JPH0529167A - 変流装置 - Google Patents

変流装置

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JPH0529167A
JPH0529167A JP3206250A JP20625091A JPH0529167A JP H0529167 A JPH0529167 A JP H0529167A JP 3206250 A JP3206250 A JP 3206250A JP 20625091 A JP20625091 A JP 20625091A JP H0529167 A JPH0529167 A JP H0529167A
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JP
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current
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magnetic
magnetic path
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JP3206250A
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Inventor
Hiroshi Numakura
弘 沼倉
Seiichi Hamazaki
誠一 浜崎
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度の変流装置を得る。 【構成】 磁路体2の透磁率が最大透磁率μmになるよ
うに電源5と抵抗6とからなる電流流入手段にて巻線3
にバイアス磁界用直流電流IBが流されている。この
時、検出抵抗4に電流ICが流れ、検出抵抗4の両端間
にはバイアス電圧が生じている。この状態において、被
検出体1に被検出電流I1が流れると、電磁誘導の原理
に基づいて巻線3に被検出電流I1を検出電流I2が流れ
る。この検出電流I2は結合係数Kが高くかつ略一定の
範囲が広くされているので、精度の高い検出電流I2
得られている。検出電流I2が巻線3に流れると、この
検出電流I2は検出抵抗4に流れ、検出抵抗4の両端に
は検出電圧Ebが現れる。この検出電圧Ebは出力回路7
に入力されて処理され、バイアス電圧が消去された出力
電圧Eが出力されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、被検出電流が流れる
被検出体と鎖交する磁路体に巻回された巻線によって被
検出電流を変流して検出電流として取り出す変流装置に
関するものであり、例えば、変成器、電力量計あるいは
交流電流センサなどに用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】図12は、例えば「センサ・インターフ
ェーシングNo.3」(CQ出版株式会社発行、昭和6
2年2月10日第6版発行)のP.P.111〜117
に示された従来の変流装置であり、図12において、1
は被検出電流I1が流れる導体(電線)からなる被検出
体、2はこの被検出体と鎖交する鉄心からなる磁路体
で、上記被検出体1を取り囲んでいるものである。3は
上記磁路体1に巻回され、上記被検出体1に流れる被検
出電流を変流した検出電流12が流れる巻線で、券回数
2で券回されているものである。4はこの巻線の両端
間に接続され、上記巻線3に流れる検出電流I2を出力
電圧Eに変換するための抵抗値Rを持った検出抵抗であ
る。
【0003】次に、このように構成された従来の変流装
置の動作について説明する。まず、被検出体1に被検出
電流11が流れると、電磁誘導の原理に基づいて巻線3
に被検出電流I1を変流した検出電流I2が流れる。この
検出電流I2は次の数1によって表される。
【0004】
【数1】
【0005】上記数1において、Kは結合係数、N1
被検出体1の券回数であり、この従来例では導体である
ので1である。上記数1によって示された検出電流I2
が巻線に流れると、この検出電流I2は検出抵抗4に流
れ、検出抵抗4の両端には出力電圧E(=R×I2)が
現れることになる。従って、検出抵抗4の抵抗値Rを適
当に選択することにより、所望の出力電圧Eの値を得る
ことが出きるものである。
【0006】ところで、被検出体1に流れる被検出電流
