JPH1038986A - 変圧器鉄心の直流磁束測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出巻線に誘起される電圧から鉄心中の直流
偏磁磁束を精度良く測定すること。 【解決手段】 変圧器鉄心１０に磁心入り検出巻線１６
を設置し、検出巻線１６に分流する磁束に感応する検出
巻線１６から誘起電圧を発生させ、この誘起電圧をアン
プ２２に増幅したあと測定器２４でサンプリングし、サ
ンプリングの結果をコンピュータ２６で積分する。さら
にコンピュータ２６で積分値が零となるタイミングを順
次計測し、各タイミング間の時間間隔を測定し、この測
定結果から鉄心１０中の直流偏磁磁束を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器鉄心の直流
磁束測定方法および装置に係り、特に、変圧器鉄心に発
生する直流磁束を測定するに好適な変圧器鉄心の直流磁
束測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年パワーエレクトロニクス技術の進歩
に伴いＧＴＯ等の自己消弧形半導体素子を用いた自励式
電力変換器の電力分野への応用が進んでいる。一般に自
励式電力変換器を系統に接続する際には変圧器を用い
る。

【０００３】自励式電力変換器で励磁される変圧器で
は、半導体素子の点弧角のばらつきにより、励磁電圧に
直流分が生じ、変圧器鉄心内部を通る磁束が正負のいず
れかに偏る直流偏磁現象が発生する。変圧器鉄心が直流
偏磁すると、変圧器の損失の増加、騒音の増加を引き起
こす。さらに、偏磁の程度によっては鉄心が磁気飽和
し、巻線に過大な電流が流れ、巻線に接続された変換器
の半導体素子の損傷をまねく恐れがある。

【０００４】そこで、直流偏磁現象を抑制するために、
変換器用変圧器では、励磁電流成分により直流磁束を推
定し、この推定結果から直流偏磁現象の発生を抑制する
こと行なわれている。例えば、鉄心にギャップを設け、
飽和点の励磁電流を大きくし、励磁電流を検出し易くす
ることが行われている。しかし、この方式では、感度向
上のために、鉄心にギャップを設けなければならず、長
期信頼性の点で問題がある。

【０００５】そこで、鉄心にギャップを設けることな
く、磁束から直流磁束を測定する方法が提案されてい
る。例えば、磁束から直流磁束を測定するものとして
は、特開昭６１−２８９９７５号公報に記載されている
ように、ホール素子を鉄心中に埋め込む方法や、特公昭
５０−３３２１３号公報に記載されているように、検出
素子を鉄心に設けて磁束を測定する方法が知られてい
る。後者のものは、初期透磁率が極めて高く飽和磁束密
度が低い磁心に検出巻線を施したものを、変圧器鉄心に
少なくとも１個取付け、鉄心内部の磁束の零点にて磁心
入り検出巻線に誘起されるパルス状電圧のパルスの最大
値と最小値の時間間隔により直流磁束および直流磁束の
磁化方向を測定するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、変圧器
鉄心に磁心入り検出巻線を取付け、変圧器鉄心の磁束を
磁心入り検出巻線に分流し、検出巻線から誘起電圧を発
生させるようになっている。すなわち、磁心入り検出巻
線として初期透磁率が高く、飽和磁束密度が低いものを
用い、交流信号に励磁された変圧器鉄心から発生する磁
束(交流波形)を磁心入り検出巻線に分流させている。磁
心入り検出巻線に分流した磁束の波形は、変圧器鉄心の
磁束波形(交流波形)が零ガウスとなる点で、磁束が急激
に正から負または負から正に変化する矩形波となるの
で、この矩形波を微分した波形を検出巻線から誘起電圧
として出力するようにしている。検出巻線から出力され
る誘起電圧は、変圧器鉄心内部の磁束波形が零レベルと
なる点(磁束が正から負または負から正に変化する点)
で、微分値として最大値または最小値を示す。このため
誘起電圧のレベルが最大値と最小値となる時間間隔(発
生間隔)および誘起電圧のレベルが最小値と最大値とな
る時間間隔をそれぞれ求めている。そして、鉄心内部の
磁束の交流信号の正と負に対応した誘起電圧の時間間隔
がともに等しいときには直流磁束が発生していないと
し、鉄心内部の磁束の交流信号の正と負に対応した誘起
電圧の時間間隔が異なるときには直流磁束が発生したと
し、鉄心内部の磁束の交流信号の正と負に対応した誘起
電圧の時間間隔から偏磁に伴う直流磁束を求めるように
している。

【０００７】しかし、変圧器鉄心内部の磁束が偏磁に伴
って直流磁束分だけシフトすると、鉄心中の磁束波形の
零ガウスレベルがシフトし、正負で非対称な磁束波形と
なる。磁心中には、この磁束が分流するため、磁心中の
磁束(分流した磁束)を微分して得られた誘起電圧の最大
値と最小値を示す点は鉄心中の磁束の波形が零ガウスと
なる点とは異なり、誘起電圧の時間間隔から直流磁束を
求めても、誤差が生じることになる。

