JP2012225767A - 電力計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプリング数を増加させることなく、高い周波数の信号のＡＤ変換を行い、電力を高精度に計測する電力計測装置を提供する。
【解決手段】ＡＤ変換器１５は、切替制御部１９によって設定されたＡＤサンプリングタイミングで電圧と電流の信号をサンプリングし、ＡＤ変換を行う。ＡＤサンプリング周期ｍをｎ分割する際、例えばｍ＝電源周期の１／４、ｎ＝３が設定される。期間Ａでは、３つのＡＤサンプリングタイミングのうち、第１タイミングでＡＤ変換が行われる。期間Ｂでは、３つのＡＤサンプリングタイミングのうち、第２タイミングでＡＤ変換が行われる。さらに、期間Ｃでは、３つのＡＤサンプリングタイミングのうち、第３タイミングでＡＤ変換が行われる。３つのＡＤサンプリングタイミングを１つずつずらすことで、３倍のＡＤサンプリング周波数でサンプリングを行った場合と同等に高精度に電力を検出することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電圧と電流の信号をサンプリングしてＡＤ変換を行い、電力を計測する電力計測装置に関する。

従来から、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ（Analog Digital）変換器を用いて、入力電圧波形及び入力電流波形をサンプリングし、各サンプリング結果を乗算することにより有効電力を計測するサンプリング式電力計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１３を参照して従来のサンプリング式電力計を説明する。図１３は、従来のサンプリング式電力計の内部構成を表すブロック図である。サンプリング式電力計１１０では、入力端子Ｔ１に入力されたアナログ電圧信号ｅは、ＡＤ変換器１３１により、デジタル信号に変換される。また、入力端子Ｔ２に入力されたアナログ電流信号ｉは、ＡＤ変換器１３２により、デジタル信号に変換される。

２つのＡＤ変換器１３１、１３２は、クロック発生器１１３により出力された信号を共通のクロック信号とし、このクロック信号の発生タイミングに同期してアナログ電圧信号ｅ、アナログ電流信号ｉをそれぞれサンプリングし、デジタル信号に変換する。

従って、２つのＡＤ変換器１３１、１３２から、同一時刻のサンプリング値である電圧信号ｅ（ｔ），電流信号ｉ（ｔ）が出力される。なお、電圧信号ｅ（ｔ），電流信号ｉ（ｔ）は、離散的な時刻ｔにおける値である。

この様にしてクロック信号が発生する度に、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２、…におけるサンプリング値の組合せ（ｅ（ｔ１），ｉ（ｔ１））、（ｅ（ｔ２），ｉ（ｔ２））、…が、２つのＡＤ変換器１３１、１３２から演算器１１１に出力される。

演算器１１１は、この入力されたデジタル値（ｅ（ｔ），ｉ（ｔ））を基に、電圧値及び電流値を乗算し、時刻ｔにおける瞬時電力Ｗ（ｔ）を算出する。更に、演算器１１１は、複数個の瞬時電力を平均化する平均化演算を行って有効電力（平均電力）を算出する。なお、演算器１１１は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。算出された有効電力は、表示器１１２により表示される。

特開平０４−１０９１７３号公報

しかしながら、上述従来の電力計測装置では、次の様な問題があった。電力演算において、高調波等の高い周波数の信号を取り込む場合、その周波数成分に応じてクロック信号の周期を短くする必要がある。このため、電力演算において、サンプリング周波数が高くなり、サンプリング数が増加することになる。

この様な高速なサンプリングを行うためには、ＡＤ変換器及びＣＰＵ（マイコン）を高性能のものを用いなければならず、電力計測装置の製造コストが増加する。つまり、電力計測装置を安価に構成した場合、高周波の電力を高精度に計測することが困難である。

