JP2004170224A

JP2004170224A - Computational method for ac power output and display method of load factor of the ac power

Info

Publication number: JP2004170224A
Application number: JP2002335993A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tajiri; 浩一田尻
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP3838190B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate and display proper AC power output and a load factor even if the load of a uninterruptible power supply is any one of (a) resistance load, (b) power factor load, (c) rectification load. <P>SOLUTION: The output from an uninterruptible power supply 10 is converted to a voltage value digitized via a voltage detection transformer 12, an operation amplifier 13 and an AD converter 14a, and a current value digitized via a current detection CT 7, a full wave rectifier 8 and an AD converter 14b. By confirming that the polarity of the digitized voltage value is positive and that the digitized current value is increasing, the polarity of the digitized current value is judged. By calculating for one period of the AC power waveform, the first AC power output is calculated and the first load factor is calculated from a tolerable power. On the other hand, the second load factor is calculated from the effective value of the digitized current value and the tolerable current value of a circuit element. Then, a larger value of the first load factor and the second load factor is selected and displayed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無停電電源装置などに使用される電力検出装置に係わり、より詳細には、交流出力電力の計算方法及び交流出力電力の負荷率の表示方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来から使用されている無停電電源装置１０及び電力検出装置２０のブロック図である。すなわち、無停電電源装置１０は、主として充電器１、バッテリ２、インバータ３及びＵＰＳスイッチ４より構成される。通常運転時には、商用電源５からの交流電力をＵＰＳスイッチ４を介して負荷６に供給するとともに、充電器１でバッテリ２を充電する。そして、停電直後にはバッテリ２からの直流電力をインバータ３で交流電力に変換し、ＵＰＳスイッチ４を介して負荷６に供給する。
【０００３】
ここで、インバータ３の内部を構成する図示されていないスイッチング素子などの容量は、無停電電源装置が供給可能な最大電力量を考慮して選定されている。したがって、この最大電力量を越えるような使用をされているような場合には、電力検出装置２０がそれを検知して、コンピュータディスプレイ９に表示したり警報を出して使用者に通知する必要がある。
【０００４】
以下、図２において、一例として１００Ｖで、定格出力（Ｐ）が１０５０Ｗ（後述するように、負荷の力率を考慮して、一般的には１５００ＶＡとも記載されている。）の無停電電源装置１０に使用されている電力検出装置２０の動作について説明する。無停電電源装置１０からの負荷電流は、電流検出ＣＴ７から全波整流器８によって全波整流されて、電圧に変換された後に電力検出装置２０に入力され、ＡＤ変換機１４ｂでデジタル化した電流値（Ｉｊ）に変換される。実効値演算装置１７で、デジタル化した電流値（Ｉｊ）から負荷電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が演算される。次に、負荷率演算装置１８ａで、前記電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）から負荷率を演算してその値をコンピュータディスプレイ９に表示するとともに、負荷率が１００％を超えている場合には警報装置１１を作動させて警報を発生させる。
【０００５】
ここで、図３に示されるように、無停電電源装置１０などの負荷６としては、主に３種類の負荷（（ａ）抵抗負荷、（ｂ）力率負荷、（ｃ）整流負荷）が接続される。（ａ）抵抗負荷とは、交流電圧と交流電流との位相が等しい波形で表される。したがって、無停電電源装置１０は、負荷６が（ａ）抵抗負荷である場合には、負荷電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が１０．５Ａの場合に出力が１０５０Ｗとなる。すなわち、定格出力（Ｐ）が１０５０Ｗの無停電電源装置１０で、負荷６が（ａ）抵抗負荷の場合には、負荷電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が１０．５Ａで負荷率が１００％となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無停電電源装置１０の負荷が、図３に示される（ｂ）力率負荷の場合には、負荷電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が１０．５Ａを超えていても定格出力が１０５０Ｗを超えない場合がある。一例として、力率が０．７の力率負荷の場合には、定格出力（Ｐ）は（１）式で表されることが知られている。
【０００７】
Ｐ（Ｗ）＝Ｖ_ｒｍｓ×Ｉ_ｒｍｓ×０．７（力率）・・・・・・（１）式
したがって、Ｐ＝１０５０Ｗ、Ｖ_ｒｍｓ＝１００Ｖの場合に、Ｉ_ｒｍｓとしては約１５Ａまで許容することができる（すなわち、無停電電源装置１０の負荷としては、一般的には力率負荷を基準として、上述したように定格出力が１５００ＶＡと記載されている。）。そして、力率負荷の場合には、図４に示されるように、一周期の間には、電圧と電流との積が正の領域に限らず負の領域もあるために、抵抗負荷の場合に比べて負荷電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）を大きくとっても定格出力に達しない。
【０００８】
すなわち、無停電電源装置１０等の負荷６が、過負荷状態にあるか否かの判定を抵抗負荷に合わせて１０．５Ａとしたのでは、力率負荷などの場合には定格以下の負荷電流であるにもかかわらず過負荷の警報が出る。一方、過負荷状態にあるか否かの判定を力率負荷に合わせて１５Ａとしたのでは、抵抗負荷の場合には負荷率が１４３％となり、過負荷の状態になる。
【０００９】
本発明の目的は、無停電電源装置１０等の負荷６が、（ａ）抵抗負荷、（ｂ）力率負荷、（ｃ）整流負荷などのいずれであっても適正な負荷率を計算できるとともに、無停電電源装置１０等を構成する各素子の許容値を超えるような負荷電流が流れた場合には、警報装置１１を作動させて過負荷の警報を発することができるような交流出力電力の計算方法及び交流出力電力の負荷率の表示方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明では負荷電圧と負荷電流とをデジタル化し、デジタル化した電圧値と、デジタル化した電流値とから交流出力電力を計算するとともに、回路素子の許容電流値も考慮して交流出力電力の負荷率を表示するものである。
【００１１】
請求項１の発明では、交流出力電力の計算方法であって、負荷電圧をデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流をデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性が正の値であり、且つ、前記デジタル化した電流値が増加していることを確認することによって前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値とを演算することを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明では、交流出力電力の計算方法であって、負荷電圧をデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流をデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性が正の値であり、且つ、前記デジタル化した電流値が増加していることを確認することによって前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値とを、前記交流出力電力の交流波形の一周期について演算することを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項２記載の交流出力電力の計算方法であって、前記デジタル化した電圧の極性が負から正に変化した時点から、再び前記デジタル化した電圧の極性が負から正に変化した時点までの期間を前記一周期と判定することを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明では、交流出力電力の計算方法であって、負荷電圧は、電圧検出トランスとオペアンプとＡＤ変換器を介してデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流は、電流検出ＣＴと全波整流回路とＡＤ変換器を介してデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性と前記デジタル化した電流値の変化状況から、前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値とを演算することを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明では、交流出力電力の計算方法であって、負荷電圧は、電圧検出トランスとオペアンプとＡＤ変換器を介してデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流は、電流検出ＣＴと全波整流回路とＡＤ変換器を介してデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性が正の値であり、且つ、前記デジタル化した電流値が増加していることを確認することによって前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値とを演算することを特徴としている。
【００１６】
請求項６の発明では、交流出力電力の計算方法であって、負荷電圧は、電圧検出トランスとオペアンプとＡＤ変換器を介してデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流は、電流検出ＣＴと全波整流回路とＡＤ変換器を介してデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性が正の値であり、且つ、前記デジタル化した電流値が増加していることを確認することによって前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値とを、前記交流出力電力の交流波形の一周期について演算することを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明では、請求項６記載の交流出力電力の計算方法であって、前記デジタル化した電圧の極性が負から正に変化した時点から、再び前記デジタル化した電圧の極性が負から正に変化した時点までの期間を前記一周期と判定することを特徴としている。
【００１８】
請求項８の発明では、交流出力電力の負荷率の表示方法であって、負荷電圧は、電圧検出トランスとオペアンプとＡＤ変換器を介してデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流は、電流検出ＣＴと全波整流回路とＡＤ変換器を介してデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性と前記デジタル化した電流値の変化状況から、前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値とを演算して第１の交流出力電力の計算をし、前記第１の交流出力電力と許容電力から第１の負荷率を計算し、前記デジタル化した電流値の実効値と回路素子の許容電流値とから第２の負荷率を計算し、前記第１の負荷率と前記第２の負荷率を比較して、大きい方の値を表示することを特徴としている。
【００１９】
請求項９の発明では、交流出力電力の負荷率の表示方法であって、負荷電圧は、電圧検出トランスとオペアンプとＡＤ変換器を介してデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流は、電流検出ＣＴと全波整流回路とＡＤ変換器を介してデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性が正の値であり、且つ、前記デジタル化した電流値が増加していることを確認することによって前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値と前記デジタル化した電流値を演算して第１の交流出力電力の計算をし、前記第１の交流出力電力と許容電力から第１の負荷率を計算し、前記デジタル化した電流値の実効値と回路素子の許容電流値とから第２の負荷率を計算し、前記第１の負荷率と前記第２の負荷率を比較して、大きい方を表示することを特徴としている。
【００２０】
請求項１０の発明では、交流出力電力の負荷率の表示方法であって、負荷電圧は、電圧検出トランスとオペアンプとＡＤ変換器を介してデジタル化した電圧値に変換し、負荷電流は電流検出ＣＴと全波整流回路とＡＤ変換器を介してデジタル化した電流値に変換し、前記デジタル化した電圧値の極性が正の値であり、且つ、前記デジタル化した電流値が増加していることを確認することによって前記デジタル化した電流値の極性を判断した後に、前記デジタル化した電圧値の極性と前記デジタル化した電流値を、前記交流出力電力の交流波形の一周期について演算して第１の交流出力電力の計算をし、前記第１の交流出力電力と許容電力から第１の負荷率を計算し、前記デジタル化した電流値の実効値と回路素子の許容電流値とから第２の負荷率を計算し、前記第１の負荷率と前記第２の負荷率を比較して、大きい方の値を表示することを特徴としている。