【０００８】またＰＷＭインバータによって励磁される
変圧器鉄心の場合には、磁心入り検出巻線のパルス電圧
波形のうちパルスのピーク部分に電圧一定期間が生じた
り、励磁電圧一周期内に二つ以上のパルスが発生したり
することが考えられ、従来の測定方法では、直流磁束を
検出することが不可能となる。

【０００９】本発明の目的は、磁心入り検出巻線に誘起
される電圧から鉄心中の直流磁束を正確に測定すること
ができる変圧器鉄心の直流磁束測定方法および装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、第１の方法として、変圧器鉄心に磁心入
り検出巻線を設置し、交流信号の励磁に伴って変圧器鉄
心から磁心入り検出巻線に分流する磁束を検出し、検出
した磁束を基に少なくとも交流信号の一周期に対応する
期間に属する零ガウス点について零ガウス間の時間間隔
をそれぞれ算出し、この算出値に従って偏磁による直流
磁束を算出する変圧器鉄心の直流磁束測定方法を採用し
たものである。

【００１１】第２の方法として、変圧器鉄心に磁心入り
検出巻線を設置し、交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心
から磁心入り検出巻線に分流する磁束により磁心入り検
出巻線から発生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電
圧を時間で積分し、この積分値が零となる複数の時点を
計測し、計測した時点を基に少なくとも交流信号の一周
期に対応する期間に属する時点について各時点間の時間
間隔をそれぞれ算出し、この算出値に従って偏磁による
直流磁束を算出する変圧器鉄心の直流磁束測定方法を採
用したものである。

【００１２】第３の方法として、変圧器鉄心に磁心入り
検出巻線を設置し、交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心
から磁心入り検出巻線に分流する磁束により磁心入り検
出巻線から発生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電
圧を時間で積分し、この積分値が零となる複数の時点を
計測し、計測した時点を基に交流信号の半周期に対応す
る期間に属する時点について時点間の時間間隔を算出
し、この算出値に従って偏磁による直流磁束を算出する
変圧器鉄心の直流磁束測定方法を採用したものである。

【００１３】前記各測定方法を採用するに際しては、変
圧器を励磁する信号として、パルス信号、例えばＰＷＭ
信号を用いるものにも適用することができる。

【００１４】また、本発明は、第１の装置として、交流
信号の励磁に伴って変圧器鉄心から発生する磁束のうち
その分流分に感応して誘起電圧を発生する磁心入り検出
巻線と、磁心入り検出巻線から発生する誘起電圧を時間
で積分する積分手段と、積分手段の積分値が零となる複
数の時点を計測する時点計測手段と、時点計測手段の計
測値を基に少なくとも交流信号の一周期に対応する期間
に属する時点について各時点間の時間間隔をそれぞれ算
出する時間間隔算出手段と、時間間隔算出手段の算出値
に従って偏磁による直流磁束を算出する直流磁束算出手
段とを備えている変圧器鉄心の直流磁束測定装置を構成
したものである。

【００１５】第２の装置として、交流信号の励磁に伴っ
て変圧器鉄心から発生する磁束のうちその分流分に感応
して誘起電圧を発生する磁心入り検出巻線と、磁心入り
検出巻線から発生する誘起電圧を時間で積分する積分手
段と、積分手段の積分値が零となる複数の時点を計測す
る時点計測手段と、時点計測手段の計測値を基に交流信
号の半周期に対応する期間に属する時点について時点間
の時間間隔を算出する時間間隔算出手段と、時間間隔算
出手段の算出値に従って偏磁による直流磁束を算出する
直流磁束算出手段とを備えている変圧器鉄心の直流磁束
測定装置を構成したものである。

【００１６】前記各測定装置を構成するに際しては、変
圧器鉄心をパルス信号としてＰＷＭ信号によって励磁す
るものにも適用することができる。

【００１７】前記した手段によれば、磁心り検出巻線か
ら発生する誘起電圧を順次時間で積分し、この積分値が
零となる時点を計測し、計測した時点のうち少なくても
交流信号またはパルス信号の１周期あるいは半周期に対
応する期間に属する時点についてそれぞれ各時点間の時
間間隔を算出し、この算出値にしたがって偏磁に伴う直
流磁束(直流偏磁磁束)を算出するようにしているため、
偏磁に伴う直流磁束を正確に測定することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明に係る測定方法を説明するた
めのブロック図、図２は本発明に係る装置の全体構成
図、図３は変圧器鉄心の要部拡大構成図である。図２お
よび図３において、変圧器鉄心１０は、例えば、珪素鋼
板が複数枚積層されて構成されており、変圧器鉄心１０
には、一次巻線１２と二次巻線１４とが巻装されてい
る。一次巻線１２は、自励式電力変換器に接続され、二
次巻線１４は交流系統に接続される。また変圧器鉄心１
０には、磁心入り検出巻線１６が変圧器鉄心１０の磁化
の方向に沿って取付けられている。この磁心入り検出巻
線１６は磁心１８と、磁心１８に巻き付けられた巻線２
０から構成されており、磁心１８としては、例えば７８
％Ｎｉパーマロイが使用されている。７８％Ｎｉパーマ
ロイは、変圧器鉄心１０に用いられる珪素鋼板の初期非
透磁率が２０、０００であるのに対して、１００、００
０と極めて高い値のものが用いられている。すなわち磁
心入り検出巻線１６は初期透磁率が高く、飽和磁束密度
が低いもので構成されている。そして、変圧器鉄心１０
が、例えば交流信号で励磁されたときには、交流信号の
励磁に伴って変圧器鉄心１０から磁心入り検出巻線１６
に分流する磁束に磁心１８が感応し、巻線２０からパル
ス状の誘起電圧を発生するようになっている。

