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よくある質問

A. トランスデューサーの選定と仕様決定

Danisense電流トランスデューサとシステムインターフェースユニットの選び方

B. 精度、校正および長期安定性

一般的に、当社の電流トランスデューサを使用すれば、ごく微弱な電流の測定も可能です。精度仕様については、データシートの3ページをご参照ください。

ここでは、ごく微小な電流の場合でも、総誤差を計算することができます。

DS50UB-10Vの総合精度は以下の通りです。

測定装置側で電流トランスデューサの直流オフセットを補正することで、最高の精度が得られます。破線で示された曲線は、直流オフセットを補正していない場合の精度を示しています。この電流トランスデューサの場合、一次電流2.5 mA（IPN DCの0.005%）における精度は±2%です。

以下に、現在生産中のDCオフセットのないDS50UB-10Vの試験結果を示します。

こうした精度を実現するには、適切なフィルタ機能を備えた専門的な測定機器を使用する必要があります。そうすることで、ノイズ信号を可能な限り除去することができます。

電流トランスデューサの精度を算出するためのデータはすべて、データシートに記載されています。この計算は、DS200UB-10Vを対象に行われています。

混合信号の場合、各周波数成分について精度を計算する必要があります。この例では、直流信号の精度を計算します。そのため、10 Hz未満の周波数に対して規定されている精度データ（<10 Hz）を使用します。総比誤差は、次の式で計算できます。

この式は、データシートの3ページに記載されています。

このデータは、データシートに次のように記載されています。

ここで、10 A における振幅の精度を計算すると、式は以下のようになります。

一次電流が10 Aと測定され、かつ測定器が電流トランスデューサの伝達比をすでに考慮している場合

二次電圧は

振幅誤差がまったくない理想的な電流トランスデューサがある場合。しかし、我々は を算出しました。これは、測定装置が以下の算出値の範囲内の電圧を示すことを意味します。

10 Aという瞬間値における振幅誤差の百分率は、次のように計算できる。

オフセット誤差を補正することで、比誤差を低減することができます。

これで、どのような一次電流であっても、比誤差を計算できるようになりました。ごく小さな値の場合でも同様です。なお、一次電流が小さくなるほど、比誤差は大きくなることにご留意ください。

10 Hz未満の周波数成分について、位相ずれはデータシートに0.01°単位で記載されています。

これを図示すると、次の図のようになります。

これは、お使いのアナログ・デジタル変換器（ADC）の分解能 m（ビット単位）によって決まります。これにより、 で計算できるステップ数 M が決定されます。1 ステップ（最下位ビット – LSB）の値は、ADC のアナログ出力範囲に対する理論上の分解能のパラメータとなります。
例えば、DS50UB-10Vの信号入力の測定範囲が と指定されていると仮定しましょう。 ここで、+50 Aの直流電流がDS50UB-10Vを流れると、電流トランスデューサの二次側で10 Vの電圧が発生します。変圧比はV/A = 1/5と定義されます。

高解像度のADCを使用すると、一般的に、低ノイズ部品やシールド、接地設計に対する要件が高まります。したがって、これらは数学的な値となります。

シリアル番号に基づく製造日からの保証期間：

  • 電流トランスデューサの機能に対する24ヶ月間の保証
  • データシートの正確性について24ヶ月間の保証

データシートに記載されている精度値は、電流トランスデューサの全寿命にわたるものです。24ヶ月経過後は、エンドユーザー様が定めた品質ガイドラインに従い、当社の電流トランスデューサによる測定値の信頼性を高めるため、1～2年ごとに校正を行うことをお勧めします。

C. 帯域幅と周波数特性

パワーアナライザは通常、有効電力の計算に以下の基本式を用いる。

このように、デジタル化された電圧v(t)と電流i(t)の瞬時値が掛け合わされ、その結果が定義された時間窓にわたって合計される。基本的に、パワーアナライザの帯域幅制限またはフィルタカットオフ周波数までの直流成分、すべての高調波成分、非高調波成分が考慮されます。

