JPH0627151A - 補償原理に基づき動作する電流測定変換器 - Google Patents

補償原理に基づき動作する電流測定変換器

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JPH0627151A
JPH0627151A JP5077115A JP7711593A JPH0627151A JP H0627151 A JPH0627151 A JP H0627151A JP 5077115 A JP5077115 A JP 5077115A JP 7711593 A JP7711593 A JP 7711593A JP H0627151 A JPH0627151 A JP H0627151A
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JP
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current
winding
magnetic core
compensation
frequency
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JP5077115A
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Kai Johansson
ヨハンソン カイ
Matti Lounila
ロウニラ マッティ
Juha Kokkonen
コッコネン ユハ
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A B B SUTOROOMUBERUGU DORAIBUZU Oy
B SUTOROOMUBERUGU DORAIBUZU Oy
ABB Stromberg Drives Oy
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A B B SUTOROOMUBERUGU DORAIBUZU Oy
B SUTOROOMUBERUGU DORAIBUZU Oy
ABB Stromberg Drives Oy
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    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 補償原理で動作し、従来型変換器が有する高
周波領域で問題となる誘導電圧を簡単な構造で除去した
電流測定用変換器を提供する事を目的とする。 【構成】 本電流測定用変換器はそれぞれ窓を備えたふ
たつの磁気コア(C1,C2)と、被測定電流(Ip)
用と補償電流(Is)用にこれらのコアの上に巻かれた
巻線と、補償電流を発生しかつその強度を調整するため
の装置(Um,Nm,R1,D,IA)とで構成されて
いる。誘導された干渉電圧を補償するために、さらに巻
線(Nc1,Nc2)が電流変換器の二つの磁気コアに
配置されている。周波数帯域を拡張するために巻線(N
c1,Nc2)は、周波数依存型インピーダンス(Z)
を介して閉ループに直列接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は補償原理に基づき動作す
る電流測定変換器に関わり;ひとつの窓を有する第一磁
気コアで、被測定電流用第一巻線と補償電流用第二巻線
とが巻き付けられている前記第一磁気コアと;これもま
た第一巻線および第二巻線とが周囲に巻き付けられてい
る第二磁気コアと;補償電流を発生し、この補償電流に
よって第一磁気コア内に生成される磁束が、被測定電流
によって第一磁気コア内に生成された磁束を補償するよ
うにその補償電流強度を調整するための装置で、補償電
流を発生し調整するための前記装置が、第一コアを磁化
電流に依って磁化するように配置された第三巻線を有す
る、前記補償電流発生並びに調整装置と;第一磁気コア
に巻かれた第四巻線と;それに第二磁気コア上に巻かれ
た第五巻線であって、第四及び第五巻線は等しい数の巻
線数を有しあるインピーダンスを介して閉ループを構成
するように直列接続されており、このインピーダンスは
磁化電流の周波数領域では非常に低く、第二磁気コア内
の第五巻線によって生じる磁束が第一磁気コア内で作用
している磁束と逆向きで少なくともほぼ等しい値となる
ように考慮されている、第五巻線とで構成されている電
流測定変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】直流並びに交流電流測定用電流変換器は
しばしば補償原理を使用している、すなわち一次巻線を
流れる電流によって磁気コア内に生じた磁束が二次巻線
に供給された電流によって補償される。二次電流を制御
するために、センサまたは相当の検出器が該当コアの磁
束の零点を監視するための磁気回路の中に配置されてい
る。二次巻線に供給された電流が一次巻線を流れる電流
に依って生じた磁束を補償した際にコア内の磁束が零と
なる。高周波領域では電流変換器は受動電流変圧器とし
て動作できるので、広い周波数範囲で二次巻線を流れる
電流は一次巻線を流れる被測定電流に直接比例する。
【0003】導入部に記述された型の電流測定変換器
は、例えば合衆国特許、4,482,862号に開示さ
れている。変換器内で使用されている検出器は、窓を有
し高周波で磁化可能な磁気コアである。零磁束はコアの
磁化電流の波形を観測することに依って検出できる。し
かしながら高周波磁化電流によってコア内に発生された
磁束は、被測定電流用巻線および補償電流用巻線の両方
に干渉電圧を誘導する傾向にある。この様な干渉電圧を
補償するためには、電流変換器は窓を具備した第二磁気
コアを含み、巻線は第二および第一磁気コアに具備され
ていて、これらの巻線は等しい巻線数で互いに閉ループ
を構成するように直列接続された前記第二磁気コアを備
えている。被測定用巻線および補償電流用巻線にも第二
磁気コアが配置されている。その結果、第二コアに巻か
れた巻き線によって第二磁気コア内に生成された磁束
は、第一磁気コア内に生じる磁束と大きさが等しく向き
が反対となる、したがって磁化電流は干渉電圧を発生し
ない。しかしながら、高周波領域では、閉ループ結合さ
れた巻線を流れる電流は、被測定電流の周波数と共に増
加するので、第一と、第二磁気コアと、それらの上に巻
かれた被測定電流用巻線と、それに補償電流用巻線とで
形成された磁気回路はもはや受動電流変成器としては動
作できなくなる。電流変換器が高周波領域でも動作可能
とするためには、更に窓を備えた第三磁気コアを具備す
る必要がある。第三磁気コアは低周波に対応する誤差信
号に加えて、中間周波数誤差信号を発生する。この方法
に依って、被測定電流が中間周波数成分を含んでいる場
