JP2006266814A - 交流インピーダンス測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で直列接続された発電体と負荷のいずれか又は両方の交流インピーダンスを正確に測定できる交流インピーダンス測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】電圧検出手段３と４により発電体１と負荷２に印加される電圧を検出し、交流信号が１次側に流され、２次側が発電体１と負荷２との直列回路に直列挿入されるトランス５により交流信号に対応する交流信号を発電体１と負荷２との直列回路に流す。電流検出手段８によりトランス５の１次側に流れる電流を検出し、対応して発電体１と負荷２との直列回路に流れる電流を求める。演算手段１０は、電圧検出手段３、４で得られた電圧と、電流検出手段８の出力に基づいて負荷２や発電体１の交流インピーダンスを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定体の交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定装置及び方法に関し、簡易な構成で高精度な測定を可能とする交流インピーダンス測定装置及び方法に関する。

例えば、電池のような発電体から負荷に電力を供給している場合、電池の劣化状態は、通常、電池の内部インピーダンスと電池端子間電圧とに基づいてある程度判断できる。これは、電池の劣化が進むと内部インピーダンスは高くなり、端子電圧は小さくなる傾向を利用して電池の劣化を検出する。このような目的で電池のような発電体の内部インピーダンスの測定は重要である。

かかる内部インピーダンス測定は、直流抵抗だけでなく、交流成分に対する交流インピーダンスに対しても重要である。これは、電池の交流インピーダンスの周波数特性を測定することにより、劣化の原因である電池内部の化学的変化を間接的に観察できるからである。交流インピーダンス測定の原理は、周知のように、測定信号発生器から所定の周波数の交流信号を電池のような被測定体に印加し、その時に被測定体の両端に発生する電圧と、被測定体に流れる電流を測定し、電圧値を電流値で割り算することによりインピーダンスの絶対値を知ることができる。また、測定により電圧と電流の位相差を知り、得られたインピーダンスの絶対値と、電圧と電流の位相差に基づいて所望の形式の交流インピーダンスを求めることができる。また印加電圧の周波数を変化させながら順次交流インピーダンスを測定すれば、交流インピーダンスの周波数特性を得ることもできる。

具体的な電池の内部インピーダンスの測定装置の例が、特許文献１と２に提案されている。

特許文献１の測定装置の基本構成は、被測定体である電池と負荷からなる閉回路に測定信号発生器を並列に接続するもので、電池に印加されている電圧と流れる電流を検出し、検出結果から内部インピーダンスを求めている。

また、特許文献２の測定装置では、予め用意した正弦波信号（好ましくは２０Ｈｚ以下）をＦＥＴを介して電池に印加している。

特開２００４−２５１６２５（段落番号〔００１２〕〜〔００１６〕、図１） 特開２００４−１１９２２７（段落番号〔００１７〕〜〔００２１〕、図１）

特許文献１に記載の測定装置では、測定信号発生器は、交流の測定信号に加え、電池と同等以上の直流電圧を発生させる必要があり、構成が複雑化して高価になるという問題点を有する。特に、電池が高電圧の場合、内部に高電圧を発生するバイアス電源が必要となるため、この問題が顕著となる。また、電池に流れる交流電流だけを測定するための検出手段も複雑な構成を採用している。

特許文献２に記載の測定装置では、交流電流供給手段が単極性の構成になっており、交流電流供給手段に流れる電流は、該電池を放電させる方向にしか流すことができない。このため実際の測定信号は直流に交流波形を重畳したものになっており、直列に接続されている他の電池よりも直流放電電流が大きい状態となっている。ところが、電池等においては直流放電電流によってインピーダンスが変化するという性質を有しており、インピーダンス測定のために直流放電電流が変化するようでは正確なインピーダンス測定を行ったことにならない。

この問題を解決するためには、該電池を放電させる方向だけでなく充電方向にも電流を流すことができるような交流電流供給手段にする必要がある。具体的には例えば、相補的極性のもう一つのトランジスタと、充電方向に電流を流すための電源を追加して、いわゆるバイポーラ出力とする必要がある。しかし、このようにすることにより交流電流供給手段は大がかりになり、該電池の電圧が高いときには特に高価で複雑な手段となってしまう欠点を有している。

