JP2000171494A - 電流検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アナログスイッチ、アナログスイッチを駆動
する回路、及び校正信号を生成する回路等を設けずにオ
フセット電圧を検出することができ、検出したオフセッ
ト電圧を用いて増幅回路の出力電圧を補正するため、保
護対象の電流を精度良く検出することができる電流検出
方法及び装置を得る。 【解決手段】 保護対象からの電流入力手段、前記電流
入力手段により入力された電流を電圧に変換する変換手
段、前記変換手段により変換された電圧を増幅する増幅
回路、前記増幅回路の出力電圧から保護対象の電流を検
出する検出手段、前記増幅回路の出力電圧と予め設定し
たレベル判定値とを比較する比較手段とを備え、前記増
幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さい場合
には、前記増幅回路の出力電圧をオフセット電圧とし、
前記増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値より大きい
場合には、前記増幅回路の出力電圧から前記オフセット
電圧を減算して保護対象の電流を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータ等の保護
対象を保護するために、保護対象の電流を検出する電流
検出方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】保護対象の電流を検出する電流検出装置
として、入力信号をオペアンプからなる増幅回路に入
力、増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換し
た後、マイクロプロセッサにより信号を取り込む構成の
ものが多用されている。前記増幅回路には、入力電圧が
０Ｖであっても出力に若干の電圧が発生するオフセット
電圧があり、このオフセット電圧は経年変化や周囲温度
等により変化するものである。したがって、保護対象の
電流を精度良く検出するためには、オフセット電圧を無
くすように調整する必要がある。このようなオフセット
調整の実現方法としては、オペアンプに可変抵抗を含む
オフセット調整用抵抗からなるオフセット調整回路を設
け、可変抵抗を調整するものがある。すなわち、オペア
ンプの入力端子から基準となる校正信号を与え、オペア
ンプの出力信号を測定しながら、可変抵抗を変えるもの
であり、このような作業には多くの手間が掛かると共に
測定設備が必要であった。

【０００３】前記のオフセット調整を自動で実行できる
電流検出装置としては、例えば特開平３−３６９１８号
公報に開示された電流検出装置がある。図６はこの従来
の電流検出装置を示す回路図であり、図において、Ｓｉ
は入力信号、１０１は入力端子、１０２、１０５、１０
６は抵抗、１０３はオペアンプ、１０７はＡ／Ｄ変換
器、１０８はマイクロプロセッサ、１０９は記憶部、１
１０は差検出部、１１１はアナログスイッチ、１１２は
制御信号である。アナログスイッチ１１１は入力端子１
０１からの入力信号Ｓｉと校正信号Ｓｃを切り換えてオ
ペアンプ１０３に与えるもので、マイクロプロセッサ１
０８からの制御信号１１２により切り換え動作を行うよ
うになっている。この場合の制御信号１１２は、保護対
象からの電気量を取り込むサンプリング周期に同期して
アナログスイッチ１１１を入力信号Ｓｉ側に切り換える
と共に、サンプリング周期外の任意の時期にアナログス
イッチ１１１を校正信号Ｓｃ側に切り換えるようにして
いる。また、マイクロプロセッサ１０８は校正信号Ｓｃ
に対応する出力信号Ｓｏのデジタル値をオフセット電圧
として記憶する記憶部１０９、入力信号Ｓｉに対応する
出力信号Ｓｏのデジタル値と記憶部に記憶されたオフセ
ット電圧のデジタル値との差を真の電気量として出力す
る差検出部１１０を有している。

