JPH0329865A - 変圧器の励磁電流検出装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はインバータ等の電力変換器の交流側端子に接続
される変圧器の励磁電流検出装置に関する。

（従来の技術） 近年、大容量の自己消弧素子（例えばゲートターンオフ
サイリスタ：ＧＴ○等）の開発が盛んに行われ、インバ
ータ等の電力変換装置に用いられるようになってきた。

特にパルス幅変調制御インバータは、可変電圧可変周波
数の正弦波出力が得られることから交流電動機の駆動電
源として盛んに用いられるようになってきた。

当該インバータ等の電力変換器の交流側端子には、絶縁
の目的で、あるいは交流電圧を昇圧したり降圧したりす
る目的で、さらには、複数台のインバータと多重接続す
る目的で、変圧器が設置される。この変圧器は上記電力
変換器を構戊する素子のスイッチング特性のバラツキに
より、あるいは外部的要因により、直流バイアス電圧が
印加し、励磁電流が増太し、やがては片側方向に磁気飽
和（偏磁）することがある。

このような変圧器の直流偏磁を防ぐために、当該変圧器
の励磁電流を検出し、当該励磁電流が過大にならないよ
うに電力変換器の交流側出力電圧を調整する必要がある
。

第７図は、従来の変圧器の励磁電流検出装置を示す構！
戊図である。

図中、ＴＲは変圧器、”Ｉ．ｌＷ２は変圧器Ｔ　Ｒの↓
？、２次巻線、ＣＴ，　，　ＣＴ２は電流検出器、Ｋは
比例増幅器、Ａは加減算器である。

変圧器ＴＲの工次／２次巻数比を８１：８２とした場合
、比例増幅器Ｋは、ａ　２　／　ａ　１倍する増幅器を
用意する。

電流検出器ＣＴ１及びＣＴ２により、各々工次電流Ｔ■
及び２次電流■２を検出し比例増幅Ｋにより、２次電流
■２を（ａ２／ａ■）倍する。この値Ｉ２　＝　Ｉ２　
・（ａ２　／　ａ１）は２次電流のｌ次側換算値となる
。さらに１次電流検出値■，と上記２次電流の１次側換
算値■２を減算器Ａに入力し、変圧器ＴＲの励磁電流■
。−■、（ａ２／ａ．）・丁，を求めている。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の変圧器の励磁電流検出装置は次のよう
な問題点がある。

すなわち、変圧器の励磁電流■。の値は、工次電流Ｉ，
や２次電流（１次側換器）Ｒに比例するとごくわずかな
値であり、電流検出器の精度が悪いと、上記のようにし
て検出された励磁電流は信頼性のない値となってしまう
。

＝３ ４ ？えば、大容量の変圧器では、励磁電流Ｔ．は↓次電流
■１の２〜３％となるので、■■の定格を１００ＯＡと
した場合、Ｉ．の定格は３０Ａ程度となる。ここで、電
流検出器ＣＴ，，　ＣＴ２の精度誤差を工％とした場合
、ＩＯＡの検出誤差が出て従来の手法により変圧器の励
磁電流Ｔ。を求めると、単純に考えても約３０％の誤差
を含むことになる。実際には，上記励磁電流丁。の計算
は、１次電流Ｔ，と２次電流Ｉｒのベクトルの差となる
ので、上記励磁電流検出値の誤差はさらに大きくなる。

この励磁電流の検出誤差は当該励磁電流を制御したとき
指令値と実電流との相違をもたらし、従って変圧器から
必要な出力電圧が得られなくなる可能性もある。また変
圧器の直流偏磁対策等を行う場合でも正確な励磁電流が
検出できないため荊記電力変換器側から適正な補償電圧
を発生できなくなるという欠点があった。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもので変圧器
の励磁電流を正確に検出できる励磁電流検出装置を提供
することを目的とする。

〔発明の構威〕

（課題を解決するための手段） 以」二の目的を達戒するために、本発明は、工次７２次
の巻数比がｍ対ｎ＋ｋ　（ｍ，ｎは整数、黍は−０．５
≦β≦０．５の実数）の変圧器と、当該変圧器の１次電
流のｍ倍と２次電流のｎ倍との差を一括して検出する第
１の電流検出器と、２次電流を検出する第２の電流検出
器と、当該第２の電流検出器の出力を沼倍する手段と、
前記第１の電流検出器の出力と」二記β倍する手段の出
力との差を求め、その値を（　１　／　ｍ　）倍又は１
／（ｎ十濾）倍する手段とを具備している。