パワーアナライザのカットオフ周波数とは、入力チャンネルに印加される測定信号について、通過帯域と阻止帯域の境界を特徴づける周波数のことです。 通過帯域は、フィルタが通過させる（減衰が最小となる）周波数範囲で構成され、阻止帯域は、フィルタが遮断する（減衰が大きい）周波数範囲で構成される。 カットオフ周波数は、フィルタ応答において遷移帯域と通過帯域が接する点とみなされることがあり、例えば、フィルタからの出力レベルが50％低下／上昇する点（すなわち、 ±3 dB。これは、3 dBの低下／上昇が帯域内レベルの約半分に相当するためです）。また、ハーフパワー周波数または±3 dB周波数と呼ばれることもあります。

フィルタのストップバンドとは、基本的にフィルタによって遮断される周波数帯域のことです。これは、フィルタが所定の遮断レベルに達する点から始まるものとみなされます。

測定チャネルの入力信号は、カットオフ周波数において-3 dB減衰する。このカットオフ周波数を超えるすべての周波数成分やノイズ信号は減衰される。

ローパスフィルタによって生じる時間遅延のため、相互に作用するすべてのチャネルは同一のフィルタ特性を持つ必要があります。そうでない場合、測定装置の内部ソフトウェアは、フィルタの種類が異なることによる追加の時間遅延を補正しなければなりません。

トランスデューサー自体のインダクタンスは、動作範囲である約9～10kHzを超えても、一次回路全体にそれほど大きな影響を与えません。お客様にとっては、一次回路内の配線によるインダクタンスの方がはるかに大きな影響となるでしょう。

その理由は以下の通りです：

  • DCCTが動作範囲を超えて動作すると、変流器として機能します。完全にゼロフラックスというわけではありませんが、一次側のアンペアターンと平衡する二次側の補償アンペアターンが流れる経路が存在する限り、実際の磁束レベルは非常に低くなります。
  • DCCTでは高透磁率のギャップなしコアを使用しているため、分散したエアギャップを持つ粉末コアに巻かれたインダクタや、磁気エネルギーを蓄えるために意図的にエアギャップを設けたフェライトのようなものではありません。
  • 各構成において一次電流を増やすために複数の一次巻線が使用されている場合、顧客は、Danisense CTに巻かれた一次巻線を空芯コイルとして計算することで、インダクタンスを算出することができます。

多くの場合、電流トランスデューサの規定帯域幅は、測定装置の帯域幅よりも狭くなっています。電流トランスデューサの規定帯域幅を超える周波数の信号成分が二次側に伝送されると、大幅に増幅されたり減衰されたりすることがあります。電流トランスデューサの帯域幅は、対応するカットオフ周波数を持つローパスフィルタによって制限されるものではありません。

Danisenseのデータシートによると、すべての電流トランスデューサには規定の帯域幅が定められています。その値は2ページに記載されています。

一次信号に含まれる干渉信号や高周波成分は、電流トランスデューサの指定帯域幅とカットオフ周波数の間の範囲において、電流トランスデューサによって増幅または減衰される可能性があり、これにより測定値が不正確になることがあります。

D. 設置および配線

特に、一次導体が電流トランスに数回巻き付けられている場合、急激な電圧変化が電流トランスに伝播することがあります。（マニュアル18ページ）

こうした望ましくない影響を最小限に抑えるため、以下の措置を講じるべきである。

  • トランスデューサー周囲の巻線が均等に配置されている（バランスが取れている）ことを確認してください。
  • トランスデューサーの周囲のループがきつすぎないことを確認してください。
  • 可能であれば、配線の「コールド」側（戻り線）で測定してください。
  • トランスデューサーのアルミ製ハウジングをアースに接続してください（まず、ハウジングの取り付けブラケットの塗装を剥がしてください。取扱説明書18ページ参照）。
  • トランスデューサーの開口径に接地された金属管を通し、その管の内部に巻線を配置して、トランスデューサーの電子回路をシールドするようにします。

接続ケーブル上で反射が発生する可能性がある場合、つまり高周波信号や立ち上がり・立ち下がりが急峻なパルスを測定する場合、測定チャネルには同軸ケーブルの特性インピーダンスと等しい50オームの抵抗器が必要です。

ケーブルの一端または両端にこのような終端処理が施されていない場合、反射波がケーブル内で数回行き来することがあります。これにより、測定信号が著しく歪む可能性があります。