合でも、補償電流を適切なレベルに調整することができ
る。
【0004】
【発明の目的と要約】本発明の目的は、補償原理に基づ
いて動作し上記の構成に依って生じる問題を取り除いた
電流測定変換器を提供することにある。提供される電流
変換器は簡単な構造にも係わらず、高い精度と広い周波
数帯域とを有する。
【0005】上記の目的は本発明に基づく電流測定変換
器によって実現できるが、この特徴は第四および第五巻
線で形成されるループに含まれるインピーダンスが周波
数依存であって、被測定電流の交流成分の周波数にした
がって高い値となり、これによって第五および第四巻線
を流れる前記周波数の過剰電流が防止される。したがっ
て第四および第五巻線を通る電流はそれほど大きな値に
は増加できないので、第一および第二磁気コアおよび被
測定電流用巻線および補償電流用巻線とで構成される磁
気回路が受動電流変成器として動作するのを妨げるほど
の電力を発生しない。したがって本発明に基づく電流変
換器は、合衆国特許明細書第4,482,862号に記
載の第三磁気コアとそれに関連する回路を具備しないに
も係わらず広い周波数帯域を有する。
【0006】
【実施例】以下に本発明に基づく電流測定変換器を構造
的配置を示した添付図を参照して更に詳細に説明する。
【0007】図に示す電流変換器は二つの磁気コアC1
およびC2と;これらの上に異なる目的で巻き付けられ
た五つの巻線と;それに後ほど更に詳細に説明する関連
電子回路とを含む。磁気コアC1はコアC2がその線形
領域で動作中に飽和状態となり得る。
【0008】磁気コアC1はコアC1上に巻かれた磁化
巻線Nmに交流電源ACから交流電圧Umを供給するこ
とに依って、飽和状態にまで磁化される、交流電圧Um
の正並びに負の半周期の時間積分は等しい。もしもUm
が矩形波の場合は、電圧波形およびこれによって磁化巻
線Nm内に誘導される磁化電流Imは図2に示すように
なる。磁化電流Imはその一方の極を設置電位に接続さ
れた抵抗器R1で測定され、抵抗器R1の両端に生じた
電圧は検出器Dに供給される。検出器Dの出力電圧Ue
は抵抗器R1に生じた電圧のピーク値の非対称に比例す
る。電圧Ueは次に集積可変利得増幅器IAを制御する
が、これはふたつの磁気コアC1およびC2の両方に巻
き付けられた補償巻線Nsに電流Isを供給する。被測
定電流Ipは磁気コアC1およびC2の両方に巻かれた
巻線Np内を流れる。
【0009】磁気コアC1を磁化するアンペア・ターン
NpIpおよびNsIs(ここでNpおよびNsはそれ
ぞれ巻線の巻数に対応する)が等しい場合は、補償電流
Isがその中を流れる抵抗器R2に生じる電圧Uout
次式で表される;
【数1】Uout =R2×Ip×Np/Ns Ipはこの式から容易に求まる。
【0010】もしもアンペア・ターンNpIpとNsI
sとが等しくない場合は、磁気コアC1の磁化は被測定
電流Ipの周波数の時に零からずれ、その結果磁気コア
C1内に残留磁束が流れ磁化電流Imの波形が歪むの
で、これは非対称となる。検出器Dは、電流Imによっ
て抵抗器R1に生じる電圧ピーク値の非対称性を監視す
るように設置されているので、検出器Dの出力Ueは非
対称状態時の非対称の大きさ並びに向きの両方に比例す
る値を得る。したがって値Ueはアンペア・ターンNp
IpおよびNsIsのいずれが大きいかも示している。
この制御入力Ueによって集積可変利得増幅器IAは磁
化電流Imが再び対称となるように電流Isを変更でき
る。
【0011】高周波磁化電流Imによって磁気コア内に
生成された磁束は、巻線NpおよびNs内に干渉電圧を
誘導しがちである。干渉電圧を補償するために、巻線N
c11およびNc2が磁気コアC1およびC2に配置さ
れている。巻線Nc1は磁気コアC1上に巻かれてお
り、巻線Nc2は磁気コアC2上に巻かれている。巻線
Nc1およびNc2の巻線数は等しい。磁気コアC2は
その線形領域内で動作するように寸法が設計されている
ので、磁気コアC1の磁化には基本的に影響を与えな
い。巻線Nc1およびNc2はその反対側の極同士がイ
ンピーダンスZを介して内部接続されており、そのもう
一方の極同士は直接接続されている。したがって巻線N
c1およびNc2はインピダンスZを含む閉ループで直
列接続されていると言える。インピーダンスZは磁化電
流Imの周波数が低い時に、磁気コアC2内に巻線Nc
2によって生成される磁束が、磁気コアC1内に巻線N
mを通して磁化電流Imに依って生成される磁束と大き
さがほぼ同じで、その方向が逆となるような値として実
現されている。したがって巻線NpおよびNsを貫く全
磁束は零に近くなり、過剰干渉電圧の発生は防止され
る。
【0012】しかしながら巻線Np内で測定される電流
Ipの交流成分もまた、巻線Nc1およびNc2の中に
電流を誘導する傾向にある。電流が制限されていない場
合はコアC1およびC2および巻線NpおよびNsで形
成されている磁気回路は高い周波数領域で受動電流変成
器として動作できないので、電流変換器の上限閾値周波
数は低い状態に留まっている。しかしながら、 この上限
閾値周波数を増加させることは例えば巻線Nc1および
Nc2に直列接続されているインピーダンスZの値を、
被測定電流Ipの交流成分周波数に於いて、巻線Nc1
およびNc2内を流れる同一周波数の交流成分の過剰電
流を防止するような十分高い値とすることによって実施
できる。実際的には希望する周波数依存型インピーダン
スZを実現する最も簡単な方法は適当な大きさのキャパ
シタを使用することである。
【0013】本発明に基づく電流測定変換器を、図示さ
れたひとつの実施例によってここまで説明してきたが本
技術の当業者にとっては添付の特許請求の範囲に定めら
れた本発明の保護範囲から逸脱することなく、上述の例
とは異なる多くの構成要素で実現できることは理解され
よう。従って補償電流の強度を調整するための装置、す
なわち電源Um、検出器D及び可変利得増幅器IAは上
述のものとは異なったものとなろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】電流測定変換器の図式的回路図。
【図2】磁化巻線に供給される電圧Umおよび、この電
圧によって磁化巻線内に誘導される磁化電流Imの波形
を示す図。
【符号の説明】
C1 第一磁気コア C2 第二磁気コア Np 第一巻線 Ip 被測定電流 Ns 第二巻線 Is 補償電流 AC 交流電源 Nm 磁化巻線 Im 磁化電流 D 検出器 IA 可変利得増幅器 Nc1 第四巻線 Nc2 第五巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マッティ ロウニラ フィンランド国エスポー,カラサークセン ティエ 10ビー12 (72)発明者 ユハ コッコネン フィンランド国バンター,レイリティエ 6ビー31

