C 2550-3:2019
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目 次
ページ
序文 ··································································································································· 1
1 適用範囲························································································································· 1
2 引用規格························································································································· 1
3 用語及び定義 ··················································································································· 2
4 交流磁気測定の一般的原理 ································································································· 3
4.1 一般事項 ······················································································································ 3
4.2 エプスタイン試験法の原理 ······························································································ 3
4.3 試験片 ························································································································· 3
4.4 エプスタイン試験器 ······································································································· 4
4.5 空隙補償 ······················································································································ 6
4.6 励磁電源 ······················································································································ 6
4.7 交流電圧測定 ················································································································ 6
4.8 交流電流測定 ················································································································ 7
4.9 周波数測定 ··················································································································· 7
4.10 電力測定 ····················································································································· 7
5 鉄損測定の手順 ················································································································ 7
5.1 一般事項 ······················································································································ 7
5.2 測定の準備 ··················································································································· 7
5.3 励磁電源の調整 ············································································································· 8
5.4 電力の測定 ··················································································································· 9
5.5 鉄損の測定 ··················································································································· 9
5.6 鉄損測定の再現性 ········································································································· 10
6 磁気分極の波高値,磁界の強さの実効値,磁界の強さの波高値及び皮相電力の測定手順 ··············· 10
6.1 一般事項 ····················································································································· 10
6.2 試験片 ························································································································ 10
6.3 測定原理 ····················································································································· 10
6.4 測定装置 ····················································································································· 11
