JP2002214256A - 3相交流計測装置 - Google Patents

3相交流計測装置

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JP2002214256A
JP2002214256A JP2001008923A JP2001008923A JP2002214256A JP 2002214256 A JP2002214256 A JP 2002214256A JP 2001008923 A JP2001008923 A JP 2001008923A JP 2001008923 A JP2001008923 A JP 2001008923A JP 2002214256 A JP2002214256 A JP 2002214256A
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剛 ▲高▼野
Takeshi Takano
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測誤差を抑えて、部品数が少なく、小型か
つ安価な構成で零相電流を計測する。 【解決手段】 各相のアナログ計測信号が供給される1
個の相・レンジ切換回路6に、サンプリング周期毎に、
各相のアナログ計測信号をA/D変換の動作遅延時間ず
つずらして順次に選択して出力することを、レンジゲイ
ンのチャンネル数の回数くり返す相選択手段7と、この
手段7から順次に出力された各チャンネルの3相のアナ
ログ計測信号を、各チャンネルそれぞれのレンジゲイン
で増幅して順次に出力するレンジ切換手段8とを設け、
かつ、この手段8の出力信号をA/D変換し、各チャン
ネルの3相のサンプリングデータを動作遅延時間の間隔
で順次に出力する1個のA/D変換器10と、この変換
器10から出力された選択チャンネルのサンプリングデ
ータのデジタルフィルタ処理出力に、相間の動作遅延時
間ずつの位相のずれの補正演算を施す誤差演算手段とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、3相交流の各相電
流の計測信号をA/D変換してデジタルフィルタ処理
し、この処理結果の3相ベクトルを合成して時々刻々の
零相電流を求めて計測する3相交流計測装置に関し、詳
しくは、そのA/D変換の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ポンプ場,浄水場等の水処理設備
においては、ポンプ等に給電される3相交流電源(商用
電源)の零相電流を監視して事故検出等を行うため、図
4に示す構成の3相交流計測装置が設けられる。
【0003】この従来の3相交流計測装置は、例えば、
3相交流電源の給電ラインに設けられた計器用変流器
(図示せず)からR,S,T各相の入力端子1R,1S
T に供給された交流電源の各相電流のアナログ計測信
号を、系統基本波の電気角30゜毎に、適切な信号レン
ジでA/D変換するため、入力端子1R,1S,1T 毎に
レンジ切換回路2R,2S,2T 及びA/D変換器3R
S,3Tが設けられる。
【0004】そして、レンジ切換回路2R,2S,2T
びA/D変換器3R,3S,3Tは、制御回路4のタイミ
ング制御により、A/D変換のサンプリング周期毎(前
記の電気角30゜毎)に、A/D変換の動作遅延時間t
の間隔でレンジゲインを切換えてA/D変換することを
くり返す。
【0005】すなわち、レンジ切換回路2R,2S,2T
は、動作遅延時間t毎に、チャンネル番号「1」,
「2」,…,「N」の異なるNチャンネルのレンジゲイ
ンに順に切換わり、各レンジゲインで各相のアナログ計
測信号を個別に増幅してA/D変換器3R,3S,3T
供給する。
【0006】また、A/D変換器3R,3S,3T は、動
作遅延時間t毎に入力信号をサンプル・ホールドして量
子化し、図5の(a),(b),(c)の各相のサンプ
リングのタイミング信号に示すように、動作遅延時間t
の間隔で各相のチャンネル番号「1」,「2」,…,
「N」のアナログ計測信号を、相毎に個別にA/D変換
する。
