JP2004108882A - 電力センサ - Google Patents
電力センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004108882A JP2004108882A JP2002270298A JP2002270298A JP2004108882A JP 2004108882 A JP2004108882 A JP 2004108882A JP 2002270298 A JP2002270298 A JP 2002270298A JP 2002270298 A JP2002270298 A JP 2002270298A JP 2004108882 A JP2004108882 A JP 2004108882A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- circuit
- current
- voltage
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
【課題】従来の電力センサには見られない交直両用で電力を計測し得るとともに周波数変動や非正弦波の場合にも実効電力を計測し得る電力センサ又は電力モニタを提供せんとするものである。
【解決手段】本発明による電力変換器の構造は、電圧検出を針状電極で行い、電流検出を開閉機構を有する磁気回路で行い、電力演算を磁気回路中のホール素子で演算するとともに、これら演算に必要な電子回路や出力表示が一体構造となっているので、電力供給中の活電線の任意の箇所で電線を切断することなく供給電力を検出し、測定することできる。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明による電力変換器の構造は、電圧検出を針状電極で行い、電流検出を開閉機構を有する磁気回路で行い、電力演算を磁気回路中のホール素子で演算するとともに、これら演算に必要な電子回路や出力表示が一体構造となっているので、電力供給中の活電線の任意の箇所で電線を切断することなく供給電力を検出し、測定することできる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
本発明は電力センサ、特に、産業用設備の電力を個別に計測する電力モニタに関するものである。
【産業上の利用分野】
【0002】
かかる電力センサは産業用設備の電力を個別に計測するために使用する。
【0003】
【従来の技術】
既知のように、ホール効果素子(以下ホール素子と称する)の起電圧(Vh)は、制御電流(Ic)とホール素子に印加される磁束密度(B)との積に比例し、KとV0をホール素子に起因する常数とした時、次式によって表される。
Vh=Ic×B×K+V0・・・・・・(1)
ここにIcを電圧に比例した制御電流、Bを被測定電流に比例した磁束密度とすれば、(1)式からVh=電圧×電流×常数+常数となり、起電圧Vhは電圧と電流を乗算した電力変換値となる。(例えば、非特許文献1)
【0004】
【非特許文献】
近藤浩著「電気計測」森北出版、2000年3月27日、p118−119
【0005】
この電力=電流×電圧の計測において、電気回路の電線から電流成分を非接触で取り出す方法としては交流変流器(ACCT)、又、既設電線などの回路を遮断できない場合は開閉式交流変流器(クランプ式ACCT)が用いられ、電圧成分は回路中途の接続端子などから変圧器等を介して取り出し、それらを演算回路で電力換算する方法がとられている。
【0006】
これらの方法では変流器や変圧器を使用しているので交直両用の電力を計測することができない。更に交流回路であってもインバータ出力に見られる非正弦波や、周波数が低周波(約30Hz)から高周波(20KHz)まで変化する場合には、電力測定は各変流器の特性上極めて困難であり、非常に高価なものとなり汎用性に乏しい欠点がある。
【0007】
又、受電盤から負荷までの距離が長く、しかも既設送電線の途中で電力を計測する場合には、演算回路が使用される電力変換器まで電圧成分や電流成分を信号ケーブルなどの導体により供給するか、特別なワイヤレス機器を設置して電圧成分、電流成分を演算回路まで送信する必要がある。
【0008】
更に、通常電流成分を検出する変流器が設置されている場所と、電圧成分を検出する配電盤などの端子部の位置とが相当距離離間されている場合が殆どであり、従って、受電設備から複数の工場に電力を分岐送電する場合、工場内の電力系統制御を行う場合、各工場の省エネ効果を電力消費量で評価する場合には、電圧検出部から演算回路までの距離が長くなり、電力測定が特に難点となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の欠点を補い、従来の電力センサには見られない交直両用で電力を計測し得るとともに周波数変動や非正弦波の電力の場合にもその実効電力を計測し得る電力センサ又は電力モニタを提供せんとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明電力センサは、電気回路に流れている負荷電流や電力量を電線等の電気回路を切断することなく、且つ電線の任意の個所で電力を計測する装置であって、絶縁物で被覆された電線等の内部導体に接触させて回路電圧を検出するための針状電極部と、該針状電極部および駆動用電源部に接続され、第1磁性体および第1ホール効果素子を有する磁気平衡による電圧検出部と、該電圧検出部に接続され、第2磁性体および第2ホール効果素子を有し、回路電圧を電流出力に変換し、電線と非接触状態で回路電流によって生ずる磁気により電流検出を行うクランプ式電力変換部と、前記第1ホール効果素子の出力を制御電流として用い、ホール素子自身で電圧・電流成分の乗算を行い電気回路の負荷電力に比例した出力を得る電力変換出力調整回路部とを具え、これら針状電極部、電圧検出部、電力変換部および電力変換出力調整回路を一体化するようにしたことを特徴とする。
【0011】
【作用】
斯様に構成することによって、本発明による電力センサは、電圧検出を針状電極により行い、電流検出を開閉機構を有する磁気回路により行い、電力演算を磁気回路中のホール効果素子により行うとともに、これら演算に必要な電子回路や出力表示を一体構造とする。従って、電力供給中の活電線の任意の箇所で電線を切断することなく供給電力を検出し、測定し、種々の用途に供することできる。
【0012】