6.5 測定手順 ····················································································································· 12
6.6 磁気分極の波高値Jˆの測定 ····························································································· 12
6.7 磁界の強さの実効値の測定 ····························································································· 13
6.8 磁界の強さの波高値の測定 ····························································································· 13
6.9 皮相電力の測定 ············································································································ 14
6.10 再現性 ······················································································································· 14
7 試験報告書 ····················································································································· 14
附属書A(参考)中間周波数で使用するエプスタイン試験器························································ 15
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(2)
ページ
附属書B(参考)デジタルサンプリングによる磁気特性測定法 ····················································· 16
附属書JA(参考)試験片の切断方法及び試験機器仕様 ······························································· 19
附属書JB(参考)JISと対応国際規格との対比表 ······································································ 21
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まえがき
この規格は,工業標準化法第14条によって準用する第12条第1項の規定に基づき,一般社団法人日本
電機工業会(JEMA)及び一般財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を
改正すべきとの申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が改正した日本工業規格で
ある。
これによって,JIS C 2550-3:2011は改正され,この規格に置き換えられた。
この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意
を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実
用新案権に関わる確認について,責任はもたない。
JIS C 2550の規格群には,次に示す部編成がある。
JIS C 2550-1 第1部:エプスタイン試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法
JIS C 2550-2 第2部:寸法・形状の測定方法
JIS C 2550-3 第3部:中間周波磁気特性の測定方法
JIS C 2550-4 第4部:表面絶縁抵抗の測定方法
JIS C 2550-5 第5部:電磁鋼帯の密度,抵抗率及び占積率の測定方法
日本工業規格 JIS
C 2550-3:2019
電磁鋼帯試験方法−
第3部:中間周波磁気特性の測定方法
Test methods for electrical steel strip and sheet-
Part 3: Methods of measurement of the magnetic properties of electrical
steel strip and sheet at medium frequencies
序文
この規格は,2016年に第2版として発行されたIEC 60404-10を基とし,我が国で一般的となっている
技術と整合させるため,技術的内容を変更して作成した日本工業規格である。
なお,この規格で側線又は点線の下線を施してある箇所は,対応国際規格を変更している事項である。
変更の一覧表にその説明を付けて,附属書JBに示す。
1
適用範囲
この規格は,電磁鋼帯の中間周波数範囲(400 Hz〜10 kHz)における交流励磁下での磁気特性の測定方
法について規定する。
この規格で,エプスタイン試験器を用いた電磁鋼帯の磁気特性の測定方法を規定する。
エプスタイン試験器は,いかなる等級の電磁鋼帯から採取した試験片にも適用できる。交流磁気特性は,
誘起電圧が正弦波となる励磁条件下(以下,磁束正弦波励磁条件という。)において,磁気分極の波高値及
び周波数を指定して測定する。測定は,(23±5)℃の周囲温度において,消磁された試験片について行う
ものとする。
注記 この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。
IEC 60404-10:2016,Magnetic materials−Part 10: Methods of measurement of magnetic properties of
electrical steel strip and sheet at medium frequencies(MOD)
なお,対応の程度を表す記号“MOD”は,ISO/IEC Guide 21-1に基づき,“修正している”
ことを示す。
2
引用規格
次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの
引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
JIS C 2550-5 電磁鋼帯試験方法−第5部:電磁鋼帯の密度,抵抗率及び占積率の測定方法
注記 対応国際規格:IEC 60404-13,Magnetic materials−Part 13: Methods of measurement of density,
resistivity and stacking factor of electrical steel sheet and strip
JIS C 2552 無方向性電磁鋼帯
2
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注記 対応国際規格:IEC 60404-8-4,Magnetic materials−Part 8-4: Specifications for individual
materials−Cold-rolled non-oriented electrical steel strip and sheet delivered in the fully-processed
state
JIS C 2553 方向性電磁鋼帯
注記 対応国際規格:IEC 60404-8-7,Magnetic materials−Part 8-7: Specifications for individual
