JP2003014795A

JP2003014795A - 交流計測装置

Info

Publication number: JP2003014795A
Application number: JP2001202175A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kato; 浩久加藤; Yasuatsu Taima; 安厚當間
Original assignee: NICHIHOKU KK; Nitto Kogyo Corp
Current assignee: NICHIHOKU KK; Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: JP3589641B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ａ−Ｄ変換器を内蔵したマイクロプロセッサの
他に必要とする部品が少なく、面倒な調整工程を必要と
せず、ＰＴの１次２次間の位相差を補償することができ
る交流計測装置を提供する。【解決手段】ＣＴ１、２の負荷抵抗３、４及びＰＴ１
０、１１の検出抵抗１２、１３に同相的に直流電圧を加
えるバイアス回路を設け、負荷抵抗３、４及び検出抵抗
１２、１３の両端をそれぞれＡ−Ｄ変換器を内蔵したマ
イクロプロセッサ５のアナログ入力ポート６、７、８、
９、１４、１５、１６、１７に接続し、個々にデジタル
値に変換した各負荷抵抗３、４及び検出抵抗１２、１３
の両端の電圧値の差を演算して電流値及び電圧値を算出
する演算手段をマイクロプロセッサ５に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分電盤、配電盤等
に組み込み、交流電流、交流電圧、交流電力等を計測す
る交流計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】分電盤、配電盤等においては、電源の電
圧、負荷回路に流れる電流、供給される電力等を計測
し、表示することが求められることがある。従来、この
ような場合にはアナログ式のパネル面取り付け用の計器
が使用されていたが、アナログ式計器では読み取りが正
確でなく、また、別の監視場所等から読み取ることがで
きなかった。こうしたことからデジタル式計器が使用さ
れるようになってきており、なかでもマイクロプロセッ
サを使用したデジタル式計器は通信等多様な機能を容易
に付加できることから多く使用されるようになってきて
いる。

【０００３】マイクロプロセッサを使用してデジタル式
計器を構成する場合には、入力する交流信号をデジタル
信号に変換する必要があり、過去は専用のＡ−Ｄ変換器
を使用してデジタル信号に変換していた。その後Ａ−Ｄ
変換器を内蔵したマイクロプロセッサが一般に流通する
ようになり、マイクロプロセッサに内蔵されたＡ−Ｄ変
換器を使用することにより計測器の小形、低コスト化が
可能となったが、マイクロプロセッサに内蔵されたＡ−
Ｄ変換器に入力するアナログ信号は単極性のものでなけ
ればならないという制約があった。

【０００４】このため、ＣＴ、ＰＴ等から得られる交流
入力信号は、差動増幅回路で増幅した後絶対値回路によ
り絶対値に変換し、単極性の信号としたうえマイクロプ
ロセッサに内蔵されたＡ−Ｄ変換器に入力するようにし
ていた。こうした差動増幅回路、絶対値変換回路はそれ
ぞれ数個の演算増幅器で構成されるものであり、過去の
専用のＡ−Ｄ変換器に比べれば小形、低コストになるも
のの、なお多くの部品を要し、また、調整を必要とする
という問題があった。さらに、計測装置を小型化し、コ
ストを低減するためには小形のＰＴを使用することが望
ましいが、小形のＰＴでは１次電圧と２次電圧との間に
位相差が生じ、計測した電力に誤差を生ずるという問題
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、Ａ−Ｄ変換器を内蔵したマイクロプロセッサ
の他に必要とする部品が少なく、面倒な調整工程を必要
とせず、さらに、ＰＴの１次２次間の位相差を補償する
ことができる交流計測装置を提供するためになされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の交流計測装置は、マイクロプロセ
ッサにより演算して交流電流又は交流電圧あるいはその
両方を計測する交流計測装置において、マイクロプロセ
ッサはＡ−Ｄ変換器を内蔵してアナログ入力ポートを備
えたものとし、検出した交流電流又は交流電圧の信号線
に直流電圧を加えるバイアス回路を設け、交流電流又は
交流電圧の信号線はそれぞれマイクロプロセッサのアナ
ログ入力ポートに接続し、個々にデジタル値に変換した
各交流電流又は交流電圧の信号線の電圧値の差を演算し
て電流値及び電圧値を算出する演算手段をマイクロプロ
セッサに設けたことを特徴とするものである。