【００２１】
請求項１１の発明では、請求項１０記載の交流出力電力の負荷率の表示方法であって、の計算方法であって、前記デジタル化した電圧の極性が負から正に変化した時点から、再び前記デジタル化した電圧の極性が負から正に変化した時点までの期間を前記一周期と判定することを特徴としている。
【００２２】
【実施例】
１．無停電電源装置及び電力検出装置の概要
図１は、本発明に係わる無停電電源装置１０及び電力検出装置２０のブロック図であり、上述した図２と同じ部品等にかかわる場合には、同じ番号で記載されている。すなわち、無停電電源装置１０は、主として充電器１、バッテリ２、インバータ３及びＵＰＳスイッチ４より構成される。通常運転時には、商用電源５からの交流電力をＵＰＳスイッチ４を介して負荷６に供給するとともに、充電器１でバッテリ２を充電する。そして、停電直後にはバッテリ２からの直流電力をインバータ３で交流電力に変換し、ＵＰＳスイッチ４を介して負荷６に供給する。
【００２３】
ここで、インバータ３の内部を構成する図示されていないスイッチング素子などは、無停電電源装置が供給可能な最大電力量を考慮して選定されている。したがって、この最大電力量を越えるような使用がされた場合には、電力検出装置２０がそれを検知して、コンピュータディスプレイ９に表示するとともに、警報を出して使用者に通知する必要がある。
【００２４】
以下、図１において、一例として１００Ｖで、定格出力（Ｐ）が１０５０Ｗ（上述したように、力率も考慮して、一般的には１５００ＶＡとも記載されている。）の無停電電源装置１０に使用されている電力検出装置２０の動作について説明する。無停電電源装置１０からの負荷電流は、電流検出ＣＴ７から全波整流器８によって全波整流されて、電圧に変換された後に電力検出装置２０に入力され、デジタル的に負荷電流の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が演算される。次に、前記実効値（Ｉ_ｒｍｓ）から負荷率を演算してその値をコンピュータディスプレイ９に表示するとともに、負荷率が１００％を超えている場合には警報装置１１よって警報を発生させている。
【００２５】
ここで、無停電電源装置１０からの負荷電圧である交流出力電圧の波形は、電圧検出トランス１２で降圧し、オペアンプ１３でかさ上げして、０〜５Ｖの範囲に納まる波形に調整する。そして、ＡＤ変換器１４ａを通してデジタル化するとともに、０〜５Ｖの中央の２．５Ｖで折り返した変換処理をする。すなわち、図３（ａ）−（ｃ）の点線で示される「変換後」の波形に整形する。なお、以下において、折り返す際に２．５Ｖよりも高い場合を電圧極性が正とし、２．５Ｖよりも低い場合を電圧極性が負と呼んでいる。上記したように、電圧波形については、折り返す前の波形を参照することによって、折り返した「変換後」の電圧波形（Ｖ）が、正の電圧極性であるのか又は負の電圧極性であるのかを常に認識することができる。
【００２６】
しかしながら、以下の理由により、電流波形については正の極性であるのか又は負の極性であるのかを容易には認識することができない。すなわち、無停電電源装置１０からの負荷電流は、電流検出ＣＴ７から全波整流器８によって全波整流されて電圧変換された後に、電力検出装置２０に入力されるためである。この場合にも必要に応じて、図示されていないオペアンプなどで電圧増幅した後に、ＡＤ変換器１４ｂを通してデジタル化することができる。
【００２７】
デジタル化された電流値と電圧値の波形は、マイコンによってサンプリング、一例として７２００Ｈｚでサンプリングするようにした（ここで、５０Ｈｚ周期の交流で、７２００Ｈｚでサンプリングすると一周期で１４４個のそれぞれのデータが得られる。）。デジタル化された電圧値（Ｖｊ）と電流値（Ｉｊ）は、（２）式にしたがって積算後、加算等をして有効電力（Ｐ）が演算される。
【００２８】
Ｐ＝（Ｖ_１×Ｉ_１＋Ｖ_２×Ｉ_２＋…＋Ｖ_１４４×Ｉ_１４４）／１４４・・・・・・（２）式
ここで、上述したように、電圧極性を判定するのは容易である。すなわち、オペアンプ１３からの出力電圧の中央が＋２．５Ｖになっており、電圧極性を判定するには＋２．５Ｖ相当の数値を減算してやればよい。そして、２．５Ｖを減算した結果が正の値であれば無停電電源装置１０からの出力電圧の極性も正の値であり、＋２．５Ｖを減算した結果が負の値であれば無停電電源装置１０からの出力電圧の極性も負の値である判断できる。
【００２９】
しかしながら、無停電電源装置１０からの負荷電流の極性は、電流検出ＣＴ７から全波整流器８によって全波整流されて電圧変換された後に、ＡＤ変換器１３ｂを通してデジタル化されているために、この状態ではデジタル化された電流波形がプラスの値であるか、又はマイナスの値であるかを判断することは容易ではない。そして、デジタル化された電流波形がプラスの値であるか、又はマイナスの値であるか、すなわち電流極性の判断ができないと、上記した（２）式によって有効電力（Ｐ）を算出することができない。そこで、本発明に係わる電力検出装置２０では、以下の手法によって電流極性の判断をして有効電力（Ｐ）を計算するようにした。
【００３０】
２．本発明にかかわる電力検出装置２０の構造
本発明にかかわる有効電力（Ｐ）の計算について、図１を用いて詳細に説明する。ここで、図１の電力検出装置２０には、アナログ値である電流波形及び電圧波形をデジタル化するＡＤ変換器１４ａ，ｂ、電流極性決定装置１５、有効電力演算装置１６、実効値演算装置１７ｂ、負荷率演算装置１８ａ，ｂ、負荷率選択装置１９、データ変換装置２１で構成されている。
【００３１】
無停電電源装置１０からの有効電力（Ｐ）は、ＡＤ変換器１４ａからの出力値と、ＡＤ変換器１４ｂ及び電流極性決定装置１５からの出力値により有効電力演算装置１６で演算される。なお、電流極性決定装置１５の詳細は図６のフローチャートで、有効電力演算装置１６の詳細は図５のフローチャートで後述する。負荷率演算装置１８ｂは、有効電力演算装置１６で計算された有効電力（Ｐ）を、１０５０Ｗで除算し、１００％を乗算する回路である。すなわち、負荷率演算装置１８ｂによって、有効電力（Ｐ）から負荷率（％）が演算される。本実施例では、負荷率演算装置１８ｂで計算される負荷率（％）を、第１の負荷率と呼ぶことにする。
【００３２】
ここで、実効値演算装置１７は、図３に示されるどのような種類の負荷においても、図示されている通常の手法で、ＡＤ変換器１４ｂでデジタル化した電流（Ｉｊ）の実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が計算される。負荷率演算装置１８ａは、前記した実効値（Ｉ_ｒｍｓ）を、１５００ＶＡの無停電電源装置１０を構成する回路素子の許容電流値、一例として１５Ａで除算し、１００％を乗算したものである。すなわち、負荷率演算装置１８ａによって、回路素子の許容電流値から負荷率（％）が演算される。本実施例では、負荷率演算装置１８ａで計算される負荷率（％）を第２の負荷率と呼ぶことにする。
【００３３】
負荷率選択装置１９は、前記した第１の負荷率と第２の負荷率とを比較して、大きい方の値を選択して警報装置１１及びデータ変換装置２１を介してコンピュータディスプレイ９に出力するようにした。
【００３４】
したがって、有効電力（Ｐ）から演算される第１の負荷率（％）が１００％を超えている場合には、回路素子の許容電流から演算される第２の負荷率（％）が１００％未満でも警報装置１１から警報が発せられる。一方、力率が低い場合のように、有効電力（Ｐ）から演算される第１の負荷率（％）が１００％未満の場合でも、回路素子の許容電流から演算される第２の負荷率（％）が１００％を超えている場合には警報装置１１から警報が発せられるようにした。
【００３５】
３．本発明にかかわる有効電力（Ｐ）を計算方法
本発明に係わる有効電力演算装置１６おける有効電力（Ｐ）を計算方法について、図４及び図５のフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、以下において、本発明に係わる有効電力（Ｐ）の計算方法について、図４に示すような（ｂ）力率負荷の場合を例として説明するが、（ａ）抵抗負荷や（ｂ）整流負荷の場合にも同様の手法を用いることができることは言うまでもない。
【００３６】
ここで、図４に示すように、力率負荷として実際の使用上では最も起こりやすい、電圧波形にくらべて電流波形が約４５°位相が遅れている場合の例で説明する。なお、図４に示される本発明の実施例では、交流電圧が負の値から正の値となった後に、再び負の値から正の値となるまでの期間を有効電力（Ｐ）を計算するための一周期とする場合が例示されている。この手法を用いると、容易に交流電圧波形の一周期が経過したか否かを判断することができる。
【００３７】
そして、図６において後述するように、電流値の絶対値が増加する傾向にあり、かつ電圧が正の領域にある領域で電流の極性を「決定」しておき、有効電力（Ｐ）の計算をするようにした。電流値の絶対値が増加する傾向にあり、かつ電圧が正の領域にあれば、図４に示すように一義的に電圧・電流波形変化の領域を「決定」の範囲にあると判断できるからである。ただし、後述する実施例から明らかなように、本発明にかかわる有効電力（Ｐ）を計算するための計算手法としては、この「決定」範囲に限られることはなく、請求項に記載された範囲で適用できることを追記する。
【００３８】
図５のフローチャートにおいて、プログラムがスタートするとステップ１０で、有効電力（Ｐ）とループ回数（Ｎ：最大で１４４）がクリアされる。ここで、Ｎを最大で１４４としたのは、５０Ｈｚ周期の交流で、７２００Ｈｚでサンプリングすると、一周期でデジタル化された１４４個の電流及び電圧のデータが得られるためである。
【００３９】
ステップ１００で、電流極性を決定するためのルーチンにジャンプする。電流極性を決定するルーチンの詳細については、図６のフローチャートにおいて詳細に説明する。
【００４０】
ステップ１１０で、上述した一定のタイミングごとに電流（Ｉｊ）、電圧（Ｖｊ）を読み込む。
【００４１】
ステップ１２０で、電流（Ｉｊ）の極性が正か負かを判断する。
【００４２】
ステップ１３０及びステップ１５０で、電圧（Ｖｊ）の極性が正か負かを判断する。
【００４３】
ステップ１４０では、電流（Ｉｊ）及び電圧（Ｖｊ）の極性が、ともに正又はともに負の場合にはそのまま乗算をして、ステップ１８０で有効電力（Ｐ）に加算するとともに、ループ回数に１を加える。すなわち、図４において、Ｖｊ×Ｉｊの符号は（ＩＩ）と（ＩＶ）の区間では正になるためである。
【００４４】
ステップ１６０では、電流（Ｉｊ）及び電圧（Ｖｊ）の極性が、それぞれ異なる場合には乗算をした後に、ステップ１７０でその符号をマイナスに変換して、ステップ１８０で有効電力（Ｐ）から減算するとともに、ループ回数に１を加える。すなわち、図４において、Ｖｊ×Ｉｊの符号は（Ｉ）と（ＩＩＩ）の区間では負になるためである。
【００４５】
ステップ１９０で、ループ回数が１４４か否か、すなわちＮ＝１４４かどうかを判断する。Ｎが１４４に達していない場合には、ステップ１１０に戻って、上記したステップを繰り返す。
【００４６】
ステップ２００では、１周期を経過した状態で、計算された有効電力（Ｐ）の値が正の値か負の値かを判断する。有効電力（Ｐ）の値が正の場合には、ステップ１００で正しく電流極性が決定されており、ステップ２１０で上述した負荷率（％）を表示し、ステップ２３０で終了する。なお、負荷率等の表示は、一定期間ごと、例えば１分ごとに図５のプログラム作動させて行うことができる。
【００４７】
一方、ステップ２００で判断をしているが、１周期を経過した状態で有効電力（Ｐ）の値が負の値の場合ということは本来ありえないことである。すなわち、正しく電流極性が決定されていないためである。この場合には、ステップ２２０で電流極性未決定フラグを立て、新しい有効電力（Ｐ）の値を表示しないでそのままステップ２３０で終了する。
【００４８】
ここで、図４に示すように、電力計算において一周期が経過しているか否かの判定は、上述したようにＮの値でループを繰り返すのではなく、電圧の極性が負から正に反転したタイミングで判断することもできる。この場合には、電圧の極性が負から正に反転するまでのサンプリング数も任意にとることができる。
【００４９】
４．本発明にかかわる電流極性の決定方法
本発明に係わる電流極性決定装置１５における電流極性の決定方法について、図４及び図６のフローチャートを用いて詳細に説明する。すなわち、図１に示されるＡＤ変換機１４ｂからデジタル化した電流値（Ｉｊ）が正の状態であるか負の状態であるかを決定する手段について説明する。ここで、上述したように無停電電源装置１０からの負荷電流は、電流検出ＣＴ７、全波整流器８をを通した後にＡＤ変換機１４ｂに入力されるため、ＡＤ変換機１４ｂには常に正の値として入力されているためである。
【００５０】
ステップ３００では、電流極性未決定フラグをチェックして、電流極性が決定済か否かを判断する。なお、電流極性未決定フラグは、無停電電源装置１０の電源がＯＮされてマイコンのイニシャル・ルーチンが行われた時点と、上述した図５のステップ２２０の状態で立てられる。そして、電流極性未決定フラグが立てられておらず、既に電流極性が正か負に決定している場合には、図５へリターンしてステップ１１０に進む。
【００５１】
電流極性未決定フラグが立てられており、電流値（Ｉｊ）の極性が正か負に決定していない場合には、ステップ３１０でＡＤ変換器１４ｂからのデジタル化した電流値（Ｉｊ）を読み込む。
【００５２】
ステップ３２０では、Ｉｊの値がしきい値（Ｉｏ）以上か否かをチェックする。Ａ／Ｄ変換器１４ｂからの出力には、変換誤差や配線等からのノイズが乗る場合があるためである。なお、しきい値（Ｉｏ）が小さすぎると誤差が大きくなるため、本実施例では実験結果からＩｏの値を０．９Ａ（０．９Ａ＝１５Ａ×０．０６（最大電流値の６％相当））に設定した。すなわち、測定された電流値（Ｉｊ）が０．９Ａ以下の場合には、電流値（Ｉｊ）＝０Ａとなるようにした。そして、電流値（Ｉｊ）がしきい値（Ｉｏ）を超えるまで、ステップ３１０へループするようにした。
【００５３】
ステップ３２０で電流値（Ｉｊ）がしきい値（Ｉｏ）を超えると、ステップ３３０で電流値（Ｉｊ）を、電流値（Ｉｊ＋１）に置き換えた後に、新たに電流値（Ｉｊ）を読み込む。
【００５４】
ステップ３４０では、電流値（Ｉｊ＋１）＜電流値（Ｉｊ）かどうかを判断する。この場合には、ステップ３４０の右側の図に示したように、電流値（Ｉｊ）が増加する方向にあり、ステップ３５０へ進む。一方、ステップ３４０で電流値（Ｉｊ）が増加する方向にない場合には、ステップ３１０へ戻る。
【００５５】
ステップ３５０では、負荷電圧（Ｖｊ）を読み込む。
【００５６】
ステップ３６０では、負荷電圧（Ｖｊ）が正か否かを判断する。負荷電圧（Ｖｊ）が正の場合には、図４の矢印で記載された領域（決定）にあり、電流極性が正と決定される。このタイミングを確認した状態で、図５のステップ１１０にリターンする。すなわち、この状態が確認されると、電圧及び電流は図４に示した「決定」の範囲内にある。したがって、それ以降は５０サイクルで変化するために電流極性を連続的に決定していくことができるため、ステップ２００のような特別の場合を除いて、あらためて図６のプログラムを実行する必要はない。一方、ステップ３６０で負荷電圧（Ｖｊ）が負の場合には、ステップ３１０へ戻り、今までのステップを繰り返す。
【００５７】
５．本発明に係わる負荷率の表示方法
上述したように、負荷率選択装置１９では、負荷率演算装置１８ａ又は負荷率演算装置１８ｂで算出された負荷率（％）のうちで、大きい方を選択して警報装置１１及びデータ変換装置２１を介してコンピュータディスプレイ９に出力するようにした。
【００５８】
