JP4889689B2 - 非接触型電圧電流プローブ装置とこれを用いた電圧電流測定方法 - Google Patents
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Description
R.Kobayashi,Y,Hiroshima,H,Ito,H,Furuya,M.Hattori,and,Y.Tada:"A Novel Non-contact Capacitive Probe for Common-mode Voltage Measurement",Trans.EB,Vol.E90-B,No.6,Jun,2007 広島,桑原、「容量性電圧プローブにおける側面シールドの効果」電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集1999年通信ソサイエティ大会(講演論文集1),B-4-50,234,1999/08/16 ETS-EMCOカレント・プロ−ブ、[online],インターネット<URL:http://www.astechcorp.co.jp/jp/electronics/Electronics/content/EMCO/current.htm>
前記非接触型電圧電流プローブ装置は、前記ケーブルが貫通する空間が内側に形成される筒形の内部コア、前記内部コアに巻回された内部導体線を有するトロイダルコイルと、
アースに接続され、前記ケーブルが貫通し且つ前記トロイダルコイルが配置される空間が内側に形成される筒形の外部導体と、前記内部コアの内側に設けられた筒形の第1スペーサと、前記第1スペーサの内側に設けられ、前記ケーブルを固定し且つ導電性を有する固定用電極と、前記内部コアと前記外部導体との間に設けられ、前記内部コアと前記外部導体との間の距離を一定にする第2スペーサと、前記内部導体線の一方端と他方端との間に挿入された終端抵抗と、前記終端抵抗の一方端のアースに対する第1の電位差を検出する第1電圧検出回路と、前記終端抵抗の他方端のアースに対する第2の電位差を検出する第2電圧検出回路と、アースに接続され、前記第1および第2電圧検出回路と前記終端抵抗とを収納する電磁シールド手段とを備え、前記電圧電流測定方法は、前記第1電圧検出回路が前記第1の電位差を検出する段階と、前記第2電圧検出回路が前記第2の電位差を検出する段階と、検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との和に基づいて前記ケーブルにおけるアースに対する電圧を算出する段階と、検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との差に基づいて前記ケーブルに流れる電流を算出する段階とを含むことを特徴とする非接触型電圧電流プローブ装置を用いた電圧電流測定方法をもって解決手段とする。
図1は、第1の実施の形態に係る非接触型電圧電流プローブ装置の構成図である。
Vd=V1−V2 (1)
である。これは、インダクタンスL1及びインダクタンスL2、相互インダクタンスMによって生じる電位であり、ケーブルを流れる電流Iに比例する。
Vc=(V1+V2)/2 (2)
として与えられる。このVcは、ケーブル7と内部導体線2との結合キャパシタンスC、Cと、内部導体線2と外部導体3の結合キャパシタンスCs、Cs及び電圧検出回路11a,11bのインピーダンス20a,20bで定まる電圧であり、ケーブルに発生した電圧Vに比例する。
(A)ケーブルのインダクタンスL1のインピーダンスjωL1が結合キャパシタンスC、Cのインピーダンス1/jωCに比べ十分に小さい。
V1=Vm/2+Vc (3)
V2=−Vm/2+Vc (4)
で与えられ、電圧検出回路11a、11bによって、トロイダルコイルの両端とアースの間の電圧を測定することにより、その差分(V1−V2)をとると、電流に比例した値、その和の平均(V1+V2)/2をとると、電圧に比例した値となる。すなわち、条件(A)が成立する範囲では、電圧V、電流Iに比例した出力を得ることができる。
図3は、第2の実施の形態に係る非接触型電圧電流プローブ装置の構成図である。
図4は、第3の実施の形態に係る非接触型電圧電流プローブ装置の構成図である。
図5(a)に示すように、外乱要因は内部導体線2に直接結合し、測定結果に影響を与える。しかし、図5(b)に示すように、導電板24を設けることにより、内部導体線2と外乱要因との静電結合を減らし、測定の精度を向上させることが可能となる。第3の実施の形態では、外部導体3の形状に合わせて導電板24を円板状としたが、ケーブル7が貫通する開口を備えれていればよく、例えば、四角形状としてもよい。
図6は、第4の実施の形態に係る非接触型電圧電流プローブ装置の構成図である。
図7は、第5の実施の形態に係る非接触型電圧電流プローブ装置の構成図である。
これまで説明した実施の形態では、固定用電極5は、例えば、金属の非磁性体で形成したが、第6の実施の形態では、固定用電極5については、非磁性体あるいは低透磁率の導電性のある材質に、発泡等により可塑性を持たせた材料を使用する。材質は、導電性があればよく、プラスチックでも金属でもかまわない。可塑性の材質を使用することにより、第5の実施の形態のバネと同様に、固定用電極5の内径よりも大きなケーブルを密着して取り囲むことができる。また、かかる材質は、加工が容易であり、これにより効果が得られる場合がある。