また、特許文献２に記載の測定装置は、電池に対して交流インピーダンスの測定を可能とするものであり、電池に接続される負荷の交流インピーダンスを測定することは開示されていない。

特許文献１に記載の測定装置は、電池のインピーダンス測定を目的としており、負荷のインピーダンス測定は目的としていない。しかし測定用交流源から与えた交流信号は、測定対象の電池だけではなく、負荷にも流れてしまう。特に電池は周波数によって大きくインピーダンスが変化するため、電池だけに与える交流電流量を管理することが困難であるという欠点を持っている。

そこで、本発明の目的は、簡単な構成で発電体又は負荷の交流インピーダンスを正確に測定できる交流インピーダンス測定装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、簡単な構成で発電体と負荷の交流インピーダンスを同時に又は別個に正確に測定できる交流インピーダンス測定装置及び方法を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による交流インピーダンス測定装置及び方法は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）発電体が負荷に接続され、前記発電体及び／又は負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
前記発電体及び／又は負荷に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記発電体と負荷との接続回路に直列挿入され、前記接続回路に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める演算手段と、
を備える交流インピーダンス測定装置。
（２）発電体が負荷に接続され、前記発電体または負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記発電体または負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
前記発電体と負荷に印加される電圧を検出する第１と第２の電圧検出手段と、
測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記発電体と負荷との接続回路に直列挿入され、前記接続回路に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記第１と第２の電圧検出手段の出力である前記発電体と負荷に印加される電圧を切り替え出力するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段の出力である電圧と、前記電流検出手段の出力に基づいて前記発電体または負荷のインピーダンスを求める演算手段と、
を備える交流インピーダンス測定装置。
（３）負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
前記負荷に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記負荷に接続され、負荷に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記負荷のインピーダンスを求める演算手段と、
を備える交流インピーダンス測定装置。
（４）直流発電体に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記直流発電体のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
前記直流発電体に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
前記直流発電体に直列接続されるキャパシタと、
測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記直流発電体及びキャパシタに接続され、直流発電体に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記直流発電体のインピーダンスを求める演算手段と、
を備える交流インピーダンス測定装置。
（５）交流発電体に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記交流発電体のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
前記交流発電体に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記交流発電体に接続され、交流発電体に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記交流発電体のインピーダンスを求める演算手段と、
を備える交流インピーダンス測定装置において、
前記トランスの２次側の巻線数は前記交流発電体にとって略無負荷とみなせるような巻線数とする交流インピーダンス測定装置。
（６）前記トランスの１次側は、定電圧駆動又は定電流駆動される上記（１）〜（５）のいずれかの交流インピーダンス測定装置。
（７）前記トランスは、２次側が開放可能とされ、前記開放部から前記発電体又は負荷の接続回路のワイヤ部を挿入して内部に囲んだ後に閉鎖するように構成されたクランプ式トランスである上記（１）〜（６）のいずれかの交流インピーダンス測定装置。
（８）発電体が負荷に接続され、前記発電体及び／又は負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定方法において、
前記発電体及び／又は負荷に印加される電圧を検出し、測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記発電体と負荷との接続回路に直列挿入され、前記接続回路に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスの１次側に流れる電流を検出し、前記検出された電圧と電流に基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定方法。

本発明の交流インピーダンス測定装置及び方法によれば、発電体と負荷との接続回路が閉回路を構成するため発電体と負荷に流れる電流が同一となり、発電体あるいは負荷の交流インピーダンスを、従来のように、被測定体以外に流れている測定用信号を分離・補正する手段を用いず測定することができる。また、測定信号発生部は測定に適した任意の測定用信号のみを発生するだけでよく、発電体と同等以上の電圧を発生する必要もないので、回路構成が簡素化されコスト面でも有利である。
さらに、トランスの２次側を通して発電体や負荷に与える測定信号の電流値を、トランスの１次側で知ることができるので、測定信号発生部や電流検出部の回路構成が簡素化され、コスト面でも有利である。

