JP2650211B2 - 補償原理による電流センサ - Google Patents
補償原理による電流センサInfo
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- JP2650211B2 JP2650211B2 JP63137185A JP13718588A JP2650211B2 JP 2650211 B2 JP2650211 B2 JP 2650211B2 JP 63137185 A JP63137185 A JP 63137185A JP 13718588 A JP13718588 A JP 13718588A JP 2650211 B2 JP2650211 B2 JP 2650211B2
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- current sensor
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
- G01R15/183—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
- G01R15/185—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core with compensation or feedback windings or interacting coils, e.g. 0-flux sensors
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- G—PHYSICS
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- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/18—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of DC into AC, e.g. with choppers
- G01R19/20—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of DC into AC, e.g. with choppers using transductors, i.e. a magnetic core transducer the saturation of which is cyclically reversed by an AC source on the secondary side
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、測定すべき電流が流れる一次巻線により
磁心に発生された磁界が二次巻線の補償電流により補償
され、補償電流の制御のために磁気回路に配置されたセ
ンサがゼロ磁束からの偏差を検出し評価回路に供給する
ようになっている、特に直流及び単相交流の測定のため
の補償原理による電流センサに関する。
磁心に発生された磁界が二次巻線の補償電流により補償
され、補償電流の制御のために磁気回路に配置されたセ
ンサがゼロ磁束からの偏差を検出し評価回路に供給する
ようになっている、特に直流及び単相交流の測定のため
の補償原理による電流センサに関する。
［従来の技術］ 直流又は単相交流の測定のためにしばしば補償原理が
用いられ、この原理では磁心に測定電流により発生され
た磁界が二次巻線に流される補償電流により発生される
磁界により補償される。二次巻線に流される補償電流の
制御のために磁気回路に、ゼロ磁界との偏差を検出する
検出器が設けられる。従って二次巻線に流される電流は
測定すべき一次巻線に流される測定電流の正確な複写で
ある。
用いられ、この原理では磁心に測定電流により発生され
た磁界が二次巻線に流される補償電流により発生される
磁界により補償される。二次巻線に流される補償電流の
制御のために磁気回路に、ゼロ磁界との偏差を検出する
検出器が設けられる。従って二次巻線に流される電流は
測定すべき一次巻線に流される測定電流の正確な複写で
ある。
「エーテーツェット（ETZ）」、第100巻（1979年）、
第24号、第1390ページには、かかる電流センサの原理回
路図が詳細に説明されている。更に検出器としてのホー
ル素子を用いて、測定電流により発生された磁界を検出
することが知られており、ホール素子は高透磁率の材料
から成る磁心に形成されたエアギャップ内に配置されて
いる。しかしゼロ点が変化しないことに対する要求が高
い場合には、ホール素子と評価のために必要な演算増幅
器とのドリフトにより問題が生じる。
第24号、第1390ページには、かかる電流センサの原理回
路図が詳細に説明されている。更に検出器としてのホー
ル素子を用いて、測定電流により発生された磁界を検出
することが知られており、ホール素子は高透磁率の材料
から成る磁心に形成されたエアギャップ内に配置されて
いる。しかしゼロ点が変化しないことに対する要求が高
い場合には、ホール素子と評価のために必要な演算増幅
器とのドリフトにより問題が生じる。
補償状態、即ち測定電流による磁界と補償電流による
磁界とが平衡した状態、の検出は、磁気的な方法、例え
ば磁心の周期的な磁化反転、及び大きさと位相とについ
ての又はフェルステル（Foerster）センサ原理による偶
数高調波の評価によって可能である。後者の原理は論文
「フェルステル・プローブ及びホール素子による磁界測
定（Magentfeldmessung mit Foerstersonder und Hallg