また、三相三線式等の多相電力の計測を行う場合には、各相間に前記電力センサを設け、各相の電力変換値をホール素子自身で加算可能な回路をさらに具えるようにする。
【0013】
更に、本発明電力モニタは、電気回路に流れている負荷電流や電力量を電線等の電気回路を切断することなく、且つ電線の任意の個所で電力を計測する装置であって、絶縁物で被覆された電線等の内部導体に接触させて回路電圧を検出するための針状電極部と、該針状電極部および駆動用電源部に接続され、第1磁性体および第1ホール効果素子を有する磁気平衡による電圧検出部と、該電圧検出部に接続され第2磁性体および第2ホール効果素子を有し、回路電圧を電流出力に変換し、電線と非接触状態で回路電流によって生ずる磁気により電流検出を行うクランプ式電力変換部とを具え、前記第1ホール効果素子の出力を制御電流として用い、ホール素子自身で電圧・電流成分の乗算を行い電気回路の負荷電力に比例した出力を得る電力変換出力調整回路部とを具え、これら針状電極部、電圧検出部、電力変換部および電力変換出力調整回路を一体化するようにした電力センサと、該電力センサの出力としての積算電力値、瞬時電力値、電流値、電圧値、などの数値を表示する表示装置と、前記電力センサのデータ出力をコンピュータに出力する出力端子と、更に、前記電力センサの数値データをリモコン操作によって送信可能とするワイヤレス送信部とを具えることを特徴とする。
【0014】
斯様に構成することによって、工場などで使用されている産業用設備の電力を個別に計測し、各工場又は設備に電力系統制御によって効率良く電力配分をするための電力センサとして有利に使用し得るとともに、各設備の消費電力効率の改替やその実演管理用の電力監視用センサ(電力モニタ)としても有利に使用でき、しかも電力の節約にともなう省エネ効果の管理に貢献できる。又可変速制御された電動機を動力とする工作機械や産業用ロボットなどに供給される非正絃波の電力測定にも適している。同時に既設電線を切断することなく、任意の個所で端末設備の電力や積算電力を計測することができるので各設備の消費電力センサ又は電力モニタとしても有利に使用することができる。
【0015】
図面につき本発明を説明する。
図1は本発明電力センサによって単相の電力を計測する場合のブロックダイアグラム図である。
図1において、被覆電線U,Vは交流電源又は直流電源VSから電力を負荷LDに供給するための電線であり電線U、V間には回路電圧Eと負荷電流Ifが流れているものとする。この際、電圧検出部4の磁性体MB1に卷装した一次コイルLpと抵抗R1を直列に接続し、針状圧接接続端子1および1´を被覆電線UおよびVの内部導体に突刺し処理により接触させればIvp=E/(R1+RLp)なる電流が一次コイルLpに流れる(ここにRLp は一次コイルLpの直流抵抗)。
【0016】
次に電圧検出部4の一次コイルLpに流れる電流Ivpによって磁性体MB1内には磁束φpが発生する。この磁性体MB1の磁気空隙内にホール素子H1を設置し、駆動用電源部3の定電流回路から直流の定電流Icをホール素子H1の制御電流として流しておけば、式(1)よりホール素子H1は磁束φpに比例した電圧即ち回路電圧Eに比例した出力電圧Vh1が発生することは式(1)より明らかである。
【0017】
この出力電圧Vh1を電圧検出部4の電圧電流変換増幅器AM1で出力電流Ivsに変換し、この出力電流Ivsは、この磁性体MB1の二次コイルLsを通りクランプ式の電力変換部2に設置したホール素子H2の制御電流として用いる。この場合、電流Ivsが二次コイルLsに流れることにより発生する磁束φsの極性は、一次コイルLpに発生する磁束φpの極性とは互いに反対方向になるように二次コイルLsの巻回方向や電流Ivsの方向を定める。この様にして、磁気回路中に設けたホール素子H1が一次電流Ivpにより一次コイルLpに生じた磁束φpと、駆動用電源部3の定電流Icとによって発生したホール効果素子H1の出力電圧Vh1を電圧電流増幅器AM1で電流Ivsに変換して二次コイルLsに流す。
【0018】
この際、電流Ivsの方向を、磁束φpが相殺されるような磁束φsを発生させるように設定しておけば、磁気回路内の磁束が常時ゼロになるような一次電流に比例した大きさの二次電流Ivsが二次コイルLsに流れる。
【0019】
このような結果として、電圧検出部4の磁性体MB1内の磁束がゼロになるような電流Ivsは回路電圧Eに比例する。又、電流Ivsの値はコイルLpおよびLsの巻線比及び回路電圧Eに比例した電流Ivpに比例する。例えばコイルLpおよびLsの巻線比が1:1000の時、Ivs=Ivp×1/1000となる。
【0020】
従って、回路電圧Eに比例した電流Ivsをクランプ式の電力変換部2の磁性体MB2の磁気空隙内に設置したホール素子H2に制御電流として流すことができる。ホール素子H2の発生電圧は電圧回路の負荷電流Ifによって生じる磁界φfに比例するので、その値は電力に比例したものとなる。
【0021】
すなわち、電圧検出部4に用いたホール素子H1の出力電圧Vh1は式(1)によりVh1=Ic×φp×K+V0≒Ivpとなる。ここにIcは直流の定電流で常数、磁束φpは電圧に比例し、φp=Ivp∝Eであるから、Vh1≒E×Kとなり電圧に比例した出力値となる。更に出力電圧Vh1を電圧電流変換増幅器AM1により電流Ivsに変換することによって、Vh1=Ivs×K≒E×Kとなり、前述の如く回路電圧Eに比例した電流Ivsをクランプ式の電力変換部2のホール素H2に制御電流として流すことができる。
【0022】
この際、電力変換部2のホール素子H2の出力電圧Vhは前述の式(1)の場合と同様にVh=Ivs×φf×K+V0となる。ここでφfは回路電流Ifに比例して生じる磁束であるからφf≒If×K、であり又Ivs≒E×Kであることから、Vh=E×If×Kとなり、電気回路の負荷電力に比例する出力を得ることができる。更にこの出力電圧Vhを電圧電流変換増幅器AM2により増幅して所望の電圧Vwを得ることができる。
【0023】
駆動用電源部3は電圧電流変換増幅器AM1、AM2を駆動させるための定電圧回路(+15V、−15V等)と電圧検出部4にあるホール素子H1の制御用定電流回路とで構成する。
【0024】
