JP4275642B2 - 誤差補償型変流器装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力測定等に用いられる変流器装置に係わり、とくに励磁インピーダンス等に起因する誤差を補償する誤差補償型変流器装置に関する。

交流回路の電流、電力を測定するには、図５(a)に示すような変流器ＣＴに負担抵抗Ｚｂを組み合わせた構成を用いる。変流器ＣＴを用いた場合、比誤差および位相角の問題があり、これらは励磁インピーダンスＺｅ、２次漏れインピーダンスＺｓおよび負担抵抗Ｚｂを主たる原因として生じる。なかでも、励磁インピーダンスＺｅによるものが大きい。

励磁インピーダンスＺｅに流れる電流Ｉｅは、この励磁インピーダンスＺｅ、励磁電圧Ｖｅとの関係が次のように表される。
Ｉｅ＝Ｖｅ／Ｚｅ

そして励磁電圧Ｖｅは、図５(b)に示す等価回路から明らかなように、
Ｖｅ＝Ｉｓ・（Ｚｓ＋Ｚｂ）
であり、この励磁電圧Ｖｅを小さくできれば、励磁インピーダンスＺｅに流れる電流Ｉｅすなわち変流器の誤差が小さくなる。

このような着眼点でなされた従来の装置として、図６(a),(b)に示すものがある（特許文献１）。図６(a)は、その等価回路であり、変流器における励磁電圧Ｖｅを補償するΔＶｅを組み合わせることにより、誤差の低減を図ったものである。

図６(b)は、図６(a)に示した等価回路を実体回路に置き換えたものである。すなわち、変流器ＣＴの２次端子ｋに演算増幅器ＯＡ１の非反転入力端子（＋）を、またもう一つの２次端子ｌに演算増幅器ＯＡ１の出力端子を接続し、演算増幅器ＯＡ１の反転入力端子（−）と出力端子との間に帰還要素Ｚｓ’を接続するとともに、反転入力端子（−）はインピーダンス要素Ｚｂ’を介してアース接続する。

この回路構成では、変流器ＣＴの２次電流Ｉｓを負担抵抗Ｚｂにより電圧変換し、検出値を電圧信号として形成する。この電圧信号は、演算増幅器ＯＡの分圧抵抗Ｚｓ’，Ｚｂ’に応じた増幅度で増幅され、これにより得られた誤差補償電圧ΔＶｅ＝Ｉｓ・（Ｚｓ’＋Ｚｂ’）が、変流器ＣＴで生じた誤差電圧Ｖｅと合成されることにより、両者が相殺し合って誤差が低減される。
特公平５−８４０４７号公報

この回路は、２次漏れインピーダンスＺｓ、負担Ｚｂの値が既知であることを条件とし、分圧抵抗Ｚｓ’、Ｚｂ’を、Ｚｓ／Ｚｂ＝Ｚｓ’／Ｚｂ’とすることにより、補償電圧ΔＶｅを演算増幅器により出力し、誤差補償している。

しかしながら、通常、変流器の２次側に接続する負担Ｚｂは、既知の値でない場合が多いため、Ｚｓ／Ｚｂ＝Ｚｓ’／Ｚｂ’を成立させるために、Ｚｂを測定して値を求める必要がある。

また、仮に負担Ｚｂが既知の値であったとしても、負担Ｚｂを変更する度に、Ｚｓ／Ｚｂ＝Ｚｓ’／Ｚｂ’が成り立つように、演算増幅器の分圧抵抗Ｚｂ’の値を変更する必要がある。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、変流器に接続される負担の値いかんに関わらず変流器の励磁インピーダンスに起因する誤差を効果的に補償することができる誤差補償型変流器装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
被測定電流を流す１次巻線、および負担抵抗が接続され、前記被測定電流に応じて誘導される電流を前記負担抵抗に与える２次巻線を有し、２次漏れインピーダンスが既知である変流器と、前記負担抵抗に生じた電圧信号を用いて演算を行い前記変流器の励磁電圧を補償する演算増幅器とをそなえた誤差補償型変流器装置において、
前記2次漏れインピーダンスと同一の抵抗値を有し、前記負担抵抗に直列接続された補償用分圧抵抗と、
前記負担抵抗から取り出した第１の電圧、および前記負担抵抗および前記補償用分圧抵抗の直列回路から取り出した第２の電圧に基づいて前記励磁電圧を打ち消す補償電圧を算出する補償回路と、
をそなえ、前記補償電圧により前記変流器の励磁電圧を補償することを特徴とする誤差補償型変流器装置、
を提供するものである。

本発明は上述のように、変流器の2次漏れインピーダンスと同一の抵抗値の補償用分圧抵抗を負担抵抗に直列接続し、この補償用分圧抵抗から取り出した第１電圧と負担抵抗および補償用分圧抵抗の直列回路により取り出した第２電圧とに基づいて補償電圧を取り出し、変流器の励磁電圧を補償するようにしたため、負担抵抗の値いかんに関わらず変流器の励磁インピーダンスに起因する誤差を的確に補償することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様を説明する。

