JP3306706B2

JP3306706B2 - 電流測定装置

Info

Publication number: JP3306706B2
Application number: JP27419498A
Authority: JP
Inventors: 修一荒川; 義明林; 幸一近藤
Original assignee: 株式会社井上電機製作所
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: JP2000065867A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部電源やバッテ
リを必要としない電流測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外部電源やバッテリを用いず、被測定電
線に流れる電流を取得して電源を形成し、この電源を電
流測定の動作用電源とする電流測定装置がある。この場
合、電流測定装置には電源用の変流器と測定用の変流器
の二つの変流器が設けられている。図６はその例を示す
電流測定装置のブロック回路図で、電流測定装置は、被
測定電線１に流れる電流を電源用変流器２と測定用変流
器３に通じ、電源用変流器２の出力を整流回路４および
平滑コンデンサ５で直流に変換し、定電圧回路６により
定電圧を出力する電源回路が形成されている。

【０００３】一方、測定用変流器３の出力を整流回路７
および平滑コンデンサ８で直流に変換して負荷抵抗９に
流し、負荷抵抗９の電圧降下を演算して出力する演算／
出力回路１０により被測定電線１にながれる電流、すな
わち変流器３の１次側入力電流に応じた測定データを出
力する測定回路が形成されている。そして、測定回路の
演算／出力回路１０を動作させる電力が前記電源回路か
ら供給するようにされている。

【０００４】図７はこのような二つの変流器を備えるク
ランプ形電流測定装置の構造を示す斜視図（なお、回路
部は図では省略されている。）で、１４は被測定電線を
クランプする貫通孔であり、この貫通孔１４の周囲を、
変流器２の２次巻線２２が巻回された鉄心２１ａと分割
面２１ｃで鉄心２１ａから分離可能にされた鉄心２１ｂ
が囲み、さらに変流器２に並列配置された変流器３の２
次巻線３２が巻回された鉄心３１ａと分割面３１ｃで鉄
心３１ａから分離可能にされた鉄心３１ｂが囲んでい
る。

【０００５】１６および１７は支点１５で回転可能に支
持された支持体で、鉄心２１ａと鉄心３１ａは一方の支
持体１６に固着され、鉄心２１ｂと鉄心３１ｂは他方の
支持体１７に固着されている。被測定電線のクランプ
は、鉄心２１ｂと鉄心３１ｂが固着されている支持体１
７を支点１５を中心として矢印Ａ方向に回転させて鉄心
２１ａおよび鉄心３１ａと鉄心２１ｂおよび鉄心３１ｂ
間を分離して開き、被測定電線を貫通孔１４に導入す
る。

【０００６】被測定電線を貫通孔１４に導入後、支持体
１７を支点１５を中心とて矢印Ｂ方向に回転させて鉄心
２１ａおよび鉄心３１ａと鉄心２１ｂおよび鉄心３１ｂ
間をそれぞれ当接して閉じることにより行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような被
測定電線に流れる電流を取得して電源を形成する電流測
定器では二つの変流器が用いられているため、部品点数
も多く構造が複雑で小型、軽量化を図るには限度があ
り、また、分離可能に分割された鉄心を用いた前記のよ
うなクランプ形電流測定器を製造する場合、それぞれ分
割された鉄心を、クランプ時に正確に嵌合あるいは対向
させる必要があるため、部品や組立て寸法精度を格段に
高める必要があり、コストの低減を図ることが困難なも
のとなっている。

【０００８】本発明は、上記の実情に鑑みなされたもの
で、被測定電線に流れる電流を取得して電源を形成する
ことができるとともに、小型、軽量で簡素な構造の電流
測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記（１）〜（５）とすることにより達成される。

【００１０】（１）変流器の２次側出力を二つに分岐
し、分岐した一方の出力を入力して直流電力を出力する
電源回路と、分岐した他方の出力を周期的に入力して前
記変流器の１次側入力電流に応じた測定データを出力す
る電流計測回路とを有し、前記電流計測回路に前記電源
回路の電力を供給することを特徴とする電流測定装置。

【００１１】（２）前記（１）における測定器におい
て、電流計測回路の構成を変流器の２次側出力を周期的
に開閉するスイッチ素子と、前記スイッチ素子の開閉周
期を設定する発振回路と、前記スイッチ素子を介して通
電される負荷抵抗と、前記負荷抵抗の電圧降下により前
記変流器の１次側入力電流値を演算して出力する演算／
出力回路とした電流測定装置。

