JPH0435010A - ワイドレンジ変流器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は変流器の性能改良に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は従来技術による変流器の原理図を示す。

鉄心１に一次巻線２と二次巻線３が施され二次巻線３に
は負荷４が接続される。−次巻線電流５の大きさを■１
，１次巻線電流６の大きさを１２とすると、 の関係にあり、ｎ２／ｎ、が変流比である。

［発明が解決しようとする課題］ 第５図は第４図に示す従来形変流器の等何回路である。

第５図において一次巻線２′と二次巻線３′は巻数比を
１：１とした理想的な変流器を示し、二次巻線３′に流
れる電流５は一次電流そのものである。また、同図で６
は二次電流、９は二次電流６を負荷４に流すために必要
な誘起電圧、７は誘起電圧９を誘起するために必要な励
磁電流、８は励磁電流７に対するインピーダンスを示し
ている。第５図かられかるとおり、負荷４に実際に流れ
る二次電流６は一次電流５から励磁電流７を差引いたも
のである。従って励磁電流７が誤差の原因になるわけで
あるが、通常の使用状態では二次電流６に対して励磁電
流７は無視できる程小さいため、これが問題となること
はない。

第６図は第４図に示す鉄心１の励磁電流７（第６図横軸
で示す）と誘起電圧９（第６図縦軸に示す）との関係を
示している。第５図において二次電流６が増加すると、
これにつれて誘起電圧９は第６図に示す曲線１０に沿っ
て増加しなければならないが、曲線」０上の点１０ａに
達すると、それ以上増加し得なくなり最大値９Ａで飽和
してしまう。この状態で更に一次電流５が増加しても励
磁電流７だけが増加するのみで二次電流６は増加しない
。したがって、前記（１）式の関係は成立しなくなり、
変流器の機能が失われることになってしまう。このとき
（１）式が成立する限界の一次電流５の大きさが変流器
によって測定可能な電流の上限値である。鉄心１の断面
積を大きくすれば、この上限値を大きくすることができ
るが、変流器の寸法、コストが増大するので限界がある
。

次に第５図において二次電流６が減少してゆくと、誘起
電圧９は第６図の曲線１０に添って減少するが曲線１０
上の点１０ｂまで下がったときの誘起電圧９の値を９Ｂ
とすると、第５図に示す励磁電流７の二次電流６に対す
る割合いが増大し誤差が増大して変流器の所定の性能が
失われてしまう。このときの−次電流５が変流器によっ
て測定可能な電流の下限値である。

このように鉄心１を使用する変流器にあっては、測定可
能な電流値に上限と下限のあることはやむを得ないこと
ではあるが、従来形変流器にあっては１台の変流器で測
定可能な電流の範囲はそれ程大きくはない。そのため定
格−次電流の種類を標糖化しておき、その中から実際に
通電するべき電流値に応じて最も適した定格−次電流の
ものを選んで使い分けなければならない。

本発明は測定可能な上限値と下限値を拡大し、同一変流
器のままで異なる定格−次電流に簡単に設定できるよう
にしたいわゆるワイドレンジ変流器とすることによって
性能を大巾に改良したものである。

［課題を解決するための手段］ 鉄心に２組の巻線を設けた電流検出部と増中部とを設け
、電流検出部の１組の巻線に誘起する電圧を増中部で増
申し、それを制御信号として増中部から電流検出部の残
りの１組の巻線へ、始めの巻線の誘起電圧を相殺するよ
うに電流を流す。

［作用］ 鉄心に設けた２組の巻線のうちの１組が鉄心中の磁束を
検出し、増中部から残りの１組の巻線に流れる電流によ
って鉄心中の磁束を相殺するように作用する。増中部の
増巾度を大きくすれば鉄心中に残留する磁束の大きさは
従来形ＣＴに比べて非常に小さな値とすることができる
。

この結果、鉄心飽和が起きにくくなり測定電流の上限値
が拡大される。また、小電流域においても鉄心中の磁束
が小さいため励磁電流も小さな値となり、誤差が小さく
なって測定電流の下限値も拡大される。

［実施例コ 第１図は本発明による変流器の一実施例を１組分だけ示
したものである。同図において、１は電流検出部の鉄心
、２および３は鉄心に設けられた２組の巻線を示す。４
は増中部で、４１の制御用増中器、４２のブースタ、４
３の抵抗器、４４ａの出力用増幅器、および４４ｂのゲ
イン設定装置により構成されている。５は直流制御電源
で、５ａは正極性の出力端子、５ｂは負極性の出力端子
、５Ｃはゼロ電位の出力端子である。６は負荷で具体的
には計測装置や保護継電装置などである。７は主回路導
体を、８は主回路に流れる電流を示す。

９は巻線３に流れる電流を示す。

次に動作を説明する。

巻線２に誘起された電圧は制御用増巾器４１に入力され
る。このとき制御用増巾器４１の入力インビータ゛ンス
を大きくしであるため、巻線２から電流か供給されるこ
とはない。