この固定用電極5は、第4の実施の形態に対応すべく、2つの部分電極5aで構成されている。これにより、これにより、ケーブルを容易に挟みこむことが可能となっている。また、加工が容易なので、内部コア1と同軸上に各溝5bを容易に設けることができ、これにより、溝5b同士で挟み込まれるケーブルを内部コア1と同軸上に位置させることが容易に行える。
1A…トロイダルコイル
2…内部導体線
3…外部導体
4…第1スペーサ
5…固定用電極
6…第2スペーサ
7…ケーブル
8…終端抵抗
9…接続端子
10…金属収納箱
11a,11b…電圧検出回路
13a…加算器
13b…減算器
24…導電板
Claims (9)
- ケーブルにおけるアースに対する電圧と前記ケーブルに流れる電流を測定するための非接触型電圧電流プローブ装置であって、
前記ケーブルが貫通する空間が内側に形成される筒形の内部コア、前記内部コアに巻回された内部導体線を有するトロイダルコイルと、
アースに接続され、前記ケーブルが貫通し且つ前記トロイダルコイルが配置される空間が内側に形成される筒形の外部導体と、
前記内部コアの内側に設けられた筒形の第1スペーサと、
前記第1スペーサの内側に設けられ、前記ケーブルを固定し且つ導電性を有する固定用電極と、
前記内部コアと前記外部導体との間に設けられ、前記内部コアと前記外部導体との間の距離を一定にする第2スペーサと、
前記内部導体線の一方端と他方端との間に挿入された終端抵抗と、
前記終端抵抗の一方端のアースに対する第1の電位差を検出する第1電圧検出回路と、
前記終端抵抗の他方端のアースに対する第2の電位差を検出する第2電圧検出回路と、
アースに接続され、前記第1および第2電圧検出回路と前記終端抵抗とを収納する電磁シールド手段と
を備えることを特徴とする非接触型電圧電流プローブ装置。 - 前記電磁シールド手段に収納され、検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との和に基づいて前記ケーブルにおけるアースに対する電圧を算出するとともに、検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との差に基づいて前記ケーブルに流れる電流を算出する電圧電流算出手段
を備えることを特徴とする請求項1記載の非接触型電圧電流プローブ装置。 - 前記電圧電流算出手段は、
検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との和を測定する加算器と、
検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との差を測定する減算器と
を備えることを特徴とする請求項2記載の非接触型電圧電流プローブ装置。 - 前記固定用電極は、金属の非磁性体で形成されたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の非接触型電圧電流プローブ装置。
- 前記内部コアは、前記電流の周波数に応じて選択された磁性体材料により形成されたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の非接触型電圧電流プローブ装置。
- 前記固定用電極は、金属の円筒を螺旋状に切断したバネで構成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の非接触型電圧電流プローブ装置。
- 前記第1スペーサは、低誘電率の誘電体でかつ低透磁率の磁性体または非磁性体でかつ可塑性を有するもので形成されたことを特徴とする請求項6記載の非接触型電圧電流プローブ装置。
- 前記内部コアの端面に対向させて前記外部導体の端面に接続され、前記ケーブルが貫通する開口が内側に形成される導電板を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の非接触型電圧電流プローブ装置。
- ケーブルにおけるアースに対する電圧と前記ケーブルに流れる電流を測定するための非接触型電圧電流プローブ装置を用いた電圧電流測定方法であって、
前記非接触型電圧電流プローブ装置は、
前記ケーブルが貫通する空間が内側に形成される筒形の内部コア、前記内部コアに巻回された内部導体線を有するトロイダルコイルと、
アースに接続され、前記ケーブルが貫通し且つ前記トロイダルコイルが配置される空間が内側に形成される筒形の外部導体と、
前記内部コアの内側に設けられた筒形の第1スペーサと、
前記第1スペーサの内側に設けられ、前記ケーブルを固定し且つ導電性を有する固定用電極と、
前記内部コアと前記外部導体との間に設けられ、前記内部コアと前記外部導体との間の距離を一定にする第2スペーサと、
前記内部導体線の一方端と他方端との間に挿入された終端抵抗と、
前記終端抵抗の一方端のアースに対する第1の電位差を検出する第1電圧検出回路と、
前記終端抵抗の他方端のアースに対する第2の電位差を検出する第2電圧検出回路と、
アースに接続され、前記第1および第2電圧検出回路と前記終端抵抗とを収納する電磁シールド手段と
を備え、
前記電圧電流測定方法は、
前記第1電圧検出回路が前記第1の電位差を検出する段階と、
前記第2電圧検出回路が前記第2の電位差を検出する段階と、
検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との和に基づいて前記ケーブルにおけるアースに対する電圧を算出する段階と、
検出された前記第1の電位差と前記第2の電位差との差に基づいて前記ケーブルに流れる電流を算出する段階と
を含むことを特徴とする非接触型電圧電流プローブ装置を用いた電圧電流測定方法。
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