JPS5842612B2 - 変成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可飽和磁心を用いた変成装置に関する。

従来より電流、電圧の偵流値を絶縁して検出する手段と
してＤＣ−ＣＴ、ＤＣ−ＰＴがあるがこれらは２磁心を
用（／′）でその各励振巻線を、被検出電流を通ず゛る
１゛次巻線より見て、逆直列接続し、ＡＣ□電源にて励
振するため被検出電流の極性を知ることが容易ではない
。

極性を検知するには各磁心に第３巻線を巻回しその誘導
電圧の位相を検知する方法や、また半導体磁気感応素子
を用いるＣＴ等も知られているが必ずしも実用的なもの
とはいえない。

本発明は被検出電流の極性を容易に検知できかつこの電
流を通ずる為の１次巻線の巻回される磁心を一磁心のみ
にて構成して装置を簡単化することを目的とする。

即ち、ＡＣ１ＤＣ共用の変成装置を実現しようとするも
のであって、かつまた励振用のＡＣ電源を必要としない
装置を実現しようとするものである。

第１図は本発明の一実施例を示し、図においてＶｓｌ、
Ｖｓ２は直流電源、Ｑｌ、Ｑ２はトランジスタである。

Ｒ，Ｄなる記号を付したものはそれぞれ抵抗器、ダイオ
ードであり、ＯＰＡはゲインの十分高い増巾器、Ｃｏｒ
ｌ、Ｃｏｒ２は可飽和磁心及びリアクトル磁心を示し、
Ｎ１０、Ｎ２１、Ｎ３１とＮ２２、Ｎ３２とはそれぞれ
Ｃｏｒｌ及びＣｏｒ２に巻回させた巻線をあられし黒丸
印側を巻始めとする。

そしてＮ１０巻線には被検出電流を流し、その電流源が
ＳＩである。

１はゲイン１の入力インピーダンスの高いアンプ２，７
，８゜１１はインバータ、３，４はアンドゲート、９・
。

１０．１２はオアゲートであって、また５、６はワンシ
ョットであって共に■入力端子へノ信号カｒＬＪよりｒ
ＨＪに変化したとき、０出力端子に一定時間正出力信号
を出力するものである。

なお第１図回路は入力電流をＮ１０巻線に通ずると抵抗
器Ｒｏの電圧降下Ｖｏを出力として得る様に構成される
変成装置である。

以上の様に構成された第１図回路においてｉ身重流源Ｓ
Ｉよりの出力電流ｉＬがない場合について考える。

そして今もしもアンプＯＰＡの出力が正（こ飽和してい
るものとすればトランジスタＱ１かスイッチオン、Ｑ２
はＯＦＦ状態に保たれる。

するとＱｌ、Ｑ２の共通エミッタ電位ｖｅは正の値（土
■ｓ１）を保つがその間Ｎ２１Ｎ２２及びＲｏの直列回
路にほぼＶｓｌなる電圧が印加される。

Ｎ２２巻線はＣｏｒ２Ｇこ巻回された巻線であってこれ
はりアクドル（例えばＣｏｒ２Ｇこエアキャップをもう
ける）であって、電流の時間変化が小さいものとすれば
（Ｃｏ ｒ １として全角型ヒステリシス特性をもつ磁
心を考える）Ｎ２２巻線にはほとんど電圧が誘導されず
Ｎ２１巻線（こほぼＶｓ１電圧が印加される。

この間Ｎ２１Ｎ２２、Ｒｏに流れる電流はＣｏ ｒ １
のＮ２１巻線による励振電流のみであって、この電流は
時間と共に増加しつつも起磁力が小さいのでその絶対値
は小さく、かつその時間変化分（−Ｌｉ）も小さいから
ｔ ＲｏＧこよる電圧降下も小で且つＮ２２巻線電圧も小さ
いということ（こなる。

