JPH01308003A - 交流電流検出装置 - Google Patents

交流電流検出装置

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JPH01308003A
JPH01308003A JP63139765A JP13976588A JPH01308003A JP H01308003 A JPH01308003 A JP H01308003A JP 63139765 A JP63139765 A JP 63139765A JP 13976588 A JP13976588 A JP 13976588A JP H01308003 A JPH01308003 A JP H01308003A
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JP
Japan
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iron core
core
secondary winding
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current
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JP63139765A
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English (en)
Inventor
Terushi Katsuyama
勝山 昭史
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20Instruments transformers
    • H01F38/22Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28Current transformers
    • H01F38/30Constructions
    • H01F2038/305Constructions with toroidal magnetic core

Landscapes

  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)

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〕 本発明は鉄心の磁気現象を利用して電気的に非接触で交
流電流を検出する装置に関する。
〔従来の技術] この種の交流電流検出装置として従来変流器が知られて
おり、第6図、第7図はその作動原理を説明するための
模式図である。第6図は閉磁路を形成した筒状の鉄心l
に被検出電流i、の流れる導体を一次巻線2として巻回
し、被検出電流i+が流れたとき、鉄心1内に生する磁
束変化で二次巻線3に誘起する電圧により、二次巻線3
の導体に接続した負荷である電流計4に流れる二次電流
12を読みとるものである。第7図も第6図とほぼ同様
であるが、第7図では負荷として抵抗5を二次巻線3の
導体に接続し、この抵抗5の両端の電圧から二次電流1
8に比例する被検出電流11を求めるものであり、この
ような変流器は主に制御回路に用いられる。これら変流
器の鉄心lは軟磁性材料としては磁気特性の良好なFe
 −Ni合金の商品名パーマロイを用いるのが普通であ
る。この商品名パーマロイ合金の磁化特性すなわち磁界
と磁束密度との関係は第8図のようになり、立ち上りか
ら飽和磁束に達するまでに曲線部分を有する。
そして鉄心lの磁化特性が曲線部を有することから次の
ような解決すべき課題を生する。
〔発明が解決しようとする課題〕
第7図の変流器において、もし鉄心lの磁化特性(第8
図)がよい直線関係にあれば、鉄心1の磁束は一次巻1
i2に流れる被検出電流11に比例して変化し、二次巻
線3に生する誘起電圧は鉄心1の磁束変化の微分に相当
する電圧となるから、二次巻線3の誘起電圧を積分する
ことにより被検出電流i、を求めることが可能であり、
その場合は電流検出装置として第9図のように構成する
ことが容易に考えられる。
第9図では電源6と負荷7に接続される2本の一次導体
2a、2bのうち導体2aを筒状の鉄心laの中心孔を
通し、鉄心1aに巻回した二次巻線3aの導体を積分器
8に接続してあり、被検出型a i + は電源6から
導体2a、負荷7.導体2bの順に流れて電源6に戻る
。一次導体2aの巻数はここでは1回としている。上に
述べたように第9図では鉄心1aはその磁化特性が直線
であるとしているから、鉄心1aの磁束密度は被検出電
流11に比例し、二次巻線3aには鉄心1aの磁束変化
の微分に相当する電圧が生するので、これを積分器8で
積分すれば被検出電流ilに比例した電圧を得ることが
できる。これを式を用いて表わすと次のようになる。
H= K 、 N冒、(1) B −K 、 H(2) B 1 != K、N、A −(3) t (+)、 (21式から t 10= f it dt= Ks i 1      