また、同目的を達或するために、本発明は、１次７２次
の巻数比がｍ対ｎ　（ｍ，ｎは整数）の変圧器と、当該
変圧器のｌ次電流のｍ倍と２次電流のｎ倍との差を一括
して検出する電流検出器と、当該電流検出器の出力を（
　１　／　ｍ　）倍又は（１／ｎ）倍する手段とを具備
している。

（作用） 変圧器のｔ次７２次巻数比がｍ対ｎ＋ｋの場合、工次電
流Ｔ１はｍターンの電流を、また２次電流■２は電流方
向を逆にしてｎターンの電流を貫通形ホールＣＴ等の電
流検出器（第１の電流検出器）により一括して検出する
。その結果、ｍ・■ユーｎ・■２が検出される。また、
第２の電流検出器により、２次電流工２を検出し，演算
増幅器等の手段によりＡ倍する。眉は−０．５≦ｋ≦０
．５の実数である。それをさらに減算器により、上記第
工の電流検出器の出力から差し引く、その値を（　１　
／　ｍ　）倍することにより、次式のように励磁電流（
１次側換算値）Ｔｏが求められる。

？。＝　　（ｍ４．−ｎ４２−７＆４２）／ｍ二■■一
（ｎ十沼）・■２／ｍ Ｉ１−Ｉ． このとき、第１の電流検出器はｍ・Ｉ１−ｎ−Ｉ２を検
出すればよいので、■１を直接検出する場合に比較する
と、検出電流の最大値は格段に小さくなり、その分検出
誤差も小さくなる。また、第２の電流検出器はβ■２を
検出すればよく、　沼は−０．５≦ｋ≦０．５の値をと
るので、やはり■２を直接検出する場合に比較すると、
ボの値に比例して検出誤差も小さくなる。

また、変圧器の１次／２次巻数比がｍ対ｎの場合、↓つ
の電流検出器により、１次電流工，のｍ倍と２次電流■
２のｎ倍の差を一括して検出する。その結果、ｍ・Ｉ１
−ｎ・■２が検出され、さらに比例増幅器により（　１
　／　ｍ　）倍することにより１次側に換算した励磁電
流１。を検出できる。すなわち？ｏ＝（ｍ・Ｉ１−ｎ・
Ｉ２）／ｍ ＝Ｉ■一　（　ｎ　／　ｍ　）　　・■２＝■■−■２ となる。このときの電流検出器はｍ・Ｉ，−ｎ・工，の
電流を検出すればよく、さらに実際に必要とされる励磁
電流■。は当該検出器の出力を１　／　ｍ倍したもので
、全体の検出誤差は従来方式より格段に小さくなる。

このようにして変圧器の励磁電流を精度良く検出するこ
とが可能となり、正確な励磁電流制御を７ ８ー ？えるようになる。また変圧器の直流偏磁に対しても適
正な補償が可能となる。

（実施例） 第１図乃至第６図は本発明の変圧器の励磁電流検出装置
の実施例を示す構或図である。

図中．ＴＲは変圧器、り，は１次巻線、ｗ２は２次巻線
、ＣＴエ，　ＣＴ２，　ＣＴは電流検出器、Ｋ，Ｋ■ｌ
　Ｋ２は比例増幅器、Ａは加減算器である。

第１図は変圧器ＴＲの１次７２次の巻数比が１対ｌの場
合を示す。

電流検出器ＣＴは第１図（ｂ）に示すように、流れてい
る電流線を直接貫通させるタイプのホールＣＴ等を用い
る。当該ホールＣＴに工次電流■１が流れている電線Ｌ
エと２次電流工２が流れている電線Ｌ２をその電流方向
が逆になるように貫通させ、励磁電流■。＝　１：，　
一Ｉ２を直接検出している。説明の便宜上、位置差を無
視して考えると、例えば，｛次電流Ｉ，　＝　１０１０
Ａ、２次電流Ｉ２＝１００ＯＡとした場合、励磁電流工
。は■。＝工■−Ｉ２＝１ＯＡを電流検出器ＣＴにより
検出することになる。ＣＴの精度を１％？した場合、検
出誤差はＯ．ＬＡとなる。従来の電流検出器はＩＯＯＯ
Ａに対する１％の誤差すなわち１ｏＡの誤差があったの
に対し、格段の精度の向上が図れる。

