JPH01124772A - 直流電流検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ゛本発明は、直流電流検出器に係り、特に制御用などの
用途に好適な高精度、小型電流検出器に関する。

〔従来の技術〕

直流電源を回路から絶縁して検出する最も一般的な方法
は、直流変流器を使用する方法である。

しかし、直流変流器は可飽和リアクトルを２個使用する
ため、寸法を小型化できない欠点がある。

可飽和リアクトルを１個にして検出する方法については
１例えば茂木晃著「磁気増幅読本」３８〜３９頁に記載
されている。この概略図を第４図にしし、第５図にその
動作を示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記直流電源検出器では、第４図に示す計測対象となる
直流電流ＴｃをＩＣＩ、　Ｉ（４と変えると交流コイル
に発生する電流は、第５図に示すようにＩＬ１１１Ｌ２
と変わり、この整流電流もＩ　Ｌｌ’　ｌ　ＩＬ！’と
変わる。さらに、この整流電流ＩＬＬ’　＊　ＩＬ！’
の平均値をとると、この平均値ＩＬＯ’は直流電流ｒｅ
に応じて変わるので、この平均値Ｉ　ＬＯ’　をメータ
で読み取り、このメータ値から直流電流ＩＣを換算して
求めるものである。しかし、この方法ではメータにより
平均化した値を用いるため、直流電流Ｉｃの一瞬値を読
み取ることはできず、また平均値そのものが直流電流Ｉ
ｃを精度よく表示しているとは限らなかった。

本発明の目的は、１個の鉄心だけを用い、かつ直流電流
の瞬時の絶対値を直接に検出可能な直流電流検出器を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、直流電流を流す直流コイルと交流励磁す
る交流コイルを備えた可飽和リアクトルと、該交流コイ
ルの両端子間に直列に接続した交流電源および負荷と、
該負荷を流れる電流を測定する電流計測手段と、前記交
流電源の位相角を検出し該位相角に対応した電流測定期
間を前記電流測定手段に出力する同期ゲート回路とを備
えた直流電流検出器によって解決される。

〔作用〕

すなわち、本発明では、可飽和リアクトルの不飽和期間
中、被検出電流と交流巻線電流との間に等アンペアター
ン則が成立していることに着目し、可飽和リアクトルの
不飽和期間の間の一部の期間だけ交流巻線電流を検出す
るゲートを備え、その期間だけ交流巻線電流を測定する
ことにより、被検出電流である直流電流Ｉｃに対応した
交流コイルに発生する交流電流の瞬時値■しを計測し、
この計測値ＩＬから等アンペアターン則ＩＸＩｃ＝ＮＬ
ＩＬより、直流電流Ｉｅ＝Ｎｔ、Ｉｃを計測する。

ここで、ＮＬは第１図に示すように交流コイルの巻数で
ある。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。

第１図は本実施例のブロック図であり、１は可飽和リア
クトルで、本実施例では被検出直流電流側巻線ターン数
Ｎｃ＝１である。交流巻線ターン数はＮ　＋、とする。

交流巻線は、交流電源２により励磁される。３はダイオ
ードであり、４は負荷抵抗を示す。５は負荷抵抗４を流
れる電流工しを所定期間計測するためのアナログゲート
、６はアナログゲート５を通過する電流を計測する電流
計測器、７は交Ｊε電源２の交流周期に同期してアナロ
グゲート５を所定期間開放する同期ゲート回路である。

第２図は、第１図に示す可飽和リアクトル１の磁束特性
を示す。横軸は起磁力Ｆ（アンペアターン）を表わし、
縦軸は磁束φを表わす。

次に、第３図により本実施例の動作を説明する。

可飽和リアクトルの鉄心１は、最功第２図に示すように
、直流電流ＩｃによるＮｃＩｃの起磁力Ｆにより飽和し
ている。（ａ）に示すように、時刻し＝０から交流電流
が直流電流ＩＣに対し逆方向に流れはじめる。交流巻線
回路工しは、交流電圧負荷抵抗４の抵抗値であり、巻線
の抵抗は十分に小さいものとしている１時刻ｔ　＝ｔ　
１にてＮ０ＩＣ＝　ＮＬ　Ｉ　Ｌとなると鉄心は不飽和
状態となり、（ｂ）に示すように、以降等アンペアター
２則により。

交流巻線電流はＩ　ｔ、＝　Ｎｃ　Ｉ　ｃ／　ＮＬとな
る。交流電圧がｉ、　＝　ｊ　２にてＶａ＝Ｒ−ＮｃＩ
ｃ／ＮＬとなると、鉄心はリセットされはじめ、ｔ＝：
ｊ３にて完全にリセットされる。交流巻線回路には、直
列にダイオード３が入っているため、逆方向の電流は流
れない。２サイクル以降も、同様に動作する。