この間Ｃｏｒ１の磁束は負の飽和値−φｍより正の飽和
値＋φｍの方向へ移行してゆくものとすると、＋φｍに
近づくと共（こ急激（こその励磁アンペアターンが増大
する。

この増大はりアクドル巻線Ｎ２２へ力・かる電圧負担分
を増大させ（”、” ＩＪアｉ クトル巻線Ｎ２２の電圧” Ｎ２２．１１ここでｎ２２
とはＮ２２巻線の巻数、ｉはＣｏｒｌの励磁電流成分）
、Ｎ２１、Ｎ２２巻線と同一磁心にそれぞれ巻回された
Ｎ３１、Ｎ３２巻線の誘導電圧の逆直列されたその和の
値は、Ｎ２１励磁電流が急激な増大を始める以前と以後
とで正から負に切替る。

即ち、アンプ１の出力電圧ｖｉが正から負に切替る。

すると、アンドゲート４のａ入力端電圧は負から正Ｇこ
切替り４の出力は負から正に反転する。

（”、”ワンショット５，６は共にワンショット動作を
終えた後とするとそれらの出力ＯはｒＬＪ状態にあり、
つまりアンドゲート３，４の各す入力端子は正に保たれ
る。

）するとワンショット回路６が起動されその出力Ｏ端子
には一定時間正電圧が与えられる。

本出力はインバータ８を介してアントゲ゛−ト３のｂ人
カへ帰還されて３の出力をおさえると共Ｇこ（従ってオ
アゲート９の出力はｒＬＪに保たれる）オアゲート１０
の出力には１−Ｈｊを与え、インバータ１１の出力は「
Ｌ」となり、従ってオアゲート１２の出力電圧ＶＯ３は
ｒＬＪとなるため、Ｒ３，Ｒ２を介してアンプＯＰＡの
正相入力端子電圧は負（こ切替ることとなってその出力
は負となり、従ってＱ２なるトランジスタがＯＮ。

ＱｌはＯＦＦとなる。

つまり、Ｒｏ、Ｎ２２、Ｎ２１の直列回路（こは従前と
は逆極性の電圧が印加されることとなる。

つまり、ｖｅ電圧が正から負に反転する。

この状態はワンショット６が作動する間は無条件（こ保
たれる。

ワンショット６の出力が一定時間を経過してｒＨＪより
ＪＬＪ Ｇこもどると、Ｎ３１巻線の誘導電圧は負であ
るから且つＮ３２巻線の誘導電圧は小さいので、Ｖｉ出
力は負であり従ってアンドゲート４の出力は正に保たれ
、故（こオアゲート１０の出力も正、さらにインバータ
１１の出力も負、よって１２の出力ｖｏ３Ｒ−ｒＬｊで
あってワンショット６の出力が「Ｈ」から「Ｌ」に変化
した後も、アンプＯＰＡの出力は負に保たれるものであ
る。

この間にＣｏｒｌの磁束φ１は＋φｍより一φｍ力向へ
向って移行し、やがて−φｍ付近（こ達してそのＮ２１
巻線での励磁電流が急激に増大しようとすると、ｖｉ雷
電圧負から正に変化する。

この変化は今度はアンドゲート３の出力をｒＬＪよりｒ
ＨＪに変化させることとなってワンショット５が動作し
、一定時間その出力１’−ＨＪ Ｇこ保たれる。

このワンショットの動作によりアントゲ゛−ト４の入力
ｂｉ子をおさえてワンショット６の作動をおさえると共
にオアゲート９゜１２の出力を正に保ち、つまりアンプ
ＯＰＡの正相入力端子電圧を正（こ変化させ、よってそ
の出力を正（こ変化せしめＱｌをＯＮ、Ｑ２をＯＦＦに
保つものである。

そしてワンショット５の出力がｒＨＪよりｒＬＪにもど
った後も、ｖｉが正ならばアントゲ゛−ト３の出力は正
でありオアゲート９゜１２を介してＶＯ３を正となして
アンプＯＰＡの出力はあいかわらず正に保たれるもので
ある。

