JPS61155862A - 変流装置 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、電流計の測定レンジを変えたり、検出系を被
検出電流から電位的に分離するため等の目的で用いられ
る変流装置に関し、特に、交直両用でかつ微少電流をも
高精度に変流することのできる変流装置に関する。

［発明の背景］ 従来、この種の装置として交流電流計の測定範囲を拡大
するためや電流計を被測定回路から電気的に絶縁するた
めに用いられる変流器（ＣＴ）が知られている。しかし
、この変流器は、直流電流の測定には用いることができ
ない他、交流電流であってもｍＡオーダーの微少電流を
測定しようとすると、精度が悪く、また、２次巻線が数
百ターンにも及び被測定回路と結合する部分である変流
器本体が大型化するという不都合があった。

また、１次巻線として例えば３相交流用であればこの３
相分の巻線を有するゼロ相電流検出用変流器も知られて
いる。この変流器は、２次巻線に誘起される出力が所定
方向へ給電される３相交流電流のアンバランス分である
ゼロ相ｉ！流に比例することから漏電検出器として用い
られる。しかし、このゼロ相電流はｍＡオーダーである
ため、上述した一般の変流器と同様にその変流誤差は、
３０〜数１０％であり、精度および直線性が悪い上に、
２次巻線の巻数が多く大型であるという不都合があった
。

また、エム、ミルコピツク他（Ｍ、　Ｍｉｌｋｏｖｉｃ
ｅｔ　ａｌ、）は、演算増幅器を用いて入力インビーダ
ンスの極めて小さい電流増幅回路を構成し、この回路に
変流器の２次出力を入力することによって、０．２〜２
０Ａという広範囲の電流を高精度に変流でき、かつ変流
器を接続することによる電圧降下等の影響を極めて小さ
くした変流装置を提案している（　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　　
Ｔ　ｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｍ　ａａｎｅｔｉｃ
ｓ。

Ｖｏｌ、　　ＭＡＧ−１３，Ｎｏ、　　５　　　Ｓｅｐ
ｔｅｍｂｅｒ　　１９７７　　）　　。

しかし、この変流装置は交流専用であり、直流電流の変
流には用いることができない。

さらに、ジョナサン　アール、　リーヘイ他（Ｊ　ｏｎ
ａｔｈａｎ　Ｒ、Ｌ　ｅｅｈｅｙ　ｅｔ　ａｌ、）は、
いわゆる磁気飽和検出器を用いた直流変流器を提案して
いる（ＩＥＥＥ、　１９８２．　ＰＥ５ＣＲｅｃｏｒｄ
　、　ＰＰ４３８〜４４４）。しかし、この変流器は、
交直両用ではあるが、２次回路に時定数を有するため、
検出精度および検出速度に問題がある。

［発明の目的］ 本発明は、上述の従来形における問題点に鑑みてなされ
たもので、交直両用でかつ微少電流をも精度良（変流す
ることのできる変流装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するため本発明では、被検出電流が流れ
る第１の巻線を含み少なくとも４つの巻線を有するトラ
ンスを用い、このトランスの第２の巻線に高周波電流を
流し、第３の巻線の誘起起電力によりコアの磁束レベル
を常時監視し、その平均レベルが等価的に零になるよう
に第４の巻線の電流を制御して被検出電流をこの第４の
巻線の電流として検出することを特徴とする。ここで、
磁束レベルの検出には、コアの磁化特性が、直流バイア
スにより異なることに着目している。すなわち、コアを
予め被検出電流の周波数に対して充分＾い周波数の電流
源で励磁しておき、その励磁電流に対する２次誘起電圧
波形がバイアス分（被検出電流によって生じる起磁力）
によって異なるのを利用している。

［発明の効果］ 従って、本発明の変流装置によれば、直流および交流の
双方の検出が可能となり、磁気飽和の問題もなくなる。

また、微少電流をも精度良く検出することができる。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る変流装置の構成を示
す。同図の装置は、トランス１、高周波発振器２、抵抗
３、磁束検出回路４、加算演算器５、比例積分アンプ６
、電流増幅器７、および電流検出抵抗８等を具備する。

トランス１は、１次巻線１１．２次巻線１２、励磁巻線
１３および検出巻線１４の４つの巻線をコア（磁心）１
５に巻回したもので、１次巻線１１は、被検出電流の通
る導線がコア１５の中心部を通過するだけのいわゆる１
タ一ン巻線である。コア１５は、電流検出精度上から保
磁力のできるだけ少ないものが好ましく、ここではアラ
イドケミカル社製で商品名が２８２６Ｍ　Ｂのアモルフ
ァストロイダルコア（磁路長Ｊ　−９，５５ｃ■、断面
積３　＝　０．２２４６　ｍ　）を用いている。