本発明に係わる電力検出装置２０を用いた無停電電源装置１０が抵抗負荷に接続されている場合には、負荷率演算装置１８ｂからの出力値がコンピュータディスプレイ９に出力されて、一定の場合には警報装置１１から警報が出される。例えば、１００Ｖで、実効値（Ｉ_ｒｍｓ）が１１Ａの交流電流が流れた場合には、負荷率演算装置１８ｂでの負荷率は１０４％となるが、負荷率演算装置１８ａでの負荷率は７３％となる。したがって、負荷率選択装置９は、負荷率演算装置１８ｂからの負荷率を選択し、コンピュータディスプレイ９に負荷率が１０４％と出力されて、警報装置１１から警報が出される。
【００５９】
一方、例えば、無停電電源装置１０が力率負荷に接続されており、力率が０．５で、実効値が１８Ａの交流電流が流れた場合には、負荷率演算装置１８ａでの負荷率は１２０％となるが、負荷率演算装置１８ａからの負荷率は８６％となる。したがって、負荷率選択装置９は、負荷率演算装置１８ａからの負荷率を選択し、コンピュータディスプレイ９に負荷率が１２０％と表示し、警報装置１１から警報が出される。したがって、本発明に係わる負荷率の表示方法を用いると、力率が非常に下がったような場合でも、確実に警報を発することが可能であり、無停電電源装置１０の回路素子を破壊することがない。
【００６０】
【発明の効果】
上述したように本発明に係わる交流出力電力及び負荷率の計算方法を用いると、無停電電源装置等の負荷が、（ａ）抵抗負荷、（ｂ）力率負荷、（ｃ）整流負荷のいずれであっても適正な交流出力電力や負荷率を計算して表示できる。加えて、無停電電源装置を構成する回路素子の許容電流値を超えるような負荷電流が流れた場合にも、警報装置を作動させて警報を発することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる無停電電源装置及び電力検出装置のブロック図である。
【図２】従来の無停電電源装置及び電力検出装置のブロック図である。
【図３】無停電電源装置の負荷の種類による電圧波形と電流波形の関係図である。
【図４】力率負荷の場合の電圧波形と電流波形の関係図である。
【図５】有効電力計算方法のフローチャートである。
【図６】電流極性決定方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１：充電器、２：バッテリ、３：インバータ、４：ＵＰＳスイッチ、５：商用電源、
６：負荷、７：電流検出ＣＴ、８：全波整流器、９：コンピュータディスプレイ、
１０：無停電電源装置、１１：警報装置、１２：電圧検出トランス、１３：オペアンプ、１４ａ，ｂ：ＡＤ変換器、１５：電流極性決定装置、１６：有効電力演算装置、
１７：実効値演算装置、１８ａ，ｂ：負荷率演算装置、１９：負荷率選択装置、
２１：データ変換装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power detection device used for an uninterruptible power supply and the like, and more particularly, to a method for calculating AC output power and a method for displaying a load factor of AC output power.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a block diagram of the uninterruptible power supply 10 and the power detection device 20 which are conventionally used. That is, the uninterruptible power supply 10 mainly includes the charger 1, the battery 2, the inverter 3, and the UPS switch 4. During normal operation, AC power from the commercial power supply 5 is supplied to the load 6 via the UPS switch 4 and the battery 1 is charged by the charger 1. Immediately after the power failure, the DC power from the battery 2 is converted into AC power by the inverter 3 and supplied to the load 6 via the UPS switch 4.
[0003]
Here, the capacity of a switching element and the like (not shown) constituting the inside of the inverter 3 is selected in consideration of the maximum amount of power that can be supplied by the uninterruptible power supply. Therefore, when the power is used so as to exceed the maximum amount of power, the power detection device 20 needs to detect it and display it on the computer display 9 or issue an alarm to notify the user. is there.
[0004]
Hereinafter, in FIG. 2, as an example, an uninterruptible power supply of 100 V and a rated output (P) of 1050 W (generally described as 1500 VA in consideration of a load power factor as described later). The operation of the power detection device 20 used in the power supply 10 will be described. The load current from the uninterruptible power supply 10 is subjected to full-wave rectification by the full-wave rectifier 8 from the current detection CT 7, converted into a voltage, input to the power detection device 20, and digitized by the AD converter 14 b. (Ij). The effective value calculating device 17 calculates the effective value (I) of the load current from the digitized current value (Ij). _rms ) Is calculated. Next, the effective value of the current (I _rms ), The load factor is calculated and displayed on the computer display 9, and when the load factor exceeds 100%, the alarm device 11 is operated to generate an alarm.
[0005]
Here, as shown in FIG. 3, as the load 6 such as the uninterruptible power supply 10, there are mainly three types of loads ((a) resistance load, (b) power factor load, and (c) rectification load). Connected. (A) The resistive load is represented by a waveform in which the phases of the AC voltage and the AC current are equal. Therefore, when the load 6 is the (a) resistive load, the uninterruptible power supply 10 determines the effective value (I _rms ) Is 10.5 A, the output is 1050 W. That is, in the uninterruptible power supply 10 having a rated output (P) of 1050 W and the load 6 being (a) a resistive load, the effective value (I _rms ) Is 10.5 A and the load factor is 100%.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the load of the uninterruptible power supply 10 is the power factor load (b) shown in FIG. 3, the effective value (I _rms ) Exceeds 10.5 A, the rated output may not exceed 1050 W. As an example, when the power factor is 0.7 and the power factor load, it is known that the rated output (P) is expressed by the equation (1).
[0007]
P (W) = V _rms × I _rms × 0.7 (power factor) Expression (1)
Therefore, P = 1050W, V _rms = 100V, I _rms Can be tolerated up to about 15 A (that is, as a load of the uninterruptible power supply 10, the rated output is generally described as 1500 VA based on the power factor load as described above). In the case of a power factor load, as shown in FIG. 4, during one cycle, the product of the voltage and the current is not limited to a positive region but also a negative region. The effective value of the load current (I _rms The rated output is not reached even if the value of () is large.
[0008]
That is, if the determination of whether the load 6 such as the uninterruptible power supply 10 is in the overload state is set to 10.5 A in accordance with the resistance load, in the case of a power factor load, etc. Despite the warning, an overload warning is issued. On the other hand, if the overload state is determined to be 15 A in accordance with the power factor load, in the case of a resistive load, the load factor becomes 143%, resulting in an overloaded state.
[0009]
An object of the present invention is to calculate an appropriate load factor even if the load 6 such as the uninterruptible power supply 10 is any of (a) a resistive load, (b) a power factor load, and (c) a rectifying load. When a load current that exceeds the allowable value of each element constituting the uninterruptible power supply 10 or the like flows, the AC output power that can activate the alarm device 11 to generate an overload alarm is generated. The present invention provides a calculation method and a display method of a load factor of AC output power.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention digitizes a load voltage and a load current, calculates an AC output power from the digitized voltage value and the digitized current value, and sets an allowable current value of the circuit element. The load factor of the AC output power is displayed in consideration of the above.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for calculating AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value, a load current is converted into a digitized current value, and the polarity of the digitized voltage value is changed. After determining the polarity of the digitized current value by confirming that the digitized current value is a positive value and increasing, the digitized voltage value and the digitized current value are determined. And a value.
