JP2005241305A - Phase adjustment circuit of watthour meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変流器を用いて電流を検出する電力量計の位相調整回路に関するものである。 The present invention relates to a phase adjustment circuit for a watt-hour meter that detects current using a current transformer.
図2は入力電圧Vinと入力電流Iinとから電力量を計測する電力量計が具備する電力量演算機能のブロック回路を示しており、入力電圧Vinを検出して電圧検出信号V1を出力する電圧検出部1と、入力電流Iinを検出して電流検出信号V2を出力する変流器2と、電圧検出信号V1の位相を調整した電圧検出信号V3aを出力する位相調整回路3aと、電圧検出信号V3aをA/D変換したデジタル電圧信号V4を出力する電圧A/D変換部4と、電流検出信号V2をA/D変換したデジタル電流信号V5を出力する電流A/D変換部5と、デジタル電圧信号V4とデジタル電流信号V5とを乗算して電力量を演算し、電力量信号Wを出力する掛算回路6とを備える。
FIG. 2 shows a block circuit of a power amount calculation function provided in a watt hour meter that measures the amount of power from the input voltage Vin and the input current Iin. The voltage that detects the input voltage Vin and outputs the voltage detection signal V1. A
ここで、電圧検出部1は入力電圧Vinと同位相の電圧検出信号V1を出力し、変流器2は入力電流Iinに対して進み位相となる電流検出信号V2を出力するため、電圧検出信号V1と電流検出信号V2との位相差と、入力電圧Vinと入力電流Iinとの位相差とは互いに異なり、電圧検出信号V1と電流検出信号V2とを乗算して求めた電力量には実際の電力量に対して誤差が生じる。そこで、位相調整回路3aによって、電圧検出信号V1に対する電圧検出信号V3aの位相進み量(位相補正量)が入力電流Iinに対する電流検出信号V2の位相進み量と等しくなるように、電圧検出信号V1に対して位相補正を行うことで、電圧検出信号V3aと電流検出信号V2との位相差を、入力電圧Vinと入力電流Iinとの位相差に等しくして、電流検出信号V2の進み位相によって電力量信号Wに生じる誤差をゼロにしている。
Here, the
従来、位相調整回路3aは図7に示すように、電圧検出部1の出力に一端を接続した抵抗R10と、抵抗R10の他端−グランドレベル間に接続した可変抵抗Raと、抵抗R10の他端−可変抵抗Raの可変端子(摺動子)間に接続したコンデンサC10とから構成され、抵抗R10の一端に電圧検出信号V1を入力して、抵抗R10とコンデンサC10との接続点から位相を調整した電圧検出信号V3aを出力する。そして、可変抵抗Raの摺動子を操作して抵抗比R11/R12を可変とすることで、位相補正量を調整する。(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as shown in FIG. 7, the
また、位相調整回路3aの別の構成として、図8に示すように、電圧検出部1の出力に一端を接続した抵抗R10と、抵抗R10の他端−グランドレベル間に接続したコンデンサC10とからなるものもあり、抵抗R10の一端に電圧検出信号V1を入力して、抵抗R10とコンデンサC10との接続点から位相を調整した電圧検出信号V3aを出力する。この場合は、抵抗R10とコンデンサC10の各値を予め設定しておくことで、位相補正量を予め調整している。
図7に回路構成を示す位相調整回路3aは、[数1]に示されるように、位相補正量を調整するために抵抗R10〜R12、コンデンサC10の各値が変化すると、ゲイン(V3a/V1)も変化するので、ゲイン補正手段が別途必要であった。なお、電源角周波数ωとしている。
As shown in [Equation 1], the
また、図8に回路構成を示す位相調整回路3aも、[数2]に示されるように、位相補正量を調整するために抵抗R10、コンデンサC10の各値が変化すると、ゲイン(V3a/V1)も変化するので、ゲイン補正手段が別途必要であった。
Further, the
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相補正量の調整とは関係なく、ゲインを一定にできる電力量計の位相調整回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a phase adjustment circuit of a watt-hour meter capable of making the gain constant regardless of the adjustment of the phase correction amount.
請求項1の発明は、電圧の検出信号と変流器を用いて検出した電流の検出信号とに基づいて電力量を計測する電力量計の位相調整回路において、オペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とグランドレベル間に接続した抵抗と、前記オペアンプの非反転入力端子に一端を接続したコンデンサとを備え、前記コンデンサの他端に電圧の検出信号を入力し、前記オペアンプのゲインを負帰還によって所定値に設定したことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an energy meter phase adjustment circuit for measuring an electric energy based on a voltage detection signal and an electric current detection signal detected by using a current transformer. A resistor connected between the input terminal and the ground level, and a capacitor having one end connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, a voltage detection signal is input to the other end of the capacitor, and the gain of the operational amplifier is negatively fed back Is set to a predetermined value.
