JPH0690240B2 - Clamp sensor - Google Patents
Clamp sensorInfo
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- JPH0690240B2 JPH0690240B2 JP59085230A JP8523084A JPH0690240B2 JP H0690240 B2 JPH0690240 B2 JP H0690240B2 JP 59085230 A JP59085230 A JP 59085230A JP 8523084 A JP8523084 A JP 8523084A JP H0690240 B2 JPH0690240 B2 JP H0690240B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はホール素子を用いたクランプセンサに係り、
更に詳しくいえば、ホール素子に対して直流電流と交流
電流の2成分からなる制御電流を流すことにより、被測
定線路の電流と電力を同時に検出できるようにしたクラ
ンプセンサに関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a clamp sensor using a Hall element,
More specifically, the present invention relates to a clamp sensor in which a control current composed of two components, a direct current and an alternating current, is made to flow through a Hall element so that the current and power of a measured line can be detected at the same time.
[従来技術] 磁界中に置かれたホール素子に一定の方向から電流を流
すと、ホール効果といわれる作用によりこの電流の方向
と直角な方向には、流された電流と磁界の強さに比例し
たホール電圧と称される電圧を発生することが知られて
いる。この掛算機能を利用し、被測定電線を外包可能と
する開閉機構を備えた磁気コアにホール素子を組み込ん
だクランプセンサが、線路の電力を活線状態で測定する
いわゆるクランプ式電力計に従来から使用されている。[Prior Art] When a current is applied to a Hall element placed in a magnetic field from a certain direction, it is proportional to the applied current and the strength of the magnetic field in the direction perpendicular to the direction of this current due to the effect called the Hall effect. It is known to generate a voltage called a Hall voltage. Using this multiplication function, a clamp sensor that incorporates a Hall element in a magnetic core that has an opening / closing mechanism that allows the measured electric wire to be wrapped outside the conventional so-called clamp type wattmeter that measures line power in a live state. It is used.
上記クランプセンサのホール素子に一定方向から流す電
流は通常制御電流と呼ばれており、測定対象が電流値か
電力値かにより、この制御電流には一定直流電流か又は
被測定線路の線路電圧に比例した大きさの交流電流が流
されるようになっている。なお、交流電力測定の場合に
は当然のことながら制御電流の位相は線路電圧の位相と
同相にされ、位相の不一致による測定誤差が生じないよ
うに配慮されている。The current flowing from a certain direction to the Hall element of the clamp sensor is usually called a control current, and depending on whether the measurement target is a current value or a power value, this control current is either a constant DC current or a line voltage of the measured line. An alternating current of proportional magnitude is made to flow. In the case of AC power measurement, the phase of the control current is, of course, the same as the phase of the line voltage, so that measurement error due to phase mismatch does not occur.
このようなクランプ式電力計を用いて電力を測定する際
に、もし線路電流もわかるようにされていれば負荷の力
率などが簡単に算出できるので、力率改善等電力の有効
利用を図るうえでユーザ側にとっては極めて好ましいこ
とである。しかしながら、ホール素子を用いた上記従来
の電力計においては、電力測定の際更に線路電流も測定
するというようなことは実際上困難なため、そのような
場合には別にクランプ式電流計を用意する必要があっ
た。When measuring electric power using such a clamp type power meter, if the line current is also known, the power factor of the load can be easily calculated. This is extremely preferable for the user side. However, in the above-mentioned conventional wattmeter using the Hall element, it is actually difficult to measure the line current when measuring the electric power. Therefore, in such a case, a separate clamp type ammeter is prepared. There was a need.
[発明の目的] この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、その目的
は、1つのホール素子に直流電流と交流電流の2成分か
らなる制御電流を流すことにより、線路の電流と電力を
同時に検出できるようにしたクランプセンサを実現する
ことにある。[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to pass a control current composed of two components, a direct current and an alternating current, through one Hall element to thereby reduce the current and power of a line. It is to realize a clamp sensor capable of simultaneously detecting.
[発明の構成] 以下、この発明を添付図面に示された実施例により詳細
に説明する。[Structure of the Invention] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
第1図にはこの発明によるクランプセンサの原理図が示
されている。同図を参照すると、被測定線路1を囲んで
環状の磁気コア2が配設されており、この磁気コア2が
形成する磁路の一部に設けられた磁気ギャップ内にはホ
ール素子3が取り付けられている。このホール素子3の
実際の大きさは磁気コア2の断面内に納まるようにされ
ているが、上記第1図においては、説明の都合上十字形
をなす板状体に拡大して示されている。このホール素子
3には、図示のように十字形の方向へそれぞれリード線
が接続された1対の端子X,Xと、これに直交するもう1
対の端子Y,Yが設けられている。FIG. 1 shows the principle of the clamp sensor according to the present invention. Referring to the figure, a ring-shaped magnetic core 2 is provided so as to surround the measured line 1, and a Hall element 3 is provided in a magnetic gap provided in a part of a magnetic path formed by the magnetic core 2. It is installed. The actual size of the Hall element 3 is set within the cross section of the magnetic core 2. However, in FIG. 1, the Hall element 3 is enlarged and shown as a cross-shaped plate for convenience of explanation. There is. The Hall element 3 has a pair of terminals X and X to which lead wires are respectively connected in a cross shape as shown in the figure, and another terminal orthogonal to the pair of terminals X and X.
A pair of terminals Y, Y is provided.
