JPS60501434A - 能動型変流器 - 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】 艦夏二亥羞Ｉ 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２３３０ ０４８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に は常にほぼｌ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って得 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って決められる。

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って除去される。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次巻線によっ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。これによっ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（２） 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く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ってしまう。

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に＝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弔に構成 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って解決される。本発明 の好ましい実施例は従属項の特徴によって示される。

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っ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かできる。従来の変流器では結合係数はに＝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（３） す、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って得られる。強磁性材を用いる場合 は結合係数はさらに材質の透磁率によって変化する。

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かあ 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 っ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交換する 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、のこぎり歯付け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（ ４） 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■−■線に沿った変流器の断面図、第８ａ図は連間部材を示す 正面図、第８ｂ図は一部断面にした第８ａ図の連間部材の正面図、第９ａ図は他 の連間部材を示す側面図、第９ｂ図は第９ａ図のＡ−Ａ線に沿った連間部材の断 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１．を流し、巻線面に磁束φｌを形成する巻線Ｗ １の１次巻線上と、磁束φｌ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φＩ３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■２が流れ、それによって検出巻線３を通過する磁束成分φ１３ は増幅度が比較的大きい場合はぼ完全に補償されるようになる。尚その場合結合 係数は増幅度によって変化することはない。このようにして２次側の電流■２は 巻線ｌに流れる被測定電流１．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 はに＝φ１３／φｌとなり、変流比は第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次巻線上を形成する被測定電流を導く平坦な導体ｌａを有する。平坦 な導体１ａは強磁性材から成るバイブロを包囲する。このバイブロは同様に強磁 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か 巻回される。電流端子４，５の領域である平坦な導体１ａの両脚部間差ひに平坦 な導体１ａによって形成される円筒状の１次巻線１と強磁性のバイブロ間に電気 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とバイブロはその間 に形成される空間８に絶縁材が充填されるがあるいは他の機械的な手段によって 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１１が円筒状の１次巻 線・１に流れることによって形成される磁場は強磁性のバイブロ並びに強磁性の コア７により２つの（６） 磁場に分割される。その場合その比は両弾磁性材６，７の導磁性によって決めら れる。その結果両部材を同じ強磁性材（例えばフェライト）にし、両部材６，７ の長さを等しくしてコア７をバイブロ内に径対称に配置すると磁束の分割比、従 って結合係数にはパイプないしコアの長手軸に垂直に延ひる径方向の断面積の比 によって決められる。結合係数にはバイブロの長さを等しくしてコア７を短くす ることによっ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っ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をバイブロに対 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 成することによっ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 。バイブロ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ｌ Ｏの突出部１０’ａ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って達 成される。この場合強磁性の板状部材１２はバイブロに偏心してバイブロＩ−あ るいはその近くに回動自在に軸承され、バイブロの領域」二を所望の変流比が得 られるまで回転される。

（７） さらに強磁性のねじ１３を用い磁場、従ってバイブロとコア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ットを有するフェライト部材を 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バイブ ロ並ひに巻線３゜２を有するコア７の長さは平坦な導体１ａによって形成される 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次巻線上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 ィスク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によって形成されるパイプ内にある全ての部材（場合によって 電子素子も含めて）を共通のブロッ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Ｉ−たように１次巻線ｌ２巻 線２，３．バイブロ並びにコア７を好ましくは円筒状の強磁性材から成る閉じた 戸閉部材内に配置するのが好ましい。この場合連間部材は２つの外被部材１８゜ １９から構成され両性被部材１８．１９の接触面２０．連間部材１８．１９の長 手軸、従ってバイブロの長手軸（第２（８） 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２３．２４から成る円筒状の遅閉部材 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２３．２４の接触面２ ５は遅閉部材２３．２４の長手軸、従ってバイブロの長手軸（第２図）に垂直な 面に存在する。図示した例では外被部２３は林状に、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バイブロを構成する。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。遅閉部材２３．２４の被覆部とパイプ２６．２ ７間の円筒空間２９は１次巻線ｌないし平坦な導体１ａを収納する働きをし、一 方パイブ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を導くために連間部材２３．２４ 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。

