JPH0532886B2 - - Google Patents

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つてきた。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つている。

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、Ｚ０は変流器の励磁インピー
ダンス、Ｚ１１は一次漏れインピーダンス、Ｚ２
１は二次漏れインピーダンス、Zbは負担インピ
ーダンス、Ｉ０は励磁電流、Ｉ１は一次電流（即
ち、被測定電流）、Ｉ２は二次電流であり、ここ
で、励磁インピーダンスＺ０、一次漏れインピー
ダンスＺ１１及び二次漏れインピーダンスＺ２１
が変流器の概念に属する。

この回路において、二次電流Ｉ２を求めると、 I2＝（I1／N²）・｛（N²・Z0）／ （Ｎ・Z0＋Z21＋Zb）｝ …(1) となる。ただし、Ｎは二次巻線の巻数である。

ここで、 （Ｎ・Z0）≫（Z21＋Zb） であることを考慮すれば、 Ｎ・I2／I1＝１−（Z21＋Zb）／ （N²・Z0） …(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Ｉ０の一
次電流Ｉ１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、よつて、これに伴い二次巻線も多くな
る。従来の二次電流５Ａの変流器ではアンペア・
ターンを120〜1200に採つていたが、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、もつ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、二次巻線を少なくして
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は変流器、１ａはその一次
巻線、１ｂは二次巻線、２は演算増幅器、３は
負担インピーダンス回路である。この図のもの
は、二次巻線１ｂのｋ端子が演算増幅器２の非
反転入力端子に接続され、同１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イ
ンピーダンス回路３が接続され、二次電流回路
に負担インピーダンス回路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１ｃが設
けられ、この三次巻線１ｃ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
無くするようになつているものである。

(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
１ｃ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つている。

(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の出力によつて鉄心１ｅ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
担インピーダンス回路３の端子電圧を調整する
ことによつて変流器の励磁電流を小さくしてい
る（特公昭46−25807）。

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Ｚ２１を打消す方向に電流を変成す
るようになつている。

(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Zf，Zn，Zm及び二次漏
れインピーダンスＺ２１によりブリツジを構成
し、インピーダンスZfと二次漏れインピーダン
スＺ２１との比がインピーダンスZm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Zf，Zn，Zm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−Ｚ
２１・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の影響を無くすことができるが、二次漏れイ
ンピーダンスＺ２１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つ
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，Zm又はZf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
原因となつ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
を行うものがあつて、変流器を用いた電子式測定
装置の場合、一次電流に直流が重畳する場合が考
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，Zm又はZf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、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の帰還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インピーダンス回路
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、負担インピーダンス回路を介して二
次巻線の他端へと還流する。負担インピーダンス
回路は、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、一次巻
線１ａ、二次巻線１ｂ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１ｂの一端は演算増幅器１
０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の帰還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１
ｂの他端と演算増幅器１０の非反転入力端子との
間に接続され、この補償用インピーダンス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つている。

負担インピーダンス回路３は変流器１の二次巻
線１ｂ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
Ｖ１は分圧器Zn，Zmで分圧され、その電圧V″が
演算増幅器１０の非反転入力端子に印加される。
すると、 V1＝−Zf・I2＋V″ …(3) V″＝Zn・V1／（Zn＋Zm） …(4) E″＝Z21・I2＋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Ｖ１を消去すると、 V″＝−（Zn／Zm）・Zf・I2 …(6) となる。

この式(6)及び式(5)より、 E″＝Z21・I2−（Zn／Zm） ・Zf・I2 ＝｛Z21−（Zn／Zm）・Zf｝ ・I2 …(7) この式(7)から、E″＝０の条件を求めると、 Zn／Zm＝Z21／Zf となる。

よつて、この条件を満足するように各インピー
ダンスZm，Zn，Zf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Ｉ０
が零になつて、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１
０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、負担インピーダンス回路３を介
して二次巻線１ｂの他端を経て還流する。負担イ
ンピーダンス回路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つている。

よつて、使用温度条件によつて、二次漏れイン
ピーダンスＺ２１が変化し、補償電圧の過不足が
生じたとしても、負担３は測定量を電流として取
出しているため、その測定精度に影響を受けるこ
とがなく、温度補償を行うことができることとな
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Ｚ２１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、温度条件が原因の負担電圧の過
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、負担インピーダンス回路３は二次電流Ｉ
０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１と接地点との間に直列に挿入
し、その両端電圧を負担インピーダンス回路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インピーダンス
回路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、負担インピーダンス回路を介して二
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
があつ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…一次巻線、１ｂ…二次巻
線、１ｅ…鉄心、３…負担インピーダンス回路、
１０…演算増幅器、１１…第１の帰還インピーダ
ンス回路、１２…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、Ｚ０…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、Zf…第１の帰
還インピーダンス、Zm…第２の帰還インピーダ
ンス、Zn…補償用インピーダンス、Ｉ０…二次
電流、Ｉ２…二次電流、Ｖ１…演算増幅器１０の
出力電圧、V″…第２の帰還インピーダンスZm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. 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の帰還インピーダンス
   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インピ
   ーダンス回路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。