eneratoren）」、専門誌エレクトロニク（ELEKTRONI
K）、1968年、第８号、第247ページ以下に記載されてい
る。
磁界とが平衡した状態、の検出は、磁気的な方法、例え
ば磁心の周期的な磁化反転、及び大きさと位相とについ
ての又はフェルステル（Foerster）センサ原理による偶
数高調波の評価によって可能である。後者の原理は論文
「フェルステル・プローブ及びホール素子による磁界測
定（Magentfeldmessung mit Foerstersonder und Hallg
eneratoren）」、専門誌エレクトロニク（ELEKTRONI
K）、1968年、第８号、第247ページ以下に記載されてい
る。
磁気的な検出器を用いたこれらの周知の電流センサで
は、出力電圧は調整誤差の増加と共に増大し始めるが、
一時的な故障により発生するおそれがあるように誤差が
更に大きくなると再び減少し、公称電流以下の比較的低
い値で既にゼロになるという欠点がある。それにより補
償電流が誤った方向に増大値まで増加するおそれがあ
り、検出回路は補償電流の真に増減すべき方向を検出で
きなくなる。
は、出力電圧は調整誤差の増加と共に増大し始めるが、
一時的な故障により発生するおそれがあるように誤差が
更に大きくなると再び減少し、公称電流以下の比較的低
い値で既にゼロになるという欠点がある。それにより補
償電流が誤った方向に増大値まで増加するおそれがあ
り、検出回路は補償電流の真に増減すべき方向を検出で
きなくなる。
［発明が解決しようとする課題］ この発明は、上記の欠点が解消されるように前記の種
類の電流センサを構成することを目的とする。
類の電流センサを構成することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、検出巻線を備え非晶質
の軟磁性材料から成る帯状の少なくとも一つの要素が、
軟磁性の磁心の磁気回路に配置され、この要素が検出巻
線によりパルス状に双極性に磁化され、電流振幅の非対
称性が、調整誤差を検出しかつ評価するために利用され
ることにより達成される。
の軟磁性材料から成る帯状の少なくとも一つの要素が、
軟磁性の磁心の磁気回路に配置され、この要素が検出巻
線によりパルス状に双極性に磁化され、電流振幅の非対
称性が、調整誤差を検出しかつ評価するために利用され
ることにより達成される。
［実施例］ 次にこの発明に基づく電流センサの複数の実施例を示
す図面により、この発明を詳細に説明する。
す図面により、この発明を詳細に説明する。
第１図に示すこの発明に基づく電流センサは、軟磁性
材料から成り閉じられた磁心１から構成され、測定すべ
き電流を導く導体がそれ自体周知の方法で一次巻線とし
て磁心を貫通して導かれている。磁心１の内周には直径
上に向かい合って、非晶質の軟磁性材料から成る短い帯
状の二つの要素２、２′が配置されている。帯状の要素
２、２′はこれらの要素の周囲に巻き付けられた各一つ
の検出巻線３又は３′を備える。第１図に示すように、
帯状の両要素２、２′の巻線３、３′は同方向に直列に
接続されている。磁心１の内周に取り付けられ検出巻線
３、３′を備えた帯状の要素２、２′は、磁心１の全周
にわたって延びている二次巻線４により囲まれている。
材料から成り閉じられた磁心１から構成され、測定すべ
き電流を導く導体がそれ自体周知の方法で一次巻線とし
て磁心を貫通して導かれている。磁心１の内周には直径
上に向かい合って、非晶質の軟磁性材料から成る短い帯
状の二つの要素２、２′が配置されている。帯状の要素
２、２′はこれらの要素の周囲に巻き付けられた各一つ
の検出巻線３又は３′を備える。第１図に示すように、
帯状の両要素２、２′の巻線３、３′は同方向に直列に
接続されている。磁心１の内周に取り付けられ検出巻線
３、３′を備えた帯状の要素２、２′は、磁心１の全周
にわたって延びている二次巻線４により囲まれている。
第３図は相応の検出回路の中の検出巻線３、３′の配
置を示す。入力端子５には図示のように方形波電圧が印
加される。コンデンサ６、抵抗７及び両検出巻線３、
３′を経てパルス電流が流れ、このパルス電流は抵抗７
で相応の電圧降下を発生し、これらの電圧降下はダイオ
ード８、９及びコンデンサ10、11を用い抵抗13、14を介
して減結合され整流されかつ相互に比較されるので、出
力端子15ではゼロ時速からの偏差に比例する信号を取り
出すことができる。この信号は図示されていない相応の
評価回路を経て補償電流の制御のために用いられる。補
償電流はそれ自体周知の方法で、磁心１の中の磁束が消
えるように働く。磁心１中の磁束が消滅している状態で
は電流ピークは対称であるので、抵抗13、14で降下する
電圧の平均値は同様にゼロである。しかしながら磁心１
中に磁束が発生すると帯状の要素２が磁化され、検出巻
線３、３′のインダクタンスが変化し、方形波電圧によ
り引き起こされた抵抗７での電圧降下が不等になるの
で、出力端子15にはそれに相応して出力電圧が生ずるこ
とになり、これは磁心１内に生ずる磁束の大きさに相応
する。
置を示す。入力端子５には図示のように方形波電圧が印
加される。コンデンサ６、抵抗７及び両検出巻線３、
３′を経てパルス電流が流れ、このパルス電流は抵抗７
で相応の電圧降下を発生し、これらの電圧降下はダイオ
ード８、９及びコンデンサ10、11を用い抵抗13、14を介
して減結合され整流されかつ相互に比較されるので、出
力端子15ではゼロ時速からの偏差に比例する信号を取り
出すことができる。この信号は図示されていない相応の
評価回路を経て補償電流の制御のために用いられる。補
償電流はそれ自体周知の方法で、磁心１の中の磁束が消