高周波発振器２は、例えば１０ｋｌｌｚの正弦波電圧ｅ
ａｘを発生するが、ここでは、この発振器２の出力を抵
抗値の比較的高い抵抗３を介して励磁巻線１３に供給す
ることにより、電流源として用いている。この励磁巻線
１３に供給される電流１ｅＸは、これだけでコア１５を
充分に飽和させるだけ流している。

磁束検出回路４は、上記１次巻ｌ１１１１および励磁巻
線１３に流れる電流ｉ１＋ｉ＠ににより検出巻線１４に
誘起される電圧ｅ４を基にコア１５内の磁束変化を検出
し、その磁化曲線の正負非対象性に応じた検出出力φｄ
ξｔを発生する。

加算演算器５は、磁束検出回路４の検出出力電圧φｄａ
ｔとコア磁束の目標値である電圧φｒ　　＝０とをアナ
ログ演算して磁束誤差信号ε（−φｒ　−φ命ｔ）を出
力する。

加算増幅器１１、電力増幅器７２及び電流検出抵抗８と
で電流アンプとして動作させる。いま、磁束の誤差信号
εをＰＩアンプを介して電流アンプの電流指令１　ｚｒ
とすれば、等価的に誤差が零になるようにＩ２は流れる
。よって、このＩ２の大きさを抵抗８のＩＲ降下として
検出すれば、被検出電流の検出が可能となる。

次に、この変流装置の動作を説明する。

この装置の動作原理は、Σφ＝０に基づくものである。

今、予め、励磁用電源である高周波発振器２に比較的高
い抵抗３をつなぎ、電流源に近い形で巻＠１３に励１１
電流ｆｅｘを流しておく。

先ず、被検出電流１１が零の場合（但し、１次巻線１１
の回路インピーダンスは零でないものとする）、検出巻
線１４に誘起する電圧ｅ４は、励磁電流ｆａｘとコア１
５の磁化特性に基づいて生じるので、このときのコア１
５の磁化特性曲線は、第２図（ａ）に示すように正負対
称である。また、検出巻５１１４の誘起電圧も第３図（
ａ）に示すように正負対称であり、磁束検出回路、４の
非対称性検出出力は零である。コア磁束の目標値はφｒ
　ｗＯであるので、電流アンプの指令値は零となる。

次に、被検出電流１１が零でない場合、コア１５はこの
電流の大きさによって第２図（ｂ）または（Ｃ）に示す
ように、バイアスされる。その結果、検出巻線１４に生
じる電圧ｅ４は、第３図（ｂ）または（Ｃ）に示すよう
に、その平均値は零のままであるけれども、正および負
の各波高値は異なったものとなる。よって、正負電圧の
ある振幅以上のみに着目して、これらの面積比をとると
コア１５が被検出電流■１によってどのようにバイアス
されているかを知ることができる。従って、コア１５の
バイアス分が零になるように、すなわち被検出電流１１
によって生じた磁束を相殺するように電流増幅器７を用
いて２次巻線１２に電流１２を流すようにすると、この
電流から被検比重１％Ｅ　Ｉ　＋の大きさと極性とを知
ることができる。

第４図は、第１図における磁束検出回路４のより具体的
な回路例を示す。同図の回路は、電圧増幅器４１、スラ
イスレベル発生器４２．４３、スライス回路４４．４５
、加算器４６、タイミング信号発生回路４１、積分回路
４８およびサンプルアンドホールド回路４９を具備する
。

スライスレベル発生器４２および４３は、それぞれ正お
よび負の所定の電圧であるスライスレベル信号Ｖｓｐお
よびＶｓｎを発生する。これらのスライスレベル信号ｖ
ＳｐおよびＶｓｎは、通常、絶対値が一致するように設
定する。

スライス回路４４．４５は、磁束検出信号ｅ４をスライ
スレベルｖＳｐおよびＶｓｎでスライスして絶対値がこ
れらのレベル以上の部分を出力する。

タイミング信号発生回路４１は、励磁用の高周波電圧ｅ
ｅ＆と同期して所定のタイミングで積分リセット信号Ｐ
Ｒ，！３およびサンプルアンドホールド信号Ｐｓ、＋を
発生する。