【００２０】磁心入り検出巻線１６の出力電圧はアンプ
(増幅器)２２で増幅され、増幅された信号が測定器２４
に入力され、ここでサンプリング処理された後、サンプ
リング処理された信号がコンピュータ２６に入力される
ようになっている。コンピュータ２６は、測定器２４か
らの信号を基に、磁心入り検出巻線１６から発生する誘
起電圧を、時間を関数として積分する積分手段と、積分
手段の積分値が零となる複数の時点を計測する時点計測
手段と、時点計測手段の計測値を基に少なくとも交流信
号(またはＰＷＭ信号)の１周期に相当する期間に属する
時点について各時点間の時間間隔をそれぞれ算出する時
間間隔算出手段と、時間間隔算出手段の算出値にしたが
って偏磁による直流磁束を算出する直流磁束算出手段を
備えて構成されている。なお、磁心入り検出巻線１６の
巻数は外部ノイズの影響を受けない巻数に設定されてい
るが、磁心入り検出巻線１６から発生する誘起電圧に外
部ノイズが重畳するときには、測定器２４またコンピュ
ータ２６でアベレージング処理を行なうことで、外部ノ
イズを除去することができる。

【００２１】次に、本発明の一実施形態の動作を図１お
よび図４に従って説明する。

【００２２】変圧器鉄心１０の二次巻線１２に交流信号
が供給され、変圧器鉄心１０が交流信号によって励磁さ
れると、変圧器鉄心１０には、図４(ａ)に示すように、
交流信号に対応した磁束が流れる。なお、図４(ａ)で
は、直流偏磁磁束φｄｃによって鉄心１０の磁束波形の
零ガウスレベルがシフトされている状態を示している
(直流偏磁磁束φｄｃが生じないときの磁束波形の零ガ
ウスレベルを点線で示している)。変圧器鉄心１０に交
流信号にしたがった磁束が流れると、この磁束の一部が
磁心入り検出巻線１６の磁心１８に分流し、磁心１８に
は、図４(ｂ)に示すような磁束が流れる。磁心１８に分
流する磁束は、磁束が正から負(または負から正)に急激
に変化する矩形波の波形となる。磁心１８に矩形波によ
る磁束が分流すると、磁心入り検出巻線１６からは、磁
心１８に分流する磁束を微分した波形として、図４(ｃ)
に示すように、パルス状の誘起電圧が発生する。磁心入
り検出巻線１６から発生する誘起電圧はアンプ２２で増
幅されたあと、測定器２４でサンプリング処理され、コ
ンピュータ２６で誘起電圧の発生タイミング(時点)が順
次計測される。この場合誘起電圧の最大値または最小値
のタイミングはＴ１’、Ｔ２’、Ｔ３’として計測され
る。ただし、これらのタイミングは、磁心１８中の磁束
波形が零となるタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３とは異な
る。このため、タイミングＴ１’、Ｔ２’、Ｔ３’間の
時間間隔Δｔ１’、Δｔ２’を求めても、直流偏磁磁束
φｄｃを正確に求めることができない。そこで、本実施
形態では、磁心入り検出巻線１６の誘起電圧を測定する
とともに(ブロック１００)、誘起電圧を積分し(ブロッ
ク１０２)、この積分値をもとに積分波形の零点と次の
零点の時間間隔を測定し(ブロック１０４)、測定した時
間間隔を基に直流磁束を算出する(ブロック１０８)こと
としている。

【００２３】具体的には、図４(ｄ)に示すように、磁心
入り検出巻線１６から発生する誘起電圧を順次時間を関
数として積分する。この積分波形は、図４(ｂ)に示す磁
心中の磁束波形がシフトした波形となる。すなわち、積
分波形は、最大レベルおよび最小レベルが平になり、磁
心が十分飽和していることを示しているので、積分値の
うち零ガウスレベルは最大レベルと最小レベルの中間レ
ベルと見なすことができる。そしてこの中間レベルと交
わる点を順次求めることで、交流信号に対応したタイミ
ング(時点)としてＴ１、Ｔ２、Ｔ３を求めることがで
き、各タイミング間の時間間隔としてΔｔ１、ｔ２を求
めることができる。

【００２４】ここで、変圧器鉄心１０を正弦波励磁した
場合の鉄心中の磁束波形は、図５ (ａ)に示すような波
形となる。またこのとき直流偏磁磁束φｄｃが生じたと
きには、鉄心中の磁束波形は図５(ｂ)のような波形とな
る。

