JP2014183725A - Input conversion board for digital protection control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an input conversion board for holding information capable of achieving control corresponding to individual sensor characteristics of a hole element sensor adopted as an input converter.SOLUTION: An input conversion board for a digital protection control device of a power system includes: an input side primary circuit to which a current to be measured is inputted; a hole element sensor for detecting a current to be measured of the power system; a secondary circuit for outputting voltage generated in the hole element sensor corresponding to the current to be measured; a constant current source for supplying a constant current to the hole element sensor; a control circuit for controlling a value of the constant current; and a non-volatile memory for holding information about the control. A constant current value corrected by a correction value of the constant current obtained based on information about errors of sensor characteristics is set in the constant current source.

Description

本発明は、ディジタル保護制御装置に係り、特に、電力系統の電気量を測定する入力変成器を実装した入力変換ユニットに対し、性能向上および生産性向上手法を適用した入力変換基板に関する。   The present invention relates to a digital protection control device, and more particularly to an input conversion board in which a performance improvement and productivity improvement technique is applied to an input conversion unit in which an input transformer for measuring the amount of electricity in a power system is mounted.

電力系統の保護制御に用いられるディジタル保護制御装置においては、電力系統の電圧や電流を測定する入力変成器からの出力を取り込むための入力部と、保護制御演算を実行して電力系統の保護制御を行う制御部とは、それぞれ別のユニットとして構成される。上記中の入力変成器は入力変換ユニットに実装されているが、入力変成器が大きく重い、複数個の実装が必要な仕様であることから、大型で質量が大きく配線が多い等、生産性が悪く製品全体のコストアップの要因となっている。そのため、従来の入力変換ユニットでは、高密度実装を目的とし漏れ磁束が少ないトロイダルコアを採用した入力変成器を採用しているが、体積が大きく質量が重い問題があるため、小型で高密度の入力変換ユニットとすることが困難であった。   In a digital protection control device used for power system protection control, an input unit for taking in an output from an input transformer that measures the voltage and current of the power system, and protection control calculation by executing protection control calculation Each control unit configured to perform is configured as a separate unit. The input transformer in the above is mounted on the input conversion unit. However, because the input transformer is large and heavy, and because it requires multiple mounting, it has a large size, large mass, and many wires. It is a factor that increases the overall cost of the product. For this reason, the conventional input conversion unit uses an input transformer that uses a toroidal core with low leakage flux for the purpose of high-density mounting. It was difficult to make an input conversion unit.

そこで、電力系統の電流を測定する入力変成器として、特許文献1に記載のように、ホール素子センサを用いることによって、上記の問題を解決している。   Therefore, as described in Patent Document 1, a Hall element sensor is used as an input transformer for measuring the current of the power system, thereby solving the above problem.

特許第2552683号公報(特開平1−83154号公報)Japanese Patent No. 2552683 (Japanese Patent Laid-Open No. 1-83154)

しかし、電力系統の電流を測定するための入力変成器として採用しているホール素子センサには、強磁性体コアとホール素子自身との位置関係やホール素子自身の特性などの固体ばらつきが発生するため、被測定電流とセンサ出力との関係(センサ特性)にばらつきが発生する。センサ出力に基づいて制御を行う保護制御装置では、この固体ばらつきをなくすためにセンサ特性に対する補正を実施する必要がある。特に、A/D変換後にディジタル補正を実施することが一般的であり、マイコンを実装する制御部に補正値を保存する必要があり、マイコン実装ユニットと入力変換器ユニットの組合せを固定することが必要であった。   However, the Hall element sensor used as an input transformer for measuring the electric current of the power system is subject to individual variations such as the positional relationship between the ferromagnetic core and the Hall element itself and the characteristics of the Hall element itself. For this reason, variations occur in the relationship (sensor characteristics) between the current to be measured and the sensor output. In the protection control device that performs control based on the sensor output, it is necessary to perform correction on the sensor characteristics in order to eliminate this variation in solids. In particular, it is common to perform digital correction after A / D conversion, and it is necessary to store the correction value in the control unit on which the microcomputer is mounted, and the combination of the microcomputer mounting unit and the input converter unit may be fixed. It was necessary.

また、従来の入力変成器では、保護制御装置の要求仕様である、幅広いダイナミックレンジと低周波数での精度を満足しながら、センサ特性を補正する必要があった。   Further, in the conventional input transformer, it is necessary to correct the sensor characteristics while satisfying the accuracy in a wide dynamic range and low frequency, which are required specifications of the protection control device.

本発明の目的は、入力変成器として採用しているホール素子センサの個々のセンサ特性に応じた制御を可能にする情報を保持した入力変換基板を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an input conversion board holding information that enables control according to individual sensor characteristics of a Hall element sensor employed as an input transformer.

