JP3691551B2 - 補償原理に基づく電流センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、被測定電流が流れる一次巻線によって磁心に生ずる磁界が二次巻線内の補償電流によって補償され、この補償電流を制御するために前記磁界によって影響を受ける少なくとも１つのセンサが零磁束からの偏差を検出し、この測定値を評価回路を介して増幅装置に供給して補償電流を形成させ、二次巻線と抵抗とが、抵抗に被測定電流に比例する電圧が印加されるように接続されている、特に直流及び交流電流を測定するための、補償原理に基づく電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような補償原理に基づく電流センサは例えばヨーロッパ特許第３５６２４８号明細書から公知である。この公知の電流センサの基本回路は図１に示されている。この回路において被測定電流は、磁心２並びにこの磁心２の磁束を測定するセンサ３を有する変流器の一次巻線１を流れる。
【０００３】
ヨーロッパ特許第３５６２４８号においてはセンサ３は矩形状の磁化特性を有する飽和制御された変流器からなる。原理的にはしかし磁界に対する任意のセンサ、例えばホールセンサ、巻線を備えたアモルファス条片等が使用される。センサ３の出力電圧はセンサ３の後に接続された評価回路４において評価され、その出力側は増幅装置５の入力側に接続されている。増幅装置５の出力側は変流器の二次巻線６及び抵抗７を介して接地されている。
【０００４】
この回路の作用は次のとおりである。即ち、被測定電流は一次巻線１を介して磁心２に磁束を発生させ、この磁束はセンサ３によって検出される。センサ３に接続された評価回路４は磁心２の磁界の大きさ及び方向に関係した信号を増幅装置５に供給し、この増幅装置により二次巻線６に補償電流が流される。補償電流はその磁界が磁心２の磁界を補償する方向に向けられている。二次巻線６の電流は磁心２の磁界が零になるまでの間センサ３によって変化される。従って二次巻線６の電流は一次巻線１の被測定電流の瞬時値の基準となり、それにより直流並びに交流電流が検出される。この電流はさらに抵抗７を介して流れ、この抵抗７で電流センサの出力電圧Ｕａが降下する。この出力電圧Ｕａはその大きさ及び位相状態において一次巻線１の被測定電流に相当する。
【０００５】
この出力電圧Ｕａは被測定電流の電流方向に関係して正或いは負の値をとるので、その方向に関連して、電流は増幅装置５の供給電圧の正極＋から二次巻線６及び抵抗７を介して流れるか、一次巻線１の電流方向が逆の場合、増幅装置５の負極−から供給される。
【０００６】
この構成において最大出力電圧Ｕａは増幅装置５の供給電圧の大きさ並びに抵抗７の抵抗値及び二次巻線６の内部抵抗の抵抗値に関係する。特に比較的大きな電流を測定しようとするときには、二次巻線６は多数のターンを持たなければならず、従ってその内部抵抗も必然的に増大する。さらに増幅装置５の供給電圧は任意には上げることができないので、例えば電気自動車の電流回路中に発生するような非常に大きな電流を測定するためには、二次巻線６に比較的太い線を使用してその内部抵抗を減少させるか、抵抗７を小さくしなければならない。前者の場合一次巻線１及び二次巻線６を備えた変流器が比較的大きくなるとういう欠点を伴う。後者の手段は二次巻線６中の補償電流を発生するために必要な損失電力が大きくなるという欠点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、このような補償原理に基づく電流センサを、同一の被測定電流の場合に電流センサの容積を減少させることができ、もしくは同一設計においてより高い補償電流を可能にするように改善し、変流器の容積が同一でかつその感度が同一のときに一次巻線内のほぼ２倍の最大電流を検出しかつ正確に補償できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、この発明によれば、冒頭で述べた電流センサにおいて、二次巻線が第一の部分巻線と第二の部分巻線とを有し、第一の部分巻線と第二の部分巻線との間に抵抗が接続され、増幅装置が第一の増幅器と第二の増幅器とを有し、第一の部分巻線が第一の増幅器の出力端に接続され、第二の部分巻線が第二の増幅器の出力端に接続され、第一の増幅器と第二の増幅器とは、第一の増幅器の出力端に正の電圧が印加される場合第二の増幅器の出力端に負の電圧が印加されるように構成されかつ接続されていることによって解決される。