この発明によれば、オペアンプの非反転入力端子に接続したコンデンサと抵抗の各値を調整することで、位相調整回路のゲインが変化することなく、入力された電圧検出信号に対して位相進み量(位相補正量)を調整でき、ゲイン一定で変流器の位相差特性を補正して電力量計の計測精度を向上させることができる。 According to the present invention, by adjusting each value of the capacitor and the resistor connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, the phase advance amount with respect to the input voltage detection signal without changing the gain of the phase adjustment circuit. The (phase correction amount) can be adjusted, and the measurement accuracy of the watt-hour meter can be improved by correcting the phase difference characteristic of the current transformer with a constant gain.
請求項2の発明は、電圧の検出信号と変流器を用いて検出した電流の検出信号とに基づいて電力量を計測する電力量計の位相調整回路において、オペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とグランドレベル間に接続したコンデンサと、前記オペアンプの非反転入力端子に一端を接続した抵抗とを備え、前記抵抗の他端に前記変流器が出力する電流の検出信号を入力し、前記オペアンプのゲインを負帰還によって所定値に設定したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an energy meter phase adjustment circuit for measuring an electric energy based on a voltage detection signal and an electric current detection signal detected by using a current transformer. A capacitor connected between the input terminal and the ground level, and a resistor having one end connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and a current detection signal output from the current transformer is input to the other end of the resistor, The gain of the operational amplifier is set to a predetermined value by negative feedback.
この発明によれば、オペアンプの非反転入力端子に接続したコンデンサと抵抗の各値を調整することで、位相調整回路のゲインが変化することなく、入力された電流検出信号に対して位相遅れ量(位相補正量)を調整でき、ゲイン一定で変流器の位相差特性を補正して電力量計の計測精度を向上させることができる。 According to the present invention, by adjusting each value of the capacitor and the resistor connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, the phase delay amount with respect to the input current detection signal without changing the gain of the phase adjustment circuit The (phase correction amount) can be adjusted, and the measurement accuracy of the watt-hour meter can be improved by correcting the phase difference characteristic of the current transformer with a constant gain.
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記抵抗は並列接続された複数の抵抗素子からなり、各抵抗素子に直列にスイッチを接続して、各スイッチのオン・オフ状態を切り換えることで前記抵抗の値を切り換えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the resistor includes a plurality of resistance elements connected in parallel, and a switch is connected in series to each resistance element to switch the on / off state of each switch. The value of the resistor is switched by the above.
この発明によれば、各スイッチのオン・オフ状態を切り換えることで位相補正量を可変とすることができ、特性が異なる複数の変流器に容易に対応することができる。さらに、スイッチによって抵抗値を切り換える構成のほうが、従来のように可変抵抗の摺動子を操作して抵抗値を調整する構成より、温度特性、耐振動性の点で優れている。 According to the present invention, the phase correction amount can be made variable by switching the on / off state of each switch, and it is possible to easily cope with a plurality of current transformers having different characteristics. Furthermore, the configuration in which the resistance value is switched by a switch is superior in terms of temperature characteristics and vibration resistance, compared to the conventional configuration in which the resistance value is adjusted by operating a variable resistance slider.
