電圧検出のためのトランス基板(1ch)

入力電圧は予定では、AC182～222Vです。定格電圧202Vのところ変動が±20Vある模様です。
（情報源はパワコンのスペックシートと電気事業法施行規則第３８条です。）

まずは一枚作りました。前回紹介したアナログフロントエンド部を作っていくのに使うための、とりあえずの一枚です。予定ではこれを３枚つくります。

パワコン出力が３相なのでそれぞれの相間電圧を計測するつもりです。
電力計測のためには３相も必要なくて２相のみの電圧と電流で測定できる、という理屈は知っています。が、念のため測定してみたいのですね。

家で試しにやってみると、AC100V入力で、出力は2.5Vでした。（トランスで1/40となるとわかっているので当然)
もう少し正確に言うと、AC電圧は100Vではありません。変動します。普段測定することなんてありませんが今日測定してみると、私の部屋にて、本日、昼間（のあるとき）は98Vでした。夜中の今この瞬間では101Vです。

パワコンの出力電圧も変動するのですよね。

ではまた。

2.500V基準電圧源基板

しかしひとつ憂鬱になることがあります。それは、計測値として絶対的な値を求めなければならないことです。数値として a [V] と計測できたとしてその精度はいかほどかという問いが常にまとわりついてきます。あまり立ち入りたくない世界です。

ここでは下手な考え休むに似たり、ということで、高精度の基準電圧源ICに登場してもらいました。MAXIM 社の MAX6225 です。（下の写真）
精度のよい 2.500V を出力してくれます(*1)。これをマイコンのADCで読み取り、AD変換値を電圧に換算する際の基準とする目論見です。

それと、正負をとるAC電圧の中点電圧の基準にすることも予定しています。

なお、このICはマルツの通販で入手できました。1個600円で納期が少しかかりました。

IC MAX6225BCPA — 1個600円もする。

ということでこのICを動作させる回路作りました。それが冒頭の写真です。

■作った回路の出力電圧の測定
出力電圧の測定の様子を下に示します。

基準電圧源(2.500V)の出力電圧の測定

手元のテスターで測定結果が見事に 2.500V と表示されています。
しかしテスターの精度は1%程度のものですから、2.500Vを測定して1mVの精度で合っているはずがない、と考えるべきです。
ということで、別のテスターで測定してみると、案の定、2.508V であり、ずれてます。ずれ量としては 1%以下であり妥当な結果です。
テスターの結果はそのまま信用できないことがわかります。とはいえテスターとしては最初のテスターの方のほうがより信用できる、と言えるでしょう。

では本当に2.500Vなのかが心配になります。そこでIC(MAX6225)を別のものに差し替えてみると、最初のテスターで計って 2.500V となりました。なかなか評価が難しいですが、IC2個の個体間のばらつきは1mV以下であることは確かでしょう。またデータシート上は+/-3mV のずれはあるのですが、通常はもう少し狭い幅で中央付近でばらつくはずなので、実際の値は 2.500V +/-1mV であると推察します。そして、このテスター表示はその程度で正確なのではと考えます。
（手元で使っていたテスターは「当たり」であったと言える）

■回路図
回路図を下に示します。手書き図面のpdfファイルです。
2.500V基準電圧発生部回路図

＜回路メモ＞
・MAX6225 は 10V 入力のときが出力電圧のずれが最小(0ppm)(*2)ということなので、オーバースペックとは思いますが 10V を印加するようにしました。テスターでの実測で 10.07V となっています。
・抵抗値の 700Ω は 680Ω + 20Ω がよいと思われますが、手元にないので、苦肉の組み合わせ(1kΩ//47kΩ//47kΩ)にしています。
・LMC6482の出力の抵抗330ΩはマイコンのADCと接続する上では不必要に大きいかもしれません。あとで変更もありえます。

長くなりました。ではまた。

（電流計測にもトランス（カレントトランス）を使いますがそれはまたの機会に書きます。）

買ったのはこれです。
グローウィル社製 電圧検出トランス VT3510-A01

そのページを見ると電圧の入出力の関係のグラフがあるのですが、疑問点がいくつかわいてきます。
1. 入力がAC200Vのときに出力が4.6V程度となっていて、なんでこんな中途半端な電圧なんだろうか。
2. ２次側に負荷抵抗150Ωを接続しているようだが、電圧「検出」用としては抵抗値が妙に小さい（電流が流れすぎてもったいない）。理由はなんだろうか？
3. トランスなのだから、まずは電圧比なり巻数比を知りたい。
4. AC200Vにつないだ場合に電流はどれくらい流れるだろうか。

以上の観点から動作確認しました。

電圧検出トランス VT3510-A01の動作テスト

中央のトランスがテスト対象(DUT; Device Under Test)としてのトランスです。
左側のトランス２個はAC200V を発生させるためのものです。１次と２次を逆として、左から数Vの正弦波電圧をそれぞれに印加しています。昇圧された電圧を直列にして積み上げています。これでAC200Vを得ています。
DUTにおいては、1次側=200V（左側テスター）, 2次側=5.0V（右側テスター）となりました。
よって、
★変圧比=200:5(=巻数比)
と判断できます。

DUTの一次側の電流も測定しました（写真とは別の配線。写真なし）。
1kΩの抵抗を直列に入れてその両端の電圧から電流を求めました。
結果は、
(1) 2次側Open のとき、326μA
(2) 2次側負荷抵抗=10kΩのとき、335μA
でした。
よって、
★一次側電流=330μA
とみておけばよいでしょう。

なお、テスターでトランスの直流抵抗も測定しました。
1次側直流抵抗=4.3kΩ
2次側直流抵抗=9.9Ω
でした。
これより、2次側に150Ωの負荷を接続したときの電圧を計算してみると4.6Vになります。グラフと合います。
(2次側からみた出力インピーダンスは約13Ωとなって、5V×(150/(13+150))=4.6V)

さて、金銭面での影響はこれで終わりかというとそうではないと思われます。
夜間もパワコンは動作しているので、東京電力とは売電契約のほかに
「低圧電力」という、電力を使う立場としての契約を結んでいるのでした。
今回のトランスを接続すると、それは電力を使っていることになります。
それがいくらかは上と似たような計算であり、ひと月数円程度（の出費）になります。

以上です。ではまた。

電流センサとしてのCTセンサ(カレントトランス）はこの前説明しました。今回は電圧センサとしての電圧検出トランスを紹介します。太陽光発電の直流を交流に直すのがパワコン（パワーコントローラ）ですが、その出力電圧をモニタします。電圧は200Vです。

パワコン出力は電力会社と接続されるのであり、電圧はAC200Vでほぼ一定と考えて測定しない、という割り切りもあるかもしれません。しかしやはり電圧を測定することにします。時々刻々変化する電圧と電流とを掛け算して電力を求めるという基本に従うことにして、あとから発生するかもしれない種々の疑念が出ないようにしておきます。

下記を選定しました。というかそれぐらいしか見つからなかったのです。

●電圧検出トランス VT3510-A01　（入出力特性のグラフあり）
メーカー：　株式会社グローウィル　(前社名: 興和電子工業株式会社)
所在地：　新潟県糸魚川市

●購入先：　電子通商株式会社　デンシ電気店　楽天市場店

●価格： ￥864-(税込)/個

とりあえず3個買いました。

ウェブの入出力特性のグラフから読み取ると、入力AC200V時に出力4.6V です。200Vを超えてAC300Vになったとしても大丈夫のようです。交流5V弱を5VマイコンのADCにつなぐのは抵抗で分圧してオペアンプをいれて何とかすればよいでしょう。

ではまた。