本発明は、上述した従来の事情に鑑みてなされたものであり、サンプリング数を増加させることなく、高い周波数の信号のＡＤ変換を行い、電力を高精度に計測する電力計測装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した電力計測装置であって、電源から負荷に供給される電力を計測する電力計測装置であって、前記電力が供給される負荷の電圧と電流の信号をサンプリングしてＡＤ変換を行うＡＤ変換手段と、前記ＡＤ変換手段によってＡＤ変換が行われた電圧と電流の値を乗算して電力を演算する演算手段と、前記ＡＤ変換手段のサンプリング周期ｍをｎ等分に分割してｍ／ｎ間隔でサンプリングするタイミングを設定し、１番目のタイミングでサンプリングする期間を第１期間とし、ｎ番目のタイミングでサンプリングする期間を第ｎ期間とし、前記第１期間〜第ｎ期間を所定の時間幅毎に切り替える切替手段とを備え、前記ＡＤ変換手段は、前記切替手段によって切り替えられた期間のタイミングでサンプリングする。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記演算手段が電力を演算する期間は、少なくとも前記所定の時間幅をｎ回分加えた期間である。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記所定の時間幅は、電源周期の自然数倍である。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記切替手段は、前記第１期間〜第ｎ期間を所定の順序で切り替えた後、次回、前記第１期間〜第ｎ期間を切り替える順序を、前回とは異なる順序で切り替える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記切替手段は、前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を順列で変える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記切替手段は、前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を不規則に変える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記ｎは２である。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記所定の時間幅は、前記電圧と電流の各信号の半波期間である。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記切替手段は、前記第１期間と第２期間を切り替えた順序と逆の順序で、次回、前記第１期間と第２期間を切り替える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記ＡＤ変換手段は、第２の時間幅毎に、前記サンプリング周期ｍの開始タイミングを、前記信号が負から正または正から負に変化して零を横切るタイミングに調整する。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記ＡＤ変換手段が前記電圧と電流の信号のＡＤ変換を時分割で行う場合、前記切替手段は、第３の時間幅毎にＡＤ変換の順序を前記電圧と電流でどちらを先にするかを入れ替える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、電源周波数によらず、１周期のサンプリング個数を所定の数に固定する。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、少なくとも１つの電源から電力が供給される複数の負荷の電圧と電流の信号を時分割でサンプリングし、前記複数の負荷に供給される電力をそれぞれ求める。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記複数の負荷を前記所定の時間幅毎に切り替えて前記電圧と電流の各信号をサンプリングする際、前記切替手段は、前記負荷毎に前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を変える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記切替手段は、前記負荷毎の前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を順列に従って変える。

また、本発明は、上述した電力計測装置であって、前記切替手段は、前記負荷毎の前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を不規則に変える。

本発明によれば、サンプリング周期ｍをｎ等分に分割し、１番目のタイミングの第１期間〜ｎ番目のタイミングの第ｎ期間を所定の時間幅毎に切り替えるので、サンプリング数を増加させることなく高い周波数の信号のＡＤ変換を行い、電力を高精度に計測することができる。

第１の実施形態における電力計測装置の内部構成を示すブロック図 信号波形に対するＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャート ＡＤサンプリング周期ｍの開始点を調整するためのゼロクロスパルス信号の変化を示すタイミングチャート、（ａ）ゼロクロスパルス信号、（ｂ）検出対象の信号 所定の期間Ｗが半波期間（電源周期の１／２）である場合におけるＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャート 所定の期間Ｗが半波期間である場合におけるＡＤサンプリングタイミングを説明する説明図、（ａ）１６サンプリング／周期の場合の説明図、（ｂ）８サンプリング／周期の場合の説明図 所定の期間Ｗが半波期間である場合におけるＡＤサンプリングタイミングでサンプリングを行う場合の効果を説明する説明図、（ａ）１波長期間信号が存在し、次の１波長期間信号が存在しない様な変化が繰り返される間欠信号、（ｂ）第１タイミングでサンプリングを行う期間Ａと第２タイミングでサンプリングを行う期間Ｂとが１波長期間毎に切り替わる例、（ｃ）期間Ａと期間Ｂとが半波毎に切り替わる例 １波長期間毎に期間Ａと期間Ｂの順序を切り替える場合のＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャート １波長期間毎に期間Ａと期間Ｂの順序を切り替える場合のＡＤサンプリングタイミングを行う場合の効果を説明する説明図、（ａ）正側と負側とで非対象な信号波形、（ｂ）第１タイミングでサンプリングを行う期間Ａと第２のタイミングでサンプリングを行う期間Ｂとが半波長期間毎に交互に切り替わる例、（ｃ）１波長毎に期間Ａと期間Ｂを切り替える順序が入れ替わる例 第２の実施形態における電力計測装置の内部構成を示すブロック図 電圧と電流でＡＤ変換の切り替え順序を変更する場合におけるＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャート 回路毎のＡＤサンプリングタイミングを示す説明図 回路毎にＡＤサンプリングタイミングを切り替える順序を変える組み合わせを示すテーブル 従来のサンプリング式電力計の内部構成を表すブロック図