【０００４】次に、オフセット調整方法について説明す
る。まず、マイクロプロセッサ１０８の制御信号１１２
により、サンプリング周期外の任意のタイミングでアナ
ログスイッチ１１１が校正信号Ｓｃ側に切り換えられる
と、校正信号Ｓｃがオペアンプ１０３に与えられ、オペ
アンプ１０３で増幅され、その出力信号ＳｏがＡ／Ｄ変
換器１０７でデジタル信号に変換された後、マイクロプ
ロセッサ１０８に与えられる。すると、マイクロプロセ
ッサ１０８では、この状態で与えられたデジタル量をオ
フセット電圧として記憶部１０９に一時記憶する。その
後、マイクロプロセッサ１０８の制御信号１１２によ
り、サンプリング周期に同期してアナログスイッチ１１
１が入力信号Ｓｉ側に切り換えられると、今度は入力端
子１０１に入力される入力信号Ｓｉがオペアンプ１０３
に与えられ、オペアンプ１０３で増幅され、その出力信
号ＳｏがＡ／Ｄ変換器１０７でデジタル信号に変換され
た後、マイクロプロセッサ１０８に与えられる。この時
の出力信号Ｓｏはオフセット電圧を含んだものになる。
マイクロプロセッサ１０８では、この状態で与えられた
デジタル信号を差検出部１１０に与え、記憶部１０９に
記憶されたオフセット電圧との差を検出する。これによ
り、入力端子１０１に入力される入力信号Ｓｉに対して
差検出部１１０を介してマイクロプロセッサ１０８に最
終的に取り込まれる電気量は、出力信号Ｓｏよりオフセ
ット電圧を差し引いたものになり、オフセット電圧分の
補正が可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような、
オフセット調整を自動で実行できる、従来の保護対象の
電流を検出する電流検出装置は、オフセット電圧を検出
するためにアナログスイッチで入力信号の切り換えを行
いアナログ回路に校正信号を入力するため、信号検出回
路とは別にアナログスイッチ、アナログスイッチを駆動
する回路、及び校正信号を生成する回路が必要となり、
回路構成が複雑になっていた。したがって、信頼性の低
下やコスト上昇を招くという問題点があった。

【０００６】この発明は前記の課題を解決するためにな
されたものであり、アナログスイッチ、アナログスイッ
チを駆動する回路、及び校正信号を生成する回路等を設
けずにオフセット電圧を検出することができ、検出した
オフセット電圧を用いて増幅回路の出力電圧を補正する
ため、保護対象の電流を精度良く検出することができる
電流検出方法及び装置を得ることを目的とする。

【０００７】また、オフセット電圧が周囲温度又は経年
変化により変化しても、保護対象の電流を精度良く検出
することができる電流検出方法及び装置を得ることを目
的とする。

【０００８】さらに、オフセット電圧をより精度良く検
出し、保護対象の電流をさらに精度良く検出する必要が
ある場合にも対応できる電流検出方法及び装置を得るこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る電流検
出方法は、増幅回路の出力電圧が予め設定したレベル判
定値より小さい場合には、前記増幅回路の出力電圧をオ
フセット電圧とし、前記増幅回路の出力電圧が前記レベ
ル判定値より大きい場合には、前記増幅回路の出力電圧
から前記オフセット電圧を減算して保護対象の電流を検
出するものである。

【００１０】第２の発明に係る電流検出方法は、第１の
発明に係る電流検出方法において、前記レベル判定値を
保護対象の無負荷運転条件での通電電流以下とするもの
である。

【００１１】第３の発明に係る電流検出方法は、第１の
発明又は第２の発明に係る電流検出方法において、前記
増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さい場
合に、前記増幅回路のゲインを大きくして（倍率Ａ）前
記増幅回路の出力電圧を検出し、この検出値を前記大き
くしたゲインの倍率Ａで除して前記オフセット電圧を求
めるものである。

【００１２】第４の発明に係る電流検出装置は、保護対
象からの電流入力手段、前記電流入力手段により入力さ
れた電流を電圧に変換する変換手段、前記変換手段によ
り変換された電圧を増幅する増幅回路、及び前記増幅回
路の出力電圧から保護対象の電流を検出する検出手段、
前記増幅回路の出力電圧と予め設定したレベル判定値と
を比較する比較手段を備え、前記増幅回路の出力電圧が
前記レベル判定値よりも小さい場合には、前記増幅回路
の出力電圧をオフセット電圧とし、前記増幅回路の出力
電圧が前記レベル判定値より大きい場合には、前記増幅
回路の出力電圧から前記オフセット電圧を減算して保護
対象の電流を検出するものである。

【００１３】第５の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明に係る電流検出装置において、前記レベル判定値を
前記保護対象の無負荷運転条件での通電電流以下とする
ものである。

【００１４】第６の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明又は第５の発明に係る電流検出装置において、前記
増幅回路のゲインを変更する切り換え手段を備え、前記
増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さい場
合に、前記切り換え手段により前記増幅回路のゲインを
大きくして（倍率Ａ）前記増幅回路の出力電圧を検出
し、この検出値を前記大きくしたゲインの倍率Ａで除し
て前記オフセット電圧を求めるものである。

【００１５】第７の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明〜第６の発明に係る電流検出装置のいずれかにおい
て、前記保護対象が三相の回路を持つ場合に、前記三相
回路の各々に、前記電流入力手段、前記変換手段、前記
増幅回路を備えると共に、少なくとも一つの前記比較手
段を備えるものである。