えるように働く。磁心１中の磁束が消滅している状態で
は電流ピークは対称であるので、抵抗13、14で降下する
電圧の平均値は同様にゼロである。しかしながら磁心１
中に磁束が発生すると帯状の要素２が磁化され、検出巻
線３、３′のインダクタンスが変化し、方形波電圧によ
り引き起こされた抵抗７での電圧降下が不等になるの
で、出力端子15にはそれに相応して出力電圧が生ずるこ
とになり、これは磁心１内に生ずる磁束の大きさに相応
する。
帯状の要素２、２′の長さは比較的小さく保つことが
できるので、測定電流又は補償電流による帯の永続的な
飽和が避けられるように、パルス磁化の磁界強さを高く
選ぶことが可能である。
できるので、測定電流又は補償電流による帯の永続的な
飽和が避けられるように、パルス磁化の磁界強さを高く
選ぶことが可能である。
第１図に示す装置はただ一つの帯状の要素２を用いて
も作動する。しかしながら帯状の二つの要素を備えた実
施例では、外部磁界から影響されにくくなる。
も作動する。しかしながら帯状の二つの要素を備えた実
施例では、外部磁界から影響されにくくなる。
第２図には、磁心１の中にエアギャップ16を設けるこ
とにより制御感度を更に向上できる実施例が示されてい
る。エアギャップは望ましくは要素２′の下にあり、一
方電気的に直列に接続された第２の帯２は向かい合わせ
に、磁心１のスリットを切られていない部分に置かれて
いる。補償電流が小さいときには帯状の要素２′が高感
度で働き、一方補償電流が大きいときは第２の帯状の要
素２が比較的小さい振幅で補償電流を増減すべき方向に
関する情報を供給する。
とにより制御感度を更に向上できる実施例が示されてい
る。エアギャップは望ましくは要素２′の下にあり、一
方電気的に直列に接続された第２の帯２は向かい合わせ
に、磁心１のスリットを切られていない部分に置かれて
いる。補償電流が小さいときには帯状の要素２′が高感
度で働き、一方補償電流が大きいときは第２の帯状の要
素２が比較的小さい振幅で補償電流を増減すべき方向に
関する情報を供給する。
要素２′が比較的長く構成されているときには、要素
２を省略することもできるので、高い電流で帯の中央部
が既に飽和しているときに、方向情報を供給するための
帯の両端の磁化を反転できる。
２を省略することもできるので、高い電流で帯の中央部
が既に飽和しているときに、方向情報を供給するための
帯の両端の磁化を反転できる。
第４図にはこの発明に基づく電流センサの別の実施例
が原理的に示されている。平面図で示すようにスリット
を切られた磁心18のエアギャップ17の中には、非晶質の
材料から成りＺ字形に形成された帯状の要素19が取り付
けられ、２本の線で示すようにこの要素は中央部に厚さ
を増した断面を有することができる。符号20で検出巻線
が示され、この検出巻線は厚さを増した帯状の要素の中
央部に巻き付けられている。磁心18上には前記の実施例
の場合のように、ここでは図示されていない二次巻線が
巻かれている。電流が小さいときはこの電流センサは、
帯状の要素19の両端と磁心18との強固な結合により非常
に敏感である。電流が比較的大きいときには帯状の要素
19の外側の部分が飽和し、一方内側の部分は比較的大き
い断面と「横位置」のためにまだ飽和しないので、方向
情報が依然として得られる。しかしながらこの実施例で
は過負荷領域が第１図及び第２図に示す実施例の場合よ
り明らかに低い。なぜならば磁心18の小さいエアギャッ
プ17に高い磁界強さが発生すると、この磁界強さが最終
的には帯状の要素19の中央部をも飽和するからである。
が原理的に示されている。平面図で示すようにスリット
を切られた磁心18のエアギャップ17の中には、非晶質の
材料から成りＺ字形に形成された帯状の要素19が取り付
けられ、２本の線で示すようにこの要素は中央部に厚さ
を増した断面を有することができる。符号20で検出巻線
が示され、この検出巻線は厚さを増した帯状の要素の中
央部に巻き付けられている。磁心18上には前記の実施例
の場合のように、ここでは図示されていない二次巻線が
巻かれている。電流が小さいときはこの電流センサは、
帯状の要素19の両端と磁心18との強固な結合により非常
に敏感である。電流が比較的大きいときには帯状の要素
19の外側の部分が飽和し、一方内側の部分は比較的大き
い断面と「横位置」のためにまだ飽和しないので、方向
情報が依然として得られる。しかしながらこの実施例で
は過負荷領域が第１図及び第２図に示す実施例の場合よ
り明らかに低い。なぜならば磁心18の小さいエアギャッ
プ17に高い磁界強さが発生すると、この磁界強さが最終
的には帯状の要素19の中央部をも飽和するからである。
第５図は第２図に示す原理により構成された電流セン
サの特性曲線を示す。この場合には横軸に測定すべき電
流ImがＡで示され、縦軸には端子15での電流IaがmAで示
されるている。36×26×6mmの寸法の磁心が用いられ
た。各帯状の要素は６×2.5×0.03mmに作られ、60ター
ン/0.1mmの指示器巻線を備え、また補償巻線は100ター
ンであった。ダイヤグラムは指示器と測定電流との間の
良好な比例性を示す。ゼロ点検出のために第３図に示す
回路が使用された。補償電流を発生するための制御回路
は周知の技術で構成された。
サの特性曲線を示す。この場合には横軸に測定すべき電
流ImがＡで示され、縦軸には端子15での電流IaがmAで示
されるている。36×26×6mmの寸法の磁心が用いられ
た。各帯状の要素は６×2.5×0.03mmに作られ、60ター
ン/0.1mmの指示器巻線を備え、また補償巻線は100ター
ンであった。ダイヤグラムは指示器と測定電流との間の