以上説明したように、本発明では、オペアンプの非反転入力端子に接続したコンデンサと抵抗の各値を調整することで位相補正量を調整でき、さらにこの位相補正量の調整とは関係なく、ゲインを一定にできるという効果がある。 As described above, in the present invention, the phase correction amount can be adjusted by adjusting each value of the capacitor and the resistor connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and the gain is not related to the adjustment of the phase correction amount. There is an effect that can be made constant.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図2は入力電圧Vinと入力電流Iinとから電力量を計測する電力量計が具備する電力量演算機能のブロック構成を示しており、入力電圧Vinを検出して電圧検出信号V1を出力する電圧検出部1と、入力電流Iinを検出して電流検出信号V2を出力する変流器2と、電圧検出信号V1の位相を調整した電圧検出信号V3aを出力する位相調整回路3aと、電圧検出信号V3aをA/D変換したデジタル電圧信号V4を出力する電圧A/D変換部4と、電流検出信号V2をA/D変換したデジタル電流信号V5を出力する電流A/D変換部5と、デジタル電圧信号V4とデジタル電流信号V5とを乗算して電力量を演算し、電力量信号Wを出力する掛算回路6とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 2 shows a block configuration of a power amount calculation function provided in a watt hour meter that measures a power amount from an input voltage Vin and an input current Iin, and a voltage for detecting the input voltage Vin and outputting a voltage detection signal
位相調整回路3aは図1に示すように、オペアンプOP1と、オペアンプOP1の非反転入力端子−グランドレベル間に接続した抵抗R1と、オペアンプOP1の非反転入力端子に一端を接続したコンデンサC1と、オペアンプOP1の反転入力端子−コンデンサC1の他端間に接続した抵抗R2と、オペアンプOP1の出力端子−反転入力端子間に接続した抵抗R3から構成され、コンデンサC1の他端に電圧検出信号V1を入力して、オペアンプOP1の出力端子から位相を調整した電圧検出信号V3aを出力する。このような位相調整回路3aでは、コンデンサC1と抵抗R1の各値を調整することで、電圧検出信号V1に対する電圧検出信号V3aの位相進み量(位相補正量)を調整する。
As shown in FIG. 1, the
そして、電圧検出部1は入力電圧Vinと同位相の電圧検出信号V1を出力し、変流器2は入力電流Iinに対して進み位相となる電流検出信号V2を出力するが、電圧検出信号V1に対する電圧検出信号V3aの位相進み量が入力電流Iinに対する電流検出信号V2の位相進み量と等しくなるように、位相調整回路3aのコンデンサC1と抵抗R1の各値を調整して電圧検出信号V1に対して位相補正を行うことで、電圧検出信号V3aと電流検出信号V2との位相差を、入力電圧Vinと入力電流Iinとの位相差に等しくする。したがって、電圧検出信号V3a及び電流検出信号V2を各々A/D変換したデジタル電圧信号V4及びデジタル電流信号V5を乗算して求めた電力量信号Wは、電流検出信号V2の進み位相によって生じる誤差がゼロとなる。
The
さらに、オペアンプOP1のゲイン(V3a/V1)は抵抗R2と抵抗R3とで設定されて、コンデンサC1と抵抗R1とで設定される位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗R2と抵抗R3の各値を同一とすればオペアンプOP1のゲインは1倍となる。 Further, the gain (V3a / V1) of the operational amplifier OP1 is set by the resistor R2 and the resistor R3, and is constant regardless of the adjustment of the phase correction amount set by the capacitor C1 and the resistor R1. At this time, if the values of the resistor R2 and the resistor R3 are the same, the gain of the operational amplifier OP1 becomes one.
(実施形態2)
本実施形態は、図2に示す電力量演算機能のブロック構成において図3に示す位相調整回路3aを用いたもので、本実施形態の位相調整回路3aは、実施形態1で説明した位相調整回路3aのコンデンサC1にスイッチSW1を並列接続したものである。すなわち、スイッチSW1がオンすることでコンデンサC1の両端を短絡して位相補正量をゼロとすることができ、位相補正が不要な変流器2にも対応できる。また、スイッチSW1がオフすれば、実施形態1と同様に電圧検出信号V1に所定の位相補正を行った電圧検出信号V3aを出力する。
(Embodiment 2)
This embodiment uses the
また、本実施形態においても、オペアンプOP1のゲイン(V3a/V1)は抵抗R2と抵抗R3とで設定されて、コンデンサC1と抵抗R1とで設定される位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗R2と抵抗R3の各値を同一とすればオペアンプOP1のゲインは1倍となる。。 Also in this embodiment, the gain (V3a / V1) of the operational amplifier OP1 is set by the resistor R2 and the resistor R3, and is constant regardless of the adjustment of the phase correction amount set by the capacitor C1 and the resistor R1. Become. At this time, if the values of the resistor R2 and the resistor R3 are the same, the gain of the operational amplifier OP1 becomes one. .
なお、他の構成は実施形態1と同様であり、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.
(実施形態3)
本実施形態は、図2に示す電力量演算機能のブロック構成において図4に示す位相調整回路3aを用いたもので、本実施形態の位相調整回路3aは、実施形態1で説明した位相調整回路3aのオペアンプOP1の非反転入力端子−グランドレベル間に、スイッチSW11と抵抗R1aとの直列回路、スイッチSW12と抵抗R1bとの直列回路、スイッチSW13と抵抗R1cとの直列回路が並列接続されている。さらに、スイッチSW10がコンデンサC1に並列接続されている。ここで、スイッチSW10〜SW13はマルチプレクサMに内蔵されており、マルチプレクサMへ与える制御信号によってオンさせるスイッチを切り換えることで、オペアンプOP1の非反転入力端子−グランドレベル間に接続される抵抗を切り換えて、位相補正量を可変とすることができ、特性が異なる複数の変流器2にも容易に対応することができる。このときスイッチSW10をオンさせれば位相補正量はゼロとなる。このように、マルチプレクサMを用いて抵抗値を切り換える構成のほうが、従来のように可変抵抗の摺動子を操作して抵抗値を調整する構成より、温度特性、耐振動性の点で優れている。
(Embodiment 3)
This embodiment uses the
また、本実施形態においても、オペアンプOP1のゲイン(V3a/V1)は抵抗R2と抵抗R3とで設定されて、位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗R2と抵抗R3の各値を同一とすればオペアンプOP1のゲインは1倍となる。 Also in the present embodiment, the gain (V3a / V1) of the operational amplifier OP1 is set by the resistor R2 and the resistor R3, and is constant regardless of the adjustment of the phase correction amount. At this time, if the values of the resistor R2 and the resistor R3 are the same, the gain of the operational amplifier OP1 becomes one.