以上の様にして第１図回路はＣｏｒｌの磁束が飽和に近
つくにつれその印加電圧が切替えられ、自制発振を継続
するものである。

この間Ｎ３２、Ｎ３１巻線の逆直列接続された出力電圧
、即ち、ｖｉ雷電圧ｖｅ出力電圧に正帰還されるがリア
クトル巻線Ｎ２２と可飽和磁心巻線Ｎ２１との相対関係
（こおいて、もしもＮ３２巻線誘導電圧がＮ３１巻線誘
導電圧に打勝ってｖｅ電圧を反転させたとき、その直後
にＮ３１巻線誘導電圧がその誘導電圧極性を従前とは反
転してＮ３２誘導電圧Ｇこ打勝つだけの値を即、保持さ
れるならば第１図回路の５，６のワンショット回路は必
要としない。

しかし可飽和磁心はその励磁極性の反転に一定の時間を
要するため（こその時間確保を目的としてワンショット
を用いたものである。

もしもこの装置がなければｖｅ雷電圧りアクドル巻線電
圧（こ依存してリンキングを起す可能性がある。

第５図にＣｏｒｌとＣｏ ｒ ２の磁心の励磁電流Ｇこ
対する磁束の変化を示した。

この磁束変化の勾配が透磁率μを表わし即ちそれぜれの
巻線のインダクタンス（こ比例する値を示すものである
が、Ｃｏｒｌが飽和（こ至り１１点（又はＰ′１点）に
至るとｖｅ雷電圧反転してやがて２２点以降に至ればＣ
ｏｒ２の巻線インダクタンス〉Ｃｏｒｌの巻線インダク
タンスとなりＮ３１誘導電圧〉Ｎ３２誘導電圧となるも
のであって以後は安定に正帰還状態が維持され切替が完
了されるか１１点から２２点に移行を完了するまでの間
、上記ワンショットにて帰還極性を同極性（こ維持する
ものである。

Ｃｏｒ２’の一点鎖線は便宜上Ｃｏｒ２の磁束特性と同
じ傾きを持つ直線で２２点の発見の為Ｃｏｒ１の磁束特
性に接するように引かれたものである。

「なおＣｏｒ、２のＮ２２巻線に並列接続された抵抗器
Ｒ４は比較的高い値であり主として巻線の浮遊キャパシ
タンスを回路動作の安定化のため（こダンピングをかけ
るために設けたものである」さて以上の様な目利発振を
行なう第１図回路において電流源ＳＩからの出力電流ｉ
Ｌが図示の方向（こ流れる場合について考える。

今、Ｑ１０Ｎ１Ｑ２ＯＦＦの状態にあるものとして、Ｎ
１０巻線（巻数をｎｌ）に図示のｉＬが流れるからＣｏ
ｒｌは不飽和域にあってＮ２１巻線（巻数ｎ２）に流れ
る電流１２は図示方向に等アンペアターン則に従って流
れ、１２＝ユＩＬなる値となる。

ただし２ 励磁電流は無視する０ １２はＶｓｌＱｌ −Ｎ２１Ｎ
２２−Ｒｏ −Ｖ ８１なる経過で流れてＲｏの電圧降
下Ｖｏとして１２値即ちｉＬ値が知られる。

こ、の状態でＣｏｒｌが飽和に近づくとＱｌがＯＦＦ、
ＱｌがＯＮ状態に転するが、１２電流はやはり図示極性
に前記と同様の値でＶｓ２ Ｑ２Ｎ２１ Ｎ２２
Ｒｏ−Ｖｓ２なる経過を通り、Ｖｏ副出力その極性は
Ｑ１ＯＮ時と変わらない。

なおこの間、トランジスタＱ２は電流１２がコレクタよ
りエミッタに流れるがもしこの方向のトランジスタＱ２
の増巾率が不足するときはダイオードＤ２を通ってｉ２
は流れる。

