JPH0426530B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 被測定電流I1を導く巻数W1の１次巻線と、
測定電流I2を導く巻数W2の２次巻線と、その２
次巻線とほぼ堅固に結合された検出巻線とを備
え、検出巻線に誘導される電圧によつて増幅器を
介し２次巻線に電流が形成され、その電流による
磁束が検出巻線を通過する磁束を補償する能動型
変流器において、 検出巻線３と２次巻線２の巻線面を１次巻線１
に流れる電流によつて形成される磁束φ1の方向
に対して所定角度傾斜して配置し、 前記傾斜した配置により検出巻線３が検出する
磁束成分φ13の前記磁束φ1に対する比によつて定
められる結合係数Ｋを１より小さくし、変流比
I1／I2＝（１／Ｋ）・（W2／W1）を大きくするこ
とを特徴とする能動型変流器。

２ 被測定電流I1を導く巻数W1の１次巻線と、
測定電流I2を導く巻数W2の２次巻線と、その２
次巻線とほぼ堅固に結合された検出巻線とを備
え、検出巻線に誘導される電圧によつて増幅器を
介し２次巻線に電流が形成され、その電流による
磁束が検出巻線を通過する磁束を補償する能動型
変流器において、 前記１次巻線１と、２次巻線２、検出巻線３を
支持する強磁性コア７との間に強磁性部材６を配
置し、 １次巻線１に流れる電流によつて形成される磁
束φ1を前記強磁性部材６並びに強磁性のコア７
により２つの磁束に分割し、 前記磁束の分割により検出巻線３が検出する磁
束成分φ13の前記磁束φ1に対する比によつて定め
られる結合係数Ｋを１より小さくし、変流比I1／
I2＝（１／Ｋ）・（W2／W1）を大きくすることを
特徴とする能動型変流器。

３ 前記１次巻線１、２次巻線２、検出巻線３並
びに強磁性部材６がそれぞれパイプ状に形成され
強磁性コアと同軸に配置されることを特徴とする
請求の範囲第２項に記載の変流器。

４ 前記１次巻線１、２次巻線２、検出巻線３並
びに強磁性部材６がパイプ状に形成され、１次巻
線と強磁性部材を同軸に配置しかつ２次巻線と検
出巻線を同軸に支持する強磁性コアを前記１次巻
線の軸方向に対して傾斜して配置することを特徴
とする請求の範囲第２項に記載の変流器。

５ 前記磁束φ1を２つの磁束に分割する割合を
調節する手段１０〜１３を設けることを特徴とす
る請求の範囲第３項に記載の変流器。

６ １次巻線１、２次巻線２、検出巻線３、強磁
性部材６，２６，２７並びに強磁性コア７を強磁
性材から成る遮蔽部材１８，１９，２３，２４内
に配置することを特徴とする請求の範囲第３項か
ら第５項までのいずれか１項に記載の変流器。

７ 遮蔽部材１８，１９は２つの外被部材１８，
１９から構成され両外被部材１８，１９の接触面
２０とパイプ状強磁性部材６の長手軸が共通の面
に存在することを特徴とする請求の範囲第６項に
記載の変流器。

８ 前記遮蔽部材２３，２４は２つの外被部材２
３，２４から構成され、その接触面２５がパイプ
状強磁性部材６，２６，２７の長手軸に垂直に延
びる面に存在することを特徴とする請求の範囲第
６項に記載の変流器。

９ 前記パイプ状強磁性部材はそれぞれ外被部材
２３，２４に一体形成され空〓２８によつて互い
に分離された２つのパイプ状強磁性部材２６，２
７から構成されることを特徴とする請求の範囲第
８項に記載の変流器。

１０ 前記パイプ状の１次巻線１ａの幅とパイプ
状強磁性部材６の長さの比がほぼ２：１であるこ
とを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項に記
載の変流器。

１１ パイプ状強磁性部材６の長さがパイプ状の
２次巻線２と検出巻線３の長さにほぼ等しいこと
を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の変流
器。

１２ 前記パイプ状１次巻線１ａの内径とパイプ
状強磁性部材６の外径の比が２：１に等しいかそ
れよりも小さいことを特徴とする請求の範囲第１
０項又は第１１項に記載の変流器。

明細書 本発明は特許請求の範囲第１項の前文に記載さ
れた種類の能動型変流器に関する。

電子的に誤差補償を行う変流器が知られている
（ドイツ特許公開公報第2330048号）。このような
変流器では磁気的な導体値だけで決められる結合
係数Ｋは常にほぼ１に等しくなるように構成され
る。これは閉じた磁気回路によつて得られるので
変流器の変流比は１次巻線と２次巻線の巻数比に
よつて決められる。わずかに残存している電流誤
差は磁束を補償することによつて除去される。変
流比が大きくなるとそれに対応して磁束も大きく
なり上述した変流器ではかなり大型となる。とい
うのは全体の１次磁束を補償しなければならない
からである。

