月別アーカイブ: 2015年12月

静止電力変換回路の基礎

新潟県立新津工業高等学校の電気科で16年間(昭和39年4月1日~昭和55年3月31日)、子供達に電気関係の教科を教えて来た。電子工学から始まって、電気機器、発変電および送配電と主に電力関係を受け持った。それらの教科指導に当たって、具体的に理解するには、生徒の実習・実験が重要である。その為の準備を通して実際に回路・設備を作り、勉強した。その内容を、『新潟県工業教育紀要』に投稿して発表した。それらの内容は手元になかったので具体的には確認できなかった。この度、新潟県立図書館にある事を知り、複写で手に入れた。なかなか良く出来ていると、自己満足した。それらの内容の一端を示しておこう。
第3号:分布定数線路実習に関する一考察(p.122~127)
第7号(昭和45年度):静止電力変換回路の基礎(1)~第16号(昭和54年度):同(6)である。その中の電力変換回路の基礎の一部を参考に示す。
第7号:電力用半導体整流回路

電力用整流回路単相半波整流 電気回路における回路要素、特にリアクトルの特性を理解するにはとても良い教材である。エネルギー感覚を会得するに良い。正弦波では、その回路要素の機能を知るには物足りない筈だ。

直流偏磁現象直流偏磁現象 電気回路には変圧器が繋がっている。その変圧器を含む回路では、時に複雑な動作波形が観測される。その中に、鉄心の磁気特性との関係で、直流偏磁現象が起こる。その波形が複雑であるので、その特殊な例として三相半波整流回路を組み、その偏磁現象の解析を波形で示した。ここで取上げた電力用整流回路は電気回路を学習するにはとても良い教材であるから、基礎実験として誰もが経験すべき回路であると思う。当時時代の先端である整流回路の基礎を実際に電気科の生徒実習に取り入れていた。今では実際の日常生活でも、インバータ何々と言う様に半導体制御が当たり前になっている。時代は正弦波では役に立たない学習内容である。現在に至るも当時から電気理論で、磁束が電流によって発生すると言う極めておかしな基本解釈を教育現場で採られている事に大きな問題である事を知るべきである。コイルに掛かる電圧の時間積分で磁束は生じる事を認識すべきである。その事の意味を次の記事が示している。
第8号:トランジスタインバータと単相誘導電動機の速度制御

トランジスタインバータロイヤーのトランジスタインバータ この回路(本当のロイヤーの回路とは同じくはないが、鉄心の飽和特性を利用した電圧ー周波数変換原理でそう呼んでいた)はNASAの宇宙関連技術の一つの成果として開発された回路と聞いた。トランジスタ2個でトランスとの単純な回路構成で、印加電圧を変えると周波数が比例して変化する自走発振回路である。この回路の意味を知って、パワーエレクトロニクスの魅力の虜になった。変圧器の鉄心磁束が印加電圧(直流電圧)の時間積分で決まる事を示す象徴的な回路である。洗濯機用コンデンサモータがあったので、その周波数による速度制御特性を調べた実験記事である。この研究は財団法人 産業教育振興中央会の補助を受けたものであった。
第9号:サイリスタによる電動機速度制御

サイリスタ電動機制御サイリスタ回路構成 サイリスタ6個で幾つかの回路構成に適用できるように工夫した。

サイリスタ電動機制御ー2-ゲート回路 実験するには、その制御回路の制作が主になる。しかも全部自己開発である。今見てもその意味が理解できない程忘れ去ってしまった。特にこのゲート回路で、制御用三相変圧器の制作は良く出来たと。この実験が1年間で完成したのは感心だ。思い出した。この制御回路をどのように作ったかを考えたら、思い出した。大切な本があった。神田の古本屋で購入した、Transistor Circuit Design  TEXAS INSTRUMENTS,INC International Student Edition McGRAW-HILL KOGAKUSHA が手元に残っていた。この書籍によって、トランジスタ回路を学習したのだ。
第11号:サイリスタインバータによる単相電動機の速度制御

サイリスタインバータサイリスタ単相インバータ トランジスタインバータと違って、サイリスタはoffする為には逆バイアス電圧を掛けなければならない。

サイリスタインバーター2-ゲート回路と実験波形 主回路はインパルス転流並列インバータで、開発者の名をとってマクマレー・ベットフォードインバータとも呼ばれる。動作も少し複雑な為、記事のp.44には動作波形も詳しく説明してある。ゲート回路(マルチバイブレータとフリップフロップの組み合わせ)をどのように設計したか覚えていない。
第12号:サイリスタチョッパ