いま、被測定線路1は交流線路であって、その線路電圧
をe0、線路電流をi0とし、線路電圧e0に対して線路電流
i0が位相角θだけ遅れているものとすると、それぞれ e0=Emsinωt ……(1) i0=Imsin(ωt−θ) ……(2) とおくことができる。Now, the measurement line 1 is an AC line, the line voltage e 0, the line current and i 0, the line current to the line voltage e 0
If i 0 is delayed by the phase angle θ, it can be set as e 0 = Emsin ωt (1) i 0 = Imsin (ωt−θ) (2).
この線路電流i0により磁束Bが誘起されたものとする
と、この磁束Bの大きさは線路電流i0の大きさに比例す
るから、 B=k1i0=k1Imsin(ωt−θ) ……(3) (k1は定数) である。この場合、上記磁束Bはその全磁束が磁気コア
2内を通り、ホール素子3に対してX−Y面と直交する
方向、すなわちZ方向から交わるようにされているもの
とする。With this line current i 0 is assumed that the magnetic flux B is induced, since the magnitude of the magnetic flux B is proportional to the magnitude of the line current i 0, B = k 1 i 0 = k 1 Imsin (ωt-θ) (3) (k 1 is a constant). In this case, it is assumed that the entire magnetic flux B passes through the magnetic core 2 and intersects the Hall element 3 in a direction orthogonal to the XY plane, that is, in the Z direction.
次に、この発明においては、従来のクランプセンサの場
合とは異なる制御電流iが端子X,X間に流される。この
制御電流iは一定レベルの直流電流Icに交流電流icが加
えられており、 i=Ic+ic ……(4)′ のようにされている。この場合、上記交流電流icの位相
は線路電圧e0と同相で、その電流レベルは線路電圧e0の
大きさに比例するように、 ic=k2e0=k2Emsinωt(k2は定数) にされている。Next, in the present invention, a control current i different from that of the conventional clamp sensor is applied between the terminals X and X. This control current i is obtained by adding an alternating current ic to a constant level direct current Ic, i = Ic + ic (4) '. In this case, the phase of the alternating current ic is in phase with the line voltage e 0 , and its current level is proportional to the magnitude of the line voltage e 0. ic = k 2 e 0 = k 2 Emsinωt (k 2 is a constant ) Has been set.
したがって、制御電流iは式(4)′により、 i=Ic+k2Emsinωt ……(4) となる。Therefore, the control current i becomes i = Ic + k 2 Emsinωt (4) according to the equation (4) ′.
上記端子Y,Y間には、ホール効果により式(3)と式
(4)が掛け合わされたホール電圧Vhが現われる。A Hall voltage Vh obtained by multiplying the equations (3) and (4) by the Hall effect appears between the terminals Y and Y.
すなわち、 Vh=B×i=k1Imsin(ωt−θ)×(Ic+k2Emsinω
t) =k1IcImsin(ωt−θ) +k1k2EmImsinωt×sin(ωt−θ) 途中の経過を省略すると、 Vh=k1IcImsin(ωt−θ) +(1/2)k1k2EmImcosθ −(1/2)k1k2×EmImcos(2ωt−θ) ……(5) となる。上式において、ω=2π/Tとし第1項の一周期
における平均値を調べると、簡単な計算から、 となることがわかる。That is, Vh = B × i = k 1 Imsin (ωt−θ) × (Ic + k 2 Emsinω
t) = k 1 IcImsin (ωt−θ) + k 1 k 2 EmImsin ωt × sin (ωt−θ) If the intermediate process is omitted, Vh = k 1 IcImsin (ωt−θ) + (1/2) k 1 k 2 EmImcos θ − (1/2) k 1 k 2 × EmImcos (2ωt−θ) (5) In the above equation, when ω = 2π / T and the average value in one cycle of the first term is examined, from a simple calculation, It turns out that
第3項についても同様にして、 となる。Similarly for the third term, Becomes
第2項に関しては、 となる。ただし、 として、実効値に置き換えられている。Regarding the second term, Becomes However, Has been replaced by the effective value.
したがって、式(5)に示されるホール電圧Vhの一周期
における平均値は、下記のように式(6)の値に等しく
なる。Therefore, the average value of the Hall voltage Vh shown in the formula (5) in one cycle is equal to the value of the formula (6) as follows.
すなわち、 以上のことから式(5)において、周波数成分を含まな
い第2項の直流信号電圧は被測定線路1を介して負荷な
どに供給される有効電力を表わしており、第1項と第3
項の交流信号電圧は供給電力に何ら関係がないことを示
している。なお、第1項に着目すると、式(2)に示さ
れる線路電流i0=Imsin(ωt−θ)を含んでいるの
で、この項は線路電流を表わしていることがわかる。よ
って、上記ホール電圧Vhから第1項の基本波を含む交流
信号電圧と第2項の直流信号電圧を検出すれば、線路電
流と有効電力を同時に測定することが可能となる。この
場合、第1項のk1×Icと第2項のk1×k2はいずれも既知
の定数であるから、検出信号に対してその分を補正する
ように信号処理を施せばよい。なお、第3項の交流信号
電圧は上記第1項の基本波信号電圧に比べてその周波数
が2倍になっているから、この信号を第1項と第2項の
信号から分離することは容易にできる。That is, From the above, in the equation (5), the DC signal voltage of the second term which does not include the frequency component represents the active power supplied to the load or the like via the measured line 1, and the first term and the third term
It shows that the AC signal voltage in the section has nothing to do with the supplied power. Note that, focusing on the first term, since the line current i 0 = Imsin (ωt−θ) shown in the equation (2) is included, it is understood that this term represents the line current. Therefore, if the AC signal voltage including the fundamental wave of the first term and the DC signal voltage of the second term are detected from the Hall voltage Vh, the line current and the active power can be measured at the same time. In this case, since k 1 × Ic of the first term and k 1 × k 2 of the second term are both known constants, signal processing may be performed so as to correct the detected signal. Since the frequency of the AC signal voltage of the third term is double that of the fundamental signal voltage of the first term, it is not possible to separate this signal from the signals of the first and second terms. You can easily.