【0007】このとき、各相のレンジ切換え及びA/D
変換が、相毎に設けられたレンジ切換回路2R,2S,2
T及びA/D変換器3R,3S,3Tにより、3相同時に行
われるため、A/D変換器3R,3S,3T から後段のマ
イクロコンピュータ構成の演算処理回路5に、各相電流
のサンプリングデータが、相間の時間誤差等なく供給さ
れる。
【0008】そして、演算処理回路5はいわゆるソフト
ウェア処理により、各相のNチャンネルのサンプリング
データから、適当なレンジ(チャンネル)の3相のサン
プリングデータを選択してデジタルフィルタ処理し、そ
の処理結果の3相のベクトルを合成し、そのベクトル和
から零相電流を求めて計測し、時々刻々の零相電流の計
測結果をモニタ表示等して監視する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前記図4の従来装置の
場合、A/D変換器3R,3S,3T が3相同時に同一チ
ャンネル番号「1」,「2」,…,「N」の計測信号を
サンプリングデータにA/D変換するため、1回のサン
プリング毎に演算処理回路5に供給される各チャンネル
番号「1」,「2」,…,「N」の3相のサンプリング
データに相間の時間ずれがなく、零相電流を精度よく計
測し得るが、相毎にA/D変換器3R,3S,3T 及びレ
ンジ切換回路2R,2S,2T 等の周辺回路を設けなけれ
ばならず、部品数が多く、回路基板の部品実装面積(ハ
ード実装面積)が大きくなり、装置が大型かつ高価にな
る問題点がある。
【0010】そして、水処理設備の3相交流計測装置だ
けでなく、種々の用途のこの種の3相交流計測装置にお
いて、前記と同様の問題点がある。
【0011】本発明は、この種の3相交流装置におい
て、計測誤差が大きくならないようにして部品数を少な
くし、小型かつ安価に形成することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の3相交流装置においては、各相のアナロ
グ計測信号が供給される1個の相・レンジ切換回路に、
サンプリング周期毎に、各相のアナログ計測信号をA/
D変換の動作遅延時間ずつずらして順次に選択して出力
することを、レンジゲインのチャンネル数の回数くり返
す相選択手段と、相選択手段から1チャンネル分の3相
のアナログ計測信号が出力される毎に、つぎのチャンネ
ルのレンジゲインに切換わり、相選択手段から順次に出
力された各チャンネルの3相のアナログ計測信号を、各
チャンネルそれぞれのレンジゲインで増幅して順次に出
力するレンジ切換手段とを設け、かつ、このレンジ切換
手段の出力信号をA/D変換し、各チャンネルの3相の
サンプリングデータを前記動作遅延時間の間隔で順次に
出力する1個のA/D変換器と、このA/D変換器から
出力された選択チャンネルのサンプリングデータのデジ
タルフィルタ処理出力に、相間の前記動作遅延時間ずつ
の位相のずれの補正演算を施す誤差演算手段とを備え
る。
【0013】したがって、各相に共通の1個のA/D変
換器と、その周辺回路としての1個の相・レンジ切換回
路とを設けて形成され、部品数が従来より大幅に少なく
なる。
【0014】そして、各相のアナログ計測信号は、相・
レンジ切換回路の相選択手段により、チャンネル毎に、
A/D変換の動作遅延時間ずつずらして順に選択され、
レンジ切換手段に供給されて各チャンネルのレンジゲイ
ンで増幅される。
【0015】さらに、レンジ切換手段で増幅された各チ
ャンネルの3相のアナログ計測信号が、前記動作遅延時
間の間隔でA/D変換されて順次にサンプリングデータ
に変換される。
【0016】そして、選択されたチャンネルの3相のサ
ンプリングデータがデジタルフィルタ処理され、その3
相出力を合成して零相電流を求める際、誤差演算手段に
より、相間のA/D変換の動作遅延時間ずつの位相のず
れが演算で補正される。
【0017】そのため、A/D変換器を1個だけ用いた
小型かつ安価な構成により、3相交流の零相電流の精度
の高い計測が行える。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の1形態につき、図