良好な比例性を示す。ゼロ点検出のために第３図に示す
回路が使用された。補償電流を発生するための制御回路
は周知の技術で構成された。
第１図及び第２図はそれぞれこの発明に基づく電流セン
サの異なる実施例の正面図、第３図はセンサ信号の周知
の評価回路の部分回路図、第４図は電流センサの更に別
の実施例の平面図、第５図は第２図に示す電流センサの
特性をグラフで示した図である。 １、18……磁心 ２、２′、19……帯状の要素 ３、３′、20……検出巻線 ４……二次巻線 16、17……エアギャップ
サの異なる実施例の正面図、第３図はセンサ信号の周知
の評価回路の部分回路図、第４図は電流センサの更に別
の実施例の平面図、第５図は第２図に示す電流センサの
特性をグラフで示した図である。 １、18……磁心 ２、２′、19……帯状の要素 ３、３′、20……検出巻線 ４……二次巻線 16、17……エアギャップ
Claims (7)
- 【請求項１】測定すべき電流が流れる一次巻線により磁
心に発生された磁界が二次巻線の補償電流により発生さ
れる磁界により補償され、補償電流の制御のために磁気
回路に配置されたセンサがゼロ磁束からの偏差を検出し
評価回路に供給するようになっている補償原理による電
流センサにおいて、検出巻線（３、３′20）を備え非晶
質の軟磁性材料から成る帯状の少なくとも一つの要素
（２、２′、19）が、軟磁性の磁心（１、18）の磁気回
路に配置され、この要素が検出巻線に加えられるパルス
により磁化され、そのパルスの出力変化が、調整誤差を
検出しかつ評価するために利用されることを特徴とする
補償原理による電流センサ。 - 【請求項２】帯状の要素が望ましくは磁心（１）の内周
に配置され、磁心（１）が帯状の要素の下にエアギャッ
プ（16）を有することを特徴とする請求項１記載の電流
センサ。 - 【請求項３】帯の両端がその中央部より遅く飽和するよ
うに、帯状の要素（２′）が構成されかつ配置されてい
ることを特徴とする請求項１又は２記載の電流センサ。 - 【請求項４】軟磁性の磁心（１）の磁気回路に帯状の複
数の要素（２、２′）が対称に配置され、かつ各一つの
検出巻線（３、３′）を備え、その際個々の検出巻線
（３、３′）が同方向に直列に接続され、磁心の周囲に
わたって一様に分散された二次巻線（４）により囲まれ
ていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。 - 【請求項５】非晶質の材料から成る帯状の二つの要素
（２、２′）が磁心（１）の内周に対称に配置され、そ
の際磁心（１）が両要素（２、２′）のうちの一つの下
にエアギャップ（16）を有することを特徴とする請求項
１又は４記載の電流センサ。 - 【請求項６】磁気回路（18）のエアギャップ（17）に、
非晶質の軟磁性材料から成るＺ字形の帯（19）がその中
央部をエアギャップ（17）の中に置くように配置され、
一方帯（19）の両端はそれぞれ磁心（１）の相互に向か
い合った側面に接触することを特徴とする請求項１記載
の電流センサ。 - 【請求項７】帯状の要素（19）の中央部が厚さを増して
構成されていることを特徴とする請求項４記載の電流セ
ンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3718857.7 | 1987-06-05 | ||
| DE19873718857 DE3718857A1 (de) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | Stromsensor nach dem kompensationsprinzip |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6416967A JPS6416967A (en) | 1989-01-20 |
| JP2650211B2 true JP2650211B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=6329125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63137185A Expired - Fee Related JP2650211B2 (ja) | 1987-06-05 | 1988-06-03 | 補償原理による電流センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0294590B1 (ja) |
| JP (1) | JP2650211B2 (ja) |
| DE (2) | DE3718857A1 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8805245D0 (en) * | 1988-03-04 | 1988-04-07 | Cambridge Consultants | Active current transformer |
| DE4106274A1 (de) * | 1991-02-28 | 1992-09-03 | Vacuumschmelze Gmbh | Stromsensor nach dem kompensationsprinzip |
| DE4113496A1 (de) * | 1991-04-25 | 1992-10-29 | Vacuumschmelze Gmbh | Magnetkern fuer einen stromsensor nach dem kompensationsprinzip |