本発明に係る電力計測装置の各実施の形態について図面を用いて説明する。本実施形態の電力計測装置はサンプリング式電力計又は多回路電力計に適用可能である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における電力計測装置１の内部構成を示す図である。電力計測装置１は、図１に示す様に、電圧検出部１１、電流検出部１２、信号切替部１３、信号増幅器１４、ＡＤ変換器１５、電力演算部１６、表示器１７、クロック発生器１８および切替制御部１９を含む構成である。

電圧検出部１１は、系統電源２１から負荷２４に供給される電圧を検出する。

電流検出部１２は、系統電源２１から負荷２４に供給される電流を検出する。

信号切替部１３は、検出対象を電圧検出部１１又は電流検出部１２に切り替える。

信号増幅器１４は、信号切替部１３を介して入力した電圧又は電流の信号を増幅する。

クロック発生器１８は、ＡＤ変換器１５がＡＤ変換を行う際に基準となるクロック信号を生成する。

ＡＤ変換器１５は、クロック発生器１８から出力されるクロック信号に同期したタイミングで、信号増幅器１４で増幅された信号をサンプリングし、このサンプリングされた信号の値をデジタル値に変換する。

切替制御部１９は、検出対象となる電圧検出部１１と電流検出部１２とを切り替える切替信号を信号切替部１３に出力し、また、ＡＤ変換器１５にサンプリングするタイミング（ＡＤサンプリングタイミング）を設定する信号を出力する。

また、切替制御部１９は、変数設定部１９ａ及び順序設定部１９ｂを含む構成である。

変数設定部１９ａには、ＡＤサンプリング周期ｍ、分割数ｎ、時間幅Ｗおよび時間幅Ｙが任意に設定される。

順序設定部１９ｂには、後述する様に、異なるＡＤサンプリングタイミングが設定された期間の順序が設定される。

電力演算部１６は、ＡＤ変換器１５によってＡＤ変換された電流信号のデジタル値と電圧信号のデジタル値を乗算して瞬時電力値を算出し、この算出した瞬時電力値を所定の期間にわたって積算して平均化し、有効電力値を算出する。

表示器１７は、電力演算部１６から出力される有効電力値等を表示する。

本実施形態では、電力演算部１６及び切替制御部１９は、比較的安価な汎用マイコンで構成可能である。このマイコン内の入力インタフェースを介して変数設定部１９ａには、上述した各値（ＡＤサンプリング周期ｍ、分割数ｎ、時間幅Ｗおよび時間幅Ｙ）が設定される。

図２は、信号波形に対するＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。ＡＤ変換器１５によってＡＤ変換が行われるＡＤサンプリングタイミングは、上述した様に、切替制御部１９によって設定される。ここでは、ＡＤサンプリング周期ｍをｎ等分に分割してｍ／ｎ間隔でＡＤサンプリングタイミングを設定可能とし、その一例として、ｍ＝電源周期の１／４、ｎ＝３に設定された場合を示す。

また、時間幅（所定の期間）Ｗは、電源周期のｎ倍以上の自然数倍に設定される。時間幅Ｗを電源周期の自然数倍に設定することにより、高調波成分のサンプリングが容易となる。

また、電力値が積算（演算）される期間は、ＡＤサンプリング周期ｍがｎ等分に分割された場合、少なくとも時間幅Ｗをｎ回分加えた期間である。

期間Ａ（第１期間）では、３つのＡＤサンプリングタイミングのうち、１番目の第１タイミングでＡＤ変換が行われる。期間Ｂ（第２期間）では、３つのＡＤサンプリングタイミングのうち、第２タイミングでＡＤ変換が行われる。さらに、期間Ｃ（第ｎ期間）では、３つのＡＤサンプリングタイミングのうち、３番目（ｎ番目）の第３タイミングでＡＤ変換が行われる。ここでは、順序設定部１９ｂによって第１タイミング、第２タイミング、第３タイミングの順番を繰り返す様に、ＡＤサンプリングタイミングの順序が設定されている。

この様に、３つのＡＤサンプリングタイミングを１つずつずらすことで、３倍のＡＤサンプリング周波数でサンプリングを行った場合と同等に高精度に電力を検出することができる。

ここで、ＡＤサンプリング周期ｍの開始点は、検出対象の信号を用いて定期的に調整されている。図３は、ＡＤサンプリング周期ｍの開始点を調整するためのゼロクロスパルス信号の変化を示すタイミングチャートである。ＡＤ変換のサンプリング開始タイミングは、例えば電圧信号が負から正、又は正から負に変化して零を横切るゼロクロス点で、Ｈレベル／Ｌレベルが切り替わるゼロクロスパルス信号の立ち上がりタイミングで調整される。