変圧器ＴＲの↓次／２次巻数比がｍ対ｎの場合、ホール
ＣＴを貫通する電線数は１次電流線がｍ本、２次電流線
がｎ本になる。すなわち、電流検出器ＣＴは、ｍ・工■
−ｎ４２の電流を検出する。従ってこの値を（１／ｍ）
倍することにより、ｌ次側に換算した励磁電流■。が次
式のように求められる。

？。＝　　（ｍ・■■−ｎ・Ｌ）／ｍ ＝Ｉ．−（ｎ／ｍ）　　・Ｔ■ Ｉ，　−　Ｉ２ ただし、Ｉ２は２次電流■２の１次側換算値、例えば、
ｍ＝２，ｎ＝３として、Ｉ．　＝１５１０Ａ、Ｉ２＝　
ＩＯＯＯＡの場合 ＝１０ ？なる。電流検出器ＣＴは、ｍ　４．　−　ｎ　４２＝
　２０Ａの電流を検出すればよく、その精度を１％とす
ると検出誤差は０．２Ａとなる。　しかも実際に使用す
る励磁電流工。はその（１／ｍ）＝０．５倍であるので
、実際の検出誤差は０．ＩＡとなる。従来の検出器では
、１５００Ａに対する１％すなわち、　１５Ａの検出誤
差があるのに対し、約１５０倍の精度の向上が図れる。

第２図は、変圧器のｌ次／２次巻数比が１対１．２の場
合を示す。

第１の電流検出器ＣＴ■は１次電流■■と２次電流工２
の差を検出する。また、第２の電流検出器ＣＴ２は２次
電流工２を検出する。この第２の電流検出器ＣＴ２の出
力は比例増幅器Ｋを介して、ｄ＝０．２倍される。さら
に減算器Ａにより、前記第１の電流検出器ＣＴ■の出力
信号■■一１２と前記比例増幅器Ｋの出力信号０．２・
■２の差を求め、次のように励磁電流Ｔ。を算出してい
る。

？．＝Ｉ■−Ｉ２−０．２・Ｔ７． ？■■−１．２・Ｔ２ ？１■−Ｉ２ ？えば、Ｉ１＝　１２１ＯＡ、Ｉ２＝　ＩＯＯＯＡとし
て、位相差を無視して考えると、第工の電流検出器ＣＴ
■はＩ、−Ｉ■＝２１０Ａを検出することになる。その
精度を１％とすると検出誤差は２．ＩＡとなる。　また
、第２の電流検出器ＣＴ２はＩＯＯＯＡを検出し、精度
を１％とすると誤差はＩＯＡとなる。しかし次の比例増
幅器Ｋにより、０．２倍されるので、検出値は２００Ａ
で誤差は、２Ａとなる。すなわち、減算器Ａに入力され
る２つの信号の誤差はともに約２Ａということになる。

従来の検出装置では１２００Ａの１％すなわち、１２Ａ
の誤差があったのに対し、約６倍の精度の向上が図れる
ことになる。

第３図は、変圧器ＴＲの１次／２次巻数比が１対２．２
の場合を示す。

第１の電流検出器ＣＴ１は、　１次電流■、と２次電流
■２の２倍との差を検出し、減算器Ａにその信号を入力
する。　また、第２の電流検出器ＣＴ２は２次電流■２
を検出し、比例増幅器Ｋにより０．２倍し、１１ １２ 減算器Ａにその信号を入力する。その結果、励磁電流■
。が次式のように求められる。

？。＝Ｉ１−２・Ｉ２−０．２・工２ ＝Ｉよ−２．２・■２ ＝■■−■２ ？えば、位相差を然視して工■＝２２１ＯＡ、工２１０
００Ａで考えると、第１の電流検出器ＣＴ１は、Ｔ１２
・Ｉ２＝２１０Ａを検出することになる。その精度を１
％とすると、検出誤差は２．１Ａとなる。また、第２の
電流検出器ＣＴ２は１０００　Ａを検出し精度を１％と
すると、誤差はＩＯＡとなる。しかし、比例増幅器Ｋを
介して０．２倍されるので、誤差は２Ａとなる。すなわ
ち、減算器Ａに入力される２つの信号の誤差はともに約
２Ａということになる。従来の検出装置では、２２００
Ａの１Ｉすなわち、２２Ａの誤差があったのに対し、約
１１倍の精度の向」二が図れることになる。

第４図は、変圧器ＴＲの１次７２次巻数比がｍ対ｎ＋沼
の場合を示すもので、ｍ，ｎは整数、β？一０．５≦β
≦０．５の実数となる。第３図に対応するとｍ＝＝１，
ｎ＝２，β＝０．２である。

