JPH02122609A - 誤差補償形変流器装置 - 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〕 本発明は誤差補償形変流器装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電子式計測器の発展に伴い電流回路は数ｍＡのものが使
用されることが多くなってきた。電力−電力量測定では
測定される電流回路は測定回路と絶縁する必要があり電
子式電力量計では変流器は欠かせないものとなっている
。

そして、このような変流器には、その電流回路からの被
測定電流を測定に適した大きさに高精度で変成すること
が要求されるが、周知の如く励磁インピーダンスや二次
漏れインピーダンスが原因で生ずる比誤差および位相角
に関する誤差の問題がある。

第２図はこの種変流器回路の等価回路である。

この図において、ＺＯは変流器の励磁インピーダンス、
Ｚｌｌは一次漏れインピーダンス、Ｚ２１は二次漏れイ
ンピーダンス、ｚｂは負担インビーダンス、ＩＯは励磁
電流、１１は一次電流（即ち、被測定電流）、■２は二
次電流であり、ここで、励磁インピーダンスＺＯ１−次
漏れインピーダンスＺｌｌ及び二次漏れインピーダンス
２２１が変流器の概念に属する。

この回路において、二次？ｌｉ流■２を求めると、１２
−　（Ｉｆ　／Ｎ２）　　　ｆ　（Ｎ２・ＺＯ）／（Ｎ
　−ＺＯ＋Ｚ２１＋Ｚｂ　）ｌ　・・・（１）となる。

ただし、Ｎは二次巻線の巻数である。

ここで、 （Ｎ　−ＺＯ）　＞　（Ｚ２１＋Ｚｂ　）であることを
考慮すれば、 Ｎ−１２／ＩＩ　−１−（Ｚ２１＋Ｚｂ）／（Ｎ２・Ｚ
Ｏ）・・・（２） となる。

式（２）の右辺第２項に表されるものが変流器の実質的
な誤差成分であり、これは励磁電流ＩＯの一次電流Ｉｔ
に対する割合いである。

ところで、変流器では、二次電流をより小さくすること
は即ち変流器の変成比を大きくすることを意味し、よっ
て、これに伴い二次巻数も多くなる。従来の二次電流５
Ａの変流器ではアンペア・ターンを１２０〜１２００に
採っていたが、二次電流が数ｍＡの変流器では二次巻数
が多く小型・安価にできないので、もっと巻数を減少す
る必要がある。二次の巻数を小さくするためにはアンペ
ア・ターンを小さくするよりなく、アンペア・ターンを
小さくすると誤差が大きくなる。このような問題を解決
するため、トロイダルコアを用いることが考えられるが
、この場合、巻線にコストがかかり、変流器の値段が高
くなる。

かかる事情から、従来、二次巻数を少な（して電、子回
路で補償し、誤差を小さくした変流器装置がいろいろ工
夫されてきた。

第３図〜第９図に誤差補償の従来技術を示す。

ａ）　第３図において１は変流、４、ｌａはその一次巻
線、１ｂは二次巻線、２は演算増幅器、３は負担である
。この図のものは、二次巻線ｌｂのに端子が演算増幅器
２の非反転入力端子に接続され、同ｌ端子が同増幅器２
の反転入力端子に接続され、この演算増幅器２の出力端
子と非反転入力端子との間に負担３が接続され、二次電
流回路に負担インピーダンスｚｂが存在するにも拘らず
、これが零になるようにされている。

ｂ）　第４図のものは変流器１に三次巻線ＩＣが設けら
れ、この三次巻線ＩＣにより鉄心内の磁束を検出し、そ
れを打消すような二次電流を流し、二次インピーダンス
（Ｚ２１＋Ｚｂ）の影響を無くするようになっているも
のである。

Ｃ）　第５図のものは、鉄心１ｅの漏れ磁束を鉄心４ｅ
を通じて巻線４ａにより検出する補助変流器４を備え、
巻線４からの電流を演算増幅器５を通して三次巻線１Ｃ
に供給し、この三次巻線ＩＣにより鉄心１ｅに対し漏れ
磁束を打消すように磁束を発生させるようになっている
。

ｄ）　第６図のものは、第５図と同様の動作による演算
増幅器５の出力によって鉄心ｌａ内の漏れ磁束を打消す
ような二次電流を流すものである。

ｅ）　第７図のものは、二次負担インピーダンスｚｂに
直列にインピーダンス回路７が挿入され、負担インピー
ダンスｚｂの端子電圧を演算増幅器６によりそのインピ
ーダンスＺに電力を供給し、このインピーダンスＺの端
子電圧を以て負担３の端子電圧を：Ａ整することによっ
て変流器の励磁電流を小さくしている（特公昭４６−２
５８０７）。

なお、インピーダンスＺにより二次電流Ｉ２と逆向きの
電圧効果を発生させる必要があるため、このインピーダ
ンスＺは負性インピーダンスを得られる変成器により構
成される。