以上は交流線路における電力と電流を検出する場合の原
理的な説明であるが、直流線路の電力と電力を検出する
場合も考え方はほぼ同様なので、以下、その大要を説明
する。The above is a description of the principle of detecting the power and the current in the AC line, but the concept is almost the same in the case of detecting the power and the power of the DC line as well, and the outline thereof will be described below.
直流線路の線路電圧をEm′、流れる電流をIm′とし、こ
の電流Im′により磁束B′が誘起されたものとすると、
上記式(3)にならい、 B′=k1′Im′ ……(8) とおくことができる。ここで、k1′は定数である。If the line voltage of the DC line is Em ', the flowing current is Im', and the magnetic flux B'is induced by this current Im ',
Following the equation (3), B ′ = k 1 ′ Im ′ (8) can be set. Here, k 1 ′ is a constant.
次に、制御電流をi′とすると、この制御電流i′は上
記交流線路の場合と同様に直流電流Ic′と交流電流ic′
とが加え合わされており、 I′=Ic′+ic′ ……(9) であるが、この場合は交流電流ic′の方が適宜に設定さ
れた一定レベルの交流電流であって、例えば ic′=i0′sinω′t ……(10) のようにされている。Next, assuming that the control current is i ', this control current i'is the same as in the case of the above-mentioned AC line, the DC current Ic' and the AC current ic '.
, And I '= Ic' + ic '(9). In this case, the alternating current ic' is an appropriately set constant level alternating current, for example, ic ' = I 0 ′ sinω′t (10)
一方、直流電流Ic′の大きさは上記直流線路の線路電圧
Em′に比例するように、 Ic′=k2′Em′ ……(11) にされている。ここで、k2′は定数である。On the other hand, the magnitude of the DC current Ic 'is the line voltage of the DC line.
'In proportion to, Ic' Em is the = k 2 'Em' ...... ( 11). Here, k 2 ′ is a constant.
したがって、制御電流i′は式(10)と(11)を式
(9)に代入して、 i′=i0′sinω′t+k2′Em′ ……(12) となる。Therefore, the control current i'is obtained by substituting the equations (10) and (11) into the equation (9), i '= i 0 ′ sinω′t + k 2 ′ Em ′ (12).
上記端子Y,Y間に現われるホールを電圧Vh′とすると、
このホール電圧Vh′は式(8)に式(9)を乗じたもの
で、 Vh′=B′×i′=k1′Im′×(Ic′+ic′) であるが、式(12)を用いて書き換えると次のようにな
る。Assuming that the hole appearing between the terminals Y and Y is the voltage Vh ',
This Hall voltage Vh 'intended multiplied by the equation (9) into equation (8), Vh' is = B '× i' = k 1 'Im' × (Ic '+ ic'), formula (12) When rewritten using
Vh′=k1′k2′Em′Im′+k1′Im′ ×i0′sinω′t ……(13) 交流線路における式(5)の場合と同様に上記式(13)
について一周期の平均値を調べると、 となり、式(13)中第1項の直流信号電圧は直流電力を
表わしていることがわかる。この場合、第2項の交流信
号電圧は零になって上記電力には寄与しないが、信号処
理を施してその直流成分Im′を検出することにより線路
を流れる直流電流を測定することができる。Vh ′ = k 1 ′ k 2 ′ Em′Im ′ + k 1 ′ Im ′ × i 0 ′ sinω′t (13) As in the case of equation (5) in the AC line, the above equation (13)
If you look up the average value of Therefore, it can be seen that the DC signal voltage of the first term in equation (13) represents DC power. In this case, the AC signal voltage of the second term becomes zero and does not contribute to the power, but the DC current flowing through the line can be measured by performing the signal processing and detecting the DC component Im '.
第2図にはこの発明によるクランプセンサを電力計に適
用した場合の一実施例が示されている。同図を参照する
と、被測定線路1には図示しない開閉機構を備えた1対
の磁気コア2が外包されており、その磁気ギャップ内に
はホール素子3が組み込まれている。このホール素子3
の一方の制御電流入力用端子X,Xにはリード線を介して
制御電流発生部4が接続され、他方のホール電圧出力用
端子Y,Yには、同様にリード線を介して検出部5が接続
されている。この検出部5の後段には指示部6が設けら
れており、検出部5からの出力信号はここで例えばデジ
タル的に演算処理が施されたうえ、数字表示器等に測定
値が表示されるようになっている。FIG. 2 shows an embodiment in which the clamp sensor according to the present invention is applied to a power meter. Referring to the figure, a pair of magnetic cores 2 having an opening / closing mechanism (not shown) is externally included in the measured line 1, and a Hall element 3 is incorporated in the magnetic gap. This Hall element 3
The control current generator 4 is connected to one of the control current input terminals X and X via a lead wire, and the other hall voltage output terminals Y and Y are similarly connected to the detection unit 5 via a lead wire. Are connected. An instruction unit 6 is provided after the detection unit 5, and the output signal from the detection unit 5 is digitally processed here, for example, and the measured value is displayed on a numerical display or the like. It is like this.