【００１２】（３）変流器の２次側出力を互いに逆位
相の半波整流器を介して二つに分岐し、分岐した一方の
出力を入力して直流電力を出力する電源回路と、分岐し
た他方の出力を入力して前記変流器の１次側入力電流に
応じた測定データを出力する電流計測回路とを有し、前
記電流計測回路に前記電源回路の電力を供給することを
特徴とする電流測定装置。

【００１３】（４）前記（１）ないし（３）における測
定器において、変流器の２次側巻線にタップを設け、前
記タップに電源回路と電流計測回路のいずれか一方を接
続してなる電流測定装置。

【００１４】（５）前記（１）ないし（４）における測
定器において、電流クランプ形変流器または電流貫通形
変流器のいずれかを用いた電流測定装置。

【００１５】本発明は、例えば、変流器の２次側出力を
二つに分岐し、その一方に、電源回路を形成する全波整
流回路、平滑コンデンサおよび必要に応じて出力電圧の
安定化を図る定電圧回路を順に接続し、他方に、電流計
測回路を形成する周期的に開閉するスイッチ素子、電流
検出用の負荷抵抗およびその負荷抵抗の両端に、負荷抵
抗による電圧降下から変流器の１次側入力電流値を演算
して出力する演算／出力回路を接続し、さらにスイッチ
素子を開閉制御する発振器（スイッチ素子をダイオード
にする場合には必要としない。）を設け、この電流計測
回路に前記電源回路を接続してこの電源回路から前記電
流計測回路を駆動する電力を供給するように電流測定装
置を組み立てる。

【００１６】このようにして組み立てられた電流測定装
置では、変流器の２次側出力を時分割的に電源回路と電
流計測回路とに切り換えて供給される。つまり、スイッ
チ素子が開の間は変流器には整流、平滑回路を含む電源
回路だけが接続される。この場合、変流器は電流源とみ
なせるが、電源回路の入力インピーダンスにより電圧が
発生し、電流計測回路を駆動するに必要な直流電力が得
られる。

【００１７】スイッチ素子が閉の間は、変流器には電源
回路と電流検出用の負荷抵抗が負荷として接続される
が、電流検出用の負荷抵抗は電源回路の入力インピーダ
ンスに比べてはるかに小さい（変流器の１次入力電流に
対する２次電流のリニアリティを得るために負荷抵抗の
抵抗値を小さく設定している）ため、変流器の２次側電
圧は電源回路の充電電圧より低くなり、その結果変流器
からの電流は全て負荷抵抗を流れ、負荷抵抗の両端には
変流器の１次入力電流に比例した電圧が発生する。

【００１８】スイッチ素子が開の間は、負荷抵抗への電
流は供給が断たれるが、アナログあるいはデジタル演算
により時間的に平均化することで補正される。ただし、
電流（実効値）の時間的変化より十分に短い周期でスイ
ッチ素子を開閉する。このようにして、変流器の１次側
入力電流に応じた電流データが演算回路により求めら
れ、出力回路より所望のデータが出力される。

【００１９】なお、スイッチ素子が閉の間は、電源回路
の入力電圧が低下し電力供給が前述のように断たれる
が、スイッチ素子の開時の電力をコンデンサに蓄積して
おくことにより、持続的に電力を供給することができ
る。また、スイッチ素子の開の時間を、閉の時間に比し
て十分長くすることにより、変流器からの電力の大半を
電源用に利用できるため、変流器の鉄心や巻線は従来の
ものとほぼ同じ寸法、重量で構成することできる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係
る電流測定装置のブロック回路図、図２は第２の実施の
形態に係る電流測定装置のブロック回路図、図３は第３
の実施の形態に係る電流測定装置のブロック回路図、図
４は演算例を示すブロック図、図５は本発明を、分割式
鉄心を用いたクランブ形電流測定装置に適用した場合の
構造を示す斜視図（回路部は図では省略されている。）
である。なお、図１ないし図４で共通および同一部分に
は同一の符号を付している。

【００２１】図１において、５１は変流器、５２は被測
定電線、５３は電源回路、５４は電流計測回路である。
電源回路５３は全波整流回路５５、平滑コンデンサ５
６、定電圧回路５７を順に接続して形成されており、電
流計測回路５４は双方向スイッチ素子５８、全波整流回
路５９、平滑コンデンサ６０、電流検出用の負荷抵抗６
１を順に接続し、負荷抵抗６１による電圧降下を入力す
る演算／出力回路６２およびスイッチ素子５８を開閉制
御する発振回路６３を設けて形成されている。