materials−Cold-rolled grain-oriented electrical steel strip and sheet delivered in the fully-processed
state
3
用語及び定義
この規格で用いる主な用語及び定義は,次による。
3.1
磁界の強さ(magnetic field strength)
試験片を磁化しようとする作用をもつベクトル場(=磁界)の強さ。一般的に,磁界の強さHは,式(1)
によって算出する。
∫
=
1
1I
N
Hdl
············································································· (1)
ここに,
H: 磁界の強さ(A/m)
l: 磁路の長さ(m)
N1: 磁路に巻かれた励磁コイルの総巻数
I1: 励磁電流(A)
エプスタイン試験器においては,磁界の強さHが全磁路にわたって一様であると仮定して,実効磁路長
lmを既定の値に設定する。これによって,磁界の強さHは,式(2)によって算出する。
m
1
1
l
I
N
H=
················································································ (2)
ここに,
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
3.2
実効磁路長(effective magnetic length)
磁界の強さが一様でない磁気回路を,全磁路にわたって一様であると仮定して求めた,等価的な磁路の
長さ。単位は,メートル(m)。
注記 エプスタイン試験器では,0.94 mを既定の値としている。
3.3
磁束密度(magnetic flux density)
一様に磁化された試験片の,単位断面積当たりの磁束量。単位は,テスラ(T)。
3.4
磁気分極(magnetic polarization)
一様に磁化された試験片の,単位断面積当たりの磁化の強さ。単位は,テスラ(T)。
注記 エプスタイン試験器において,二次コイルと空隙補償用の相互誘導器とを用いて測定される値
は,磁気分極Jである。磁束密度Bと磁気分極Jとは,磁気定数をμ0[=4π×10−7 H/m]とす
ると,B=J+μ0Hの関係にある。電磁鋼帯などの高透磁率材料では,磁束密度Bと磁気分極J
とはほぼ等しい。我が国では,一般的に磁気分極と磁束密度とを区別せずに使用することが多
3
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い。
3.5
実効質量(effective mass)
磁気回路を構成する鉄心のうち,実効磁路長に相当する長さの部分が鉄損に寄与するとして求めた,等
価質量(4.4参照)。単位は,キログラム(kg)。
3.6
空隙補償(air flux compensation)
二次コイルの誘起電圧から,コイル内に試験片がない状態の二次コイルに誘起する電圧を差し引くこと
によって二次コイルの誘起電圧を磁気分極Jの微分値に対応させること(4.5参照)。
3.7
鉄損(specific total loss)
正弦波磁束励磁条件によって測定したときに,試験片中で消費される単位時間当たりのエネルギーを,
試験片の実効質量で除した値(5.5参照)。単位は,ワット毎キログラム(W/kg)。
3.8
皮相電力(specific apparent power)
正弦波磁束励磁条件によって測定したときの,励磁電圧の実効値と励磁電流の実効値との積を,試験片
の実効質量で除した値(6.9参照)。単位は,ボルトアンペア毎キログラム(VA/kg)。
4
交流磁気測定の一般的原理
4.1
一般事項
この箇条では,エプスタイン試験器を用いた電磁鋼帯の交流磁気特性測定について規定する。
4.2
エプスタイン試験法の原理
エプスタイン試験器は,一次コイル,二次コイル及び鉄心として組み立てられた試験片で構成し,無負
荷変圧器を形成する。この無負荷変圧器の交流磁気特性を,4.3〜4.10に規定する方法に従って測定する。
周波数範囲の高い領域では,特殊な構造のエプスタイン試験器(附属書A参照)が必要な場合がある。
この試験器では,巻線インピーダンスの容量成分が測定に影響を与えないように,巻線間の静電容量が低
く,コイルを支える巻枠材料の誘電損失が低い。
エプスタイン試験器の巻線間の静電容量を測定するには,別の測定システム(例えば,抵抗,静電容量
及びインダクタンスを測定できる市販のLCRメータ)が必要である。
4.3
試験片
試験片は,その端部が一枚ずつ交互に重なり合うようにして(図1参照),正方形に組み,長さ及び断面
積の等しい4個の辺を形成する。
4
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単位 mm
図1−試験片の長さが280 mmの場合の試験片の端の交互積層方法(double-lapped joints)
試験片は,個別の製品規格(JIS C 2552及びJIS C 2553)の規定に従って採取する。
注記 試験片の切断方法については,附属書JAを参照。
試験片は,著しいかえりが発生しない方法によって切断し,特に指定がある場合には,対応する製品規
格に従って熱処理を行う。試験片は,次の寸法とする。
− 幅 30 mm±0.2 mm
− 長さ 280 mm〜320 mm
試験片の長さは,±0.5 mmの許容差で切断する。
試験片を,圧延方向に対して平行又は直角に切断する場合には,電磁鋼帯の縁を基準方向とする。
指定された方向と実際に切断された方向との角度は,次の許容差内でなければならない。
− 方向性電磁鋼帯については,±1°
− 無方向性電磁鋼帯については,±5°
平たんな試験片だけを使用する。測定に当たり,試験片の絶縁皮膜以外の絶縁物を付け加えない。
鉄心を構成する試験片は12枚以上で,4の倍数の枚数とし,試験片の各厚さに対する推奨枚数を表0A
に示す。
試験片端部の重なり部に,垂直に(1±0.1)Nの力を加える。
表0A−試験片の枚数
厚さ
mm
枚数
厚さ
mm
枚数
0.025
80
0.25
16
0.05
48
0.27
16
0.10
28
0.3
16
0.20
16
0.35
16
0.23
16
0.50以上
12
4.4
エプスタイン試験器
エプスタイン試験器は,4個のコイルで構成され,これらのコイル内に,試験片を挿入し鉄心を組み立
てる(図2参照)。
5
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単位 mm
図2−エプスタイン試験器(試験片の長さ280 mmの場合)
4.5の条件下で測定を行う場合,空隙磁束の補償のために,エプスタイン試験器に空隙補償用の相互誘導
器を設置してもよい。
コイルを支える巻枠は,ポリスチレンなどの低誘電損失の硬質絶縁材料で製作する。巻枠は長方形の断
面をもち,枠内の空間幅は32 mmとする。枠内の空間高さは約5 mmを推奨する。
コイルは正方形を形成するように,非磁性の絶縁体基板に固定する(図2参照)。鉄心として組み立てら
れた試験片の内側の縁が形成する正方形の辺の長さは,22001
+ mmとする(図1及び図2参照)。
巻枠の内側表面の過度の摩耗を防ぐため,より大きな断面積の巻枠とし,取外し可能な内枠を挿入する
構造としてもよい。
4個のコイルは,それぞれ2巻線を備える。
− 外側に,一次コイル(励磁コイル)
− 内側に,二次コイル(電圧コイル)
一次コイル及び二次コイルは,190 mm以上の長さに均一に分布させて巻き,各コイルは総巻数の1/4の
巻数とする。
4個のコイルにおける一次コイルは全て直列に結線し,二次コイルも同様とする。
高い周波領域では,一次コイルと二次コイルとの間の静電容量,及び二次コイルの自己静電容量による