特に大きな交流電流を測定する場合には１次巻
線によつてかなり大きな磁束が発生し、この磁束
は磁気コアを良好に機能させるために強磁性のコ
アを備えた変流器が必要とする磁束よりも大きな
ものとなる。これによつて必要となる磁気コアが
大型になり材料コストが高価になるのを避けるた
めに磁気コアが測定電流を流す導体の一部のみを
有する変流器が知られている。しかしその場合比
較的温度に対する依存性が大きく１次電流と２次
電流間に発生する必然的な位相誤差を特別な手段
により除去しなければならないという問題があ
る。

さらに測定すべき電流を２つの異なる導体に分
流し、これらの導体を極性を逆にして巻回して１
次巻線を形成し導体の抵抗値を互いに異ならしめ
た能動型変流器が知られている。（ドイツ特許公
報第3140544号）。

さらに強磁性のコアを完全に省略し（ドイツ特
許公開公報第2812303号）、さらに２次巻線をトロ
イドとして構成しそこに測定電流を流す１次導体
を通過させるようにした能動型変流器が知られて
いる。このような変流器は比較的正確に動作する
が、大量生産のための機械的な構成は高価なもの
となつてしまう。

従来の変流器では１次並びに２次巻線の間で常
に結合係数Ｋ＝１となるように構成されている。
その場合変流比は巻線の巻数比だけで決められ
る。

本発明の課題は従来の装置に比較して少なくと
も同じ測定技術特性で簡単に構成されしかも安価
に製造できる変流器を提供することである。

この課題は特許請求の範囲第１項に記載された
特徴によつて解決される。本発明の好ましい実施
例は従属項の特徴によつて示される。

本発明の変流器は従来の変流器と異なりその変
流比が１次巻線と２次巻線の巻数比だけでなく全
磁束との比を示す結合係数によつてかなり決めら
れるように構成されている。結合係数を１以下に
選択することにより巻数を変化させることなく変
流比をかなりの範囲で調節することができるの
で、２次巻線並びに検出巻線を比較的小さなもの
とすることができる。従来の変流器では結合係数
はＫ＝１となるように構成されるが、本発明では
この値はそれと顕著に異なるものになり、この結
合係数を用いることにより、すなわち２次側の磁
束成分を検出することにより変流比を所望の大き
な値に調節することができる。電流誤差の補償は
本発明の変流器でも従来と同様増幅度を適当な値
に選択することにより行なわれる。

強磁性材を用いない場合この結合係数は１次巻
線と検出巻線ないし２次巻線間の幾何学的な距離
を十分大きくすることによつて得られる。強磁性
材を用いる場合は結合係数はさらに材質の透過率
によつて変化する。

変流比の大きな本発明による変流器では、従来
の変流器と比較して極めて簡単なものとなり、温
度変化に対して依存性を示さず位相誤差が少ない
という利点がある。他の利点として１次導体の他
に必要となる部材を１次導体に流れる電流によつ
て形成される磁場中に挿入することにより１次導
体と他の部材を簡単に組み合わせることができる
ので、１次回路を開放することなくこれらの部材
を変換することができ、さらに１次及び２次回路
に直流成分が存在する場合でもその機能は制限さ
れることはない。さらに本発明において２次回路
に従来のデジタル磁束補償回路を用いたり、のこ
ぎり歯信号で磁束をブランキングさせると特に良
好な結果が得られる。というのは２次巻線のイン
ピーダンスがわずかであることにより測定サイク
ルの周波数を比較的大きなものに選択することが
できるからである。それぞれ利用例に従い変流器
に強磁性材を設けたりあるいは省略したりするこ
とができる。本発明の変流器は特に単相並びに多
相の交流電気計器の使用に適している。

以下に添付図面を参照して本発明の原理並びに
実施例を詳細に説明する。

第１ａ図は本発明の変流器の原理を説明する
図、第１ｂ図は従来の補償変流器の原理を説明す
る図、第２図は平坦な導体を有する変流器の斜視
図、第３ａ図は結合係数を調節する装置を備えた
第２図変流器の正面図、第３ｂ図は第３ａ図の変
流器の縦断面図、第４図は第３ａ図、第３ｂ図と
異なる結合係数調節装置を備えた第２図変流器の
正面図、第５図は結合係数調節装置を２個備えた
第２図変流器の正面図、第６図は外部磁場の影響
を減少させる装置を備えた変流器の正面図、第７
図は第６図の−線に沿つた変流器の断面図、
第８ａ図は遮閉部材を示す正面図、第８ｂ図は一
部断面にした第８ａ図の遮閉部材の正面図、第９
ａ図は他の遮閉部材を示す側面図、第９ｂ図は第
９ａ図のＡ−Ａ線に沿つた遮閉部材の断面図であ
る。