電圧信号については、一般的に1 MΩ以上の高インピーダンス入力の使用が推奨されます。これにより、測定装置内の高インピーダンス抵抗を流れる不要な電流を極めて低く抑えることができ、規定の精度に対する悪影響を低減できます。

外半径 – 内半径 = 電流トランスデューサの外側ハウジングから、帰線または隣接する導体までの距離。

DQ、DS、DL、DM、DLシリーズ：

電流トランスデューサの筐体はアルミニウム製であるため、望ましくない高周波干渉から保護します。電流トランスデューサをDanisense DSUBケーブルを使用してDaniSenseシステムインターフェースユニット（DSSIU）に接続した場合、筐体とケーブルのシールドは電源ネットワークのアースに電気的に接続されます。

DTシリーズ：

ハウジングはプラスチックとアルミニウム製。変換器ヘッドは銅箔に包まれており、この銅箔はDSUB接続を介してDSUBケーブルのケーブルシールドにも接続されている。ケーブルシールドはDSSIUを介してネットワークアースに接続されています。

DRシリーズ：

トランスデューサー・ヘッドは銅箔に包まれており、ケーブル・シールドに接続されている。ケーブルシールドは電子制御ボックス内の供給ネットワークのアースに接続されている。

E. 過負荷、飽和、および保護

この質問に答えるために、DS50ID電流トランスデューサを例に挙げてみましょう。データシートには、次のような情報が記載されています。

次の図は、一次電流に関する個々のデータを示しています。電流トランスデューサは、緑色の範囲内で動作させることができます。

  1. 過負荷容量（IOL）を超える一次電流が流れると、その持続時間にかかわらず、電流トランスデューサが損傷するおそれがあります。
  2. 100 ms から約 1 s の時間間隔で 150 A から 1500 A の一次電流が流れた場合、高度なセンサー保護回路（ASPC）がなければ、センサーが損傷する可能性があります。 この保護方式の特性については、ユーザーマニュアルの「4.9 高度なセンサー保護回路（ASPC）」の章に記載されています。
  3. 75 A以上（負荷やケーブル抵抗値、供給電圧、周囲温度などに応じて）から1500 Aまでの一次電流が、約1秒を超える時間間隔で流れた場合、電流トランスデューサは飽和状態となり、ASPCが作動します。 詳細については、ユーザーマニュアルの「4.3 飽和挙動」および「4.9 高度なセンサー保護回路（ASPC）」の章をご参照ください。

これは、Danisense製電流トランスデューサの正常な動作です。電源が供給されていないため、電流トランスデューサは一時的に、磁気コア内の磁束密度を0に制御できなくなります。そのため、これらの電流トランスデューサは「ゼロフラックス電流トランスデューサ」とも呼ばれています。 一次電流が遮断されていない場合、磁場が生成され続け、その結果、鉄芯内に磁束が発生し続けます。DSUBケーブルを接続して電流トランスデューサを再起動しても、緑色のLEDは点灯せず、デバイスは故障状態のままとなります。 その理由は、トランスデューサの電源投入前に一次電流が存在していたため、フラックスゲート検出器が飽和状態にあることによるものです。そのため、トランスデューサの制御回路はコア内部の磁場を打ち消すことができません。その結果、オフセット誤差が大きくなったり、コアの磁化が生じたりする可能性があります。

指定された誤差値を再び達成するためには、電流トランスデューサへの電源供給が正常である場合にのみ、一次電流を流すようにする必要があります。これによってのみ、鉄心の残留磁化が生じないことが保証されます。

試験運転中にDSUBケーブルが誤って電流トランスデューサから外れてしまい、その後再接続された場合は、一次電流をゼロに設定する必要があります。その後、電流トランスデューサは再び正常に動作するはずです。

はい。マニュアルの22ページに、フラックスゲート式トランスデューサの動作について詳しく説明されています。

電流トランスデューサ - 飽和値

そうすれば、電流センサーは再び正常に動作するようになります。

一般的に、一次電流を小さく測定すれば、オーム抵抗を高くすることができます。ほとんどのデータシートには、図2が掲載されています。

高抵抗の負荷抵抗を使用中に一次電流が上昇すると、負荷抵抗の両端の電圧が上昇し、ある時点で、トランスデューサー内のリレーが作動して、トランスデューサーの電源がオフになります。

