CN1230688A

CN1230688A - 电功率计算装置

Info

Publication number: CN1230688A
Application number: CN99103956A
Authority: CN
Inventors: 丸山亮司
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Toko Meter Systems Co Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: CN1161621C; US6473699B2; KR19990077704A; DE19910587C2; DE19910587A1; JP3290946B2; KR100326877B1; JPH11258282A; US20020013668A1

Abstract

根据本发明,可提供一种其构成包括用于检测与被测定对象的电压成正比的电压的第1变化量和与上述被测定对象的电流成正比的电压的第2变化量的机构,以及根据检测出的上述第1变化量和检测出的上述第2变化量计算上述被测定对象的电功率的机构。

Description

电功率计算装置

本发明涉及一种由被测定系统的交流电流、电压来计算功率的电功率计算装置。

图1为示出现有的电功率计算装置的框图。

在图1中，端子T1和T2用于输入与被测定系统的电流、电压成正比的电压V1及电流A1。此电压V1及电流A1分别由A/D变换器1及2变换为数字值。在CPU中，每隔一定的间隔对从上述A/D变换器1及2得到的数字值进行计算。

利用这种方式的电功率计算装置对

P=V1·A1进行计算并对固定时间求积就是功率表，另外，如对无限时间进行积分就成为电度表。

然而，在采用如此构成的电功率计算装置的场合，存在如下的问题。即：

(1)因为要利用软件求得电压V1和电流A1的乘积，需要时间来处理乘法命令。

(2)因为是利用软件进行计算，处理复杂，由于忙而使软件无法处理其他工作。

(3)因为是使用A/D变换器，而变换需要时间，难于加大采样频率。如要提高精度，虽然可以增加比特(位)数，但成本高昂。

本发明就是针对上述问题而作出的，其目的就是要提供一种处理乘法命令不需要时间、不存在由于处理复杂而使软件难于处理其他工作、并且即使加大采样频率，也不会使成本变得高昂的电功率计算装置。

为达到上述目标，根据本发明的第1种技术方案的电功率计算装置的构成包括：用于检测与被测定对象的电压成正比的电压的第1变化量和与上述被测定对象的电流成正比的电压的第2变化量的检测机构，以及根据检测出的上述第1变化量和检测出的上述第2变化量计算上述被测定对象的电功率的电功率计算机构。

上述用于检测第1变化量和第2变化量的检测机构的构成包括将与上述被测定对象的电压成正比的电压变换为表示与上述被测定对象的电压成正比的电压的第1数字信号的第1A/D变换器、将与上述被测定对象的电流成正比的电压变换为表示与上述被测定对象的电流成正比的电压的第2数字信号的第2A/D变换器、根据上述第1数字信号输出上述第1变化量的第1计数器和根据上述第2数字信号输出上述第2变化量的第2计数器。

此电功率计算装置还包括将上述第1变化量和第2变化量与时钟信号同步输出到上述电功率计算机构的选择器。

图1为现有的电功率计算装置的框图。

图2为示出本发明的第1实施形式的电功率计算装置的示图。

图3为说明图2所示的电功率计算装置的动作的时序图。

图4为示出本发明的第2实施形式的电功率计算装置的示图。

下面参考附图对本发明的实施形式进行说明。

图2为示出本发明的第1实施形式的电功率计算装置的示图。

在图2中，端子T1及T2是用来输入与被测定系统的电压、电流成正比的电压V1及电流A1的输入端子。此输入端子T1及T2的输出供给称为增量调制器的1位(比特)A/D变换器11及12内的比较器13及14的正输入端。积分器15及16的输出供给上述比较器13及14的负输入端。另外，比较器13及14的输出供给触发器17及18的D输入端子。

在上述A/D变换器11及12中，上述的电压V1、A1分别编码为1位的脉冲信号f(n)、g(n)而输出。其定时，在A/D变换器11中由时钟脉冲φ、在A/D变换器12中由时钟脉冲φ的反转确定。

在时钟脉冲前沿，积分器14或16的输出电压F(n)或G(n)和输入电压V1或A1的大小由比较器13或14进行比较。此处，在V1＞F(n)或A1＞G(n)的场合，从A/D变换器11或12输出高电平“H”，在积分器15或16中只对Δv积分。而在V1＜F(n)或A1＜G(n)的场合，输出低电平“L”，在积分器15或16中只对-Δv积分。

A/D变换器11及12的输出输出到增减计数器19及20，在此对计数的增减进行控制。此处是对时钟脉冲φ或时钟脉冲φ的反转脉冲数进行计数。增减计数器19及20的输出F(n)、G(n)就成为输入电压V1及A1的A/D变换值。

数据选择器21用于选择将增减计数器19及20的何值赋予加减器22。此数据选择器21，在时钟脉冲φ为高电平“H”时选择增减计数器19侧的数据，而为低电平“L”时选择增减计数器20侧的数据。

在将上述数据选择器21的输出和闩锁器24的输出供给加减器22的同时，还将上述A/D变换器11、12的输出电压f(n)、g(n)及时钟脉冲φ和此时钟脉冲φ的反转脉冲作为输入的与门及或门构成的门电路的输出供给加减器22。