1に対する出力電圧Eの関係は図13に示す関係にな
っているものである。つまり、被検出体1に流れる被検
出電流I1は次の数2によって表される。
【0007】
【数2】
【0008】この数2における結合係数Kは、被検出体
1に流れる被検出電流I1の電流値によって一定ではな
く、図14に示すように、被検出電流I1がある値より
小さいときは、被検出電流I1の増加とともに比例して
増加し、ある値より大きくなると徐々に増加し、ある値
を越えると減少するという傾向を持っているものであ
る。従って、被検出電流I1を変流した検出電流I2は数
1からも判るように被検出電流I1に比例した電流にな
らず、出力電圧Eも図13に示すように被検出電流I1
に比例した電圧にならないものである。
【0009】ここで、さらに、この結合係数Kが被検出
体1に流れる被検出電流I1の電流値によって一定にな
らない点について図15を用いて詳細に説明する。この
図15における被検出体1(一次巻線)と巻線3(二次
巻線)との結合係数Kは次の数3によって表される。
【0010】
【数3】
【0011】この数3において、L1は被検出体1の自
己インダクタンス、L2は巻線3の自己インダクタン
ス、Mは被検出体1と巻線3との相互コンダクダンスで
ある。そして、被検出体1の自己インダクタンスL1
巻線3の自己インダクタンスL2及び被検出体1と巻線
3との相互コンダクダンスMは次の数4によって表され
る。
【0012】
【数4】
【0013】この数4において、N1は被検出体1の巻
回数、N2は巻線3の巻回数、Φは被検出体1と巻線3
との相互磁束(主磁束)、Φ1は被検出体1の漏れ磁
束、Φ2は巻線3の漏れ磁束である。この数4を数3に
代入して結合係数Kを求めると、次の数5になる。
【0014】
【数5】
【0015】この数5から判るように、結合係数Kを理
想状態である1にするには、被検出体1の漏れ磁束Φ1
及び巻線3の漏れ磁束Φ2を零にすれば良いが、現実的
には不可能なものである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の変流装
置にあっては、上記で述べたように結合係数Kが一定で
ないため、特に、磁路体2を安価な硅素鋼板で形成した
場合、透磁率μが低いため、被検出体1の漏れ磁束Φ1
及び巻線3の漏れ磁束Φ2が大きく、結合係数Kが低く
なり、被検出体1の被検出電流I1を変流した巻線3の
検出電流I2の精度が悪いという問題点を有していた。
【0017】また、結合係数Kを高める方法として、磁
路体2を透磁率μの高い材料、例えば、パーマロイを用
いて被検出体1と巻線3との相互磁束Φを増加させると
ともに被検出体1の漏れ磁束Φ1及び巻線3の漏れ磁束
Φ2を減少させることが考えられる。しかるに、磁路体
2として透磁率μの高いパーマロイなどを用いると高価
格になってしまうという問題点を有することになってし
まう。
【0018】この発明は、上記した点に鑑みてなされた
ものであり、例え、低価格の透磁率の低い材料のものを
磁路体に用いたとしても、高精度の変流装置を得ること
を目的としているものである。また、透磁率の高い材料
のものを磁路体に用いた場合には、さらに高精度の変流
装置を得ることを目的としているものである。さらに、
精度を同じにした場合には大きな出力電圧が得られる変
流装置を得ることを目的としているものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明に
係わる変流装置は、被検出電流が流れる導体または巻線
からなる被検出体と鎖交する磁路体と、この磁路体に巻
回され検出電流が流れる巻線と、磁路体に一定の磁束を
付与する磁束付与手段とを設けたものである。
【0020】この発明の第2の発明に係わる変流装置
は、被検出電流が流れる被検出体と鎖交する磁路体と、
この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線と、この巻
線に一定の直流電流を流す電流流入手段とを設けたもの
である。
【0021】この発明の第3の発明に係わる変流装置
は、被検出電流が流れる被検出体と鎖交する磁路体と、
この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線と、磁路体
と鎖交し、一定の直流電流が流される巻線または導体か
らなる電流流入体とを設けたものである。
【0022】この発明の第4の発明に係わる変流装置