次に、各部の構成を説明すると、上記制御電流発生部4
は、直流と交流の制御電流を形成するための電流源とし
て直流電源7と交流電源8を備えているが、上記直流電
源7は、このクランプセンサと対に組み合わされる電力
計本体の直流電源を利用するようにしてもよい。上記交
流電源8は例えば電圧トランスと増幅器および商用電源
周波数を含む比較的低周波の発振器などを備えており、
交流の電力と電流を測定する場合には、電圧トランスと
増幅器が使用され、直流の電力と電流を測定する場合に
は発振器と増幅器が使用されるように内部で切り換えら
れる。そしてこの場合、上記直流電源7および交流電源
8に関連して、その入出力などを切り換える切換器9が
設けられている。すなわち、この切換器9を交流測定用
の接点a側に倒すと上記交流電源8には、例えば被測定
線路1と電磁結合するように配設されたピックアップル
ープ10の誘起電圧が切換器9Aを介して入力される。この
入力された電圧は交流電源8内の電圧トランスと増幅器
を経て切換器9Bから電圧設定器11に加えられる。Next, the configuration of each section will be described.
Includes a DC power supply 7 and an AC power supply 8 as current sources for forming DC and AC control currents. The DC power supply 7 is a DC power supply of a power meter body paired with the clamp sensor. You may use it. The AC power supply 8 includes, for example, a voltage transformer, an amplifier, and a relatively low frequency oscillator including a commercial power supply frequency.
It is internally switched to use voltage transformers and amplifiers when measuring AC power and current, and oscillators and amplifiers when measuring DC power and current. In this case, a switch 9 for switching the input and output of the DC power supply 7 and the AC power supply 8 is provided. That is, when the switch 9 is tilted to the contact a side for AC measurement, the induced voltage of the pickup loop 10 arranged so as to be electromagnetically coupled to the line 1 to be measured causes the switch 9A in the AC power source 8. Entered through. This input voltage is applied to the voltage setting device 11 from the switching device 9B via the voltage transformer and the amplifier in the AC power supply 8.
上記電圧設定器11はこの実施例の場合、例えば電圧増幅
率が可変にされた増幅器で構成されており、上記交流電
源8から入力された電圧は、ここで線路電圧の高低に応
じ一定の比例関係を有する電圧レベルに設定されるよう
になっている。この電圧設定器11は電圧増幅率が一定の
増幅器と可変のアッテネータで構成し、交流電源8から
の入力電圧をアッテネータで切り換えるようにしてもよ
い。In the case of this embodiment, the voltage setting device 11 is composed of, for example, an amplifier whose voltage amplification factor is variable, and the voltage input from the AC power source 8 is proportional to the level of the line voltage. It is adapted to be set to relevant voltage levels. The voltage setting device 11 may be composed of an amplifier having a constant voltage amplification factor and a variable attenuator, and the input voltage from the AC power supply 8 may be switched by the attenuator.
このように線路電圧と一定の比例関係を有するように設
定された交流電圧は、電圧設定器11から切換器9Dを介し
て加算器12に入力される。この場合、上記直流電源7か
らの直流電圧も電圧設定器13と切換器9Eを介して上記加
算器12に入力されるようになっているが、この直流電圧
は線路電圧の高低には関係なく一定レベルの電圧に設定
されている。これら交流と直流の両電圧は上記加算器12
において加え合わされ、更に次段の電圧/電流変換器14
において電流に変換された後、制御電流として上記ホー
ル素子3に加えられる。この実施例における上記加算器
12と電圧/電流変換器14は、いずれも通常の演算増幅器
などを用いて構成された一般的な回路であるが、上記電
圧/電流変換器14から出力される制御電流中の交流分の
位相は、線路電圧の位相と同相となるように留意されて
いる。The AC voltage thus set to have a constant proportional relationship with the line voltage is input from the voltage setter 11 to the adder 12 via the switch 9D. In this case, the DC voltage from the DC power supply 7 is also input to the adder 12 via the voltage setter 13 and the switch 9E, but this DC voltage is irrelevant to the level of the line voltage. It is set to a certain level of voltage. Both the AC and DC voltages are added to the above-mentioned adder 12
And the voltage / current converter 14 in the next stage
After being converted into a current in, a control current is applied to the Hall element 3. The adder in this embodiment
Both 12 and the voltage / current converter 14 are general circuits configured by using an ordinary operational amplifier, but the phase of the AC component in the control current output from the voltage / current converter 14 is Is noted to be in phase with the line voltage.
直流の電力と電流を測定する場合には上記切換器9を直
流測定用の接点b側に倒せばよい。これにより、交流電
源8に内蔵されている発振器が発振する。この発振器の
出力は内蔵されている増幅器により適宜増幅された後、
切換器9Bの接点bを介して電圧設定器15に加えられ、一
定レベルの交流電圧にされる。また、ピックアップルー
プ10を介して取り込んだ被測定線路1の電圧は切換器9A
の接点bを介して電圧設定器16に加えられ、交流測定の
場合と同様に、線路電圧の高低に応じてそのレベルが一
定の比例関係を有する直流電圧に設定されるようになっ
ている。なお図示されていないが、この実施例ではピッ
クアップループ10には探針が設けられていて、直流の電
力と電流測定時には、その探針を被測定線路1に接触さ
せることにより、同被測定線路1の電圧を検出するよう
にしている。上記電圧設定器15から出力される一定レベ
ルの交流電圧と、上記電圧設定器16から出力される線路
電圧に比例したレベルの直流電圧は、それぞれ切換器9D
と切換器9Eの各接点bを介して上記加算器12に入力さ
れ、上記交流電力、電流測定の場合と同様に加算された
後、上記電圧/電流変換器14において制御電流に変換さ
れる。この実施例においては、これらの電圧設定器15お
よび16はそれぞれ上記電圧設定器13および11とほぼ同様
の回路で構成されている。When measuring DC power and current, the switch 9 may be tilted to the contact point b side for DC measurement. As a result, the oscillator built in the AC power supply 8 oscillates. After the output of this oscillator is appropriately amplified by the built-in amplifier,
It is applied to the voltage setting device 15 via the contact b of the switching device 9B and is made into an AC voltage of a constant level. In addition, the voltage of the measured line 1 taken in via the pickup loop 10 is the switching device 9A.
