專利名稱：交流電流檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于檢測大振幅、低頻率交流電流的交流電流檢測裝置。
背景技術：
對交流電動機進行向量控制時，在將交流電流變換成交流電壓的同時，要求獲得相對于電流波形相位延遲小的電壓波形。為了將交流電流變換成交流電壓，一般地采用稱為CT的變流器、利用霍爾效應的霍爾CT等。其中，霍爾CT由于價格昂貴，其用途受到限制，故以下對變流器進行說明。
圖5是用于說明變流器的原理的線路圖。在該圖中，將連接在檢測電流源I1上的導體作為匝數為1的初級繞組L1、將該導體的電阻作為初級繞組電阻r1，并且將它們順次串聯連接而形成初級電路。又，還具有通過磁心C與初級繞組L1磁耦合的次級繞組L2，將其阻抗作為次級繞組電阻r2，將它們串聯連接后形成CT的次級繞組電路，在該CT次級繞組電路的輸出端上連接電壓檢測電阻R，由此形成次級電路。
這里，將初級繞組L1的匝數設為1[T]、次級繞組L2的匝數設為n2[T]、將圖中以箭頭表示其方向的初級繞組L1的電流設為i1、將次級繞組L2的電流設為i2、將電壓檢測電阻R的一端即圖面下方的一端作為基準電位端、將從該基準電位端出發的電壓檢測電阻R的另一端即圖面上方的一端的電壓設為v，則它們之間成立下式的關系。
i1＝n2·i2…(1)又，若假設次級繞組電阻r2為零(0)，則由于不產生電壓v，次級繞組電流i2的時間變化率如下式所示而為零。di2dt=0----(2)]]>因此，如下述所示，次級繞組電流i2保持為恒定。i2=i1n2----(3)]]>然而，對于實際的CT，存在可以稱作為次級繞組電阻r2與分流電阻的電壓檢測電阻R，在次級繞組n2的兩端產生下式的電動勢e2。e2=(r2+R)·i1n2----(4)]]>該次級繞組電阻r2以及電壓檢測電阻R構成次級繞組電流i2的時間變化率的主要原因。
現在，將次級繞組L2的電感設為L2，則次級繞組電流的時間變化率如下式所示。di2dt=e2L2=1L2=1L2(r2+R)·i1n2----(5)]]>因此，在通電后，已成立的(3)式的關系即破裂，在鐵心C產生磁通Φ。
在利用CT的以往的交流電流檢測裝置中，即使初級電流i1為恒定，隨著時間的推移，次級繞組電流i2衰減，在鐵心C上產生磁通Φ。因此，在將檢測電壓波形變換成電流波形時產生誤差，即使當檢測電壓接近零時，繞組電阻引起的電動勢也不為零，或者在低頻率大電流的情況下容易引起鐵心飽和。
發明內容
本發明為了解決上述問題，目的在于提供一種交流電流檢測裝置，它能夠在大振幅的電壓輸出下高精度地觀測大電流且低頻率的電流波形。
為了解決上述問題，本發明的交流電檢測裝置具備具有流過被檢測電流的初級繞組、通過鐵心與所述初級繞組磁耦合且一端相互連接并形成共用端的次級繞組以及輔助繞組的變流器；將所述輔助繞組上產生的電壓進行放大并且以電流抑制所述鐵心的磁通變化的極性施加給所述次級繞組的運算放大器。
再者，本發明的交流電流檢測裝置具備具有流過被檢測電流的初級繞組、通過鐵心與所述初級繞組磁耦合的次級繞組的變流器；由設置在所述次級繞組上的中間抽頭構成的共用端；以所述共用端為邊界將一方的繞組部分作為主繞組、另一方的繞組部分作為輔助繞組并且放大產生于所述輔助繞組上的電壓且以電流抑制所述鐵心的磁通變化的極性將放大電壓施加給所述主繞組的運算放大器，而且使得在主繞組上產生對應于被檢測電流的電壓。
能夠將上述共用端與運算放大器的基準電位端連接。
再者，具備讀入對應于被檢測電流的電壓的電流數據讀入系統，能夠將運算放大器的基準電位作為電流數據讀入系統的電源電壓的中間電位。
附圖簡述
圖1是表示本發明的電流檢測裝置的第1實施例的電路圖。
圖2A以及圖2B為了說明圖1所示的實施例的動作而結合本實施例與以往裝置來表示在初級繞組上階梯狀地流過直流電流后的檢測輸出電壓以及鐵心磁通的變化狀態。
圖3A以及圖3B為了說明圖1所示的實施例的動作，表示在初級繞組上流過低頻正弦波交流電流時的檢測輸出電壓以及鐵心磁通的變化狀態。