【００１６】第８の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明〜第７の発明に係る電流検出装置のいずれかにおい
て、前記増幅回路の出力電圧をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器を備え、前記Ａ／Ｄ変換器により変換され
たデジタル信号を前記検出手段に入力するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態1について、図１〜図３により説明する。図１はこ
の発明の実施の形態１の電流検出装置を示す回路図であ
り、図において、１は保護対象の１次導体、２は１次導
体１を流れる電流を検出する変流器、３は変流器２で検
出された電流を電圧に変換する電流検出抵抗、４は前記
電流検出抵抗３で変換された電圧を単相半波とするダイ
オード、５は電圧を増幅する増幅回路を構成するオペア
ンプ、６ａ及び６ｂは増幅回路のゲインを決定する抵
抗、７は電流制限抵抗、８は前記増幅回路で増幅された
電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を内蔵し
たマイクロコンピュータである。

【００１８】図２はこの発明の実施の形態１の電流検出
装置の電流検出処理を示すフロー図であり、ステップ２
１で増幅回路の出力電圧ＶｏｕｔのＡ／Ｄ変換を行な
い、ステップ２２〜２４において、Ｖｏｕｔがレベル判
定値Ｖｚより小さい時は、Ｖｏｕｔをオフセット電圧Ｖ
ｏｆｆとし、ＶｏｕｔがＶｚより大きい時は、Ｖｏｕｔ
から記憶しているＶｏｆｆを減算したデータを保護対象
の電流データＶｃとする。

【００１９】図３はこの発明の実施の形態１の電流検出
装置の保護対象の１次電流波形と増幅回路の出力電圧の
一例を示す波形図である。図において、３１は保護対象
の１次電流波形、３２は増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔ、
３３はオフセット電圧Ｖｏｆｆ、３４はレベル判定値Ｖ
ｚである。ＶｏｕｔがＶｚより小さい時は、保護対象の
１次電流波形３１がオフしている時のＶｏｕｔをＶｏｆ
ｆとして記憶し、保護対象の１次電流波形３１がオンし
た時は、ＶｏｕｔがＶｚよりも大となり、Ｖｏｕｔから
前回記憶したＶｏｆｆを減算したデータをＶｃとする。

【００２０】このような構成により、アナログスイッ
チ、アナログスイッチを駆動する回路、及び校正信号を
生成する回路等を設けずにオフセット電圧を検出するこ
とができ、検出したオフセット電圧を用いて増幅回路の
出力電圧を補正するため、保護対象の電流を精度良く検
出することができる。また、増幅回路の出力電圧をＡ／
Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、デジタルデー
タを演算しているため、より精度良く保護対象の電流を
検出することができる。

【００２１】ここで、前記のＶｚは、モータ等の負荷機
器の無負荷運転条件での通電電流以下に設定すれば良
い。例えば、モータの無負荷電流は通常の運転条件では
定格電流のおよそ３０％以上であり、例えばモータの定
格電流の１５〜２０％をＶzとすれば良い。このような
Ｖｚの設定により、増幅回路の出力電圧がオフセット電
圧と保護対象の電流のどちらであるかの判断を精度良く
行うことができる。

【００２２】また、図２に示した電流検出処理は繰り返
し実施されるため、ＶｏｕｔがＶｚよりも大きい場合
に、Ｖｏｕｔから減算するＶｏｆｆは、１回前の１次電
流オフ時のデータを採用すればよい。このように、Ｖｏ
ｆｆのデータは随時書き換えられ、最新のＶｏｆｆの値
を用いてＶｏｕｔを補正するため、Ｖｏｆｆが周囲温度
又は経年変化により変化しても、保護対象の電流を精度
良く検出することができる。

【００２３】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２の電流検出装置を示す回路図であり、三相回路への
適用例を示している。図において、４１は三相モータ、
４２ａ〜４２ｃは変流器であり、それぞれ、三相回路の
各相の１次電流であるＲ相電流、Ｓ相電流、Ｔ相電流を
検出するものである。また、４３ａ〜４３ｃは電流検出
抵抗、４４ａ〜４４ｃはダイオード、４５ａ〜４５ｃは
オペアンプ、４６ａ〜４６ｆは抵抗、４７ａ〜４７ｃは
電流制限抵抗、４８はマイクロコンピュータであり、実
施の形態１に示した図１の電流検出回路の３回路分で構
成されている。また、各相の電流検出方法は実施の形態
１と同様である。ここで、図２に示したような電流検出
処理手段を各相毎に設けても良いし、１つの電流検出処
理手段を設け、サンプリング時間間隔毎に切り換えて使
用しても良い。このような構成により、三相回路の各相
の増幅回路のオフセット電圧を検出し、各相の１次電流
値を補正するため、各相の電流値をより精度良く検出す
ることができると共に、三相電流の不平衡率を精度良く
検出することができる。