本発明電圧センサを3相2線式電源の電力計測に応用した例を図2に説明する。図2においてU−V間の電圧を針状圧接接続端子1−U、1−Vによって電圧検出部4−Uに接続し、その出力電流をU相に設置されたクランプ式の電力変換部2−Uのホール素子H2uに制御電流として用いることにより上述したようにU−V間の電力変換値としてホール素子H2uの出力電圧Vhuが得られる。同様に、V−W間の電圧に比例した電流をV相のクランプ式の電力変換部2−Vに設けられたホール素子H2vに流し、V−W間の電力変換値として電圧Vhvを得ることができる。
【0025】
この際、図2に示すように、ホール素子H2uおよびH2vの出力Pを直列に接続することにより、U、V各相の加算電力値Vh=Vhu+Vhvが得られる。この出力電圧を電力変換出力調整回路5で、瞬時電力、積算電力、電圧のアナログ値及びデイジィタル出力に変換して液晶パネルなどに各種の表示を行うことができる。また、電圧検出部の電圧電流変換回路の出力を回路的に直流の定電流に切り替えることにより、クランプ式の電力変換部のホール素子の出力電圧を電流検出に変更できるのでU、V、W各相の電流値も計測可能となる。
【0026】
図3における3相3線式による電力計測を行う場合にも、上述した所と同様に、U、V、W各相間の電力変換出力は各相に設けられたクランプ式の電力変換部2−U,2−V,2−Wの各ホール素子H2u,H2v,H2wの出力電圧を直列に接続してU、V、W各相の電力変換出力を電力変換出力調整回路5の電圧電流変換増幅器AM2により加算することができる。
【0027】
図4における3相3線式による電力計測においては、U、V、W各相に本発明電圧センサを用いて、それぞれ個別の出力を得ると共に電力変換出力調整回路5において前述した所と同様に瞬時電力、積算電力、電圧、電流のアナログ値、並びにそれらのディジタル出力を取り出すことができる。
即ち、本例では電力変換出力調整回路5に4個の電圧電流変換増幅器AM2u, AM2v, AM2w, AM2s,を用い、増幅器AM2u, AM2v, AM2wを並列に接続し、ホール素子H2uの出力を増幅器AM2uに供給し、ホール素子H2vの出力を増幅器AM2vに供給し、ホール素子H2wの出力を増幅器AM2vに供給し、且つ増幅器AM2u, AM2v, AM2wを電圧電流変換増幅器AM2sに接続して増幅器AM2sから総電圧Vwを得るようにする。
【0028】
図5は標準化された単相用の電力変換センサ、即ち、図1に示す電力センサをU、V、W各相に夫々個別に用いることによって前述した所と同様に3相電力Pを計測することができる場合の実施例を示す。本例においても図1に示す電力センサと同一部分には同一符号を付して示す。図2乃至図4に示す実施例では駆動用電源部3は3相U、V、Wに対して共通に使用することができるが、その接続配線等の設置作業が比較的厄介であった。しかし、本例によれば、標準化された同一構成の単相用の電力変換センサを3個を各相に対して1個ずつ設けるため、その設置作業を簡単且つ短時間に、確実に行うことができる。
【0029】
【実施例】
図6は本発明電力センサ本体の実施例で3個のブロックA,B,Dを一体化した構造からなり、既設電線U、V、W(三相電線)を切断することなく、負荷電力を計測することができる。図6において、Aは磁性体MBu,MBv,MBwの一部を内蔵したクランプ式の電力変換器の開閉部の一部である。
【0030】
図7のAにおいて、分割された磁性体MB2−u,MB2−v,MB2−wは合成樹脂など絶縁物からなる成型物の内部に内蔵されている。但し、本体部分D側の磁性体と接する部分(a,a´,b,b´, c,c´)は、三相電線U、V、Wに流れる電流によって発生する磁束を、効率よくホール素子に加えるために磁性体を露出させている。図6において、Bは被測定回路の電線U、V、Wを本体部分Dに固定するための緊締部で、固定を容易にするための窪みを有している。
【0031】
図6における本体部分Dは、開閉部Aを取り付けることにより電線U, V, Wのそれぞれの周りを磁性体MBu,MBv,MBwで取り囲み、図8に示すように閉磁気回路CMC2−u,CMC2−v, CMC2−wを構成する。これら磁気回路の途中、即ち、その間隙にそれぞれホール素子H2u、H2v、H2wを設置し、図9で示すように針状電極1−u、1−v、l−wのそれぞれをプリント基板PCに接続し、前記電力変換出力を表示させる電力変換調整回路5(c)を内蔵している。
【0032】
本体部分Dと開閉部A、緊締部Bとの連結は図8及び図9に示すボルトS1,S2,S1´,S2´,とナットN1,N1´,N2,N2´とを使用して行う。図8及び図9は図6の構造を容易に説明するための図6のa−a´線上の断面図及びb−b´線上の断面図である。
【0033】
図8に示す図6のa−a´線上の断面図において、U、V、Wは負荷に電力を供給するための電線であり、その周りは開閉部Aと本体部分Dとを連結することにより磁性体MB2−uとMB2−u′、MB2−vと MB2−v′、MB2−wと MB2−w′がそれぞれ連結され各電線の周りに磁気回路CMC2−u,CMC2−v, CMC2−wが構成される。各磁気回路の途中、即ち、間隙にはホール素子H2u、H2v、H2wが図の如く設置されてプリント基板PCに接続されている。
【0034】
図9に示す図6のb−b´線上の断面図において、電線U、V、Wは負荷LDに電力を供給するための電線である。 緊締部Bと本体部分Dとを前述したように連結することにより、各電線U、V、Wは外部から振動や外力が加わっても本体部分Dに固定された位置が変動しない構造となっている。
【0035】
即ち、針状電極1−U、1−V、l−Wの一部はボルト状になっており、本体部分Dに埋め込まれた金属製のナットN3、N4、N5で固定されており、針状電極のボルト部分を回転させることにより針状電極の先端部分が電線の中心にある導体に被覆突刺して接触させることができる構造となっている。
【0036】
更に、ナットN3、N4、N5は導電性のボルトナットSu、Sv、Swでプリント基板PCに接続されている。電気的な接続と動作については上述した図3乃至図5及びその説明と同様であるため、その説明をここでは省略する。
【0037】
【発明の効果】
上述したように、本発明電力センサによれば、電圧検出を針状電極で行い、電流検出を開閉機構を有する磁気回路で行い、電力演算を磁気回路中のホール素子で演算するとともに、これら演算に必要な電子回路や出力表示が一体構造となっているので、電力供給中の活電線の任意の箇所で電線を切断することなく供給電力を検出し、測定することできる。
【0038】
更に、電力の演算をホール素子で行うために電気回路が簡単となり安価な電力センサを造ることができる。