ｆ）　第８図のものは、演算増幅器９により電流を検出
し負性のインピーダンスＺを二次漏れインピーダンスｚ
２＋を打消す方向に電流を変成するようになっている。

ｇ）　第９図のものは、インピーダンス回路１１〜１３
のインピーダンスＺｌ’、Ｚｎ、Ｚｔｘ及び二次漏れイ
ンピーダンスＺ２１によりブリッジを構成し、インピー
ダンスＺ「と二次漏れインピーダンス２２＋との比がイ
ンピーダンスＺｓとインピーダンスＺｎとの比に等しく
なるようにインピーダンスＺｒ、Ｚｎ、Ｚ＋ｇの値を定
め、演算増幅器１０の出力電圧を演算増幅器１０の反転
入力端子に入力することにより、ｋ端子の電位を−２２
１・Ｉ２にして、電圧補償を行うようにしたものである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の補償方式は未だ充分なも
のとは言いにくい。

まず、第３図に示すものは、インピーダンスｚｂの影響
は無くすことができるが、二次漏れインピーダンス２２
１の影響を排除することができない。

第４図〜第８図のものは、どれも三次巻線あるいは補助
の変流器を要し、その製作の際、巻線作業にその分手数
がかかるとともに、装置も大型化せざるを得ない。

第９図に示すものは、変流器の使用温度によって漏れイ
ンピーダンスが変化するため、過補償又は不足補償を生
ずる。この欠点を解消する場合のＺｎ、Ｚｓ又はＺｒを
Ｚ２１に応じて変化させることが考えられるが、これら
の一つが変化すると演算増幅器の出力電圧が変化し、こ
のことが新たなる原因となって測定誤差を招いてしまう
。

家電製品の中にはインバータ制御、半波整流等を行うも
のがあって、変流器を用いた電子式測定装置の場合、−
次電流に直流がｔｎ畳する場合が考えられ、この場合、
鉄心は飽和に向かい、温度変化により誤差が大きくなり
、Ｚｎ、Ｚｔｒ又はＺｒを温度補償することができない
ことは重大な問題となる。

本発明は、これらの欠点を解決するもので、二次インピ
ーダンスの影響を排除し、且つそのために補助変流器を
必要とせず、しかも、温度変化により二次巻線の漏れイ
ンピーダンスが変化してもこれにより測定精度を低下さ
せられることのない誤差補償形変流器装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の誤差補償形変流器装置は、−次巻線に被ｎ１定
電流を流す変流器における二次巻線の一端が演算増幅器
の反転入力端子に接続され、この演算増幅器にはその出
力端子とその反転入力端子との間に第１の帰還インピー
ダンス回路が設けられるとともに該出力端子とその非反
転入力端子との間には第２のインピーダンス回路が設け
られ、この演算増幅器の非反転入力端子と前記変流器の
二次巻線の他端との間には補償用インピーダンス回路が
接続され、その前記変流器二次巻線側接続点と接地点と
の間に負担が接続されていることを特徴としている。

〔作　用〕

本発明によれば、二次電流は、二次巻線の一端から、第
１の帰還インピーダンス回路、演算増幅器の出力端子、
該演算増幅器の電源端子、その接地点を通じ、負担を介
して二次巻線の他端へと還流する。負担は、この経路を
流れる二次電流から測定量を得るようになる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について図面を参照しつつ説明す
る。

第１図は本発明に係る誤差補償形変流器装置の一実施例
の回路図である。

この図に示す誤差補償形変流器装置は、−次巻線１ａ、
二次巻線ｌｂ及び鉄心１ｅを有する変流器１と、演算増
幅器１０と、第１の帰還インピーダンス回路１１と、第
２の帰還インピーダンス回路１２と、補償用インピーダ
ンス回路１３とを備えている。

変流器１の二次巻線ｌｂの一端は演算増幅器１０の反転
入力端子に接続されている。第１の帰還インピーダンス
回路１１は、この演算増幅器１０の出力端子と同増幅器
１０の反転入力端子との間に接続され、第２のインピー
ダンス回路１２は、演算増幅器１０の出力端子と同増幅
器１０の非反転入力端子との間に接続されている。補償
用インピーダンス回路１３は変流器１の二次巻線ｌｂの
他端と演算増幅器１０の非反転端子との間に接続され、
この補償用インピーダンス回路１３と第２の帰還インピ
ーダンス回路１２とは演算増幅器１０の出力電圧を分圧
するものとなっている。

負担３は変流器１の二次巻線ｌｂと、補償用インピーダ
ンス回路１３との接続点と接地点との間に接続されてい
る。

この構成において、演算増幅器１０の出力電圧Ｖｌは分
圧器Ｚｎ、Ｚｌで分圧され、その電圧■”が演算増幅器
１０の非反転入力端子に印加される。

すると、 Ｖｌ　−−Ｚｆ　　−１２＋Ｖ’　　　　　　−（３）
Ｖ’　＝Ｚｎ　・Ｖｌ　／　（Ｚｎ　＋Ｚｓ　）−（４
）Ｅ″−２２１・１２　＋Ｖ″　　　　　　・・・（５
）となる。ただし、Ｅ”は変流器１の二次誘起電圧であ
る。