本発明は、電力系統の被測定電流を検知するホール素子センサ、ホール素子センサの入力側の一次側回路及び出力側の二次回路、及びホール素子センサへ定電流を供給する定電流源からなる入力変換基板に、定電流の値の制御などを行う制御回路、及び定電流の値やセンサ特性に関する情報を保持する不揮発性メモリを具備したものである。   The present invention comprises a Hall element sensor for detecting a measured current of a power system, a primary circuit on the input side and an output side secondary circuit of the Hall element sensor, and a constant current source for supplying a constant current to the Hall element sensor. The input conversion board includes a control circuit for controlling a constant current value and a non-volatile memory for holding information on the constant current value and sensor characteristics.

不揮発性メモリに保持される情報には、ホール素子センサへの入力である被測定電流の電流値とセンサの出力である電圧値との比で決まるゲイン、及び、被測定電流と出力電圧との位相差のそれぞれに関する標準値からの誤差情報、更に、定電流の値と、被測定電流の電流値の検知可能範囲(ダイナミックレンジ)との関係を示す情報が保持される。   The information held in the nonvolatile memory includes a gain determined by a ratio between the current value of the current to be measured that is input to the Hall element sensor and the voltage value that is the output of the sensor, and the current to be measured and the output voltage. Error information from the standard value regarding each of the phase differences, and information indicating the relationship between the constant current value and the detectable range (dynamic range) of the current value of the current to be measured are held.

電力系統の保護制御に用いられるディジタル保護制御装置は、入力変換基板の不揮発性メモリに保持される情報を参照することによって、ホール素子センサの個々のセンサ特性に応じた制御を行うことができる。   A digital protection control device used for protection control of the power system can perform control according to individual sensor characteristics of the Hall element sensor by referring to information held in the nonvolatile memory of the input conversion board.

ホール素子センサを使用した入力変換基板の構成図である。It is a block diagram of the input conversion board | substrate which uses a Hall element sensor. 入力変換基板のゲイン誤差の説明図である。It is explanatory drawing of the gain error of an input conversion board | substrate. 複数のチャネルに対応できる入力変換基板の構成の説明図である。It is explanatory drawing of a structure of the input conversion board | substrate which can respond | correspond to a some channel. チャンネル間の入力の位相誤差を示す図である。It is a figure which shows the phase error of the input between channels. ホール素子センサの動作原理を示す図である。It is a figure which shows the operation principle of a Hall element sensor. ホール素子の定電流とダイナミックレンジの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the constant current of a Hall element, and a dynamic range.

(入力変換基板の構成)
図1は、本実施例における、電力系統のディジタル保護制御装置における入力変換基板の構成を示す。入力変換基板は、電力系統の被測定電流の大きさを検知するホール素子センサ1、ホール素子センサ1の入力側の被測定電流を入力する一次側回路2及び出力側のセンサの出力電圧を出力する二次側回路3、及びホール素子センサ1へ定電流を供給する定電流源4、定電流の値の制御などを行う制御回路5、及び定電流の値やセンサ特性に関する情報を保持する不揮発性メモリ6からなり、被測定電流が入力7から入力され、被測定電流に対応してホール素子センサ1で発生した電圧が出力8から出力される。ホール素子センサ1は、後述するように、被測定電流の大きさを検知する電流センサの中に設けられている。
(Configuration of input conversion board)
FIG. 1 shows the configuration of an input conversion board in a digital protection control device for a power system in this embodiment. The input conversion board outputs the output voltage of the Hall element sensor 1 that detects the magnitude of the measured current of the power system, the primary circuit 2 that inputs the measured current on the input side of the Hall element sensor 1, and the output side sensor. Secondary circuit 3 that performs constant current source 4 that supplies a constant current to the Hall element sensor 1, a control circuit 5 that controls the value of the constant current, and a non-volatile that holds information on the value of the constant current and sensor characteristics The current to be measured is inputted from the input 7 and the voltage generated in the Hall element sensor 1 corresponding to the current to be measured is outputted from the output 8. As will be described later, the Hall element sensor 1 is provided in a current sensor that detects the magnitude of a current to be measured.

不揮発性メモリ6に保持される情報には、ホール素子センサ1への入力である被測定電流の電流値とセンサの出力である電圧値との比で決まるゲイン、及び、被測定電流と出力電圧との位相差のそれぞれに関する標準値からの誤差情報、更に、定電流源4の定電流の値と、被測定電流の電流値の検知可能範囲(ダイナミックレンジ)との関係を示す情報が保持される。   The information held in the nonvolatile memory 6 includes a gain determined by the ratio between the current value of the current to be measured that is input to the Hall element sensor 1 and the voltage value that is the output of the sensor, and the current to be measured and the output voltage. And error information from the standard value for each of the phase differences between them and information indicating the relationship between the constant current value of the constant current source 4 and the detectable range (dynamic range) of the current value of the measured current. The

(ホール素子センサの動作原理)
図5は、ホール素子センサ1の動作原理を示す図である。
(Operational principle of Hall element sensor)
FIG. 5 is a diagram illustrating the operating principle of the Hall element sensor 1.