サイリスタチョッパ回路と波形 スイッチのオン、オフで負荷の直流電圧の平均値を制御する方式。スイッチをサイリスタ2個で構成した回路である。

サイリスタチョッパ‐2-ゲート回路と波形 主回路は極めて単純であるのに、ゲート回路はなかなか工夫した回路である。我ながらこんな回路を組んでいたかと驚いた。電圧は15V位か。
第16号:三相サイリスタインバータによるかご型誘導電動機の可逆加減速駆動

三相サイリスタインバータ主回路とゲート論理回路 この論理回路を組んだ事はかすかに記憶にある。IC回路を組んだのは初めての事だ。しかし間違いなく正確に回路制御、電動機の可逆加減速運転が出来た。

三相サイリスタインバータ‐2‐回路素子定格等

三相サイリスタインバータ‐3‐電動機運転特性 運転特性で、プラッキングによる逆転時間に7秒ほどかかった事が最後の電磁オッシログラフに示されている。この装置だけは使うかとの思いで持ち込み、長岡技術科学大学のパワー研の実験室の棚の上の奥に置いた事を思い出した。

この最後の標題だけは氏名が金沢でなく、金澤となっていた。時には毎年回路を組んで発表したので、お正月は原稿書きで徹夜が多かった。研究と言うより、変圧器造りや回路組立てで、ペンチ、ボール盤、鋸、金槌と半田付けの手作業が殆どであったように思う。そんな中での回路解析を通して、パワーとか「エネルギー」および電流波形解析から感覚的なものが身に付いたようで、それが現在の『電荷』否定や『電流は流れず』に繋がったと思う。

柱状節理とは何か

(2020/10/05)追記。pc壁絵に、北アイルランド、キャッスルロックが載った。ジャイアンツ・コーズウェイ、それは正しく柱状節理の島と山である。

ここに記す記事は所謂学説に疑問を持っての反論でもある。その基になる記事がある。石の囁き聞こえますか に記した偶然の発見から巨木の化石論に傾倒し、その観点からの観察を繰り返した、その積み重ねがあった。(2018/10/28)追記。奥穂高の山岳は柱状節理ではないか。富士の霊峰を仰ぐ にジャンダルムの壁として引用した。

何も分からず、何にでも疑問を抱く。これは電気現象に懐いた矛盾を研究の場で生かす道が無いため、頭が暇だからなのかもしれない。狭い日本の海岸線などに、多くの柱状節理の場所がある。世界中にその姿を見る事が出来る。学説では、地球のマグマが冷やされて出来たとなっている。その学説を信じるだけの理由が見当たらない。それを信じるには心が受け付けない。余りにも学説が専門業界論に終わり、説得するだけの論理性が見えない。地球の来し方全てに視点を配り、全体像で捉えなければ柱状節理一つの解釈も出来ない筈だ。今回柱状節理についてまた書こうと思った訳は、大分県の耶馬渓から、兵庫県豊岡市の玄武洞・青龍洞、香川県の絹島、北海道の層雲峡・天人峡温泉など多くの柱状節理の姿を見てどうしてもマグマが冷やされたなどと言う学説は信じられない思いからである。特に次の東尋坊の材木岩(グミ島)を見れば、巨木の化石としか考えられない。地球の歴史を考えるには、「水」、「塩」さらに『海』また「植物」その『アミノ酸』がどのように生まれて来たかまで捉えなければ成らない訳であり、それは無理であろう。巨木の化石についても、石炭、その成分の硫黄分が何故多いかなど疑問の山の中での話だから、何も論理の証拠はない。冒頭の庭石の姿(石の囁き・・)からの繋がりでしかないが。

福井市自然史博ー第66回特別展柱状節理の野外博物館 福井県の東尋坊岬は有名な柱状節理の断崖・海岸線である。その中で、越前松島の材木岩(グミ島)とも言われる特徴的な島がある。 『ひとり旅[587]地質上極めて貴重な美しい柱状節理>福井県坂井市 恐竜の化石ともつながり、その柱状節理に圧倒される。(2018/10/28)追記。上の材木岩(グミ島)をはじめ福井県は柱状節理の天然記念物の特別の地域である。学説は巨木説は採っていないようだ。それを確かめるには海底のどこまでその柱状節理で構成されているかも一つの検証になるかと考える。巨木ならその根の張り具合も海底の地底深くまで繋がっている筈だ。掘削による困難を伴う検証には成るだろうが。