【０００７】また、交流電流はＣＴ、交流電圧はＰＴに
よりそれぞれ検出するようにし、ＣＴの負荷抵抗及びＰ
Ｔの検出抵抗に直流電圧を加えるバイアス回路を設け、
ＣＴの負荷抵抗及びＰＴの検出抵抗の両端をそれぞれマ
イクロプロセッサのアナログ入力ポートに接続するこ
と、各交流電流又は交流電圧の信号線の電圧値の差から
演算して算出される電流値又は電圧値と、計測対象の実
際の電流値又は電圧値との間の倍率に相当する係数を記
憶させる不揮発性メモリをマイクロプロセッサに接続す
ること、ＣＴの１次側に交流電流を流したときにＣＴの
負荷抵抗の両端の電圧値の差から演算して算出される電
流値と、ＣＴの１次側に流した交流電流と同位相の交流
電圧をＰＴに加えたときにＰＴの検出抵抗の両端の電圧
値の差から演算して算出される電圧値との位相差を算出
する手段と、算出された位相差の値を不揮発性メモリに
記憶させる手段と、算出される電流値及び電圧値と不揮
発性メモリに記憶させた位相差の値とから電力を算出す
る手段とをマイクロプロセッサに設けることで具体化で
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら具体的に説明する。図１は第１の実
施の形態を示すもので、２個の線路の電流をそれぞれ検
出する２個のＣＴ１、２の負荷抵抗３、４の両端をそれ
ぞれマイクロプロセッサ５のアナログ入力ポート６、
７、８、９に接続してある。また、２個の線間電圧を検
出する２個のＰＴ１０、１１の検出抵抗１２、１３の両
端をそれぞれマイクロプロセッサ５のアナログ入力ポー
ト１４、１５、１６、１７に接続してある。ここに使用
するマイクロプロセッサ５はアナログ入力ポート６、
７、８、９、１４、１５、１６、１７、デジタル入出力
ポート、ＲＡＭ、プログラマブルＲＯＭを１個の半導体
チップ上に構成したものであり、アナログ入力ポート
６、７、８、９、１４、１５、１６、１７に加えられた
アナログ信号はデジタル値として読み込まれる。マイク
ロプロセッサ５には不揮発性メモリ１８が接続してあ
り、図示していないが、マイクロプロセッサ５のデジタ
ル出力ポートには計測結果を表示する表示器が接続され
る。

【０００９】負荷抵抗３、４の一端とマイクロプロセッ
サ５の電源ラインとの間にはプルアップ抵抗１９、２０
が接続してあり、負荷抵抗３、４の他端とマイクロプロ
セッサ５の接地ラインとの間にはプルダウン抵抗２１、
２２が接続してある。また、検出抵抗１２、１３の一端
とマイクロプロセッサ５の電源ラインとの間にはプルア
ップ抵抗２３、２４が接続してあり、検出抵抗１２、１
３の他端とマイクロプロセッサ５の接地ラインとの間に
はプルダウン抵抗２５、２６が接続してある。ここで、
プルアップ抵抗１９、２０、２３、２４の抵抗値とプル
ダウン抵抗２１、２２、２５、２６の抵抗値は略等しい
値とし、負荷抵抗３、４及び検出抵抗１２、１３の抵抗
値の数百倍乃至数千倍の値としている。２７、２７、２
８、２８はＰＴ１０、１１と検出抵抗１２、１３との間
に挿入した制限抵抗である。

【００１０】前記構成の交流計測装置に対して先ず以下
の手順により校正を行なう。ＣＴ１、２の１次側に電流
を流さない状態で動作させると、プルアップ抵抗１９、
２０、負荷抵抗３、４、プルダウン抵抗２１、２２の回
路に電流が流れ、負荷抵抗３、４とプルダウン抵抗２
１、２２の接続部分にはマイクロプロセッサ５の電源電
圧の略２分の１の電圧が現れる。ここで、プルアップ抵
抗１９、２０とプルダウン抵抗２１、２２がバイアス回
路を構成し、マイクロプロセッサ５の電源電圧の略２分
の１の電圧がバイアス電圧となるのである。このとき流
れる僅かな電流により、負荷抵抗３、４の両端には僅か
な電圧が生ずる。この各電圧はマイクロプロセッサ５の
アナログ入力ポート６、７、８、９に加わり、デジタル
値として読み込まれる。アナログ入力ポート６から読み
込まれた値と、アナログ入力ポート７から読み込まれた
値とから演算して両者の差をとると負荷抵抗３の両端の
電圧が求められ、同様に負荷抵抗４の両端の電圧も求め
られる。