制御用増巾器４１の出力がブースタ４２に入力されると
、ブースタ４２は制御電源５がら供給される電圧入力５
ａ、５ｂ、５ｃを制御して出力端子４２ａに出力電圧Ｅ
。を出力する。

出力電圧Ｅ。の極性は巻線３の誘起電圧と相加わる同き
となるように設定されている。またその大きさは、巻線
２に誘起した電圧をｅ、とし、制御用増巾器４１の増巾
度をＧとすると、Ｅｏ＝Ｇ・ｅｌである。また巻線２お
よび３の巻数をそれぞれｎ３．　ｎ２とし、巻線３に誘
起する電圧をｅ２とすると、ｅ　１＝ｎｉ／ｎ２　’　
ｅ２であるがらＥｏ＝Ｇ・ｎ　３　／　ｎ　２・ｅ２で
ある。

ブースタ４２の出力端子４２ａに出力電圧Ｅ。

が出力されると巻線３に誘起している電圧ｅ２と相まっ
て巻線３に電流９を流す。電流９は抵抗器４３を流れそ
の両端に生ずる電圧降下が出力用増巾器４．４　ａの入
力端子４４ｃ、４４ｄに加えられる。出力用増巾器４．
４　ａはゲイン設定装置４４ｂの設定によって決められ
る値だけ入力値を増申し、出力端子４４ｅ、４４ｆから
負荷６に出力を供給する。従来形変流器では、出力は電
流（例えば５Ａ）で与えられるが、本発明による出力用
増巾器４４ａからの出力は電圧で゛与えられたことにな
る。

しかし、負荷６が電子化された装置であれば、変流器二
次回路に対する消費ＶＡは極めて小さくまた信号だけを
必要とするので、むしろ好ましいことである。

さて、第１図における一次電流８の大きさを１１、巻線
３に流れる電流９の大きさを１□とすると巻線３の巻数
がｎ２であるから ｉ＋Ｘ１＝ｊ２Ｘｎ２　　　　　・・・　（２）が成立
することはいうまでもない。（２）式は前記（１）弐に
おいてｎ１＝１とおいたものであるから、第１図に示す
変流器においては、巻線３とそれに流れる電流が従来形
変流器におけるそれぞれ二次巻線と二次電流に相当する
ものである。しかし本発明による変流器は下記のような
特長を有している。

第１図のブースタ４２の出力端子４２ａと出力用増巾器
４４ａの入力端子４４ｄとから電流検出部側を見た閉回
路において、抵抗器４３の抵抗をＲｂ　としてその他の
記号は前述のものを使用すると、 ｅ２＋Ｅｏ＝１２Ｒ６・・・　（３） が成立する。出力電圧Ｅ。は前述のとおりＧｎ、／ｎ２
・ｅ２であること、また鉄心１の断面積をＳ、磁束密度
をＢとするとｅ　２　＝　ｋ　ｎ　２　Ｂ　Ｓ　（ｋは
定数）であるから（３）は、 ｋｎ２ＢＳ　（１＋　　　Ｇ）＝ｉ２Ｒｂ　　・（４）
と表すことができる。ここで鉄心１の断面積だけがＳ″
と異なる従来形変流器が同じ磁束密度で同じ電圧を誘起
したとすると、 ｋｎ２ＢＳ’　＝ｉ２Ｒｂ　　　　・・−（５）（４）
弐と（５）式から鉄心断面積の大きさを比べると、 Ｓ″ Ｓ＝　　　　　　　　　　　　・　・　・　（６）１＋
　　　　　　Ｇ （６）式の意味は第１図の制御用増巾器４１の増巾度Ｇ
を大きくすれば、鉄心断面積をどこまでも小さくし得る
ことを示している。しかし、これは本発明の原理を示す
ものであって鉄心の断面積を極端に小さくすることが必
すしもメリットをもならすとはいえない。むしろ測定電
流の上下限値が拡大されるようにすることの方がメリッ
トは大きい、それを次に示す。

第１図の鉄心１の最大磁束密度をＢ　ｍ　ａ　ｘとし、
そのとき巻線３に流れる電流を］：　２ｍａｘ　とすれ
ば、 Ｉ２ｍａｘＲｂ＝ｋｎ２ＢｍａｘＳ（１＋　　　　ＧＬ
　（７）同じ磁束密度における従来形変流器の二次電流
を１２　ｍ　ａ　ｘ　’　　とすると、 Ｉ２ｍａｘ’Ｒｂ＝ｋｎ２ＢｍａｘＳ　Ｈ−・（８）（
７）式と（８）式から二次側電流の大きさを比較すると
、 Ｉ、ｍａｘ＝　（１＋−〇）　Ｉ２ｍａｘ’　　−・（
９）（９）式は、同じ磁束密度であるなら本発明による
変流器は従来形のそれに比べてより大きな電流まで測定
できることを示すものである。

