JP2011247765A - Current detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、漏電検知等に用いる高透磁率材料の非線形な特性を利用する電流検知装置に関する。 The present invention relates to a current detection device that uses the non-linear characteristics of a high magnetic permeability material used for leakage detection and the like.
この種の電流検知装置としては、種々の構成を有するものが提案され、実施されているが、構造的に簡単で微小電流の検知が可能なものとしてフラックスゲート型の電流センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載された従来例では、図7(a)に示す構成を有する。すなわち、軟質磁性体製の同形,等大に構成された円環状をなすコア101及び102と、各コア101及び102に等しい回数巻回された励磁コイル103と、各コア101及び102にわたるよう一括して巻回された検出コイル104とを備えている。
As this type of current detection device, devices having various configurations have been proposed and implemented, but a flux gate type current sensor is known as a device that is structurally simple and capable of detecting a minute current. (For example, refer to Patent Document 1).
The conventional example described in
励磁コイル103には図示しない交流電源が、また検出コイル104には図示しない検出回路が接続されている。そして、両コア101及び102の中心に電流を測定する対象物たる被測定導線105が挿通されている。
励磁コイル103はこれに通電したとき両コア101及び102に生じる磁場が逆相であって互いに打ち消し合うようコア101及び102に巻回されている。
An AC power supply (not shown) is connected to the
The
そして、励磁コイル103に励磁電流iexを通電したとき、各コア101及び102に生じる磁束密度Bの経時変化は、図7(b)に示すようになる。軟質磁性体製のコア101及び102の磁気特性は磁場の大きさHが所定の範囲内では磁場の大きさHと磁束密度Bとは直線的な関係にある。しかしながら、磁場の大きさHが所定値を超えると、磁束密度Bが変化しない磁気飽和の状態となる関係にあることから、励磁コイル103に励磁電流iexを通電すると、各コア101及び102に発生する磁束密度Bは実線図示のように上下対称の台形波状に変化し、しかも相互に180°位相がずれた状態となる。
When the exciting current iex is supplied to the
今、被測定導線105に矢印で示す如く下向きに直流電流値Iが通電しているものとすると、この直流分に相当する磁束密度が重畳される結果、磁束密度Bは図7(b)に破線で示す如く、台形波のうち、上方の台形波はその幅が拡大され、一方下方の台形波はその幅が縮小された状態となる。
ここで、両コア101及び102に生じた磁束密度Bの変化を正弦波(起電力に対応)で表現すると図7(c)に示すようになる。この図7(c)では、前述した図7(b)で実線図示の台形波に対応して実線図示のように180°位相がずれた周波数fの正弦波(起電力)が表れるが、これらは180°ずれているため互いに打ち消し合う。一方、図7(b)で破線図示の台形波に対応して図7(c)には破線図示のような2倍の周波数2fの2次高調波が表れる。この2次高調波は位相が180°ずれているため、相互に重畳すると図7(c)の最下段に示すような正弦波信号となり、これが検出コイル104で検出される。
この検出コイル104で捉えられた検出信号は被測定導線105を流れる直流の電流値Iに対応しており、これを処理することで電流値Iを検出することができる。
Assuming that a direct current value I is energized downward as shown by an arrow in the
Here, when the change in the magnetic flux density B generated in both the
The detection signal captured by the
また、他の従来例として、検知すべき電流を流す1次巻線と、この1次巻線から電気的に絶縁され磁気コアにより1次巻線に磁気的に結合されている2次巻線とを具備している1以上の第1の検知変成器と、飽和を検出してそれに応じて磁化電流の方向を反転させる手段を含む前記磁気コアを周期的に飽和状態に駆動するために前記2次巻線に交互に反対方向の磁化電流を供給する手段と、感知される電流に実質上比例する出力信号を出力する処理手段とを備えている検知手段を具備して電流センサが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この電流センサは、さらに、前記第1の検知変成器の2次巻線に接続されて感知する電流によって前記2次巻線中に生成された磁化電流の低周波または直流成分を分離するローパスフィルタと、感知される電流が通過する1次巻線と、2次巻線とを有し、その2次巻線の入力側は前記ローパスフィルタの出力部に結合され、その出力側は前記装置の出力信号が生成される抵抗によって設置されている第2の検知変成器とを具備している。 Further, as another conventional example, a primary winding for passing a current to be detected, and a secondary winding electrically insulated from the primary winding and magnetically coupled to the primary winding by a magnetic core For periodically driving the magnetic core to saturation, including one or more first sensing transformers comprising: and means for detecting saturation and reversing the direction of the magnetization current accordingly A current sensor is proposed comprising sensing means comprising means for alternately supplying magnetizing currents in opposite directions to the secondary winding and processing means for outputting an output signal substantially proportional to the sensed current. (For example, refer to Patent Document 2). The current sensor further includes a low-pass filter that separates a low frequency or direct current component of the magnetizing current generated in the secondary winding by a current sensed by being connected to the secondary winding of the first sensing transformer. And a primary winding through which a sensed current passes, and a secondary winding, the input side of the secondary winding being coupled to the output of the low-pass filter, the output side of which is the device And a second sensing transformer installed by a resistor from which an output signal is generated.