特許文献1の第1図に示す電流センサのように、ホール素子センサ1は、リング状の強磁性コアのリングの一部の空隙に設けられている。リング状の強磁性コアのリングの中心を貫通する被測定電流によって発生し、強磁性コアによってかき集められた磁界がホール素子センサ1を貫通すると、この磁界と垂直な方向に、被測定電流に対応した電圧がホール素子センサ1から出力される。この出力電圧の源となる電荷(電子)を供給する定電流は、定電流源4によって、磁界の方向及び出力電圧の検知の方向に垂直な方向に印加される。   Like the current sensor shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the Hall element sensor 1 is provided in a part of the ring of the ring-shaped ferromagnetic core. When the magnetic field generated by the current to be measured passing through the center of the ring of the ring-shaped ferromagnetic core and penetrated by the ferromagnetic core penetrates the Hall element sensor 1, it corresponds to the current to be measured in a direction perpendicular to the magnetic field. Is output from the Hall element sensor 1. A constant current that supplies electric charges (electrons) that are the source of the output voltage is applied by the constant current source 4 in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field and the direction of detection of the output voltage.

上記の動作を模式的に示したのが図5である。被測定電流が矢印18方向に流れると、被測定電流の周りの矢印19の方向に磁界が発生する。(●)は紙面の裏側から表側への磁界の方向を示し、(×)は紙面の表側から裏側への磁界の方向を示す。   FIG. 5 schematically shows the above operation. When the current to be measured flows in the direction of the arrow 18, a magnetic field is generated in the direction of the arrow 19 around the current to be measured. (●) indicates the direction of the magnetic field from the back side to the front side of the paper surface, and (×) indicates the direction of the magnetic field from the front side to the back side of the paper surface.

一方、定電流源17からホール素子センサに実線の矢印方向に定電流を流すことによって、ホール素子センサに電荷を供給すると、定電流の周りの矢印20の方向に磁界が発生する。(なお、図5では正の電荷が供給されたものとして図示しているが、実際は、負の電荷の電子がセンサの中の矢印とは逆方向から供給される。)
その結果、ホール素子センサの被測定電流に近い側では双方の磁界が強め合い、反対側では磁界が弱め合うため、センサに供給された電荷の進路が被測定電流側とは反対の方向に曲げられる(電磁気学で知られているローレンツ力)。(実際は、図5の左側から供給された電子は被測定電流側に曲げられる。)電荷の進路が曲げられることによって、ホール素子センサの被測定電流側とは反対の側に正の電荷がたまり(21)、反対側には負の電荷がたまり(16)、この電荷の偏りが、ホール素子センサの出力電圧22として出力される。
On the other hand, when a constant current is supplied from the constant current source 17 to the Hall element sensor in the direction of the solid arrow, and a charge is supplied to the Hall element sensor, a magnetic field is generated in the direction of the arrow 20 around the constant current. (Note that although FIG. 5 illustrates that a positive charge is supplied, in reality, negatively charged electrons are supplied from the opposite direction of the arrow in the sensor.)
As a result, both sides of the Hall element sensor close to the current to be measured strengthen each other and the other side weakens the magnetic field, so the path of the charge supplied to the sensor is bent in the direction opposite to the current to be measured. (Lorentz force known in electromagnetism). (Actually, the electrons supplied from the left side of FIG. 5 are bent toward the current to be measured.) As the charge path is bent, a positive charge is accumulated on the opposite side of the Hall element sensor from the current to be measured. (21) Negative charge accumulates on the opposite side (16), and this charge bias is output as the output voltage 22 of the Hall element sensor.

被測定電流の電流値が大きい程、その周りに発生する磁界19が大きくなり、更に、センサに供給された電荷の進路の曲がり具合も大きくなるので、それだけホール素子センサの出力電圧22が大きくなる。即ち、ホール素子センサによって、被測定電流の電流値に応じた出力電圧が得られる。なお、定電流の電流値、出力電圧、及び被測定電流の電流値の関係は、図6に関連して後述する。   The larger the current value of the current to be measured, the larger the magnetic field 19 generated around it, and the greater the degree of bending of the path of the charge supplied to the sensor, so the output voltage 22 of the Hall element sensor increases accordingly. . That is, an output voltage corresponding to the current value of the current to be measured is obtained by the Hall element sensor. The relationship between the current value of the constant current, the output voltage, and the current value of the current to be measured will be described later with reference to FIG.

(ゲインと位相の誤差について)
被測定電流Iが交流であって、I=Isinωtの場合、被測定電流Iに対応するホール素子センサの出力電圧22の出力Vは、一般に、V=Vsin(ωt+φ)と表わされる。ここで、φは、ホール素子センサ自身のセンサ特性や構造のばらつきなどによって生じる位相差である。また、V/Iは、ホール素子センサの感度を示すゲインであり、このゲインもホール素子センサ自身のセンサ特性や構造のばらつきなどによって生じる。
(About gain and phase errors)
When the measured current I is an alternating current and I = I 0 sinωt, the output V of the Hall element sensor output voltage 22 corresponding to the measured current I is generally expressed as V = V 0 sin (ωt + φ). . Here, φ is a phase difference caused by variations in sensor characteristics and structures of the Hall element sensor itself. V 0 / I 0 is a gain indicating the sensitivity of the Hall element sensor, and this gain is also caused by variations in sensor characteristics and structures of the Hall element sensor itself.

