(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変流器に３次コイルを設け、この出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記変流器の負担に関わる電気信号を増幅する第２の増幅器を設け、前記第１の増幅器と前記第２の増幅器の各出力信号の合成信号を前記変流器の２次コイルに直列に、その２次コイルの内部電圧を減ずる方向に挿入帰還することを特徴とした二重帰還変流器。
【請求項２】
第１及び第２の増幅器は、オペアンプＯｐ１、分圧帰還用抵抗Ｒ３，Ｒ４よりなる第１の非反転増幅器、及びオペアンプＯｐ２、分圧帰還用抵抗Ｒ２，Ｒ１よりなる第２の非反転増幅器で構成され、且つ第１の非反転増幅器の出力は、第２の非反転増幅器の前記分圧帰還用抵抗Ｒ２，Ｒ１に対してカスケード接続されることを特徴とした請求項１記載の二重帰還変流器。
【請求項３】
２次コイルに直列に補助抵抗ｒ０を挿入し、第１の非反転増幅器の実質加算増幅度を上げることを特徴とした請求項１又は２記載の二重帰還変流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触で大電流から小電流まで検出測定するための、磁束の微小で鉄心量の少ない帰還形変流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁束を少なくして励磁電流を小さくする変流器としては、帰還形変流器が用いられる。図２は従来の帰還形変流器の例で、主変流器ＣＴの２次コイルＮ２の内部電圧を小さくし励磁電流を小さくするため、３次コイルＮ３の出力を増幅器Ａ１で増幅して２次負担抵抗ＲＬと２次コイルＮ２に帰還すると共に、この帰還ループゲインを小さくし安定化するため別に設けた補助変流器ＣＴ’の２次コイルＮ２’からも電流を供給する必要があった。従って２個の鉄心を必要とし、しかも１次電流Ｉ１を流す主変流器ＣＴ、補助変流器ＣＴ’の１次コイルＮ１，Ｎ１’に対する２次コイルＮ２，Ｎ２’の比は正確に等しくするなど、複雑高価であった。
図３は鉄心１個でしかも安定動作をする別の例で、本発明者らの特許第６３７９２０号による変流器の電圧補償変流器である。これも一種の帰還形変流器で２次負担抵抗ＲＬの電圧を増幅器Ａ２で増幅して２次直列抵抗Ｒ０に帰還し、前記ＲＬの電圧を打消し２次コイルＮ２の内部電圧を小さくするものである。しかし、これは自動帰還ではなく増幅器Ａ２の増幅度をほぼ１より若干大きめに（２次コイルＮ２の内部抵抗分だけ）手動で調節する必要があった。従って温度などで２次コイルＮ２の内部抵抗が変化すると再調節の必要があり、２次コイルＮ２の内部電圧を微小にすることは不可能で高精度変流器は得られなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は鉄心１個のみで変流器の励磁電流、即ち２次コイル内部電圧を自動的に殆ど零にするような自動制御装置で、且つこの制御系が発振して不安定にならないようループゲインを極めて低くすることを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため１個の鉄心で３次コイルの電圧を増幅して２次側の負担電圧に対応した電圧を２次コイル電圧に対して手動で負帰還し、上記自動負帰還の制御ループゲインを低くして発振しないようにする。
具体的には２次負担電圧にほぼ等しい電圧を手動で先ず２次コイル電圧を帰還補償し、その補償しきれない僅かな電圧を３次コイル電圧を検出増幅して自動帰還補償せんとするものであり、自動制御ループゲインを小さくして安定動作させるものにする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例であり、変流器ＣＴは１次コイルＮ１、２次コイルＮ２、３次コイルＮ３及び１個の鉄心Ｔより構成される。ＲＬは２次負担抵抗、Ｏｐ１及びＯｐ２はオペアンプである。オペアンプＯｐ１は分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４と共に第１の非反転増幅器を構成する。オペアンプＯｐ２は分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と共に第２の非反転増幅器を構成する。
【０００６】
図１に於いてオペアンプＯｐ１の出力電圧Ｖ０１はＲ１の下端にカスケード接続され、オペアンプＯｐ２の出力に加算される。一方、オペアンプＯｐ２の出力電圧Ｖ０２は、オペアンプＯｐ１の出力電圧Ｖ０１を含んでおり、これは２次コイルＮ２に帰還される。而して、２次コイルＮ２の内部抵抗分だけ２次負担抵抗ＲＬの電圧より大きめの電圧をオペアンプＯｐ２の出力Ｖ０２を得るため分圧抵抗Ｒ２が必要である。Ｃは位相調整用コンデンサである。他方、２次コイルＮ２の内部抵抗が極めて小さい場合は、分圧抵抗Ｒ２の値も極めて小さくなる。この場合、以下の理論式に示されるように、オペアンプＯｐ１の出力電圧Ｖ０１の実質上の加算増幅度が極めて小さくなるので、２次コイルＮ２に直列に補助抵抗ｒ０を押入し、分圧抵抗Ｒ２を大きくせしめる。
【０００７】
これを以下の数式により説明する。（簡単化のためコンデンサＣは考慮しない）図に於いて、２次コイルＮ２の内部抵抗をｒ２、２次出力電流をＩ２とすれば、２次電流Ｉ２はオペアンプＯｐ２の入力には流れないので、２次コイルＮ２の内部電圧Ｖ２は次式で示される。