1〜図3を参照して説明する。図1は水処理設備の3相
交流計測装置に適用した場合の構成を示し、入力端子1
R,1S,1Tの3相の相電流のアナログ計測信号は、図
4の相毎のレンジ切換回路2R,2S,2T の代わりに設
けられた1個の相・レンジ切換回路6に並列に供給され
る。
【0019】高速処理が要求されるこの回路6は、相選
択手段7とレンジ切換手段8のハードウェア回路で形成
され、具体的には、レンジ切換手段8が図4のレンジ切
換回路2R,2S,2T と同様の1個のレンジ切換回路で
形成され、この切換回路に相選択手段7としてのマルチ
プレクサ回路を付加して形成される。
【0020】そして、図4の制御回路4に対応する制御
回路9から相選択手段7,レンジ切換手段8に、相選
択,レンジゲイン可変のタイミング信号それぞれが供給
され、前記従来と同様に、サンプリング周期毎に、チャ
ンネル「1」〜「N」のNチャンネルのレンジゲインで
3相のアナログ計測信号を増幅する場合、相選択手段7
は、サンプリング周期毎に、入力端子1R,1S,1T
各相のアナログ計測信号を、A/D変換の動作遅延時間
ずつずらして、例えばR,S,Tの相順に選択すること
をN回くり返す。
【0021】このくり返しにより、相選択手段7からレ
ンジ切換手段8に、チャンネル「1」のR,S,Tのア
ナログ計測信号,チャンネル「2」のR,S,Tのアナ
ログ計測信号,…,チャンネル「N」のR,S,Tのア
ナログ計測信号が、動作遅延時間tの間隔で順次に転送
される。
【0022】また、制御回路9のタイミング信号に基づ
き、レンジ切換手段8は、3・tの周期でチャンネル
「1」,「2」,…,「N」のレンジゲインに順次に切
換わり、チャンネル「1」の各相のアナログ計測信号が
入力される間はチャンネル「1」レンジゲインになり、
チャンネル「2」の各相のアナログ計測信号が入力され
る間はチャンネル「2」のレンジゲインに変わり、同様
にチャンネル「N」の各相のアナログ計測信号が入力さ
れる間はチャンネル「N」のレンジゲインになる。
【0023】つぎに、相・レンジ切換回路6の後段に、
図4の相毎のA/D変換器3,3 ,3の代わり
に、各相共通の1個のA/D変換器10が設けられ、こ
のA/D変換器10は制御回路9から供給される図2の
サンプリングのタイミング信号に基づき、相・レンジ切
換回路6のレンジ切換手段8からチャンネル番号順に供
給された各チャンネルの動作遅延時間tの間隔の3相の
計測信号をサンプリングしてA/D変換し、各チャンネ
ルの動作遅延時間tずつずれた3相のサンプリングデー
タを形成する。
【0024】そして、これらのサンプリングデータは、
図4の演算処理回路5に相当するマイクロコンピュータ
構成の演算処理回路11に供給される。
【0025】この演算処理回路11は、ほぼ図4の演算
処理回路5に誤差演算手段を付加して形成され、例え
ば、各チャンネルの3相のサンプリングデータの大きさ
から最適スケールのチャンネルを選択し、選択チャンネ
ルの3相のサンプリングデータを取込んでデジタルフィ
ルタ処理の演算を行い、この演算により相電流の3相ベ
クトルを求める。
【0026】このとき、R,S,T各相のベクトルは、
各相の位相が、本来の120°間隔の位相から、A/D
変換の動作遅延時間tに相当する位相θずつずれる。
【0027】すなわち、図3に示すように、120°ず
つずれたA,B,Cの3軸のうちのA軸のベクトルを、
R相のベクトルαとすると、つぎのS相のベクトルβ
は、A軸から120°ずれたB軸の本来の位相より、動
作遅延時間tに相当する位相θだけ進み方向にずれ、T
相のベクトルγは、C軸の本来の位相より位相2θだけ
進み方向にずれる。
【0028】そして、3相交流の周波数をf(Hz)とす
ると、位相θは、θ=360・t・f(°)として求ま
り、一定の値である。
【0029】そこで、誤差演算手段により、周波数f及
びA/D変換の動作遅延時間tから位相θを求め、例え
ばR相のベクトルαを基準にして、S,T相のベクトル
β,γの位相をθ,2θ遅れ方向にずらして補正する。
【0030】さらに、この補正後のR,S,T3相のベ
クトルα,β,γの和を求めて各相電流を合成し、時々
刻々の零相電流を求める。