【００１１】ＰＴの１次側に電圧を加えない場合には、
同様にしてプルアップ抵抗２３、２４、検出抵抗１２、
１３、プルダウン抵抗２５、２６の回路に電流が流れ、
検出抵抗１２、１３とプルダウン抵抗２５、２６の接続
部分にはマイクロプロセッサ５の電源電圧の略２分の１
の電圧が現れる。ここではプルアップ抵抗２３、２４と
プルダウン抵抗２５、２６がバイアス回路を構成してい
る。バイアス回路の電流により検出抵抗１２、１３の両
端には僅かな電圧が生じ、各電圧はアナログ入力ポート
１４、１５、１６、１７に加わってデジタル値として読
み込まれる。アナログ入力ポート１４、１６から読み込
まれた値と、アナログ入力ポート１５、１７から読み込
まれた値とから演算して検出抵抗１２、１３の両端の電
圧が求められる。このようにして求められた負荷抵抗
３、４、検出抵抗１２、１３の電圧値を不揮発性メモリ
１８に書き込んでおく。これらの電圧値は検出対象の電
流、電圧が０の時の負荷抵抗３、４、検出抵抗１２、１
３による検出値である。

【００１２】次に、ＣＴ１、２の１次側に既知の交流電
流を流す。ＣＴ１、２は、ＣＴ１、２の１次側に想定さ
れる最大電流が流れたときの負荷抵抗３、４の両端に生
ずる電圧のＰ−Ｐ値がアナログ入力ポート６、７、８、
９の許容入力電圧幅以下になるような仕様のものとして
ある。ＣＴ１、２の１次側に電流を流すと、ＣＴ１、２
の２次電流が負荷抵抗３、４に流れて負荷抵抗３、４の
両端に電圧が発生し、各電圧はアナログ入力ポート６、
７、８、９に加わってサンプリング周期に従いデジタル
値として瞬時値が読み込まれる。アナログ入力ポート
６、８から読み込まれた値とアナログ入力ポート７、９
から読み込まれた値との差をとることにより負荷抵抗
３、４の両端の電圧値が求められる。負荷抵抗３、４の
両端の電圧にはプルアップ抵抗１９、２０及びプルダウ
ン抵抗２１、２２の回路に流れる電流による電圧降下も
含むため、先に不揮発性メモリ１８に書き込んだ電流が
０の時のデータに基づいて補正演算する。この補正演算
した結果の電圧値が既知の電流値に相当するものである
から、その倍率である係数を算出し、不揮発性メモリ１
８に書き込んでおく。

【００１３】続いて、ＰＴ１０、１１の１次側に既知の
交流電圧を加える。ＰＴ１０、１１は、ＰＴ１０、１１
の１次側に想定される最大電圧が加わったときの検出抵
抗１２、１３の両端に生ずる電圧のＰ−Ｐ値がアナログ
入力ポート１４、１５、１６、１７の許容入力電圧幅以
下になるような仕様のものとしてある。ＰＴ１０、１１
の１次側に電圧を加えると、ＰＴ１０、１１の２次電流
が検出抵抗１２、１３に流れて検出抵抗１２、１３の両
端に電圧が発生し、各電圧はアナログ入力ポート１４、
１５、１６、１７に加わってデジタル値として読み込ま
れる。アナログ入力ポート１４、１６から読み込まれた
値とアナログ入力ポート１５、１７から読み込まれた値
との差をとることにより検出抵抗１２、１３の両端の電
圧値が求められる。検出抵抗１２、１３の両端の電圧値
にはプルアップ抵抗２３、２４及びプルダウン抵抗２
５、２６の回路に流れる電流による電圧降下も含むた
め、先に不揮発性メモリ１８に書き込んだ電圧が０の時
のデータに基づいて補正演算する。この補正演算した結
果の電圧値が既知の電圧値に相当するものであるから、
その係数を算出し、不揮発性メモリ１８に書き込んでお
く。

【００１４】さらに、ＣＴ１、２の１次側に交流電流を
流し、これと同位相の交流電圧をＰＴ１０、１１の１次
側に加える。アナログ入力ポート６、７、８、９からは
電流が、アナログ入力ポート１４、１５、１６、１７か
らは電圧がそれぞれ読み込まれ、電流、電圧の瞬時値が
演算して求められるので、求められた電流及び電圧の瞬
時値から位相差を求め、位相差の値を不揮発性メモリ１
８に書き込んでおく。この位相差を求めるに当たって
は、試験に使用する交流電流、電圧の周波数を仕向地に
より選択するか、両方の周波数により試験し、設置時に
使用する周波数を指定するようにすることができる。以
上の一連の校正は、校正用のプログラムをマイクロプロ
セッサ５に実行させ、段階に応じてＣＴ１、２、ＰＴ１
０、１１に電流を流したり電圧を加えたりするだけで自
動的に行なうことが可能である。