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 本発明は補償原理に基づき動作する電流
    測定変換器に関わり;ひとつの窓を有する第一磁気コア
    (C1)で、被測定電流(Ip)用第一巻線(Np)と
    補償電流(Is)用第二巻線(Ns)とが巻き付けられ
    ている前記第一磁気コア(C1)と;これもまた第一巻
    線(Np)および第二巻線(Ns)とが周囲に巻き付け
    られている第二磁気コア(C2)と;補償電流を発生
    し、この補償電流によって第一磁気コア(C1)内に生
    成される磁束が、被測定電流(Ip)によって第一磁気
    コア内に生成された磁束を補償するようにその補償電流
    (Is)強度を調整するための装置で、補償電流を発生
    し調整するための前記装置が、第一コアを磁化電流(I
    m)に依って磁化するように配置された第三巻線(N
    m)を有する、前記補償電流発生並びに調整装置(A
    C,Nm,D,IA)と;第一磁気コア(C1)に巻か
    れた第四巻線(Nc1)と;それに第二磁気コア(C
    2)上に巻かれた第五巻線(Nc2)であって、第四及
    び第五巻線(Nc1,Nc2)は等しい数の巻線数を有
    しあるインピーダンス(Z)を介して閉ループを構成す
    るように直列接続されており、このインピーダンスは磁
    化電流(Im)の周波数領域では非常に低く、第二磁気
    コア(C2)内の第五巻線(Nc2)によって生じる磁
    束が第一磁気コア(C1)内で作用している磁束と逆向
    きで少なくともほぼ等しい値となるように考慮されてい
    る、第五巻線とで構成されている電流測定変換器に於い
    て、インピーダンス(Z)は周波数依存型で、被測定電
    流(Ip)の交流成分の周波数に於いて十分高く、第四
    および第五巻線(Nc1,Nc2)を流れる前記周波数
    の過剰電流の流れを防止する様な値を有することを特徴
    とする、前記電流測定変換器。
JP5077115A 1992-04-02 1993-04-02 補償原理に基づき動作する電流測定変換器 Pending JPH0627151A (ja)

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IT (1) IT1261539B (ja)

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