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、2つのコア101及び102を使用するため、実際にはコア101及び102の磁気特性を完全に一致させることは困難であるため、磁気特性の違いにより励磁電流iexによる電圧が完全に打ち消されることなく発生してしまう。これが2次高調波成分に対応した検出電圧のS/N比を悪化させ、微小電流の検知が難しいという見解決の課題がある。
However, in the conventional example described in
また、検出コイル104から出力される電流値Iに対応した2次高調波は、電流値Iが大きくなり過ぎると、図7(c)で破線図示のように台形波の形が歪んでしまうために、電流Iと2次高調波成分の関係が比例関係ではなくなる。これにより、電流値Iの検知範囲が制限されてしまうために、広い範囲の電流を検出できないという未解決の課題もある。
Further, the second harmonic corresponding to the current value I output from the
また、少なくとも2つのコアを使用するので、小型化や低コスト化を実現し難いという未解決の課題もある。
また、特許文献2に記載された従来例にあっても、第1の検知変成器と第2の検知変成器とを設ける必要があり、1つの磁気コアによって広い範囲の電流を検出できないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、周囲環境条件により影響を受けることが少なく、小型、低コストで、広い範囲の微小電流検知が可能な電流検知装置を提供することを目的としている。
Moreover, since at least two cores are used, there is an unsolved problem that it is difficult to realize miniaturization and cost reduction.
Further, even in the conventional example described in Patent Document 2, it is necessary to provide the first detection transformer and the second detection transformer, and it is not possible to detect a wide range of current by one magnetic core. There is a problem to be solved.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and is hardly affected by ambient environmental conditions, and can detect a small current in a wide range with a small size and low cost. The object is to provide a current sensing device.
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る電流検知装置は、測定電流が流れる導線を囲む磁気コアに電気的に絶縁し磁気的に結合するように巻回した励磁コイル及び検出コイルを備えている。励磁コイルには、励磁手段から矩形波電圧を印加して磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態にする磁化電流が供給される。励磁手段によって前記励磁コイルに流れる磁化電流を、前記検出コイルで検出する。この検出コイルに流れる検出電流を電流検知手段に供給して、当該検出電流の大きさが急変するタイミングに基づいて前記測定電流を検知する。 In order to achieve the above object, an electric current detection device according to an embodiment of the present invention includes an excitation coil and a detection coil wound so as to be electrically insulated and magnetically coupled to a magnetic core surrounding a conducting wire through which a measurement current flows. A coil is provided. A magnetizing current is supplied to the exciting coil by applying a rectangular wave voltage from the exciting means to bring the magnetic core into a saturated state or a state in the vicinity thereof. The magnetizing current flowing through the exciting coil is detected by the detecting coil by the exciting means. The detection current flowing through the detection coil is supplied to the current detection means, and the measurement current is detected based on the timing at which the magnitude of the detection current suddenly changes.