図2は、入力変換基板のゲイン誤差の説明図である。入力変換基板は、入出力特性の理想特性(9)に対し、物の実力値による誤差(10)を有する。このため、理想特性に対しての誤差を補正する必要がある。この誤差の補正値を不揮発性メモリ(6)に記憶し、本入力変換基板を使用する際にCPU基板等にて誤差の補正値を使用し、ゲインの理想特性を得ることができる。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the gain error of the input conversion board. The input conversion board has an error (10) due to the ability value of the object with respect to the ideal characteristic (9) of the input / output characteristics. For this reason, it is necessary to correct an error with respect to the ideal characteristic. This error correction value is stored in the non-volatile memory (6), and when the input conversion board is used, the error correction value is used on the CPU board or the like to obtain an ideal characteristic of the gain.

図4は、複数のチャネルにそれぞれ被測定電流を割り当てたときに、各チャネルに対応したホール素子センサの出力電圧の位相が不揃になる様子を示した図である。入力変換基板に有する各チャンネルは、出力電圧の実力値による位相特性を有する。また、各チャンネル毎に有する位相特性はそれぞれである。   FIG. 4 is a diagram showing a state in which the phases of the output voltages of the Hall element sensors corresponding to the respective channels become uneven when the currents to be measured are assigned to the plurality of channels, respectively. Each channel of the input conversion board has a phase characteristic depending on the actual value of the output voltage. Each channel has a phase characteristic.

保護制御装置では微小な電力系統の異常を検出することが目的であり、同一の入力を複数のチャネルに入力した場合、位相特性およびゲイン特性を同一にする必要がある。このため、基準チャンネルの出力波形(11)に対して、他チャンネルの出力波形(12、13)との位相差(14、15)を補正する必要がある。この補正値を不揮発性メモリ(6)に記憶し、本入力変換基板を使用する際にCPU基板等にて誤差の補正値を使用し、複数のチャンネルに同一入力した場合に、すべでのチャンネルで同一の位相特性を得ることができる。   The purpose of the protection control device is to detect a minute abnormality in the power system. When the same input is input to a plurality of channels, it is necessary to make the phase characteristics and the gain characteristics the same. Therefore, it is necessary to correct the phase difference (14, 15) between the output waveform (11) of the reference channel and the output waveform (12, 13) of the other channel. This correction value is stored in the non-volatile memory (6), and when this input conversion board is used, the error correction value is used on the CPU board, etc. Thus, the same phase characteristic can be obtained.

(定電流とダイナミックレンジの関係)
ホール効果の関係式より、被測定電流Iによる磁束密度B=μH=Iμ/(2πr)、電流Iによって誘起され、電流Iに垂直な方向の電界E=−eBτE/m、i=neτE/m、V=−dE、dは電流Iに垂直な方向のホール素子の厚み、rは電流Iから強磁性コアまでの距離、nは電子密度、mは電子の質量、μは真空の透磁率、eは電子の電荷、及び定数k=(d/r)μ/(2πne)によって、V=k・I・iの関係式(センサ特性)が得られる。
(Relationship between constant current and dynamic range)
From equation Hall effect, magnetic flux density by the measured current I 0 B = μ 0 H = I 0 μ 0 / (2πr), induced by the current I 0, the electric field in the direction perpendicular to the current I 0 E y = - eBτE x / m, i = ne 2 τE x / m, V 0 = -dE y, d is the distance of the thickness of the perpendicular direction of the Hall element into a current I 0, r is a current I 0 to the ferromagnetic core, n Is the electron density, m is the mass of the electron, μ 0 is the magnetic permeability of the vacuum, e is the charge of the electron, and the constant k = (d / r) μ 0 / (2πne), V 0 = k · I 0 · i Is obtained (sensor characteristics).

その結果、ホール素子センサの出力電圧Vは、被測定電流I及び定電流iに比例する(V=k・I・i)。従って、定電流iを調節することによって被測定電流Iの検知の感度(出力電圧Vの大きさ)を調節できる。 As a result, the output voltage V 0 of the Hall element sensor is proportional to the measured current I 0 and the constant current i (V 0 = k · I 0 · i). Therefore, by adjusting the constant current i, the sensitivity of detection of the current I 0 to be measured (the magnitude of the output voltage V 0 ) can be adjusted.

ここで、定数kにはホール素子センサを含む電流センサの形状に関するrとdが含まれるので、定電流の値を同じにしても、rやdによって感度が異なる。即ち、個々の電流センサによってセンサ特性のばらつきが発生する。   Here, since the constant k includes r and d related to the shape of the current sensor including the Hall element sensor, the sensitivity varies depending on r and d even if the constant current value is the same. That is, variations in sensor characteristics occur between individual current sensors.