積分回路４８は、タイミング信号発生回路４７からの積
分リセット信号ＰＲ，Ｓでリセットされた後、次の信号
ＰＲ，Ｓが発生するまでの約１周期の間、スライス回路
４４および４５から出力され、加算器４６で合成された
信号（第３図ｅ　４ｓｐ　　＋　ｅ　４ｓｎ　　）を積
分する。

サンプルアンドホールド回路４９は、タイミング信号発
生回路４７から積分リセット信号Ｒ３の直前に発生され
るサンプルアンドホールド信号５ｔ−１により、そのと
きの積分回路４８の出力値（第３図のΣφ）の周期の最
終値をホールドし、これを次の信号Ｒ３が発生するまで
の約１周期の間、正負非対称性検出信号φｄｅｔとして
出力する。

したがって、第１図の回路において、この信号φｄｅｔ
とコア磁束の目標値φｒ　との偏差に基づいて２次電流
Ｉ２の電流指令１　ｚｒを発生させ、この２次電流Ｉ２
を上記バイアス分が零になるように負帰還的に制御する
と、この２次電流値Ｉ２および抵抗８に生じる電圧降下
が被検出電流１＋に比例する電圧となる。

第５図は、第１図の装置における直流特性すなわち被検
出直流電流１１と出力電圧Ｖｏ　　（またはｍ流１　＋
ｄａｔ　）との関係を示す。同図において、（ａ）は、
トランス１の２次巻線１２の巻数Ｎ２を１００回とした
場合、（ｂ）および（Ｃ）は、それぞれＮ２を１０およ
び１回とした場合の特性を示す。

なお、いずれの場合も１次巻線１１の巻数Ｎ１は１回、
励磁巻線１３および検出巻線１４の巻数Ｎ３およびＮ４
はそれぞれ１０回とした。いずれのトランスを用いた場
合も直線性は極めて良く、測定誤差は、０、；ｐ％以下
であった。

なお、上述の実施例においては、直流電流を検出するも
のとして説明したが、この変流装置は、交流電流の検出
にも用いることが可能である。この場合、交流電流の検
出精度は、この交流電流の周波数が励磁電流の周波数に
近付く程低下するが、交流電流の周波数が励磁電流の数
１０分の１以下と充分に低く、励１１電流の１周期内の
交流電流の変化が直流とみなし得る程度に小さい範囲で
は、直流電流と同様の精度を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る変流装置の概略の構成
を示すブロック図、第２図は第１図の変流装置に用いら
れるトランスの各直流バイアス状態における磁化特性図
、第３図は第１および第４図の回路の各部電圧波形図、
第４図は第１図における磁束検出回路の詳細回路図、そ
して第５図は第１図の装置の入出力特性図である。 １ニドランス、２：高周波発振器、 ４：１１束検出回路、７：電流増幅器、４４．４５ニス
ライス回路、４８：積分回路、４９：サンプルアンドホ
ールド回路。 特許出願人　三井石油化学工業株式会社代理人　弁理士
　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　伊　東　哲　也 第　１　図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検出電流が通流する第１の巻線を含み少なくとも
   ４つの巻線を有する変成器と、該変成器の第２の巻線に
   該被検出電流の周波数より充分高い周波数でかつ該変成
   器の磁心を飽和させるに足るピーク値の高周波定電流を
   供給する高周波電流源と、該変成器の第３の巻線に誘起
   される高周波出力電圧を基に該磁心内の高周波磁束の正
   負非対称性に応じた検出出力を発生する磁束検出回路と
   、該変成器の第４の巻線に対し該検出出力に応じた電流
   を供給する第２の電流源とを具備し、上記被検出電流に
   よって生じた磁束を相殺すべく電流を該第４の巻線へ供
   給することにより被検出電流に対応した電流に変流する
   ことを特徴とする変流装置。 ２、前記高周波電流源から出力される高周波電流が正弦
   波である特許請求の範囲第１項記載の変流装置。 ３、前記磁束検出回路が、前記第３の巻線に誘起される
   高周波電圧を所定のレベルでスライスして絶対値が該所
   定レベル以上の部分のみを出力するスライス回路と、該
   スライス回路から出力される高周波電圧の１周期分ずつ
   を積分する積分回路と、該１周期分の積分出力を次の積
   分出力が発生するまで保持するサンプルアンドホールド
   回路とを具備する特許請求の範囲第１または２項記載の
   変流装置。