[0012]
According to the invention of claim 2, there is provided a method for calculating AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value, a load current is converted into a digitized current value, and the polarity of the digitized voltage value is changed. After determining the polarity of the digitized current value by confirming that the digitized current value is a positive value and increasing, the digitized voltage value and the digitized current value are determined. And a value for one cycle of the AC waveform of the AC output power.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the method for calculating an AC output power according to the second aspect, the polarity of the digitized voltage is changed from negative again when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive. It is characterized in that the period up to the point when it positively changes is determined as the one cycle.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for calculating an AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value via a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted to a current detection CT. It is converted into a digitized current value through a full-wave rectifier circuit and an AD converter, and the polarity of the digitized current value is determined from the polarity of the digitized voltage value and the change state of the digitized current value. After that, the digitized voltage value and the digitized current value are calculated.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for calculating an AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value via a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted to a current detection CT. It is converted to a digitized current value through a full-wave rectifier circuit and an AD converter, and that the polarity of the digitized voltage value is a positive value, and that the digitized current value is increasing. After confirming the polarity of the digitized current value, the digitized voltage value and the digitized current value are calculated.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for calculating the AC output power, the load voltage is converted into a digitized voltage value via a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted to a current detection CT. It is converted to a digitized current value through a full-wave rectifier circuit and an AD converter, and that the polarity of the digitized voltage value is a positive value, and that the digitized current value is increasing. After determining the polarity of the digitized current value by checking, the digitized voltage value and the digitized current value are calculated for one cycle of the AC waveform of the AC output power. I have.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for calculating the AC output power according to the sixth aspect, the polarity of the digitized voltage is changed from negative again when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive. It is characterized in that the period up to the point when it positively changes is determined as the one cycle.
[0018]
In the invention according to claim 8, there is provided a display method of a load factor of AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value via a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is a current value. The detected CT is converted into a digitized current value through a full-wave rectifier circuit and an AD converter, and from the polarity of the digitized voltage value and the change state of the digitized current value, the digitized current value is converted. After determining the polarity, a first AC output power is calculated by calculating the digitized voltage value and the digitized current value, and a first load is calculated from the first AC output power and the allowable power. Calculate the second load factor from the effective value of the digitized current value and the allowable current value of the circuit element, and compare the first load factor with the second load factor. Characteristic to display the larger value It is.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for displaying a load factor of AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value via a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is a current value. The detected current is converted into a digitized current value through a full-wave rectifier circuit and an AD converter, the polarity of the digitized voltage value is a positive value, and the digitized current value increases. After determining the polarity of the digitized current value by confirming that the digitized current value is calculated by calculating the digitized voltage value and the digitized current value, the first AC output power is calculated. 1) calculating a first load factor from the AC output power and the allowable power, calculating a second load factor from the effective value of the digitized current value and the allowable current value of the circuit element, and calculating the first load factor. Rate and the second load rate And compare, it is characterized by displaying the larger.
[0020]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of displaying a load factor of AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value via a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is detected by a current detection. It is converted into a digitized current value via a CT, a full-wave rectifier circuit and an AD converter, the polarity of the digitized voltage value is a positive value, and the digitized current value is increasing. After determining the polarity of the digitized current value by confirming that, the polarity of the digitized voltage value and the digitized current value are calculated for one cycle of the AC waveform of the AC output power. A first AC output power is calculated, a first load factor is calculated from the first AC output power and the allowable power, and a first load factor is calculated from the effective value of the digitized current value and the allowable current value of the circuit element. Negative of 2 The rate was calculated, the first by comparing the second load factor and the load factor is characterized by displaying a larger value.
[0021]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the display method of the load factor of the AC output power according to the tenth aspect, wherein the digitized voltage is changed from negative to positive again when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive. A period from when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive is determined as the one cycle.
[0022]
【Example】
1. Overview of uninterruptible power supply and power detection device