以下、本発明による交流インピーダンス測定装置及び方法の好適実施形態例について添付図を参照して説明する。

図１は本発明一実施例による交流インピーダンス測定装置を示す回路図である。
本実施例では、被測定体である発電体１（例えば、電池）と負荷２が直列に接続され、発電体１から電力が負荷２に供給され、発電体１と負荷２それぞれの交流インピーダンスを測定する。

交流インピーダンスを測定するのに必要な発電体１と負荷２に印加されている電圧は、電圧検出手段３と４によりそれぞれ検出される。電圧検出手段３と４で検出された電圧は、スイッチ９の入力端子９１と９２に供給される。スイッチ９は、入力端子９１と９２に入力されている電圧のいずれかを出力端子９３に切り替え出力する。スイッチ９の出力端子９３の電圧は、交流インピーダンス演算手段１０に送出される。

測定信号発生器６から発生される所定周波数の交流信号が測定信号注入用のトランス５の１次側巻線に供給され、２次側巻線が発電体１と負荷２の直列回路に挿入される。かかる構成により、交流インピーダンス測定に必要な電流が発電体１と負荷２に流れることになる。本実施例では、発電体、負荷からなる閉回路にトランス５を直列挿入（接続）して、負荷電流に測定用信号電流が重畳される。しかも、発電体１と負荷２は直列に接続され、閉回路を形成しているから両者に流れる電流は同じ値である。

測定信号発生器６からの電流は、トランス５の１次側に直列接続されている抵抗７に流れ、抵抗７に生ずる電圧に基づいて電流検出手段８により検出される。電流検出手段８により検出された電圧は、交流インピーダンス演算手段１０に送出される。トランス５の１次側を定電流駆動するときや駆動インピーダンスが問題にならないときは、この図のように抵抗を使用することによって、簡単で正確な電流検出を行うことができる。

定電圧駆動を行うときには、ホール素子やフラックスゲートセンサなど、直流抵抗が問題にならない電流検出手段を用いるのが好ましい。あるいは、電流検出のためにもう一つの交流電流トランスを使用し、１次側を測定用信号源６とトランス５の間に接続し、その２次側にシャント抵抗を接続することによって電流−電圧変換する方法もある。この方法により、電流検出用の直流抵抗の影響を軽減することができる。

交流インピーダンス演算手段１０は、電流検出手段８からの検出電流と、スイッチ９の出力端子９３からの検出電圧とを受け、発電体１と負荷２の交流インピーダンスを演算により求める。すなわち、交流インピーダンス演算手段１０は、電圧検出手段３と４で得られる発電体１と負荷２の印加電圧と、電流検出手段８で得られる検出電流とに基づいて、発電体１と負荷２のインピーダンスを演算により求める。

図１では、発電体１の電圧検出手段３と負荷２の電圧検出手段４各々で検出された電圧を、スイッチ９で切り替えて交流インピーダンス演算手段１０に与えることにより、各々のインピーダンスを測定した。スイッチ９を設けることなく、発電体１の電圧検出手段３で検出された電圧を交流インピーダンス演算手段１０に与えることによって発電体１のインピーダンスを測定したり、負荷２の電圧検出手段４で検出された電圧を交流インピーダンス演算手段１０に与えることによって負荷２のインピーダンスを測定したりすることができる。さらに、発電体１の電圧検出手段３と負荷２の電圧検出手段４各々で検出された電圧の両方を交流インピーダンス演算手段１０に与えて、各々を演算することにより、各々のインピーダンスを同時に測定する構成を採ることもできる。

本発明では、発電体１と負荷２両方に同一値の電流が流れるため、電流検出手段８で検出された電流は、どちらの演算においても共通に用いることができる。

本実施例では、発電体１と負荷２は直列接続されており、流れる電流はどちらも同一となるので、一つの電流検出手段を共有することができる。したがって、発電体１でも負荷２でも、それぞれの電圧検出点を変更するだけで、発電体１と負荷２のインピーダンスを測定することが可能である。