一方、図5において、ホール素子に注入された定電流iが全て曲げられて素子の端部(被測定電流に垂直な方向)に集まると、磁界Hの値を大きくしても(被測定電流Iを大きくしても)、電流Iに垂直な方向(y方向)の電界Eの大きさは変化せず(飽和状態)、従って、出力電圧Vも変化しない。また、定電流iが大きい程、磁界Hに対して早く飽和状態になる。この飽和状態に達した時の出力電圧の上限値はホール素子を構成する材料の組成などによって決まる。 On the other hand, in FIG. 5, when all of the constant current i injected into the Hall element is bent and gathered at the end of the element (in the direction perpendicular to the current to be measured), even if the value of the magnetic field H is increased (current to be measured). Even if I 0 is increased), the magnitude of the electric field E y in the direction (y direction) perpendicular to the current I 0 does not change (saturated state), and therefore the output voltage V 0 does not change. Further, the larger the constant current i, the faster the saturation state with respect to the magnetic field H. The upper limit value of the output voltage when this saturation state is reached is determined by the composition of the material constituting the Hall element.

上記の説明は、定電流の値の平均値についてのものであり、実際には、定電流の電流値の元になる速度vには統計力学的な分布があるため、電荷(電子)の中には素子の端部に達するもの(飽和状態)と、電流として素子の外部に流れて定電流源に戻るものとが混在し、定電流iが大きい程、また磁界Hが大きい程、飽和状態になる電荷の割合が多くなる。 The above explanation is about the average value of the constant current value. In fact, the velocity v x from which the current value of the constant current is derived has a statistical mechanical distribution. Some of them reach the end of the element (saturated state) and others flow as current out of the element and return to the constant current source. The larger the constant current i and the larger the magnetic field H, the more saturated The proportion of charge that becomes a state increases.

上記のセンサ特性(V=k・I・i)と出力電圧の上限値とを考慮すると、定電流iをパラメータとする、ホール素子センサのセンサ特性(被測定電流Iと出力電圧Vとの関係)は、図6のようになる。図6では、出力電圧の上限値によって決まる、検知可能な入力(被測定電流I)の範囲(ダイナミックレンジ)を合わせて示している。 Considering the sensor characteristics (V 0 = k · I 0 · i) and the upper limit value of the output voltage, the sensor characteristics of the Hall element sensor (the measured current I 0 and the output voltage V using the constant current i as a parameter). (Relationship with 0 ) is as shown in FIG. FIG. 6 also shows the range (dynamic range) of the detectable input (measured current I 0 ) determined by the upper limit value of the output voltage.

図6に示すように、図5に示すホール素子において、定電流の値(23)を増減することで、ダイナミックレンジが変化する特性がある。定電流の値が小さいときはダイナミックレンジが小さく(24)、定電流の値が大きいときはダイナミックレンジが大きく(26)なる特性がある。このことから、ホール素子センサ(1)に入力する定電流(4)を制御回路(5)で制御することで、ダイナミックレンジを変化させることが可能となる。この制御回路(5)の制御値を不揮発性メモリ(6)に記憶する。
本入力変換基板を使用する際にCPU基板等にて定電流の補正値(ダイナミックレンジの補正値)を使用し、各チャンネルのダイナミックレンジを管理することができる。また、定電流源を任意に変化させることで、ダイナミックレンジを任意に変化させることが可能となる。
As shown in FIG. 6, the Hall element shown in FIG. 5 has a characteristic that the dynamic range changes by increasing or decreasing the constant current value (23). When the constant current value is small, the dynamic range is small (24), and when the constant current value is large, the dynamic range is large (26). Thus, the dynamic range can be changed by controlling the constant current (4) input to the Hall element sensor (1) by the control circuit (5). The control value of the control circuit (5) is stored in the nonvolatile memory (6).
When using this input conversion board, it is possible to manage the dynamic range of each channel by using a constant current correction value (dynamic range correction value) on a CPU board or the like. In addition, the dynamic range can be arbitrarily changed by arbitrarily changing the constant current source.

但し、既に述べたように、センサ特性(V=k・I・i)における定数kは、ホール素子センサを含む個々の電流センサによって異なるため、それぞれの電流センサ毎にダイナミックレンジを管理する必要がある。 However, as already described, since the constant k in the sensor characteristics (V 0 = k · I 0 · i) differs depending on the individual current sensors including the Hall element sensor, the dynamic range is managed for each current sensor. There is a need.

(不揮発性メモリ6で保持する情報)
以上に述べたように、ホール素子センサを含む個々の電流センサは、センサ特性やダイナミックレンジが異なる。従って、以下のパラメータを個々の電流センサ毎に計測しておき、得られたパラメータを入力基板上の不揮発性メモリ6に保持し、そのパラメータを保護制御装置が参照することによって、個々の電流センサのばらつきに応じた制御を行うことができる。
(Information held in the non-volatile memory 6)
As described above, individual current sensors including Hall element sensors have different sensor characteristics and dynamic ranges. Accordingly, the following parameters are measured for each individual current sensor, the obtained parameters are held in the nonvolatile memory 6 on the input board, and the protection control device refers to the parameters so that each current sensor is It is possible to perform control according to the variation of the.