FIG. 1 is a block diagram of an uninterruptible power supply device 10 and a power detection device 20 according to the present invention. In the case where the same components as those in FIG. That is, the uninterruptible power supply 10 mainly includes the charger 1, the battery 2, the inverter 3, and the UPS switch 4. During normal operation, AC power from the commercial power supply 5 is supplied to the load 6 via the UPS switch 4 and the battery 1 is charged by the charger 1. Immediately after the power failure, the DC power from the battery 2 is converted into AC power by the inverter 3 and supplied to the load 6 via the UPS switch 4.
[0023]
Here, switching elements and the like (not shown) constituting the inside of the inverter 3 are selected in consideration of the maximum amount of power that can be supplied by the uninterruptible power supply. Therefore, when the power is used so as to exceed the maximum power amount, the power detection device 20 needs to detect it and display it on the computer display 9 and issue an alarm to notify the user.
[0024]
Hereinafter, in FIG. 1, as an example, the uninterruptible power supply 10 having a rated output (P) of 100 V and a rated output (P) of 1050 W (generally described as 1500 VA in consideration of the power factor as described above). The operation of the used power detection device 20 will be described. The load current from the uninterruptible power supply 10 is full-wave rectified by the full-wave rectifier 8 from the current detection CT 7, converted into a voltage, and then input to the power detection device 20, which digitally loads the effective value (I _rms ) Is calculated. Next, the effective value (I _rms ), The load factor is calculated and displayed on the computer display 9, and when the load factor exceeds 100%, an alarm is generated by the alarm device 11.
[0025]
Here, the waveform of the AC output voltage, which is the load voltage from the uninterruptible power supply 10, is stepped down by the voltage detection transformer 12, raised by the operational amplifier 13, and adjusted to a waveform falling within the range of 0 to 5V. Then, the digital signal is digitized through the AD converter 14a, and a conversion process is performed at the center of 0 to 5V at 2.5V. That is, the waveform is shaped into the “after conversion” waveform shown by the dotted lines in FIGS. In the following, the case where the voltage is higher than 2.5 V at the time of turning back is referred to as positive voltage polarity, and the case where the voltage is lower than 2.5 V is referred to as negative voltage polarity. As described above, with respect to the voltage waveform, by referring to the waveform before folding, it is determined whether the folded “converted” voltage waveform (V) has a positive voltage polarity or a negative voltage polarity. Can always be recognized.
[0026]
However, it is not easy to recognize whether the current waveform has a positive polarity or a negative polarity for the following reasons. That is, the load current from the uninterruptible power supply 10 is input to the power detection device 20 after being subjected to full-wave rectification and voltage conversion by the full-wave rectifier 8 from the current detection CT 7. Also in this case, if necessary, the voltage can be amplified by an operational amplifier (not shown) or the like, and then digitized through the AD converter 14b.
[0027]
The digitized waveforms of the current value and the voltage value are sampled by a microcomputer, and are sampled at 7200 Hz as an example (here, when sampling at 7200 Hz with an alternating current of 50 Hz, 144 pieces of data are sampled at one period). can get.). The digitized voltage value (Vj) and current value (Ij) are integrated according to equation (2), and then added to calculate the active power (P).
[0028]
P = (V ₁ × I ₁ + V ₂ × I ₂ + ... + V ₁₄₄ × I ₁₄₄ ) / 144 (2)
Here, as described above, it is easy to determine the voltage polarity. That is, the center of the output voltage from the operational amplifier 13 is +2.5 V, and the voltage polarity can be determined by subtracting a value equivalent to +2.5 V. If the result of subtracting 2.5 V is a positive value, the polarity of the output voltage from the uninterruptible power supply 10 is also a positive value, and if the result of subtracting +2.5 V is a negative value, the uninterruptible power supply is The polarity of the output voltage from the power supply device 10 can also be determined to be a negative value.
[0029]
However, the polarity of the load current from the uninterruptible power supply 10 is digitized through the AD converter 13b after being subjected to full-wave rectification and voltage conversion by the full-wave rectifier 8 from the current detection CT 7 and thus to this state. Then, it is not easy to determine whether the digitized current waveform has a positive value or a negative value. Then, if the digitized current waveform has a positive value or a negative value, that is, if the polarity of the current cannot be determined, the active power (P) can be calculated by the above equation (2). Can not. Thus, the power detection device 20 according to the present invention calculates the active power (P) by determining the current polarity by the following method.
[0030]
2. Structure of power detection device 20 according to the present invention
The calculation of the active power (P) according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. Here, the power detection device 20 in FIG. 1 includes AD converters 14a and 14b for digitizing current and voltage waveforms, which are analog values, a current polarity determination device 15, an active power calculation device 16, and an effective value calculation device 17b. , Load factor calculating devices 18a and 18b, a load factor selecting device 19, and a data converting device 21.
[0031]
The active power (P) from the uninterruptible power supply 10 is calculated by the active power calculation device 16 based on the output value from the AD converter 14a and the output values from the AD converter 14b and the current polarity determination device 15. The details of the current polarity determining device 15 will be described later with reference to the flowchart of FIG. 6, and the details of the active power calculating device 16 will be described later with reference to the flowchart of FIG. The load factor calculation device 18b is a circuit that divides the active power (P) calculated by the active power calculation device 16 by 1050W and multiplies by 100%. That is, the load factor (%) is calculated from the active power (P) by the load factor calculation device 18b. In this embodiment, the load factor (%) calculated by the load factor calculation device 18b is referred to as a first load factor.
[0032]