【0039】
更に、本発明の使用は、工場などで使用されている産業用設備の電力を個別に計測し、各工場又は設備に電力系統制御によって効率良く電力配分をするための電力センサとしての応用や、各設備の消費電力効率の改替やその実演管理用の電力監視用センサ(電力モニタ)として応用でき、電力の節約にともなう省エネ効果の管理に貢献できる。
【0040】
又、可変速制御された電動機を動力とする工作機械や産業用ロボットなどに供給される非正絃波の電力測定にも適している。同時に既設電線を切断することなく、任意の個所で端末設備の電力や積算電力を計測することができるので各設備の消費電力センサ又は電力モニタとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は単相配線の電力計測時における本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図2】図2は本発明を3相2線式の電力計測時における本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図3】図3は3相3線式の電力計測時における本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図4】図4は図3の電力変換出力調整回路の変形例を示すブロックダイアグラム図である。
【図5】図5は標準化された単相用の電力変換センサをU、V、W各相に用いる同様の本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図6】図6(a)、(b)、(c)は本発明電力センサの構造の実施例で3個のブロックA,B,Dを一体化する工程をも示す構造説明図である。
【図7】図7(a)、(b)は図6のブロックAおよびBの組立て状態を示し、特にブロックAにおいて、分割された磁性体磁性体MB2−u、MB2−v、MB2−wが合成樹脂など絶縁物からなる成型物の内部に内蔵されている状態を示す分解図である。
【図8】図8は図6のa−a´線上の断面図であり、閉磁気回路CMC2−u,CMC2−v, CMC2−wを構成する説明図である。
【図9】図9は図6のb−b´線上の断面図であり、電線U、V、Wの緊締状態をも示す説明図である。
【符号の説明】
1、1´ 針状圧接接続端子部
2 クランプ式電力変換部
3 駆動用電源部
4 電圧検出部
5 電力変換出力調整部
VS 交流又は直流電源
LD 負荷
MB1,MB2 磁性体
H1,H2 ホ−ル効果素子
AM1,AM2 電圧電流変換増幅器
U,V,W 電線
本発明は電力センサ、特に、産業用設備の電力を個別に計測する電力モニタに関するものである。
【産業上の利用分野】
【0002】
かかる電力センサは産業用設備の電力を個別に計測するために使用する。
【0003】
【従来の技術】
既知のように、ホール効果素子(以下ホール素子と称する)の起電圧(Vh)は、制御電流(Ic)とホール素子に印加される磁束密度(B)との積に比例し、KとV0をホール素子に起因する常数とした時、次式によって表される。
Vh=Ic×B×K+V0・・・・・・(1)
ここにIcを電圧に比例した制御電流、Bを被測定電流に比例した磁束密度とすれば、(1)式からVh=電圧×電流×常数+常数となり、起電圧Vhは電圧と電流を乗算した電力変換値となる。(例えば、非特許文献1)
【0004】
【非特許文献】
近藤浩著「電気計測」森北出版、2000年3月27日、p118−119
【0005】
この電力=電流×電圧の計測において、電気回路の電線から電流成分を非接触で取り出す方法としては交流変流器(ACCT)、又、既設電線などの回路を遮断できない場合は開閉式交流変流器(クランプ式ACCT)が用いられ、電圧成分は回路中途の接続端子などから変圧器等を介して取り出し、それらを演算回路で電力換算する方法がとられている。
【0006】
これらの方法では変流器や変圧器を使用しているので交直両用の電力を計測することができない。更に交流回路であってもインバータ出力に見られる非正弦波や、周波数が低周波(約30Hz)から高周波(20KHz)まで変化する場合には、電力測定は各変流器の特性上極めて困難であり、非常に高価なものとなり汎用性に乏しい欠点がある。
【0007】
又、受電盤から負荷までの距離が長く、しかも既設送電線の途中で電力を計測する場合には、演算回路が使用される電力変換器まで電圧成分や電流成分を信号ケーブルなどの導体により供給するか、特別なワイヤレス機器を設置して電圧成分、電流成分を演算回路まで送信する必要がある。
【0008】
更に、通常電流成分を検出する変流器が設置されている場所と、電圧成分を検出する配電盤などの端子部の位置とが相当距離離間されている場合が殆どであり、従って、受電設備から複数の工場に電力を分岐送電する場合、工場内の電力系統制御を行う場合、各工場の省エネ効果を電力消費量で評価する場合には、電圧検出部から演算回路までの距離が長くなり、電力測定が特に難点となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の欠点を補い、従来の電力センサには見られない交直両用で電力を計測し得るとともに周波数変動や非正弦波の電力の場合にもその実効電力を計測し得る電力センサ又は電力モニタを提供せんとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明電力センサは、電気回路に流れている負荷電流や電力量を電線等の電気回路を切断することなく、且つ電線の任意の個所で電力を計測する装置であって、絶縁物で被覆された電線等の内部導体に接触させて回路電圧を検出するための針状電極部と、該針状電極部および駆動用電源部に接続され、第1磁性体および第1ホール効果素子を有する磁気平衡による電圧検出部と、該電圧検出部に接続され、第2磁性体および第2ホール効果素子を有し、回路電圧を電流出力に変換し、電線と非接触状態で回路電流によって生ずる磁気により電流検出を行うクランプ式電力変換部と、前記第1ホール効果素子の出力を制御電流として用い、ホール素子自身で電圧・電流成分の乗算を行い電気回路の負荷電力に比例した出力を得る電力変換出力調整回路部とを具え、これら針状電極部、電圧検出部、電力変換部および電力変換出力調整回路を一体化するようにしたことを特徴とする。
【0011】
【作用】