図３（ａ）は、ゼロクロスパルス信号を示す。図３（ｂ）は、検出対象の信号を示す。ＡＤ変換器１５は、時間幅Ｙ（第２の時間幅）毎に、ゼロクロスパルス信号の立ち上がりタイミングでＡＤサンプリング周期ｍの開始点を調整し、この調整された開始点からのＡＤサンプリングタイミングで信号のサンプリングを行う。この様に、ＡＤサンプリングタイミングを定期的に検出対象の信号に同期させることで、ＡＤサンプリングタイミングを高精度に調整することができる。

また、上述したように、所定の期間Ｗ毎に、期間（期間Ａ、Ｂ、Ｃ、…Ｘ）（第１期間〜第ｎ期間）の切り替え、つまり、異なるＡＤサンプリングタイミングの切り替えは、順序設定部１９ｂに予め設定された順序で行われる。

なお、順序設定部１９ｂに乱数発生器を設け、この乱数発生器で生成される不規則な値（ランダム値）を用いてＡＤサンプリングタイミングの切り替えが行われる様にしてもよい。これにより、負荷電流に見られるような間欠信号と同期してサンプリングすることを防ぐことができ、間欠信号に依存しない電力計測が可能となる。

図４は、所定の期間Ｗが半波期間（電源周期の１／２）である場合におけるＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。ここでは、ＡＤサンプリング周期ｍは電源周期の１／４であり、分割数ｎは値３である。

正側の半波期間では、期間Ａの第１タイミングで２点のサンプリングが（サンプリングが２回）行われる。負側の半波期間では、期間Ｂの第２タイミングで２点のサンプリングが（サンプリングが２回）行われる。次の正側の半波期間では、期間Ｃの第３タイミングで２点のサンプリングが（サンプリングが２回）行われる。次の負側の半波期間では、期間Ａの第１タイミングで２点のサンプリングが（サンプリングが２回）行われる。

図５は、所定の期間Ｗが半波期間である場合におけるＡＤサンプリングタイミングを説明する説明図である。図５（ａ）は１６サンプリング／周期の場合の説明図を示し、図５（ｂ）は８サンプリング／周期の場合の説明図を示す。

ここでは、ＡＤサンプリング周期ｍは電源周期の１／８であり、分割数ｎは値２である。電源の信号波形は正（プラス）側と負（マイナス）側とで同じであると考える。この場合、図５（ｂ）に示す様に、正側では図５（ａ）の１６サンプリングにおける奇数のサンプリング点においてサンプリングを行い、負側では図５（ａ）の偶数のサンプリング点においてサンプリングを行う。

図５（ｂ）においてタイミング１０でサンプリングされた値を、図５（ａ）においてタイミング２でサンプリングされた値と、符号のみ反対の同じ値として取り扱う。同様に、図５（ｂ）においてタイミング１２でサンプリングされた値を、図５（ａ）においてタイミング４でサンプリングされた値と、符号のみ反対の同じ値として取り扱う。

図５（ａ）及び図５（ｂ）においてサンプリング点を頂点の一つとする長方形の面積の和が電力に比例する量であるが、これにより、８サンプリング／周期でも、１６サンプリング／周期と同じ面積を得ることができる。よって同様に高精度に電力を検出することが可能となる。また、所定の期間Ｗが半波期間である場合、電力演算が容易となる。さらに、分割数ｎが値２であるので、１周期でサンプリングを完結することができる。

図６は、所定の期間Ｗが半波期間である場合におけるＡＤサンプリングタイミングでサンプリングを行う場合の効果を説明する説明図である。図６（ａ）は、負荷電流波形に見られるように、１波長期間、信号が存在し、次の１波長期間、信号が存在しない様な変化が繰り返される間欠信号を示す。

この様な間欠信号に対し、図６（ｂ）では、第１タイミングでサンプリングを行う期間Ａと第２タイミングでサンプリングを行う期間Ｂとが１波長期間毎に切り替わる。この場合、信号波形は、期間Ａの第１タイミングでのみサンプリングされ、期間Ｂの第２タイミングではサンプリングされないので、ＡＤ変換の精度が低下する。

図６（ｃ）では、期間Ａと期間Ｂとが半波毎に切り替わる。この場合、正側の信号波形は、期間Ａの第１タイミングでサンプリングされ、負側の信号波形は、期間Ｂの第２タイミングでサンプリングされる。