在此加减器22中，对A、B两个输入数字值，即闩锁器24的输出值W(n-1)和增减计数器19的输出值F(n)或增减计数器20的输出值G(n)顺次进行加法计算或减法计算。关于B输入，由(+/-)端子上的输入信号确定是加还是减。

在上述(+/-)端子上输入由A/D变换器11或12给出的输出。此处，在时钟脉冲φ为高电平“H”时选择A/D变换器12侧的数据，而在时钟脉冲φ为低电平“L”时选择A/D变换器11侧的数据。于是，在上述(+/-)端子为高电平“H”时进行加法计算，而在上述(+/-)端子为低电平“L”时进行减法计算。此加减器22的输出就成为与每个瞬时的V1×A1成正比的的值W(n)。

在闩锁器24中，将加减器22的输出W(n)的前1个W(n-1)锁存。所以，其输出为W(n-1)。

此闩锁器24的输出W(n-1)供给加法器25，在此，对到该加法器25自身的前一步为止的总合∫W(n)求和。结果就可得到每一瞬时的电压V1、A1的积的积分值∫W(n)。

下面，参考示出图3各部分的波形时序图说明如上构成的电功率计算装置的动作。

V1、A1为与被测定系统的电压、电流成正比的电压，A/D变换器11及12的输出分别为以图3所示那样的f(n)、g(n)表示的脉冲串。f(n)为在脉冲前沿，g(n)为在时钟脉冲φ反转时动作，其值只为+1或-1。F(n)、G(n)为A/D变换器11、12的输出的积分，在F(n)时钟脉冲φ被计数，在G(n)时钟脉冲φ的反转被计数。另外，F(n)等于电压V1的A/D变换，G(n)等于电流A1的A/D变换。

本发明的目的，就是要求出V1×A1。此处，V1和F(n)的关系、A1和G(n)的关系如下述(1)式及(2)式所示。

V1F(n) … (1)

A1G(n) … (2)

因而，定义F(n)×G(n)=W(n)。

设A/D变换器11的输出为f(1)、f(2)、…f(n)，则此时积分器15的输出信号F(n)如下式所示：

F(n)=(f(1)+f(2)+…+f(n))×Δv …(3)另外，增减计数器19的输出信号就成为F(n)的数字编码值。

还有，G(n)同样为

G(n)=(g(1)+g(2)+…+g(n))×Δv …(4)

还有，现在要求出的值F(n)×G(n)=W(n)如下式(5)所示：

W(n)=F(n)×G(n)

=(f(1)+f(2)+…f(n))

×(g(1)+g(2)+…g(n)) … (5)

因为F(n)由时钟脉冲φ的前沿的定时确定，G(n)由时钟脉冲φ的后沿的定时确定，所以W(n)分成2个考虑。

设确定电压侧的计数F(n)的定时为Wv(n)，确定电流侧的计数G(n)的定时为Wa(n)，则上述的(5)式，由确定电压侧的计数F(n)的定时Wv(n)考虑

Wv(n)=F(n)×G(n)

=(f(1)+f(2)+…+f(n))×(g(1)+g(2)+…g(n))

=F(n)×(G(n-1)+g(n))因为其中的g(n)=±1，所以

Wv(n)=F(n)×G(n-1)±F(n)

=Wa(n-1)±F(n)

另外，由确定电流侧的计数G(n)的定时Wa(n)考虑

Wa(n)=F(n)×G(n)

=(f(1)+f(2)+…+f(n))×(g(1)+g(2)+…g(n))

=(F(n-1)+f(n))×G(n)因为其中的f(n)=±1，所以

Wa(n)=F(n)×G(n)±G(n)

=Wv(n)±G(n)

所以，借助加减器22，于确定电压侧的计数F(n)的定时，对闩锁器24的保持值，根据由电流侧的A/D变换器12的输出确定的加或减来加上或减去电压侧增减计数器19的输出数据F(n)，就可以得到作为加减器22的输出V1×A1的各瞬时值，即W(n)。

另外，借助加减器22，于确定电压侧的计数G(n)的定时，对闩锁器24的保持值，根据由电流侧的A/D变换器11的输出确定的加或减来加上或减去电流侧增减计数器20的输出数据G(n)，就可以得到作为加减器22的输出V1×A1的各瞬时值，即W(n)。

另外，在实用上，再由加法器25对此W(n)进行积分而用作功率及电度(电能)数据。

下面，对本发明的第2实施形式进行说明。

作为A/D变换器的增量调制器，由于调制器内的积分器的性能的影响，上行和下行之间的ΔV的积分宽度有时略有不同。因此，如长时间动作，增减计数器的“0”点会与本来该是“0”的点有偏离。

图4示出的就用来改善这种偏离的本发明的第2实施形式的电功率计算装置构成的框图。另外，图中与上述图2的第1实施形式相同的部分采用同一标号，其说明则省略。

端子T1及T2与比较器31及32连接，在此检测输入的交流电压V1、A1的过零。单触发电路33及34，每当上述比较器31及32过零，就生成单触发信号而使增减计数器19、20及加减器22(在同实施形式中只在V1过零时)清零。