この間Ｑ１がＯＮしないためにダイオードＤ３があって
そのえん層重圧のためにＱｌはＯＮすることがない。

以上の様ＧこＱｌ、Ｑｌか交互ＧこＯＮ、ＯＦＦを繰り
返す間ｉＬに比例する値がＶｏ副出力して得られる。

逆にＳＩよりの出力電流ｉＬが図示と反対極性に流れる
場合には１２電流も図示と反対極性に流れ、出力Ｖｏの
出力も反転するものである。

従ってｉＬの極性に従ってＶｏ出力極性も変化し、出力
においてｉＬの極性を知ることができる。

なお、第１図回路はりアクドルＣｏｒ２とＮ２２Ｎ３２
巻線等がなくとも動作するものであるがその場合はＣｏ
ｒｌが十分深い飽和まで達し励磁電流が大きくなるため
にｖｅ雷電圧反転の度にＶｏ副出力は大きなスパイク状
のリップルが現かれる。

それを抑制すべくリアクトル（Ｃｏｒ２等）を入れてＣ
ｏｒｌの深い飽和Ｇこ至る直前にｖｅ雷電圧切替制御す
るので、■ｏ出力（こはほとんどスパイクリップルは現
われないものである。

第１図の回路動作を時間の経過に従って示したのが第２
図である。

第２図の左、右各半分は電流源ＳＩよりの出力電流ｉＬ
が第１図図示極性及び反対極性に流れる場合をなしてい
る。

図においてａは電流源ＳＩからの出力電流ｉＬ、ｂはト
ランジスタＱ１、Ｑｌの共通エミッタ電圧ＶｅｓｃはＣ
ｏｒｌの磁束φ１の動きを、ｄはリアクトル巻線Ｎ２２
に現われる電圧■Ｎ２□、ｅはアンプ１の出力電圧ｖｉ
、ｆｇはワンショット回路５，６のそれぞれの出力を、
ｈはアンプＯＰＡの正相入力信号電圧ＶＯ３を、ｉは抵
抗器Ｒｏの電圧降下Ｖｏ即ち第１図回路の出力をそれぞ
れ現わしている。

なお、図中す、ｃ、ｉにおいて点線で示したものは１Ｌ
＝Ｏの場合である０ 第２図すをみて明らかなようにｉＬの極性に応じてｖｅ
雷電圧正方向（負方向）電圧が増減（減増）シているの
が知れる。

これからＲｏにかわってｖｅ雷電圧とり、その値より本
装置の出力を得ることができることも明らかである。

なお第１図でＱｌ、Ｑｌ、ＯＰＡ等を主体として構成さ
れる部分をパワーアンプに置換しても良いことはいうま
でもない。

第３図は本発明の他の実施例を示し、直流電源を１つで
構成した例である。

かわってトランジスタが４本必要となっているが、基本
的（こは第１図回路と同心機能を持つものである。

可飽和磁心Ｃｏｒ１とリアクトル磁心Ｃｏｒ２に巻回さ
れたＮ３１、Ｎ３２巻線は抵抗器Ｒ３、Ｒ４を介して電
流帰還されておりアンプ１にてその偏差は増巾され、ナ
ントゲート３，４の入力となりナントゲ−ト５，７．９
とナントゲート６．８．１０とはそれぞれワンショット
回路として機能してそれぞれの出力はコンパレータアン
プ１１．１２のそれぞれの逆相及び正相入力へつながり
、トランジスタＱ１〜Ｑ４のブリッヂトランジスタを駆
動することとなり、Ｎ２１、Ｎ２２、Ｒｏの直列回路は
交互励振されるものである。

ＺＤ１〜４はツェナーダイオードを示す。

本図中のアンプ１，１１゜１２は片電源（Ｖｓ ）で作
動するもので良い。

第４図は本発明のさらに別の実施例を示し、可飽和磁心
Ｃｏｒｌの２次巻線（励振巻線）としてＮ２１、Ｎ２２
なる２次巻線を用意したものである。

トランジスタＱ１、Ｑ２の交互ＯＮによって、ｉＬ定電
流相殺するための２次側の等アンペアターン則をみたす
電流は交互にＮ２１ Ｎ２２巻線を流れ、それは抵抗器
Ｒｏ１、Ｒｏ２にて検知され、その抵抗器の出力和Ｖｏ
が本装置の出力として得られるものである。