斯様に構成することによって、本発明による電力センサは、電圧検出を針状電極により行い、電流検出を開閉機構を有する磁気回路により行い、電力演算を磁気回路中のホール効果素子により行うとともに、これら演算に必要な電子回路や出力表示を一体構造とする。従って、電力供給中の活電線の任意の箇所で電線を切断することなく供給電力を検出し、測定し、種々の用途に供することできる。
【0012】
また、三相三線式等の多相電力の計測を行う場合には、各相間に前記電力センサを設け、各相の電力変換値をホール素子自身で加算可能な回路をさらに具えるようにする。
【0013】
更に、本発明電力モニタは、電気回路に流れている負荷電流や電力量を電線等の電気回路を切断することなく、且つ電線の任意の個所で電力を計測する装置であって、絶縁物で被覆された電線等の内部導体に接触させて回路電圧を検出するための針状電極部と、該針状電極部および駆動用電源部に接続され、第1磁性体および第1ホール効果素子を有する磁気平衡による電圧検出部と、該電圧検出部に接続され第2磁性体および第2ホール効果素子を有し、回路電圧を電流出力に変換し、電線と非接触状態で回路電流によって生ずる磁気により電流検出を行うクランプ式電力変換部とを具え、前記第1ホール効果素子の出力を制御電流として用い、ホール素子自身で電圧・電流成分の乗算を行い電気回路の負荷電力に比例した出力を得る電力変換出力調整回路部とを具え、これら針状電極部、電圧検出部、電力変換部および電力変換出力調整回路を一体化するようにした電力センサと、該電力センサの出力としての積算電力値、瞬時電力値、電流値、電圧値、などの数値を表示する表示装置と、前記電力センサのデータ出力をコンピュータに出力する出力端子と、更に、前記電力センサの数値データをリモコン操作によって送信可能とするワイヤレス送信部とを具えることを特徴とする。
【0014】
斯様に構成することによって、工場などで使用されている産業用設備の電力を個別に計測し、各工場又は設備に電力系統制御によって効率良く電力配分をするための電力センサとして有利に使用し得るとともに、各設備の消費電力効率の改替やその実演管理用の電力監視用センサ(電力モニタ)としても有利に使用でき、しかも電力の節約にともなう省エネ効果の管理に貢献できる。又可変速制御された電動機を動力とする工作機械や産業用ロボットなどに供給される非正絃波の電力測定にも適している。同時に既設電線を切断することなく、任意の個所で端末設備の電力や積算電力を計測することができるので各設備の消費電力センサ又は電力モニタとしても有利に使用することができる。
【0015】
図面につき本発明を説明する。
図1は本発明電力センサによって単相の電力を計測する場合のブロックダイアグラム図である。
図1において、被覆電線U,Vは交流電源又は直流電源VSから電力を負荷LDに供給するための電線であり電線U、V間には回路電圧Eと負荷電流Ifが流れているものとする。この際、電圧検出部4の磁性体MB1に卷装した一次コイルLpと抵抗R1を直列に接続し、針状圧接接続端子1および1´を被覆電線UおよびVの内部導体に突刺し処理により接触させればIvp=E/(R1+RLp)なる電流が一次コイルLpに流れる(ここにRLp は一次コイルLpの直流抵抗)。
【0016】
次に電圧検出部4の一次コイルLpに流れる電流Ivpによって磁性体MB1内には磁束φpが発生する。この磁性体MB1の磁気空隙内にホール素子H1を設置し、駆動用電源部3の定電流回路から直流の定電流Icをホール素子H1の制御電流として流しておけば、式(1)よりホール素子H1は磁束φpに比例した電圧即ち回路電圧Eに比例した出力電圧Vh1が発生することは式(1)より明らかである。
【0017】
この出力電圧Vh1を電圧検出部4の電圧電流変換増幅器AM1で出力電流Ivsに変換し、この出力電流Ivsは、この磁性体MB1の二次コイルLsを通りクランプ式の電力変換部2に設置したホール素子H2の制御電流として用いる。この場合、電流Ivsが二次コイルLsに流れることにより発生する磁束φsの極性は、一次コイルLpに発生する磁束φpの極性とは互いに反対方向になるように二次コイルLsの巻回方向や電流Ivsの方向を定める。この様にして、磁気回路中に設けたホール素子H1が一次電流Ivpにより一次コイルLpに生じた磁束φpと、駆動用電源部3の定電流Icとによって発生したホール効果素子H1の出力電圧Vh1を電圧電流増幅器AM1で電流Ivsに変換して二次コイルLsに流す。
【0018】
この際、電流Ivsの方向を、磁束φpが相殺されるような磁束φsを発生させるように設定しておけば、磁気回路内の磁束が常時ゼロになるような一次電流に比例した大きさの二次電流Ivsが二次コイルLsに流れる。
【0019】
このような結果として、電圧検出部4の磁性体MB1内の磁束がゼロになるような電流Ivsは回路電圧Eに比例する。又、電流Ivsの値はコイルLpおよびLsの巻線比及び回路電圧Eに比例した電流Ivpに比例する。例えばコイルLpおよびLsの巻線比が1:1000の時、Ivs=Ivp×1/1000となる。
【0020】
従って、回路電圧Eに比例した電流Ivsをクランプ式の電力変換部2の磁性体MB2の磁気空隙内に設置したホール素子H2に制御電流として流すことができる。ホール素子H2の発生電圧は電圧回路の負荷電流Ifによって生じる磁界φfに比例するので、その値は電力に比例したものとなる。
【0021】
すなわち、電圧検出部4に用いたホール素子H1の出力電圧Vh1は式(1)によりVh1=Ic×φp×K+V0≒Ivpとなる。ここにIcは直流の定電流で常数、磁束φpは電圧に比例し、φp=Ivp∝Eであるから、Vh1≒E×Kとなり電圧に比例した出力値となる。更に出力電圧Vh1を電圧電流変換増幅器AM1により電流Ivsに変換することによって、Vh1=Ivs×K≒E×Kとなり、前述の如く回路電圧Eに比例した電流Ivsをクランプ式の電力変換部2のホール素H2に制御電流として流すことができる。
【0022】
この際、電力変換部2のホール素子H2の出力電圧Vhは前述の式(1)の場合と同様にVh=Ivs×φf×K+V0となる。ここでφfは回路電流Ifに比例して生じる磁束であるからφf≒If×K、であり又Ivs≒E×Kであることから、Vh=E×If×Kとなり、電気回路の負荷電力に比例する出力を得ることができる。更にこの出力電圧Vhを電圧電流変換増幅器AM2により増幅して所望の電圧Vwを得ることができる。
【0023】
駆動用電源部3は電圧電流変換増幅器AM1、AM2を駆動させるための定電圧回路(+15V、−15V等)と電圧検出部4にあるホール素子H1の制御用定電流回路とで構成する。
