JP2006237053A - 誤差補償型変流器装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変流器の励磁インピーダンスに起因する誤差を良好に補償することができる誤差補償型変流器装置を提供すること。
【解決手段】 被測定電流を流す１次巻線、および負担抵抗Ｚbが接続され、前記被測定電流に応じて誘導される電流を前記負担抵抗に与える２次巻線を有する変流器ＣＴと、前記負担抵抗に生じた電圧信号を用いて演算を行い前記変流器の励磁電圧を補償する演算増幅器ＯＡとをそなえた誤差補償型変流器装置において、 前記演算増幅器に、交流専用の帰還回路Ｚmと直流専用の帰還回路Ｚd1，Ｚd2とを設けることにより、前記直流専用の帰還回路を用いて前記演算増幅器の直流分の利得を１未満に設定することにより、前記交流専用の帰還回路により、交流増幅度を自由に変え得るように設定したことを特徴とする誤差補償型変流器装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力測定等に用いられる変流器装置に係わり、とくに励磁インピーダンス等に起因する誤差を補償する誤差補償型変流器装置に関する。

交流回路の電流、電力を測定するには、図４(a)に示すような変流器ＣＴに負担抵抗Ｚbを組み合わせた構成を用いる。変流器ＣＴを用いた場合、比誤差および位相角の問題があり、これらは励磁インピーダンスＺe、２次漏れインピーダンスＺsおよび負担抵抗Ｚbを主たる原因として生じる。なかでも、励磁インピーダンスＺeによるものが大きい。

励磁インピーダンスＺeに流れる電流Ｉeは、この励磁インピーダンスＺe、励磁電圧Ｖeとの関係が次のように表される。
Ie＝Ｖe／Ｚe

そして励磁電圧Ｖeは、図４(b)に示す等価回路から明らかなように、
Ｖe＝Ｉs・(Ｚs＋Ｚb)
であり、この電圧Ｖeを小さくできれば励磁インピーダンスＺeに流れる電流Ｉeすなわち変流器の誤差が小さくなる。

このような着眼点でなされた従来の装置として、図５および図６に示すものがある(特許文献１)。図５は、等価回路として示されており、変流器ＣＴにおける励磁電圧Ｖeを補償するΔＶeを組み合わせることにより、誤差の低減を図ったものである。

図６は、図５に示した等価回路を実体回路に置き換えたものである。すなわち、変流器ＣＴの２次端子ｋに演算増幅器ＯＡの非反転入力端子(＋)を、またもう一つの２次端子ｌに演算増幅器ＯＡの出力端子を接続し、演算増幅器ＯＡの反転入力端子(−)と出力端子との間に帰還要素Ｚs’を接続するとともに、反転入力端子(−)はインピーダンス要素Ｚb’を介してアース接続する。

この回路構成では、変流器ＣＴの２次電流Ｉsを負担抵抗Ｚbにより電圧変換し、検出値を電圧信号として形成する。この電圧信号は、演算増幅器ＯＡの分圧抵抗Ｚs’,Ｚb’に応じた増幅度で増幅され、これにより得られた誤差補償電圧ΔＶe＝Is・（Ｚs’＋Ｚb’）が変流器ＣＴで生じた誤差電圧Ｖeと合成されることにより、両者が相殺し合って誤差が低減される。
特公平5-84047号公報

この回路は、一見、正帰還回路であって動作が不安定に見えるが、実際は安定動作する。それは、交流回路としては、誤差補償電圧ΔＶeがΔＶe＞Ｉs・(Ｚs＋Ｚb)となっても、励磁インピーダンスＺeが増加する結果、２次電流Ｉsが一定となるように定電流動作するためである。

また、直流回路としては、Ｚs’／Ｚb’＞Ｚs／Ｚbの場合は、ΔＶe−Ｖe＞０となって正帰還回路として動作し補償できなくなるため、ΔＶe≦Ｖe、すなわちＺs’／Ｚb’≦Ｚs／Ｚbにしなければならない。