  (5)但し  H:鉄心に加わる磁界 N、ニー次導体の巻数 i、:被検出電流 B:鉄心の磁束密度 l!:二次巻線の誘起電圧 N2:二次巻線の巻数 A:鉄心の断面積 Po:積分器の出力電圧 に、〜に、j定数 しかしながら、従来のように第8図に磁化特性を示した
商品名パーマロイ合金を鉄心1として用いる場合は、第
7図のごとく二次側に小抵抗5を接続しなければならず
、そうすると出力が低下するから鉄心1の断面積を増し
、二次巻線3の巻数を多くすることになる。したがって
鉄心1や巻線部の重量3寸法の増大が避けられない、近
年各種電気機器は電子化によって装置全体の小型化が進
み、それに伴ないこれらに使用される電流検出装置の寸
法1重量が大きくなることが問題となっており、と(に
小電流の検出を必要とする制御機器では電流検出部の小
型軽量化が重要な課題である。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、磁化特
性が直線となる材料を鉄心として用い、第9図に示した
構成の装置を実現することにより、比較的小さな交流電
流を正確に検出することができる交流電流検出装置を提
供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の交流電流検出装置
は、筒状の鉄心と該鉄心の中心孔を通る少くとも一つの
一次導体と前記鉄心に巻回した二次巻線とを有し、前記
一次導体に流れる被検出電流によって生する前記二次巻
線の誘起電圧を、該二次巻線に接続した積分器から被検
出電流に比例した電圧として求める交流電流検出装置で
あって、前記鉄心として組成が重量%で82.OCo 
−2,ONi −4,5Fe−8,5Si−3.0Bか
らなり、170〜230℃で熱処理したアモルファス合
金を用いたものである。
(作用] 本発明は鉄心として組成が重量%で82.OCo −2
、ONi −4,5Fe −8,5Si −3.0Bの
アモルファス合金に170〜230℃熱処理を施したも
のを用いてあり、その磁化特性を0点から飽和磁束の%
程度まで直線関係をもつようにしたため、第9図の装置
構成が可能となり、前述したごとく被検出電流による鉄
心の磁束は被検出電流に比例し、二次巻線の誘起電圧は
鉄心の磁束変化の微分に相当する電圧となるので、これ
を積分することにより被検出電流に比例した電圧として
取り出すことができ、二次巻線に抵抗を接続することは
不要であり、鉄心。
巻線ともに寸法9重量を低減する小型装置が実現される
〔実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
前に説明したように本発明の交流電流検出装置は鉄心の
磁化特性に直線関係をもたせることであり、本発明者は
熱処理によって磁化特性を変えることができるアモルフ
ァス磁性材料に着目し、その熱処理条件を検討した。そ
の結果アモルファス磁性合金には各種の組成のものがあ
るが、それらのうち磁気特性にすぐれた重量%で82.
OCo −2、ONi −4,5Fe −8,5Si 
−3.0B合金薄帯を選び、これを直径36mの円筒状
に成形し、非酸化性雰囲気で熱処理することにより本発
明装置の鉄心として好適な磁化特性が得られることを見
出した。
第1図にこのアモルファス合金を200℃で熱処理した
ときの立ち上りから飽和磁束近傍までの磁化特性線図を
示す、第1図から磁束密度は磁界が0から8 A / 
m附近まで直線的に変化していることがわかる。このと
きの保磁力は0.5A/m程度である0本発明に有効な
鉄心の特性はそのヒステリシス曲線の部分であるが、こ
の合金は保磁力。
残留磁束密度とも極めて小さいので、第1図の磁化特性
線と同じと見做すことができる。
第2図はこの合金の熱処理温度に対する残留磁束密度の
変化を示す線図であり、残留磁束密度は熱処理温度が1
70〜230’Cの範囲で低くなる。この合金を熱処理
して直線性が得られる程度は磁気ヒステリシス曲線の残
留磁束密度の小さい方がよくなっている。すなわち、1
70〜230”Cで熱処理を行なうことにより鉄心の磁
化特性に直線性を付与させることが可能となる。
したがって上述の組成をもつアモルファス合金(7) 
鉄心ヲ、170〜230”Cの熱処理を施したものを第
9図の装置に用いることにより本発明の交流電流検出装
置を得ることができる。第9図の装置の構成と作用につ
いては既に述べた通りであるから説明を省略するが、そ
の特徴は鉄心の磁化特性を直線にしたために鉄心や巻線
の寸法1重量を増すことなく、小型装置で被検出電流に
比例した電圧が得られることにある0本発明の装置では
第1図に示したように、被検出電流による磁界が8A/
m付近より小さい範囲となるので、比較的小電流の検出
に適するものである。積分器は入手が容易で安価なOP
アンプでよ(、歪波形も正確に検出できるようにするた
め、周波数位相特性の良好なものを用いた。
次に本発明装置と従来装置について鉄心寸法。
重量の比較を第1表に示す、導体の巻数は再装置とも同
じにしたが従来装置は鉄心として所定の熱処理を施した
パーマロイ合金を用いである。
第  1  表 第3図はこれらの装置により交流5〇七の正弦波電流を
