容損失に余裕を見込むことは
必要なくなる。
このため電源装置を小型・軽量・高効率・安価・高信
頼性とすることができる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、周波数fを掃引してい
るため、 (1) 位相角と周波数fの関係を知ることができるた
め、被測定物の共振による影響を除外とすることがで
き、誤った測定結果を与えることがない。
(2) 周波数とリアクタンス成分の変化の関係を知る
ことができるため複雑な演算をしなくても、最小自乗法
等簡単な演算で近似値を得ることができる。
又、位相角θの増減変化を記録工程7で記録している
ため、 (3) 測定周波数帯域に複数個の共振が存在していて
も確実に共振の影響を受けていない周波数帯域での測定
値のみを使用できるためリアクタンスの値を容易に求め
ることができる。
又、比較工程で連続して変化した場合のみを検出して
いるため、 (4) 測定時にノイズ等による誤作動を発生したとし
ても自動的に修正される自己修正機能を有している。
又、測定完了後に演算処理を施しているため、 (5) インダクタンスLや容量Cの影響を無視できる
測定周波数でのインピーダンスZの値を抵抗Rとしてか
ら、その他の測定周波数帯域の各測定値に演算処理を施
することができるため(9)式及び(11)式で表わされ
る関係式から高精度にリアクタンスの値を求めることが
でき、(2)の利点と併用すればより高精度な値を得る
ことができる。
(6) 同じ構造の素子を多数個測定する時には最初の
測定で測定に必要な周波数fの上,下限値を知ることが
できるため、2回目以降の測定は、その範囲のみを測定
することで短時間に測定を完了できる。
(7) 従来正確な測定が困難であった変成器の浮遊イ
ンダクタンスを高精度に測定できる。
(8) 本発明による測定法で浮遊インダクタンスを測
定された変成器を使用することで電源装置を高効率・小
型・軽量・安価・高信頼度とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のリアクタンス測定方法の一実施例にお
ける測定手順を示す工程図、第2図は本発明の測定法に
よる測定特性図、第3図は変成器の等価回路図、第4図
は変成器の浮遊インダクタンスを測定する時の等価回路
図、第5図は変成器を使用した電源の簡単な構成図、第
6図は従来技術による測定回路図、第7図は従来技術に
よる測定値特性図である。 1……初期設定工程、2……測定工程、3……比較工
程、4……比較工程、5……比較工程、6……比較工
程、7……記録工程、8……比較工程、9……掃引工
程、10……演算処理工程、11……記録工程、20……浮遊
インダクタンス1、21……浮遊インダクタンス2、22…
…励磁インダクタンス、23……浮遊容量、24……巻線抵
抗1、25……巻線抵抗2、26a,26b……入力端子、27a,2
7b……出力端子、30……電源、31……スイッチング素
子、32……容量、33……抵抗、34……変成器、35……負
荷、36……制御回路、37……スナバー回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定周波数を掃引しながらインピーダンス
    及び位相角を測定,記録する測定工程と、前記測定工程
    で測定された位相角を所定回数前の値と比較して位相角
    が所定の値に近づきつつあるか、又は遠ざかりつつある
    かを判定する第1比較工程と、位相角の増減回数を計測
    し所定の値と比較して測定完了を判定する第2比較工程
    と、前記測定工程で測定,記録したインピーダンス及び
    位相角の測定値に数値演算を施して近似値を求める演算
    処理工程とを備えたリアクタンス測定方法。
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