この構成によると、励磁手段で励磁コイルに矩形波電圧を印加することにより、磁気コアのインダクタンスで決まる電流が流れ、磁気コアのインダクタンスが飽和すると、2次巻線の抵抗で決まる電流が流れることにより、励磁コイルに流れる電流波形が急変する。インダクタンスが消失するタイミングは磁気コアによって囲まれる導線の測定電流に比例する。
この励磁コイルに流れる電流波形を検出コイルで検出し、電流波形が急変するタイミングを電流検知手段で検出することにより、測定電流を検知することができる。
According to this configuration, when a rectangular wave voltage is applied to the excitation coil by the excitation means, a current determined by the magnetic core inductance flows, and when the magnetic core inductance is saturated, a current determined by the resistance of the secondary winding flows. As a result, the current waveform flowing in the exciting coil changes suddenly. The timing at which the inductance disappears is proportional to the measured current of the conductor surrounded by the magnetic core.
By detecting the current waveform flowing in the exciting coil with the detection coil and detecting the timing when the current waveform suddenly changes with the current detection means, the measurement current can be detected.
また、本発明の他の形態に係る電流検知装置は、前記励磁手段は、矩形波電圧を発生する発振回路と、該発振回路から出力される矩形波電圧を励磁電流に変換して前記2次巻線に供給する電流ブースターとで構成されていることを特徴としている。
この構成によると、発振回路で矩形波電圧を発生し、これを電流ブースターに供給して磁化電流に変換して励磁コイルに供給することにより、磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態に制御してインダクタンス特性に基づく電流急変タイミングを確実に形成することができる。
In the current detection device according to another aspect of the present invention, the excitation means includes an oscillation circuit that generates a rectangular wave voltage, and the rectangular wave voltage output from the oscillation circuit is converted into an excitation current to generate the secondary current. It is characterized by comprising a current booster supplied to the winding.
According to this configuration, a rectangular wave voltage is generated in the oscillation circuit, supplied to the current booster, converted into a magnetizing current, and supplied to the exciting coil, thereby controlling the magnetic core to a saturated state or a state in the vicinity thereof. Thus, the current sudden change timing based on the inductance characteristics can be reliably formed.
また、本発明の他の形態に係る電流検知装置は、前記電流検知手段は、前記検出コイルに流れる検出電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路と、該電流−電圧変換回路の出力が供給されてデューティ変化を検出して前記測定電流に応じた出力信号を出力する電流検知回路とを備えていることを特徴としている。
この構成によると、検出コイルに流れる検出電流を電圧に変換した状態で、デューティ変化を検出することにより、測定電流に応じた電圧信号を得ることができる。
In the current detection device according to another aspect of the present invention, the current detection unit is supplied with a current-voltage conversion circuit that converts a detection current flowing through the detection coil into a voltage, and an output of the current-voltage conversion circuit. And a current detection circuit for detecting a duty change and outputting an output signal corresponding to the measurement current.
According to this configuration, it is possible to obtain a voltage signal corresponding to the measurement current by detecting the duty change in a state where the detection current flowing through the detection coil is converted into a voltage.
また、本発明の他の形態に係る電流検知装置は、前記励磁手段は、印加する矩形波電圧の周波数を選択する周波数選択手段を備え、当該周波数選択手段の周波数を前記測定電流の大きさに応じて選択することを特徴としている。
この構成によると、励磁手段の矩形波電圧の周波数を測定電流の大きさに応じて選択することができるので、検出レンジを変化させてより広範囲の電流検知を行うことができる。
In the current detection device according to another aspect of the present invention, the excitation unit includes a frequency selection unit that selects a frequency of a rectangular wave voltage to be applied, and the frequency of the frequency selection unit is set to the magnitude of the measurement current. It is characterized by selecting it accordingly.
According to this configuration, since the frequency of the rectangular wave voltage of the excitation means can be selected according to the magnitude of the measurement current, a wider range of current detection can be performed by changing the detection range.