Here, the effective value calculating device 17 performs the effective value (Ij) of the current (Ij) digitized by the AD converter 14b by the normal method illustrated in any type of load illustrated in FIG. _rms ) Is calculated. The load factor calculation device 18a calculates the effective value (I _rms ) Is divided by an allowable current value of a circuit element constituting the 1500 VA uninterruptible power supply device 10, for example, 15A, and multiplied by 100%. That is, the load factor (%) is calculated from the allowable current value of the circuit element by the load factor calculation device 18a. In this embodiment, the load factor (%) calculated by the load factor calculation device 18a is referred to as a second load factor.
[0033]
The load factor selection device 19 compares the first load factor with the second load factor, selects the larger value, and outputs the larger value to the computer display 9 via the alarm device 11 and the data converter 21. I did it.
[0034]
Therefore, when the first load factor (%) calculated from the active power (P) exceeds 100%, the second load factor (%) calculated from the allowable current of the circuit element is 100%. The alarm is issued from the alarm device 11 even if the distance is less than the above. On the other hand, even when the first load factor (%) calculated from the active power (P) is less than 100%, such as when the power factor is low, the second load factor calculated from the allowable current of the circuit element When (%) exceeds 100%, an alarm is issued from the alarm device 11.
[0035]
3. Method for calculating active power (P) according to the present invention
A method for calculating the active power (P) in the active power calculation device 16 according to the present invention will be described in detail with reference to the flowcharts of FIGS. In the following, the method of calculating the active power (P) according to the present invention will be described by taking as an example the case of (b) a power factor load as shown in FIG. It goes without saying that the same method can be used for the load.
[0036]
Here, as shown in FIG. 4, an example in which the current waveform is most likely to occur as a power factor load in actual use and the current waveform has a phase delay of about 45 ° compared to the voltage waveform will be described. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 4, after the AC voltage changes from a negative value to a positive value, the active power (P) is calculated for a period until the AC voltage changes from a negative value to a positive value again. In this case, one cycle is performed. Using this method, it is possible to easily determine whether or not one cycle of the AC voltage waveform has elapsed.
[0037]
Then, as will be described later with reference to FIG. 6, the polarity of the current is "determined" in an area where the absolute value of the current value tends to increase and the voltage is in the positive area, and the active power (P) is calculated. I tried to do. If the absolute value of the current value tends to increase and the voltage is in the positive region, the region of the voltage / current waveform change can be uniquely determined to be in the "determination" range as shown in FIG. It is. However, as will be apparent from the embodiments described later, the calculation method for calculating the active power (P) according to the present invention is not limited to the “determined” range, but is described in the claims. Add that can be applied in.
[0038]
In the flowchart of FIG. 5, when the program starts, in step 10, the active power (P) and the number of loops (N: 144 at the maximum) are cleared. Here, the reason why N is set to 144 at the maximum is that when sampling is performed at 7200 Hz with an alternating current of 50 Hz, 144 current and voltage data digitized in one cycle are obtained.
[0039]
In step 100, the routine jumps to a routine for determining the current polarity. The details of the routine for determining the current polarity will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
[0040]
In step 110, the current (Ij) and the voltage (Vj) are read at each of the above-mentioned fixed timings.
[0041]
At step 120, it is determined whether the polarity of the current (Ij) is positive or negative.
[0042]
In steps 130 and 150, it is determined whether the polarity of the voltage (Vj) is positive or negative.
[0043]
In step 140, when the polarities of the current (Ij) and the voltage (Vj) are both positive or both negative, they are directly multiplied and added to the active power (P) in step 180, and 1 is added to the number of loops. Add. That is, in FIG. 4, the sign of Vj × Ij is positive in the section between (II) and (IV).
[0044]
In step 160, if the polarities of the current (Ij) and the voltage (Vj) are different from each other, multiplication is performed, then the sign is converted to a negative value in step 170, and subtracted from the active power (P) in step 180. At the same time, 1 is added to the number of loops. That is, in FIG. 4, the sign of Vj × Ij becomes negative in the section between (I) and (III).
[0045]
In step 190, it is determined whether or not the number of loops is 144, that is, whether or not N = 144. If N has not reached 144, the process returns to step 110 and repeats the above steps.
[0046]
In step 200, after one cycle has elapsed, it is determined whether the calculated value of the active power (P) is a positive value or a negative value. If the value of the active power (P) is positive, the current polarity has been correctly determined in step 100, the above-described load factor (%) is displayed in step 210, and the process ends in step 230. The display of the load factor and the like can be performed by operating the program shown in FIG. 5 at regular intervals, for example, every minute.
[0047]
On the other hand, although the determination is made in step 200, it is originally impossible that the value of the active power (P) is a negative value after one cycle has elapsed. That is, the current polarity is not correctly determined. In this case, the current polarity undetermined flag is set in step 220, and the process ends in step 230 without displaying the new value of active power (P).
[0048]
Here, as shown in FIG. 4, whether one cycle has elapsed in the power calculation is not determined by repeating the loop with the value of N as described above, but the polarity of the voltage is inverted from negative to positive. It can also be determined at the timing that has been performed. In this case, the number of samplings until the polarity of the voltage is inverted from negative to positive can be arbitrarily set.
[0049]
4. Method for determining current polarity according to the present invention
The method of determining the current polarity in the current polarity determination device 15 according to the present invention will be described in detail with reference to the flowcharts of FIGS. That is, means for determining whether the digitized current value (Ij) from the AD converter 14b shown in FIG. 1 is in a positive state or a negative state will be described. Here, as described above, the load current from the uninterruptible power supply 10 is input to the AD converter 14b after passing through the current detection CT 7 and the full-wave rectifier 8, so that the AD converter 14b always has a positive This is because it is entered as a value.