The voltage is applied to the voltage setter 16 via the contact b of the above, and the level thereof is set to the direct current voltage having a constant proportional relationship according to the level of the line voltage, as in the case of the alternating current measurement. Although not shown, in this embodiment, the pickup loop 10 is provided with a probe, and the probe is brought into contact with the measured line 1 at the time of measuring the DC power and the current, so that the measured line 1 is measured. The voltage of 1 is detected. The constant level AC voltage output from the voltage setting unit 15 and the DC voltage having a level proportional to the line voltage output from the voltage setting unit 16 are respectively changed by the switching unit 9D.
Is input to the adder 12 via each contact b of the switch 9E, added as in the case of the AC power and current measurement, and then converted into a control current in the voltage / current converter 14. In this embodiment, the voltage setters 15 and 16 are composed of circuits substantially similar to the voltage setters 13 and 11, respectively.
上記検出部5はホール素子3から出力さるホール電圧中
の有効電力に相当する信号と線路電流に相当する信号を
分離抽出するものである。上記ホール素子3の端子Y,Y
に現われたホール電圧はリード線を介して例えば演算増
幅器などにより構成されたバッファ増幅器20に入力され
る。このバッファ増幅器20の出力電圧はローパスフィル
タ21に入力され、交流の電力、電流測定に不要な線路電
圧の2倍の周波数を有する信号電圧が除去されるように
なっている。この場合、線路電圧の周波数が例えば50H
z、60Hz、あるいはその他の周波数にわたるようであれ
ば、上記ローパスフィルタ21の遮断周波数がそれに応じ
て切り換えられることは当然である。このローパスフイ
ルタ21はその遮断特性が急峻であることが望ましく、例
えば演算増幅器を用いて構成されたアクティブフィルタ
などが好適である。なお、測定対象線路が直流線路の場
合は2倍の周波数を有する電圧成分が発生しないので、
入力電圧はそのままこのローパスフィルタ21を通過して
出力される。The detection unit 5 separates and extracts a signal corresponding to the active power in the Hall voltage output from the Hall element 3 and a signal corresponding to the line current. Terminals Y, Y of the Hall element 3 above
The Hall voltage appearing at is input to the buffer amplifier 20 constituted by, for example, an operational amplifier via a lead wire. The output voltage of the buffer amplifier 20 is input to the low-pass filter 21 so that a signal voltage having a frequency twice that of the line voltage, which is unnecessary for AC power and current measurement, is removed. In this case, the line voltage frequency is, for example, 50H.
Of course, the cutoff frequency of the low-pass filter 21 can be switched accordingly if it covers z, 60 Hz, or any other frequency. The low-pass filter 21 preferably has a steep cutoff characteristic, and for example, an active filter formed by using an operational amplifier is suitable. If the line to be measured is a DC line, a voltage component having twice the frequency does not occur, so
The input voltage is output as it is through the low pass filter 21.
上記ローパスフィルタ21の出力電圧は一方では更にロー
パスフィルタ22に入力されるが、他方では例えば直流阻
止用のコンデンサ23を介して整流・平滑器24にも入力さ
れ、整流・平滑器24の出力は上記指示部に送出されるよ
うになっている。これにより、ローパスフィルタ22の出
力電圧は交流成分が打ち消されて直流となる。この直流
電圧と上記整流・平滑器24から出力された直流電圧は、
指示部6においてそれぞれディジタル的に信号処理がな
されて数字表示器などに測定値が表示される。なお、上
記各電圧設定器11,13,15,16において、制御電流を形成
する際に設定された定数は、検出信号を補正するための
参照信号として上記指示部に送られており、これにより
正しい測定値が表示されるようになっている。The output voltage of the low-pass filter 21 is further input to the low-pass filter 22 on the one hand, but is also input to the rectifier / smoother 24 via the DC blocking capacitor 23 on the other hand, and the output of the rectifier / smoother 24 is It is designed to be sent to the instruction section. As a result, the output voltage of the low-pass filter 22 becomes a direct current with the AC component canceled. This DC voltage and the DC voltage output from the rectifier / smoothing device 24 are
The indicator 6 digitally performs signal processing and displays the measured value on a numerical display or the like. In each of the voltage setters 11, 13, 15, and 16, the constant set when forming the control current is sent to the instruction unit as a reference signal for correcting the detection signal, and The correct measurement value is displayed.
[作用] 次に、第3図および第4図を併せて参照しながらこのク
ランプセンサの作用を説明する。なお、第2図におい
て、第3図又は第4図に示された信号波形が現われる箇
所には同じ参照符号が記されている。[Operation] Next, the operation of the clamp sensor will be described with reference to FIGS. 3 and 4 together. Note that, in FIG. 2, the same reference numerals are given to the portions where the signal waveforms shown in FIG. 3 or 4 appear.