本発明によれば、磁気コアのインダクタンスが飽和電流付近で急に消失する特性が内部を貫通する導線の電流によってシフトすることを利用して、励磁手段で、励磁コイルに、矩形波電圧を印加して、磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態とする磁化電流を供給し、励磁コイルに磁気コアのインダクタンス消失による電流変化を生じさせ、この電流変化を検出コイルで検出し、この検出コイルの検出電流の大きさが急変するタイミングに基づいて測定電流を検知する。このため、電流検知装置を1つの磁気コアを用いて構成することができ、磁気コアの材料特性の違いによりS/N比が低下することがなく、微小電流を高精度で検出することができる。
また、電流検知装置を1つの磁気コアと2つの巻線とで構成できるので、小型、低コスト化が可能となる。
さらに、磁気センサ等を使用しないので、堅牢で、周囲環境条件により影響を受けることが少ない電流検知装置を提供できる。
しかも、二次巻線に印加する矩形波電圧の周波数を選択可能に構成することにより、測定電流に応じた周波数を選択して、広い範囲の電流検知が可能となる。
According to the present invention, a rectangular wave voltage is applied to the exciting coil by the exciting means by utilizing the fact that the characteristic that the inductance of the magnetic core suddenly disappears near the saturation current is shifted by the current of the conducting wire passing through the inside. Then, a magnetizing current that makes the magnetic core saturated or in the vicinity thereof is supplied, a current change is caused in the exciting coil due to the disappearance of the inductance of the magnetic core, and this current change is detected by the detection coil. The measurement current is detected based on the timing at which the magnitude of the detection current changes suddenly. For this reason, the current detection device can be configured using one magnetic core, and the S / N ratio does not decrease due to the difference in the material characteristics of the magnetic core, and a minute current can be detected with high accuracy. .
In addition, since the current detection device can be composed of one magnetic core and two windings, it is possible to reduce the size and cost.
Furthermore, since a magnetic sensor or the like is not used, it is possible to provide a current detection device that is robust and less affected by ambient environmental conditions.
In addition, by configuring the frequency of the rectangular wave voltage applied to the secondary winding to be selectable, it is possible to detect a wide range of currents by selecting a frequency according to the measurement current.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る電流検知装置の一実施形態を示す構成図である。図中、1a,1bは例えば漏電検知等の対象物に設けられた例えば10A〜800Aの往復の電流Iが流れる導線であって、健全状態では導線1a,1bに流れる電流の和はゼロであるが、漏電や地絡などで導線1a,1bに流れる電流の和が零にならず、検出対象とする例えば15mA〜500mA程度の微小な差異電流が流れる。これら導線1a,1bの回りにリング状の磁気コア2が配設されている。つまり、磁気コア2内に導線1a,1bが挿通されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a current detection device according to the present invention. In the figure,
磁気コア2には、励磁コイル3が所定巻数で巻回されており、この励磁コイル3に励磁手段としての励磁回路4から磁化電流が供給される。
また、磁気コア2には、励磁コイル3とは電気的に絶縁され、且つ磁気的に結合される励磁コイル3と同巻数の検出コイル4が巻回されており、この検出コイル4に流れる検出電流が電流検知手段としての検出回路6に供給されている。
An exciting coil 3 is wound around the magnetic core 2 with a predetermined number of turns, and a magnetizing current is supplied to the exciting coil 3 from an exciting circuit 4 as an exciting means.
