JP3170933B2 - 変成器鉄心の残留磁気測定装置 - Google Patents

変成器鉄心の残留磁気測定装置

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JP3170933B2 JP03379493A JP3379493A JP3170933B2 JP 3170933 B2 JP3170933 B2 JP 3170933B2 JP 03379493 A JP03379493 A JP 03379493A JP 3379493 A JP3379493 A JP 3379493A JP 3170933 B2 JP3170933 B2 JP 3170933B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、通常の変圧器や計器
用変成器などの変成器の鉄心の磁気特性としての残留磁
気の大きさ、特に過渡電流を精度よく求めるために残留
磁気の値が仕様で指定される計器用変流器の残留磁気の
大きさを測定によって求めるための残留磁気測定装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、変成器に使用される鉄心は一部
のものを除いて鉄心が飽和しない領域で使用されるもの
であり、このような変成器では鉄心が飽和してしまうと
所定の性能が発揮できないという特徴がある。したがっ
て、鉄心が飽和に至るまでの磁気特性を正確に評価する
ことはその機器の性能を判定するための重要な要素にな
っている。
【0003】このような磁気特性の一つとして残留磁気
の大きさがある。周知のように残留磁気は鉄心のヒステ
リシス現象によるものであり、この大きさを把握するこ
とが特に望まれる場合がある。特に電力系統に発生する
過渡的な電流変化を精度よく測定するための計器用変流
器では、残留磁気が測定精度に大きく影響することか
ら、通常の交流を測定するための計器用変流器に比べて
小さな残留磁気であることが要求され、例えば、「残留
磁束密度は最大磁束密度の30%以下」というような内
容が仕様によって指定される場合がある。
【0004】変成器鉄心の残留磁気の大きさを求める従
来の測定方法は、直流電源を使用して鉄心を磁化させそ
れによって生じる磁束の変化を衝撃検流計又は磁束計に
より測定し、その結果に基づいてヒステリシスループを
描き、これから残留磁気の大きさを読み取る方法が一般
的である。この方法は特殊な測定器が必要であり測定手
順も煩雑であるという問題がある。
【0005】このような直流電源を使用したヒステリシ
スループの測定方法の煩雑さを解決して生産現場でも容
易に使用することのできるものとして交流電源を使用し
てオシロスコープにヒステリシスループを描かせる方法
がある。図3は交流電源を用いた従来のヒステリシス特
性を測定する測定器の回路図である。この図において、
測定の対象となる供試変流器1の一次側11の端子に交
流電源2が接続され、二次側12の端子に積分器3が接
続されその出力信号がオシロスコープ5の縦軸偏向板5
2に印加される。周知のように、電圧を積分器3で積分
すればその信号は供試変流器1の鉄心の磁束Φに比例し
た信号になる。
【0006】一方、交流電源2から供試変流器1に流入
する電流は励磁電流であるが、これを変流器4で測定し
並列抵抗41を介してオシロスコープ5の横軸偏向板5
1に入力する。測定された励磁電流は並列抵抗41に流
れて電流に比例した電圧を発生するが、この電圧が横軸
偏向板51に印加される。積分器3は入力インピーダン
スが非常に大きいから供試変流器1の負荷としては無い
のと同じなので、変流器4が測定する電流は前述のよう
に供試変流器1の励磁電流としてよい。このようにして
オシロスコープ5の縦軸、横軸の偏向板51,52にそ
れぞれ印加された電圧は前述のように縦軸が供試変流器
1の鉄心の磁束Φに比例する値、横軸が励磁電流iex
比例する値なので、オシロスコープに描かれるヒステリ
シスループは鉄心10の磁界強度Hを横軸に、磁束密度
Bを縦軸にして得られるヒステリシスループに比例した
ものになる。
【0007】図4は空隙付鉄心の変流器について図3の
測定装置を用いてそのオシロスコープ5に描かせた交流
