JP4508983B2 - 誘導分圧器 - Google Patents

Description

本発明は、環状コアに巻線が巻装されて構成される誘導分圧器に係わり、とくに広い周波数範囲にわたって入力インピーダンスが高く誤差の少ない特性を実現するものに関する。

測定用に用いられる誘導分圧器は、高い入力インピーダンスおよび高い分圧精度が求められる。この実現には、まず分圧精度を実現すべく巻線間の結合をできるだけ高めるため、10本の巻線を撚り合わせ巻線相互で密着巻きすることが行われている。また、高い入力インピーダンスを実現すべく、巻線の巻回数を増やすことが行われている。

そして、巻線の浮遊容量と自己インダクタンスとによって定まる共振周波数付近で高インピーダンスが実現されている。ここで、巻線の巻回数を増すとこれに応じて浮遊容量が増すことを考慮しなければならない。

このようにして得られる入力インピーダンスは、共振周波数により非常に狭い周波数範囲でのみ高インピーダンスとなるものである。この結果、誘導分圧器を異なる周波数に適用するには、別の分圧器を必要とし、広い周波数範囲を対象とする場合は、いくつもの分圧器を用意しなければならない問題がある。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、広い周波数範囲にわたって高インピーダンスおよび高精度の分圧比を実現する誘導分圧器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、
高透磁率材料により形成され、巻線相互の密結合、巻線数およびコア寸法を考慮した数の区分に分けられ、かつ前記区分が予め定められた順番にしたがって配置された巻線巻装領域を有するコアと、
前記区分それぞれに設定された分割領域の各々に所定ターン数ずつの巻線が配置され、かつ前記分割領域の配置順番にしたがって対応する巻線ごとに直列接続されることにより予め定められた数の巻線群として構成された分圧巻線と、
をそなえた誘導分圧器、
を提供するものである。

本発明は上述のように、環状コアに設けられた巻線巻装領域に順番にしたがって巻線を巻装し、各巻線を順番に直列接続するようにしたため、巻数を増しても巻線間の浮遊容量が抑えられ、広い周波数範囲にわたって高インピーダンスおよび高精度の分圧比を示す誘導分圧器を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

実施形態１

図１(a),(b)は、本発明の一実施形態を示す外観図および接続図である。そして図１(a)に示すように、環状コア１００は、円周方向に１０等分されており、第１区分１００ａ、第２区分１００ｂ、第３区分１００ｃ、…第９区分１００ｉ、第１０区分１００ｊと呼ばれる。

これら各区分１００ａないし１００ｊは、それぞれ１０個の領域に分割されて分割領域を構成しており、各分割領域に１単位、例えば１０ターンずつの巻線が巻装される。したがって、各区分１００ａないし１００ｊには、１０ターンずつの巻線が１ないし１０の順番にしたがって１０個ずつ配置されている。

実際上、各分割領域に１０ターンの巻線を平坦に並べることは難しいから、１０ターンの範囲内ではある程度重なり合うこともある。

図１(b)は、図１(a)に示した巻線の接続状態を示している。第１区分１００ａから第１０区分１００ｊまでの巻線２００は、分割領域ごとに直接接続される。すなわち、分割領域１をみると、第１区分１００ａから第１０区分１００ｊまでが直接接続されて１セクションを構成する。同様に、分割領域２をみると、第１区分１００ａから第１０区分１００ｊまでが直列接続されて２セクションを構成する。３セクション以下も同様である。

このように１０セクションが構成され、各セクションに分圧比０．１ずつを分担させる。したがって、１セクションは０−０．１を受け持ち、２セクションは０．１−０．２を受け持ち、１０セクションは分圧比０．９−１．０を受け持つ。この図１(b)では、１セクション、つまり分圧比０．１ごとに端子を設けて１ディケードの分圧器を構成する。

図２は、環状コア１００における巻線２００の巻装状態を示したもので、第１区分１００ａ、第１０区分１００ｊおよびその隣接区分１００ｂ，…１００ｉにつき示している。各区分は同様の巻線構成であるから、代表例として第１区分１００ａにつき説明する。

第１区分１００ａにおける１０個の分割領域にそれぞれ１単位ずつの巻線が配されているから、１区分内に巻線２００は１０個あり、順番に並置されている。１番目の巻線は巻線端子１，１’を有し、２番目の巻線は巻線端子２,２’を有し、３番目の巻線は巻線端子３,３’を有し、以下同様である。各巻線は、この場合、１０ターンずつ巻装されている。

２区分以下も同様に１０個ずつの巻線が巻装されており、１区分から１０区分まで１０個ずつの巻線が順番に配置されている。これにより環状コアには、区分の順番および巻線の順番にしたがって１００個の巻線が配置されている。

図３(a)，(b)は、図２に示したように構成された巻線２００の結線状態を示している。図３(a)における右端に端子が、下端に区分符号が示されており、また、各巻線は巻線端子により示されている。これら端子、区分符号および巻線端子の関係から分るように、各区分の分割領域ごとにグループ分けされてそれぞれ直接接続されて端子に接続されている。