【００２２】そして、電源回路５３は変流器５１の２次
側出力を二つに分岐した一方に、電流計測回路５４は他
方にそれぞれ接続され、電源回路５３で形成した直流電
力を電流計測回路５４の演算／出力回路６２や発振回路
６３に供給するように電源回路５３と電流計測回路５４
とが接続されている。

【００２３】双方向スイッチ素子５８は、被測定電線５
２に流れる電流に応じた電流を取り込むスイッチで、ソ
リッドステートリレーやアナログスイッチを用いる場合
は単体でよいが、フォトカプラやフォトＭＯＳリレーを
用いる場合は、２個の素子を逆並列に接続して構成さ
れ、発振回路６３の出力によってその開閉が制御され
る。

【００２４】発振回路６３は、一定周期で矩形波を出力
し、スイッチ素子５８を開閉するが、閉時に比べて開時
間を十分に長くするようにその周期を設定する。例えば
被測定電線５２に流れる電流、すなわち変流器５１の１
次電流が商用周波であれば閉時間は、その１周期程度
（２０秒）とし、開時間はその５〜１０倍程度に設定す
る。

【００２５】演算／出力回路６２は、負荷抵抗６２によ
る電圧降下を演算回路に入力し、入力した電圧降下値か
ら被測定電線５２に流れる電流値を算出し、その結果、
すなわち変流器５１の１次側入力電流に応じた測定デー
タを出力回路から出力する。この場合、演算／出力回路
６２は所望の出力形態によって種種選択できるが、その
例を図４に示して説明する。

【００２６】図４の（ａ）は負荷抵抗６１の両端電圧を
アナログ増幅回路で増幅してそのまま出力するもので、
全波整流回路５９と平滑コンデンサ６０を併用すること
により、１次電流の実行値に比例するアナログ信号出力
を得たい場合に用いる。図４の（ｂ）はＡ／Ｄ変換回路
を通して、デジタル信号出力を得たい場合に用いる。図
４の（ｃ）はＶ／Ｆ変換回路を通して、１次電流の実行
値に比例する繰り返し周波数のパルス信号出力を得たい
場合に用いる。

【００２７】図４の（ｄ）はＥ／Ｏ変換回路を通して、
光信号を得たい場合に用いる。図４の（ｅ）はＡ／Ｄコ
ンバータ内臓のマイコン回路を通し、１次電流に応じた
数字を表示したい場合に用いる。この場合、Ａ／Ｄコン
バータが正負入力に対応している場合は、全波整流回路
５９および平滑コンデンサ６１を省き、マイコンより平
均値計算して実行値を表示することも可能である。

【００２８】なお、演算回路の入力がＡＣ入力のものを
用いる場合は、全波整流回路５９と平滑コンデンサ６０
は不要となる。

【００２９】次ぎに、第１の実施の形態の動作について
説明する。変流器５１の１次側（被測定電線５２）に交
流電流が流れると、変流器５１の２次側は電流源と考え
ることができる。スイッチ素子５８が開状態の時は、全
波整流回路５５、平滑コンデンサ５６、定電圧回路５７
で構成される電源回路５３の入力インピーダンスにより
変流器５１の端子間電圧が発生する。

【００３０】この実施の形態の場合は、電源回路５３の
出力電圧は＋５Ｖ、消費電流は平均３ｍＡであり、これ
を維持する入力電圧は実行値で６Ｖ必要となり、これか
ら電源回路５３の入力インピーダンス２ｋΩに設定され
ている。また、この電圧を維持するための１次側最小入
力電流は１０Ａでこれ以下になると電源側機能は失われ
る。

【００３１】スイッチ素子５８が閉状態になると、電源
回路５３に並列に全波整流回路５９、平滑コンデンサ６
０、電流検出用の負荷抵抗６１がこの順に接続される。
この実施の形態では、変流器５１の負荷抵抗が１００Ω
の場合には、１次側入力電流１００Ａまで入出力間のリ
ニアリティが良好であるため、負荷抵抗６１は１００Ω
に設定している。なお、より大きい電流を測定する場合
は、この抵抗値をより小さくすれば良い。