トランス５は、負荷電流の直流成分によって飽和しない程度の分割型コアやトロイダルコアを使用した電流トランスとし、測定信号発生器６の出力は抵抗７と信号注入用トランス５に与えられ、抵抗７及びプリアンプで構成される電流検出手段８により、トランス５の１次側電流が測定される。抵抗７は、被測定体（発電体や負荷）のインピーダンスが低い場合に電流制限抵抗の役割も果たす。

上記いずれの回路構成でも、測定信号を注入するためのトランス５と、被測定体である発電体１及び／又は負荷２とは必ず直列に接続された構成を有し、分岐して流れる電流経路がないため測定用信号電流は必ず全て被測定体（発電体１及び／又は負荷２）に流れる。また、測定信号発生部６と被測定体（発電体１及び／又は負荷２）とは電気的に絶縁されているため、測定信号発生器６は発電体１と同等以上の電圧を出力する必要は無く、必要最低限の回路規模で測定信号発生器を製作できる。例えば１００Ｖの電池の内部インピーダンスを測定する場合でも、測定用信号として交流１００ｍＶを発生すればよいなら、測定信号発生部は（１００ｍＶ×電圧変成比）で算出される電圧を発生すればよい。

図２は本発明の他の実施例による回路図を示す。本実施例では、被測定体として負荷２単体を想定し、負荷２の交流インピーダンスを測定するもので、トランス５の２次側巻線の両端を被測定体である負荷２に接続する。

図３は本発明の更に他の実施例による回路図を示す。本実施例では、被測定体として直流発電体（例えば、電池のような直流電圧源）単体を想定し、発電体１の無負荷時の交流インピーダンスを測定するもので、トランス５の２次側を被測定体である発電体１に接続するとともに、キャパシタ１１をトランス５の２次側に直列に接続することにより直流電流がトランス５の２次側に流れることを阻止している。

発電体が直流電流源のときは、電流源にとっての無負荷状態は負荷短絡状態なので、キャパシタ１１は不要であり、トランス５の２次側接続で直流的に短絡できる。このような場合は、トランス５の２次側巻線に直流抵抗の低い太い導線を用いたり、２次側巻線数を少なくするといった工夫により、より完全な短絡状態に近づけることができる。

このように、本発明では、測定用信号電流は必ず全て被測定体に流れているため、従来のように被測定体以外に流れる測定用信号電流の影響を受けることなく、精度良く交流インピーダンスを測定することができる。

測定用信号電流は、トランス５の１次側電流と、トランス５の電流変成比で計算できるので、トランス５の１次側電流を測定するだけで被測定体（発電体１または負荷２）に流れている測定用信号電流を知ることができる。

上述実施例において、トランス５をクランプ式の変流器とした場合、既に設置されている回路（上述図１の実施例では、発電体１と負荷２の直列回路）の電線をクランプするだけでトランス５を直列接続したことになり、極めて簡単な操作でインピーダンス測定が可能となる。発電体１と負荷２の直列回路の接続を外すことなく簡単に測定信号を印加することができる。このようなクランプ式トランスを用いれば、被測定物に流れる測定信号電流を測定するために、例えばシャント抵抗や通常の電流検出トランスのように被測定物の接続を外して追加する必要がなくなる。クランプ式のトランスは、公知の構成を有し、２次側が開放可能とされ、前記開放部から前記発電体や負荷の接続回路のワイヤ部を挿入して内部に囲んだ後に閉鎖するように構成されている。

また、被測定物に流れる測定信号電流を測定するために、例えばクランプ式の電流センサを別途用いると、電流検出のために被測定物接続を外す必要はないが、電流センサその物が高価であるという問題を有している。特に大型電池と負荷が接続されているような場合、直流の大電流に測定信号を重畳してインピーダンスを測定するため、電流センサが大型になり、また小さな測定信号を精度よく検出することが困難であるという欠点を有している。

