JP6040679B2

JP6040679B2 - 電源装置及びそれを備えた電流測定機器

Info

Publication number: JP6040679B2
Application number: JP2012214651A
Authority: JP
Inventors: 水谷　肇; 肇水谷
Original assignee: サクサ株式会社
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP2014072914A

Description

本発明は、単相３線式の電圧線から電源電力を生成する電源装置、及びそれを備えた電流測定機器に関する。

近年、人々が生活する上で必要な地球資源の枯渇が懸念されており、資源の消費により発生する二酸化炭素の影響による地球温暖化などの環境問題への対応が急がれている。また、原子力発電所の稼動停止に伴う電力不足や、原子力発電の比率を徐々に減らし、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの比率を徐々に増やすことに伴う電気料金の上昇などへの対応も急がれている。そのため、一般家庭においても、低消費電力の機器に交換するなどの省エネルギー指向が進み、電気料金の低減への関心も高まっている。

このような状況から、消費電力量の監視・表示を行うようなシステムとして、分電盤内に配置されている単相３線式の電圧線にカレントトランスを取り付け、その検知信号を電流測定機能及び無線通信機能を有する分電盤計測器に入力し、電流測定値を無線ＬＡＮの親機及びルータを介してインターネット上の管理サーバへ送信するシステムが提供されている（非特許文献１）。

しかしながら、このシステムにおける分電盤計測器は、電池を電源としているので、電池が無くなれば交換する手間がかかる。電源アダプタにより給電することも考えられるが、電源アダプタ及び電源コンセントが必要となる。また、カレントトランスからの誘起電圧を利用して電流測定回路の電源電力を得ることも知られているが（非特許文献２）、測定対象に電流が流れない場合は誘起電圧が得られない。

[平成２４年９月２７日検索]、インターネット<http://flets.com/eco/miruene/service.html> [平成２４年９月２７日検索]、インターネット<http://www.toyodenki.co.jp/html/it_turtle.html>

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、単相３線式の電圧線に取り付けられたカレントトランスに流れる電流を測定する電流測定回路を備えた電流測定機器の電源電力を、電池、電源アダプタ、及びカレントトランスからの誘起電圧を用いずに生成可能にすることである。

本発明に係る電源装置は、単相３線式の２本の電圧線に取り付けられる２つのカレントトランスと、前記２つのカレントトランスの間に接続される整流及び平滑回路と、を備え、前記２本の電圧線、前記２本の電圧線と前記２つのカレントトランスとの間に形成される２つの結合容量、前記２つのカレントトランス、並びに前記整流及び平滑回路により形成されるループを流れる電流の電荷を前記整流及び平滑回路を構成する平滑コンデンサに蓄積し、前記電荷を電源電力として、前記２つのカレントトランスに流れる電流を測定する負荷である電流測定回路に供給する電源装置である。
本発明に係る電流測定機器は、本発明に係る電源装置と、前記電流測定回路とを備えた電流測定機器である。

［作用］
本発明によれば、単相３線式の２本の電圧線、各電圧線に取り付けられるカレントトランス、各電圧線とそれぞれに取り付けられるカレントトランスとの間に形成される結合容量、並びに整流及び平滑回路により形成されるループを流れる電流の電荷を前記整流及び平滑回路を構成する平滑コンデンサに蓄積し、その電荷を電源電力として負荷である電流測定回路に供給する。

本発明によれば、単相３線式の電圧線に取り付けられたカレントトランスに流れる電流を測定する電流測定回路を備えた電流測定機器の電源電力を、電池、電源アダプタ、及びカレントトランスからの誘起電圧を用いずに生成可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る電流測定機器の電源装置の回路構成を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係る電流測定機器の電源装置において、所定の極性の電圧が電圧線に入力されている時の動作を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係る電流測定機器の電源装置において、図２と逆極性の電圧が電圧線に入力されている時の動作を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係る電流測定機器の電源装置の回路構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第１の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態に係る電流測定機器の電源装置の回路構成を説明するための図である。

図において、中性線１、第１の電圧線２、及び第２の電圧線３は、分電盤（図示せず）の内部に配置されている主開閉器と分岐開閉器との間の単相３線式の配電線である。即ち中性線１はアースされており、第１の電圧線２と第２の電圧線３には逆極性の１００ＶのＡＣ電圧が供給されている。

第１の電圧線２の外周には第１のカレントトランス４が取り付けられており、その巻線Ｌ１の両端には第１の電流測定回路６が接続されている。また、第２の電圧線３の外周には第２のカレントトランス５が取り付けられており、その巻線Ｌ２の両端には第２の電流測定回路７が接続されている。

第１の電圧線２と第１のカレントトランス４との間には結合容量Ｃ１が形成され、第２の電圧線３と第２のカレントトランス５との間には結合容量Ｃ２が形成される。各カレントトランスの内周面に金属電極を配置することで、積極的に結合容量を増やすことが好適である。また、各カレントトランスの内径を小さくしたり、長さを長くしたりすることで、結合容量を増やすこともできる。

第１，第２のカレントトランス４，５は、貫通型変流器（強磁性体のコア材に電線を巻いた中空のコイル）と呼ばれる電流センサであり、貫通している導体である第１，第２の電圧線２，３を流れる電流に比例する電流が巻線Ｌ１，Ｌ２に流れることで、第１，第２の電圧線２，３に流れる電流を検出することができる。

第１，第２の電流測定回路６，７は、例えば電流／電圧変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路などを備えており、第１，第２のカレントトランス４，５で検出された電流に比例する電圧をデジタル化する。