すなわち、端子「０」と「０．１」との間を例にとれば、１番目の分割領域に巻装された巻線、つまり巻線端子「１」および「１’」を有する１０個の巻線が第１区分から第１０区分まで順番に直列接続された状態で接続されている。

図３(b)は、図３(a)の接続状態を概括的に示したものである。この図３(b)に示すように、端子「０，０．１，０．２，…，０．９，１．０」における１０個の端子間に、それぞれ１０区分ずつの巻線が直列接続されて接続されている。

実施形態２

図４は、本発明の実施形態２を示したものである。これは、一般に２段変成器と呼ばれるもので、次のような構成とする。この場合は、２個の環状鉄心を使用するが、説明の都合上棒状コアで説明する。

そして、一方の環状コアである励磁専用コア１０１に、例えば１０００ターンの入力巻線２０１を均等巻きする。この後、励磁専用コア１０１に並べてもう一つの環状コアである抱き合わせ鉄心１０２を配し、両コア１０１，１０２に１０本撚りの巻線を１００ターン巻装し、この１００ターンの巻線を出力巻線とする。この際、出力巻線２０２は、図１および図２に示したように、区分および分割領域を設定して均等に巻装する。出力巻線２０２には、タップを出して分圧器出力端子とする。

この構成により、高入力インピーダンスの周波数範囲が広がり、精度も向上することができる。

図５は、本発明による誘導分圧器と従来のそれとのインピーダンス対周波数特性を示したものである。従来の誘導分圧器では、図示の場合、２００Ｈｚよりやや低い周波数で鋭いピークをなす入力インピーダンス特性を示している。このピークをなす周波数は設計的に変えられるが、鋭いピークをなくすことはできない。

これに対し、本発明によれば、１２００Ｈｚ付近でピーク状をなすものではあるが、ピーク形状が緩やかな特性を示す。図示の場合、入力インピーダンス５００ｋΩ以上の範囲に限ってみても、５００Ｈｚよりも低い周波数から２０００Ｈｚを超える周波数範囲までの広い周波数範囲につき高入力インピーダンスが確保されている。そして、この周波数範囲は、コアおよび巻線の設計によってより高い周波数範囲へも低い周波数範囲へも変えることができる。

図６(a)，(b)は、図５の周波数特性を得ることができた浮遊容量の改善につき、従来の誘導分圧器および本発明のものにつき示したものである。図６(a)は従来の誘導分圧器の浮遊容量Ｃｓを示したものであり、１０本撚りの巻線を巻装するため端子相互間に複雑に浮遊容量Ｃｓが生じている。このため、誘導分圧器の入力から見た容量は非常に大きくなる。

これに対し、図６(b)に示すように、本発明では隣接する端子間には浮遊容量Ｃｓが生じるものの、離れた端子相互間には浮遊容量Ｃｓが生じない。これは、巻線を区分および分割領域にしたがって順番に配置し、巻線相互間の静電的関係を疎にしたことにより得られたものである。この結果、誘導分圧器は、小容量Ｃと巻線インダクタンスとの共振回路の縦属接続となるため、入力端子から見た容量は小さくなる。

図１(a)は本発明の一実施形態における巻線配置状態を示す説明図、図１(b)はその巻線接続状態を示す結線図。 図１に示した実施形態における巻線配置をより詳細に示した拡大図。 図３(a)，(b)は、図２に示した巻線の接続状態を示す図。 本発明の他の実施形態である２段変成器の構成を示す説明図。 本発明による誘導分圧器の入力インピーダンス特性を従来のそれと対比して示したインピーダンス対周波数特性図。 図６(a)，(b)は、誘導分圧器における浮遊容量につき、従来のものおよび本発明のものそれぞれにつき示した図。

符号の説明

１００ 環状コア
１００ａ−１００ｊ 区分
１０１ 励磁専用コア
１０２ 抱き合わせコア
２００ 巻線
２０１ 入力巻線
２０２ 出力巻線

Claims (5)

1. 高透磁率材料により形成され、巻線相互の密結合、巻線数およびコア寸法を考慮した数の区分に分けられ、かつ前記区分が予め定められた順番にしたがって配置された巻線巻装領域を有するコアと、
   前記区分それぞれに設定された分割領域の各々に所定ターン数ずつの巻線が配置され、かつ前記分割領域の配置順番にしたがって対応する巻線ごとに直列接続されることにより予め定められた数の巻線群として構成された分圧巻線と、
   をそなえた誘導分圧器。
2. 請求項１記載の誘導分圧器において、
   前記コアは、環状コアである誘導分圧器。
3. 請求項２記載の誘導分圧器において、
   前記環状コアを複数設け、
   それらの環状コアの一つに、１以上のディケードが割り当てられたことを特徴とする誘導分圧器。
4. 請求項１記載の誘導分圧器において、
   前記巻線は、巻線相互の接続点を利用してタップが形成されたことを特徴とする誘導分圧器。
5. 環状の励磁専用コアおよびこの励磁専用コアに並置される抱き合わせコアと、
   前記励磁専用コアに巻装された入力巻線と、
   前記励磁専用コアおよび前記抱き合わせコアに、均等に分割巻きされた出力巻線と
   をそなえたことを特徴とする誘導分圧器。

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