【0024】
本発明電圧センサを3相2線式電源の電力計測に応用した例を図2に説明する。図2においてU−V間の電圧を針状圧接接続端子1−U、1−Vによって電圧検出部4−Uに接続し、その出力電流をU相に設置されたクランプ式の電力変換部2−Uのホール素子H2uに制御電流として用いることにより上述したようにU−V間の電力変換値としてホール素子H2uの出力電圧Vhuが得られる。同様に、V−W間の電圧に比例した電流をV相のクランプ式の電力変換部2−Vに設けられたホール素子H2vに流し、V−W間の電力変換値として電圧Vhvを得ることができる。
【0025】
この際、図2に示すように、ホール素子H2uおよびH2vの出力Pを直列に接続することにより、U、V各相の加算電力値Vh=Vhu+Vhvが得られる。この出力電圧を電力変換出力調整回路5で、瞬時電力、積算電力、電圧のアナログ値及びデイジィタル出力に変換して液晶パネルなどに各種の表示を行うことができる。また、電圧検出部の電圧電流変換回路の出力を回路的に直流の定電流に切り替えることにより、クランプ式の電力変換部のホール素子の出力電圧を電流検出に変更できるのでU、V、W各相の電流値も計測可能となる。
【0026】
図3における3相3線式による電力計測を行う場合にも、上述した所と同様に、U、V、W各相間の電力変換出力は各相に設けられたクランプ式の電力変換部2−U,2−V,2−Wの各ホール素子H2u,H2v,H2wの出力電圧を直列に接続してU、V、W各相の電力変換出力を電力変換出力調整回路5の電圧電流変換増幅器AM2により加算することができる。
【0027】
図4における3相3線式による電力計測においては、U、V、W各相に本発明電圧センサを用いて、それぞれ個別の出力を得ると共に電力変換出力調整回路5において前述した所と同様に瞬時電力、積算電力、電圧、電流のアナログ値、並びにそれらのディジタル出力を取り出すことができる。
即ち、本例では電力変換出力調整回路5に4個の電圧電流変換増幅器AM2u, AM2v, AM2w, AM2s,を用い、増幅器AM2u, AM2v, AM2wを並列に接続し、ホール素子H2uの出力を増幅器AM2uに供給し、ホール素子H2vの出力を増幅器AM2vに供給し、ホール素子H2wの出力を増幅器AM2vに供給し、且つ増幅器AM2u, AM2v, AM2wを電圧電流変換増幅器AM2sに接続して増幅器AM2sから総電圧Vwを得るようにする。
【0028】
図5は標準化された単相用の電力変換センサ、即ち、図1に示す電力センサをU、V、W各相に夫々個別に用いることによって前述した所と同様に3相電力Pを計測することができる場合の実施例を示す。本例においても図1に示す電力センサと同一部分には同一符号を付して示す。図2乃至図4に示す実施例では駆動用電源部3は3相U、V、Wに対して共通に使用することができるが、その接続配線等の設置作業が比較的厄介であった。しかし、本例によれば、標準化された同一構成の単相用の電力変換センサを3個を各相に対して1個ずつ設けるため、その設置作業を簡単且つ短時間に、確実に行うことができる。
【0029】
【実施例】
図6は本発明電力センサ本体の実施例で3個のブロックA,B,Dを一体化した構造からなり、既設電線U、V、W(三相電線)を切断することなく、負荷電力を計測することができる。図6において、Aは磁性体MBu,MBv,MBwの一部を内蔵したクランプ式の電力変換器の開閉部の一部である。
【0030】
図7のAにおいて、分割された磁性体MB2−u,MB2−v,MB2−wは合成樹脂など絶縁物からなる成型物の内部に内蔵されている。但し、本体部分D側の磁性体と接する部分(a,a´,b,b´, c,c´)は、三相電線U、V、Wに流れる電流によって発生する磁束を、効率よくホール素子に加えるために磁性体を露出させている。図6において、Bは被測定回路の電線U、V、Wを本体部分Dに固定するための緊締部で、固定を容易にするための窪みを有している。
【0031】
図6における本体部分Dは、開閉部Aを取り付けることにより電線U, V, Wのそれぞれの周りを磁性体MBu,MBv,MBwで取り囲み、図8に示すように閉磁気回路CMC2−u,CMC2−v, CMC2−wを構成する。これら磁気回路の途中、即ち、その間隙にそれぞれホール素子H2u、H2v、H2wを設置し、図9で示すように針状電極1−u、1−v、l−wのそれぞれをプリント基板PCに接続し、前記電力変換出力を表示させる電力変換調整回路5(c)を内蔵している。
【0032】
本体部分Dと開閉部A、緊締部Bとの連結は図8及び図9に示すボルトS1,S2,S1´,S2´,とナットN1,N1´,N2,N2´とを使用して行う。図8及び図9は図6の構造を容易に説明するための図6のa−a´線上の断面図及びb−b´線上の断面図である。
【0033】
図8に示す図6のa−a´線上の断面図において、U、V、Wは負荷に電力を供給するための電線であり、その周りは開閉部Aと本体部分Dとを連結することにより磁性体MB2−uとMB2−u′、MB2−vと MB2−v′、MB2−wと MB2−w′がそれぞれ連結され各電線の周りに磁気回路CMC2−u,CMC2−v, CMC2−wが構成される。各磁気回路の途中、即ち、間隙にはホール素子H2u、H2v、H2wが図の如く設置されてプリント基板PCに接続されている。
【0034】
図9に示す図6のb−b´線上の断面図において、電線U、V、Wは負荷LDに電力を供給するための電線である。 緊締部Bと本体部分Dとを前述したように連結することにより、各電線U、V、Wは外部から振動や外力が加わっても本体部分Dに固定された位置が変動しない構造となっている。
【0035】
即ち、針状電極1−U、1−V、l−Wの一部はボルト状になっており、本体部分Dに埋め込まれた金属製のナットN3、N4、N5で固定されており、針状電極のボルト部分を回転させることにより針状電極の先端部分が電線の中心にある導体に被覆突刺して接触させることができる構造となっている。
【0036】
更に、ナットN3、N4、N5は導電性のボルトナットSu、Sv、Swでプリント基板PCに接続されている。電気的な接続と動作については上述した図3乃至図5及びその説明と同様であるため、その説明をここでは省略する。
【0037】
【発明の効果】