第１ａ図には本発明の一般的な構成が図示され
ている。この構成は相互インダクタンス構成であ
り、被測定交流I₁を流し、巻線面に磁束φ₁を形成
する巻線W₁の１次巻線１と、磁束φ1の一部、即
ち磁束成分φ₁₃が形成される検出巻線３から構成
される。尚磁束の他の成分φ₁₁は散乱磁束となり
検出巻線３を通過しない。巻線W₂の２次巻線２
は検出巻線３と比較的堅固に結合される。

補償型の変流器において知られているように
（第１ｂ図）、磁束成分φ₁₃が存在する場合検出巻
線３に誘導された電圧は増幅器Ｖに入力され、そ
れにより２次巻線２には電流I₂が流れ、それによ
つて検出巻線３を通過する磁束成分φ₁₃は増幅度
が比較的大きい場合ほぼ完全に補償されるように
なる。尚その場合結合係数は増幅度によつて変化
することはない。このようにして２次側の電流I₂
は巻線１に流れる被測定電流I₁に正確に比例す
る。本発明による変流器では変流比を大きくする
ために１よりかなり小さな結合係数Ｋが用いられ
る。第１ａ図では、検出巻線３と２次巻線２の巻
線面が１次巻線１を流れる電流によつて形成され
る磁束φ1の方向に対して所定角度傾斜して配置
される。それにより検出巻線３が検出する磁束成
分φ13の磁束φ1に対する比によつて定められる結
合係数Ｋ＝φ13／φ1は１より小さくなり、I1／I2
＝（１／Ｋ）・（W2／W1）で決められる変流比を
大きくすることができる。

第２図には強磁性材を有する本発明の変流器の
一実施例が図示されている。この変流器は電流端
子４，５を有し、巻線W₁が１回の１次巻線１を
形成する被測定電流を導く平坦な導体１ａを有す
る。平坦な導体１ａは強磁性材から成るパイプ６
を包囲する。このパイプ６は同様に強磁性材から
成る円筒状のコア７を同心的に包囲する。このコ
ア７上に巻線３，２が巻回される。電流端子４，
５の領域である平坦な導体１ａの両脚部間並びに
平坦な導体１ａによつて形成される円筒状の１次
巻線１と強磁性のパイプ６間に電気絶縁層９が設
けられる。巻線３，２を有する強磁性のコア７と
パイプ６はその間に形成される空間８に絶縁材が
充填されるかあるいは他の機械的な手段によつて
固定される。

以下にこのような構成の動作を説明する。測定
すべき電流I₁が円筒状の１次巻線１に流れること
によつて形成される磁場は強磁性のパイプ６並び
に強磁性のコア７により２つの磁場に分割され
る。この分割により検出巻線３が検出する磁束成
分φ13は、１次巻線を流れる電流によつて形成さ
れる磁束φ1より少なくなり、結合係数Ｋは同様
に１より小さくなり、変流比を大きくすることが
できる。その場合磁束の分割比は両強磁性材６，
７の導磁性によつて決められる。その結果両部材
を同じ強磁性材（例えばフエライト）にし、両部
材６，７の長さを等しくしてコア７をパイプ６内
に径対称に配置すると磁束の分割比、従つて結合
係数Ｋはパイプないしコアの長手軸に垂直に延び
る径方向の断面積の比によつて決められる。結合
係数Ｋはパイプ６の長さを等しくしてコア７を短
くすることによつてさらに減少させることができ
る。また結合係数はコア７を長手軸方向に移動さ
せることによつても変化させることができる。

第３ａ図及び第３ｂ図に示したように巻線３，
２を有するコア７をパイプ６に対しある角度回転
させ巻線３に最大検出可能な磁束の一部のみが通
過するように構成することによつても結合係数を
減少させることができる。