单触发电路33及34的输出供给定时电路35、36。此定时电路35、36的输出，在供给A/D变换器11、12内的积分器15、16的同时，通过或门37、38供给增减计数器19及20。

另外，上述定时电路35、36，在上述V1、A1长时间不发生过零时，比如在1秒间不发生过零的场合，就生成单触发信号使A/D变换器11、12内的积分器15、16和增减计数器19、20清零。

这样，根据第2实施形式，每过一定时间，增减计数器19、20和A/D变换器11、12内的积分器15、16同时清零。所以就可以改善上述的偏离“0”点而不能准确进行测定的问题。

另外，构成上述A/D变换器的调制器也可采用增量总和调制器。即根据本实施形式，其构成包括用于将与被测定对象的电压、电流成正比的电压变换为1位编码的2个1位A/D变换器、对由上述2个1位A/D变换器输出的上述的1位编码进行控制的2个增减计数器、对其前一次的输出数据和上述增减计数器的输出数据进行加减的加减电路以及对此加减电路的前一次的数据取样输出到该加减电路的闩锁器；上述加减电路，根据上述2个1位A/D变换器的输出数据，可在加法处理和减法处理之间切换。

据此，提高取样速度时可降低模拟信号编码时的分辨率(比特数)。另外，可提供紧凑低价的电功率计算装置。此外，可通过使利用CPU的软件处理最小化而简化软件的处理。或是构成与软件无关的电功率计算装置、功率表或电度表。此外，也可得到适于LSI(大规模集成)化的电路。

如上所述，根据本发明，因为模拟单元只是个1位A/D变换器，是非常少的，所以即使LSI化也是小型的，可以做到低成本。另外，也可完全由硬件构成功率表和电度表。此外，因为可以提高取样速度，所以可以做到高精度化。

Claims

1．一种电功率计算装置，其构成包括：

用于检测与被测定对象的电压成正比的电压的第1变化量和与上述被测定对象的电流成正比的电压的第2变化量的检测机构，以及根据检测出的上述第1变化量和检测出的上述第2变化量计算上述被测定对象的电功率的电功率计算机构。

2．权利要求1所述的电功率计算装置，其特征在于上述检测机构的构成包括

将与上述被测定对象的电压成正比的电压变换为表示与上述被测定对象的电压成正比的电压的第1数字信号的第1A/D变换器、

将与上述被测定对象的电流成正比的电压变换为表示与上述被测定对象的电流成正比的电压的第2数字信号的第2A/D变换器、

根据上述第1数字信号输出上述第1变化量的第1计数器、和

根据上述第2数字信号输出上述第2变化量的第2计数器。

3．权利要求1所述的电功率计算装置，其特征在于此装置还包括将上述第1变化量和第2变化量与时钟信号同步输出到上述电功率计算机构的选择器。

4．权利要求2所述的电功率计算装置，其特征在于在预定定时将上述第1计数器清零。

5．权利要求2所述的电功率计算装置，其特征在于在预定定时将上述第2计数器清零。

6．权利要求1所述的电功率计算装置，其特征在于在预定定时将上述电功率计算机构清零。

7．权利要求2所述的电功率计算装置，其特征在于上述第1A/D变换器包括在预定定时被清零并输出基准电压的积分器。

8．权利要求2所述的电功率计算装置，其特征在于上述第2A/D变换器包括在预定定时被清零并输出基准电压的积分器。

9．权利要求4所述的电功率计算装置，其特征在于上述预定定时和与上述被测定对象的电压成正比的电压的过零的定时同步。

10．权利要求5所述的电功率计算装置，其特征在于上述预定定时和与上述被测定对象的电流成正比的电压的过零的定时同步。

11．权利要求6所述的电功率计算装置，其特征在于上述预定定时和与上述被测定对象的电压成正比的电压的过零的定时同步。

12．权利要求7所述的电功率计算装置，其特征在于上述预定定时和与上述被测定对象的电压成正比的电压的过零的定时同步。

13．权利要求8所述的电功率计算装置，其特征在于上述预定定时和与上述被测定对象的电流成正比的电压的过零的定时同步。

14．权利要求9所述的电功率计算装置，其特征在于还包括在预定定时未检测到与上述被测定对象的电压成正比的电压的过零的场合将上述第1计数器清零的装置。

15．权利要求10所述的电功率计算装置，其特征在于还包括在预定定时未检测到与上述被测定对象的电流成正比的电压的过零的场合将上述第2计数器清零的装置。

16．权利要求11所述的电功率计算装置，其特征在于还包括在预定定时未检测到与上述被测定对象的电压成正比的电压的过零的场合将上述电功率计算机构清零的装置。

17．权利要求12所述的电功率计算装置，其特征在于还包括在预定定时未检测到与上述被测定对象的电压成正比的电压的过零的场合将上述积分器清零的装置。

18．权利要求13所述的电功率计算装置，其特征在于还包括在预定定时未检测到与上述被测定对象的电流成正比的电压的过零的场合将上述积分器清零的装置。