The magnetic core 2 is wound with a detection coil 4 having the same number of turns as the excitation coil 3 that is electrically insulated from the excitation coil 3 and magnetically coupled. Current is supplied to a
励磁回路4は、図2に示すように、3つのインバータIC11、12及び13と2つの抵抗14及び15と1つのコンデンサ16とで構成される矩形波電圧としての方形波電圧を発生する発振回路17と、この発振回路17の発振出力電圧を電流に変換する電流ブースター18とを備えている。
発振回路17は、インバータICの保護用の抵抗14と3つのインバータIC11、12及び13とが直列に接続されている。抵抗14のインバータIC11とは反対側の端部とインバータIC13の出力側との間に抵抗15が介挿されている。さらに、抵抗14のインバータIC11とは反対側の端部とインバータIC12及び13の接続点との間にコンデンサ16が介挿されている。
As shown in FIG. 2, the excitation circuit 4 is an oscillation circuit that generates a square wave voltage as a rectangular wave voltage composed of three
In the
この発振回路17の発振周波数fは、比例定数をα、抵抗15の抵抗値をR、コンデンサ16の容量をCとしたとき、下記(1)式で算出される。
f=1/(α×C×R) …………(1)
この発振回路17の発振動作は、第1段階で、例えばインバータIC11の入力側がローレベルであって、出力側がハイレベルであるものとする。この第1段階ではインバータIC12の入力側がハイレベルとなり、出力側がローレベルとなる。また、インバータIC13の入力側がローレベルとなり、出力側がハイレベルとなる。
The oscillation frequency f of the
f = 1 / (α × C × R) (1)
It is assumed that the oscillation operation of the
このため、インバータIC13から出力される電流が抵抗15を介してコンデンサ16を通じてインバータIC12の出力側を通って接地される電流路が形成されることにより、コンデンサ16が充電される。
このコンデンサ16の充電が進んでコンデンサ16のプラス側すなわち抵抗15側の電位がインバータIC11の閾値電圧Vthに達すると、インバータIC11の出力が反転してローレベルとなり、これに応じてインバータIC12の出力がハイレベルに反転し、インバータIC13の出力がローレベルに反転する第2段階となる。
For this reason, the
When the charging of the
この第2段階となると前述した場合とは逆の電流路、すなわち、インバータIC12から出力される電流がコンデンサ16及び抵抗15を通ってインバータIC13の出力側から接地される電流路となって、コンデンサ16が放電状態となる。このとき、放電の初期状態では、コンデンサ16の抵抗15側の電位は電源電圧にコンデンサ16の充電電圧が加算された電位となっている。
In this second stage, the current path is opposite to that described above, that is, the current output from the
その後、コンデンサ16に蓄積された電荷が全て放電されてもまだインバータIC12の出力はハイレベルを維持し、電流はそのまま同じ方向に流れ続ける。このため、コンデンサは上記とは逆の極性すなわちコンデンサのインバータIC側がプラスに充電される第3段階となる。コンデンサ16の電荷がゼロのときはコンデンサ16の抵抗15側の電位は電源電圧と同じとなるが、充電が進むにつれて徐々に下がり、閾値電圧Vthまで下がったところでインバータIC11の出力が反転して第4段階となる。
Thereafter, even if all the electric charge accumulated in the
この第4段階では、インバータIC12の出力がローレベルに反転し、インバータIC13の出力がハイレベルに反転するので、インバータIC13から出力される電流が抵抗15及びコンデンサ16を通ってインバータIC12の出力側から接地される電流路が形成される。これによって、コンデンサ16が放電状態となり、その抵抗15側の電位が徐々に増加し、コンデンサ16の電荷が空になると、前述した第1段階に戻って逆極性での充電が始まる。
In this fourth stage, the output of the inverter IC12 is inverted to a low level and the output of the inverter IC13 is inverted to a high level, so that the current output from the inverter IC13 passes through the
このコンデンサ16が充放電されることにより、インバータIC13の出力側から前記(1)式で算出される所定周波数fの方形波電圧が出力され、この方形波電圧が電流ブースター18に入力される。ここで、発振回路17から出力される方形波電圧は、励磁コイル3に印加したときに、後述するように磁気コア2が十分飽和する電流で励磁することができる電圧に設定されている。
電流ブースター18は、ベースを互いに接続したNPN型トランジスタ19及びPNP型トランジスタ20が電源電圧及び接地間に直列に接続された構成を有し、発振回路17から出力される方形波電圧を磁化電流に変換し、変換した磁化電流を励磁コイル3へ供給する。
When the
The
磁気コア2は、図3(a)に示すように角型比の大きな磁束密度Bと磁界の強さHとの関係を表すB−H特性を有し、高透磁率材料の被線型な特性を有する。このB−H特性を有する磁気コア2のインダクタンスは、図3(b)に示すように飽和電流付近で急激に消失する。磁気コア2を貫通する導線1a,1bに任意の検出対象となる微小な測定電流Cを通電すると、図3(b)のB−H特性は、測定電流Cに応じて磁界の強さH方向にシフトしてインダクタンスが消失するタイミングが変化する。