| DE4128989C2 (de) * | 1991-08-31 | 1995-04-27 | Forschungsvereinigung Antriebs | Stromsensor |
| DE4130999A1 (de) * | 1991-09-18 | 1993-03-25 | Vacuumschmelze Gmbh | Stromsensor nach dem kompensationsprinzip |
| DE19845778B4 (de) | 1998-09-22 | 2004-04-29 | Siemens Ag | Verfahren zur Abbildung von Gleichströmen und Gleichstromwandler zur Durchführung des Verfahrens |
| DE19844726B4 (de) * | 1998-09-29 | 2010-06-17 | Vacuumschmelze Gmbh | Stromsensor nach dem Kompensationsprinzip |
| DE10011050A1 (de) * | 2000-03-07 | 2002-01-03 | Vacuumschmelze Gmbh | Transformator für einen Kompensationsstromsensor |
| DE10045194A1 (de) | 2000-09-13 | 2002-03-28 | Siemens Ag | Auswerteschaltung für einen Stromsensor nach dem Kompensationsprinzig, insbesondere zur Messung von Gleich- und Wechselströmen, sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Stromsensors |
| DE10110475A1 (de) | 2001-03-05 | 2002-09-26 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | Übertrager für einen Stromsensor |
| DE10331883B4 (de) * | 2003-07-14 | 2018-01-18 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Messverfahren und Messanordnung zum Messen von Strömen mit grossem Dynamikbereich |
| DE102005007971B4 (de) * | 2004-02-27 | 2008-01-31 | Magnetec Gmbh | Stromtransformator mit Kompensationswicklung |
| DE102004021495A1 (de) | 2004-04-30 | 2005-11-24 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Stromsensor |
| ATE482402T1 (de) * | 2004-11-05 | 2010-10-15 | Lem Liaisons Electron Mec | Detektorschaltung zur strommessung |
| CN100365419C (zh) * | 2006-01-17 | 2008-01-30 | 王清波 | 直流电流非接触测量方法 |
| DE102009012794B3 (de) | 2009-03-13 | 2010-11-11 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Hysteresearmer Sensor |
| DE102011080039A1 (de) | 2011-07-28 | 2013-04-18 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Stromsensoranordnung |
| DE102012201995A1 (de) * | 2012-02-10 | 2013-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät, insbesondere Leistungsschalter |
| JP2019164082A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | Ntn株式会社 | Ｃｔ方式電流センサ |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4309655A (en) * | 1978-06-23 | 1982-01-05 | Lgz Landis & Gyr Zug Ag | Measuring transformer |
| DE3241018A1 (de) * | 1981-11-10 | 1983-05-19 | Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau | Magnetisch arbeitender sensor |
| US4536706A (en) * | 1982-07-16 | 1985-08-20 | At&T Bell Laboratories | Magnetic current sensor |
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