『電子』とは何者か

自然科学論の最大の謎は電子像である。電子とは何者か電子像? この図は電流計は何を測るか『電荷』という虚像などにも使った。科学論は厳密な論理だと言うが、これ程不明確な概念が基礎概念として論理的な論拠となっている事は不思議の極みである。電子にはさらに「質量」も含まれているが、その空間的電荷との関係はさらに不可解である。電子スピンとは?-その空間像ー などにも電子の不思議を述べた。『参照基準』と言う言葉がある。この電子像への疑問を解き明かさなければ、とても自分には科学論全体にわたり、『参照基準』への理解が進まない。

電気回路の時定数

今磁気現象をまとめようと、砂鉄や鉄心の物理的解釈を試みている。電気磁気学の解析論ではなかなか満足した感覚を得られない。そんな電気回路の解析にとても良い例題に思えたのが『クランプメーター』である。その解釈で、『時定数(トキテイスウ)』で整理するのが便利かと思った。不図『時定数』の次元解析を皆さんはどのようにしているかと検索してみた。やはり質問にCR,L/Rが何故時間の次元になるかと疑問が提示されていた。確かに、現在の電磁気量の単位からでは分かり難いのは当然である。ΩやV、Aからでは、それらの単位さえ曖昧な物理概念であるから無理もない。
T=CR[F(H/F)^1/2^=(HF)^1/2^=s]、
T=L/R[H/(H/F)^1/2^=(HF)^1/2^=s]のように、
抵抗の単位(次元)が[Ω=(H/F)^1/2^]であることを理解しなければ、分かり難いのである。それは国際度量単位MKSAの取引用単位では、物理的本質は理解できない筈だ。クランプメーターの回路解析の為に参考にしたい。

1998年初めて日本物理学会で発表したのが「物理的概念とその次元」日本物理学会講演概要集第53巻第1号第1分冊p.13.(1998.4.2)である。それは物理的概念の根本から見直さなければならないと言う意味で、最も基本的な全ての論理展開の論拠として、エネルギーの認識が基本であると言うことを訴えたくて発表した。エネルギー[J(ジュール)]とJHFM単位系に次元について記してある。

ただ、JHFMの単位系は科学技術概念を問い直してもう一歩自然現象への踏み込みをしないと馴染めないものかも知れない。『電荷』のエネルギーを空間的に定義できるかに、物理学の根本が問われている事でもある。

コンパスと砂鉄の心

天然・自然。人は言葉で語る。思うこと、伝えたい事を言葉によって表現する。天然の言葉は宇宙共通用語だ。どこに行っても同じ事を姿、形にしている。人はそれを見て、その心を読み解く。

指針マグネットコンパスと砂鉄 コンパスに砂鉄を振りかけた模様だ。今までのコンパスの解釈を少し訂正しなければならない。コンパスの磁界コンパス コンパスの磁極の意味をエネルギーの回転流で単純に捉えて来た。しかしその砂鉄模様はもっと複雑である。単純にNS磁極を磁束で表現できない砂鉄模様である。コンパスと砂鉄の模様から、その心をどのように読むかは人の心で読むしかない。

天然の心模様磁気模様 砂鉄模様を書き写してみた。この砂鉄模様に示したコンパスの言葉をどのように翻訳するかはそれぞれの人の心に任される。磁束と言う用語を使えば、上のような模様に描けるかと思う。砂鉄模様を見る限り、磁束がコンパスのNS磁極の方向を向いているとは見えない。殆ど横向きのようだ。こんな磁束では、コンパスが何故北極、南極の磁極を指すのか理解しかねる。科学理論は数学的表現で共通の解釈を求める。特に理論物理学がそのようである。こんなコンパスの磁気現象を科学理論で解釈しようと思っても、数式による表現は難しい。このような日常生活に見られる電気磁気学の一端でもある磁界も理論物理学の回答が求められる問題である。さて磁束でどう解釈するか?磁束概念を捨てなければ、コンパスの心は読めないと思い、エネルギー流で翻訳する。

磁気とエネルギー磁気とエネルギー コンパスのN極側の空間磁場のエネルギー流を第三角法による展開図で示す。コンパスの上下面、正面および前面から見たエネルギーの流れを示した。その様子を別の表現で示す。

コンパスのエネルギー流コンパスのエネルギー流 コンパスの磁界に反応する機能はNSの磁極の先端部によって方向指示をすると解釈した。コンパスの側面は方向指示に対しては、互いに打ち消し合い、方向性には寄与しない。コンパスの支持点Oに対して回転トルクとして機能するのがNS極の先端である。訂正したコンパスを示す。コンパス訂正コンパス 機能は先端部だけのエネルギー流となる。

新世界への扉ーコンデンサの磁界ー コンパスのエネルギー流解釈がコンデンサの静電界のエネルギー流の解釈を導く。新世界ー科学の要ーに繋がった。

地磁気とコンパス この解釈に繋がる。