損失が無視できなくなる可能性がある。この損失を最小限に抑えるように,間隔をあけて巻線を配置する。
巻線間の静電容量及び二次コイルの自己静電容量を測定する。必要に応じて,損失に補正を加える(附
属書A参照)。
一次コイル及び二次コイルの巻数は,励磁電源,測定機器及び周波数によって決まる個別の条件に合わ
せて設定してもよい。
一次コイル及び二次コイルのそれぞれの総巻数は,一般に400 Hz〜10 kHzの周波数範囲の試験に使用さ
れている,200ターン〜360ターンを推奨する。
940
6
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波形のひずみを避け,内部電圧降下を最小限に抑えるために,巻線のインピーダンスを十分小さくする。
磁気回路の実効磁路長lmは,0.94 mを既定の値とする。
試験片の磁気的に等価な質量である実効質量maは,式(3)から算出する。
m
l
l
m
4
m
a=
················································································ (3)
ここに,
ma: 試験片の実効質量(kg)
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
l: 試験片の長さ(m)
m: 試験片の合計質量(kg)
4.5
空隙補償
1 000 A/m以上の磁界の強さでは,空隙磁束の補償を実施する。低い周波数領域(1 000 Hz以下)の場合
は,空隙磁束を補償するために,相互誘導器を使用してもよい。
相互誘導器の一次コイルは,エプスタイン試験器の一次コイルに直列に接続し,相互誘導器の二次コイ
ルは,エプスタイン試験器の二次コイルに,逆極性で直列に接続する(図3参照)。
相互誘導器の相互インダクタンスの値は,エプスタイン試験器のコイルに試験片を挿入していない状態
で励磁コイルに交流電流を流し,エプスタイン試験器と相互誘導器とが連結された二次コイルの両端電圧
がエプスタイン試験器単独の二次コイルの両端電圧の0.1 %以内となるように調整する。
これによって,エプスタイン試験器と相互誘導器とが連結された二次コイル内に誘起される電圧が,試
験片の磁気分極の波高値に比例する。
より高い周波数領域では,相互誘導器の線間静電容量結合によって二次電圧の位相が著しくシフトし,
鉄損測定に誤差をもたらす可能性がある。相互誘導器によって二次電圧の位相が著しくシフトしていない
ことを確認する。相互誘導器の二次巻線を,線間間隔をあけて配置するなど,適切に設計することで,位
相シフトを低減できる。高い周波数領域で,上述の方法で位相シフトが避けられない場合は,相互誘導器
を除き,演算処理による空隙補償を行う(B.4参照)。
4.6
励磁電源
励磁電源は,内部インピーダンスが低く,電圧及び周波数の安定性の高いものを使用する。測定時にお
いて,電圧及び周波数の変動は,±0.2 %とする。
鉄損,皮相電力及び磁界の強さの実効値を測定する場合には,二次電圧の波形率は1.111の±1 %とする。
注記 二次電圧の波形率の制御には,幾つかの方法がある。例えば,電子的に制御された電源,負帰
還制御が行える電源増幅器の使用などがある。
二次電圧の波形率は,二次電圧の実効値の整流平均値に対する比率である。波形率の測定には,実効値
交流電圧計及び平均値形交流電圧計を使用する。負帰還制御が行える電源増幅器を使用する場合,二次電
圧の波形をオシロスコープで観察し,基本周波数の正しい波形となっていることを確認することが望まし
い。
4.7
交流電圧測定
4.7.1
一般事項
エプスタイン試験器の二次電圧は,1 MΩ以上の入力インピーダンスをもつ交流電圧計を使用して測定
する。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
4.7.2
平均値形交流電圧計
7
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±0.5 %の確度の整流平均値に応答する電圧計を使用する。
注記1 この種類の計器は一般に,整流平均値の1.111倍で目盛られている。
二次回路の負荷は,できる限り小さくする。平均値形交流電圧計の入力インピーダンスは,1 MΩ以上
とする。
注記2 デジタル電圧計が望ましい。
4.7.3
実効値交流電圧計
±0.5 %の確度の,実効値に応答する電圧計を使用する。
注記 デジタル電圧計が望ましい。
4.7.3A
波高値交流電圧計
±2.5 %の確度の,波高値に応答する電圧計を使用する。
4.8
交流電流測定
次のいずれかの電流測定器で,励磁電流を測定する。
− ±0.5 %の確度の,低インピーダンスの電流計
− 一次コイルに直列に接続した無誘導精密抵抗器両端の電圧降下を測定する。抵抗器及び電圧計の総合
的な不確かさは,1 %以下とする。
二次電圧を調整し,損失を測定する場合には,電流測定器を短絡する。
注記1 デジタル電流計,又はデジタル電圧計が望ましい。
注記2 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
4.9
周波数測定
±0.1 %の確度の周波数計を使用する。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
4.10
電力測定
電力は,実際の測定時の周波数,力率及び波高率において±0.5 %の確度の電力計で測定する。レンジの
1/4以下での読取りは,可能な限り避ける。
また,電圧回路のリアクタンスを補償している電力計を除き,電力計の電圧回路の抵抗は,そのリアク
タンスの5 000倍以上とする。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
5
鉄損測定の手順
5.1
一般事項
この箇条では,400 Hz〜10 kHzの周波数領域での電磁鋼帯の鉄損を測定する電力計法について規定する。
鉄損は,磁気分極の波高値及び周波数を指定して測定する。
互いに比較可能な鉄損値を得るため,磁束正弦波励磁条件で測定する。
5.2
測定の準備
図3に示すように,エプスタイン試験器と測定装置とを接続する。
8
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Hz :周波数計
A :電流測定器
W :電力計
M :空隙補償用の相互誘導器
V1 :平均値形交流電圧計
V2 :実効値交流電圧計
E
:エプスタイン試験器
S1 :スイッチ
注記 この回路図は,デジタルサンプリング法による測定原理も示すものであり,その場合,幾つかの測定装置
はソフトウェアで実現する。
図3−電力計による測定回路
試験片の合計質量を±0.1 %の精度で測定する。ひょう(秤)量後,エプスタイン試験器のコイル内に試
験片を挿入し,角部で1枚ずつ交互に重なり合うように積層する。試験片の半数を圧延方向と平行に切断
し,半数を直角に切断する場合は,圧延方向に平行に切断した試験片を,エプスタイン試験器の向かい合
う辺に挿入し,直角に切断した試験片を,他の二つの辺に挿入する。試験片が重なり合った部分において,
試験片の間の隙間はできる限り狭くする。試験片は,4.4の要求事項を満たすように配置する。各辺の試験
片の数は同じとする。
測定の前に,試験片は,前の測定に使用した磁場よりも高い初期磁場から,減衰する交流磁場で消磁す
る。
5.3
励磁電源の調整
所定の磁気分極の波高値Jˆを達成するため,励磁電源の出力を,エプスタイン試験器の二次電圧の整流
平均値
2
Uが式(4)となるように調整する。
J
A
R
R
R
fN
U
ˆ
4
t
i
i
2
2
+
=
······························································ (4)
ここに,
2
U: 合成二次コイルに誘起された電圧の整流平均値(V)
f: 周波数(Hz)
N2: 二次コイルの総巻数