第１の電流検出器ＣＴ１は、　１次電流■、のｍ倍と２
次電流１■のｎ倍との差ｍ４■一ｎ・１２を一括して検
出する。第２の電流検出器ＣＴ２は２次電流丁，を検出
しその出力を比例増幅器Ｋ１により｛倍する。

減算器Ａにより、前記第１の電流検出器ＣＴ■の出力信
号ｍ・工■−ｎ−Ｉ２と前記比例増幅器Ｈ■の出力信号
沼・■２との差を演算し、さらに比例増幅器Ｋ２により
（１／ｍ）倍することにより，次式で示される励磁電流
（１次側換算値）■ｏが求められる。

？。＝　　（ｍ・Ｉ，−（ｎ十沼）Ｌ）／ｍ＝■■−（
ｎ十４）Ｔｉ／ｍ ＝Ｉ１−Ｉ２ ただし、工２は２次電流Ｉ２の１次側換算値である。

変圧器の１次７２次巻数比が１対１．４の場合、　２対
２．８として、ｍ＝２，ｎ＝３，　　ｔＡ＝−０．２と
して励磁電流■。を検出したほうが、検出誤差が小さく
なる利点がある。

？５図は、変圧器の１次／２次巻数比が１．２５対１の
場合を示す。降圧形の変圧器である。

第１の電流検出器ＣＴ１は、　１次電流■１と２次電流
■２の差を一括して検出する。また、第２の電流検出器
ＣＴ２は工次電流■１を検出し、　比例増幅器Ｋ１によ
り、その信号を０．２５倍する。加減器Ａにより、第工
の電流検出器ＣＴ１の出力信号■■一Ｉ２　と比例増幅
器Ｋ■の出力信号０．２５・■１の和を求め、さらに第
２の比例増幅器Ｋ２により（１．／１．２５）倍するこ
とにより、励磁電流Ｔ。を検出する。

Ｉｏ＝　（Ｉ１−Ｌ　＋０．２５Ｉ．）／］．．２５？
■、−　（１／１．２５）・工２＝工■一■２？こで、
第２の比例増幅器Ｋ２として、１倍を用いると、２次側
に換算した励磁電流■。が得られることは言うまでもな
い。

Ｉ１＝］．０１０Ａ、１■＝１２５ＯＡの場合を考える
と、第１の電流検出器ＣＴ■は■■一Ｉ．　＝　−　２
４０Ａを検出すればよく，精度を１％とすると、　検出
誤差は２．４Ａとなる。　また、第２の電流検出器ＣＴ
２はＩ１＝］Ｏ］．０？を検出し、精度を工％とじた場
合、誤差は１０．ｌＡとなるが、次の比例増幅器Ｋ■に
より０．２５倍されるので、誤差は２．５２５Ａとなる
。　さらに第２の比例増幅器Ｋ２により（　１　／１．
２５）倍されているので、上記２つの信号の誤差として
は、約２Ａということになる。従来の検出装置では、Ｉ
ＯＯＯＡの１％すなわちＩＯＡの誤差があったのに対し
、約５倍の精度の向上が図れたことになる。

第６図は、変圧器ＴＲの１次／２次巻数比が、工対０．
８の場合を示す。変圧器としては第５図と全く同一のも
のであるが、第１及び第２の電流検出器ＣＴ１及びＣＴ
２の入れ方を変えている。

第１の電流検出器ＣＴ■は１次電流Ｉ１と２次電流■２
の差を一括して検出する。第２電流検出器ＣＴ２は、２
次電流■２を検出し、比例増幅器Ｋにより、０．２倍す
る。さらに加算器Ａにより、上記ＣＴ１の出力とＫの出
力の和を演算し、励磁電流■。を求めている。

：［ｏ＝Ｉ１−Ｉ２＋０．２Ｉ２ １５− １６− ＝Ｉよ−０．８・工２ ＝工、−■２ ？れは、第４図に対応させるとｍ＝１，ｎ＝１，沼＝−
０．２になる。

■■＝１０１０Ａ，　Ｉ２＝１２５０Ａとした場合、第
１の電流検出器ＣＴ１は■、−Ｉ２＝−２４０Ａを検出
し、その精度を工％とすると、誤差は２．４Ａとなる。

　また、第２の電流検出器ＣＴ２は、Ｌ　＝　１２５０
Ａを検出し、その精度を１％とすると、誤差は１２．５
Ａとなるが、比例増幅器Ｋを介して０．２倍されるので
、誤差は２．５Ａとなる。第５図の手法に比較すると検
出誤差は少し大きくなる。しかし、従来の検出装置と比
較すれば、約４倍の精度の向上が期待できる。