は、被検出電流が流れる被検出体と鎖交する磁路体と、
この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線と、磁路体
に取り付けられた永久磁石とを設けたものである。
【0023】この発明の第5の発明に係わる変流装置
は、被検出電流が流れる被検出体と鎖交する磁路体と、
この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線と、磁路体
の透磁率を増大させる透磁率増加手段とを設けたもので
ある。
【0024】
【作用】この発明の第1の発明にあっては、磁束付与手
段が、磁路体に一定の磁束を生じさせるバイアス磁界を
加え、磁路体の透磁率を増加させて、被検出体と巻線と
の結合係数を増加せしめる。
【0025】この発明の第2の発明にあっては、電流流
入手段が、巻線に一定電流を流して磁路体に一定の磁束
を生じさせ、磁路体の透磁率を増加させて、被検出体と
巻線との結合係数を増加せしめる。
【0026】この発明の第3の発明にあっては、電流流
入体が、一定の直流電流を流されることによって磁路体
に一定の磁束を生じさせ、磁路体の透磁率を増加させ
て、被検出体と巻線との結合係数を増加せしめる。
【0027】この発明の第4の発明にあっては、永久磁
石が磁路体に一定の磁束を生じさせ、磁路体の透磁率を
増加させて、被検出体と巻線との結合係数を増加せしめ
る。
【0028】この発明の第5の発明にあっては、透磁率
増加手段が、磁路体の透磁率を増加させて、被検出体と
巻線との結合係数を増加せしめる。
【0029】
【実施例】実施例1.以下に、この発明の実施例1を図
1に基づいて説明すると、図1において、上記図12に
示した従来例と同一符号は同一または相当部分を示して
いるものであり、5は直流電圧Vを発生する直流バイア
ス磁界印加用の電源で、マイナス側端子が巻線3の一端
に接続されている。6はこの電源のプラス側端子と巻線
3の他端との間に接続された直流バイアス磁界設定用の
抵抗で、抵抗値Rbを有している。そして、これら電源
5と抵抗6とによって巻線3に一定の直流電流IBを流
す電流流入手段を構成しているものであり、磁路体2に
一定の磁束(IB×N2…直流バイアス磁界)を付与する
磁束付与手段として機能するとともに、磁路体2の透磁
体2の透磁率を増大させる透磁率増加手段として機能す
るものである。
【0030】7は検出抵抗4によって検出された検出電
圧Ebの信号を処理して出力電圧Eを出力する出力回路
で、この実施例1にあっては巻線3の他端と一方の出力
端との間に接続されたコンデンサ7aと、このコンデン
サ7aの他方の電極と巻線3の一端との間に接続された
抵抗7bとからなるバイパスフィルタによって構成され
ているものである。
【0031】次に、この様に構成された変流装置におい
て、電流流入手段を設けたことにより、磁路体2の透磁
率が増加し、被検出体1と巻線3との結合係数が向上す
ることについて説明する。図2は磁路体における磁化力
H(直流バイアス磁界)に対する透磁率μとの関係を示
す図である。この図2から判るように磁化力Hが0(a
点、上記従来例に相当)の時の透磁率μiに対して電源
5と抵抗6とからなる電流流入手段によって巻線3に電
流IBを流すことにより、磁路体2の磁化力Hを増加さ
せると、磁路体2の透磁率が上昇しているものである。
【0032】電源5と抵抗6とからなる電流流入手段に
よって巻線3に流すバイアス磁界用電流IBと巻線3の
券回数N2を適当に選択することによって磁路体2のバ
イアス磁化力Hを図示b点に設定すると、磁路体2の透
磁率を最大透磁率μmにすることができる。したがっ
て、この実施例1のものにあっては、最大透磁率μm
なるように設定されている。ただし、この最大透磁率μ
mになる磁化力であるb点未満であっても良く、また、
b点を越えたものであっても良い。しかし、b点を越え
ると透磁率が磁化力0の時より高いものの急激に低下す
るため、動作の安定性、信頼性の点で問題が生じるので
好ましくはない。
【0033】そして、磁路体2の透磁率を最大透磁率μ
mとした場合、被検出体1における被検出電流I1に対す
る被検出体1と巻線3との結合係数Kの関係は図3に示
すようになる。この図3から判るように、従来例のもの
の図14に示したものに対して全体的に結合係数がかた
くなており、しかも、略一定の範囲が広くなっているも
のである。
【0034】次に、この実施例1のものの動作について