実施態様１

図１(a),(b)は、本発明の一実施態様を示したもので、図１(a)は概念図、図１(b)は詳細回路図である。この図１(a)に示すように、変流器ＣＴの負担は、２次漏れインピーダンスＺｓ、補償用分圧抵抗Ｚｓ’および負担抵抗Ｚｂであり、電流をＩｓとすると、励磁電圧Ｖｅは、
Ｖｅ＝Ｉｓ・（Ｚｓ＋Ｚｓ’＋Ｚｂ）
となる。この励磁電圧Ｖｅを零にするように、励磁電圧Ｖｅと等価な補償電圧ΔＶｅを発生させて補償すればよい。

そこで、補償用分圧抵抗Ｚｓ’をＺｓ’＝Ｚｓとすると、補償電圧ΔＶｅは、ΔＶｅ＝Ｉｓ・（２Ｚｓ’＋Ｚｂ）となる。

図１(b)は、図１(a)の詳細回路であり、補償電圧Δｖｅを形成するために、演算増幅器ＯＡ１ないしＯＡ３を用いた回路を構成している。ここで、演算増幅器ＯＡ１の非反転入力端子には、補償用分圧抵抗Ｚｓ’と負担抵抗Ｚｂとにより、電圧Ｉｓ・（Ｚｓ’＋Ｚｂ）が入力される。そして、演算増幅器ＯＡ１の反転入力端子の２つの分圧抵抗をともにＲとすれば、演算増幅器ＯＡ１は２倍増幅回路となるから、演算増幅器ＯＡ１の出力端子には電圧Ｖ１、すなわち
Ｖ１＝２・Ｉｓ・（Ｚｓ’＋Ｚｂ）
が生じる。

そして、演算増幅器ＯＡ２の非反転入力端子には、負担抵抗Ｚｂにより生じる電圧Ｉｓ・Ｚｂが入力される。この演算増幅器ＯＡ２はバッファであり、演算増幅器ＯＡ２の出力端子には電圧Ｖ２、すなわち
Ｖ２＝Ｉｓ・Ｚｂ
が発生する。

演算増幅器ＯＡ１，ＯＡ２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、演算増幅器ＯＡ３に与えられる。すなわち、演算増幅器ＯＡ３の非反転入力端子には出力Ｖ１が入力され、反転入力端子には出力Ｖ２の信号が入力される。演算増幅器ＯＡ３は差動増幅器であり、演算増幅器ＯＡ３の出力Ｖ３は、
Ｖ３＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉｓ・（２Ｚｓ’＋２Ｚｂ）−Ｉｓ・Ｚｂ
＝Ｉｓ・（２Ｚｓ’＋Ｚｂ）
となる。この演算増幅器ＯＡ３の出力Ｖ３を励磁電圧Ｖｅと等しくすれば、これを補償電圧ΔＶｅとして変流器ＣＴの２次出力に加算することで、励磁電圧Ｖｅが打ち消され、誤差補償される。

演算増幅器ＯＡ３の出力電圧Ｖ３を励磁電圧Ｖｅと等しくするには、負担抵抗Ｚｂが既知であるから、補償用分圧抵抗Ｚｓ’の値を２次漏れインピーダンスＺｓに合わせて適宜設定すればよい。また当然ながら、２次漏れインピーダンスＺｓと補償用分圧抵抗Ｚｓ’とが同じ値でなくても、演算増幅器ＯＡ１又はＯＡ３の分圧抵抗Ｒの比を変えても補償することはできる。

しかし、２次漏れインピーダンスＺｓは、容易に測定することが可能であり、現実的には、２次漏れインピーダンスＺｓと補償用分圧抵抗Ｚｓ’とを等価にする方法が簡単である。

この回路は、一見すると正帰還回路のように見える。しかし、交流的には２次漏れインピーダンスＺｓおよび補償用分圧抵抗Ｚｓ’が変化しても、また、演算増幅器の増幅度が変化して過補償になっても定電流回路である。したがって、電流Ｉｓが一定となるように励磁インピーダンスＺｅが増加し、常に励磁電圧Ｖｅと誤差補償電圧Δｖｅとが同じ値となる。

他方、直流的には、励磁インピーダンスＺｅは零であり、Ｚｓ’＞Ｚｓとなると、補償できなくなる。そこで、直流的には、Ｚｓ’≦Ｚｓでなければならない。現実には、２次漏れインピーダンスＺｓは、外部温度や経年によって大きく変化しないものであり、かつ既知の抵抗であるから、補償用分圧抵抗Ｚｓ’が２次漏れインピーダンスＺｓと等価な特性のインピーダンスとすれば、外部温度や経年による影響は無くなり、常にＺｓ’＝Ｚｓとなって安定に動作する。

図２は、図１に示した回路を原理的に表現した原理回路図である。いま２次漏れインピーダンスＺｓ、励磁電圧Ｖｅを有する変流器ＣＴの出力端子ｋ，ｌ間に負担抵抗Ｚｂを含んだ次の構成の回路を接続する。