まず式（３）、　　（４）からＶｌを消去すると、Ｖ”
　　−−（Ｚｎ　　／Ｚａ　　）　　　争　Ｚｌ’　　
−１２−（６）となる。

この式（６）及び式（５）より、 Ｅ’−２２１・１２−　（Ｚｎ　／Ｚｓ　）−Ｚ「・Ｉ
２ ＝　　１Ｚ２１−　　（Ｚｎ　／Ｚｓ　）　　・Ｚｆ’
　）◆Ｉ２・・・（７） この式（７）から、Ｅ”−０の条件を求めると、Ｚｎ　
／Ｚａ　＝Ｚ２１／Ｚｒ となる。

よって、この条件を満足するように各インピーダンス２
口、Ｚｎ、Ｚｒを設定することにより、二次誘起電圧Ｅ
−を零にすることができ、励磁電流ＩＯが零になって、
誤差の補償が可能となる。

二次電流Ｉ２は、二次巻線１ｂの一端から、第１の帰還
インピーダンス回路１１、演算増幅器１０の出力端子、
該演算増幅器１０の電源端子、その接地点を通じ、負担
３を介して二次巻線ｌｂの他端を経て還流する。負担３
は、この経路を流れる二次電流から測定量を得るように
なっている。

よって、使用温度条件によって、二次漏れインピーダン
ス２２１が変化し、補償電圧の過不足が生じたとしても
、負担３は１１−１定量を電流として取出しているため
、その７１１１定精度に影響を受けることがなく、温度
補償を行うことかできることとなる。

このように、以上説明した本発明の装置によれば、第３
図に示すもののように二次漏れインピーダンスＺ２＋に
よる誤差を残すようなことはなく、また、第４図〜第８
図に示すもののように三次巻線や補助の変流器を必要と
することがないことは勿論のこと、負担３は測定量を電
流として取出しているため、温度条件が原因の補償電圧
の過不足が生じたとしても、測定精度に影響を受けるこ
とがなく、温度補償が可能になる。

なお、負担３は二次電流ＩＯを電流値として検出しても
、或いは電圧値として検出しても良い。

電圧値として検出する場合には、抵抗器を端子ｌと接地
点との間に直列に挿入し、その両端電圧を負担３により
検出するようにすれば良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、演算増幅器の非反
転入力端子と前記変流器の二次巻線との間に接続される
補償用インピーダンス回路と該変流器の二次巻線との接
続点を負担を介して接地するようにし、二次巻線の一端
から、第１の帰還インピーダンス回路、演算増幅器の出
力端子、該演算増幅器の電源端子、その接地点を通じ、
負担を介して二次巻線の他端へと還流する二次電流から
測定量を得るようにしたので、電圧の過補償又は不足補
償があってもこれにより測定精度を低下させられること
がなく、これにより、二次インピーダンスの影響を排除
し、且つそのために補助変流器を必要とせず、しかも温
度補償をも達成された優れた誤差補償形変流器装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誤差補償形変流器装置の一実施例
の回路図、第２図は変流器装置の等価回路図、第３図〜
第９図は従来技術に係る誤差補償形変流器装置の回路図
である。 １・・・変流器、１ａ・・・−次巻線、１ｂ・・・二次
巻線、１ｅ・・・鉄心、３・・・負担、１０・・・演算
増幅器、１１・・・第１の帰還インピーダンス回路、１
２・・・第２の帰還インピーダンス回路、１３・・・補
償用インピーダンス回路、ＺＯ・・・励磁インピーダン
ス、Ｚ２１・・・二次漏れインピーダンス、ｚｂ・・・
負担インピーダンス、Ｚｒ・・・第１の帰還インピーダ
ンス、Ｚｌｌ・・・第２の帰還インピーダンス、Ｚｎ・
・・補償用インピーダンス、ＩＯ・・・二次電流、１２
・・・二次電流、Ｖｌ・・・演算増幅器１０の出力電圧
、■”・・・第２の帰還インピーダンスＺＩｍと補償用
インピーダンスｚｎとによる分圧電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一次巻線に被測定電流を流す変流器における二次巻線の
   一端が演算増幅器の反転入力端子に接続され、この演算
   増幅器にはその出力端子とその反転入力端子との間に第
   １の帰還インピーダンス回路が設けられるとともに該出
   力端子とその非反転入力端子との間には第２のインピー
   ダンス回路が設けられ、この演算増幅器の非反転入力端
   子と前記変流器の二次巻線の他端との間には補償用イン
   ピーダンス回路が接続され、その前記変流器二次巻線側
   接続点と接地点との間に負担が接続されていることを特
   徴とする誤差補償形変流器装置。