説明する。まず、磁路体2の透磁率が最大透磁率μm
なるように電源5と抵抗6とからなる電流流入手段によ
って巻線3にバイアス磁界用直流電流IBが流れるよう
にされている。この時、電源5から抵抗6に電流IA
流れ、検出抵抗4に電流IC(=IA−IB)が流れ、検
出抵抗4の両端間には図4に示すようにバイアス電圧
(=IC×R)が生じている。
【0035】この状態において、被検出体1に図5に示
す被検出電流I1が流れると、電磁誘導の原理に基づい
て巻線3に被検出電流I1を変流した検出電流I2が流れ
る。この検出電流I2は上記数1によって表される。こ
の実施例1においては結合係数Kが図3に示すように高
くかつ略一定の範囲が広いので、精度の高い検出電流I
2が得られているものである。上記数1によって示され
た検出電流I2が巻線3に流れると、この検出電流I2
検出抵抗4に流れ、検出抵抗4の両端には図6に示すよ
うに検出電圧Eb(=R×I2+R×IC)が現れること
になる。
【0036】この検出電圧Ebは出力回路7に入力され
て処理され、図7に示すようなバイアス電圧が消去され
た出力電圧Eが出力されることになるものである。そし
て、被検出体1に流れる被検出電流I1に対する出力電
圧Eの関係は図8に示す関係になっているものである。
この図8から判るように、被検出電流I1に対する出力
電圧Eが従来例のものを示した図13に比べて全体的に
高い電圧が得られ、しかも、検出抵抗4の抵抗値Rが5
KΩまでは直線部分、つまり比例関係になっている部分
が広範囲にわたっているものである。従って、上記に示
した実施例1のものにあっては簡単な回路を付加するだ
けで精度の高い変流装置が得られているものである。
【0037】実施例2.図9はこの発明の実施例2を示
すものであり、上記実施例1のものが電流流入手段を電
源5と抵抗6によって構成したものであるのに対して、
マイナス側端子が巻線3の一端に接続された直流電圧V
Bを発生する直流バイアス磁界印加用の電源8と、この
電源8のプラス側端子に非反転入力端が接続されるとと
もに反転入力端が巻線3の他端に接続される演算増幅器
9と、この演算増幅器9の反転入力端と出力端との間に
接続される抵抗10とによって構成される電流ー電圧変
換回路によって構成したものであり、演算増幅器9の出
力端に検出電圧Ebが得られ、この検出電圧Ebが出力回
路7によって処理され、出力電圧Eが出力されるもので
ある。この実施例2のものにあっても上記した実施例1
のものと同様な効果を奏するものである。
【0038】実施例3.図10はこの発明の実施例3を
示すものであり、図10において図1に示した実施例1
のものと同一符号は同一または相当部分を示しているも
のであり、11は直流電圧Vを発生する直流バイアス磁
界印加用の電源、12はこの電源のプラス側端子に一端
が接続された直流バイアス磁界設定用の抵抗で、抵抗値
Rbを有している。13は磁路体2と鎖交し、上記電源
11及び抵抗12によって一定の直流電流が流される電
流流入体で、この実施例3においては、磁路体2に券回
され、一端が上記抵抗12の他端に接続されるとともに
他端が上記電源11のマイナス側端子に接続される巻線
によって構成されているものである。
【0039】そして、これら電源11と抵抗12と電流
流入体13とによって磁路体2に一定の磁束(IB×N2
…直流バイアス磁界)を付与する磁束付与手段として機
能するとともに、磁路体2の透磁率を増大させる透磁率
増加手段として機能するものである。
【0040】この実施例3のものにあっても、上記した
実施例1のものと同様な効果を奏する他、実施例1のも
ののように出力回路7を設けなくても良いという効果を
も奏するものである。なお、この実施例3のものにあっ
ては、電流流入体13として巻線を用いたものを示した
が、これに限られるものではなく、磁路体2と鎖交した
ものであれば良く、例えば電線のような導体であっても
良いものである。また、この実施例3のものにあって
は、電流流入体13に電流を流入するために電源11を
設けているが、この電源11は、特に、設ける必要がな
く、変流装置に流入する電流あるいは他の電子回路に流
入する電流を電流流入体13に流入させるようにしても
良いものである。
【0041】実施例4.図11はこの発明の実施例4を
示すものであり、図11において図1に示した実施例1
のものと同一符号は同一または相当部分を示しているも
のであり、2は被検出体1と鎖交する鉄心からなる磁路