【００２５】なお、φｄｃ：直流磁束、φ(ｔ)：磁束波
形、φｄｃ０(ｔ)：φｄｃ＝０のときの磁束波形(φｄ
ｃ＝０のときの関数を以下、φｄｃ０(ｔ)で表す。)、
Ｔ＝Δｔ１＋Δｔ２：磁束波形の周期である。

【００２６】φｄｃ０(ｔ)がφｄｃだけ偏磁した場合の
磁束φ(ｔ)は、 φ(ｔ)＝φｄｃ０(ｔ)＋φｄｃ となる。これより、 φｄｃ＝φ(ｔ)−φｄｃ０(ｔ) ……(１) である。

【００２７】次に、磁束波形φ(ｔ)を、図６に示すよう
に１／４Ｔで考えると、 (ｔ，φ(ｔ))＝(Ｔ／４−ΔＴ１／２，０) ＝(１／４(Δｔ２−Δｔ１)，０) なるＡ点を通る。

【００２８】したがって、φｄｃは次の(２)式 φｄｃ＝０−φｍａｘ・ｓｉｎω〔１／４(Δｔ２−Δｔ１)〕 ＝−φｍａｘ・ｓｉｎ２π／Ｔ〔１／４(Δｔ２−Δｔ１)〕 ＝φｍａｘ・ｓｉｎπ／２〔(Δｔ１−Δｔ２)／(Δｔ１＋Δｔ２)〕 ……(２) で表わされる。

【００２９】このように、本実施形態によれば、磁心入
り検出巻線１６から発生する誘起電圧を積分して得られ
た波形から磁束波形の零ガウス点と次の零ガウス点の時
間間隔としΔｔ１、Δｔ２を求めるようにしたため、直
流偏磁磁束φｄｃを正確に測定することができる。そし
てこの測定値をもとに自励式電力変換器の出力を制御す
ることで、電力変換器の半導体素子の損傷を防止するこ
とができる。

【００３０】前記実施形態では、変圧器鉄心１０が交流
信号によって正弦波励磁される場合について述べてが、
変圧器鉄心１０がＰＷＭ信号によって励磁された場合で
も、ＰＷＭ信号の励磁に伴う直流偏磁磁束を測定するこ
とができる。

【００３１】図７はＰＷＭ波によって変圧器鉄心１０が
励磁された場合の磁束および電圧波形を示している。

【００３２】ＰＷＭ波により変圧器鉄心１０が励磁され
た場合、鉄心内部の磁束波形は図７(ａ)となる。このよ
うな磁束波形による磁心１８内部に分流した磁束波形は
図７(ｂ)となり、巻線２０に誘起される電圧の波形は
(ｂ)の微分波形である図７(ｃ)となる。この誘起電圧を
積分すると、この電圧波形は図７(ｄ)となる。図７(ｄ)
に示す積分波形のうち０レベル(積分値が０を示す時間
軸)と中間レベルとが交わる点を順次算出することで、
前記実施形態と同様に、Δｔ１、Δｔ２を求めることが
でき、前記(２)式の場合と同様な考え方によりＰＷＭ波
の偏磁に伴う直流偏磁磁束φｄｃを求めることができ
る。

【００３３】ＰＷＭ信号の具体例としては、例えば、図
８に示すように、半波のパルスが２パルスのＰＷＭ信号
によって励磁された場合の磁束および電圧波形は図８の
ようになる。図８において、Ｖは電圧、Ｖｐｗｍはパル
ス電圧の波高値、Δｔｐ１はパルス幅、Δｂ１は相隣接
するパルスのパルス間隔を示す。

【００３４】図８(ａ)に示すＰＷＭ波によって変圧器鉄
心１０が励磁された場合、鉄心内部の磁束波形は図８
(ｂ)となる。この磁束波形による磁束が磁心入り検出巻
線１６に分流すると、磁心内部に分流した磁束波形は
(ｃ)となる。そしてこの磁束に感応して巻線２０に誘起
される電圧の波形は(ｃ)の微分波形である(ｄ)となる。
この誘起電圧を積分すると、この電圧波形は(ｅ)とな
る。そして、２パルスのＰＷＭ波によって励磁されたと
きには、以下に示す式にしたがって直流偏磁磁束を求め
ることができる。

【００３５】すなわち２パルスのＰＷＭ波によって励磁
された場合、直流磁束が生じないときの磁束波形は図９
に示すような波形となり、直流磁束が生じたときには図
１０に示すような波形となる。なお図１０ではＴ／４周
期についてのみ示してある。

【００３６】図９から、φｄｃ０(ｔ)は次の(３)式１／
２ｔｂ１＜ｔ＜１／２ｔｂ１＋ｔｐ１のとき、 φｄｃ０(ｔ)＝Ｖｐｗｍ・ｔ−１／２Ｖｐｗｍ・ｔｂ１ ……(３) で表わされる。

【００３７】一方、図１０に示す点Ａは、(ｔ，φ(ｔ))
＝(Ｔ／４−Δｔ１／２，０)を通るので、(１)式にφｄ
ｃ０(ｔ)を代入し、直流偏磁磁束φｄｃ φｄｃ＝０−Ｖｐｗｍ・１／４(Δｔ２−Δｔ１)＋１／２Ｖｐｗｍ・ｔｂ１ ＝−１／４Ｖｐｗｍ・(Δｔ２−Δｔ１)＋１／２Ｖｐｗｍ・ｐｂ１ ……(４) を求める。