その仕組みは、負荷抵抗にかかる電圧がDCCTの供給電圧に近い高電圧に達すると、DCCT内のオペアンプがそれ以上の電流を供給できなくなり、磁気コアがゼロフラックス動作から脱し、すなわちフラックスゲート検出器が飽和状態になるというものです。これにより、リレーがトランスデューサの出力を遮断します。

トランスデューサーに損傷がないことを確認してください。

これは、このトランスデューサの想定される動作です。その理由は、トランスデューサのオフセット誤差を仕様範囲内に収めるためです。

フラックスゲート検出器が飽和状態にあり、補償電流を制御できないため、リレーの接点が閉じて巻線を短絡させ、電子機器を保護しています。

F. 干渉と信号品質

今日、スイッチング電源のような非線形負荷は、電力網に高調波ひずみを引き起こすだけでなく、しばしば電磁放射の原因ともなっている。例えば、磁界は巻線部品によって、電界は高パルス電圧の導体によって発生します。これらの浮遊磁界は電流変換器に影響を与える可能性があります。これらの振動を記録するためにオシロスコープを使用することができます。

電源が接続されておらず、筐体がアースされていないDS50UB-10Vでは、BNC接続を介して約44 MHzの振動が検出されます。この振動は、ピーク間約20 mAの一次電流に相当します。測定は、一般的なホームオフィスの机上で行われました。

この干渉は、電流トランスの指定帯域幅である500kHzの範囲外である。一桁MHz帯のローパスフィルターを使用すれば、この干渉を大幅に低減できる可能性がある。

実験室のセットアップでは、常に電源ユニットが使用されています。 ノートパソコンに加え、オシロスコープなどの測定機器も、交流を直流に変換する電源ユニットを必要とします。内部のトランスをできるだけ小型化するため、商用電源電圧は高周波に変換されます。これにより電磁放射が発生しますが、これは例えばオシロスコープのプローブを短絡させることで定性的に検出することができます。

この放射線は、例えば電流変換器の内孔を通過することができるため、二次信号で認識することができる。

上の画像では、約3.33 MHzの振動が確認できます。 現在のトランスデューサには出力側にローパスフィルタが搭載されていないため、これらの信号は通常、減衰されません。オシロスコープでの使用においては、高周波干渉を最小限に抑えるために、入力信号をフィルタリングできるオシロスコープの使用をお勧めします。

はい、その通りです。通常、データシートに記載されている電流トランスデューサの励磁周波数を確認することができます。例えば、DS50UB-10Vの場合、励磁周波数は31.25 kHzと規定されています。この振動は直流電源電流の一部です。

G. インターフェースユニットおよび出力モジュール

1 Vモジュールは、測定用抵抗を備えた純粋なパッシブ型です。一方、10 Vモジュールにはアクティブな増幅回路が搭載されています。このため、1 Vモジュールにはオフセット誤差がなく、この点においてより高精度であると分類できます。 また、比誤差も10 Vモジュールよりもわずかに小さいです。このデータは、インターフェースユニットDSSIU-6-1U-Vのデータシートに記載されています。

https://danisense.com/products/dssiu-6-1u-v/datasheet/

しかし、電磁干渉や、選定した測定器における信号対雑音比の低さによって、この利点が打ち消されてしまう可能性がある。

したがって、1V出力モジュールと10V出力モジュールのそれぞれのメリットとデメリットを、お客様ご自身で比較検討していただく必要があります。

電圧出力モジュール（VOM）は、最大12 Vの高精度な出力信号を提供できます。公称一次電流が10 Vの出力電圧に対応する場合、公称一次電流の最大120 %までの過電流を測定することができます。 ただし、DSSIU-6-1U-Vに接続された電流出力付き電流トランスデューサは、この過電流に対応する仕様である必要があります。

1 Vモジュールは、パッシブシャントのみで構成されています。出力電圧は、電流出力の電流トランスデューサの仕様に基づき、一次電流に追従します。

H. 製品情報およびサポート

Danisenseの電流トランスデューサには、すべて銘板が付いています。シリアル番号からは製造年月日が明確にわかります。最初の2桁が製造年、3桁目と4桁目が製造週を表しています。