まず、第3図により交流の電力および電流を検出する場
合について説明すると、被測定線路1には例えば(イ)
に示されているような正弦波状の線路電圧e0が加えられ
ており、この線路電圧e0に対して例えば(ロ)に示され
るような位相角がθだけ遅れた線路電流i0が流れている
ものとする。この線路電圧e0の一部はピックアップルー
プ10によって取り出され、交流電源8を介して増幅され
た後電圧設定器11において(ハ)に示されるように、上
記線路電圧e0の大きさに比例した電圧にされる。一方、
直流電源7は電圧設定器13によりその極性が例えば
(ニ)に示されるように(+)の一定レベルの電圧にさ
れる。これら2つの電圧はそれぞれ切換器9D,9Eを介し
て加算器12に送られ、そこで加え合わされて(ホ)に示
されるように上記(ニ)の直流分だけ中心線が(+)側
にずれた交流電圧となる。この交流電圧は次段の電圧/
電流変換器14において電流に変換された後、上記式
(4)に示された制御電流iとしてホール素子3のX,X
端子に流される。この制御電流iの波形は(ヘ)に示さ
れるように、上記(ホ)の電圧波形と相似になる。First, the case of detecting AC power and current will be described with reference to FIG.
The line voltage e 0 having a sinusoidal waveform as shown in Fig. 6 is applied, and a line current i 0 with a phase angle delayed by θ as shown in (b) flows with respect to this line voltage e 0 . It is assumed that A part of the line voltage e 0 is taken out by the pickup loop 10 and amplified through the AC power source 8 and then proportional to the magnitude of the line voltage e 0 as shown in (c) in the voltage setting device 11. To the specified voltage. on the other hand,
The DC power supply 7 is set to a voltage of a constant level of (+) by the voltage setting device 13 as shown in (D) of its polarity. These two voltages are sent to the adder 12 via the switches 9D and 9E, respectively, and are added there to shift the center line to the (+) side by the DC component of the above (d) as shown in (e). It becomes AC voltage. This AC voltage is the voltage of the next stage /
After being converted into a current in the current converter 14, X, X of the Hall element 3 is obtained as the control current i shown in the above equation (4).
It is washed by the terminal. The waveform of the control current i is similar to the voltage waveform of (e) as shown in (f).
ホール素子3のY,Y端子には上記式(5)に示されるホ
ール電圧Vhが現われるが、わかりやすくするため基本波
信号電圧の振幅と倍周波数信号電圧の振幅とがほぼ等し
いものとすると、ホール電圧Vhの波形は例えば(ト)に
示されるようになる。このホール電圧Vhはバッファ増幅
器20を経てローパスフィルタ21に入力され、例えば
(チ)に示されるような倍周波数の信号電圧が除かれ
る。ローパスフィルタ21の出力には(リ)に示されるよ
うに基本波信号電圧と直流信号電圧との合成信号電圧が
現われるが、基本波信号電圧はコンデンサ23と整流・平
滑器24を介して直流に変換されたうえ指示部6に送ら
れ、式(2)に示された線路電流i0の測定に供される。
この場合、上記整流・平滑器24から送出される電圧は、
例えば(ヌ)に示されるように基本波信号電圧の大きさ
に対応した直流電圧となる。一方、ローパスフィルタ22
においては上記(リ)に示されたローパスフィルタ21の
出力信号電圧から更に基本波信号電圧が除去され、
(ル)に示されるような直流信号電圧が出力される。こ
の信号電圧は指示部において線路の有効電力測定に供さ
れるようになっている。Although the Hall voltage Vh shown in the above equation (5) appears at the Y and Y terminals of the Hall element 3, for the sake of simplicity, if the amplitude of the fundamental wave signal voltage and the amplitude of the double frequency signal voltage are substantially equal, The waveform of the Hall voltage Vh is as shown in (g), for example. This Hall voltage Vh is input to the low-pass filter 21 via the buffer amplifier 20, and the signal voltage of the double frequency as shown in (H) is removed. The composite signal voltage of the fundamental wave signal voltage and the direct current signal voltage appears at the output of the low pass filter 21 as shown in (i), but the fundamental wave signal voltage is converted to direct current through the capacitor 23 and the rectifier / smoothing device 24. After being converted, it is sent to the instruction unit 6 and used for the measurement of the line current i 0 shown in the equation (2).
In this case, the voltage sent from the rectifier / smoothing device 24 is
For example, a DC voltage corresponding to the magnitude of the fundamental wave signal voltage is obtained as shown in FIG. On the other hand, low-pass filter 22
In, the fundamental wave signal voltage is further removed from the output signal voltage of the low pass filter 21 shown in (i) above,
A DC signal voltage as shown in (L) is output. This signal voltage is used for measuring the active power of the line in the indicator.
次に、第4図を参照しながら直流の電力と電流を検出す
る場合について説明すると、上記切換器9を接点b側に
倒し、交流電源8を発振器として作動させる。線路電圧
Em′と線路電流Im′はそれぞれ同図(オ)および(ワ)
に示されているものとする。この場合、電圧設定器15か
ら例えば(カ)に示されるように、適宜に設定された一
定電圧レベルで一定周波数ω′の交流信号電圧が発せら
れる。電圧設定器16からは(ヨ)に示されているよう
に、上記線路電圧Em′に比例した大きさの直流信号電圧
が送出される。この直流信号電圧は加算器12において上
記一定レベルの交流信号に加え合わされ、(タ)に示さ
れるような信号電圧となり、交流線路の場合と同様に電
圧/電流変換器14によって(レ)に示されるような制御
電流i′に変換される。Next, referring to FIG. 4, the case of detecting DC power and current will be described. The switching device 9 is tilted to the contact b side and the AC power supply 8 is operated as an oscillator. Line voltage
Em ′ and line current Im ′ are shown in the figures (e) and (wa), respectively.