【００３８】ｔの範囲は、 １／２ｔｂ１＜Ｔ／４−Δｔ１／２＜１／２ｔｂ１＋ｔｐ１ ２ｔｂ１＜Δｔ２−Δｔ１＜２ｔｂ１＋４ｔｐ１ ……(５) ただし、(４)式はΔｔ２−Δｔ１が(５)式の範囲で成立
する。Δｔ２−Δｔ１＜０の場合は、｜Δｔ２−Δｔ１
｜として同様に求めることができる。このとき求めた直
流偏磁磁束は逆方向に直流磁束が発生している場合であ
る。

【００３９】次に、励磁電圧の半波のパルスが奇数個の
場合、例えば、半波のパルスが３パルスの磁束および電
圧波形を図１１に示す。

【００４０】図１１において、半波のパルスが３パルス
のＰＷＭ信号によって変圧器鉄心１０が励磁された場
合、変圧器鉄心１０には図１１(ａ)に示すような電圧が
印加され、鉄心内部の磁束波形は(ｂ)となる。この磁束
波形による磁束が磁心１８内部に分流すると、その磁束
波形は(ｃ)となる。この磁束に感応して巻線２０から誘
起される電圧の波形は(ｃ)の微分波形である(ｄ)とな
る。この誘起電圧を積分すると、この積分波形は(ｅ)と
なる。そして積分波形の中間値が零レベルと交差する点
を求めることで、Δｔ１、Δｔ２を求めることができ
る。この場合、以下の式にしたがって直流偏磁磁束を求
めることができる。

【００４１】すなわち、３パルスのＰＷＭ波によって励
磁された場合に、直流磁束が発生しないときには図１２
に示すような磁束波形が得られる。一方、直流磁束が発
生したときには、Ｔ／４周期で見ると、図１３のような
波形で磁束を表わすことができる。

【００４２】図１２に示す磁束が直線的に増加する部分
Ｌ１およびＬ２は以下の式 Ｌ１：φｄｃ０(ｔ)＝Ｖｐｗｍ・ｔ ０＜ｔ＜１／２ｔｐ１ Ｌ２：φｄｃ０(ｔ)＝Ｖｐｗｍ・ｔ−Ｖｐｗｍ・ｔｂ１ １／２ｔｐ１＋ｔｂ１＜ｔ＜１／２ｔｐ１＋ｔｂ１＋ｔ
ｐ２ で表わすことができる。

【００４３】一方、図１３に示すＡ点は(ｔ，φ(ｔ))＝
(Ｔ／４−Δｔ１／２，０)を通るので、(１)式にφｄｃ
０(ｔ)を代入すると、直流偏磁磁束φｄｃは以下の式 φｄｃ＝−１／４Ｖｐｗｍ(Δｔ２−Δｔ１) ……(６) ０＜Δｔ２−Δｔ１＜２ｔｐ１ ……(７) で表わされる。ただし、(６)式はΔｔ２−Δｔ１が(７)
式の範囲で成立する。

【００４４】 φｄｃ＝−１／４Ｖｐｗｍ(Δｔ２−Δｔ１)＋Ｖｐｗｍ・ｔｂ１ ……(８) ２ｔｐ１＋４ｔｂ１＜Δｔ２−Δｔ１＜２ｔｐ１＋４ｔｂ１＋４ｔｐ２ ……(９) ただし、(８)式はΔｔ２−Δｔ１が(９)式の範囲で成立
する。そしてΔｔ２−Δｔ１＜０のときは、｜Δｔ２−
Δｔ１｜として同様に計算することができる。そして求
めた直流磁束は逆方向に直流磁束が発生している場合で
ある。

【００４５】次に、本発明の他の実施形態として、励磁
電圧波形が正弦波の場合でかつ変圧器鉄心１０の透磁率
と磁心１８の透磁率との比により、理想的に磁心１８に
変圧器鉄心１０の磁束が分流しない場合でも直流磁束を
測定できる場合について説明する。

【００４６】すなわち、本実施形態では、図１に示すよ
うに、磁心入り検出巻線１６の誘起電圧を積分したあと
で(ブロック１０２)、積分波形の正または負のパルス幅
の時間間隔を測定し(ブロック１０６)で、この測定結果
から直流磁束を算出することとしている(ブロック１０
８)。

【００４７】例えば、磁心入り検出巻線１６を鉄心１０
上に取付けたようなときには、変圧器鉄心１０内部の磁
束が飽和に達すると、変圧器鉄心１０の透磁率が下が
り、変圧器鉄心１０の内部から磁心１８内部に分流され
る磁束の割合が急激に増加し、磁心入り検出巻線１６に
誘起電圧が発生する場合がある。このような場合は、磁
心１８に急激に磁束が分流し始める鉄心１０内部の磁束
φμレベルが磁心１８の材料、装着方法により既知であ
ることを条件として、積分波形のパルス幅の時間間隔か
ら直流磁束を算出することとしている。

