JPH04155266A - 電流変換器 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、電線中を流れる電流測定に利用される電流
変換器に関する。

（ロ）従来の技術 従来、電線に流れる電流を測定するのに、開回路方式と
閉回路方式がある。開回路方式は、第５図に示すように
、被測定電流Ｉ０が流れる電線Ｃを検出線輪り、の巻回
されたリング状の鉄心Ｆに挿通し、被測定電流Ｉ０に応
じた磁界により、検出線輪り、に得られる出力電流ｉを
負荷抵抗Ｒｃに流し、被測定電流■。に応じた変換電圧
Ｅ０を得るものである。この被測定電流Ｉ０と変換電圧
Ｅ０の特性例を第６図に示している。閉囲方式は、第７
図に示すように鉄心Ｆに被測定電流Ｉ０の電線を貫通さ
せるとともに、フィードバックコイルＦＣを巻回し、さ
らに磁心（鉄心）Ｆ内のギャップにホール素子ＨＥを装
着しておき、このホール素子ＨＥの出力を誤差増幅器Ｅ
Ａに入力し、ゼロ磁束の誤差信号に比例した電流をフィ
ードツマ・ンクコイルＦＣに流すことによってサーボ系
を構成している。

フィードバックコイルの巻数をＮとすれば、被測定電流
Ｉ０と２次電流■、は、 ｒ、＝Ｎ−Ｉｓ で表せる。２次電流のサンプル抵抗をＲｃとすれば、出
力電圧ｅ０は ｅｏ　＝ＲＬ　　’　Ｉｓ となり、ｅ、はＩｏに比例した出力である。すなわち、 ｅｏ＝■。／Ｎ−ＲＬ で表される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記した従来技術のうち、開回路方式は、磁気回路の磁
束密度は、被測定電流によって大幅に変化し、測定電流
レンジ毎に異なる大きさの磁気回路、すなわち鉄心を用
いなくてはならない。さらに大電流測定では鉄心の飽和
について注意しなければならず、測定の直線性が悪化す
るおそれがある。閉回路方式は、ゼロ位法であり、上記
欠点はないが、測定レンジによって偏差検出の感度が大
幅に変化する欠点がある。また、閉回路方式で交流電流
測定を行う場合には、被測定電流による磁界と帰還電流
との間に位相差があると、両者の差である検出磁界は０
とならず、測定誤差を生じる欠点がある。

さらに、上記の欠点の他に、測定レンジに応じた設計を
その都度行わなければならないこと、種々の材料を準備
しなければならないこと、測定レンジによって各種の寸
法重量の変換器となること、製造の効率化が困難なこと
、変換器を利用する装置にとって不便であること等の問
題点がある。

この発明は、上記問題点を解決し得る電流変換器を提供
することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明の電
流変換器は、第１と第２の磁路を形成し、これら第１と
第２の磁路が互いに一部を共存する鉄心と、第１の磁路
に貫通され、被測定電流を流し、第１の磁路に被測定電
流に応じた磁束を生起させる被測定電流線と、第２の磁
路を形成する鉄心に巻回され、被測定電流による磁束を
打消す方向に磁束を発生させる帰還線輪と、前記鉄心の
第１と第２の磁路の共有部に設けられ、被測定電流によ
る磁束と帰還線輪に流れる電流による磁束との差に応じ
た電圧を誘起する！電変換手段と、この磁電変換手段の
誘起電圧を増幅し、そ゛の電圧に応じ、帰還線輪に平衡
電流を流すための制御を行う電流制御部と、帰還線輪に
流れる電流に応じた信号を出力する出力回路とから構成
されている。

この電流変換器においては、被測定電流によって生じる
磁束によって磁電変換手段に起電力が発生する。また、
磁電変換手段には、帰還線輪に流れる電流による磁束に
よっても起電力が誘起される。上記磁束は、逆方向であ
るから、起電力も逆方向である。したがって磁電変換手
段より両起電力の差電圧が導出され、この差電圧が増幅
され、その出力に応じた帰還電流が帰還線輪に流され、
平衡状態になるように、つまり差電圧が０となるように
制御される。この平衡時における帰還電流と被測定電流
には一定の関係があり、平衡時の帰還電流より被測定電
流を求めることができる。

（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す電流変換器の構成
図である。同図において、２つのリングが結合された線
心ｌの共通部（中央部）Ｉａに検出線輪２が巻回され、
一方のリング部１ｂに空隙３が設けられるとともに、被
測定電流１．を流す電線４が貫通されている。また、他
方のリング部１ｃに帰還線輪５が巻回されている。検出
線輪２に誘Ｆされた電圧Ｅ１は、増幅器６で増幅され、
増幅器６より出力抵抗器７を介して帰還電流１゜が流さ
れ、この出力抵抗器７より出力電圧Ｅ０が導出される。