As shown in. In this case, the voltage setter 15 emits an AC signal voltage of a constant frequency ω'at a properly set constant voltage level, as shown in (f), for example. As shown in (Y), the voltage setter 16 outputs a DC signal voltage having a magnitude proportional to the line voltage Em '. This DC signal voltage is added to the AC signal of the constant level in the adder 12 to become a signal voltage as shown in (T), which is shown in (L) by the voltage / current converter 14 as in the case of the AC line. Is converted into a control current i '.
この場合、ホール電圧Vh′は例えば(ソ)に示されるよ
うな波形となり、クランプセンサの原理的な説明の箇所
で明らかにしたように倍周波数の信号電圧は含まれてい
ない。このため、ローパスフィルタ21の出力側には
(ツ)に示されるように、上記(ソ)に示されたホール
電圧Vh′の波形と同じ波形の信号電圧が現われる。この
信号電圧はコンデンサ23を介して直流電圧成分が除か
れ、更に整流・平滑器24を経ることにより(ネ)に示さ
れるような直流信号電圧にされ、指示部6に送られて線
路電流Im′の測定に供される。ローパスフィルタ22にお
いては、上記(ツ)に示されるローパスフィルタ21の信
号電圧から交流電圧成分が除かれ、その出力側には交流
線路の場合と同様に(ナ)に示されるような直流信号電
圧が得られる。この直流信号電圧は指示部6に送られて
線路の電力測定に用いられる。In this case, the Hall voltage Vh 'has a waveform as shown in (b), for example, and does not include a signal voltage having a doubled frequency, as was made clear in the explanation of the principle of the clamp sensor. Therefore, a signal voltage having the same waveform as the waveform of the Hall voltage Vh 'shown in (S) above appears on the output side of the low-pass filter 21, as shown in (T). The DC voltage component is removed from this signal voltage via the capacitor 23, and further passed through the rectifier / smoothing device 24 to be a DC signal voltage as shown in (N), which is sent to the instructing unit 6 and the line current Im. ′ Is used for measurement. In the low-pass filter 22, the AC voltage component is removed from the signal voltage of the low-pass filter 21 shown in (T) above, and its output side has a DC signal voltage as shown in (N) as in the case of the AC line. Is obtained. This DC signal voltage is sent to the indicator 6 and used for power measurement of the line.
第5図には上記クランプセンサの変形実施例が示されて
いるが、この変形実施例においては、制御電流発生部の
構成が上記第2図に示された実施例と異なっている。す
なわち、この変形実施例の制御電流発生部25において
は、直流電源7と交流電源8はそれぞれ被測定線路1の
電圧、電流に直接関係無い一定レベルの直流電圧と交流
電圧を発し、電圧設定器26と27はそれぞれ被測定線路1
の電圧に比例した大きさの交流電圧と直流電圧を形成し
て送出するようになっている。FIG. 5 shows a modified embodiment of the clamp sensor. In this modified embodiment, the configuration of the control current generator is different from that of the embodiment shown in FIG. That is, in the control current generator 25 of this modified embodiment, the DC power supply 7 and the AC power supply 8 respectively generate a DC voltage and an AC voltage of a constant level that are not directly related to the voltage and current of the line under test 1, and the voltage setting device. 26 and 27 are the measured line 1 respectively
The AC voltage and the DC voltage having a magnitude proportional to the voltage are generated and transmitted.
例えば測定対象が交流線路の場合には、図示のように切
換器9が接点a側に切換えられ、直流電源7から一定レ
ベルの直流電圧が切換器9A(a)を介して加算器12の一
方の入力端に加えられるとともに、電圧設定器26からは
線路電圧に比例した大きさの交流電圧が切換器9c(a)
を介して上記加算器12の他方の入力端に加えられる。ま
た、測定対象が直流線路の場合には、切換器9が接点b
側に切換えられ、交流電源8の一定レベルの交流電圧と
電圧設定器27の線路電圧に比例した直流電圧とがそれぞ
れ切換器9A(b)及び9C(b)を介して加算器12に加え
られる。なお、電圧設定器26,27の送出電圧は測定値の
演算用として指示部6にも加えられるようになってい
る。For example, when the object to be measured is an AC line, the switch 9 is switched to the contact a side as shown in the figure, and a DC voltage of a constant level is supplied from the DC power supply 7 to one of the adders 12 via the switch 9A (a). AC voltage of a magnitude proportional to the line voltage is applied from the voltage setter 26 to the input terminal of the switch 9c (a).
Is added to the other input terminal of the adder 12 via. Further, when the measurement target is a DC line, the switch 9 is connected to the contact b.
And a constant level AC voltage of the AC power source 8 and a DC voltage proportional to the line voltage of the voltage setter 27 are applied to the adder 12 via the switches 9A (b) and 9C (b), respectively. . The output voltages of the voltage setters 26 and 27 are also applied to the instruction section 6 for calculating the measured values.
このように、上記変形実施例における直流電源7及び交
流電源8は、それぞれ第2図に示された実施例の直流電
源7と直流の一定電圧設定器13及び交流電源8と交流の
一定電圧設定器15の機能を合わせて備えている。As described above, the DC power supply 7 and the AC power supply 8 in the modified embodiment are the DC power supply 7 and the DC constant voltage setter 13 and the AC power supply 8 and the AC constant voltage setting of the embodiment shown in FIG. 2, respectively. It also has the functions of device 15.