一般に、変圧器ＴＲは、工次７２次巻数比をｍ対ｎとし
て整数比で表わすことができる。例えば、１次巻線数５
０ターン、２次巻線数１００ターンではｍ＝１＋　ｎ＝
２となって、簡単な数値となり、端数はでてこないで済
む。このような場合には、第１図あるいは、その応用例
で述べたように１つの電流検出器を用いて非常に精度良
く、励磁電流工。

を検出できる。

しかし例えば、工次巻線数、５０ターンに対し、２次巻
線数１１０ターンの変圧器では、ｍ　＝　５、ｎ＝１１
となり、合計１６本の電線がホールＣＴの磁路を交差し
なければらならず、構威が複雑になる。

そこで、第４図で示したように、工次／２次巻数比とし
て、ｌ対２．２として表現し、　ｎ＝２，，４＝０．２
として励磁電流■。を検出する。検出精度はやや低下す
るが、構或が簡単になる利点があり、従来の方法に比較
すると大幅な精度の向上が期待できる。

降圧形の変圧器の励磁電流Ｉ。を検出する場合、１次／
２次巻数比をｎ＋ｋ対ｍに考え、第工の電流検出器ＣＴ
１で（ｎ−■．一ｍ−Ｉ２）を一括して検出し、第２の
電流検出器ＣＴ２で検出したＩエをす倍し、加算器によ
り上記ＣＴエの出力信号に加える。その結果を１／（ｎ
＋沼）倍すれば、１次側に換算した励磁電流■。が求め
られることは第５図の実施例で示した。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の変圧器の励磁電流検出装置によ
れば、変圧器の王次７２次巻数比により、整数ｍ，ｎ及
び実数Ａを適当に選ぶことにより、検出誤差を格段に小
さくすることが可能となり、正確な励磁電流制御が達或
できる。又、変圧器の直流偏磁に対し、正確な検出が可
能となり、その補正も適正に行うことができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第工図乃至第６図は本発明の変圧器の励磁電流検出装置
のそれぞれ異る実施例を示す構成図、第７図は従来の励
磁電流検出装置の構戒図である。 ＴＲ：変圧器 Ｗｌｌ臀２：変圧器の１次、２次巻線 ＣＴ．　，　ＣＴ２，　ＣＴ　：電流検出器Ｋ，　Ｋ１
，　Ｋ２：比例増幅器 Ａ：加減算器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）１次／２次の巻数比がｍ対ｎ（ｍ，ｎは整数）の
   変圧器と、当該変圧器の１次電流のｍ倍と２次電流のｎ
   倍との差を一括して検出する電流検出器と、当該電流検
   出器の出力を（１／ｍ）倍又は（１／ｎ）倍する手段と
   を具備してなる変圧器の励磁電流検出装置。（２）１次
   ／２次の巻数比がｍ対ｎ＋ｋ（ｍ，ｎは整数、ｋは−０
   ．５≦ｋ≦０．５の実数）の変圧器と、当該変圧器の１
   次電流のｍ倍と２次電流のｎ倍との差を一括して検出す
   る第１の電流検出器と、前記変圧器の２次電流を検出す
   る第２の電流検出器と、当該第２の電流検出器の出力を
   ｋ倍する手段と、前記第１の電流検出器の出力と上記ｋ
   倍する手段の出力の差又は和を求め、その値を（１／ｍ
   ）倍又は１／（ｎ＋ｋ）倍をする手段とを具備してなる
   変圧器の励磁電流検出装置。 （３）１次／２次の巻数比がｎ＋ｋ対ｍ（ｍ，ｎは整数
   、ｋは−０．５≦ｋ≦０．５の実数）の変圧器と、当該
   変圧器の１次電流のｎ倍と、２次電流のｍ倍との差を一
   括して検出する第１の電流検出器と、前記変圧器の１次
   電流を検出する第２の電流検出器と、当該第２の電流検
   出器の出力をす倍する手段と、前記第１の電流検出器の
   出力と上記ｋ倍する手段の出力の和又は差を求め、その
   値を（１／ｍ）倍又は１／（ｎ＋ｋ）倍をする手段とを
   具備してなる変圧器の励磁電流検出装置。