(a)ゲイン(V/I
(b)位相φ
(c)定電流の値とダイナミックレンジの関係
上記のパラメータの標準的な値が予め与えられている場合、その標準値からの誤差を、個々の電流センサのばらつきとして不揮発性メモリ6に保持しておいてもよい。
(A) Gain (V 0 / I 0 )
(B) Phase φ
(C) Relationship between constant current value and dynamic range When a standard value of the above parameter is given in advance, an error from the standard value is stored in the nonvolatile memory 6 as a variation of each current sensor. You may keep it.

(定電流によるゲインの補正)
ホール素子センサを含む個々の電流センサのゲイン(V/I)の値が基準の値からずれた場合に、定電流の値を補正することにより、ゲインの値を基準の値に補正する制御について説明する。即ち、不揮発性メモリ6に予め、個々の電流センサのゲインの誤差を保持しておき、制御回路5は、その誤差の値を用いて、定電流源4の電流を制御することで、ゲインの値を基準の値に補正する。以下の計算では二次の微小量は無視する。
(Gain correction by constant current)
When the gain (V 0 / I 0 ) value of each current sensor including the Hall element sensor deviates from the reference value, the gain value is corrected to the reference value by correcting the constant current value. Control will be described. In other words, the gain error of each current sensor is held in the nonvolatile memory 6 in advance, and the control circuit 5 uses the error value to control the current of the constant current source 4, thereby Correct the value to the reference value. In the following calculation, secondary minute quantities are ignored.

上記で述べたセンサ特性の関係式V=k・I・i(Vは出力電圧、kは電流センサの構造によって決まる定数、Iは被測定電流、iは定電流源の定電流値)より、ゲインgは、g=V/I=k・iで定義され、ゲインの基準値gをg=k・iとすると、定電流値がiの時に定数kが基準の値kからずれてg′=(k+Δk)・i=g+Δgとなったとする。但し、Δg=Δk・iである。 From the relational expression V = k · I · i (V is an output voltage, k is a constant determined by the structure of the current sensor, I is a current to be measured, and i is a constant current value of a constant current source) The gain g is defined by g = V / I = k · i, and when the gain reference value g 0 is g 0 = k 0 · i 0 , the constant k is the reference value k when the constant current value is i 0. It is assumed that g ′ = (k 0 + Δk) · i 0 = g 0 + Δg deviating from 0 . However, Δg = Δk · i 0 .

そこで、定電流値iをi+Δiと補正した時のゲインgが基準のゲインg(=k・i)と同じになる条件を求めると、g=(k+Δk)(i+Δi)=g=k・iより、Δk・i+k・Δi=0となる。その結果、定電流値の補正値Δiは、不揮発性メモリ6に保持されている既知の値であるゲインの誤差Δgを用いて表すと、Δi=Δk・i/k=−(Δg/g)iとなる。この値だけ、定電流源4に定電流値を補正すれば、ゲインが基準値からずれても元の基準の値に補正できる。このとき、(Δi/i)+(Δg/g)=0が成り立つ。 Therefore, when the condition that the gain g when the constant current value i is corrected to i 0 + Δi is the same as the reference gain g 0 (= k 0 · i 0 ) is obtained, g = (k 0 + Δk) (i 0 Since + Δi) = g 0 = k 0 · i 0 , Δk 0 · i 0 + k 0 · Δi = 0. As a result, when the correction value Δi of the constant current value is expressed using a gain error Δg, which is a known value held in the nonvolatile memory 6, Δi = Δk · i 0 / k 0 = − (Δg / g 0 ) i 0 . If the constant current value is corrected in the constant current source 4 by this value, it can be corrected to the original reference value even if the gain deviates from the reference value. At this time, (Δi / i 0 ) + (Δg / g 0 ) = 0 holds.

一方、出力電圧Vの最大値Vで決まる被測定電流Iの最大値I(ダイナミックレンジ)も、定電流値が基準値のiの時に定数kが基準値kからのずれによって変化する。 On the other hand, the maximum value I m (dynamic range) of the measured current I determined by the maximum value V m of the output voltage V is also changed by the deviation of the constant k from the reference value k 0 when the constant current value is the reference value i 0. To do.

定電流値が基準値のiであって、定数kが基準値kの時のダイナミックレンジをIm0とすると、V=k・I・i=k・Im0・iが成り立ち、k=k+Δkのとき、i=iとすると、その場合のダイナミックレンジをゲインの基準値g及びゲインのずれΔgを用いて表すと、I=Im0(k/k)=Im0(1−Δg/g)となり、ダイナミックレンジが変化する。 Assuming that the dynamic range when the constant current value is the reference value i 0 and the constant k is the reference value k 0 is I m0 , V m = k · I m · i = k 0 · I m0 · i 0 is When k = k 0 + Δk and i = i 0 , the dynamic range in that case is expressed by using the gain reference value g 0 and the gain deviation Δg, and I m = I m0 (k 0 / k ) = I m0 (1−Δg / g 0 ), and the dynamic range changes.