Ｖ２＝Ｉ２（ｒ２＋ｒ０）＋Ｉ２ＲＬ−Ｖ０２                    （１）
ところで、オペアンプＯｐ２、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ１は非反転増幅器を構成しているから、
Ｖ０２＝Ｉ２ＲＬ＋Ｉ０２Ｒ２                                            （２）
Ｉ２ＲＬ＝Ｉ０２Ｒ１＋Ｖ０１                                            （３）
但し、Ｉ０２はＲ１，Ｒ２に流れる電流であり、これは（３）式により、
Ｉ０２＝（Ｉ２ＲＬ−Ｖ０１）／Ｒ１                                  （４）
が得られ、これを（２）式に代入すれば、オペアンプＯｐ２の出力電圧は、
Ｖ０２＝Ｉ２ＲＬ＋Ｉ２ＲＬ（Ｒ２／Ｒ１）−Ｖ０１（Ｒ２／Ｒ１）      （５）
となる。
【０００８】
（５）式右辺第３項はオペアンプＯｐ１の出力電圧Ｖ０１の加算を意味し、Ｒ２＝０ならば、オペアンプＯｐ１の出力は全く加算されないことになる。なお、マイナス符号になっているので、オペアンプＯｐ１の入力はマイナスにする必要があり、３次コイルＮ３は２次コイルＮ２に対し逆巻きとする。
分圧抵抗Ｒ２を大きくして加算効果を大きくするためには２次コイルＮ２に直列に補助抵抗ｒ０を挿入する。
【０００９】
次に（５）式を（１）式に代入すれば、２次コイルの内部電圧は、
Ｖ２＝Ｉ２（ｒ２＋ｒ０）＋Ｉ２ＲＬ−（Ｉ２ＲＬ＋Ｉ２ＲＬ（Ｒ２／Ｒ１）−Ｖ０１（Ｒ２／Ｒ１））
＝Ｉ２（ｒ２＋Ｒ０）−Ｉ２ＲＬ（Ｒ２／Ｒ１）＋Ｖ０１（Ｒ２／Ｒ１）  となる    （６）
【００１０】
一方、オペアンプＯｐ１及び分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４よりなる非反転増幅器の増幅度Ｋ１は
Ｋ１＝Ｖ０１／Ｖ３＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４          （７）
であり、３次コイルＮ３を２次コイルＮ２に対して逆巻きとすれば、３次コイルの内部電圧は、
Ｖ３＝−（Ｎ３／Ｎ２）Ｖ２                                          （８）
【００１１】
従って、オペアンプＯｐ１の出力電圧Ｖ０１は、Ｋ０＝Ｋ１（Ｎ３／Ｎ２）として、
Ｖ０１＝−Ｋ１（Ｎ３／Ｎ２）Ｖ２＝−Ｋ０Ｖ２              （９）
となり、２次コイルＮ２の内部電圧を増幅したものがＶ０１になっている。（９）式を（６）式に代入して整理すれば、
Ｖ２（１＋Ｋ０（Ｒ２／Ｒ１））＝Ｉ２（ｒ２＋ｒ０−ＲＬ（Ｒ２／Ｒ１））      （１０）
となる。
【００１２】
以上により、２次コイルの内部電圧Ｖ２は、
Ｖ２＝（ｒ２＋ｒ０−ＲＬ（Ｒ２／Ｒ１））／（１＋Ｋ０（Ｒ２／Ｒ１））Ｉ２    （１１）
となる。
今、上記で補助抵抗ｒ０を挿入すれば２次コイルの内部抵抗が小さくても分圧抵抗Ｒ２を大きくでき、分母の実質ループゲインＫ０（Ｒ２／Ｒ１）を大きくできる。
【００１３】
上記（１１）式に見られる通り、オペアンプＯｐ２により分子を手動で、できる限り小さくすると共に、分母のＫ０をオペアンプＯｐ１で大きくし、２次コイルの内部電圧Ｖ２全体をさらに自動的に小さくする。分子が小さいからいわゆる自動制御系ループゲインＫ０（Ｒ２／Ｒ１）は発振する程大きくしなくても２次コイルの内部電圧Ｖ２を極めて小さくできるものとなる。なお、オペアンプＯｐ２の入力は必ずしも２次負担抵抗ＲＬの電圧を直接でなく、２次電流Ｉ２に対応した信号であればよいことは明らかである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は以上の通り構成するものであって、第１の増幅器で自動帰還すると共に、第２の増幅器で手動帰還するので、自動帰還のループゲインを低く安定化して、鉄心１個でも２次コイル内部電圧を安定に極めて小さくでき、少量の鉄心で高精度の変流器が得られる優れた作用効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様例を示すものである。
【図２】従来例（帰還形変流器）を示すものである。
【図３】従来例（変流器の電圧補償変流器）を示すものである。
【符号の説明】
ＣＴ，ＣＴ’      変流器
Ｔ      鉄心
Ｎ１，Ｎ１’      １次コイル
Ｎ２      ２次コイル
Ｎ３      ３次コイル
Ａ１，Ａ２      増幅器
ＲＬ      ２次負担抵抗
Ｉ２      ２次電流
Ｒ０      抵抗
Ｖ２      ２次コイルの内部電圧
ｒ２      ２次コイルの内部抵抗
ｒ０      補助抵抗
Ｏｐ１，Ｏｐ２      オペアンプ
Ｒ１〜Ｒ４      抵抗
Ｃ      コンデンサ
Ｖ０１      Ｏｐ１の出力電圧
Ｖ０２      Ｏｐ２の出力電圧
Ｉ０２      Ｒ２，Ｒ１を流れる電流
【図１】
0003554889.tif 000002
【図２】
0003554889.tif 000003
【図３】
0003554889.tif 000004