しかしながら、Ｚs’／Ｚb’＞Ｚs／Ｚbとなると、直流的には励磁インピーダンスＺeがゼロであり、ΔＶe−Ｖe＞０となって正帰還回路として動作し、補償できなくなる。そこで、この回路では、ΔＶe＜Ｖe、すなわちＺs’／Ｚb’＜Ｚs／Ｚbにする必要がある。

ところが、実際には、抵抗の温度係数やノイズ、演算増幅器のオフセット特性があるため、上記条件を成立させることができず、完全に誤差補償することはできない。

本考案は上述の点を考慮してなされたもので、変流器の励磁インピーダンスに起因する誤差を良好に補償することができる誤差補償型変流器装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
被測定電流を流す１次巻線、および負担抵抗が接続され、前記被測定電流に応じて誘導される電流を前記負担抵抗に与える２次巻線を有する変流器と、前記負担抵抗に生じた電圧信号を用いて演算を行い前記変流器の励磁電圧を補償する演算増幅器とをそなえた誤差補償型変流器装置において、
前記演算増幅器に、直流専用の帰還回路と交流専用の帰還回路とを設けることにより、前記直流専用の帰還回路を用いて前記演算増幅器の直流分の利得を１未満に設定することにより、前記交流専用の帰還回路により、交流増幅度を自由に変え得るように設定した
ことを特徴とする誤差補償型変流器装置、
を提供するものである。

本発明は上述のように、演算増幅器に直流専用の帰還回路および交流専用の帰還回路を設けたため、直流分の利得を１未満に設定して交流増幅度を自由に変えることができ、完全に誤差補償を行うことができる。

以下、図１ないし図３を参照して本発明の実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態を等価回路として示したものである。この図１に示すように、変流器ＣＴの２次側端子ｋ,ｌ間に、負担抵抗Ｚbと直列接続された帰還回路を設ける。この帰還回路は、直流専用の帰還回路−Ｖe(ＤＣ)と交流専用の帰還回路ΔＶe(ＡＣ)とを含む。

そして、直流専用の帰還回路ΔＶe(ＤＣ)と交流専用の帰還回路ΔＶe(ＡＣ)とが各別に直流分、交流分を増幅するものであり、直流分の利得を１未満にすれば、交流増幅度は回路定数の選択によって自由に設定できる。

図２は、本発明の実施形態１の実体回路を示したものである。この図２に示すように、変流器ＣＴの２次側端子ｋに負担抵抗Ｚbの一端および演算増幅器ＯＡの非反転入力端子（＋）を接続し、もう一つの２次側端子ｌに演算増幅器ＯＡの出力端子を接続する。

そして、演算増幅器ＯＡの反転入力端子(−)と出力端子との間に、直流専用の帰還回路と交流専用の帰還回路とが接続されている。交流専用の帰還回路は、抵抗Ｚmにより構成され、直流専用の帰還回路は、抵抗Ｚd1，Ｚd2および一端がこれら両抵抗Ｚd1，Ｚd2の相互接続点に接続され他端がアース接続されたキャパシタＺcにより構成されたＴ型ハイカット回路である。そして、演算増幅器ＯＡの反転入力端子（−）は、抵抗Ｚnによりアース接続されている。

図３は、図２の回路におけるキャパシタＺcをキャパシタのシンボルcで置換した、より実体的な回路として示したものである。

これら図２および図３に示した回路において、変流器ＣＴの２次側電流Ｉsは、負担抵抗Ｚb両端間に生じる、電流Ｉsの大きさに比例した値を持つ交流電圧信号に変換される。

そして、この交流信号は、演算増幅器ＯＡの分圧抵抗Ｚm，Ｚnの分圧比により定まる増幅度で増幅される。

一方、直流信号は、抵抗Ｚmに並列接続されている２つの直列接続された抵抗Ｚd1，Ｚd2と、これら両抵抗Ｚd1，Ｚd2の直列回路の一端が接続される演算増幅器ＯＡの入力端子に一端が接続されて他端がアース接続された抵抗Ｚn、との分圧比により定まる増幅度で増幅される。そして、この利得が１未満になるように、各抵抗Ｚd1，Ｚd2，Ｚnの値が設定されている。