そこで、上記の定電流源の電流値を補正値Δiによって補正すると、ダイナミックレンジIは、I=Im0(k/k)(i/i)=Im0(1−Δg/g)(1−Δi/i)=Im0(1−Δg/g−Δi/i)=Im0となって、ダイナミックレンジIが基準の値Im0に補正される。即ち、定電流値をゲインのずれに応じて補正すると、ゲイン及びダイナミックレンジの双方が基準の値に補正される。 Therefore, when the current value of the constant current source is corrected by the correction value Δi, the dynamic range I m is I m = I m0 (k 0 / k) (i 0 / i) = I m0 (1−Δg / g 0 ) (1−Δi / i 0 ) = I m0 (1−Δg / g 0 −Δi / i 0 ) = I m0, and the dynamic range I m is corrected to the reference value I m0 . That is, when the constant current value is corrected according to the gain deviation, both the gain and the dynamic range are corrected to the reference value.

(定数kに被測定電流Iの依存性がある場合)
定数kに被測定電流Iの依存性があり、被測定電流Iと出力電圧Vとの間に若干の非線形の関係(上に凸とする)がある場合、定数kをk(1−αI)とおくと(但し、αは微小量とする。)、定数kのずれは、Δk=−k・α・Iとなり、ゲインgのずれは、Δg=−k・α・I・iとなる。上記と同様に、ゲインを基準値に補正するための、定電流源の電流値iの補正値Δiは、Δi/i=−Δg/g=αIとなる。この補正値Δiによってゲインは基準値に設定される。
(When constant k has dependency of current I to be measured)
When the constant k is dependent on the current I to be measured and there is a slight non-linear relationship (convex upward) between the current I to be measured and the output voltage V, the constant k is set to k (1-αI). If (where α is a minute amount), the deviation of the constant k is Δk = −k · α · I, and the deviation of the gain g is Δg = −k · α · I · i. Similarly to the above, the correction value Δi of the current value i of the constant current source for correcting the gain to the reference value is Δi / i 0 = −Δg / g 0 = αI. The gain is set to a reference value by this correction value Δi.

しかし、ダイナミックレンジIは、定電流源の電流値iを上記のように補正しても、ダイナミックレンジの基準値Im0を用いて、I=Im0(1+αIm0)となり、基準値からずれる。即ち、定電流源の電流値を補正してもゲインとダイナミックレンジがそれぞれ基準値となるように設定でき内ので、被測定電流Iと出力電圧Vとの間に若干の非線形の関係がある場合、適用する被測定電流I毎に、ゲインとダイナミックレンジとの関係を不揮発性メモリ6で管理する必要がある。 However, even if the current value i of the constant current source is corrected as described above, the dynamic range I m becomes I m = I m0 (1 + αI m0 ) using the reference value I m0 of the dynamic range. Shift. That is, even if the current value of the constant current source is corrected, the gain and the dynamic range can be set to the reference values, and therefore there is a slight nonlinear relationship between the measured current I and the output voltage V. For each measured current I to be applied, the relationship between the gain and the dynamic range needs to be managed by the nonvolatile memory 6.

なお、被測定電流Iと出力電圧Vとの間に若干の非線形の関係がある場合、ゲインgを、被測定電流Iに対する出力電圧Vの微係数dV/dIで定義すると、ゲインの誤差Δgは、Δg=−2k・α・I・iで与えられ、上記のΔgの値の2倍である。この場合も、適用する被測定電流Iに対するゲインgの関係を不揮発性メモリ6で管理する必要がある。   When there is a slight non-linear relationship between the measured current I and the output voltage V, the gain error Δg is defined by defining the gain g as a differential coefficient dV / dI of the output voltage V with respect to the measured current I. , Δg = −2k · α · I · i, which is twice the value of Δg. Also in this case, it is necessary to manage the relationship of the gain g with respect to the measured current I to be applied by the nonvolatile memory 6.

(複数チャネルの構成)
図1では、入力変換基板のそれぞれにバラツキのパラメータを保持する不揮発性メモリ6を設けた構成を示した。複数の被測定電流のそれぞれに対して、図1に示したホール素子センサ1、一次側回路2、二次回路3、定電流源4、及び定制御回路5からなるチャネルを割り当て、1つの入力変換基板に複数のチャネル1001、1002、1003、・・・、100Nを搭載し、複数チャネルに対するバラツキのパラメータを一つの不揮発性メモリにまとめて保持する図3の構成としてもよい。即ち、入力変換基板は、複数のチャンネルを有するものとする。また、それぞれのチャンネルに対して、不揮発性メモリで補正値を記憶する。
(Multi-channel configuration)
FIG. 1 shows a configuration in which each of the input conversion boards is provided with a non-volatile memory 6 that holds variation parameters. A channel composed of the Hall element sensor 1, the primary circuit 2, the secondary circuit 3, the constant current source 4, and the constant control circuit 5 shown in FIG. A plurality of channels 1001, 1002, 1003,..., 100N may be mounted on the conversion substrate, and the variation parameter for the plurality of channels may be collectively held in one nonvolatile memory. That is, the input conversion board has a plurality of channels. Further, the correction value is stored in the nonvolatile memory for each channel.