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
Rt: 合成二次コイルの直列抵抗(Ω)
A: 各コイルに挿入された試験片の断面積(m2)
Jˆ: 磁気分極の波高値(T)
Hz
V1
V2
A
W
9
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注記 二次コイル誘起電圧を,実効値表示された平均値形交流電圧計の読みを使用する場合は,式(4)
の係数を4.443とする必要がある。式(4)の定数を4.443とした式を次に示す。
J
A
R
R
R
fN
U
ˆ
443
.4
t
i
i
2
2
+
=
試験片の断面積Aは,式(5)による。
m
4ρ
l
m
A=
················································································ (5)
ここに,
m: 試験片の合計質量(kg)
l: 試験片の長さ(m)
ρm: 試験片の密度,又はJIS C 2550-5に従って測定された値
(kg・m−3)
5.4
電力の測定
電力計の電流回路が過負荷とならないように,一次回路内の電流計を観察する。次に,電流計を短絡し,
二次電圧を再調整する。二次電圧の波形率を4.6に従って判定し,電力計の値を読み取る。
試験片の過熱を避け,測定再現性を得やすくするため,エプスタイン試験器に通電した後は,できる限
り迅速に測定する。測定中,試験片を冷却することが望ましい。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
5.5
鉄損の測定
電力計によって測定された電力Pmは,二次回路内の計器によって消費された電力を含んでいる。二次
電圧は基本的に正弦波状であるため,この電力は一次近似では(
)
i
2
2
111
.1
R
U
に等しい。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
したがって,試験片の合計損失算出値Pcは,式(6)によって算出する。
(
)
i
2
2
m
2
1
c
111
.1
R
U
P
N
N
P
−
=
····························································· (6)
ここに,
Pc: 試験片の合計損失算出値(W)
N1: 一次コイルの総巻数
N2: 二次コイルの総巻数
Pm: 電力計によって測定された電力(W)
2
U: 合成二次コイルに誘起された電圧の整流平均値(V)
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
鉄損測定値Psは,試験片の合計損失算出値Pcを,試験片の実効質量maで除することによって算出する
(4.4参照)。
m
c
a
c
s
4
ml
l
P
m
P
P
=
=
········································································· (7)
ここに,
Ps: 試験片の鉄損(W/kg)
Pc: 試験片の合計損失算出値(W)
ma: 試験片の実効質量(kg)
l: 試験片の長さ(m)
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
m: 試験片の合計質量(kg)
10
C 2550-3:2019
5.6
鉄損測定の再現性
この箇条の手順から得られる結果の再現性は,使用する周波数及び磁気分極によって変化するため,2 %
〜5 %の範囲の相対標準偏差とみなす。
6
磁気分極の波高値,磁界の強さの実効値,磁界の強さの波高値及び皮相電力の測定手順
6.1
一般事項
この箇条では,次の特性を判定するための測定方法を規定する。
− 磁気分極の波高値 Jˆ
− 磁界の強さの実効値 H~
− 磁界の強さの波高値 Hˆ
− 皮相電力 Ss
これらの方法によって測定される値は,磁気分極の波高値及び周波数の設定値に依存する。
6.2
試験片
試験片は,4.3の規定を満足する。
6.3
測定原理
6.3.1
磁気分極の波高値Jˆ
磁気分極の波高値Jˆは,4.7に規定したように,測定された二次電圧の整流平均値から,5.3の式(4)によ
って算出する。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
6.3.2
磁界の強さの実効値H~
磁界の強さの実効値H~は,図4に示す回路内の実効値交流電流計によって測定した励磁電流の実効値か
ら算出する。
A1 :実効値交流電流計
V1 :平均値形交流電圧計
E
:エプスタイン試験器
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
図4−磁界の強さの実効値の測定回路
6.3.3
磁界の強さの波高値Hˆ
6.3.3.1
一般事項
磁界の強さの波高値Hˆは,次のいずれかの方法によって測定した,励磁電流の波高値1ˆIから求める。
6.3.3.2
方法A
V1
A1
11
C 2550-3:2019
励磁電流の波高値1ˆIは,図5に示す回路の波高値交流電圧計を用いて,既知の無誘導精密抵抗器Rnの
両端に生じる電圧降下
RˆUを測定する。
Rn :無誘導精密抵抗器
V1 :平均値形交流電圧計
V2 :波高値交流電圧計
E
:エプスタイン試験器
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
図5−波高値電圧計を用いた磁界の強さの波高値の測定回路
6.3.3.3
方法B
励磁電流の波高値1ˆIは,図6に示す回路の平均値形交流電圧計を用いて,相互誘導器MDの二次コイル
の両端に発生する平均値電圧を±0.5 %の精度で測定することから求める。相互誘導器の一次コイルは,エ
プスタイン試験器の一次コイルと直列に接続する。
V :平均値形交流電圧計
MD :電流波高値検出用の相互誘導器
S1 :スイッチ
E
:エプスタイン試験器
注記1 この方法では,相互誘導器の二次コイルの電圧波形に,1周期当たり2か所を超えるゼロ交差
点がある場合を除き,平均値形交流電圧計は,エプスタイン試験器の二次電圧の測定に使用す
る計器と同じものを使用することができる。
注記2 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
図6−相互誘導器MDを用いた磁界の強さの波高値の測定回路
6.4
測定装置
6.4.1
平均値電圧測定
V
V1
V2
12
C 2550-3:2019
二次電圧の整流平均値及び方法Bでの相互誘導器の整流平均値は,1 MΩ以上の入力インピーダンスを
もつ平均値形交流電圧計を使用して測定する。±0.5 %の確度の電圧計を使用する(4.7参照)。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
6.4.2
電流測定
励磁電流の実効値は,実効値に応答する電流測定器で測定する。±0.5 %の確度の測定器を使用する(4.8
参照)。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
6.4.3
電流波高値測定
方法Aに基づき,抵抗器Rnの両端電圧の波高値を,校正済みの波高値交流電圧計,又は校正済みのオ
シロスコープで測定する。使用する装置のフルスケール誤差を±3 %以下とする。
注記 デジタルサンプリング法の適用は,附属書B参照。
6.4.4
抵抗器Rn
±0.5 %の確度の無誘導精密抵抗器を使用する。
抵抗値は,波高値電圧計の感度に応じて選定する。誘起電圧波形のひず(歪)みを最小限に抑えるため,
N1=200ターンのエプスタイン試験器を使用する場合,抵抗値は1 Ωを超えてはならない。
6.4.5
相互誘導器MD
図6の相互誘導器は,相互誘導係数が±0.5 %の確度に校正された相互誘導器を使用する。相互誘導器の
一次インピーダンスはできる限り低くする。誤差を最小限に抑えるために,相互誘導器の二次インピーダ