【００１５】以上のように校正を終わった前記の交流計
測装置において、ＣＴ１、２の１次側に電流が流れれ
ば、アナログ入力ポート６、８とアナログ入力ポート
７、９には逆位相の電流値が読み込まれる。マイクロプ
ロセッサ５では、アナログ入力ポート６、７、８、９そ
れぞれに読み込まれた値をサンプリングした後その差分
を演算するとともに、前述した校正作業で不揮発性メモ
リ１８に記録した値に基づき補正して各電流の瞬時値が
求められる。この瞬時値から演算して実効値が求めら
れ、表示器に電流値として表示される。同様にＰＴ１
０、１１の１次側に電圧が加われば、アナログ入力ポー
ト１４、１５、１６、１７から読み込まれ、各電圧の瞬
時値が求められる。この瞬時値から演算して実効値が求
められ、表示器に電圧値として表示される。さらに、電
流の瞬時値と電圧の瞬時値との積から電力の瞬時値が求
められるが、このとき電流と電圧の位相差のデータが不
揮発性メモリ１８に書き込んであるので、位相差のデー
タに基づいて本来同時である筈の時期の電流の瞬時値と
電圧の瞬時値の積を演算するようにしている。このよう
にして得られた電力の瞬時値から実効値が求められ、表
示器に電力値として表示される。この実施の形態におい
ては、２個の線路の電流、２個の線間の電圧が同時に計
測できるので、２個の単相回路の電力を個々に計測する
他、１個の３相回路の電力を計測することもできること
は言うまでもない。

【００１６】ＣＴ１、２、及びＰＴ１０、１１は、１次
側に想定される最大電流が流れたとき、あるいは最大電
圧が加わったときの負荷抵抗３、４あるいは検出抵抗１
２、１３の両端に生ずる電圧のＰ−Ｐ値がアナログ入力
ポート６、７、８、９、１４、１５、１６、１７の許容
入力電圧幅以下になるよう仕様のものとしてあるので、
アナログ入力ポート６、７、８、９、１４、１５、１
６、１７に許容入力電圧範囲外の電圧が加わることはな
い。しかし、１次側の過電流、過電圧等により過渡的に
過電圧が加わる虞がある場合には保護装置を設けること
が好ましく、ダイオードクランプのような保護装置が使
用可能である。

【００１７】図２は第２の実施の形態を示すもので、図
１と同じ構成要素には同一符号が付してある。この第２
の実施の形態では、負荷抵抗３、４を２分割して負荷抵
抗３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂに、検出抵抗１２、１３を２
分割して検出抵抗１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂとし
てある。負荷抵抗３Ａ、４Ａ、検出抵抗１２Ａ、１３Ａ
と負荷抵抗３Ｂ、４Ｂ、検出抵抗１２Ｂ、１３Ｂとの各
接続点はまとめてプルアップ抵抗１９を介してマイクロ
プロセッサ５の電源ラインに、プルダウン抵抗２１を介
してマイクロプロセッサ５の接地ラインにそれぞれ接続
してある。

【００１８】この第２の実施の形態では、負荷抵抗３
Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、検出抵抗１２Ａ、１２Ｂ、１３
Ａ、１３Ｂにプルアップ抵抗１９及びプルダウン抵抗２
１を通して電流が流れることがないので、検出対象の電
流、電圧が０の時の負荷抵抗３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、
検出抵抗１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂの電圧を計測
して不揮発性メモリ１８に書き込んでおく必要がない。
また、通常の計測中においても、検出対象の電流、電圧
が０の時の値に基づく補正演算の必要がない。さらに、
プルアップ抵抗１９、プルダウン抵抗２１が共用できる
ことから部品点数が少なくなる利点があり、マイクロプ
ロセッサ５の電源電圧変動の影響を受けない利点があ
る。

【００１９】図３は第３の実施の形態を示すもので、図
１と同じ構成要素には同一符号が付してある。この第２
の実施の形態では、負荷抵抗３、４及び検出抵抗１２、
１３の一端を相互に接続し、さらに、相互に接続した負
荷抵抗３、４及び検出抵抗１２、１３の一端はプルアッ
プ抵抗１９を介してマイクロプロセッサ５の電源ライン
に、プルダウン抵抗２１を介してマイクロプロセッサ５
の接地ラインにそれぞれ接続してある。