【００２４】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３の電流検出装置を示す回路図であり、実施の形態１
に示した図１の構成に増幅回路のゲインを決定する抵抗
６ｃ、及びゲイン切替えスイッチ９を付加したものであ
る。電流検出方法は実施の形態１と同様である。保護対
象の電流をさらに精度良く検出する必要がある場合に
は、増幅回路の出力電圧がオフセット電圧である場合、
ゲイン切替えスイッチを切り換え、増幅回路のゲインを
大きくして（倍率Ａ）増幅回路の出力電圧を検出し、こ
の検出値を前記大きくしたゲインの倍率Ａで除してオフ
セット電圧として記憶し、増幅回路の出力電圧が保護対
象の電流データを含む場合の補正に用いる。このような
構成により、必要に応じて、保護対象の電流をさらに精
度良く検出することができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。第１の
発明に係る電流検出方法は、増幅回路の出力電圧が予め
設定したレベル判定値より小さい場合には、前記増幅回
路の出力電圧をオフセット電圧とし、前記増幅回路の出
力電圧が前記レベル判定値より大きい場合には、前記増
幅回路の出力電圧から前記オフセット電圧を減算して保
護対象の電流を検出するため、アナログスイッチ、アナ
ログスイッチを駆動する回路、及び校正信号を生成する
回路等を設けずにオフセット電圧を検出することができ
ると共に、保護対象の電流を精度良く検出することがで
きる。また、オフセット電圧が周囲温度又は経年変化に
より変化しても、保護対象の電流を精度良く検出するこ
とができる。

【００２６】第２の発明に係る電流検出方法は、第１の
発明に係る電流検出方法において、前記レベル判定値を
保護対象の無負荷運転条件での通電電流以下とするた
め、増幅回路の出力電圧がオフセット電圧と１次電流の
どちらであるかの判断を確実に行うことができ、第１の
発明又は第２の発明と同様の効果を奏すると共に、保護
対象の電流をより精度良く検出することができる。

【００２７】第３の発明に係る電流検出方法は、第１の
発明又は第２の発明に係る電流検出方法において、前記
増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さい場
合に、前記増幅回路のゲインを大きくして（倍率Ａ）前
記増幅回路の出力電圧を検出し、この検出値を前記大き
くしたゲインの倍率Ａで除して前記オフセット電圧を求
めるため、オフセット電圧をより精度良く検出すること
ができ、保護対象の電流をさらに精度良く検出すること
ができる。

【００２８】第４の発明に係る電流検出装置は、保護対
象からの電流入力手段、前記電流入力手段により入力さ
れた電流を電圧に変換する変換手段、前記変換手段によ
り変換された電圧を増幅する増幅回路、及び前記増幅回
路の出力電圧から保護対象の電流を検出する検出手段、
前記増幅回路の出力電圧と予め設定したレベル判定値と
を比較する比較手段を備え、前記増幅回路の出力電圧が
前記レベル判定値よりも小さい場合には、前記増幅回路
の出力電圧をオフセット電圧とし、前記増幅回路の出力
電圧が前記レベル判定値より大きい場合には、前記増幅
回路の出力電圧から前記オフセット電圧を減算して保護
対象の電流を検出するため、第１の発明と同様の効果を
奏する。

【００２９】第５の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明に係る電流検出装置において、前記レベル判定値を
前記保護対象の無負荷運転条件での通電電流以下とする
ため、第２の発明と同様の効果を奏する。

【００３０】第６の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明又は第５の発明に係る電流検出装置において、前記
増幅回路のゲインを変更する切り換え手段を備え、前記
増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さい場
合に、前記切り換え手段により前記増幅回路のゲインを
大きくして（倍率Ａ）前記増幅回路の出力電圧を検出
し、この検出値を前記大きくしたゲインの倍率Ａで除し
て前記オフセット電圧を求めるため、第３の発明と同様
の効果を奏する。

【００３１】第７の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明〜第６の発明に係る電流検出装置のいずれかにおい
て、前記保護対象が三相回路を持つ場合に、前記三相回
路の各々に、前記電流入力手段、前記変換手段、前記増
幅回路を備えると共に、少なくとも一つの前記比較手段
を備え、前記検出手段により三相回路の各相の増幅回路
のオフセット電圧を検出し各相の電流を補正するため、
各相の電流を精度良く検出することができると共に、三
相電流の不平衡率を精度良く検出することができる。