圖4表示本發明的電流檢測裝置的第2實施例的電路圖。
圖5是作為以往的電流檢測裝置而表示變流器的構造的電路圖。
最佳實施形態以下，參照附圖根據最佳實施例對于本發明進行詳細說明。
圖1是表示本發明的電流檢測裝置的第1實施例的電路圖，在圖中，采用與表示以往裝置的圖5相同符號的部分分別表示同一部分。該實施例是由具有通過鐵心C與初級繞組L1磁耦合的次級繞組L2以及輔助繞組L3的變流器CT1、放大輔助繞組L3上產生的電壓并且以電流抑制鐵心C磁通變化的極性向次級繞組L2施加放大電壓的運算放大器U1構成。
這里，相互連接次級繞組L2的一端與輔助繞組L3的一端，并且連接在運算放大器U1的非反轉輸入端(+)即基準電位端。次級繞組L2的另一端連接在運算放大器U1的輸出端，輔助繞組L3的另一端連接在運算放大器U1的反轉輸入端(-)。又，運算放大器U1的非反轉輸入端與輸出端之間連接緩沖電阻Rf(＞＞r3)。再者，作為運算放大器U1的驅動電源，串聯連接直流電源V+與直流電源V-，將直流電源V+的正極、直流電源V-的負極分別與運算放大器U1的正、負電源端連接。又，直流電源V+與直流電源V-的相互連接點連接在運算放大器U1的非反轉輸入端上，同時保持在省略圖示的電流數據讀入系統的電源電壓的中間電位上。
以下，對于上述構造的本實施例的動作進行說明。
將輔助繞組L3的繞組電阻設為r3，則運算放大器U1的放大率A為R/r3。這里，假設在初級繞組L1上流過電流i1[A]、在次級繞組L2上產生電動勢e2，在輔助繞組L3上產生感應電壓e3。此時，在輔助繞組L3的感應電壓e3與次級繞組L2的感應電壓e2之間成立下述關系。e3=n3n2·e2----(6)]]>當從基準電壓端出發的運算放大器U1的輸出電壓設為v時，則以下式表示該輸出電壓。V=-A·n3n2·e2----(7)]]>結果，在次級繞組L2上通過次級繞組電阻r2流過下式所示的電流i2。i2=e2r2+A·n3n2·e2r2]]>…(8)=(1+A·n3n2)·e2r2]]>因此，在輔助繞組L3上流過下式的電流i3。i3=·n3n2·e2r3----(9)]]>在初級電流通電后，緊接著由于鐵心C的磁通Φ為零，則初級繞組的電流i1為下式所示的值。
i2＝n2·i2+n3·i3=n2·(1+A·n3n2)·e2r2+n3·n3n2·e2r3----(10)]]>將上述(10)變形來求取e2，則如下式所示。e2=i1·r2n2(1+A·n3n2)+r2r3·(n3n2)2----(11)]]>因此，若表示圖5所示的以往裝置的次級繞組電壓e2，則如下式所示。e2=(r2+R)·n1n2----(12)]]>若比較該(11)與(12)式，相對于(12)式所示的次級繞組的感應電壓e2為恒定，通過使得運算放大器U1的放大率A足夠大，能夠將(11)式所示的次級繞組的感應電壓e2抑制到足夠小。
又，通過采用(7)式與(12)式，能夠以下式表示運算放大器U1的輸出電壓v。v=-A·n3n2·i1·r2n2(1+A·n3n2)+r2r3·(n3n2)2]]>…(13)=-i1·n3·r2n2n3+(n2)2A+r2r2(n3)2A]]>從(13)式可知，將運算放大器的輸出電壓v就此作為與初級繞組電流i1成比例的變換電壓輸出使用。又，當放大率A接近無限大時，次級繞組的感應電壓e2無限接近零，運算放大器的輸出電壓v收斂于下式的值。v=-i1·r2n2----(14)]]>(14)所示的值表示由外部供給的電源補償以往裝置中次級繞組的內部電阻r2所引起的電動勢。
圖2A結合本實施例的裝置與以往裝置表示在初級繞組L1上階梯狀地流過10[A]的直流電流后檢測輸出電壓的變化狀態，圖2B結合本實施例的裝置與以往的裝置表示該情況下磁性磁通Φ的變化狀態。如上述這些圖可知，與以往的裝置進行比較，在本實施例中，隨著時間推移，能夠將對數增加的檢測輸出電壓的衰減抑制到較小程度，而且，能夠將鐵心磁通Φ的增加抑制在特別低。