本実施例では、トランス５の１次側電流から被測定物に流れる電流を知るような構成を用い、シャント抵抗７による電流検出手段を用いることができるが、トランス５の１次側には測定信号発生器６からの測定用信号に相当する交流電流しか流れないため、耐消費電力が小さい安価なシャント抵抗を使用することができる。これに対して、従来のように、トランス５の２次側にシャント抵抗を用いると、発電体１と負荷２の接続を外してシャント抵抗を追加する必要があるのみならず、発電体１から負荷２に流れる直流電流をも流せるだけの大きな耐消費電力が必要になってしまう。

ところで、発電体の交流インピーダンスは、負荷の有無や負荷の軽重によって変化する。また、電圧や電流に対して非線形なインピーダンス特性を示すような電子回路のような負荷の場合など、発電体から供給される電圧もしくは電流の大小により負荷の交流インピーダンスが変化することもある。このため、正確な測定を行うためには、実際の発電体と実際の負荷を接続した場合と等価と見なせる程度に、実際の稼働状態に近い状態で交流インピーダンスを測定することが求められる。

図１の実施例において、発電体１と負荷２の間にトランス５の２次側を接続して測定信号を印加する場合において、例えばトランス５の１次側を開放状態にすると、相互誘導により、あたかも発電体１と負荷２の間にインダクタを挿入したのと同じような状態となる。定電流出力アンプのような定電流源を用いて測定信号をトランス５の１次側に印加すると、定電流源の出力インピーダンスは高いので、トランスの２次側はトランス１次側を開放したのと同じように、あたかも発電体１と負荷２の間にインダクタを挿入したのと同じような状態となる。

インバータのように電流変化が大きい負荷を、電池のような直流発電体に接続した状態を考えた場合、発電体と負荷の間にインダクタを挿入したような状態になると、発電体から見た負荷インピーダンスが周波数が高くなるにつれて大きくなったように見え、実際の稼働状態とは異なった状態となるので、実際の稼働状態に近い状態による正確な交流インピーダンス測定を行うことができなくなる。

ここで、発電体１と負荷２の間にトランス５の２次側を接続して測定信号を印加する場合、例えばトランス５の１次側を短絡状態にすると、開放状態とは逆に、あたかも発電体１と負荷２の間にインダクタが挿入されていないのと同じような状態となる。定電圧出力アンプのような定電圧源を用いて測定信号をトランス５の１次側に印加すると、定電圧源の出力インピーダンスは低いので、トランス５の２次側はトランス５の１次側を短絡したのと同じように、あたかも発電体１と負荷２の間にはインダクタが挿入されていないのと同じような状態となり、トランスを挿入したことによる変化がほとんど現れなくなる。

インバータのように電流変化が大きい負荷を、電池のような直流発電体に接続した状態を考えた場合を考えると、発電体と負荷の間にはあたかも何も接続されていないような状態、すなわち実際の稼働状態とほとんど同じ状態とすることができ、正確な交流インピーダンス測定を行うことができるようになる。

以上、時間的に変化しない発電体と時間的に変化する負荷について述べたが、逆に例えば発電機等のような交流発電体、すなわち電圧や電流が変化する発電体と、抵抗負荷のように時間的な変化の少ない負荷との組み合わせを考える。この場合も、発電体と負荷の間に流れる電流は時間的に変化するので、等価的なインダクタが存在すると実際の稼働状態とは異なる状態となり、正確な交流インピーダンス測定を行うことができない。このような場合も同様に、トランス１次側を定電圧駆動することによって正確な交流インピーダンス測定を行うことができる。

以上述べたように、本発明においてトランス１次側を定電圧駆動すれば、トランスが等価的にインダクタにならず、発電体と負荷の少なくとも一方が時間的に変動しているときには、正確な交流インピーダンス測定を行うための重要な手段となる。

ただし、直流発電体と抵抗負荷の組み合わせのように、発電体も負荷も時間的に変動しない場合は、発電体と負荷の間に等価的なインダクタが存在しても影響は無いに等しく、トランス１次側の駆動条件による影響は無視できる。このような場合には、トランス２次側巻線の直流抵抗の方が重要となる。

また、この場合、発電体や負荷のインピーダンスが測定周波数によって変化するようなときには、トランス１次側を定電流駆動することにより、発電体や負荷に流れる測定信号電流を一定に保つことができる。