ヒステリシスループの例を示すグラフである。この図の
横軸は励磁電流iexに比例する値、縦軸が磁束Φに比例
する値であると同時に、前述のように磁界強度Hと磁束
密度Bに比例した値でもある。2本の斜めの線の右側の
線は上昇過程を表し左側の線が下降過程を表し、これら
の線で囲まれたループの中の面積が損失に比例するもの
であり、その中に直流ヒステリシス損と交流渦電流損と
が含まれている。この図から横軸の値である電流が零の
ときの縦軸の値を残留磁束Φreと見なして最大磁束Φma
に対する比率を求めると約20%である。
【0008】変流器に空隙付鉄心を採用するのは前述の
ように残留磁気の大きさを小さくするためであり、前述
の図の対象とした変流器では、鉄心の磁路長が約60c
m、空隙長が約0.1mmという値のものである。図5は
同じ供試変流器1の衝撃検流計などを使用して直接測定
された直流ヒステリシスループであり、横軸が磁界強度
H、縦軸が磁束密度Bである。この図から最大磁束密度
に対する残留磁束密度の比率を求めると5%以下であ
る。したがって、図3の仮に求められた20%の残留磁
気は渦電流損によって大幅に大きく求められてしまうこ
とになり、実用的には問題があることが分かる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述のように交流を印
加して描かせたヒステリシスループには鉄心の渦電流成
分が含まれている。この渦電流成分によってヒステリシ
スループが電流軸の方向に大きくなり、残留磁気の大き
さを過大に評価してしまうことになり、そのためこのよ
うな測定方法を実用するのが困難であるという問題があ
る。
【0010】この発明の目的はこのような問題を解決
し、交流電源を使用してヒステリシスループをオシロス
コープに描かせるときに、渦電流損の影響を消去するこ
とによって残留磁気の測定の精度を改善した変成器鉄心
の残留磁気測定装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、測定対象の変成器に交流電圧を
印加する交流電源、変成器の誘起電圧を積分する積分
器、この積分器の出力信号が縦軸偏向板に印加されるブ
ラウン管オシログラフ、変成器の励磁電流を測定する変
流器、この変流器の出力電流が並列抵抗を介して前記ブ
ラウン管オシロスコープの横軸偏向板に印加されてなる
変成器鉄心の残留磁気測定装置において、渦電流損に比
例する信号を出力する損失補償回路を設け、その出力信
号で横軸偏向板の印加電圧を補正してなるものとし、ま
た、損失補償回路が、交流電源に接続された可変抵抗と
この可変抵抗に流れる電流を測定する変流器とからな
り、この変流器の二次電流を出力信号として変成器の励
磁電流電流を測定する変流器の二次電流から差し引くこ
とによって補正するものとし、また、可変抵抗に流れる
電流を測定する変流器にタップ端子と、このタップ端子
を選択するタップ切換器とが設けられてなるものとし、
又は、損失補償回路が、交流電源の電圧を可変の分圧比
で分圧する分圧器からなり、この分圧器の出力電圧がオ
シロスコープの横軸偏向板に印加される電圧から差し引
かれてなるものとする。
【0012】
【作用】この発明の構成において、測定対象の変成器鉄
心の渦電流損に相当する信号を出力する損失補償回路を
設け、その出力信号によって励磁電流に比例する電圧が
印加される横軸偏向板に印加される電圧を補正すること
によって、オシロスコープには渦電流成分が消去された
直流ヒステリシスループに相当するヒステリシスループ
が描かれる。
【0013】また、損失補償回路を、交流電源に接続さ
れた可変抵抗とこの可変抵抗に流れる電流を測定する変
流器とで構成し、この変流器の二次電流を出力信号とし
変成器の励磁電流を測定する変流器の二次電流から差し
引いて補正することによって、並列抵抗には励磁電流か
ら渦電流損に相当する電流成分が消去された電流が流れ
る。また、可変抵抗に流れる電流を測定する変流器に、
タップ端子とこのタップ端子を選択するタップ切換器を
設けることによって、渦電流損に相当する電流の設定を
可変抵抗の抵抗値の設定と変流器の変流器比の設定との
両方の組み合わせで行えることから、より広い範囲の条