【００３２】第８の発明に係る電流検出装置は、第４の
発明〜第７の発明に係る電流検出装置のいずれかにおい
て、前記増幅回路の出力電圧をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器を備え、前記Ａ／Ｄ変換器により変換され
たデジタル信号を前記検出手段に入力するため、保護対
象の電流をさらに精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の電流検出装置を示
す回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の電流検出処理を示
すフロー図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の電流検出装置の保
護対象の１次電流波形と増幅回路の出力電圧の一例を示
す波形図である。

【図４】 この発明の実施の形態２の電流検出装置を示
す回路図である。

【図５】 この発明の実施の形態３の電流検出装置を示
す回路図である。

【図６】 従来の電流検出装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 保護対象の１次導体、２ 変流器、３ 電流検出抵
抗、４ ダイオード、５ オペアンプ、６ａ、６ｂ、６
ｃ 抵抗、７ 電流制限抵抗、８ マイクロコンピュー
タ、９ 切替えスイッチ、３１ 保護対象の１次電流波
形、３２ 増幅回路の出力電圧、３３ オフセット電
圧、３４ レベル判定値、４１ 三相モータ、４２ａ〜
４２ｃ 変流器、４３ａ〜４３ｃ 電流検出抵抗、４４
ａ〜４４ｃダイオード、４５ａ〜４５ｃ オペアンプ、
４６ａ〜４６ｆ 抵抗、４７ａ〜４７ｃ 電流制限抵
抗、４８ マイクロコンピュータ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保護対象の電流を電圧に変換し、増幅回
   路により増幅し、前記増幅回路の出力電圧から保護対象
   の電流を検出する電流検出方法において、 前記増幅回路の出力電圧が予め設定したレベル判定値よ
   り小さい場合には、前記増幅回路の出力電圧をオフセッ
   ト電圧とし、 前記増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値より大きい
   場合には、前記増幅回路の出力電圧から前記オフセット
   電圧を減算して保護対象の電流を検出することを特徴と
   する電流検出方法。
2. 【請求項２】 前記レベル判定値を前記保護対象の無負
   荷運転条件での通電電流以下とすることを特徴とする請
   求項１記載の電流検出方法。
3. 【請求項３】 前記増幅回路の出力電圧が前記レベル判
   定値よりも小さい場合に、前記増幅回路のゲインを大き
   くして（倍率Ａ）前記増幅回路の出力電圧を検出し、こ
   の検出値を前記大きくしたゲインの倍率Ａで除して前記
   オフセット電圧を求めることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の電流検出方法。
4. 【請求項４】 保護対象からの電流入力手段、前記電流
   入力手段により入力された電流を電圧に変換する変換手
   段、前記変換手段により変換された電圧を増幅する増幅
   回路、及び前記増幅回路の出力電圧から保護対象の電流
   を検出する検出手段を備えた電流検出装置において、 前記増幅回路の出力電圧と予め設定したレベル判定値と
   を比較する比較手段を備え、 前記増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さ
   い場合には、前記増幅回路の出力電圧をオフセット電圧
   とし、 前記増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値より大きい
   場合には、前記増幅回路の出力電圧から前記オフセット
   電圧を減算して保護対象の電流を検出することを特徴と
   する電流検出装置。
5. 【請求項５】 前記レベル判定値を前記保護対象の無負
   荷運転条件での通電電流以下とすることを特徴とする請
   求項４記載の電流検出装置。
6. 【請求項６】 前記増幅回路のゲインを変更する切り換
   え手段を備え、 前記増幅回路の出力電圧が前記レベル判定値よりも小さ
   い場合に、前記切り換え手段により前記増幅回路のゲイ
   ンを大きくして（倍率Ａ）前記増幅回路の出力電圧を検
   出し、この検出値を前記大きくしたゲインの倍率Ａで除
   して前記オフセット電圧を求めることを特徴とする請求
   項４又は５記載の電流検出装置。
7. 【請求項７】 前記保護対象が三相の回路を持つ場合
   に、前記三相回路の各々に、前記電流入力手段、前記変
   換手段、前記増幅回路を備えると共に、少なくとも一つ
   の前記比較手段を備えることを特徴とする請求項４〜６
   のいずれかに記載の電流検出装置。
8. 【請求項８】 前記増幅回路の出力電圧をデジタル信号
   に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、前記Ａ／Ｄ変換器によ
   り変換されたデジタル信号を前記検出手段に入力するこ
   とを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の電流検
   出装置。