」二連した変波器の結合係数Ｋ並びに線形性は主にＢＰ：ＬＩＴｌ、Ｌ、、、： Ｌｓ及びＤＰ＝Ｄｒｎの比によって決められる。

ただしＢＰは平坦な導体１ａの幅であり、Ｌｍはバイブロの長さＬｓはパイプ状 巻線２，３の長さ、ＤＰは平坦な導体１ａによって形成されるパイプの内径、Ｄ 、Ｔ、はバイブロの外径である。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Ｂｐ　：　Ｌｒｎ＝２： 　１　、Ｌｒｌ、＝Ｌｓ及びＤＰ：Ｄ、ＴＩ≦２：ｌの時に得られる。

本発明の変流器は強磁性材（鉄粉、フェライト）の部分がわずかであるため比較 的高周波ののこぎり両信号を巻線２に供給するのに適している。その場合いわゆ る時分割法に従っ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 測足量を制御するデユーティ比として直接利用することができる。

１９２ Ｆｉｇ８ｑ　Ｆｉｇ、９ａ Ｆｉ９．８ｂ　Ｆｉｇ、９ｂ 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定電波１１を導く巻数Ｗ１の１次巻線と、測定電流Ｉ２を導く巻数Ｗ ２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って増幅器を介し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、変流 比を大きな値にするために検出巻線（３）は１次巻線（１）によって形成される 磁束φ１のうち磁束成分φ、３を検出し、その場合磁束成分φ、３の全体磁束φ ｌに対する比によって定められる結合係数Ｋを１よりかなり小さくしたことを特 徴とする能動型変流器。
2. （２）強磁性材と、外部に径方向に延びる電流端子を有しパイプ状に形成される 被測定電流１．を導く平坦な導体とを備え、導体内に強磁性のパイプ（６，２６ ，２７）が配置され、前記パイプが同様にパイプ状に形成された２次巻線（２） と検出巻線（３）を支持する強磁性コア（７）を包囲する特許請求の範囲第１項 に記載の変流器。
3. （３）変流比を微調節するために強磁性パイプ（６）並びにコア（７）が直接あ るいは磁気的に導通する部材を介して幾何学的な非対称部、従って磁気的な非対 称部を有し、この非対称部は所定形状の部材（１０，１１）あるいは例えば板状 部材（１２）あるいはねじ（１３）により形成される（第４図ないし第５図）特 許請求の範囲第２項に記載の変流器。
4. （４）検出巻線（３）と２次巻線（２）の巻線面を１次巻（２） 線（１）の電流磁場方向に対し角度（α）だけ回転させ結合係数Ｋをさらに減少 させるようにした特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の 変流器。
5. （５）外部磁束の影響を減少させるために強磁性のパイプ（６）と巻線（３、２ ）を有するコア（７）を平坦な導体（ｌａ）によって形成される１次巻線（１） の軸方向の長さよりも短くし、磁気的に導通ずる連間部材から成るカバー（１６ ，１７）を介してパイプ（６）のそれぞれ前面を接続するようにした特許請求の 範囲第２項または第３項に記載の変流器。
6. （６）１次巻線（１）、２次巻線（２）、検出巻線（３）、パイプ（６，２６， ２７）、並びにコア（７）を強磁性材から成る連間部材（１８，１９，２３，２ ４）内に配置するようにした特許請求の範囲第２項から第４項までのいずれか１ 項に記載の変流器。
7. （７）連間部材（１８，１９）は２つの外被部材（１８゜１９）から構成され円 外被部材（１８，１９）の接触面（２０）とパイプ（６）の長手軸が共通の面に 存在する特許請求の範囲第６項に記載の変流器。
8. （８）前記連間部材（２３，２４）は２つの外被部材（２３，２，４）から構成 され、その接触面（２５）がパイプ（６，２６，２７）の長手軸に垂直に延びる 面に存在する特許請求の範囲第６項に記載の変流器。
9. （９）前記パイプはそれぞれ外被部材（２３，２４）に一体形成され空隙（２８ ）によって互いに分離された２つのパ（３） イブ（２６，２７）から構成される特許請求の範囲第８項に記載の変流器。
10. （１０）平坦な導体（ｌａ）の幅とパイプ（６）の長さの比がほぼ２：ｌである 特許請求の範囲第２項から第５項までのいずれか１項に記載の変流器。
11. （１１）パイプ（６）の長さがパイプ状の２次巻線（２）と検出巻線（３）の長 さにほぼ等しい特許請求の範囲第１０項に記載の変流器。
12. （１２）平坦な導体（ｌａ）によって形成されるパイプの内径とパイプ（６，２ ６，２７）の外径の比が２＝１に等しいかそれよりも小さい特許請求の範囲第１ ０項または第１１項に記載の変流器。