以上のように、本可飽和リアクトルの交流巻線には、ｔ
：し１〜ｔ３の期間、鉄心の励磁電流による誤差を除け
ば、等アンペアターン則により、直流電流Ｉｃに比例す
る瞬時電流が流れる。′そこで、（ｃ）に示すように、
同期ゲート回路７にて励磁電圧（交流電源２の電圧）を
検出し、それに同期した不飽和期間中の時間帯し４〜ｔ
δのゲート時間を出力し、負荷抵抗４の電圧Ｒ−Ｉしを
この時間帯だけアナログゲート５で測定器６に送出する
ことにより、１個の可飽和リアクトルでゲート期間中だ
け直流電流瞬時値をＲ−ＮｃＩｃ／Ｎしの値で測定する
ことができる。また、例えばゲート時間ｔａ−ｔｉを電
気角９０°とすれば、平均値としても、１／４の電流と
して検出できる。ゲート時刻は、電流値によってｔｘ、
ｔｚ、ｔａが第３図中Ｉしの図の破線に示すように変わ
るので、測定最大電流時においても、ｔ＋＜ｔｉｔ　ｔ
ａ＜ｔａとなるように決める必要がある。このときのｔ
ｔ、ｔａは設計値として求めることができるので、同期
ゲート回路７は、交流電圧の零点を検出して、ｔ４゜ｔ
ｓのデイレイを行うだけの簡単な回路で構成できる。ｔ
Ｉｌ−ｔ４はなるべく大きい方がよく、電気角１８０’
　とすることも容易である。一般的には。

最大電流時ｔ、　１を電気角４５°相当程度とし、ｔｓ
は電気角２００°程度となる。したがって、　　ｔｓ−
ｔ４を電気角１８０°−電気角６０”とすれば確実に電
流を測定できる。さらに、電流が増える場合（過負荷時
など）には、電気角１２０°−電気角９０°のように範
囲を狭くすればよい。

本実施例では、アナログ計器で測定するものとしたが、
アナログ計器１〜をサンプルホールド、検出器をＡＤ変
換器とし、ディジタル検出することも容易である。むし
ろ、今後、ディジタル計測・制御の普及により、本実施
例の方が採用しやすいであろう、ディジタル方式の場合
、サンプル点が１サイルクに１回では外乱の影響を受け
やすいので、し４〜ｔ６の間に数点サンプルし、平均値
をとるようにすれば、さらに性能を向上できる。

ディジタル方式の場合、計算機制御への適用が重要で、
この場合、サンプル周期（上記のように数点サンプルす
る場合はその周期でなく、励磁電源の周期に相当する）
は、計算機側で決まることが多い。この場合は、計算機
より同期信号を発生し、それに例えばＰＬＬ（フェーズ
ロックループ）を用いて同期する交流励磁圧を発生し、
可飽和リアクトルを励磁するようにする。これによって
、ディジタル制御に適した直流電流検出器とすることが
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可飽和リアクトルの交流巻線電流を、
可飽和リアクトルが不飽和の期間のみ検出しているため
、その間は被検出直流電流と検出電流とで等アンペアタ
ーン則が成立し、直流電流を１個の鉄心だけを用いて、
直接、高精度で瞬時に測定することができるという優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図に示す可飽和リアクトルの特性図、第３図は第１
図に示す実施例の動作説明図、第４図は従来例を示すブ
ロック図、第５図は第４図に示す従来例の動作説明図で
ある。 １・・・可飽和リアクトル、２・・・交流電源、３・・
・ダイオード、４・・・負荷抵抗、５・・・アナログゲ
ート、６・・・測定器、７・・・同期ゲート回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電流を流す直流コイルと交流励磁する交流コイ
   ルを備えた可飽和リアクトルと、該交流コイルの両端子
   間に直列に接続した交流電源および負荷と、該負荷を流
   れる電流を測定する電流計測手段と、前記交流電源の位
   相角を検出し該位相角に対応した電流測定期間を前記電
   流測定手段に出力する同期ゲート回路とを備えたことを
   特徴とする直流電流検出器。 ２、前記電流測定期間は、前記交流電源の１サイクルに
   ２回以上としそれぞれの電流測定期間において前記計測
   手段が計測した電流の平均値を求めることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の直流電流検出器。 ３、前記電流測定期間は、前記可飽和リアクトルの鉄心
   が不飽和である前記交流電源電圧の半波側のピーク電圧
   より−３０度電気角から＋９０度電気角の範囲内である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の直流電流検出器。