[0050]
In step 300, the current polarity undetermined flag is checked to determine whether the current polarity has been determined. The current polarity undetermined flag is set at the time when the power of the uninterruptible power supply 10 is turned on and the initial routine of the microcomputer is performed, and at the state of step 220 in FIG. 5 described above. If the current polarity undetermined flag has not been set and the current polarity has already been determined to be positive or negative, the process returns to FIG.
[0051]
If the current polarity undetermined flag is set and the polarity of the current value (Ij) is not determined to be positive or negative, the digitized current value (Ij) from the AD converter 14b is read in step 310. .
[0052]
In step 320, it is checked whether or not the value of Ij is equal to or larger than a threshold value (Io). This is because the output from the A / D converter 14b may include a conversion error or noise from wiring or the like. Note that if the threshold value (Io) is too small, the error becomes large. Therefore, in this embodiment, the value of Io is set to 0.9A (0.9A = 15A × 0.06 (corresponding to 6% of the maximum current value) from the experimental results. )). That is, when the measured current value (Ij) is 0.9 A or less, the current value (Ij) is set to 0 A. Then, the process loops to step 310 until the current value (Ij) exceeds the threshold value (Io).
[0053]
When the current value (Ij) exceeds the threshold value (Io) in step 320, the current value (Ij) is replaced with the current value (Ij + 1) in step 330, and then a new current value (Ij) is read.
[0054]
In step 340, it is determined whether or not the current value (Ij + 1) <the current value (Ij). In this case, as shown in the diagram on the right side of step 340, the current value (Ij) is in a direction of increasing, and the process proceeds to step 350. On the other hand, if it is determined in step 340 that the current value (Ij) does not increase, the process returns to step 310.
[0055]
In step 350, the load voltage (Vj) is read.
[0056]
In step 360, it is determined whether or not the load voltage (Vj) is positive. When the load voltage (Vj) is positive, it is in the region (determination) indicated by the arrow in FIG. 4 and the current polarity is determined to be positive. After confirming this timing, the process returns to step 110 of FIG. That is, when this state is confirmed, the voltage and the current are within the range of “determination” shown in FIG. Therefore, since the current polarity can be continuously determined because the current polarity changes in 50 cycles thereafter, it is not necessary to execute the program in FIG. 6 again except for a special case such as step 200. . On the other hand, if the load voltage (Vj) is negative in step 360, the process returns to step 310 and repeats the previous steps.
[0057]
5. Display method of load factor according to the present invention
As described above, the load factor selecting device 19 selects the larger one of the load factors (%) calculated by the load factor calculating device 18a or the load factor calculating device 18b, and selects the alarm device 11 and the data conversion device 21. Through the computer display 9.
[0058]
When the uninterruptible power supply 10 using the power detection device 20 according to the present invention is connected to a resistive load, the output value from the load factor calculation device 18b is output to the computer display 9, and when the load is constant, Is issued from the alarm device 11. For example, at 100 V, the effective value (I _rms ), When an AC current of 11 A flows, the load factor in the load factor calculating device 18b is 104%, but the load factor in the load factor calculating device 18a is 73%. Therefore, the load factor selection device 9 selects the load factor from the load factor calculation device 18b, outputs the load factor to the computer display 9 as 104%, and issues an alarm from the alarm device 11.
[0059]
On the other hand, for example, when the uninterruptible power supply 10 is connected to a power factor load, and a power factor of 0.5 and an alternating current of an effective value of 18 A flow, the load factor in the load factor calculating device 18a Is 120%, but the load factor from the load factor calculation device 18a is 86%. Therefore, the load factor selection device 9 selects the load factor from the load factor calculation device 18a, displays that the load factor is 120% on the computer display 9, and issues an alarm from the alarm device 11. Therefore, by using the load factor display method according to the present invention, it is possible to surely issue an alarm even when the power factor is greatly reduced, and to destroy the circuit elements of the uninterruptible power supply 10. There is no.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, when the method for calculating the AC output power and the load factor according to the present invention is used, the load of the uninterruptible power supply or the like can be any one of (a) resistive load, (b) power factor load, and (c) rectifying load Even if it is, an appropriate AC output power and a load factor can be calculated and displayed. In addition, even when a load current that exceeds the allowable current value of the circuit elements constituting the uninterruptible power supply flows, the alarm can be activated to issue an alarm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an uninterruptible power supply device and a power detection device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a conventional uninterruptible power supply and a power detection device.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a voltage waveform and a current waveform depending on the type of load of the uninterruptible power supply.
FIG. 4 is a relationship diagram between a voltage waveform and a current waveform in the case of a power factor load.
FIG. 5 is a flowchart of an active power calculation method.
FIG. 6 is a flowchart of a current polarity determination method.
[Explanation of symbols]
1: charger, 2: battery, 3: inverter, 4: UPS switch, 5: commercial power supply,
6: load, 7: current detection CT, 8: full-wave rectifier, 9: computer display,
10: uninterruptible power supply, 11: alarm device, 12: voltage detection transformer, 13: operational amplifier, 14a, b: AD converter, 15: current polarity determination device, 16: active power calculation device,
17: effective value calculating device, 18a, b: load factor calculating device, 19: load factor selecting device,
21: Data conversion device

