JPS6130773A - 電流検出器の出力波形改善法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電流検出器の出力波形改善法に係り、特に、
磁心と該磁心に巻装された入力巻線及び出力巻線と、該
出力巻線を介して磁心を交流的に励磁する励磁電源とを
備えてなる電流検出器に好適な出力波形改善法に関する
。

〔発明の背景〕

従来、直流電流（交流分が重畳する場合も含む）の高精
度絶縁検出器として、例えば、（株）技術調査会発行の
センサ技術誌、　ｖｏｔ、　２．ム１２（１９８２年１
２月発行）、５７頁に記載されているような、磁心と巻
線を主体にした構成のものが公知である。

この構成のものは、被検出電流が大きくて、入力巻線数
が少なくても、容易に検出できるような場合、換言すれ
ば、検出器からみて、被検出回路電力が十分大きい場合
には、被検出電流を忠実に絶縁検出できる利点を有する
ことは、前記の文献記載の説明からも明らかであるが、
被検出回路電力が小さく、そのため、入力巻線数も大き
い場合に本、そのような利点があるのかどうか不明でお
る。発明者等の研究によれば、そのような場合、被検出
回路には本来、含まれていない波形の歪が検出出力に発
生することが明らかになった。以下まず、この点につい
て具体的に説明する。

第１図は、前記文献記載の電流検出器の構成であって、
Ｃｒｌ　、　Ｃｒ２は角形磁気特性を有する磁心、１’
ｈ１．　Ｎｓ４は磁心Ｃｒｌ、Ｃｒｇに巻装された巻数
ＮＬの出力巻線、Ｎｃｌ、　Ｎｃｚは同じ工うに巻装さ
れた巻数Ｎｃの入力巻線％ＥＡは波高値Ｅ、の方形波交
流電源、ＥＣは電圧Ｅｃなる被検出回路電圧、Ｄｏ　＊
　Ｄｔｓ　、　Ｄ２＋　、　Ｄ２ｍはダイオード、几ｒ
は抵抗値Ｒｐのリセット抵抗、ＲＬは抵抗値ＲＬの負荷
抵抗、′Ｒｃは抵抗値Ｒｅの被検出回路抵抗である。な
お、各巻線の・印は巻線の極性を示す。

このような構成において、望ましいことは、被検出回路
電圧Ｅｃ、あるいはそれに比例する被検出電流Ｅ　ｃ　
／　Ｒｃ　ｔ−正確に検出できることである。

いま、交流電源Ｅ、が、図示し大方向の極性の半サイク
ルとする。まず、交流電源Ｅ１％ダイオードＤ１１、出
力巻線ＮＬ、負荷哲抗ＲＬ、ダイオードＤｚｓで一巡す
る回路ができる。そこで、この時、入力巻線Ｎｅｔ　ｌ
　Ｎｃｇに流れる入力電流をＩＣ％出力巻線Ｎ　Ｌｌに
流れる出力電流をｉＬい磁心Ｃ１１゜の励磁電流をｉｏ
とすれ゛ば、磁心ＣＢが非飽和の間は、いわゆる等アン
ペアターンの法則が成立する。すなわち、 ＮＬ　ｉ　Ｌｌ　＝　Ｎｃ　ｉ　Ｃ＋ＮＬ　ｉ　ｏ　　
　　　　・・・・・・・・−（１）また、磁心ＣＢの磁
束をΦ１、時間をｔとすると、前記の一巡回路に関して
、次の式が成シ立つ。

ただし、ダイオードの順方向電圧降下は零とする。

（以下、同様とする） ｄΦ１ Ｅａ　＝ＮＬ＋　Ｒｈ１ｘ、１　　　　　　・・・・・
・・・・０）ｔ 磁束０重が変化すると、入力巻線Ｎ　ｃ　１にも電圧が
誘起されるから、これを電源とみて、被検出回路の回路
方程式を書くと次のようになる。ただし、磁心Ｃｒ２の
磁束をΦ２とする。

ｄΦ１　　　　ｄΦ。

Ｎｃ７．−Ｎｃ１□−ＥＣ＋Ｒｃｉｃ・・・・・・・・
・（８）磁束Φ２が変化すると、出力巻線Ｎｘ、Ｈにも
電圧が誘起されるから、これを電源とみると、出力巻線
ＮＬＩ、交流電源Ｅａ％ダイオードＤ２２（前記ｌＬＩ
により導通状態におる）で−巡する回路に対して、次式
が成シ立つ。