上述したように、本発明電力センサによれば、電圧検出を針状電極で行い、電流検出を開閉機構を有する磁気回路で行い、電力演算を磁気回路中のホール素子で演算するとともに、これら演算に必要な電子回路や出力表示が一体構造となっているので、電力供給中の活電線の任意の箇所で電線を切断することなく供給電力を検出し、測定することできる。
【0038】
更に、電力の演算をホール素子で行うために電気回路が簡単となり安価な電力センサを造ることができる。
【0039】
更に、本発明の使用は、工場などで使用されている産業用設備の電力を個別に計測し、各工場又は設備に電力系統制御によって効率良く電力配分をするための電力センサとしての応用や、各設備の消費電力効率の改替やその実演管理用の電力監視用センサ(電力モニタ)として応用でき、電力の節約にともなう省エネ効果の管理に貢献できる。
【0040】
又、可変速制御された電動機を動力とする工作機械や産業用ロボットなどに供給される非正絃波の電力測定にも適している。同時に既設電線を切断することなく、任意の個所で端末設備の電力や積算電力を計測することができるので各設備の消費電力センサ又は電力モニタとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は単相配線の電力計測時における本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図2】図2は本発明を3相2線式の電力計測時における本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図3】図3は3相3線式の電力計測時における本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図4】図4は図3の電力変換出力調整回路の変形例を示すブロックダイアグラム図である。
【図5】図5は標準化された単相用の電力変換センサをU、V、W各相に用いる同様の本発明電力センサの接続配置を示すブロックダイアグラム図である。
【図6】図6(a)、(b)、(c)は本発明電力センサの構造の実施例で3個のブロックA,B,Dを一体化する工程をも示す構造説明図である。
【図7】図7(a)、(b)は図6のブロックAおよびBの組立て状態を示し、特にブロックAにおいて、分割された磁性体磁性体MB2−u、MB2−v、MB2−wが合成樹脂など絶縁物からなる成型物の内部に内蔵されている状態を示す分解図である。
【図8】図8は図6のa−a´線上の断面図であり、閉磁気回路CMC2−u,CMC2−v, CMC2−wを構成する説明図である。
【図9】図9は図6のb−b´線上の断面図であり、電線U、V、Wの緊締状態をも示す説明図である。
【符号の説明】
1、1´ 針状圧接接続端子部
2 クランプ式電力変換部
3 駆動用電源部
4 電圧検出部
5 電力変換出力調整部
VS 交流又は直流電源
LD 負荷
MB1,MB2 磁性体
H1,H2 ホ−ル効果素子
AM1,AM2 電圧電流変換増幅器
U,V,W 電線
Claims (3)
- 電気回路に流れている負荷電流や電力量を電線等の電気回路を切断することなく、且つ電線の任意の個所で電力を計測する装置であって、絶縁物で被覆された電線等の内部導体に接触させて回路電圧を検出するための針状電極部と、該針状電極部および駆動用電源部に接続され、第1磁性体および第1ホール効果素子を有する磁気平衡による電圧検出部と、該電圧検出部に接続され、第2磁性体および第2ホール効果素子を有し、回路電圧を電流出力に変換し、電線と非接触状態で回路電流によって生ずる磁気により電流検出を行うクランプ式電力変換部と、前記第1ホール効果素子の出力を制御電流として用い、ホール素子自身で電圧・電流成分の乗算を行い電気回路の負荷電力に比例した出力を得る電力変換出力調整回路部とを具え、これら針状電極部、電圧検出部、電力変換部および電力変換出力調整回路を一体化するようにしたことを特徴とする電力センサ。
- 三相三線式等多相の電力の計測を行う場合には、各相間に前記電力センサを設け、各相の電力変換値をホール素子自身で加算可能な回路をさらに具えることを特徴とする請求項1に記載の電力センサ或いは電力モニタ。
- 電気回路に流れている負荷電流や電力量を電線等の電気回路を切断することなく、且つ電線の任意の個所で電力を計測する装置であって、絶縁物で被覆された電線等の内部導体に接触させて回路電圧を検出するための針状電極部と、該針状電極部および駆動用電源部に接続され、第1磁性体および第1ホール効果素子を有する磁気平衡による電圧検出部と、該電圧検出部に接続され第2磁性体および第2ホール効果素子を有し、回路電圧を電流出力に変換し、電線と非接触状態で回路電流によって生ずる磁気により電流検出を行うクランプ式電力変換部と、前記第1ホール効果素子の出力を制御電流として用い、ホール素子自身で電圧・電流成分の乗算を行い電気回路の負荷電力に比例した出力を得る電力変換出力調整回路部とを具えて、これら針状電極部、電圧検出部、電力変換部および電力変換出力調整回路を一体化するようにした電力センサと、該電力センサの出力を表示する表示装置と、前記電力センサのデータ出力をコンピュータに出力する出力端子と、更に、前記電力センサの数値データをリモコン操作によって送信可能とするワイヤレス送信部とを具えることを特徴とする電力モニタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002270298A JP2004108882A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 電力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002270298A JP2004108882A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 電力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004108882A true JP2004108882A (ja) | 2004-04-08 |
Family
ID=32267972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002270298A Pending JP2004108882A (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 電力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004108882A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014025707A (ja) * | 2012-07-24 | 2014-02-06 | Nitto Kogyo Co Ltd | 電流計測部材 |