検出した結果を示した特性線図であり被検出電流と出力
電圧との関係である。第3図の実線の特性線イは本発明
装置2点線の特性線口は比較のために用いた従来装置を
表わしている0両者ともよい直線性をもっており電流検
出装置として有用であるが、第1表に示したように本発
明装置は従来装置に比べて鉄心寸法の高さおよび重量が
いずれもl/3以下であるにもかかわらず、出力は第3
図から本発明装置の方が従来装置の約3倍になっている
ことがわかる0本発明の装置は前述の(4)式から明ら
かなように、出力は鉄心の断面積に比例するので、出力
を従来装置と同じにするのであれば、鉄心の高さ0重量
をさらに低減することができる。
第4図、第5図は本発明の装置による被検出電流の出力
電圧波形を示したものである。第4図は交流50七の正
弦波電流実効値5mAの場合、第5図は同じ<  50
0mAの場合であり、両図から高精度で交流電流が検出
されることがわかる。また本発明装置に用いるアモルフ
ァス合金の鉄心は従来装置に用いられているパーマロイ
合金より高周波特性がすぐれているので、高周波側では
さらに便利になる。
なお本発明装置は微小電流を検出することができるので
、第9図における一次導体2aと2bを鉄心1aを通し
、差電流を検出する零相変流器としてもれ電流を検出す
るのにも有効に利用することができる。またこれまで第
9図のような閉磁路鉄心について述べてきたが、クラン
プ電流計の検出部のようにカットコア方式のものでも本
発明装置の適用は可能である。
[発明の効果] 以と述べてきたごとく、本発明による交流電流検出装置
はCO系アモルファス合金を熱処理して磁化特性を直線
にした鉄心を使用したために、従来の変流器のように二
次側に電流を流す必要はなく、二次電圧から一次電流を
検出することができるので、鉄心の断面積1重量は従来
装置の1/3以下に低減し、装置の小型、軽量化が可能
となり、必要に応じて各種形状のものが得られ、利用範
囲が拡大する。しかも鉄心に用いるアモルファス合金の
熱処理温度は、従来装置のNi 系結晶賞の商品名パー
マロイ合金では1100〜1300”Cという高温熱処
理を行うのに比べて200°C程度で済むから作業が容
易で製造効率もよく経済的であり、またアモルファス合
金は磁歪が零とみなせる程度に小さいので、磁気特性へ
の応力の影響が小さく、この点においてもパーマロイ合
金では不可能であった鉄心の樹脂モールド、鉄心のカッ
トなどを可能とするなどの利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の鉄心に用いるアモルファス合金の
磁化特性線図、第2図は同じく熱処理温度と残留磁束密
度の関係線図、第3図は本発明装置による被検出電流と
出力電圧の関係線図、第4図は本発明装置による被検出
電流5mAの場合の出力電圧波形図、第5図は同じ<5
00mAの場合の□出力電圧波形図、第6図、第7図は
従来の変流器を説明するための模式図、第8図は従来装
置の鉄心の磁化特性線図、第9図は第1図の磁化特性を
もつ鉄心が適用される本発明装置の模式的な構成図であ
る。 1、、la・・・鉄心、2・・・一次巻線、2a、2b
・・・一次導体、3,3a・・・二次巻線、6・・・電
源、7・・・負荷、8・・・積分器。 伍界(A/7L) 第 1 図 熱処理湿度(”C) 冨 2 図 男 3 図 吟間 ′F、4  図 時開 ′I55 図 ′1157  図 第 8(2) あり 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)筒状の鉄心と該鉄心の中心孔を通る少くとも一つの
    一次導体と前記鉄心に巻回した二次巻線とを有し、前記
    一次導体に流れる被検出電流によって前記二次巻線に生
    する誘起電圧を該二次巻線の導体に接続した積分器から
    被検出電流に比例した電圧として求める交流電流検出装
    置であって、前記鉄心に組成が重量%で82.0Co−
    2.0Ni−4.5Fe−8.5Si−3.0Bからな
    り、170℃〜230℃で熱処理したアモルファス合金
    を用いたことを特徴とする交流電流検出装置。
JP63139765A 1988-06-07 1988-06-07 交流電流検出装置 Pending JPH01308003A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009031171A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Fuji Electric Systems Co Ltd 変圧器の電流検出回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009031171A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Fuji Electric Systems Co Ltd 変圧器の電流検出回路

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