これにより、変流器ＣＴの２次側電流Ｉsが流れ、変流器ＣＴの２次漏れインピーダンスＺsおよび負担抵抗Ｚbに、電圧降下Ｉs・(Ｚs＋Ｚb)が生じる。この電圧降下Ｉs・(Ｚs＋Ｚb)を補償するために、演算増幅器ＯＡおよび抵抗Ｚm，Ｚnからなる回路により、電圧ΔＶeを発生させて誤差補償電圧として用いる。これにより、完全な誤差補償を行うことができる。

上記演算増幅器ＯＡを含む回路を直流回路として見た場合、抵抗Ｚm，Ｚd1，Ｚd2の値につき、Ｚm＞(Ｚd1＋Ｚd2)とすると、Ｚmに並列に接続された２つの抵抗の直列回路（Ｚd1＋Ｚd2）と、演算増幅器ＯＡの入力抵抗Ｚnとの分圧比により演算増幅器の直流分の利得が決まる。仮に、帰還抵抗Ｚmを考慮に入れても、
{Ｚm・(Ｚd1＋Ｚd2)}／｛Ｚm＋(Ｚd1＋Ｚd2)}
となって、(Ｚd1＋Ｚd2)／Ｚnより大きくなることはない。

そこで、直流増幅度として、抵抗Ｚs，Ｚb，Ｚd1，Ｚd2およびＺnの関係をＺs／Ｚb＞(Ｚd1＋Ｚd2)／Ｚnとしておけば、直流分の利得は１未満となり、収束する動作を行う。

他方、演算増幅器ＯＡを含む交流回路の増幅度は、見掛け上、直流回路と同じ増幅度になるように思われるが、帰還回路が交流分を除去する構成であるため、帰還されなくなる。すなわち、抵抗Ｚd1，Ｚd2の中点をキャパシタcでアース接続しているため、抵抗Ｚd1，Ｚd2による帰還回路を通った交流信号は、キャパシタＣを通ってグランドに流れ、演算増幅器ＯＡの反転入力端子(−)に帰還されなくなる。

そのため、交流信号は抵抗Ｚmを通って帰還される分だけとなるので、交流信号の増幅度は抵抗Ｚm，Ｚnによって決定されることになる。これにより、交流信号の増幅度を、
ΔＶe＞Ｉs・(Ｚs＋Ｚb)
つまり誤差補償電圧ΔＶeが電圧降下分Ｉs・(Ｚs＋Ｚb)より大となるような関係が得られるようにすることができる。したがって、常にＶe−ΔＶe＝０となり、安定に動作することになる。

本発明の誤差補償型変流器装置の基本構成を示す説明図。 本発明の一実施形態を示す回路図。 図２の回路をより実体的な構成とした回路図。 図４(a)は一般的な変流器回路を示す回路図、図４(b)はその等価回路図。 誤差補償を施した変流器の等価回路図。 演算増幅器を用いた誤差補償型変流器回路を示す回路図。

符号の説明

ＣＴ 変流器
Ｚ 抵抗
ＯＡ 演算増幅器
ｃ キャパシタ

Claims (2)

1. 被測定電流を流す１次巻線、および負担抵抗が接続され、前記被測定電流に応じて誘導される電流を前記負担抵抗に与える２次巻線を有する変流器と、前記負担抵抗に生じた電圧信号を用いて演算を行い前記変流器の励磁電圧を補償する演算増幅器とをそなえた誤差補償型変流器装置において、
   前記演算増幅器に、直流専用の帰還回路と交流専用の帰還回路とを設けることにより、前記直流専用の帰還回路を用いて前記演算増幅器の直流分の利得を１未満に設定することにより、前記交流専用の帰還回路により、交流増幅度を自由に変え得るように設定した
   ことを特徴とする誤差補償型変流器装置。
2. 請求項１記載の誤差補償型変流器装置において、
   前記交流専用の帰還回路は、抵抗により構成され、
   前記直流専用の帰還回路は、抵抗とキャパシタとのＴ型ハイカット回路として構成された
   ことを特徴とする誤差補償型変流器装置。

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