ンスを相互誘導器に接続される測定装置のインピーダンスよりも低くする。
相互誘導器の校正中及び使用中は,エプスタイン試験器又は他の装置からの漏れ磁束によって測定が影
響を受けないように注意する。
6.5
測定手順
5.2を満足するように,試験片を準備する。
磁気分極Jˆ及び磁界の強さHˆ又はH~の,個々の値又は組合せの値を測定する。
磁界の強さを指定して磁気分極を測定するときには,指定の磁界の強さとなるように励磁電流値を設定
する(6.6参照)。二次電圧を平均値形交流電圧計で測定する(5.3参照)。
磁気分極を指定して磁界の強さを測定する場合には,二次電圧を,5.3に従って指定の値に調整する。
磁界の強さの実効値H~を測定する場合には,励磁電流を電流測定器で測定する。
方法Aに基づき,磁界の強さの波高値Hˆを測定する場合には,抵抗器Rnの両端電圧の波高値を波高値
交流電圧計で測定する。
方法Bに基づき,相互誘導器MDの二次コイルの平均値電圧を測定する場合には,平均値形交流電圧計
で測定する。
皮相電力の測定では,磁気分極及び周波数の指定の値に対して,励磁電流の実効値(6.6参照)とエプス
タイン試験器の二次電圧の実効値とを測定する。二次電圧の実効値は,4.7の要求事項を満足する電圧計を,
エプスタイン試験器の二次コイルの両端に接続して測定する。
6.6
磁気分極の波高値Jˆの測定
磁気分極の波高値は,式(8)によって算出する。
2
2
4
1
ˆ
U
A
fN
J=
········································································· (8)
13
C 2550-3:2019
2
Uを求めるときは,電圧計の表示値に次の係数を乗じて,補正する。
i
t
i
R
R
R+
··················································································· (9)
ここに,
Jˆ: 磁気分極の波高値(T)
f: 周波数(Hz)
N2: 二次コイルの総巻数
A: 試験片の断面積(m2)
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
Rt: 合成二次コイルの直列抵抗(Ω)
2
U: 合成二次コイルに誘起された電圧の整流平均値(V)
注記 二次コイル誘起電圧を,実効値表示された平均値形交流電圧計の読みを使用する場合は,式(8)
の係数を4.443とする必要がある。式(8)の定数を4.443とした式を次に示す。
2
2
443
.4
1
ˆ
U
A
fN
J=
6.7
磁界の強さの実効値の測定
磁界の強さの実効値は,図4の回路の電流測定器で測定した励磁電流の実効値から,式(10)によって算
出する。
1
m
1~
~
I
l
N
H=
·············································································· (10)
ここに,
H~: 磁界の強さの実効値(A/m)
N1: 一次コイルの総巻数
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
1
~I: 励磁電流の実効値(A)
対応するJˆとH~との組合せが幾つか測定された後に,H~に対するJˆの磁化曲線を描くことができる。
6.8
磁界の強さの波高値の測定
方法Aでは,磁界の強さの波高値は,波高値交流電圧計の読み
RˆUから,式(11)によって算出する。
R
m
n
1
ˆ
ˆ
U
l
R
N
H=
···········································································(11)
ここに,
Hˆ: 磁界の強さの波高値(A/m)
N1: エプスタイン試験器の一次コイルの総巻数
Rn: 図5に示す無誘導精密抵抗器Rnの抵抗値(Ω)
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
RˆU: 波高値交流電圧計の読み(V)
方法Bでは,磁界の強さの波高値は,相互誘導器MDに接続した平均値形交流電圧計の読み
m
Uから,
式(12)によって算出する(図6の注記1参照)。
m
i
m
i
m
1
4
ˆ
U
R
R
R
fMl
N
H
+
=
·························································· (12)
ここに,
Hˆ: 磁界の強さの波高値(A/m)
M: 図6に示す回路内の相互インダクタンス(H)
Rm: MDの二次コイルの抵抗(Ω)
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
14
C 2550-3:2019
m
U: MDの二次コイルに誘起された電圧の整流平均値(V)
注記1 二次コイル誘起電圧を,実効値表示された平均値形交流電圧計の読みを使用する場合は,式
(12)の係数を4.443とする必要がある。式(12)の定数を4.443とした式を次に示す。
m
i
m
i
m
1
443
.4
ˆ
U
R
R
R
fMl
N
H
+
=
対応するJˆとHˆとの組合せが幾つか測定された後に,Hˆに対するJˆの磁化曲線を描くことができる。
注記2 比透磁率μrは,慣例的に,次のように表される。
1
ˆ
ˆ
0
+
=
H
J
μr
μ
6.9
皮相電力の測定
皮相電力は,式(13)によって算出する。
2
1
2
1
2
1
2
1
111
.1
~
~
~
N
N
U
I
N
N
U
I
S
=
=
··············································· (13)
ここに,
S: 皮相電力(VA)
2
~U: 合成二次コイルに誘起された電圧の実効値(V)
注記 正弦波電圧の場合だけに,
2
2
111
.1
~
U
U =
の関係が成り立つ。
式(3)に従って,Sを実効質量で除すると1 kg当たりの皮相電力が式(14)から算出できる。
2
m
1
2
1
a
s
4
111
.1
~
N
l
m
lN
U
I
m
S
S
=
=
······················································ (14)
ここに,
Ss: 1 kg当たりの皮相電力(VA/kg)
m: 試験片の合計質量(kg)
1
~I: 励磁電流の実効値(A)
2
U: 合成二次コイルに誘起された電圧の整流平均値(V)
l: 試験片の長さ(m)
N1: 一次コイルの総巻数
ma: 試験片の実効質量(kg)
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
N2: 二次コイルの総巻数
6.10
再現性
この箇条の手順から得られる結果の再現性は,測定に用いた計器の確度及び試験片の組立て(4.2及び
4.3参照)などによって本質的に変化する。±0.5 %の確度の計器を使用する場合には,再現性は,3 %程度
の相対標準偏差であるとみなす。
7
試験報告書
(我が国の現状に合わせ,試験報告書は試験方法の規格で規定しているため,この規格では不採用とし
た。)
15
C 2550-3:2019
附属書A
(参考)
中間周波数で使用するエプスタイン試験器
中間周波数では,エプスタイン試験器の巻枠に使用する材料の誘電損失及び巻線間の静電容量から発生
するエネルギー損失が著しく大きくなる。
誘電率が低い材料を選択することによって,誘電損失を無視できる程度に低減することができる。ポリ
スチレンはこれに適した材料であり,容易に切断・接着し,エプスタイン試験器の巻枠,端子ポスト及び
基板を製作することができる。
中間周波数での測定は,一般的に,比較的低い磁気分極で作動する低鉄損材料に限定されるため,巻線
のターン数及び線径を低減することができる。また,一次コイル及び二次コイルを,一次巻及び二次巻の