【００４８】磁心入り検出巻線１６を変圧器鉄心１０上
に取り付けた状態で、変圧器鉄心１０内部の磁束が飽和
すると、磁束および電圧は図１４に示すような波形とな
る。なお、φμは磁心１８に急激に磁束が分流し始める
鉄心１０内部の磁束レベル、Δｔはパルス幅の時間間隔
である。

【００４９】図１４(ａ)に示すように、変圧器鉄心内部
の磁束がφμを越えると磁束の一部が磁心１８に分流
し、磁心１８内部の磁束波形は(ｂ)となる。そして磁心
入り検出巻線１６に誘起される電圧の波形は、(ｂ)の微
分波形である(ｃ)となる。この誘起電圧を積分すると、
積分波形は(ｄ)となる。この積分波形は鉄心中の磁束が
φμレベルを越えたタイミング、すなわち積分値が零と
なるタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に対応して交流
信号の半周期ごとに誘起電圧が発生していることを示し
ている。φμを越えた磁束は直流偏磁磁束によって生じ
るため、タイミングＴ１・Ｔ２間、Ｔ３・Ｔ４間の時間
間隔Δｔを正のパルス幅の時間間隔として求めること
で、直流偏磁磁束φｄｃを求めることができる。

【００５０】具体的には、変圧器鉄心１０が正弦波励磁
されたときに直流磁束が発生すると、鉄心１０上に取り
付けられた磁心入り検出巻線１６によって図１５に示す
ような磁束が検出される。

【００５１】図１５中のＡ点は、(ｔ，φ(ｔ))＝(Ｔ／
４−ΔＴ／２，φμ)を通るので、 (１)式に代入する
と、直流偏磁磁束φｄｃは次の(１０)式 φｄｃ＝φμ−φｍａｘ・ｓｉｎ２π／Ｔ・１／４(Ｔ−２Δｔ) ＝φμ−φｍａｘ・ｓｉｎπ／２(Ｔ−２Δｔ)／Ｔ …(１０) で表わされる。ここで、Ｔは励磁電圧の周期、φｄｃは
直流偏磁磁束、φｍａｘは鉄心内部の磁束の振幅、φμ
は磁心に急激に磁束が分流し始める磁心内部の磁束レベ
ルを示す。

【００５２】また図１４では積分波形のパルスとして正
側のパルスについてのみ示しているが、直流磁束が逆方
向に発生した場合には積分波形のパルスは負側に発生す
ることになる。

【００５３】また変圧器鉄心１０がＰＷＭ波により励磁
された場合でも、変圧器鉄心１０上の磁心入り検出巻線
１６によって直流磁束を測定することができる。

【００５４】図１６はＰＷＭ波により鉄心１０が励磁さ
れた場合の磁束および電圧波形を示している。図１６に
おいて、ＰＷＭ波により鉄心１０が励磁された場合、鉄
心内部の磁束波形は(ａ)となる。この磁束が磁心１８に
分流すると、その磁束波形は(ｂ)となる。そして検出巻
線１６に誘起される電圧の波形は、(ｂ)の微分波形であ
る(ｃ)となる。この誘起電圧を積分すると、この積分波
形は(ｄ)となる。そしてこの積分波形のパルス幅間隔Δ
ｔを算出し、この算出結果を(１０)式に代入することで
直流偏磁磁束を求めることができる。

【００５５】具体的には、励磁電圧の半波のパルスが偶
数個、例えば図１７(ａ)に示すように、半波のパルスが
２パルスの励磁電圧が鉄心１０に印加されたときには、
鉄心内部の磁束波形は図１７(ｂ)となる。この磁束が磁
心内部に分流すると、その磁束波形は図１７(ｃ)とな
り、巻線１６に誘起される電圧の波形は(ｃ)の微分波形
である(ｄ)となる。そしてこの電圧を積分すると、この
電圧波形は(ｅ)となる。そして積分波形を測定して得ら
れた時間間隔Δｔを求め、Δｔを次の(１１)式に代入す
ることで、直流偏磁磁束φｄｃ φｄｃ＝φμ−１／４Ｖｐｗｍ(Ｔ−２Δｔ)＋１／２・Ｖｐｗｍ×２ｔｂ１ ……(１１) ２ｔｂ１＜Ｔ−２Δｔ＜２ｔｂ１＋４ｔｐ１ ……(１２) を求めることができる。ただし、(１１)式はＴ−２Δｔ
が(１２)式の範囲で成立する。ここで、Ｔは励磁電圧の
周期、φｄｃは直流偏磁磁束、φｍａｘは鉄心内部の磁
束の振幅、φμは磁心に急激に磁束が分流し始める磁心
内部の磁束レベルを示す。

【００５６】また図１７では積分波形のパルスとして正
側に発生する場合についてのみ示しているが、直流磁束
が逆方向に発生したときには、積分波形のパルスとして
負側のパルスが発生する。