この課題は、さらに、この発明によれば、冒頭で述べた電流センサにおいて、二次巻線が、測定抵抗に直列に接続された少なくとも１つの第一の部分巻線と、抵抗に直列に接続された少なくとも１つの第二の部分巻線とを有し、増幅装置が第一の増幅器と少なくとも１つの第二の増幅器とを有し、第一の増幅器の入力側が評価装置に接続され、第一の増幅器の出力側が第一の部分巻線に接続され、第二の増幅器が反転出力電流を持つ増幅器として形成され、第二の増幅器の出力側が第二の部分巻線に接続され、第二の増幅器が測定抵抗での電圧降下が第二の増幅器に対する入力信号として利用されるように測定抵抗に接続されることによっても解決される。
【０００９】
【実施例】
以下図２ないし図４についてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【００１０】
図２ないし図４において図１と同じ部分は同一の符号で示している。被測定電流はこの場合も変流器の一次巻線１を流れ、磁心２の磁束はセンサ３において検出され、評価回路４を介して増幅装置５に供給される。
【００１１】
図１において６で示される二次巻線は、図２においては２つの部分巻線８，９に分割されている。第一の部分巻線８の一端は増幅装置５内において第一の増幅器１０の出力側に接続されている。第一の部分巻線８の他端は抵抗７を介して第二の部分巻線９の第一の巻線端に接続されている。第二の部分巻線９の第二の巻線端は増幅装置５内の反転増幅器１１（すなわち第二の増幅器）の出力側に接続され、反転増幅器１１の入力側は増幅器１０の出力側に接続されている。被測定電流ｉ１が図示の電流方向のときは、電流は例えば第一の増幅器１０の供給電圧の正極＋から部分巻線８を介して流れる。第一の増幅器１０の出力側のこの極性においては反転増幅器１１は供給電圧の負極−から反転の出力側への接続が行われるように作用する。従って電流は第一の増幅器１０の正の極＋から両部分巻線８，９並びに抵抗７を介して反転増幅器１１の供給電圧の負極−に流れる。それ故図１による公知の回路に対して供給電圧が同一の大きさのときは、補償電流を発生するための２倍の電圧が得られ、２倍の最大電流が測定されるか、抵抗７の大きさが同一ならば２倍の出力電圧Ｕａが得られる。
【００１２】
被測定電流の方向が逆になると、それに応じて電流は供給電圧の正極＋から反転増幅器１１、部分巻線８，９、抵抗７を介して第一の増幅器１０の供給電圧の負極−に流れる。それ故図１による公知の回路とは異なり、被測定電流の電流方向とは無関係に、常に供給電圧は対称的に負荷される。
【００１３】
図３による装置は図２の実施例とは異なり、唯一のセンサ３の代わりに２つのセンサ１２，１３とが設けられ、これらのセンサは各々１つの評価回路１４もしくは１５を介して増幅装置５内の第一の増幅器１６もしくは第二の増幅器１７を制御する。この場合も供給電圧が対称に負荷され、従って２倍の大きさの最大電流が検出されるかもしくは電流センサの容積が減少されるように構成されている。
【００１４】
図４は、１つのセンサ３と、これに接続された評価回路４及び第一の部分巻線８に給電する増幅器１０を備えた構成を示す。第一の部分巻線８はこの場合電流コンバータ１９内の測定抵抗１８と直列に接続されている。測定抵抗１８における電圧降下は電流コンバータ１９内において補償電流の大きさ及び方向を検出するために使われている。この電圧降下は、従って、１つ或いは複数の第二の増幅器を介して他の部分巻線、例えば第二の部分巻線９に給電するのに適している。被測定電流に比例する出力電圧Ｕａを発生させるためには、これらの部分巻線のただ１つのみが電流センサの抵抗７に接続されれば良い。この場合出力電圧Ｕａは接地基準とされる。
【００１５】