JP2014185999A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Omron Corp | 電流センサ及びこれを用いた電力センサ |
CN106569025A (zh) * | 2015-10-08 | 2017-04-19 | 云辰电子开发股份有限公司 | 测量耗电量的装置、非接触式测量供电状况的装置及方法 |
IT201700092014A1 (it) * | 2017-08-09 | 2019-02-09 | Celli Spa | Sistema di monitoraggio e metodo di rilevazione e monitoraggio della procedura di sanificazione. |
-
2002
- 2002-09-17 JP JP2002270298A patent/JP2004108882A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014025707A (ja) * | 2012-07-24 | 2014-02-06 | Nitto Kogyo Co Ltd | 電流計測部材 |
JP2014185999A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Omron Corp | 電流センサ及びこれを用いた電力センサ |
CN106569025A (zh) * | 2015-10-08 | 2017-04-19 | 云辰电子开发股份有限公司 | 测量耗电量的装置、非接触式测量供电状况的装置及方法 |
IT201700092014A1 (it) * | 2017-08-09 | 2019-02-09 | Celli Spa | Sistema di monitoraggio e metodo di rilevazione e monitoraggio della procedura di sanificazione. |
WO2019030790A1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-14 | Celli S.P.A. | MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AND MONITORING A SANITATION PROCESS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100840041B1 (ko) | 감시 시스템 | |
WO2017002766A1 (ja) | 電流検出装置 | |
KR101849727B1 (ko) | 시스템의 적어도 하나의 상을 모니터링하는 측정 시스템 | |
TWI506906B (zh) | 用以提供電能的裝置及方法與相關之系統 | |
US20140084937A1 (en) | On-Line Monitoring of Stator Insulation in Motors and Generators | |
JPS627981B2 (ja) | ||
JP2009115754A (ja) | 電気機器における漏洩電流測定装置及び測定方法 | |
JP5979413B2 (ja) | 電力計測装置 | |
EP2998748B1 (en) | Current measurement device and current calculation method | |
CN1319239C (zh) | 使用磁阻抗元件的过载电流保护设备 | |
JP2004108882A (ja) | 電力センサ | |
CN101414801A (zh) | 用于测定他励旋转电机的转子位置的方法 | |
US20100259246A1 (en) | Split shape closed loop current transducer | |
US10411758B2 (en) | Drive control apparatus that receives power and a plurality of frequency-multiplexed control signals | |
JP4596265B2 (ja) | 三相電力測定装置 | |
EP3392664B1 (en) | Electric quantity measuring device | |
JP6528322B2 (ja) | 計測システム、分電盤、及び計測システムの施工方法 | |
Stojcic et al. | Detecting incipient stator winding conductor faults in inverter fed machines | |
JP2016075600A (ja) | 電流・位相測定システム | |
US20140176118A1 (en) | Differential Current Sensor | |
Stojčić et al. | Detecting high-resistance connection asymmetries in inverter fed AC drive systems | |
JP2008039627A (ja) | 電力量計 | |
JP4590983B2 (ja) | 配線ダクトの負荷容量検知器 | |
JP2016073074A (ja) | 分電盤 | |
JP2014041089A (ja) | 電力測定装置および電力測定システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050721 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070925 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071002 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080325 |