ｄΦ ＮＬ　　　　＝Ｅ、　　　　　　　　　・・・・・・・
・・（４）ｉ この半サイクルは磁心Ｃｒ　２は磁束のリセット期間で
あって、入力巻線から励磁電流成分を供給されておシ、
磁心Ｃｒ＊が非飽和の間は次の等アンペアターンの関係
が成シ立つ。ただし、’Ｌ２は出力巻線ＮＬＩを流れる
出力電流である。

Ｎｃムｃ　＝　ＮＬ　ｉ　Ｌｍ　＋　ＮＬ　ｉｏ　　　
　　−＝　−（５）（１）〜（５）式よシ、次のような
結果が得られる。ただし、ｎ＝Ｎｃ　／Ｎｌ、である。

Ｅｃ　−ｎ　ＲＬ　ｉ。

ｉｃ＝□　　　　　・・・・・・・・・（６）Ｒｃ＋ｎ
”ＲＬ ｔＬｚ＝　ｆＬｔ−２ｊｏ　　　　　　　　　・・・・
・・・・・（８）６０式の値は（９）式の値よシ大きい
。したがって、磁心Ｃｒ２は磁心Ｃｒ　１よシ先に飽和
に達する。すると、磁束Φ３の変化は零となる。そのた
め、（８）式は次のように変化する。

また、出力巻線Ｎｈｚの誘起電圧が零となるため、交流
電源Ｅ１、リセット抵抗Ｒｐ、出力巻線ＮＬＩ、ダイオ
ードＤ２ｍを一巡する回路ができて、電流ＩＬ２の方向
は第１図とは逆となり、その値は、となる。

磁心Ｃｔ２が飽和しても、磁心Ｃｒ　ｌは非飽和である
から、（１）　、　（２）式はそのまま成立する。

そこで、（１）　、　’（２）　、α０式よシ、次のよ
うな結果が得られる。

・・・・・・・・・（１５ やがて、時間が経過すると、磁心Ｃｒ　１も飽和に達す
る可能性はあるが、その前に、交流電源Ｅ１の極性が反
転するように、交流電源Ｅ、の周波数をえらんで置けば
、半サイクル間の現象は（１）〜αＱ式で記述できたこ
とになる。次の半サイクル間の現象は、磁心ＣＢＩＣｒ
＊の役割を交換するだけで、やは厘１）〜鱈式で記述で
きることは明らかである。

そこで、交流電源、Ｅ、の１サイクル間に対応する各部
の波形を示すと、第２図のようになる。ここでｉｂは負
荷抵抗ＲＬＩＣ流れる出力電流であシ、交流電源Ｅ、の
極性が図示の極性である半サイクルならば、Ｉ　Ｌ　”
”　Ｉ　ＬＩ％反対の極性ならば１＋、＝ｉＬ２である
。すなわち、第１図の回路は磁心Ｃｒ　Ｈを中心とする
変流器の出力電流ｉＬ＋と、これと位相が１８０度異な
る、磁心Ｃｒ　ｚを中心とする変流器の出力電流ｌＬ２
を合成して検出出力としたものでｓｂ、入力と出力の間
に時々刻々等アンペアターンの関係が成立するようにし
た点に特徴がある。

ここで、被検出回路電力の大小による出力波形の相異点
を考察する。まず、被検出回路電力が十分大きい、すな
わち、被検出回路電力ＥｃがｎＥ、＜Ｅｃでおシ、した
がって、抵抗ＲｃもＲｃ　；ｌ＞　ｎ　”　Ｒｔ、　Ｉ
ｃ選べる場合は、（６）式と餞式は、となる。また、（
７）式とα４式から、出力電流ｉＬは、・・・・・・・
・・αη となシ、被検出回路電圧ＥＣ（またはそれに比例した電
流Ｅｃ／Ｒｃ）にほぼ比例した出力が得られることが分
る。これが前記の文献記載の動作状態に対応する。

次に、被検出回路電力が小さい場合には、前記の不等式
を基にした近似式が成立しないから、（６）。

（７）、（１３，α４式で表わさねばならない。この場
合、両方の磁心が非飽和の場合に対して、一方の磁心が
飽和した場合の出力電圧の増分は、（７）式からα４式
への増加分に比例し、 なる値だけ出力電圧が増加し、そのため、本来検出した
い、被検出回路電圧Ｅｃに比例した成分がα尋式の分だ
け歪められ、被検出回路電圧Ｅ’ｃを時時刻々、正確に
検出することが困難と力るという欠点がある。錦式の値
は交流電源Ｅ１に依存していることが特徴的である。