次に微小電流の測定について説明する。

第１図の鉄心１の最小磁束密度をＢｍｉｎとし、そのと
きの巻線３の電流をＬｍｉｎ　とすると、Ｉ２ｍｉｎＲ
ｂ＝ｋｎ２ＢｍｉｎＳ（１＋　−Ｇ）・（１０）従来形
変流器で同じ電流を測定する場合の磁束密度をＢｍｉｎ
’　とすると、 Ｉ２ｍｉｎＲｈ＝ｋｎ２８ｍｉｎ’　Ｓ　　・　・　（
Ｉｆ）（１０）式と（１１）式から必要な磁束密度の大
きさを比較すると Ｂｍｉｎ＝　　　　　　　　　Ｂｍｉｎ’　　・（１２
）１＋□Ｇ （１２）式は本発明による変流器は同じ大きさの電流を
測定するのに従来形変流器と比べて低い磁束密度で測定
することができること、磁束密度が低いためｗＪ磁電流
も小さくてよく、結果として誤差が小さいことを示して
いる。また同一誤差を許容するならより小さな電流まで
慣ｆ定できることを示している。

以上に述べたごとく本発明の変流器は従来形変流器に比
べて測定電流の上限値も下限値も拡大できるものである
。次に第１図ゲイン設定装置４４ｂの効用を説明する。

第２図は第１図の出力用増巾器４４ａの入出力特性を示
したものである。横軸は出力増巾器４４ａの入力４４ｃ
、４４ｄに入力される信号の大きさを一次電流に換算し
て示しである。縦軸は出力用増巾器４４ａの出力端子４
４ｅ、４４ｆに出力される信号の大きさを示している。

いま、ゲイン設定装置４４ｂの増巾度の設定がＧ、であ
ると、入出力関係は直線Ｇ、に添って変化し、−次電流
Ｉｍａｘ、のときフルスケール値ＶＦＵＬＬが出力され
る。同様にしてゲイン設定装置４４ｂの増巾倍率をＧ２
．Ｇ　３と変化させるとそれぞれＩｍａ）Ｃ＋およびＩ
ｍａｘ３に対してフルスケール値が出力されることにな
り、いわゆるワイドレンジ変流器を実現している。第３
図は実施例を具体的に示したもので定格−次電流をＩＯ
Ａから６０ＯＡまで１０段階に設定できるようにした例
である。

［発明の効果］ 本発明による変流器は特に多段積みキユービクルに組込
む場合に効果が大である。従来形変流器にあっては小電
流測定で良好な特性を得るにはどうしても巻線構造とな
り、その上主回路の短絡容量の大きさによっては寸法が
大形化して多段積みキユービクルへの組込みが困難な場
合がある。−力木発明による変流器では小電流の測定に
も主回路導体を一本貫通させるだけでよく多段積みキユ
ービクルへの組込みも容易で据付はスペースの縮小化に
効果がある。その上、負荷設備の詳細が決まらないうち
にキユービクルの製作を行い、詳細が決定してから変流
比を設定すればよいので、設計製作時間を大巾に短縮す
ることができる。

また、定格の異なる何種類かの変流器を仕込み生産する
無駄を省くことができるなどその効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変流器の一実施例で１相分のみ示
す図、第２図は第１図４４ａ出力増中器の入出力特性を
示す図、第３図は第１図のゲイン設定装置４４ｂによっ
て定格−次電流が設定できるようにした具体例を示す図
である。 第４図は従来形変流器の原理図、第５図は第４図の等価
回路図、第６図は鉄心の励磁特性を示す図。 １・・・鉄心、２，３・・・鉄心に設けられた巻線、２
ａ。 ２ｂ・・・巻線２の端子、３ａ、３ｂ・・・巻線３の端
子、４−・−増巾部、４１・・・制御用増巾器、４２・
・・ブースタ、４２ａ・・・ブースタの出力端子、４３
・・・抵抗器、４４ａ・・・出力増巾器、４４ｂ・・・
ゲイン設定装置、４４ｃ、４４ｄ・・・出力増巾器の入
力端子、４４ｅ。 ４４ｆ・・・出力増巾器の出力端子、５・・・電源、５
ａ。 ５ｂ、５ｃ・・・電源のそれぞれ正極性、負極性およひ
セロ電圧出力端子、 ６・・・負荷。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄心に２組の巻線を施した電流検出部と、２組の
   巻線のうちの１組の巻線出力を入力とする制御用増巾器
   と、制御用増巾器の出力を制御信号として、外部から供
   給される制御電源を制御用増巾器の出力の極性によって
   正または負の極性を持ち、かつ大きさが制御用増巾器の
   入力に比例するように出力するブースタと、ブースタの
   出力が前記２組の巻線のうち残る１組の巻線の一方の端
   子に接続され、当該巻線の他方の端子に接続される抵抗
   器と、抵抗器の両端からの信号を入力とする出力用増巾
   器を備え当該出力増巾器の出力を負荷に供給できるよう
   にした増巾部とから構成されたことを特徴とするワイド
   レンジ変流器。
2. （２）前記出力用増巾器の増巾度が可変式であり、複数
   の定格−次電流に対してフルスケール出力が得られるよ
   うにしたことを特徴とする請求項（１）記載のワイドレ
   ンジ変流器。