変流器の一方の出力端子ｋと負担抵抗Ｚｂの一端との間に、補償用分圧抵抗Ｚｓ’を直列接続する。そして、補償用分圧抵抗Ｚｓ’の負担抵抗Ｚｂに接続される端部と反対側端に演算増幅器０Ａ１を接続し、補償用分圧抵抗Ｚｓ’の負担抵抗Ｚｂ側端に演算増幅器０Ａ２を接続し、これら２つの演算増幅器ＯＡ１，ＯＡ２の出力Ｖ１，Ｖ２を差動増幅器として動作する演算増幅器ＯＡ３に与えるように接続し、演算増幅器ＯＡ３の出力を変流器の他方の出力端子ｌに接続する。

これにより、演算増幅器ＯＡ３の出力として、演算増幅器ＯＡ１，ＯＡ２の出力Ｖ１，Ｖ２の差Ｖ３が求められる。この差Ｖ３は、図１の回路により説明したように、励磁電圧Ｖｅに等しい補償電圧ΔＶｅであり、変流器ＣＴで発生した励磁電圧Ｖｅは補償電圧ΔＶｅにより補償される。

実施態様２

図３は、本発明の実施態様２としての具体的回路構成例を示しており、簡単なフィルタを用いて直流の増幅度を下げる構成となっており、図１(b)に示した実施態様１における入力段に、コンデンサＣ１，Ｃ２を用いた２つのハイパスフィルタ回路を挿入したものである。

すなわち、変流器ＣＴの出力端に配したコンデンサＣ１を介して補償用分圧抵抗Ｚｓ’および演算増幅器ＯＡ１の入力端を接続し、また、補償用分圧抵抗Ｚｓ’と負担抵抗Ｚｂとの接続点からコンデンサＣ２を介して演算増幅器ＯＡ２に接続し、ハイパスフィルタ回路を構成している。このハイパスフィルタ回路により、直流の増幅度を十分に下げて安定に誤差補償することができる。基本的には、演算増幅器ＯＡ１のフィルタのみで、演算増幅器ＯＡ２のフィルタは設けなくてもよい。

実施態様３

図４は、本発明のさらに他の実施態様を示したもので、図３の回路における差動回路ＯＡ３を使用せずに、演算増幅器ＯＡ４の入力端で合成した２つの電圧Ｖ１，Ｖ２の合成電圧を、演算増幅器ＯＡ４で増幅する構成としている。そして、電圧Ｖ１を形成する回路を、バッファである演算増幅器ＯＡ１１と２倍増幅回路である演算増幅器ＯＡ１２とにより構成し、電圧Ｖ２を形成する回路を演算増幅器ＯＡ２として、得られた電圧Ｖ１，Ｖ２を合成した上で演算増幅器ＯＡ４により増幅する。また、変流器ＣＴの内部負担が大きく変化する場合を想定して、演算増幅器ＯＡ４にコンデンサＣ３を用いたＴ型フィルタを設けている。

この回路は、演算増幅器ＯＡ４に接続されている抵抗の値が変化しても、図３に示した回路よりも動作が安定している。ただし、使用する演算増幅器の数が増えるため回路構成が複雑化する。

図１(a),(b)は、本発明の一実施態様の構成を示す概要説明図および回路図。 図１に示した回路の原理的回路図。 図は、本発明による他の実施態様を示す回路図。 図は、本発明によるさらに他の実施態様を示す回路図。 図５(a),(b)は、一般的な変流器の回路図。 図６(a),(b)は、励磁インピーダンス等に起因する誤差を補償する従来の誤差補償型変流器の回路図。

符号の説明

ＣＴ 変流器
Ｉｐ 変流器１次電流
Ｉｓ 変流器２次電流
Ｖｅ 励磁電圧
Ｖ 電圧信号
Ｚ インピーダンス
Ｚｅ 励磁インピーダンス
Ｚｓ’ 補償用分圧抵抗
Ｒ 分圧抵抗
ＯＡ 演算増幅器
Ｃ キャパシタ

Claims (3)

1. 被測定電流を流す１次巻線、および負担抵抗が接続され、前記被測定電流に応じて誘導される電流を前記負担抵抗に与える２次巻線を有する変流器と、前記負担抵抗に生じた電圧信号を用いて演算を行い前記変流器の励磁電圧を補償する演算増幅器とをそなえた誤差補償型変流器装置において、
   前記2次漏れインピーダンスと同一の抵抗値を有し、前記負担抵抗に直列接続された補償用分圧抵抗と、
   前記負担抵抗から取り出した第１の電圧、および前記負担抵抗および前記補償用分圧抵抗の直列回路から取り出した第２の電圧に基づいて前記励磁電圧を打ち消す補償電圧を算出する補償回路と、
   をそなえ、前記補償電圧により前記変流器の励磁電圧を補償することを特徴とする誤差補償型変流器装置。
2. 請求項１記載の誤差補償型変流器装置において、
   前記補償回路は、前記第１の電圧および前記第２の電圧を入力とし、両者の差分を求める差動増幅器を有することを特徴とする誤差補償型変流器装置。
3. 請求項１記載の誤差補償型変流器装置において、
   前記補償回路は、前記第１の電圧に対する第１のハイパスフィルタおよび前記第２の電圧に対する第２のハイパスフィルタを有することを特徴とする誤差補償型変流器装置。

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