As shown in FIG. 3A, the magnetic core 2 has a BH characteristic representing a relationship between a magnetic flux density B having a large squareness ratio and a magnetic field strength H, and is a linear characteristic of a high permeability material. Have The inductance of the magnetic core 2 having this BH characteristic disappears rapidly near the saturation current as shown in FIG. When a minute measurement current C to be detected is applied to the conducting
図3に示す材料特性を有する磁気コア2を用いて、励磁コイル3にパルス状の方形波電圧を印加し、磁気コア2が十分飽和する電流で励磁した場合の励磁コイル3に流れる電流は、図4に示すように模式的に表すことができる。
パルス状の電圧を印加すると、最初に磁気コア2のインダクタンスで決まる電流が流れ、磁気コア2のインダクタンスが飽和すると(図4中のF点)、励磁コイル3の抵抗で決まる電流が流れる。
When a pulsed square wave voltage is applied to the exciting coil 3 using the magnetic core 2 having the material characteristics shown in FIG. 3 and the magnetic core 2 is excited with a current that is sufficiently saturated, the current flowing through the exciting coil 3 is: It can be schematically represented as shown in FIG.
When a pulse voltage is applied, a current determined by the inductance of the magnetic core 2 first flows, and when the inductance of the magnetic core 2 is saturated (point F in FIG. 4), a current determined by the resistance of the exciting coil 3 flows.
磁気コア2を貫通する導線1a,1bに任意の微小な測定電流を通電すると、図3(b)に示すように、電流値Cに応じたインダクタンスが消失するタイミングの変化に伴って、図4に示す励磁電流もインダクタンスが消失するタイミングが点Fから点Hに変化する。すなわち、励磁コイル3を流れる電流のデューティ比が変化することになる。
そして、磁化コイル2に検出コイル5を励磁コイル3と同様の巻数で巻回することにより、図5に示す励磁電流波形と同様の波形を検出コイル4から得ることができる。
When an arbitrary minute measurement current is passed through the conducting
A waveform similar to the excitation current waveform shown in FIG. 5 can be obtained from the detection coil 4 by winding the detection coil 5 around the magnetization coil 2 with the same number of turns as the excitation coil 3.
したがって、検出コイル5の検出電流の、インダクタンスが消失することによってパルスのデューティ変化を検出することにより、導線1a,1bを流れる電流値Cの測定が可能となる。
このため、検出コイル5に接続された検出回路6は、図5に示すように、検出コイル5の両端に入力側が接続されたオペアンプ21とその帰還抵抗22とで構成される電流−電圧変換回路23と、この電流−電圧変換回路23の出力電圧デューティ変化を電圧に変換するデューティ比−電圧変換回路24とで構成されている。
Therefore, the current value C flowing through the
Therefore, the
ここで、電流−電圧変換回路23は、検出コイル5に流れる前述した図4と同様の電流の電流値と抵抗22との積に比例した電圧がオペアンプ21から出力する。
また、デューティ比−電圧変換回路24は、電流−電圧変換回路23から出力される電圧出力が抵抗25及びコンデンサ26の直列回路を介して反転入力側に入力されるとともに、抵抗25及び抵抗27の直列を介して非反転入力側に入力されるオペアンプ28を有する。ここで、抵抗27及びオペアンプ28の非反転入力側との間がコンデンサ29を介してグランドに接続されている。
Here, the current-
The duty ratio-
そして、オペアンプ28の出力側から電流−電圧変換回路23から入力される電圧出力のデューティ比に応じた電圧出力すなわち、磁気コア2を貫通する導線1a,1bに流れる測定電流に対応した電圧出力が出力端子30に出力される。
この出力端子30から出力される電圧出力から磁気コア2を貫通する導線1a,1bに流れる微小電流を検知することができる。
A voltage output corresponding to the duty ratio of the voltage output input from the current-
From the voltage output output from the