今、この電流変換器において、電線４にｔ流Ｉ。

を流すと、磁束φ、が鉄心１のリング部１ｂに発生し、
検出線輪２に起電力が生じる。一方、帰還線輪５に流れ
る帰還電流■、によって鉄心Ｉのリング部１ｃに磁束φ
、が発生し、この磁束φ、によっても検出線輪２に起電
力が発生する。電線４に流れるｉｉｔ流１．の方向と、
帰還線輪５の巻線が磁束φ８とφ、が逆方向となるよう
に設定されるので、検出線輪２に誘起される電圧Ｅ６は
φ、−φｆに応じた電圧となる。この偏差電圧Ｅ４は増
幅器６で増幅され、帰還線輪５に流す電流Ｉ、を発生す
る。このフィードバックループが平衡した状態では、増
幅器６の増幅率が十分に大きいならば、増幅器６の入力
電圧は０とみなしてよい。すなわち検出線輪２と鎖交す
る磁束（φ、−φｔ）は０となる。

次に、この条件下での帰還電流１．と被測定電流Ｉ、の
関係を求める。第１図の電流変化器の等価磁気回路は、
第２図のように表せる。ここでＲ８はリング部１ｂの鉄
心部磁気抵抗、Ｒ９はリング部１ｂの空隙３の磁気抵抗
、Ｒ７はリング部１ｃの磁気抵抗、Ｒｄは共通部１ａの
磁気抵抗である。この磁気回路より、次式が成立する。

（ただし、ｋｉ　、ｋｒは線輪巻回数に比例する定数） 上記（１）式より Ｉｆ＝−（ｋｉ／ｋｆ）（Ｒｆ／（Ｒ，＋Ｒｉ））　Ｉ
直　・・・（２）が得られる。

したがって、上記（２）式より、帰還電流■、と被測定
電流■ｉは正比例の関係にあり、被測定電流Ｉ、は帰還
電流、■、に変換されたことになる。

この変換の比例定数は、上記（２）式に示すように、空
隙３の磁気抵抗Ｒｇによっても変化する。すなわち被測
定電流Ｉ、に対する磁束φ８の関係は空隙３の長さを変
えて第１の磁気回路の磁気抵抗を変化させることによっ
て調整することができる。

したがって、各種の測定レンジの最大値における磁束φ
１の大きさを同一に調整することが可能であり、その結
果、この磁気平衡回路は他の条件は全く同一のままで同
様に動作することとなる。

このように、鉄心を磁束密度の低いところで使用し、し
かも良く知られているように空隙を持つ鉄心のＢＨ（磁
束密度−起磁力）曲線の直線性はよいので、測定レンジ
内での平衡回路のループゲインの変化が少なく平衡回路
の特性変化は小さくなる利点がある。

また、平衡方式であるから、鉄心の特性変化や８８曲線
の非直線性が入出力の静特性には影響を与えることなく
、特性の安定化が得られる。

なお、検出線輪２の代わりに、ホール素子のような静磁
界検出素子を用いれば、交流直流用の変換器となる。

第３図は、この発明の他の実施例を示す位相補償付の電
流変換器の構成図である。第３図において、第１図と同
一番号を付したものは同一のものを示している。この電
流変換器では鉄心１に検出線輪２、帰還線輪５の他に、
リング部１ｂに位相検出線輪８−Ｉが、リング部１ｃに
位相検出線輪８４が巻回されている。また、検出線輪２
からの偏差電圧Ｅ４を増幅する増幅器６は、プリアンプ
６−１、移相回路６−ｔ、及び出力アンプ６−５がら構
成されている。位相検出線輪８−１．８−２は直列に接
続され、位相制御ロジック回路９に入力され、位相制御
ロジック回路９の出力が移相回路６−２に加えられてい
る。

この電流変換器では、被測定電流１ｔの磁束φ、により
、位相検出線輪Ｅｌ、に■、の電圧が、また帰還電流■
、の磁束φ、により、位相検出線輪８−ｔにＶｆの電圧
が発生する。これらの電圧Ｖ、　、Ｖ、は、 但し、ｍｉ　、ｍ、は、磁束φ８、φ、と線輪８−１．
８−ｔの結合係数 Ｍｉ　、Ｍ、は、ｍｉ　、ｍ、を含み、■１、■。

に比例する係数、 ａは位相差、 ここで、Ｍ、＝Ｍ、＝Ｍとすると、■、と■。

の偏差Ｖ、つまり位相制御ロジック回路９に入力される
電圧■は、 Ｖ＝ＶＨ−Ｖ（＝Ｍ　（ｓｉｎ（ωｔ　）−ｓｉｌｌ（
ωｔ　−ａ　）　）＝　２Ｍ５ｉｎ（ａ／２）　Ｃ０５
（（Ｊ）　ｔ−ａ／２）　・”（４）■−〇となるため
には、 従って、■＝０となる位相補正を行うと位相差ａ＝０と
なる。