[発明の効果] 以上、詳細に説明したように、この発明によれば、被測
定線路1から負荷に供給される有効電力の測定はもちろ
んその線路電流も同時に測定することができる。このた
め、従来のようにクランプ式電流計を特に用意する必要
はなく、また、測定した電力と線路電流の値から力率が
簡単に算出できるので手軽に力率改善等に役立たせるこ
とも可能である。[Effect of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, not only the active power supplied from the measured line 1 to the load but also the line current can be measured at the same time. Therefore, it is not necessary to prepare a clamp type ammeter as in the past, and since the power factor can be easily calculated from the measured power and line current values, it can be easily used for power factor improvement etc. Is.
添付図面はいずれもこの発明によるクランプセンサの実
施例に係り、第1図はその原理説明図、第2図はこの発
明によるクランプセンサを電力計に適用した場合のブロ
ック線図、第3図および第4図は作用説明用の信号波形
図、第5図は上記第1図の変形実施例を示すブロック線
図である。 図中、1は被測定線路、2は磁気コア、3はホール素
子、4,25は制御電流発生部、5は検出部、7は直流電
源、8は交流電源、9Aないし9Eは切換器、11,13,15,16,
26,27は電圧設定器、12は加算器、14は電圧/電流変換
器、21,22はローパスフィルタ、23はコンデンサ、24は
整流・平滑器である。The attached drawings are all related to an embodiment of a clamp sensor according to the present invention. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle thereof, and FIG. 2 is a block diagram when the clamp sensor according to the present invention is applied to a power meter, FIG. FIG. 4 is a signal waveform diagram for explaining the operation, and FIG. 5 is a block diagram showing a modified embodiment of the above FIG. In the figure, 1 is a line to be measured, 2 is a magnetic core, 3 is a Hall element, 4 and 25 are control current generators, 5 is a detector, 7 is a DC power supply, 8 is an AC power supply, 9A to 9E are switching devices, 11,13,15,16,
26 and 27 are voltage setting devices, 12 is an adder, 14 is a voltage / current converter, 21 and 22 are low-pass filters, 23 is a capacitor, and 24 is a rectifying / smoothing device.
Claims (1)
備えた一対の磁気コア2と、該磁気コア2により形成さ
れる磁路中に配設されたホール素子3と、該ホール素子
3に制御電流を供給する制御電流発生部4,25と、前記ホ
ール素子3の出力により前記被測定線路1の電力と電流
を検出する検出部5とを有するクランプセンサにおい
て、 前記制御電流発生部4,25は、直流電源7と交流電源8と
を含み、交流の電力と電流測定時には、前記被測定線路
1の線路電圧に比例した大きさの交流電圧と前記直流電
源7から出力される線路電圧と無関係な一定の直流電圧
とを加算器12にて加算してなる制御電流を前記ホール素
子3の制御電流入力用端子X,Xに供給し、直流の電力と
電流測定時には、前記被測定線路1の線路電圧に比例し
た大きさの直流電圧と前記交流電源8から出力される線
路電圧と無関係な一定の大きさの交流電圧とを加算器12
にて加算した制御電流を前記ホール素子3の制御電流入
力用端子X,Xに供給し、前記検出部5は、前記ホール素
子3の電圧出力用端子Y,Yの出力信号に含まれている倍
周波数信号を除去して交流基本波信号電圧と直流信号電
圧とを含む合成信号を得る第1のフィルタ手段21と、前
記合成信号から前記交流基本波信号電圧を除去して電力
測定用の直流信号電圧を得る第2のフィルタ手段22と、
交流結合にて前記合成信号中の前記直流信号電圧を除去
した後の前記交流基本波信号電圧を整流平滑して電流測
定用の直流信号電圧を得る整流平滑手段24とを備えてい
ることを特徴とするクランプセンサ。1. A pair of magnetic cores 2 provided with an opening / closing mechanism capable of enclosing a measured line 1; a Hall element 3 disposed in a magnetic path formed by the magnetic cores 2; and a Hall element. In the clamp sensor having the control current generators 4 and 25 for supplying a control current to the sensor 3, and the detector 5 for detecting the power and current of the measured line 1 by the output of the Hall element 3, the control current generator 4,25 includes a DC power supply 7 and an AC power supply 8, and an AC voltage having a magnitude proportional to the line voltage of the line to be measured 1 and a line output from the DC power supply 7 when measuring AC power and current. A control current obtained by adding a constant DC voltage irrelevant to the voltage by the adder 12 is supplied to the control current input terminals X, X of the Hall element 3, and at the time of DC power and current measurement, the measured current is measured. DC voltage whose magnitude is proportional to the line voltage of line 1 The AC constant independent of the line voltage output from the power source 8 the magnitude of the AC voltage and the adder 12
The control current added at is supplied to the control current input terminals X, X of the Hall element 3, and the detection unit 5 is included in the output signals of the voltage output terminals Y, Y of the Hall element 3. First filter means 21 for removing a frequency-doubled signal to obtain a combined signal including an AC fundamental signal voltage and a DC signal voltage; and a DC for power measurement by removing the AC fundamental signal voltage from the combined signal. Second filter means 22 for obtaining a signal voltage,
Rectifying and smoothing means 24 for obtaining a DC signal voltage for current measurement by rectifying and smoothing the AC fundamental wave signal voltage after removing the DC signal voltage in the combined signal by AC coupling. And a clamp sensor.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP59085230A JPH0690240B2 (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Clamp sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP59085230A JPH0690240B2 (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Clamp sensor |
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