体で、被検出体1を取り囲み、一部に切り欠き部が形成
されているものである。14は磁路体2の切り欠き部に
配設された永久磁石で、磁路体2に一定の磁束(直流バ
イアス磁界)を付与する磁束付与手段として機能すると
ともに、磁路体2の透磁率率を増大させる透磁率増加手
段として機能するものである。
【0042】この実施例4のものにあっても、上記した
実施例1のものと同様な効果を奏する他、実施例1のも
ののように出力回路7を設けなくても良く、さらに、上
記実施例1及び実施例2のように磁路体2に一定の磁束
を付与するために電流を流す必要がないため省電力化が
図れるという効果をも奏するものである。
【0043】なお、上記実施例4に示す永久磁石14を
磁路体2に設けたものを、上記実施例1ないし3に示し
たものの磁路体2に置き換えて相乗効果を得るようにし
ても良いものである。また、上記実施例1ないし4に示
したものにあって、被検出体1として電線のような導体
を用いたものとしたがこれに限られるものではなく、巻
線であっても良いものである。さらに、上記実施例1な
いし4のものにおける磁路体2は硅素鋼板でも良く、ま
た、パーマロイのように高透磁率のものであっても良い
ものである。
【0044】
【発明の効果】この発明の第1の発明は、以上に述べた
ように、被検出電流が流れる導体または巻線からなる被
検出体と鎖交する磁路体と、この磁路体に巻回され検出
電流が流れる巻線と、磁路体に一定の磁束を付与する磁
束付与手段とを設けたので、磁路体の透磁率が高めら
れ、被検出体と巻線との結合係数が改善されて高精度の
変流装置が得られるという効果を有するものである。
【0045】この発明の第2の発明は、被検出電流が流
れる被検出体と鎖交する磁路体と、この磁路体に巻回さ
れ、検出電流が流れる巻線と、この巻線に一定の直流電
流を流す電流流入手段とを設けたので、磁路体に一定の
磁束が付与され、磁路体の透磁率が高められ、被検出体
と巻線との結合係数が改善されて高精度の変流装置が得
られるという効果を有するものである。
【0046】この発明の第3の発明は、被検出電流が流
れる被検出体と鎖交する磁路体と、この磁路体に巻回さ
れ、検出電流我流れる巻線と、磁路体と鎖交し、一定の
直流電流が流される巻線または導体からなる電流流入体
とを設けたので、磁路体に一定の磁束が付与され、磁路
体の透磁率が高められ、被検出体と巻線との結合係数が
改善されて高精度の変流装置が得られるという効果を有
するものである。
【0047】この発明の第4の発明は、被検出電流が流
れる被検出体と鎖交磁路体と、この磁路体に巻回され、
検出電流が流れる巻線と、磁路体に取り付けられた永久
磁石とを設けたので、省電力の元に、磁路体に一定の磁
束が付与され、磁路体の透磁率が高められ、被検出体と
巻線との結合係数が改善されて高精度の変流装置が得ら
れるという効果を有するものである。
【0048】この発明の第5の発明は、被検出電流が流
れる被検出体と鎖交する磁路体と、この磁路体に巻回さ
れ、検出電流が流れる巻線と、磁路体の透磁率を増大さ
せる透磁率増加手段とを設けたので、被検出体と巻線と
の結合係数が改善されて高精度の変流装置が得られると
いう効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す構成図。
【図2】この発明の実施例における磁路体2における磁
化力に対する透磁率の関係を示す図。
【図3】この発明の実施例における被検出体1の被検出
電流に対する被検出体1と巻線3との結合係数の関係を
示す図。
【図4】この発明の実施例1おけるバイアス電圧を示す
図。
【図5】この発明に実施例1における被検出体1に流れ
る被検出電流を示す図。
【図6】この発明の実施例1における検出電圧を示す
図。
【図7】この発明に実施例1における検出電圧を示す
図。
【図8】この発明の実施例における被検出電流に対する
出力電圧の関係を示す図。
【図9】この発明の実施例2を示す構成図。
【図10】この発明の実施例3を示す構成図。
【図11】この発明の実施例4を示す構成図。
【図12】従来の変流装置を示す構成図。
【図13】従来の変流装置における被検出電流に対する
出力電圧の関係を示す図。
【図14】従来の変流装置における被検出体1の被検出
電流に対する被検出体1と巻線3との結合係数の関係を
示す図。
【図15】従来の変流装置における磁路体2の透磁率と
被検出体1と巻線3との結合係数との関係を説明するた
めの概念図。
【符号の説明】