図3に示す構成とすることにより、個々の被測定電流に関するバラツキのパラメータを、一つの不揮発性メモリによって一括して管理できる。   With the configuration shown in FIG. 3, variation parameters regarding individual currents to be measured can be collectively managed by one nonvolatile memory.

1:ホール素子センサ、2:一次側回路、3:二次側回路、4:定電流源、
5:制御回路、6:不揮発性メモリ、7:入力、8:出力
1: Hall element sensor, 2: Primary side circuit, 3: Secondary side circuit, 4: Constant current source,
5: Control circuit, 6: Non-volatile memory, 7: Input, 8: Output

Claims (6)

電力系統のディジタル保護制御装置の入力変換基板は、
被測定電流が入力される入力側の一次側回路、
電力系統の被測定電流を検知するホール素子センサ、
前記被測定電流に対応して前記ホール素子センサで発生した電圧を出力する二次回路、
前記ホール素子センサへ定電流を供給する定電流源、
前記定電流の値の制御を行う制御回路、及び
前記制御に関する情報を保持する不揮発性メモリ
を有することを特徴とするディジタル保護制御装置の入力変換基板。
The input conversion board of the digital protection control device of the power system is
The primary circuit on the input side to which the current to be measured is input,
Hall element sensor that detects the measured current of the power system,
A secondary circuit that outputs a voltage generated by the Hall element sensor in response to the current to be measured;
A constant current source for supplying a constant current to the Hall element sensor;
An input conversion board of a digital protection control device, comprising: a control circuit that controls the value of the constant current; and a nonvolatile memory that holds information related to the control.
前記不揮発性メモリは、
前記ホール素子センサへの入力である前記被測定電流の電流値と前記ホール素子センサの出力である電圧値との比で決まるゲイン、
前記被測定電流と前記出力電圧との位相差のそれぞれに関する標準値からの誤差情報、及び、
前記定電流源の定電流の値と前記被測定電流の電流値の検知可能範囲であるダイナミックレンジとの関係を示す情報の少なくとも1つを保持することを特徴とする請求項1記載のディジタル保護制御装置の入力変換基板。
The nonvolatile memory is
A gain determined by a ratio between a current value of the current to be measured that is an input to the Hall element sensor and a voltage value that is an output of the Hall element sensor;
Error information from a standard value for each of the phase differences between the measured current and the output voltage, and
2. The digital protection according to claim 1, wherein at least one piece of information indicating a relationship between a constant current value of the constant current source and a dynamic range which is a detectable range of the current value of the current to be measured is held. Input conversion board for the control device.
前記制御回路は、
前記不揮発性メモリに保持されている前記ゲインの基準値からの誤差に関する情報に基づいて、前記定電流の基準値に対する補正値を求め、前記補正された前記定電流値を前記定電流源に設定することを特徴とする請求項2記載のディジタル保護制御装置の入力変換基板。
The control circuit includes:
A correction value for the reference value of the constant current is obtained based on information on an error from the reference value of the gain held in the nonvolatile memory, and the corrected constant current value is set in the constant current source 3. The input conversion board of the digital protection control device according to claim 2, wherein
前記不揮発性メモリは、
前記被測定電流の値に対応して、前記ゲインの基準値からの誤差に関する情報を保持することを特徴とする請求項2記載のディジタル保護制御装置の入力変換基板。
The nonvolatile memory is
3. The input conversion board of the digital protection control device according to claim 2, wherein information relating to an error from a reference value of the gain is held corresponding to the value of the current to be measured.
電力系統のディジタル保護制御装置の入力変換基板は、
複数の被測定電流のそれぞれに対応した複数のチャネルを有し、
前記複数のチャネルのそれぞれは、
被測定電流が入力される入力側の一次側回路、
電力系統の被測定電流を検知するホール素子センサ、
前記被測定電流に対応して前記ホール素子センサで発生した電圧を出力する二次回路、
前記ホール素子センサへ定電流を供給する定電流源、及び
前記定電流の値の制御を行う制御回路、を有し、
前記複数のチャネルのそれぞれに接続された前記制御に関する情報を保持する不揮発性メモリ、
を有することを特徴とするディジタル保護制御装置の入力変換基板。
The input conversion board of the digital protection control device of the power system is
A plurality of channels corresponding to each of a plurality of currents to be measured;
Each of the plurality of channels is
The primary circuit on the input side to which the current to be measured is input,
Hall element sensor that detects the measured current of the power system,
A secondary circuit that outputs a voltage generated by the Hall element sensor in response to the current to be measured;
A constant current source for supplying a constant current to the Hall element sensor, and a control circuit for controlling the value of the constant current;
A non-volatile memory for holding information related to the control connected to each of the plurality of channels;
An input conversion board for a digital protection control device, comprising:
前記不揮発性メモリは、前記複数のチャネルのそれぞれに対するセンサ特性のバラツキのパラメータをまとめて保持することを特徴とする請求項5記載のディジタル保護制御装置の入力変換基板。   6. The input conversion board of a digital protection control device according to claim 5, wherein the nonvolatile memory collectively holds a parameter of variation in sensor characteristics for each of the plurality of channels.
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