【００５７】また励磁電圧の半波のパルスが奇数個、例
えば、図１８に示すように、半波のパルスが３パルスの
磁束および電圧波形を図１８に示す。３パルスのＰＷＭ
波により鉄心１０が励磁されると、鉄心内部の磁束波形
は図１８(ｂ)となる。この磁束が磁心内部に分流する
と、その磁束波形は(ｃ)となり、巻線１６に誘起される
電圧の波形は、(ｃ)を微分した(ｄ)となる。そしてこの
誘起電圧を積分すると、この積分波形は(ｅ)となる。そ
して積分波形から時間間隔Δｔを算出し、この算出した
Δｔを以下の式に代入することで、直流偏磁磁束φｄｃ φｄｃ＝φμ−１／４Ｖｐｗｍ(Ｔ−２Δｔ) ……(１３) ０＜Ｔ−２Δｔ＜２ｔｐ１ ……(１４) を求めることができる。ただし、(１３)式はＴ−２Δｔ
が(１３)式の範囲で成立する。

【００５８】 φｄｃ＝φμ−１／４Ｖｐｗｍ(Ｔ−２Δｔ)＋Ｖｐｗｍ×ｔｂ１……(１５) ２ｔｐ１＋４ｔｂ１＜Ｔ−２Δｔ＜２ｔｐ１＋４ｔｂ１＋４ｔｐ２…(１６) ただし、(１５)式はＴ−２Δｔが(１６)式の範囲で成立
する。

【００５９】本実施の形態によれば、変圧器鉄心１０が
正弦波信号またはＰＷＭ信号によって励磁された場合で
も、鉄心１０中の磁束のレベルがφμを越えたときに、
この磁束に感応した誘起電圧を積分し、積分波形の正ま
たは負のパルス幅の時間間隔(交流信号またはＰＷＭ信
号の半周期に対応する期間において積分値が零となるタ
イミング間の時間間隔)を測定することで、鉄心１０中
の直流偏磁磁束を精度良く測定することができる。

【００６０】前記各実施形態で求めた直流偏磁磁束は、
一次電圧に帰還され、例えば、変圧器鉄心１０の偏磁を
抑制するような直流電圧を一次電圧に加えることで、変
圧器鉄心１０の偏磁抑制に寄与することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変圧器鉄心に設けた磁心入り検出巻線に誘起される電圧
を積分し、この積分値が零となる複数の時点を計測し、
計測した時点を基に交流信号またはパルス信号の１周期
または半周期に対応する期間に属する時点について各時
点間の時間間隔を算出し、この算出値にしたがって偏磁
による直流磁束を算出するようにしたため、変圧器鉄心
内部の直流磁束(直流偏磁磁束)を精度良く測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定方法を説明するためのブロック構
成図である。