間に等間隔に間隔をあけた単一層の巻線にすることで,巻線間の静電容量を最小限に低減することができ
る。
4.4及び上記の推奨事項によって製作されたエプスタイン試験器で,0.125 mm径銅線を200ターン巻い
た一次コイル及び二次コイルの場合,巻線間静電容量は約300 pFであり,各巻線の抵抗は約3.5 Ωであっ
た。
この静電容量で加わる追加損失は,式(A.1)で算出できる。
ic
2
2
111
.1
Z
U
P =
∆
···································································· (A.1)
ここに,
ΔP: 追加損失(W)
Zic:
i
i
π
2
1
fCR
R
+
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
C: 巻線間の静電容量(F)
磁気分極が低い場合,この量は無視できるが,この量の比率が無視できない場合は,式(6)で算出される
合計損失算出値から差し引く必要がある。
16
C 2550-3:2019
附属書B
(参考)
デジタルサンプリングによる磁気特性測定法
B.1
一般事項
デジタルサンプリング法は,現在の軟磁性材料の磁気特性測定に多く用いられている。
電力計法に適用する場合,二次電圧U2(t) 及び一次コイルに直列に接続した無誘導精密抵抗器両端の電
圧降下U1(t) をデジタル化し,これらのデータを用いて軟磁性材料の磁気特性を求めることを特徴として
いる(図5参照)。これらの電圧の時間関数からjの添字をもつこれらの電圧の瞬時値u2j及びu1jを,サン
プル ホールド回路によって,等しい時間間隔でそれぞれサンプリングする。サンプリングした電圧の瞬時
値は,アナログ デジタル変換器(ADC)によって,デジタル値に変換する。1周期又は複数周期にわたっ
て採取したデータによって,この規格で測定する全ての磁気特性をコンピュータ処理で求めることが可能
である。
デジタルサンプリング法は,この規格で規定した中間周波磁気特性測定法を応用することが有効である。
図3に示す測定原理のブロック線図は,アナログ法及びデジタル法に適用できる。図3及び図6に示す測
定装置の全ての機能,及び二次電圧の正弦波制御も,デジタル法で実現される。
デジタルサンプリング法は不確かさを低くすることができるが,不適切な使用方法によっては,大きな
誤差をもたらす。
注記 デジタルサンプリング法の原理及び適用法については,多くの文献がある。
B.2
技術的詳細及び要求事項
デジタルサンプリング法を用いて不確かさを低くするためには,励磁周期をサンプリング間隔で除した
値が整数(ナイキスト条件)で,サンプリング周波数fsが入力信号帯域の2倍よりも大きいことが望まし
い。
磁気分極の波高値は,式(B.1)によって算出する。
∑
∫
−
=
+
≅
+
=
1
0
2
i
t
i
2
0
2
i
t
i
2
4
1
d
)
(
1
4
1
ˆ
n
j
j
s
T
u
R
R
R
A
N
f
t
t
U
T
R
R
R
A
fN
J
·········· (B.1)
ここに,
Jˆ: 磁気分極の波高値(T)
f: 試験周波数(Hz)
N2: エプスタイン試験器の二次コイルの総巻数
A: 試験片の断面積(m2)
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
Rt: 合成二次コイルの直列抵抗(Ω)
T: 励磁周期[1/f(s)]
U2: 二次コイルの誘起電圧(V)
fs: サンプリング周波数(Hz)
n: サンプリングデータ数
u2j: 二次コイル誘起電圧の瞬時値(V)
鉄損は,式(B.2)によって算出する。
17
C 2550-3:2019
()()
−
≅
−
=
∑
∑
∫
−
=
−
=
=
1
0
2
2
i
1
0
2
1
2
1
m
m
0
t
i
2
2
2
1
2
1
m
m
s
1
1
1
1
~
d
1
1
n
j
j
n
j
j
j
T
u
n
R
u
u
n
RN
N
A
l
R
U
t
t
U
t
U
T
RN
N
A
l
P
ρ
ρ
······································································································ (B.2)
ここに,
Ps: 試験片の鉄損(W/kg)
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
A: 試験片の断面積(m2)
ρm: 試験片の規定密度(kg・m−3)
N1: 一次コイルの総巻数
R: 無誘導精密抵抗器の抵抗値(Ω)
N2: 二次コイルの総巻数
T: 励磁周期[1/f(s)]
U1: 一次コイルに直列に接続された無誘導精密抵抗器の両
端子間の電圧(V)
U2: 二次コイルの誘起電圧(V)
Ri: 二次回路内の計器の合成抵抗(Ω)
2
~U: 合成二次コイルに誘起された電圧の実効値(V)
n: サンプリングデータ数
u1j: 無誘導精密抵抗器両端電圧降下の瞬時値(V)
u2j: 二次コイル誘起電圧の瞬時値(V)
磁界の強さの波高値は,式(B.3)によって算出する。
1
m
1ˆ
ˆ
U
Rl
N
H=
··········································································· (B.3)
ここに,
Hˆ: 励磁電流法による磁界の強さH(t) の波高値(A/m)
N1: 一次コイルの総巻数
R: 無誘導精密抵抗器の抵抗値(Ω)
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
1ˆU: 一次コイルに直列に接続された無誘導精密抵抗器の両
端子間の電圧の波高値(V)
皮相電力は,式(B.4)によって算出する。
∑
∑
=
=
=
n
j
j
n
j
j
u
n
u
n
A
RN
l
N
S
0
2
2
0
2
1
m
2
m
1
s
1
1
ρ
········································ (B.4)
ここに,
Ss: 皮相電力(VA/kg)
N1: 一次コイルの総巻数
lm: 実効磁路長(m),lm=0.94
R: 無誘導精密抵抗器の抵抗値(Ω)
N2: 二次コイルの総巻数
A: 試験片の断面積(m2)
ρm: 試験片の規定密度(kg・m−3)
n: サンプリングデータ数
u1j: 一次コイルに直列に接続された無誘導精密抵抗器の両
端子間の電圧の瞬時値
u2j: 二次コイル誘起電圧の瞬時値(V)
18
C 2550-3:2019
B.3
校正
測定計測器は,トレーサビリティが確保された標準交流電源を用いて校正することができる。測定計測
器の信号チャンネルの各入力に標準交流電源を接続することによって,各信号チャンネルの増幅率,二つ
のチャンネルの位相差及びこれらの周波数特性の校正ができる。
B.4
演算処理による空隙補償
演算処理による空隙補償は,相互誘導器の原理と同様であり,式(B.5)による。
t
t
U
R
C
t
U
t
U
d
)
(
d
)
(
)
(
1
2m
2c
−
=
······················································· (B.5)
ここに,
U2c(t): 空隙補償された二次コイルの誘起電圧(V)
U2m(t): 二次コイルの誘起電圧(V)
C: 補正係数(Ω・s)
R: 無誘導精密抵抗器の抵抗値(Ω)
U1(t): 一次コイルに直列に接続された無誘導精密抵抗器の両
端子間の電圧(V)
補正係数Cは,試験片を挿入しない状態で一次コイルに電流を流したとき,空隙補償された二次コイル
電圧U2c(t) の最大値が,二次コイル誘起電圧U2c(t) の0.1 %以下となるように調整する。
演算処理による空隙補償は,相互誘導器による方法で生じる位相ずれ及びインピーダンスの増大を抑制
できる利点がある。
19