件に対して渦電流損に相当する電流信号を得ることがで
きる。
【0014】又は、損失補償回路を、交流電源の電圧を
可変の分圧比で分圧する分圧器とし、その出力電圧をオ
シロスコープの横軸偏向板に印加される電圧から差し引
くように構成し、分圧器の分圧比を出力電圧が渦電流損
に相当する値になるように設定することによって、前述
と同じように渦電流成分を消去した横軸偏向板の印加電
圧を得ることができる。
【0015】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施例を示す残留磁気測定装置の回路
図であり、図3と同じ回路要素に対しては共通の符号を
付けて詳しい説明を省く。この図の図3との相違点は、
交流電源2の電圧が印加される損失補償回路6を設け、
その出力電流を変流器4の出力電流から差し引くように
結線してある点である。
【0016】損失補償回路6は後述するように供試変流
器1の鉄心10の渦電流損に相当する電流に比例した電
流を出力し、これを変流器4の測定値としての出力電流
から差し引くことによって測定電流に含まれる渦電流成
分を消去する。したがって、オシロスコープ5に描かれ
るヒステリシスループは渦電流の影響のない直流ヒステ
リシスループに近いものとなる。
【0017】図2は図1の損失補償回路を示す回路図で
ある。この図において、入力端子61は図1の交流電源
2の電圧が印加される端子、出力端子65は渦電流損に
相当する電流成分が出力される端子である。入力端子6
1の一端は可変抵抗62の一端が接続される、この可変
抵抗62の他端はタップ切換器63の可動接点に接続さ
れる。変流器64の一次側の1つの端子は、可変抵抗6
2が接続されない側の入力端子に接続され、もう一方の
端子は7つのタップ端子に別れて引き出されている。そ
して、これらのタップ端子はタップ切換器63で選択さ
れる。 変流器64の二次端子は損失補償器6の出力端
子65に接続されている。
【0018】入力電圧をV、可変抵抗62の抵抗値を
R、変流器64の変流比をa、出力端子の電流値をIと
すると、次式が成立する。
【0019】
【数1】 I=V/(a・R) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(1) 抵抗値Rと変流比aはともに可変であるから出力電流は
広い範囲の値に対応して設定することができる。供試変
流器1の印加電圧Vに対応する渦電流損はあらかじめ周
知の方法で求めておき、この値に応じた電流が出力され
るよう抵抗値Rや変流比aを変える。渦電流損をWe
これに対応する電流成分をIeとすると、これらの間に
次式のような簡単な関係式が成立しているので渦電流損
eが分かっていれば電流成分Ieは容易に求めることが
できる。
【0020】
【数2】 Ie=We/V ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2) したがって、(1)式の電流Iが(2)式で求められた
渦電流損Weに相当する電流Ieに一致するように抵抗R
及び変流比aを設定する。このような補正が行われてオ
シロスコープに描かれたヒステリシスループは図5のヒ
ステリシスループに類似となることが確かめられてい
る。ただ、2本の平行な線が重なり合うために残留磁気
の大きさを図から求めるのが困難なほどであるが、この
ことは図5からも容易に推測できることである。
【0021】図2に示す損失補償回路では、可変抵抗6
2とタップ端子付の変流器64を用いた回路構成を示し
たが必ずしも変流器にタップ端子が必要な訳ではなく、
前述の(1)式で抵抗値Rを変えて所望の電流Iが得ら
れるならばタップ端子のない一定変流比を持った変流器
であっても差し支えない。また、図1、図2のように渦
電流損に相当する電流を求め、これを並列抵抗41に流
すことによって補正する方式に対して、横軸偏向板52
に印加される電圧に対応する補正電圧を交流電源2の電
圧を分圧することによって求め、これを並列抵抗41の
端子間電圧から差し引く構成を採用することもできる。
いずれにしても、この発明の目的に反しない範囲で渦電
流損の補正する方式についてどのような方式を採用する
こともできる。
【0022】