圖3A結合本實施例的裝置與以往的裝置表示在初級繞組L1上流過振幅為10[A]、頻率為10[Hz]的正弦波交流電時檢測輸出電壓的變化狀態，圖3B結合本實施例的裝置與以往的裝置表示該情況下鐵心磁通Φ的變化狀態。如這些圖可知，與以往裝置相比，在本實施例中，能夠獲得與初級繞組電流大致相同的檢測輸出電壓，而且能夠將鐵心磁通Φ的增加抑制在特別低的程度。
如此，根據本實施例，能夠抑制次級繞組電流隨時間推移的衰減，同時也能夠將鐵心磁通的增加抑制在較低程度，能夠以大振幅的檢測電壓輸出高精度地觀察大電流、低頻率的電流波形。
圖4是表示本發明的電流檢測裝置第2實施例構造的電路圖，圖中，對于具有與圖1所示的第1實施例相同功能的部分，采用相同符號并且省略說明。在第2實施例中，在與初級繞組L1通過鐵心C磁耦合的次級繞組上設有作為共用端的中間抽頭MT，從該中間抽頭MT出發，將一方作為主繞組L2、將另一方作為輔助繞組L3，其中，使得主繞組L2具有上述的次級繞組L2的功能。
又，此時，為了將中間抽頭MT保持在基準電位并且使得在運算放大器U1的輸出端上產生與第1實施例同一極性的電壓，則在中間抽頭MT與輔助繞組L3的末端之間連接電阻Rs，同時將中間抽頭MT通過電阻Ri連接在運算放大器U1的反轉輸入端上，將輔助繞組L3的末端連接在運算放大器U1的非反轉輸入端。
另一方面，為了使得在運算放大器U1的輸出端上產生與第1實施例相同的電壓，設定連接在非反轉輸入端與輸出端之間的緩沖電阻Rf1的值而使得獲得第1實施例中所說明的放大率A(＝Rf1/Ri)。
該第2實施例是使得在電阻Rs的兩端上產生對應于產生在輔助繞組L3兩端上的電壓的電壓，放大該電壓，使得產生具有與第1實施例說明的相同極性與大小的電壓v。
因此，根據圖4所示的第2實施例，也能夠將次級繞組電流隨時間的衰減抑制到較低程度，同時也能夠將鐵心磁通的增加抑制到較低程度，能夠以大振幅的檢測電壓輸出、高精度地觀察大電流、低頻率的電流波形。
權利要求
1.一種交流電流檢測裝置，其特征在于，具備具有流過被檢測電流的初級繞組、通過鐵心與所述初級繞組磁耦合且一端相互連接并形成共用端的次級繞組以及輔助繞組的變流器；將所述輔助繞組上產生的電壓加以放大并且在電流抑制所述鐵心的磁通變化的極性上施加給所述次級繞組的運算放大器，使得所述次級繞組產生對應于所述被檢測電流的電壓。
2.如權利要求1所述的交流電流檢測裝置，其特征在于，將所述共用端連接在所述運算放大器的基準電位端上。
3.如權利要求1所述的交流電流檢測裝置，其特征在于，具備讀入所述被檢測電流對應的電壓的電流讀入系統，將所述運算放大器的基準電位作為所述電流數據讀入系統的電源電壓的中間電位。
4.一種交流電檢測裝置，其特征在于，具備具有流過被檢測電流的初級繞組、通過鐵心與所述初級繞組磁耦合的次級繞組的變流器；由設置在所述次級繞組上的中間抽頭構成的共用端；以所述共用端為邊界將一方的繞組部分作為主繞組、另一方的繞組部分作為輔助繞組并且放大產生于所述輔助繞組上的電壓且以電流抑制所述鐵心的磁通變化的極性將放大電壓施加給所述主繞組的運算放大器，使得所述主繞組產生對應于所述被檢測電流的電壓。
5.如權利要求4所述的交流電流檢測裝置，其特征在于，將所述共用端連接在所述運算放大器的基準電位端上。
6.如權利要求4所述的交流電流檢測裝置，其特征在于，具備讀入與所述被檢測電流對應的電壓的電流數據讀入系統，將所述運算放大器的基準電位作為所述電流數據讀入系統的電源電壓的中間電位。
全文摘要
為了能夠以大振幅的電壓輸出高精度地觀測大電流、低頻率的電流波形,本發明具備:具有流過被檢測電流的初級繞組、通過鐵芯與初級繞組磁耦合的次級繞組以及輔助繞組的變流器;放大在輔助繞組上產生的電壓并且以流過抑制鐵芯磁通變化的電流的極性向次級繞組施加放大電壓的運算放大器,并且使得在次級繞組上產生對應于被檢測電流的電壓。
文檔編號G01R15/18GK1361866SQ00810357
公開日2002年7月31日 申請日期2000年7月13日 優先權日1999年7月15日
發明者植杉通可 申請人:東芝開利株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