電流センサが制御回路の一部を構成する場合には、抵抗７の代わりに接続される制御段の内部抵抗を使用することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 補償原理に基づく電流センサの公知の回路図。
【図２】 この発明による電流センサの一実施例の回路図。
【図３】 この発明による電流センサの異なる一実施例の回路図。
【図４】 この発明による電流センサのさらに異なる一実施例の回路図。
【符号の説明】
１ 変流器の一次巻線
２ 変流器の磁心
３ センサ
４ 評価回路
５ 増幅装置
６ 変流器の二次巻線
７ 抵抗
８ 第一の部分巻線
９ 第二の部分巻線
１０ 第一の増幅器
１１ 反転増幅器（第二の増幅器）
１２、１３ センサ
１４、１５ 評価回路
１６、１７ 増幅器
１８ 測定抵抗
１９ 電流コンバータ

Claims (4)

1. 被測定電流が流れる一次巻線（１）によって磁心（２）に生ずる磁界が二次巻線（８，９）内の補償電流によって補償され、この補償電流を制御するために前記磁界によって影響を受ける少なくとも１つのセンサ（３）が零磁束からの偏差を検出し、この測定値を評価回路（４）を介して増幅装置（５）に供給して補償電流を形成させ、二次巻線（８，９）と抵抗（７）とが、抵抗（７）に被測定電流に比例する電圧（Ｕａ）が印加されるように増幅装置に接続されている補償原理に基づく電流センサにおいて、
   二次巻線は第一の部分巻線（８）と第二の部分巻線（９）とを有し、第一の部分巻線（８）と第二の部分巻線（９）との間に抵抗（７）が接続され、
   増幅装置（５）は第一の増幅器（１０）と第二の増幅器（１１）とを有し、
   第一の部分巻線（８）が第一の増幅器（１０）の出力端に接続され、第二の部分巻線（９）が第二の増幅器（１１）の出力端に接続され、
   第一の増幅器（１０）と第二の増幅器（１１）とは、第一の増幅器（１０）の出力端に正の電圧が印加される場合第二の増幅器（１１）の出力端に負の電圧が印加されるように構成されかつ接続されている
   ことを特徴とする補償原理に基づく電流センサ。
2. 第二の増幅器（１１）は反転増幅器として構成され、第二の増幅器（１１）の入力側は第一の増幅器（１０）の出力端に接続され、第一の増幅器（１０）の入力側は評価回路（４）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 第一の増幅器（１６）の入力側が評価回路（１４）に接続され、零磁束からの偏差を検出する別のセンサ（１３）が設けられ、この別のセンサ（１３）が別の評価回路（１５）に接続され、第二の増幅器（１７）の入力側が別の評価回路（１５）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
4. 被測定電流が流れる一次巻線（１）によって磁心（２）に生ずる磁界が二次巻線（８，９）内の補償電流によって補償され、この補償電流を制御するために前記磁界によって影響を受ける少なくとも１つのセンサ（３）が零磁束からの偏差を検出し、この測定値を評価回路（４）を介して増幅装置に供給して補償電流を形成させ、二次巻線（８，９）と抵抗（７）とが、抵抗（７）に被測定電流に比例する電圧（Ｕａ）が印加されるように増幅装置に接続されている補償原理に基づく電流センサにおいて、
   二次巻線は、測定抵抗（１８）に直列に接続された少なくとも１つの第一の部分巻線（８）と、抵抗（７）に直列に接続された少なくとも１つの第二の部分巻線（９）とを有し、
   増幅装置は第一の増幅器と少なくとも１つの第二の増幅器とを有し、第一の増幅器の入力側は評価装置（４）に接続され、第一の増幅器の出力側は第一の部分巻線（８）に接続され、第二の増幅器は反転出力電流を持つ増幅器として形成され、第二の増幅器の出力側は第二の部分巻線（９）に接続され、第二の増幅器は測定抵抗（１８）での電圧降下が第二の増幅器に対する入力信号として利用されるように測定抵抗（１８）に接続されることを特徴とする補償原理に基づく電流センサ。

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