【0031】この場合、誤差演算手段により、3相ベク
トルα,β,γのA/D変換の動作遅延時間tに基づく
位相のずれが補正されるため、時々刻々の零相電流が、
図4の従来装置のように相毎にA/D変換器を設けた場
合と同様に、精度よく求めて測定される。
【0032】そして、A/D変換器10を1個だけ設け
ればよく、その周辺回路としての相・レンジ切換回路6
も1個で済み、しかも、A/D変換器10を各相共通の
1個としたことに起因した誤差が演算処理で補正される
ため、相毎にA/D変換器を設ける従来装置に比して著
しく部品数が少なくなり、ハードウェアの実装面積が小
さくなって小型化できるとともに安価に形成することが
でき、小型かつ安価で精度の高いこの種の3相交流計測
装置を提供することができる。
【0033】なお、前記形態にあっては、誤差演算手段
により、R相のベクトルαを基準にして、S,T相のベ
クトルβ,γの位相を補正したが、S相のベクトルβ又
はT相のベクトルγを基準にして残りの2ベクトルα,
γ又はα,βの位相を補正してもよいのは勿論である。
【0034】そして、本発明は種々の用途のこの種の3
相交流計測装置に適用することができる。
【0035】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。各相に共通の1個のA/D変換器10と、その周辺
回路としての1個の相・レンジ切換回路6とを設けて形
成され、部品数を従来より大幅に少なくすることができ
る。
【0036】しかも、誤差演算手段により、A/D変換
器10を1個だけ設けて各相で共用することに起因する
誤差が、演算で補正される。
【0037】したがって、A/D変換器10を1個ずつ
用いた小型かつ安価な構成により、3相交流の零相電流
の精度の高い計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の1形態のブロック結線図であ
る。
【図2】図1のA/D変換の説明用の波形図である。
【図3】図1の誤差の補正演算の説明図である。
【図4】従来装置のブロック結線図である。
【図5】(a),(b),(c)は図4のA/D変換の
説明用の波形図である。
【符号の説明】
6 相・レンジ切換回路 7 相選択手段 8 レンジ切換手段 10 A/D変換器 11 演算処理回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3相交流の各相のアナログ計測信号を、
    サンプリング周期毎に、それぞれ複数チャンネルのレン
    ジゲインで増幅してA/D変換し、複数チャンネルの3
    相のサンプリングデータを形成し、 選択したチャンネルの3相のサンプリングデータをデジ
    タルフィルタ処理して合成し、零相電流を計測する3相
    交流計測装置において、 前記各相のアナログ計測信号が供給される1個の相・レ
    ンジ切換回路に、 サンプリング周期毎に、前記各相のアナログ計測信号を
    前記A/D変換の動作遅延時間ずつずらして順次に選択
    して出力することを、前記レンジゲインのチャンネル数
    の回数くり返す相選択手段と、 前記相選択手段から1チャンネル分の3相のアナログ計
    測信号が出力される毎に、つぎのチャンネルのレンジゲ
    インに切換わり、前記相選択手段から順次に出力された
    各チャンネルの3相のアナログ計測信号を、各チャンネ
    ルそれぞれのレンジゲインで増幅して順次に出力するレ
    ンジ切換手段とを設け、 かつ、前記レンジ切換手段の出力信号をA/D変換し、
    各チャンネルの3相のサンプリングデータを前記動作遅
    延時間の間隔で順次に出力する1個のA/D変換器と、 前記A/D変換器から出力された選択チャンネルの3相
    のサンプリングデータの前記デジタルフィルタ処理出力
    に、相間の前記動作遅延時間ずつの位相のずれの補正演
    算を施す誤差演算手段とを備えたことを特徴とする3相
    交流計測装置。
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