リアクトル磁心Ｃｏ ｒ２は第４図実施例にあってはＱ
ｌ、Ｑ２側巻線Ｎ４１、Ｎ５１及びＮ４２、Ｎ５２のツ
カに共通のものとして構成しているが、個々に磁心を設
けることとしても良いことはいうまでもない。

以上の実施例にあっては可飽和磁心Ｃｏｒ１として角型
ヒステリシス特性をもつものとの仮定で説明したがソフ
トフェライトコアの如き、角型ではなく大きく傾斜を持
つヒステリシス特性の磁心を用いてもよい。

その場合は励振電流の急激な増加がリアクトル（こて検
知帰還されるため、やはり飽和に近づく直前にて励磁極
性が反転するように動作し、出力としてリップルの小さ
な装置が得られる。

さらに第１図、第３図、第４図の実施例においていずれ
もＣｏｒｌの巻線とＣｏｒ２の巻線との出力を突合せ帰
還させて切替動作を行なわしているが、必ずしもＣｏｒ
２（Ｃｏｒｌ）側の巻線出力電圧を用いずＣｏｒｌ （
Ｃｏｒ２）の巻線電圧のみを帰還させてもよい。

この場合にはＣｏｒｌの飽和がやや深くなる傾向にある
がＣｏｒ２の巻線にて電流増加が抑制されて必ずしもそ
れほど太きなリップルとはならなく装置が若干簡単とな
って良いともいえる。

以上の説明では全て入力電流源としてＳＩのみを入力の
対象としたが、電圧源をＳＩにおきかえればＮ１０巻線
の巻数を比較的多くとり、かつ直列に高インピーダンス
を挿入すれば出力Ｖｏに電圧源の電圧に比例する出力が
得られることはいうまでもない。

以上の説明より明らかな様に本発明によれば入力電流又
は電圧に比例した出力を絶縁出力として、その極性をも
含めて検知することができる。

つまりＤＣ−ＡＣ両方の入力に対して機能をはたすこと
ができる。

さらに回路は自制発振を行なうので別途ＡＣ電源を必要
としないから装置が簡単となる。

また入力巻線（入力電流を通ずる巻線）が巻回される磁
心は一磁心のみにて構成されるから簡単な装置となるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の一実施例を
示し、第２図は第１図の回路の動作を説明するための図
、第５図は磁心相互の関係を説明するための図である。 図中、Ｖ ｓ １、Ｖｓ２、Ｖｓは直流電源、Ｃｏｒｌ
、Ｃｏｒ２は磁心、ＯＰＡ、１はアンプを示し、またＱ
、Ｄ、ＺＤ、Ｒなる記号を付したものはそれぞれトラン
ジスタ、ダイオード、ツェナダイオード、抵抗器を示す
。 またＮなる記号を付したものはＣｏｒｌ又はＣｏｒ２に
巻回された巻線を示し、ＳＩは電流源を示す。 Ｃ１、Ｃ２はコンデンサを示す。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 」 直流電源から半導体スイッチ又は電力増巾器を介し
   て振振される可飽和磁心とリアクトルを介して励振され
   る励振巻線とを有する可飽和変成器、□上記変成器又は
   リアクトルの電圧に応動して上記半導体スイッチ又は電
   力増巾器を作動させて自制発振さぜる帰還手段、この手
   段の切替動作を確実ならしめる為の切替補助手段、上記
   変成器（こ被検出電流を通ずる被検出巻線及び上記励振
   巻線電流又はこの励振巻線電流゛の通電路の電流を取り
   出す手段とを、備えた・変成装置。