第１のカレントトランス４の巻線Ｌ１と、第２のカレントトランス５の巻線Ｌ２との間には、ラインＬ３，Ｌ４を介して整流及び平滑回路８が接続されており、整流及び平滑回路８の出力側には負荷９が接続されている。

負荷９は、第１，第２の電流測定回路６，７の測定値を無線ＬＡＮにより無線親機へ伝送する無線通信回路や、この電流測定機器の全体を制御する制御装置などである。また、便宜上、負荷９とは別に図示したが、第１，第２の電流測定回路６，７も負荷９を構成する。

整流及び平滑回路８は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなるダイオードブリッジで構成された両波（全波）整流回路と、その出力側に接続された電解コンデンサＣ３で構成された平滑回路とからなり、電解コンデンサＣ３に蓄積された電荷を電源とした電力が負荷９に供給される。

次に、整流及び平滑回路８の出力が負荷９に供給されるときの動作を説明する。図２は第１の電圧線２にプラス、第２の電圧線３にマイナスの電圧が印加されているときの動作を示し、図３は第２の電圧線３にプラス、第１の電圧線２にマイナスの電圧が印加されているときの動作を示す。また、これらの図において、一点鎖線は電流の通路を示す。

図２における一点鎖線で示すように、第１の電圧線２にプラス、第２の電圧線３にマイナスの電圧が印加されているときは、「第１の電圧線２→結合容量Ｃ１→巻線Ｌ１→ラインＬ３→ダイオードＤ１→電解コンデンサＣ３→負荷９→ダイオードＤ４→ラインＬ４→巻線Ｌ２→結合容量Ｃ２→第２の電圧線３」からなるループに電流が流れる。

また、図３における一点鎖線で示すように、第２の電圧線３にプラス、第１の電圧線２にマイナスの電圧が印加されているときは、「第２の電圧線３→結合容量Ｃ２→巻線Ｌ２→ラインＬ４→ダイオードＤ２→電解コンデンサＣ３→負荷９→ダイオードＤ３→ラインＬ３→巻線Ｌ１→結合容量Ｃ１→第１の電圧線２」からなるループに電流が流れる。

[第２の実施形態]
図４は本発明の第２の実施形態に係る電流測定機器の電源装置の回路構成を説明するための図である。ここでは、第１の実施形態と異なる部分のみを図示した。

本実施形態は第１の実施形態における整流及び平滑回路８と負荷９との間にスイッチ１０、及びスイッチ１０のオン／オフ（開／閉）を制御する制御信号を生成する手段としてのタイマー又は電圧測定回路１１を設け、整流及び平滑回路８の電解コンデンサＣ３に所定量の電荷が蓄積された時点でスイッチ１０をオフ（開）からオン（閉）に切り換え、負荷９を駆動するように構成したものである。

ここで、所定量の電荷が蓄積されたことは、スイッチ１０がオフの状態が所定時間継続していることがタイマーにより計測されたこと、又は電圧測定回路による電解コンデンサＣ３の両端の電圧の測定値が所定値に達したことに基づいて、検出することができる。なお、このタイマー又は電圧測定回路１１は負荷９を構成する。

[実施例]
次に実施例について説明する。分電盤内の主開閉器（電力会社によって、アンペアブレーカ、サービスブレーカなどと呼ばれている）と、分岐開閉器との間の単相３線式の２本の電圧線にカレントトランスを取り付け、２つのカレントトランスの巻線間のＡＣ電圧を測定したところ、約１．７３Ｖであった。また、２つのカレントトランスの巻線間にダイオードブリッジと３．３μＦの電解コンデンサで整流し、１５分間放置したところ、９Ｖ以上のＤＣ電圧が得られた。また、この電解コンデンサと並列に１ＭΩの抵抗を接続したところ、１１２ｍＶのＤＣ電圧が得られた。

以上詳細に説明したように、本発明の実施形態に係る電流測定機器の電源装置によれば、単相３線式の第１，第２の電圧線２，３、結合容量Ｃ１，Ｃ２、第１，第２のカレントトランス４，５、並びに整流及び平滑回路８により形成されるループに流れる電流を整流及び平滑回路８により整流及び平滑し、その出力電力を電流測定機器の電源電力とするので、電池、電源アダプタ、及び第１，第２のカレントトランス４，５からの誘起電圧を用いることなく、電源電力を生成することができる。

２…第１の電圧線、３…第２の電圧線、４…第１のカレントトランス、５…第２のカレントトランス、６…第１の電流測定回路、７…第２の電流測定回路、８…整流及び平滑回路、９…負荷、１０…スイッチ、１１…タイマー又は電圧測定回路。

Claims

単相３線式の２本の電圧線に取り付けられる２つのカレントトランスと、
前記２つのカレントトランスの間に接続される整流及び平滑回路と、を備え、
前記２本の電圧線、前記２本の電圧線と前記２つのカレントトランスとの間に形成される２つの結合容量、前記２つのカレントトランス、並びに前記整流及び平滑回路により形成されるループを流れる電流の電荷を前記整流及び平滑回路を構成する平滑コンデンサに蓄積し、前記電荷を電源電力として、前記２つのカレントトランスに流れる電流を測定する負荷である電流測定回路に供給する電源装置。
請求項１に記載された電源装置において、
前記カレントトランスの内周面に金属電極が配置されている電源装置。
請求項１に記載された電源装置において、
前記整流及び平滑回路の出力側に、スイッチと、該スイッチのオン／オフを制御する制御信号を生成するタイマー又は電圧測定回路が接続されている電源装置。
請求項１〜３のいずれかに記載された電源装置と、前記電流測定回路とを備えた電流測定機器。