【図２】本発明に係る装置の全体構成を示す構成図であ
る。

【図３】磁心入り検出巻線と変圧器鉄心との関係を示す
要部拡大図である。

【図４】正弦波励磁されたときの磁束および電圧波形図
である。

【図５】正弦波励磁されたときの波形図である。

【図６】正弦波励磁されたときの直流偏磁磁束の算出方
法を説明するための図である。

【図７】ＰＷＭ波励磁されたときの磁束および電圧波形
図である。

【図８】半波が２パルスのＰＷＭ波によって励磁された
ときの磁束および電圧波形図である。

【図９】半波が２パルスのＰＷＭ波の励磁による磁束波
形図である。

【図１０】半波が２パルスのＰＷＭ波の励磁による直流
偏磁磁束の算出方法を説明するための図である。

【図１１】半波が３パルスのＰＷＭ波の励磁による磁束
および電圧波形図である。

【図１２】半波が３パルスのＰＷＭ波の励磁による磁束
波形図である。

【図１３】半波が３パルスのＰＷＭ波の励磁による直流
偏磁磁束の算出方法を説明するための図である。

【図１４】本発明の他の実施形態を示すもので、正弦波
励磁による磁束および電圧波形図である。

【図１５】正弦波励磁による磁束波形図である。

【図１６】ＰＷＭ波励磁による磁束および電圧波形図で
ある。

【図１７】半波が２パルスのＰＷＭ波の励磁による磁束
および電圧波形図である。

【図１８】半波が３パルスのＰＷＭ波の励磁による磁束
および電圧波形図である。

【符号の説明】

１０ 変圧器鉄心 １６ 磁心入り検出巻線 １８ 磁心 ２０ 巻線 ２２ アンプ ２４ 測定器 ２６ コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜館 良夫 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器鉄心に磁心入り検出巻線を設置
   し、交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心から磁心入り検
   出巻線に分流する磁束を検出し、検出した磁束を基に少
   なくとも交流信号の一周期に対応する期間に属する零ガ
   ウス点について零ガウス間の時間間隔をそれぞれ算出
   し、この算出値に従って偏磁による直流磁束を算出する
   変圧器鉄心の直流磁束測定方法。
2. 【請求項２】 変圧器鉄心に磁心入り検出巻線を設置
   し、交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心から磁心入り検
   出巻線に分流する磁束により磁心入り検出巻線から発生
   する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧を時間で積分
   し、この積分値が零となる複数の時点を計測し、計測し
   た時点を基に少なくとも交流信号の一周期に対応する期
   間に属する時点について各時点間の時間間隔をそれぞれ
   算出し、この算出値に従って偏磁による直流磁束を算出
   する変圧器鉄心の直流磁束測定方法。
3. 【請求項３】 変圧器鉄心に磁心入り検出巻線を設置
   し、交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心から磁心入り検
   出巻線に分流する磁束により磁心入り検出巻線から発生
   する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧を時間で積分
   し、この積分値が零となる複数の時点を計測し、計測し
   た時点を基に交流信号の半周期に対応する期間に属する
   時点について時点間の時間間隔を算出し、この算出値に
   従って偏磁による直流磁束を算出する変圧器鉄心の直流
   磁束測定方法。
4. 【請求項４】 変圧器鉄心に磁心入り検出巻線を設置
   し、パルス信号の励磁に伴って変圧器鉄心から磁心入り
   検出巻線に分流する磁束を検出し、検出した磁束を基に
   少なくともパルス信号の一周期に対応する期間に属する
   零ガウス点について零ガウス点間の時間間隔をそれぞれ
   算出し、この算出値に従って偏磁による直流磁束を算出
   する変圧器鉄心の直流磁束測定方法。
5. 【請求項５】 変圧器鉄心に磁心入り検出巻線を設置
   し、パルス信号の励磁に伴って変圧器鉄心から磁心入り
   検出巻線に分流する磁束により磁心入り検出巻線から発
   生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧を時間で積
   分し、この積分値が零となる複数の時点を計測し、計測
   した時点を基に少なくともパルス信号の一周期に対応す
   る期間に属する時点について各時点間の時間間隔をそれ
   ぞれ算出し、この算出値に従って偏磁による直流磁束を
   算出する変圧器鉄心の直流磁束測定方法。
6. 【請求項６】 変圧器鉄心に磁心入り検出巻線を設置
   し、パルス信号の励磁に伴って変圧器鉄心から磁心入り
   検出巻線に分流する磁束により磁心入り検出巻線から発
   生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧を時間で積
   分し、この積分値が零となる複数の時点を計測し、計測
   した時点を基にパルス信号の半周期に対応する期間に属
   する時点について時点間の時間間隔を算出し、この算出
   値に従って偏磁による直流磁束を算出する変圧器鉄心の
   直流磁束測定方法。
7. 【請求項７】 交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心から
   発生する磁束のうちその分流分に感応して誘起電圧を発
   生する磁心入り検出巻線と、磁心入り検出巻線から発生
   する誘起電圧を時間で積分する積分手段と、積分手段の
   積分値が零となる複数の時点を計測する時点計測手段
   と、時点計測手段の計測値を基に少なくとも交流信号の
   一周期に対応する期間に属する時点について各時点間の
   時間間隔をそれぞれ算出する時間間隔算出手段と、時間
   間隔算出手段の算出値に従って偏磁による直流磁束を算
   出する直流磁束算出手段とを備えている変圧器鉄心の直
   流磁束測定装置。
8. 【請求項８】 交流信号の励磁に伴って変圧器鉄心から
   発生する磁束のうちその分流分に感応して誘起電圧を発
   生する磁心入り検出巻線と、磁心入り検出巻線から発生
   する誘起電圧を時間で積分する積分手段と、積分手段の
   積分値が零となる複数の時点を計測する時点計測手段
   と、時点計測手段の計測値を基に交流信号の半周期に対
   応する期間に属する時点について時点間の時間間隔を算
   出する時間間隔算出手段と、時間間隔算出手段の算出値
   に従って偏磁による直流磁束を算出する直流磁束算出手
   段とを備えている変圧器鉄心の直流磁束測定装置。
9. 【請求項９】 ＰＷＭ信号の励磁に伴って変圧器鉄心か
   ら発生する磁束のうちその分流分に感応して誘起電圧を
   発生する磁心入り検出巻線と、磁心入り検出巻線から発
   生する誘起電圧を時間で積分する積分手段と、積分手段
   の積分値が零となる複数の時点を計測する時点計測手段
   と、時点計測手段の計測値を基に少なくともＰＷＭ信号
   の一周期に対応する期間に属する時点について各時点間
   の時間間隔をそれぞれ算出する時間間隔算出手段と、時
   間間隔算出手段の算出値に従って偏磁による直流磁束を
   算出する直流磁束算出手段とを備えている変圧器鉄心の
   直流磁束測定装置。
10. 【請求項１０】 ＰＷＭ信号の励磁に伴って変圧器鉄心
    から発生する磁束のうちその分流分に感応して誘起電圧
    を発生する磁心入り検出巻線と、磁心入り検出巻線から
    発生する誘起電圧を時間で積分する積分手段と、積分手
    段の積分値が零となる複数の時点を計測する時点計測手
    段と、時点計測手段の計測値を基にＰＷＭ信号の半周期
    に対応する期間に属する時点について時点間の時間間隔
    を算出する時間間隔算出手段と、時間間隔算出手段の算
    出値に従って偏磁による直流磁束を算出する直流磁束算
    出手段とを備えている変圧器鉄心の直流磁束測定装置。