図３に示す実施例では、直流発電体（直流電圧源）の無負荷状態における交流インピーダンス測定を行うために、発電体と負荷の間にキャパシタを挿入し、直流電流が流れないような構成としていた。

本発明の他の実施例は、交流発電体の無負荷状態における交流インピーダンス測定を行うものである。図４には本実施例の回路図が示されている。

交流発電体１２が電圧出力のときは、出力電流がほとんど流れないようにすれば無負荷状態となる。
ここで、交流発電体１２に接続される負荷は、本発明において測定信号印加用トランス５の２次側であるが、ここに交流発電体１２の出力電流がほとんど流れないようにするため、この負荷が十分に大きなインダクタに見えるように、交流発電体１２に接続するトランス５の２次側の巻線数を多くし、測定信号を印加するにあたり、トランス５の１次側を定電流で駆動する。トランス５の２次側の巻線数をどれ位多くするか、トランス５の１次側の駆動インピーダンスをどれだけ高くするか（つまり、どれだけ定電流性の程度を完璧に近づけるか）は、交流発電体１２の交流インピーダンス測定結果における誤差が無視できる程度に小さくなることを基準にして選定すれば良い。

逆に、交流発電体１２が電流出力のときには、電流源にとっての無負荷状態は負荷短絡状態なので、トランス５の２次側が交流的にほとんど短絡に見えればよいことになる。このような場合は、トランス５の２次側の巻線数を少なくし、また１次側を定電圧駆動すればよい。トランス５の２次側の巻線数をどれ位少なくするか、トランス５の１次側の駆動インピーダンスをどれだけ低くするか（つまり、どれだけ定電圧性の程度を完璧に近づけるか）は、交流発電体１２の交流インピーダンス測定結果における誤差が無視できる程度に小さくなることを基準にして選定すれば良い。

以上説明した実施例では、従来技術との関係で以下のような効果を奏する。
発電体と負荷を接続した状態で、発電体及び／又は負荷の交流インピーダンスを測定するために測定信号を印加するとき、本発明によれば発電体と負荷両方の測定信号を同一値の電流にすることができる。従来技術では、測定信号が発電体と負荷に分流してしまったため、被測定対象に流れる電流だけを検出する必要があった。特に発電体と負荷両方の交流インピーダンスを知りたいときには、発電体と負荷両方に電流検出手段を設ける必要があり、電流検出手段が２個必要であった。また、周波数によって発電体もしくは負荷のインピーダンス変化が大きく変化するときは、測定信号電流がインピーダンスの高低によっていずれかに偏ってしまい、正確な測定が困難になることがあった。

本発明によれば、測定信号電流はトランス５の１次側電流とトランスの変成比で知ることができる。トランスで絶縁されているので、発電体や負荷の基準電位と測定信号発生部の基準電位が異なる電位でもかまわない。
発電体が高電圧であっても、トランス５で絶縁されているので、測定信号発生部で高電圧を発生する必要がない。

トランス５の１次側で測定信号電流を知る本発明の方法によれば、電流検出部を簡易化できる。特に、直流発電体と負荷の間に大きな直流電流が流れているときなど、通常の技術による電流検出では、大きな直流に重畳された小さな交流信号を検出する必要があり、装置が大がかりになったり、正確な測定が困難だったりした。例えば特許文献１のように直流キャンセルのための複雑な構成を取ったり、大電流を扱える大型電流センサが必要だったりした。

また本発明では、測定信号だけをトランス５の１次側に与えればよいので、装置が簡素化できる。発電体が高電圧であっても、測定信号に高電圧を発生する必要がない。

さらに本発明では、トランスの巻線数や、トランス１次側の駆動方法によって、測定信号印加部（トランス２次側）のインピーダンスを決定することができる。時間的にインピーダンスが変化する発電体や負荷が接続された場合の影響を小さくするためには、測定信号印加部のインピーダンスを小さくしたい。そのためには、トランス２次側の巻線数を少なくかつ太くし、トランス１次側を定電圧駆動すれば良い。
交流発電体６の無負荷でのインピーダンスを測定するときなど、測定信号印加部のインピーダンスを大きくしたい場合には、トランス２次側の巻線数を多くし、トランス１次側を定電流駆動すれば良い。