Claims

A method of calculating AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value, the load current is converted into a digitized current value, the polarity of the digitized voltage value is a positive value, and Calculating the polarity of the digitized current value by confirming that the digitized current value is increasing, and then calculating the digitized voltage value and the digitized current value. Characteristic method of calculating AC output power.

A method of calculating AC output power, wherein the load voltage is converted into a digitized voltage value, the load current is converted into a digitized current value, the polarity of the digitized voltage value is a positive value, and After determining the polarity of the digitized current value by confirming that the digitized current value is increasing, the digitized voltage value and the digitized current value are converted to the AC output. A method of calculating AC output power, wherein the calculation is performed for one cycle of an AC waveform of power.

The period from the time when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive to the time when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive is determined as the one cycle. 2. The method for calculating the AC output power according to 2.

A method of calculating an AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value through a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted into a current detection CT, a full-wave rectifier circuit, and an AD converter. After converting to a digitized current value through a device, from the polarity of the digitized voltage value and the change status of the digitized current value, the polarity of the digitized current value is determined, and then the digitized current value is converted. A method for calculating AC output power, comprising calculating a voltage value and the digitized current value.

A method of calculating an AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value through a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted into a current detection CT, a full-wave rectifier circuit, and an AD converter. The digitized current value is converted into a digitized current value through a device, and the digitized voltage value is converted into a positive polarity value by confirming that the polarity of the digitized voltage value is a positive value and the digitized current value is increasing. And calculating the digitized voltage value and the digitized current value after determining the polarity of the converted current value.

A method of calculating AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value through a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted into a current detection CT, a full-wave rectifier circuit, and an AD converter. The digitized current value is converted into a digitized current value through a device, and the digitized voltage value is converted into a positive polarity value by confirming that the polarity of the digitized voltage value is a positive value and the digitized current value is increasing. Calculating the polarity of the converted current value, and calculating the digitized voltage value and the digitized current value for one cycle of the AC waveform of the AC output power. .

The period from the time when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive to the time when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive is determined as the one cycle. 6. The method for calculating the AC output power according to 6.

A method of displaying a load factor of an AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value through a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted into a current detection CT and a full-wave rectifier circuit. And converted to a digitized current value through an AD converter, and from the polarity of the digitized voltage value and the change status of the digitized current value, after determining the polarity of the digitized current value, Calculating a first AC output power by calculating the digitized voltage value and the digitized current value; calculating a first load factor from the first AC output power and the allowable power; Calculating a second load factor from the effective current value of the converted current value and the allowable current value of the circuit element, comparing the first load factor with the second load factor, and displaying a larger value. Characterized by AC output power Display method of load rate.

A display method of a load ratio of an AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value through a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted into a current detection CT and a full-wave rectifier circuit. By converting the digitized current value into a digitized current value through an AD converter, and confirming that the polarity of the digitized voltage value is a positive value and that the digitized current value is increasing. After determining the polarity of the digitized current value, calculate the first AC output power by calculating the digitized voltage value and the digitized current value, and determine the first AC output power and the allowable Calculating a first load factor from electric power, calculating a second load factor from an effective value of the digitized current value and an allowable current value of the circuit element, and calculating the first load factor and the second load factor; Compare the rates, the larger one Display method of the AC output power load ratio of which is characterized by displaying a.

A method of displaying a load factor of an AC output power, wherein a load voltage is converted into a digitized voltage value through a voltage detection transformer, an operational amplifier, and an AD converter, and the load current is converted into a current detection CT, a full-wave rectifier circuit, and the like. By converting to a digitized current value through an AD converter and confirming that the polarity of the digitized voltage value is a positive value and that the digitized current value is increasing, After determining the polarity of the digitized current value, the polarity of the digitized voltage value and the digitized current value are calculated for one cycle of the AC waveform of the AC output power to calculate the first AC output power. Calculating, calculating a first load factor from the first AC output power and the allowable power, and calculating a second load factor from the effective value of the digitized current value and the allowable current value of the circuit element. , The first By comparing the second load factor and the load factor, the display method of the load factor of the AC output power and displaying the larger value.

The period from the time when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive to the time when the polarity of the digitized voltage changes from negative to positive is determined as the one cycle. 10. The display method of the load factor of the AC output power according to 10.