JP2005091021A - 電流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低電流値から高電流値までの測定レンジを高精度に測定する。
【解決手段】電流測定コントローラ４が、高レンジセンサＣＴ１が測定した被測定電線１を流れる電流Ｉの逆位相の電流Ｉｃｏｎｔを生成するように電流発生装置６を制御し、低レンジセンサＣＴ２が、被測定電線１を流れる電流Ｉと電線５を流れる電線を流れる電流Ｉｃｏｎｔを同時に測定し、電流測定コントローラ４が、高レンジセンサＣＴ１が測定した被測定電線１を流れる電流Ｉと低レンジセンサＣＴ２が測定した電流値Ｉｍｏｎｉ２との和を被測定電線１を流れる電流値として算出する。これにより、高レンジセンサＣＴ１の測定誤差を保障することができるので、低電流値から高電流値までの測定レンジを高精度に測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定電線の周部に発生する磁束を利用して被測定電線を流れる電流値を測定する非接触式の電流測定装置に関し、より詳しくは、低電流値から高電流値までの測定レンジを高精度に測定可能にするための技術に係わる。

従来より、被測定電線を流れる電流に比例した磁束を収束する環状コアと、この環状コアの空隙部内に設けられ、環状コアが収束させた磁束に比例した電圧をホール効果を利用して生成するホール素子とを備える電流測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、このような電流測定装置によれば、ホール素子が生成した電圧に基づいて、被測定電線を流れる電流を非接触形式で測定することができる。
特開２００２−３５０４７０号公報（段落［００２９］，図１）

しかしながら、従来までの電流測定装置は、定格以下の電流値は精度高く測定できるが、定格以上の高電流値が流れた場合には、環状コアが磁気飽和し、ホール素子において電流に比例した電圧が生成されなくなるために、定格以上の高電流値を精度高く測定することができない。さらに、定格以上の高電流値を測定するために、高電流値を測定可能な電流測定装置を利用した場合には、低電流値から高電流値までを測定することができるが、分解能が悪くなるために、測定誤差が大きくなってしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低電流値から高電流値までの測定レンジを高精度に測定可能な電流測定装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る電流測定装置の特徴は、電流測定コントローラが、第１の電流センサの測定値の逆位相の電流を所定の電線に生成するように電流発生部を制御し、第２の電流センサが、被測定電線を流れる電流と所定の電線を流れる電流を同時に測定し、電流測定コントローラは、第１及び第２の電流センサの測定値の和を被測定電線を流れる電流値として算出することにある。

本発明に係る電流測定装置によれば、第２の電流センサの測定値を第１の電流センサの測定値に足し合わせることにより、第１の電流センサの測定誤差を保障することができるので、低電流値から高電流値までの測定レンジを高精度に測定可能にすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態となる電流測定装置の構成について説明する。

〔電流測定装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態となる電流測定装置の構成について説明する。

本発明の一実施形態となる電流測定装置は、図１に示すように、被測定電線１を流れる電流値Ｉを非接触形式で測定する装置であり、高レンジの電流値を検出する高レンジセンサＣＴ１と、低レンジの電流値を検出する低レンジセンサＣＴ２と、高レンジセンサＣＴ１及び低レンジセンサＣＴ２が検出した電流値をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２及びアナログ／デジタル変換器３と、アナログ／デジタル変換された電流Ｉｍｏｎｉ１，Ｉｍｏｎｉ２に従って電流値指令信号を出力する電流測定コントローラ４と、電流測定コントローラ４から出力された電流値指令信号に従って電線５に電流Ｉｃｏｎｔを発生させる電流発生装置６とを主な構成要素として備える。

ここで、高レンジセンサＣＴ１は、被測定電線１を流れる電流値Ｉを非接触形式で検出可能なように、被測定電線１が内部を貫通するように構成されている。また、低レンジセンサ２は、被測定電線１を流れる電流値Ｉと電線５を流れる電流値Ｉｃｏｎｔを非接触形式で同時に検出可能なように、被測定電線１と電線５が内部を貫通するように構成されている。なお、高レンジセンサＣＴ１、低レンジセンサＣＴ２、電流測定コントローラ４、及び電流発生装置６は、本発明に係る第１の電流センサ、第２の電流センサ、電流測定コントローラ、及び電流発生部として機能する。

〔電流測定装置の動作〕
次に、被測定電線１を流れる電流値Ｉを測定する際の電流測定装置の動作について説明する。

被測定電線１を流れる電流値Ｉを測定する際は、負荷Ｍに電流Ｉが流れるのに応じて、高レンジセンサＣＴ１が、電流Ｉに比例した電流Ｉｍｏｎｉ１を電流測定コントローラ４に入力する。そして、電流Ｉｍｏｎｉ１が入力されるのに応じて、電流測定コントローラ４は、電流Ｉｍｏｎｉ１と逆位相の電流（＝−Ｉｍｏｎｉ１）を発生することを指示する電流値指令信号を電流発生装置６に入力する。なお、高レンジセンサＣＴ１が電流測定コントローラ４に入力する電流Ｉｍｏｎｉ１は、例えば図２に示すような波形となり、高レンジセンサＣＴ１の測定誤差が含まれている。