C 2550-3:2019
附属書JA
(参考)
試験片の切断方法及び試験機器仕様
JA.1
試験片の切断方法
特に指定がない場合,試験片は,図JA.1のa)〜d) のように,鋼帯の特性を代表するように,半分は圧
延方向に平行(縦目)に,半分は圧延方向に直角(横目)に採取するのがよい。その材料について,特に
規定がある場合には又は受渡当事者間の協定によって,圧延方向に平行な試験片だけを使用するときには,
図JA.1のe)〜g) のように採取する。その他の特殊な方法によったときには,試験成績書に切断方法を明
記する。
図JA.1−試験片の切断方法
JA.2
試験機器仕様
JA.2.1
空隙補償用の相互誘導器
空隙補償用の相互誘導器は,試験器に適合するものを用い,その仕様は表JA.1のようにするのがよい。
20
C 2550-3:2019
表JA.1−空隙補償用の相互誘導器仕様
項目
仕様
管状巻枠
寸法
直径55 mm×長さ25 mm
つば板寸法
120 mm×120 mm
材質
低誘電率,非磁性の絶縁体
一次コイル
励磁に必要な巻数(約40ターン)
二次コイル
試験器に試験片がない場合の二次誘起電圧を打ち消すのに必要な巻数を一次
コイルの外側に巻く。
設置位置
正方形に組み立てられた試験器の中央に,その軸が試験器の面に直角になる
ように置く。
JA.2.2 電流波高値検出用相互誘導器
相互誘導器は,測定する磁界の強さHの大きさによって,1 A形及び10 A形を用い,その仕様は,表
JA.2及び図JA.2のようにするのがよい。
表JA.2−電流波高値検出用相互誘導器仕様
項目
1 A形
10 A形
管状巻枠 ①
外形100 mm,内径80 mm,長さ120 mm
外形100 mm,内径80 mm,長さ40 mm
つば板 ②
厚さ8 mm,直径210 mm
厚さ8 mm,直径210 mm
内側一次コイル
③
JIS C 3104の4号平角銅線2.4 mm×3.5 mm
を絶縁して使用する。30ターン×4層。
JIS C 3104の4号平角銅線3 mm×4 mmを絶
縁して使用する。8ターン×2層。
二次コイル ④
絶縁銅線0.4 mm,8 640ターン。
絶縁銅線0.4 mm,3 200ターン。
外側一次コイル
⑤
JIS C 3104の4号平角銅線2.4 mm×3.5 mm
を絶縁して使用する。30ターン×4層。
JIS C 3104の4号平角銅線3 mm×4 mmを絶
縁して使用する。8ターン×2層。
電気的特性
一次インダクタンス
約5 mH
一次抵抗
約0.24 Ω
二次インダクタンス
約7.4 H
二次抵抗
約660 Ω
相互インダクタンス
約180 mH
一次・二次コイル間の
絶縁抵抗
100 MΩ以上
一次インダクタンス
約0.14 mH
一次抵抗
約0.04 Ω
二次インダクタンス
約1.7 H
二次抵抗
約230 Ω
相互インダクタンス
約13 mH
一次・二次コイル間の
絶縁抵抗
100 MΩ以上
単位 mm
図JA.2−電流波高値検出用相互誘導器
参考文献 JIS C 3104 平角銅線
21
C 2550-3:2019
附属書JB
(参考)
JISと対応国際規格との対比表
JIS C 2550-3:2019 電磁鋼帯試験方法−第3部:中間周波磁気特性の測定方法
IEC 60404-10:2016,Magnetic materials−Part 10: Methods of measurement of magnetic
properties of electrical steel strip and sheet at medium frequencies
(I)JISの規定
(II)
国際
規格
番号
(III)国際規格の規定
(IV)JISと国際規格との技術的差異の箇条ごと
の評価及びその内容
(V)JISと国際規格との技術的差
異の理由及び今後の対策
箇条番号
及び題名
内容
箇条
番号
内容
箇条ごと
の評価
技術的差異の内容
3 用語及び定
義
この規格で使用して
いる用語の定義。
3
用語の定義は記載され
ていない。
追加
JISではIEC 60050-221の用語の定
義を追加した。
読者の理解を助けるため追加し
た。IEC規格の変更は提案予定な
し。
4 交流磁気測
定の一般的原
理
4.3 試験片
4.3
試験片は12枚以上で,4
の倍数だけを規定。
追加
JISでは試験片枚数の推奨値を表
0Aとして追加した。
測定上好ましい試験片枚数を示し
た。
IEC規格の修正を提案する。
4.4 エプスタイン試験
器
4.4
200ターンだけを推奨
値としている。
変更
JISでは一次コイル及び二次コイル
の総巻き数の推奨値について,国内
で使用されている200ターン〜360
ターンの範囲を推奨とした。
IEC規格の修正を提案する。
4.7.1 一般事項
4.7.1
入力1 000 Ω/Vは現在は
一般的ではない。
変更
JISでは二次電圧測定用交流電圧計
の入力インピーダンスについて,一
般に使用されるデジタル電圧計で
の推奨値をIEC 60404-6の記載に従
い1 MΩとした。
IEC規格の修正を提案する。
4.7.2 平均値形交流電
圧計
平均値形交流電圧計
の入力インピーダン
スの記載
4.7.2
入力1 000 Ω/Vは現在は
一般的ではない。
変更
JISでは平均値形交流電圧計の入力
インピーダンスについて,一般に使
用されるデジタル電圧計での推奨
値をIEC 60404-6の記載に従い1
MΩとした。
IEC規格の修正を提案する。
4.7.3A 波高値交流電
圧計
−
−
追加
JISでは波高値交流電圧計に対する
確度を規定した。
IEC規格の修正を提案する。
3
C
2
5
5
0
-3
:
2
0
1
9
22
C 2550-3:2019
(I)JISの規定
(II)
国際
規格
番号
(III)国際規格の規定
(IV)JISと国際規格との技術的差異の箇条ごと
の評価及びその内容
(V)JISと国際規格との技術的差
異の理由及び今後の対策
箇条番号
及び題名
内容
箇条
番号
内容
箇条ごと
の評価
技術的差異の内容
6 磁気分極の
波高値,磁界
の強さの実効
値,磁界の強
さの波高値及
び皮相電力の
測定手順
6.4.1 平均値電圧測定
6.4.1
入力1 000 Ω/Vは現在は
一般的ではない。
変更
JISでは平均値電圧測定の入力イン
ピーダンスについて,一般に使用さ
れるデジタル電圧計での推奨値を
IEC 60404-6の記載に従い1 MΩと
した。
IEC規格の修正を提案する。
6.5 測定手順
6.5
皮相電力の測定方法の
記載はない。
追加
皮相電力の測定方法を追加した。
読者の理解を助けるため追加し
た。IEC規格の変更は提案予定な
し。
6.8 磁界の強さの波高
値の測定
6.8
実効値表示された平均
値形交流電圧計の読み
を使用する場合の記載
はない。
追加
磁界の強さを実効値表示された平
均値形交流電圧計の読みから算出
するときの数式を追加した。
読者の理解を助けるため追加し
た。IEC規格の変更は提案予定な
し。
7 試験報告書
−
7
試験報告書
削除
我が国の一般的な取引では製品に
試験成績表を添付するため,従来か
ら,JISでは製品規格に試験成績表
を規定し,試験方法の規格から,試
験報告書の規定を削除している。
我が国で一般的となっている取引
と整合させた。IEC規格の変更は
提案予定なし。
JISと国際規格との対応の程度の全体評価:IEC 60404-10:2016,MOD
注記1 箇条ごとの評価欄の用語の意味は,次による。
− 削除 ················ 国際規格の規定項目又は規定内容を削除している。
− 追加 ················ 国際規格にない規定項目又は規定内容を追加している。
− 変更 ················ 国際規格の規定内容を変更している。
注記2 JISと国際規格との対応の程度の全体評価欄の記号の意味は,次による。
− MOD ··············· 国際規格を修正している。
3
C
2
5
5
0
-3
:
2
0
1
9