測定信号印加のためにクランプ式のトランスを使用すれば、発電体と負荷間のような接続を外す必要がなく、簡単に測定を行うことができる。特に発電体が高電圧や大電流のとき、接続を外す作業は危険である。しかしこのような大規模な発電体では、停止・再起動に時間・費用・手間がかかる場合が多く、接続を外すときの危険を避けるために一度発電を停止することもまた困難である。接続を外したり再接続したりすると配線の状態が変化し、実際の発電状態や負荷状態にできないことがある。

以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。

発明の一実施例による交流インピーダンス測定装置の回路図である。 本発明の他の実施例による交流インピーダンス測定装置の回路図である。 発明の更に他の実施例による交流インピーダンス測定装置の回路図である。 発明の他の実施例による交流インピーダンス測定装置の回路図である。

符号の説明

１ 発電体
２ 負荷
３、４ 電圧検出手段
５ トランス
６ 測定信号発生器
７ 抵抗
８ 電流検出手段
９ スイッチ
９１、９２ 入力端子
９３ 出力端子
１０ 交流インピーダンス演算手段
１１ キャパシタ
１２ 交流発電体

Claims (8)

1. 発電体が負荷に接続され、前記発電体及び／又は負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
   前記発電体及び／又は負荷に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記発電体と負荷との接続回路に直列挿入され、前記接続回路に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
   前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める演算手段と、
   を備えることを特徴とする交流インピーダンス測定装置。
2. 発電体が負荷に接続され、前記発電体または負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記発電体または負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
   前記発電体と負荷に印加される電圧を検出する第１と第２の電圧検出手段と、
   測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記発電体と負荷との接続回路に直列挿入され、前記接続回路に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
   前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記第１と第２の電圧検出手段の出力である前記発電体と負荷に印加される電圧を切り替え出力するスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段の出力である電圧と、前記電流検出手段の出力に基づいて前記発電体または負荷のインピーダンスを求める演算手段と、
   を備えることを特徴とする交流インピーダンス測定装置。
3. 負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
   前記負荷に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記負荷に接続され、負荷に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
   前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記負荷のインピーダンスを求める演算手段と、
   を備えることを特徴とする交流インピーダンス測定装置。
4. 直流発電体に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記直流発電体のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
   前記直流発電体に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記直流発電体に直列接続されるキャパシタと、
   測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記直流発電体及びキャパシタに接続され、直流発電体に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
   前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記直流発電体のインピーダンスを求める演算手段と、
   を備えることを特徴とする交流インピーダンス測定装置。
5. 交流発電体に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記交流発電体のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定装置において、
   前記交流発電体に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記交流発電体に接続され、交流発電体に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスと、
   前記トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段と前記電流検出手段の出力に基づいて前記交流発電体のインピーダンスを求める演算手段と、
   を備える交流インピーダンス測定装置において、
   前記トランスの２次側の巻線数は前記交流発電体にとって略無負荷とみなせるような巻線数とすることを特徴とする交流インピーダンス測定装置。
6. 前記トランスの１次側は、定電圧駆動又は定電流駆動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の交流インピーダンス測定装置。
7. 前記トランスは、２次側が開放可能とされ、前記開放部から前記発電体又は負荷の接続回路のワイヤ部を挿入して内部に囲んだ後に閉鎖するように構成されたクランプ式トランスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の交流インピーダンス測定装置。
8. 発電体が負荷に接続され、前記発電体及び／又は負荷に流れる電流と印加される電圧とに基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求める交流インピーダンス測定方法において、
   前記発電体及び／又は負荷に印加される電圧を検出し、測定信号発生回路から出力される交流信号が１次側に流され、２次側が前記発電体と負荷との接続回路に直列挿入され、前記接続回路に前記交流信号に対応する交流信号を流すトランスの１次側に流れる電流を検出し、前記検出された電圧と電流に基づいて前記発電体及び／又は負荷のインピーダンスを求めることを特徴とする交流インピーダンス測定方法。

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