第４図には第２図に図示した結合係数を微調節
する方法の１つが図示されている。パイプ６の前
端には径方向に内部に向いた突出部１０ａを有す
る円環状の強磁性部材１０が設けられる。また強
磁性のコア７の対応する面には強磁性の板状部材
１１が回動自在に取り付けられ、この強磁性材の
板状部材１１は強磁性部材１０の突出部１０ａに
近づいた場合には結合係数を増大させ、また離れ
る場合には結合係数を減少させる。同様の効果が
第５図に図示した微調節方法によつて達成され
る。この場合強磁性の板状部材１２はパイプ６に
偏心してパイプ６上あるいはその近くに回動自在
に軸承され、パイプ６の領域上を所望の変流比が
得られるまで回転される。さらに強磁性のねじ１
３を用い磁場、従つてパイプ６とコア７間の磁束
の分割を微調節させることもできる（第５図）。

残留する位相誤差は渦電流を発生させる金属部
材により磁束成分を適当に負担させることにより
補償することができる。

被覆側に電流端子４，５を通過させるためのス
リツトを有するフエライト部材を１次巻線上を移
動させて１次巻線１（第２図）外にある磁場を集
中させるようにする。

非常に正確な測定を行なうためにパイプの軸方
向に有効磁場と重畳した外部磁場を遮断するのが
好ましい。そのために第６図及び第７図に図示し
たようにパイプ６並びに巻線３，２を有するコア
７の長さは平坦な導体１ａによつて形成される円
筒状の１次巻線１よりも短く形成され円形状の強
磁性材カバー１６，１７により１次巻線１の前端
と接続するように構成される。この場合カバーは
非磁性のデイスク１４，１５を介して強磁性材
６，７と距離を隔てて保持される。これにより平
坦な導体１ａによつて形成されるパイプ内にある
全ての部材（場合によつて電子素子も含めて）を
共通のブロツクとしてパイプ内に挿入することが
できる。

外部磁場が大きい場合には第８ａ図，第８ｂ図
に示したように１次巻線１、巻線２，３、パイプ
６並びにコア７を好ましくは円筒状の強磁性材か
ら成る閉じた遮閉部材内に配置するのが好まし
い。この場合遮閉部材は２つの外被部材１８，１
９から構成され両外被部材１８，１９の接触面２
０、遮閉部材１８，１９の長手軸、従つてパイプ
６の長手軸（第２図）は共通の面内に位置する。
両外被部材１８，１９には平坦な導体１ａの電流
端子４，５（第２図）並びに巻線２，３の端子を
導く切欠部２１，２２が設けられる。組み立てる
場合外被部１８，１９は上述した変流器をつつむ
ように組み立てられる。この様にして内部の変流
器部材は動作時平坦な導体１ａに電流が流れてい
る場合でも交換することができる。

第９ａ図及び第９ｂ図には２つの外被部材２
３，２４から成る円筒状の遮閉部材の実施例が図
示されている。同実施例において両外被部材２
３，２４の接触面２５は遮閉部材２３，２４の長
手軸、従つてパイプ６の長手軸（第２図）に垂直
な面に存在する。図示した例では外被部２３は鉢
状に、また外郭部２４はカバーとして構成され
る。外被部材２３，２４の内部にはパイプ２６，
２７が一体形成される。このパイプ２６，２７は
磁束を分割するためのパイプ６を構成する。その
場合互いに対向するパイプ２６，２７の端面間の
空隙２８は磁気回路を中継する働きをし磁気短絡
を防止させる。遮閉部材２３，２４の被覆部とパ
イプ２６，２７間の円筒空間２９は１次巻線１な
いし平坦な導体１ａを収納する働きをし、一方パ
イプ２６，２７内の空間３０はコア７、２次巻線
２、検出巻線３を収納する働きをする。平坦な導
体１ａの電流端子４，５を導くために遮閉部材２
３，２４内には導孔が、また巻線を空間３０に導
くために導孔３２が設けられる。

上述した変流器の結合係数Ｋ並びに線形性は主
にB_P：L_n，L_n：L_S及びD_P：D_nの比によつて決め
られる。ただしB_Pは平坦な導体１ａの幅であり、
L_nはパイプ６の長さL_Sはパイプ状巻線２，３の
長さ、D_Pは平坦な導体１ａによつて形成される
パイプの内径、D_nはパイプ６の外径である。結
合係数Ｋを小さくし同時に巻線空間を大きくする
とともに線形性を良くするための好ましい妥協案
は B_P：L_n＝２：１，L_n＝L_S及びD_P：D_n≦２：１ の時に得られる。

本発明の変流器は強磁性材（鉄粉、フエライ
ト）の部分がわずかであるため比較的高周波のこ
ぎり歯信号を巻線２に供給するのに適している。
その場合いわゆる時分割法に従つた電子多重装置
において検出巻線３の電圧の０通過点は第２の測
定量を制御するデユーテイ比として直接利用する
ことができる。