【００３２】このように、電流測定用の負荷抵抗６１の
抵抗値が小さいため、変流器５１の出力電圧は電源回路
５３の平滑コンデンサ５６の電圧より小さい２Ｖ以下と
なり、変流器５１の出力電流は全て全波整流回路５９の
方に流れる。すなわちスイッチ素子５８が開の時は変流
器５１の出力電流は電源回路５３側へ、閉の時は負荷抵
抗６１側へと完全に切り替わり、スイッチ素子５８が閉
の時、入力電流に比例するデータが負荷抵抗６１の両端
の電圧により得ることができる。

【００３３】この実施の形態では、全波整流回路５６お
よび平滑コンデンサ６０を使用しているので、負荷抵抗
６１の両端の直流電圧の平均値が１次電流の実行値に比
例する値になる。もちろん平滑コンデンサ６０の容量を
十分大きくすれば、リップルは減少し、直流電流と１次
電流が比例する値にすることができる。この負荷抵抗６
１の両端の電圧は、演算／出力回路６２に入力され、演
算／出力回路６２の演算により所望の測定データが得ら
れる。例えば、演算／出力回路６２が前述した図４に示
す演算／出力回路の（ａ）とすれば、入力電流に比例す
るアナログ出力信号を得ることができる。

【００３４】スイッチ素子５８が閉の場合は、変流器５
１から電源回路５３への電流供給が断たれるが、平滑コ
ンデンサ５６の容量を適切に選ぶことにより、充電電荷
で補うことができる。

【００３５】図２は、本発明の第２の実施の形態を示す
もので、この第２の実施の形態が前記第１の実施の形態
と構成上異なる点は、電流計測回路５４の周期的に開閉
するスイッチ素子５８が、第１の実施の形態では全波整
流回路５９の入力側に接続されているのに対して、この
第２の実施の形態では全波整流回路５９の出力側、すな
わち全波整流回路５９と平滑コンデンサ６０との間に接
続されている点である。

【００３６】このようにスイッチ素子５８を接続して
も、第１の実施の形態と同様に動作するので、第１の実
施の形態の説明を援用し、その説明は省略する。ここで
スイッチ素子は、フォトカプラやフォトＭＯＳリレーの
ような一方向性のものでも良い。なお、この実施の形態
ではスイッチ素子５８はフォトカプラであり、６４はフ
ォトカプラの電流制限用の抵抗である。

【００３７】第１の実施の形態と第２の実施の形態の違
いを挙げると、第１の実施の形態では、スイッチ素子が
交流回路に存在するため、双方向スイッチ素子を用いる
必要があるのに対して、第２の実施の形態ではスイッチ
素子が直流回路に存在するため、一方向性のスイッチ素
子でよい。また、第２の実施の形態では、常に負荷抵抗
６１側に整流回路５９が必要であるのに対し、第１の実
施の形態では、ＡＣ入力に対応した演算回路を使用すれ
ば、整流回路を必要としない。

【００３８】図３は、本発明の第３の実施の形態を示す
もので、この第３の実施の形態では、電源回路５３は正
極性の半波整流回路の整流ダイオード７１、平滑コンデ
ンサ７２、定電圧回路７３を順に接続して形成されてお
り、電流計測回路５４は負極性の半波整流回路の整流ダ
イオード７４、平滑コンデンサ７５、電流検出用の負荷
抵抗７６を順に接続し、負荷抵抗７６による電圧降下を
入力する演算／出力回路７７を設けて形成されている。

【００３９】そして、変流器５１の２次側出力の一端を
二つに分岐し、その一方に電源回路５３の整流ダイオー
ド７１の正極が、その他方に電流計測回路５４の整流ダ
イオード７４の負極がそれぞれ接続され、電源回路５３
で形成した直流電力を電流計測回路５４の演算／出力回
路７７に供給するように電源回路５３と電流計測回路５
４とが接続されている。

【００４０】次ぎに、第３の実施の形態の動作について
説明する。変流器５１の１次入力電流の半周期において
は、電源回路５３は正極性の半波整流回路が導通し、電
源回路５３側に電力が供給され、定電圧で演算／出力回
路７７へ電力を供給する。次ぎの半周期においては、負
荷抵抗７６の両端には１次入力電流に比例した電圧が発
生する。第１、第２の実施の形態と同様に、この電圧を
演算して出力することができる。

【００４１】なお、この実施の形態では、電源回路５３
への電力供給は変流器５１から供給可能な電力の半分し
か行われないため、変流器５１の鉄心の断面積を約２倍
にする必要がある。