一般的には、このようなりプル成分が含まれる場合、例
えば抵抗とコンデンサから成るフィルタ回路を負荷抵抗
ＲＬの手前に挿入する、などの方法が広く知られている
が、そうすると、被検出回路電圧Ｅｃが、時間的に変化
するような場合に、フィルタ回路による時間遅れのため
、前記の時間的変化を正確に検出できない、すなわち検
出遅れを伴うという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、磁心とそれに巻装された入力巻線、出
力巻線、及び出力巻線を介して磁心を交流的に励磁する
励磁電源とを、備えた電流検出器において、特に被検出
回路電力の大小にかかわらず時々刻々、正確力電流検出
の行なうのに好適な出力波形の改善法を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明では、第１図の回路について詳細に説明したよう
に、問題となる波形歪（０１式）が、磁心を周期的に非
飽和状態に引戻す（リセット）ための交流的な励磁に起
因していることに着目し、新たな考案を成したものであ
る。すなわち、磁心と該磁心に巻装された入力巻線及び
出力巻線と、該出力巻線を介して磁心を交流的に励磁す
る励磁電源とを備えてなる電流検出器において、該磁心
の磁束の該励磁電源に応動する変化を検出する手段を備
え、該検出手段の出力により、該出力巻線から得られる
出力を補正するようにしたことが基本的特徴である。

ｔた、前記検出手段を、前記磁心に巻装された巻線で構
成することにより実用性の高い方法を提供している。

また、前記の磁心、入力巻線、出力巻線及び励磁電源を
複数個用い、互の出力位相をずらしておいて、全出力を
合成することにより忠実な電流検出を目的とする電流器
を対象として本考案を適用することにより、被検出回路
電力の大小にかかわらず所期の目的を達成し易くしてい
る。

〔発明の実施例〕

第３図は、本発明の一実施例であって、第１図。

第２図と同一の記号は同一の意味を表わすものとする。

第１図、第２図と異なる点は、磁心ＣＴｌ＋Ｃ０上に検
出巻線ＭＤＩ　＋　Ｎｎ２が巻装されていること、負荷
抵抗ＲＬの両端電圧と、検出巻線ＮＨ。

Ｎｎ２の誘起電圧を、それぞれ直列抵抗Ｒｓｌ　、　ｆ
ｉ、＋１２を介して、演算増幅器ＯＰに加えるようにし
てあり、演算増幅器ＯＰの出力ｅ（１が、電流検出器出
力となる点である。

このような構成によれば、検出巻線ＭＤＩとＮＤ！の直
列体の誘起電圧は、前述のように、磁心Ｃｒｌ。

Ｃａ２が非飽和の場合は、（９）、、６０式よシ、とな
シ、また、磁心Ｃｗｔが飽和した場合はαω式よシ、 °°゛°°°°°゛（イ） となる。そこで、α１式から（７）式への増加分は、と
なる。これをα榎式と比較すると、どちらも交流電源Ｅ
１に比例し、（Ｒａ＋　ｎ”　ＲＬ　）に逆比例してい
るので、抵抗Ｒａｘ　ｓ　Ｒ＠ｔの値を、に設定し、餞
式で表わされる増加分を（ロ）式で表わされる増加分で
相殺すれば、演算増幅器ＯＰの出力ｅｏとしては、被検
出回路電圧Ｅｃに比例した成分のみが表われ、時々刻々
、正確に検出することが可能となる。

特に、Ｒ１１＝Ｒ，，にする場合には、に設定すればよ
い。

本実施例によれば、従来例に対して簡単な回路を追加す
るだけで、被検出回路電力が小さい場合でも被検出回路
電圧に時々刻々比例した、正確な波形の検出出力を得る
ことができ、電流検出器としての実用上の価値はきわめ
て大きい。

なお、検出巻線ＮＤＩ、　ＮＤ！は、磁心Ｃｒｌ＋Ｃｒ
ｌに対する巻装法が入力巻線ＮＨ，ＮＣ２と同等である
から、場合によっては、入力巻線Ｎｅｌ、Ｎｃｘで代用
することも可能でｓｂ、その場合は、装置がなお一層、
簡単になる効果がある。