【００２０】この第３の実施の形態では、第２の実施の
形態と同じように、負荷抵抗３、４、検出抵抗１２、１
３にプルアップ抵抗１９及びプルダウン抵抗２１を通し
て電流が流れることがないので、検出対象の電流、電圧
が０の時の負荷抵抗１２、１３、検出抵抗１２、１３の
電圧を計測して不揮発性メモリ１８に書き込んでおくこ
と、ならびに、通常の計測中に補正演算をすることは必
要ない。また、アナログ入力ポート７により第１及び第
２の実施の形態におけるアナログ入力ポート７、９、１
５、１７を共用することができるのでアナログ入力ポー
トの数が少なくてよく、プルアップ抵抗１９、プルダウ
ン抵抗２１も共用できることから部品点数が少なくなる
利点があり、マイクロプロセッサ５の電源電圧変動の影
響を受けない利点がある。

【００２１】以上説明した本発明による交流計測装置
は、分電盤、配電盤等に組み込まれて電流、電圧、電力
等を計測する以外に、電子式配線用遮断器の過電流検出
回路として用いることも可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明は前記説明によっても明らかなよ
うにＡ−Ｄ変換器を内蔵したマイクロプロセッサの他に
は僅かな数の抵抗器のみで構成する事ができるため、安
価で小形の交流計測装置を提供することが可能である。
また、校正作業により補正演算した結果を不揮発性メモ
リに書き込んでおくことによって面倒な調整肯定を必要
とせず、ＰＴの１次２次間の位相差を補償することがで
きることから小形、低コストのＰＴを使用することがで
きる交流計測装置を提供するものとして業界に寄与する
ところ極めて大である。なお、前記実施の形態では、バ
イアス回路はいずれもマイクロプロセッサの電源をプル
アップ抵抗とプルダウン抵抗により分圧して構成してい
るが、別途設けた直流電源を使用できることは言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す結線図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す結線図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す結線図であ
る。

【符号の説明】

１、２ＣＴ３、３Ａ、３Ｂ負荷抵抗４、４Ａ、４Ｂ負荷抵抗５マイクロプロセッサ６、７、８、９アナログ入力ポート１０、１１ＰＴ１２、１３検出抵抗１４、１５、１６、１７アナログ入力ポート１８不揮発性メモリ１９、２０プルアップ抵抗２１、２２プルダウン抵抗２３、２４プルアップ抵抗２５、２６プルダウン抵抗２７、２８制限抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G035 AA04 AB08 AC01 AC02 AD10 AD19 AD28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロプロセッサにより演算して交流電
流又は交流電圧あるいはその両方を計測する交流計測装
置において、マイクロプロセッサはＡ−Ｄ変換器を内蔵
してアナログ入力ポートを備えたものとし、検出した交
流電流又は交流電圧の信号線に直流電圧を加えるバイア
ス回路を設け、交流電流又は交流電圧の信号線はそれぞ
れマイクロプロセッサのアナログ入力ポートに接続し、
個々にデジタル値に変換した各交流電流又は交流電圧の
信号線の電圧値の差を演算して電流値及び電圧値を算出
する演算手段をマイクロプロセッサに設けたことを特徴
とする交流計測装置。
【請求項２】交流電流はＣＴ、交流電圧はＰＴによりそ
れぞれ検出するようにし、ＣＴの負荷抵抗及びＰＴの検
出抵抗に直流電圧を加えるバイアス回路を設け、ＣＴの
負荷抵抗及びＰＴの検出抵抗の両端をそれぞれマイクロ
プロセッサのアナログ入力ポートに接続したことを特徴
とする請求項１に記載の交流計測装置。
【請求項３】各交流電流又は交流電圧の信号線の電圧値
の差から演算して算出される電流値又は電圧値と、計測
対象の実際の電流値又は電圧値との間の倍率に相当する
係数を記憶させる不揮発性メモリを、マイクロプロセッ
サに接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の
交流計測装置。
【請求項４】ＣＴの１次側に交流電流を流したときにＣ
Ｔの負荷抵抗の両端の電圧値の差から演算して算出され
る電流値と、ＣＴの１次側に流した交流電流と同位相の
交流電圧をＰＴに加えたときにＰＴの検出抵抗の両端の
電圧値の差から演算して算出される電圧値との位相差を
算出する手段と、算出された位相差の値を不揮発性メモ
リに記憶させる手段と、算出される電流値及び電圧値と
不揮発性メモリに記憶させた位相差の値とから電力を算
出する手段とをマイクロプロセッサに設けたことを特徴
とする請求項１乃至３の何れかに記載の交流計測装置。