【発明の効果】この発明は前述のように、渦電流損に相
当する電流成分を出力する損失補償回路を設け、その出
力信号によって横軸偏向板に印加される電圧を補正する
ことによって、オシロスコープには渦電流成分が消去さ
れた直流ヒステリシスループに相当する高精度のヒステ
リシスループが得られることから、このヒステリシスル
ープから残留磁気の大きさとして渦電流損に関係しない
正確な値を求めることができるという効果が得られる。
【0023】また、損失補償回路を、交流電源に接続さ
れた可変抵抗とこの可変抵抗に流れる電流を測定する変
流器とで構成し、この変流器の二次電流を出力信号とし
変成器の励磁電流を測定する変流器の二次電流から差し
引いて補正することによって、並列抵抗には渦電流損に
相当する電流成分が消去された電流が流れる。また、可
変抵抗に流れる電流を測定する変流器に、タップ端子と
このタップ端子を選択するタップ切換器を設けることに
よってより広い範囲の条件に対して適用できるという効
果が得られる。
【0024】又は、損失補償回路を、交流電源の電圧を
可変の分圧比で分圧する分圧器とし、その出力電圧をオ
シロスコープの横軸偏向板に印加される電圧から差し引
くように構成し、分圧器の分圧比を出力電圧が渦電流損
に相当する値になるように設定することによって、前述
と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す変成器鉄心の残留磁気
測定装置の回路図
【図2】図1の損失補償回路を示す回路図
【図3】交流電源を用いた従来のヒステリシス特性測定
器を示す回路図
【図4】空隙付鉄心の変流器の交流ヒステリシスループ
のグラフ
【図5】図4と同じ変流器の直接測定された直流ヒステ
リシスループのグラフ
【符号の説明】
1 供試変流器(変成器) 10 鉄心 2 交流電源 3 積分器 4 変流器 41 並列抵抗 5 オシロスコープ 51 横軸偏向板 52 縦軸偏向板 6 損失補償回路 61 入力端子 62 可変抵抗 63 タップ切換器 64 変流器 65 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−119094(JP,A) 特開 昭51−47470(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/00 - 33/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定対象の変成器に交流電圧を印加する交
    流電源、変成器の誘起電圧を積分する積分器、この積分
    器の出力信号が縦軸偏向板に印加されるブラウン管オシ
    ログラフ、変成器の励磁電流を測定する変流器、この変
    流器の出力電流が並列抵抗を介して前記ブラウン管オシ
    ロスコープの横軸偏向板に印加されてなる変成器鉄心の
    残留磁気測定装置において、渦電流損に比例する信号を
    出力する損失補償回路を設け、その出力信号で横軸偏向
    板の印加電圧を補正してなることを特徴とする変成器鉄
    心の残留磁気測定装置。
  2. 【請求項2】損失補償回路が、交流電源に接続された可
    変抵抗とこの可変抵抗に流れる電流を測定する変流器と
    からなり、この変流器の二次電流を出力信号として変成
    器の励磁電流を測定する変流器の二次電流から差し引く
    ことによって補正することを特徴とする請求項1記載の
    変成器鉄心の残留磁気測定装置。
  3. 【請求項3】可変抵抗に流れる電流を測定する変流器に
    タップ端子と、このタップ端子を選択するタップ切換器
    とが設けられてなることを特徴とする請求項2記載の変
    成器鉄心の残留磁気測定装置。
  4. 【請求項4】損失補償回路が、交流電源の電圧を可変の
    分圧比で分圧する分圧器からなり、この分圧器の出力電
    圧がオシロスコープの横軸偏向板に印加される電圧から
    差し引かれてなることを特徴とする請求項1記載の変成
    器鉄心の残留磁気測定装置。
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