すなわち線輪８−、．８−２はそれぞれ磁束φ１、φ、
とだけしか鎖交しないから、上記（４）、（５）式の関
係が成立し偏差Ｖ＝Ｖ、−Ｖ、の大きさは位相差ａの大
きいほど大きく、■の絶対値が０となる条件は、ａ＝Ｏ
である。さらに■の符号（極性）は、いずれの方が進み
方向であるかを示す。偏差■を入力とする位相制御ロジ
ック回路９は、増幅器６に設けた移相回路６−ｔの移相
量を変化させて、■＝０、つまり■、と■、とが同位相
となるように制御する。このようにして位相差による誤
差を発生させるこ瀝なく、高精度を得ることができる。

なお、電圧■、の代わりに、出力電圧Ｅ０を使用しても
同様な結果を得ることができる。さらに電圧Ｅ４とＥｏ
によっても同様であるが、この場合、平衡時にＥ４−０
となるので、回路設計上、特に注意が必要である。

第４図は、位相補償付電流変換器の他の回路例を示して
いる。この電流変換器は、位相補償に、フェーズロック
ループ１０を用いている。ここでは、フェーズロックル
ープ１０は、位相検出線輪８−１、偏差算出用の加算器
１１、位相検出器１２、ループフィルタ１３、電圧制御
回路１４、振幅変調器１５、パワーアンプ１６、帰還線
輪５及び位相検出線輪８４から構成されている。ループ
フィルタ１３の出力電圧■。は、電圧■１と電圧■。

の位相差Δφによって変化する。また、電圧制御発振器
１４の発生する交流電圧■。の位相は電圧ｖｃによって
制御される。この交流電圧■。は、振幅変調器１５によ
って、偏差電圧Ｅ、に比例する振幅変調が行われる。こ
の振幅変調Ｆｉ１５からの被変調信号ＶＰ　　（ＶＰ　
ｃＸ：Ｅａ　Ｖｏｌ　カ／”）　　７ンプ１６により、
帰還電流■、を発生し、磁束φ、を生しる。そして磁束
φ、によるフィードバックが電流及び位相の再制御ルー
プを構成する。

（へ）発明の効果 この発明によれば、大電流測定の場合でも鉄心を飽和さ
せることがないので、小型の鉄心でよく、変換器を小型
化できる。変換特性の直線性が良く、しかも環境変化の
影響や経年的な変換特性の変動が少ない、被測定電流に
よる磁束φ、の大きさを測定レンジによらず、同一にで
きるから、磁束φ□と帰還を流による磁束φ、との偏差
検出感度は測定レンジにかかわらず一定にできる。また
、変換された電流Ｉ、のレンジも同様に同一である。

さらにＢＨ曲線の直線部で動作させるから、平衡回路の
ループゲインは常にほぼ一定である。そのため、空隙調
整を行うだけで、種々の測定レンジのものを容易に製作
でき、安定な動作を得ることができる。したがってマル
チレンジ変換器も容易に製造できる。また、交流測定で
は、位相差補償を付加することにより、高精度が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す電流変換器の構成
を示すブロック図、第２図は、同実施例変換器の等価磁
気回路を示す回路図、第３図は、この発明の他の実施例
を示す位相補償付の電流変換器の構成を示すブロック閲
、第４図は、位相補償付の電流変換器の他の例を示す回
路ブロック図、第５図は、従来の開回路方式の電流変換
器を示す図、第６図は、同電流変換器の被測定電流−出
力電圧特性を示す図、第７図は、従来の開回路方式の電
流変換器を示す回路図である。 ｌ：鉄心、　　　　　　２：検出線輪、３：空隙、　　
　　　　４：電線、 ５：帰還線輪、　　　　　６：増幅器、７：出力抵抗器
。 特許出願人　　　　　　株式会社島津製作所代理人　　
弁理士　　　中　村　茂　信第５図 第７図 第６図 １ｏ　（Ａ）　（ｒｍｓ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１と第２の磁路を形成し、これら第１と第２の
   磁路が互いに一部を共有する鉄心と、第１の磁路に挿通
   され、被測定電流を流し、第１の磁路に被測定電流に応
   じた磁束を生起させる被測定電流線と、 第２の磁路を形成する鉄心に巻回され、被測定電流によ
   る磁束を打消す方向に磁束を発生させる帰還線輪と、 前記鉄心の第１と第２の磁路の共有部に設けられ、被測
   定電流による磁束と帰還線輪に流れる電流による磁束と
   の差に応じた電圧を誘起する磁電変換手段と、 この磁電変換手段の誘起電圧を増幅し、その電圧に応じ
   、帰還線輪に平衡電流を流すための制御を行う電流制御
   部と、 帰還線輪に流れる電流に応じた信号を出力する出力回路
   と、 を備えたことを特徴とする電流変換器。