このように、上記第1の実施形態によると、測定電流が流れる導線を貫通させた1つの磁気コア2と、この磁気コア2に巻回された励磁コイル3及び検出コイル5とを備え、励磁コイル3に方形波電圧を印加して、磁気コア2を飽和状態又はその近傍の状態にするための磁化電流を供給する励磁回路4と、検出コイル5に流れる測定電流Iに応じた検出電流に基づいて測定電流を検知する検出回路6とを設けるだけの簡易な構成で、磁気コア2を貫通する導線1a,1bを流れる微小電流を広範囲に確実に検知することができ、低コスト化を図ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the magnetic core 2 including the conducting wire through which the measurement current flows is provided, and the excitation coil 3 and the detection coil 5 wound around the magnetic core 2 are provided. An excitation circuit 4 that supplies a magnetizing current for applying a square wave voltage to the coil 3 to bring the magnetic core 2 into a saturated state or a state in the vicinity thereof, and a detection current corresponding to the measurement current I flowing through the detection coil 5 Based on a simple configuration in which a
また、前述した従来例のように2つの磁気コアを使用する場合のようにコア材料特性の違いによるS/N比の低下が生じることはなく、微小電流を高精度で検知することができる。
しかも、前述した従来例のように磁気センサ等を使用することなしに電流検知が可能であるので、堅牢で、周囲環境条件により影響を受けることが少ない電流検知装置を提供することができる。
Further, unlike the case of using the two magnetic cores as in the conventional example described above, the S / N ratio is not lowered due to the difference in core material characteristics, and a minute current can be detected with high accuracy.
In addition, since current detection is possible without using a magnetic sensor or the like as in the conventional example described above, it is possible to provide a current detection device that is robust and less affected by ambient environmental conditions.
次に、本発明の第2の実施形態を図6について説明する。
この第2の実施形態では、磁気コア2を貫通する導線1a,1bを流れる微小な検出対象電流の電流値に最適な方形波発振周波数を設定することができるようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態においては、励磁回路4の発振回路17が、図6に示すように、前述した第1の実施形態における図2の構成において、抵抗15と直列に周波数調整回路40が設けられていることを除いては前述した図2と同様の構成を有する。したがって、図2との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, the optimum square wave oscillation frequency can be set for the current value of a minute detection target current flowing through the conducting
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
ここで、周波数調整回路40は、抵抗15と直列に互いに異なる抵抗値に設定された周波数調整抵抗41及び42を接続するとともに、これら周波数調整抵抗41及び42と並列にアナログスイッチIC等で構成される開閉スイッチ43及び44が接続されている。これら開閉スイッチ43及び44はスイッチ制御部45によってオン・オフ制御される。
スイッチ制御部45では開閉スイッチ43及び44を個別にオン・オフ制御することができる。このスイッチ制御部45による開閉スイッチ43及び44のオン・オフによる方形波電圧の発振周波数fは、抵抗41の抵抗値をR1とし、抵抗42の抵抗値をR2とすると、下記表1に示すようになる。
Here, the
The
この表1から明らかなように、開閉スイッチ43及び44をともにオン状態に制御すると、前述した第1の実施形態における(1)式と同様の発振周波数fとなる。また、開閉スイッチ43をオフ状態に制御し、開閉スイッチ44をオン状態に制御すると、抵抗15及び41の抵抗値R及びR1を加算した抵抗値(R+R1)に基づいて発振周波数f1が算出される。さらに開閉スイッチ43をオン状態に制御し、開閉スイッチ44をオフ状態に制御すると、抵抗15及び42の抵抗値R及びR2を加算した抵抗値(R+R2)に基づいて発振周波数f2が算出される。また、開閉スイッチ43及び44をともにオフ状態とする3つの抵抗15、41及び42の抵抗値R、R1及びR2を加算した抵抗値(R+R1+R2)に基づいて発振周波数f3が算出される。
As is apparent from Table 1, when both the open /
したがって、各抵抗値をR<R1<R2に設定した場合には、発振周波数f〜f3の関係は、f>f1>f2>f3となる。
ここで、スイッチ制御部45による開閉スイッチ43及び44のオン・オフ制御は、磁気コア2を貫通する導線1a,1bに流れる検出対象となる測定電流の大きさに応じて選択することが好ましい。例えば、測定電流が大きいときには小さい周波数f3を選択し、測定電流が小さくなるにつれて大きくなる周波数f2、f1及びfを選択することにより、測定電流に対するデューティ変化の検出レンジを変えることができ、測定電流の大きさに最適な発振周波数を選択して、前述した第1の実施形態に比較して、より広範囲の微小電流を高精度で検知することができる。
Therefore, when each resistance value is set to R <R1 <R2, the relationship between the oscillation frequencies f to f3 is f>f1>f2> f3.
