電流センサーの種類と動作原理

この記事では、商用周波数の50Hzおよび、60Hz系統の電力品質や電力管理の測定に用いる電流センサーを中心に解説します。電力測定や波形観測用途の高確度・広帯域な電流センサー（高性能）やゼロフラックス方式について詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください。

電流センサーは、基本技術として、CT (Current transformer) を用いています。それぞれの用途に合わせて、巻線方式、ホール素子方式、ロゴスキーコイル方式といった各電流検知方式を駆使して、高性能な電流センサーを実現しています。それぞれの特徴を理解し、用途に合った電流センサーを選定してください。
近年、再生可能エネルギーの実用化に伴い、直流電流計測も重要となり、ホール素子方式の需要が高まっています。

巻線を用いた電流センサーは、交流（AC）の電流を測定する最も基本的な方式です。

• 測定導体（１次側）に流れる交流電流（I）により、測定電流による磁束（Φ）が誘導されます。この１次磁束を打ち消そうとする反応として、２次電流による磁束（Φ’）が２次巻線（N）に誘導されます（自己誘導による逆起電力）。
• この２次電流はシャント抵抗（r）を流れ、シャント抵抗の両端に電圧（Vout）を生成します。
• この出力電圧は、測定対象の導体を流れる測定電流に比例します (Vout = r/N * I )。

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ホール素子を用いた電流センサーは、直流 (DC) および交流 (AC) を測定する最も基本的な方式です。

• 測定導体（１次側）に流れる電流によって磁気コア内に発生した磁束（Φ）が、磁気コアのギャップ部に挿入したホール素子を通過することで、ホール効果により磁束に応じたホール電圧が発生します。
• ホール効果によって発生する電圧は小さいため、アンプで増幅して出力します。
• この出力電圧は測定電流に比例します。

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ロゴスキーコイル方式を用いた電流センサーは、フレキシブルな形状をしています。空芯コイル構造のため磁気飽和しにくく、直線性が保たれ、大電流の測定ができます。

• 測定導体（１次側）に流れる交流電流によって生成される磁界が、空芯コイルと鎖交することで、空芯コイルに誘起電圧が発生します。
• この誘導電圧は、測定電流の時間微分値（di / dt ）として出力されます。
• さらに、積分器を通すことで測定電流に比例した出力電圧が得られます。

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