1 被検出体 2 磁路体 3 巻線 5 電流流入手段を構成する電源 6 電流流入手段を構成する抵抗 8 電流流入手段を構成する電源 9 電流流入手段を構成する演算増幅器 10 電流流入手段を構成する抵抗 13 電流流入体 14 永久磁石
【手続補正書】
【提出日】平成3年11月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】図12は、例えば「センサ・インターフ
ェーシングNo.3」(CQ出版株式会社発行、昭和6
2年2月10日第6版発行)のpp.111〜117に
示された従来の変流装置であり、図12において、1は
被検出電流I1が流れる導体(電線)からなる被検出
体、2はこの被検出体と鎖交する鉄心からなる磁路体
で、上記被検出体1を取り囲んでいるものである。3は
上記磁路体1に巻回され、上記被検出体1に流れる被検
出電流を変流した検出電流2 が流れる巻線で、回数
2回されているものである。4はこの巻線の両端
間に接続され、上記巻線3に流れる検出電流I2を出力
電圧Eに変換するための抵抗値Rを持った検出抵抗であ
る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】次に、このように構成された従来の変流装
置の動作について説明する。まず、被検出体1に被検出
電流1 が流れると、電磁誘導の原理に基づいて巻線3
に被検出電流I1を変流した検出電流I2が流れる。この
検出電流I2は次の数1によって表される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】上記数1において、Kは結合係数、N1
被検出体1の回数であり、この従来例では導体である
ので1である。上記数1によって示された検出電流I2
が巻線に流れると、この検出電流I2は検出抵抗4に流
れ、検出抵抗4の両端には出力電圧E(=R×I2)が
現れることになる。従って、検出抵抗4の抵抗値Rを適
当に選択することにより、所望の出力電圧Eの値を得る
ことが出きるものである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検出電流が流れる導体または巻線から
    なる被検出体と鎖交する磁路体、この磁路体に巻回され
    検出電流が流れる巻線、上記磁路体に一定の磁束を付与
    する磁束付与手段を備えた変流装置。
  2. 【請求項2】 被検出電流が流れる被検出体と鎖交する
    磁路体、この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線、
    この巻線に一定の直流電流を流す電流流入手段を備えた
    変流装置。
  3. 【請求項3】 被検出電流が流れる被検出体と鎖交する
    磁路体、この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線、
    上記磁路体と鎖交し、一定の直流電流が流れる巻線また
    は導体からなる電流流入体を備えた変流装置。
  4. 【請求項4】 被検出電流が流れる被検出体と鎖交する
    磁路体、この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線、
    上記磁路体に取り付けられた永久磁石を備えた変流装
    置。
  5. 【請求項5】 被検出電流が流れる被検出体と鎖交する
    磁路体、この磁路体に巻回され検出電流が流れる巻線、
    上記磁路体の透磁率を増大させる透磁率増加手段を備え
    た変流装置。
JP3206250A 1991-07-24 1991-07-24 変流装置 Pending JPH0529167A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06260355A (ja) * 1993-03-08 1994-09-16 Ngk Insulators Ltd 簡易型変流器
CN103487629A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 本德尔有限两合公司 用于ac/dc灵敏电流测量的方法及设备
JP2019102510A (ja) * 2017-11-29 2019-06-24 三菱電機株式会社 カレントトランス

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