【００４２】以上３種類の実施の形態について説明した
が、いずれにおいても、変流器５１に２次巻線タップを
設けて、電源回路５３あるいは電流計測回路５４の負荷
側のいずれかをタップに接続しても良い。この場合は、
電源用の巻数と電流計側負荷側の巻数をそれぞれ最適に
することができる。さらに変流器５１の鉄心だけを共通
にして、電源回路５３側および電流計測回路５４の負荷
側の巻線を別に構成することも可能である。この場合
は、両者が絶縁されるため、第３の実施の形態の場合、
負荷抵抗７６の出力電圧を正極性で演算／出力回路７７
に接続することができる。

【００４３】図５は、本発明を、分割式鉄心を用いたク
ランプ形電流測定器に適用した場合の構造を示すもの
で、図７に示して説明した従来の分割式鉄心を用いたク
ランプ形電流測定器から変流器を一つ除いて小型化にし
たものと同様であり、構造の細部の説明は省略し、簡単
に説明する。図５において、８４は被測定電線をクラン
プする貫通孔であり、孔の周囲を変流器の鉄心８５が囲
む。変流器の鉄心８５は分割面８６において上下に分離
できる。８７は、変流器の２次側巻線である。

【００４４】全体は上部８８と下部８９に分かれ、支点
８０を中心として上部８８は矢印Ａのように開く、開い
た状態で被測定電線を貫通孔８４に導き、閉じることに
よってクランプされる。

【００４５】このように、本発明にあっては、分割式鉄
心を用いたクランプ形電流測定器に適用した場合、図７
に示して説明した従来の分割式鉄心を用いたクランプ形
電流測定器に比して明らかなように、部品点数も大幅に
削減され簡素な構造とすることができる。なお、電流ク
ランプ形変流器について説明しているが、電流貫通形変
流器であっもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、一
つの変流器で電源電力の取得と測定電流の取得が行える
ため、小型・軽量・簡素で設計・製造の容易な電流測定
器を提供することができる。また、分割式鉄心を用いた
クランプ形電流測定装置に適用した場合、従来より部品
の寸法密度や組立てに精度を要せず高精度のものが容易
に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電流測定装置のブ
ロック回路図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の電流測定装置のブ
ロック回路図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の電流測定装置のブ
ロック回路図である。

【図４】本発明の演算例を示すブロック図である。

【図５】本発明を分割式鉄心を用いたクランプ形電流測
定装置に適用した場合の構造を示す斜視図である。

【図６】従来の電流測定装置のブロック回路図である。

【図７】従来の分割式鉄心を用いたクランプ形電流測定
装置の構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

５１変流器５２被測定電線５３電源回路５４電流計測回路５５全波整流回路５５、６０、７２、７５平滑コンデンサ５７、７３定電圧回路５８スイッチ素子５９全波整流回路６１、７６負荷抵抗６２、７７演算／出力回路６３発振回路７１、７４整流ダイオード８０支点８４貫通孔８５変流器鉄心８６鉄心の分割面８７２次側巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−10164（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−16430（ＪＰ，Ｕ) 実開平６−28745（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 15/00 - 19/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】変流器の２次側出力を二つに分岐し、分
岐した一方の出力を入力して直流電力を出力する電源回
路と、分岐した他方の出力を周期的に入力して前記変流
器の１次側入力電流に応じた測定データを出力する電流
計測回路とを有し、前記電流計測回路に前記電源回路の
電力を供給することを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】変流器の２次側出力を周期的に開閉する
スイッチ素子と、前記スイッチ素子の開閉周期を設定す
る発振回路と、前記スイッチ素子を介して通電される負
荷抵抗と、前記負荷抵抗の電圧降下により前記変流器の
１次側入力電流値を演算して出力する演算／出力回路と
からなる電流計測回路を備える請求項１記載の電流測定
装置。
【請求項３】変流器の２次側出力を互いに逆位相の半
波整流器を介して二つに分岐し、分岐した一方の出力を
入力して直流電力を出力する電源回路と、分岐した他方
の出力を入力して前記変流器の１次側入力電流に応じた
測定データを出力する電流計測回路とを有し、前記電流
計測回路に前記電源回路の電力を供給することを特徴と
する電流測定装置。
【請求項４】変流器の２次側巻線にタップを設け、前
記タップに電源回路と電流計測回路のいずれか一方を接
続してなる請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の
電流測定装置。
【請求項５】電流クランプ形変流器または電流貫通形
変流器のいずれかを用いた請求項１又は請求項２又は請
求項３又は請求項４に記載の電流測定装置。