また、第３図の実施例において、検出巻線ＮＤＩ。

ＮＤｚの誘起電圧の位相が、巻線の結合状態により、（
１８式の出力電圧増加分の位相と完全に一致しないこと
も生じ得るが、このような場合は、第４図に示すように
、抵抗Ｒ−２に並列に、例えば抵抗ＢとコンデンサＣか
ら成る進相回路を設けるとか、あるいは第５図に示すよ
うに、抵抗Ｒ８！に対して例えば抵抗Ｒ，Ｒ’とコンデ
ンサＣから成る遅相回路を設ける、あるいは進相回路、
遅相回路を組み合わせるなどの方法により、波形改善効
果を高めることが可能である。

また、以上の実施例では、入力回路抵抗Ｒｃが比較的低
抵抗値という前提であったが、たとえ高抵抗値であって
も、また、抵抗の替シにチョークコイルが用いられる場
合でも、本発明は有効である。すなわち、これらのイン
ピーダンスは必ず漂遊容量を伴っているので、入力回路
における電圧の急変、たとえば、第１図の回路で、磁心
Ｃｒ、。

またはＣｒ２が飽和に入った瞬間に、入力巻線ＮＣＩＩ
ＮｃｍＫ生じる電圧の急変によって、これらの漂遊容量
を充・放電するパルス状の電流が流れる。第１図の回路
は、本来、たとえば（１）式で表わされるような等アン
ペアターンの法則に沿って動作するものでちるから、前
記のようなパルス状の電流が流れると、出力には当然、
対応したパルス電圧が発生する。このような場合、この
パルス電圧を除去して波形改善を行うには第４図の実施
例、または、第４図中で抵抗ＲとコンデンサＣから成る
微分回路だけの回路を採用すればよい。

なお、以上の実施例は全て第１図に示すような出力位相
の１８００異なる２個の検出器の出力を合成する構成の
電流検出器を対象として説明した。

しかし、α神式でも示したように、出力波形を歪ませる
基本的原因は、磁心を交流的に励磁する励磁電源にある
が、被検出入力に直流分が含まれてる場合は、磁束を周
期的にリセットして非飽和状態で動作させるために、こ
の励磁電源は不可欠である。したがって、このような目
的の励磁電源を備えた電流検出器の出力には（１樟式と
同様な意味での波形歪は必ず存在するが、本考案を適用
すれば、検出器が第１図のように２相であっても単相で
あっても、あるいは人、出力巻線を巻装した多数の検出
器からなる多相形であっても、波形歪を確実に取シ除く
ことができる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明によれば電流検出器の出
力波形を簡単、確実に改善することができ、実用上の効
果は犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来公知の電流検出器回路を示す図面、第２
図はその動作波形を示す図面、第３図は、本発明の一実
施例を示す面図、第４図、第５図は本発明の他の実施例
を示す図面である。 ＣｒＩ、Ｃｒｔ　”’磁心、ＮＬｓ　−ＮＬｚ−出力巻
線、Ｎｃｔ＋Ｎｃ２・・・入力巻線、Ｎｎ＋　＊Ｎａｇ
・・・検出巻線、Ｅ、・・・交流電源、Ｅｃ・・・被検
出回路電圧、ＲＬ・・・負荷抵抗、Ｒｅ・・・被検出回
路抵抗、ＯＰ・・・演算増幅器、第　１廓 茗２０ 第３　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁心と、該磁心に巻装された入力巻線、及び出力巻
   線と、該出力巻線を介して磁心を交流的に励磁する励磁
   電源とを備えてなる電流検出器において、該磁心の磁束
   の該励磁電源に応動する変化を検出する手段を備え、該
   検出手段の出力により該出力巻線から得られる出力を補
   正するようにしたことを特徴とする電流検出器の出力波
   形改善法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電流検出器の出力波形
   改善法において、前記検出手段は、前記磁心に巻装され
   た巻線であることを特徴とする電流検出器の出力波形改
   善法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の電流検出器は、前記磁
   心と前記入力巻線と前記出力巻線と前記励磁電源から成
   る複数個の検出器から成り、かつ前記検出器は互いに出
   力位相をずらしたものであり、該全出力を合成して電流
   検出器出力とするようにしたことを特徴とする電流検出
   器の出力波形改善法。