なお、他の構成は実施形態1と同様であり、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.
(実施形態4)
図5は入力電圧Vinと入力電流Iinとから電力量を計測する電力量計が具備する電力量演算機能のブロック構成を示しており、入力電圧Vinを検出して電圧検出信号V1を出力する電圧検出部1と、入力電流Iinを検出して電流検出信号V2を出力する変流器2と、電流検出信号V2の位相を調整した電流検出信号V3bを出力する位相調整回路3bと、電圧検出信号V1をA/D変換したデジタル電圧信号V4を出力する電圧A/D変換部4と、電流検出信号V3bをA/D変換したデジタル電流信号V5を出力する電流A/D変換部5と、デジタル電圧信号V4とデジタル電流信号V5とを乗算して電力量を演算し、電力量信号Wを出力する掛算回路6とを備える。
(Embodiment 4)
FIG. 5 shows a block configuration of a power amount calculation function provided in a watt hour meter that measures a power amount from the input voltage Vin and the input current Iin. The voltage for detecting the input voltage Vin and outputting the voltage detection signal V1. A
位相調整回路3bは図6に示すように、オペアンプOP1と、オペアンプOP1の非反転入力端子−グランドレベル間に接続したコンデンサC1と、オペアンプOP1の非反転入力端子に一端を接続した抵抗R1と、オペアンプOP1の反転入力端子−抵抗R1の他端間に接続した抵抗R2と、オペアンプOP1の出力端子−反転入力端子間に接続した抵抗R3から構成され、抵抗R1の他端に電流検出信号V2を入力して、オペアンプOP1の出力端子から位相を調整した電流検出信号V3bを出力する。このような位相調整回路3bでは、コンデンサC1と抵抗R1の各値を調整することで、電流検出信号V2に対する電流検出信号V3bの位相遅れ量(位相補正量)を調整する。
As shown in FIG. 6, the
そして、電圧検出部1は入力電圧Vinと同位相の電圧検出信号V1を出力し、変流器2は入力電流Iinに対して進み位相となる電流検出信号V2を出力するが、電流検出信号V2に対する電流検出信号V3bの位相遅れ量の絶対値が、入力電流Iinに対する電流検出信号V2の位相進み量の絶対値と等しくなるように、位相調整回路3bのコンデンサC1と抵抗R1の各値を調整して電流検出信号V2に対して位相補正を行うことで、電圧検出信号V1と電流検出信号V3bとの位相差を、入力電圧Vinと入力電流Iinとの位相差に等しくする。したがって、電圧検出信号V1及び電流検出信号V3bを各々A/D変換したデジタル電圧信号V4及びデジタル電流信号V5を乗算して求めた電力量信号Wは、電流検出信号V2の進み位相によって生じる誤差がゼロとなる。
Then, the
さらに、オペアンプOP1のゲイン(V3b/V2)は抵抗R2と抵抗R3とで設定されて、コンデンサC1と抵抗R1とで設定される位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗R2と抵抗R3の各値を同一とすればオペアンプOP1のゲインは1倍となる。 Further, the gain (V3b / V2) of the operational amplifier OP1 is set by the resistor R2 and the resistor R3, and is constant regardless of the adjustment of the phase correction amount set by the capacitor C1 and the resistor R1. At this time, if the values of the resistor R2 and the resistor R3 are the same, the gain of the operational amplifier OP1 becomes one.
なお、コンデンサC1にスイッチを直列接続してスイッチをオフにすれば、位相補正量をゼロとすることができる。 If the switch is connected in series to the capacitor C1 and the switch is turned off, the phase correction amount can be made zero.
さらには、抵抗R1の代わりに、電流検出信号V2入力−オペアンプOP1の非反転入力端子間にマルチプレクサが具備する各スイッチを介して複数の抵抗を各々並列接続すれば、マルチプレクサへ与える制御信号によってオンさせるスイッチを切り換えることで、オペアンプOP1の非反転入力端子に接続される抵抗を切り換えて、位相補正量を可変とすることができる。 Furthermore, instead of the resistor R1, if a plurality of resistors are connected in parallel through the switches provided in the multiplexer between the current detection signal V2 input and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, it is turned on by a control signal supplied to the multiplexer. By switching the switch, the resistance connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 can be switched to make the phase correction amount variable.
3a 位相調整回路
OP1 オペアンプ
R1〜R3 抵抗
C1 コンデンサ
3a Phase adjustment circuit OP1 Operational amplifier R1 to R3 Resistor C1 Capacitor
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