次に、電流発生装置６は、電流値指令信号が入力されるのに応じて、信号Ｉｍｏｎｉ１と逆位相の電流Ｉｃｏｎｔ（＝−Ｉｍｏｎｉ１）を電線５に出力する。そして、低レンジセンサＣＴ２は、アンペールの法則を利用して、被測定電線１及び電線５を流れる電流値を同時に測定することにより、電流Ｉと電流Ｉｃｏｎｔの差分、すなわち、高レンジセンサＣＴ１の測定誤差に比例した電流Ｉｍｏｎｉ２（＝Ｉ−Ｉｃｏｎｔ）を電流測定コントローラ４に入力する。なお、低レンジセンサＣＴ２が電流測定コントローラ４に入力する電流Ｉｍｏｎｉ２は、例えば図３に示すような波形となり、その大きさは高レンジセンサＣＴ１の測定誤差に比例する。

そして最後に、電流測定コントローラ４は、電流Ｉｍｏｎｉ２が入力されるのに応じて、信号Ｉｍｏｎｉ１と信号Ｉｍｏｎｉ２を足し合わせることにより、例えば図４に示すような、高レンジセンサＣＴ１の測定誤差が補正された真の電流Ｉ（＝Ｉｍｏｎｉ１＋Ｉｍｏｎｉ２）を算出する。これにより、被測定電線１を流れる電流値Ｉを測定する処理は終了する。

なお、上記アンペールの法則とは、図５に示すように、電流Ｉｉ（ｉ＝１〜６）によって任意の閉経路Ｃに発生する磁場Ｂは、経路Ｃを貫く電流Ｉｉの和（＝μ0ΣＩｉ，μ0は透磁率を表す）により導かれるというものである。従って、低レンジセンサＣＴ２は、アンペールの法則に従って、内部を貫通する被測定電線１と電線５を流れる電流の和に比例した磁界を測定することにより、高レンジセンサＣＴ１の測定誤差に比例した電流Ｉｍｏｎｉ２を測定することができる。

以上の説明から明らかなような、本発明の一実施形態となる電流測定装置では、電流測定コントローラ４が、高レンジセンサＣＴ１が測定した被測定電線１を流れる電流Ｉの逆位相の電流Ｉｃｏｎｔを生成するように電流発生装置６を制御し、低レンジセンサＣＴ２が、被測定電線１を流れる電流Ｉと電線５を流れる電線を流れる電流Ｉｃｏｎｔを同時に測定し、電流測定コントローラ４が、高レンジセンサＣＴ１が測定した被測定電線１を流れる電流Ｉと低レンジセンサＣＴ２が測定した電流値Ｉｍｏｎｉ２との和を被測定電線１を流れる電流値として算出する。

従来までの電流測定装置は、図６に示すように、被測定電線１０を流れる電流Ｉ_１に比例した磁束を収束する環状コア１１と、この環状コア１１の空隙部ｌ内に設けられ、環状コア１１が収束させた磁束Ｂに比例した電圧Ｖ_Ｈをホール効果を利用して生成するホール素子１２とを備え、ホール素子１２が生成した電圧Ｖ_Ｈを利用して、被測定電線１０を流れる電流Ｉ_１を測定していた。しかしながら、このような従来までの電流測定装置の構成では、定格以下の電流値は精度高く測定できるが、定格以上の高電流値については、環状コア１１が磁気飽和し、ホール素子１２において電流に比例した電圧Ｖ_Ｈが生成されなくなるために、精度高く測定することができない。

これに対し、本発明の一実施形態となる電流測定装置では、上述のように、定格以下の低電流は低レンジセンサＣＴ２を利用して測定し、定格以上の高電流については、高レンジセンサＣＴ１を利用して被測定電線１を流れる電流Ｉを測定し、高レンジセンサＣＴ１の測定誤差を低レンジセンサＣＴ２からの出力を高レンジセンサＣＴ１の出力に足し合わせることにより保障するので、低電流値から高電流値までの測定レンジを高精度に測定可能にすることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の一実施形態となる電流測定装置の構成を示す模式図である。 高レンジセンサから電流測定コントローラに入力される電流値を表す図である。 低レンジセンサから電流測定コントローラに入力される電流値を表す図である。 電流測定コントローラにより算出された被測定電線の電流値の波形を表す図である。 アンペールの法則を説明するための図である。 従来までの電流測定装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１：被測定電線
２，３：アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
４：電流測定コントローラ
５：電線
６：電流発生装置
ＣＴ１：高レンジセンサ
ＣＴ２：低レンジセンサ

Claims (4)

1. 被測定電線を流れる電流値を測定するための、測定レンジが異なる少なくとも二つの電流センサと、
   所定の電線に電流を生成する電流発生部と、
   電流発生部が生成する電流を制御すると共に、前記電流センサの測定値を利用して被測定電線を流れる電流値を算出する電流測定コントローラとを備え、
   前記電流測定コントローラは、第１の電流センサの測定値の逆位相の電流を前記所定の電線に生成するように電流発生部を制御し、
   第２の電流センサは、前記被測定電線を流れる電流と前記所定の電線を流れる電流を同時に測定し、
   前記電流測定コントローラは、前記第１及び前記第２の電流センサの測定値の和を前記被測定電線を流れる電流値として算出すること
   を特徴とする電流測定装置。
2. 前記第１及び第２の電流センサはそれぞれ、高電流値及び低電流値を測定するための電流センサであることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
3. 前記電流センサは、電流が流れるのに応じて電線の周部に発生する磁界を利用して電流を測定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流測定装置。
4. 前記電流センサは、電線が中心部を貫通する構成となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の電流測定装置。

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