Here, the on / off control of the open /
なお、上記第2の実施形態においては、2個の周波数調整抵抗41及び42を抵抗15と直列に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、1個又は3個以上の周波数調整抵抗を接続し、接続した数に対応する開閉スイッチを設けることにより、より細かく発振周波数を調整することができる。また、固定抵抗器に代えて可変抵抗器を適用するようにしてもよく、要は全体の抵抗値を所望段階に調整可能に構成すればよいものである。
In the second embodiment, the case where the two
また、上記第1及び第2の実施形態においては、発振回路17として3つのインバータIC11〜13を使用して方形波電圧を出力する発振回路を構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、インバータIC11を省略するとともに、抵抗15とコンデンサの配置位置を逆関係として2つのインバータICを使用した発振回路を適用することもでき、さらには、1つのシュミットインバータを使用して方形波電圧を出力する発振回路を適用することもでき、任意の方形波発振回路を適用することができる。
In the first and second embodiments, the case where the
また、発振回路17で発振する矩形波電圧出力は、方形波電圧出力に限定されるものではなく、波形の高さ及び幅が異なる任意の矩形波電圧出力とすることができ、励磁コイル3に図4に示すように、測定電流の値に応じて飽和時のインダクタンス消失によって電流値が急変するタイミングが異なる電流を流すことができるものであればよい。
また、上記実施形態においては、2本の導線1a,1bの差異電流を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、1本の導線の微小電流を検出することもできる。
Further, the rectangular wave voltage output oscillated by the
Moreover, although the case where the difference electric current of the two
1a,1b…導線、2…磁気コア、3…励磁コイル、4…励磁回路、5…検出コイル、6…検出回路、11〜13…インバータIC、14,15…抵抗、16…コンデンサ、17…発振回路、18…電流ブースター、21…オペアンプ、22…抵抗、23…電流−電圧変換回路、24…デューティ比−電圧変換回路、25,27…抵抗、26,29…コンデンサ、28…オペアンプ、30…出力端子、40…周波数調整回路、41,42…抵抗、43,44…開閉スイッチ、45…スイッチ制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
矩形波電圧を印加して磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態にする磁化電流を前記前記励磁コイルに供給する励磁手段と、
該励磁手段によって前記励磁コイルに流れる磁化電流を、前記検出コイルで検出し、当該検出コイルに流れる検出電流における当該検出電流の大きさが急変するタイミングに基づいて前記測定電流を検知する電流検知手段と
を備えたことを特徴とする電流検知装置。 An excitation coil and a detection coil wound around a magnetic core surrounding a conducting wire through which a measurement current flows to be electrically insulated and magnetically coupled;
Excitation means for supplying a magnetizing current to the excitation coil to apply a rectangular wave voltage to bring the magnetic core into a saturated state or a state in the vicinity thereof;
A current detection means for detecting the measurement current based on a timing at which the magnitude of the detection current in the detection current flowing in the detection coil suddenly changes by detecting the magnetization current flowing in the excitation coil by the excitation means. And a current detection device.
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