交流波形において多くの負荷電流波形では、正側の波形と負側の波形とが同じである。従って、この様な負荷電流波形に対し、１波形のうち、期間Ａ、Ｂの２つのタイミングでサンプリングを行うことで、ＡＤ変換の精度を高くすることができ、電力を高精度に検出することが可能となる。

次に、切替制御部１９は、順序設定部１９ｂに設定された順序に従って、１波長期間毎に、期間Ａと期間Ｂの順序を切り替える信号を信号切替部１３に出力する場合を示す。図７は、１波長期間毎に期間Ａと期間Ｂの順序を切り替える場合のＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。ここでは、ＡＤサンプリング周期ｍが電源周期の１／８であり、所定の期間Ｗが半波期間（電源周期の１／２）であり、分割数ｎが値２である。

正側の信号波形（期間Ａ）に対し、図５（ａ）の１６サンプリングにおける奇数点でのサンプリングが行われる。負側の信号波形（期間Ｂ）に対し、図５（ａ）の１６サンプリングにおける偶数点でのサンプリングが行われる。また、１波長期間毎に、期間Ａと期間Ｂが交互に切り替えられる。

すなわち、１番目の正側の信号波形に対し、期間Ａの第１タイミング１、３、５、７でサンプリングが行われる。２番目の負側の信号波形に対し、期間Ｂの第２タイミング１０、１２、１４、１６でサンプリングが行われる。３番目の正側の信号波形に対し、期間Ｂのタイミング２、４、６、８でサンプリングが行われる。４番目の負側の信号波形に対し、期間Ａの第１タイミング１１、１３、１５、１７でサンプリングが行われる。この様に、半波期間毎に期間Ａと期間Ｂとを交互に切り替え、２周期で１６サンプリングが行われる。

図８は、１波長期間毎に期間Ａと期間Ｂの順序を切り替える場合のＡＤサンプリングタイミングを行う場合の効果を説明する説明図である。図８（ａ）は、負荷電流波形に見られるように、正側と負側とで非対象な信号波形を示す。

この非対称な信号波形に対し、図８（ｂ）では、第１タイミングでサンプリングを行う期間Ａと第２のタイミングでサンプリングを行う期間Ｂとが半波長期間毎に交互に切り替わる。この場合、正側の信号波形は期間Ａの第１タイミングでのみサンプリングされ、負側の信号波形は期間Ｂの第２タイミングでのみサンプリングされる。このため、ＡＤ変換の精度が低下する。

図８（ｃ）では、１波長毎に期間Ａと期間Ｂを切り替える順序が入れ替わる。これにより、正側の信号波形に対し、１番目の半波長期間、期間Ａの第１タイミングでサンプリングが行われ、３番目の半波長期間、期間Ｂの第２タイミングでサンプリングが行われることが同様に繰り返される。

また、負側の信号波形に対し、２番目の半波長期間、期間Ｂの第２タイミングでサンプリングが行われ、４番目の波長期間、期間Ａの第１タイミングでサンプリングが行われることが同様に繰り返される。

従って、正負で非対称な信号波形に対し、正側と負側のそれぞれで期間Ａ、Ｂの２つのＡＤサンプリングタイミングでサンプリングが行われるので、ＡＤ変換の精度が高くなり、電力を高精度に検出することができる。

この様に、正負が非対称な信号波形においても、前回と次回とで期間Ａと期間Ｂの順序を入れ替えることで、同じ波形が２回以上連続している限り、ＡＤ変換の精度を高くすることができる。

第１の実施形態の電力計測装置１によれば、１波形に対し、ＡＤサンプリングタイミングをずらしてサンプリングを行うことで、少ないサンプリング数でも高調波成分を検出することができ、ＡＤ変換の精度を高めることができる。つまり、サンプリング数を増加させることなく高い周波数の信号のＡＤ変換を行い、電力を高精度に計測することができる。

従って、サンプリング周波数を高くしなくても、サンプリング周波数をｎ倍にした場合と同等の電力演算が可能となる。また、高い演算能力のマイコンを必要とすることなく、汎用マイコンで演算可能となり、コストが低減する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、１つの系統電源に対して電圧検出もしくは電流検出を行う場合を示した。第２の実施形態では、少なくとも１つの系統電源から電力が供給される複数の負荷（電気回路）が存在し、時分割で電気回路を切り替えて電力計測を行う場合を示す。

図９は、第２の実施形態における電力計測装置１ａの内部構成を示すブロック図である。第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付すことによりその説明を省略する。ここでは、第１の実施形態と異なる構成及び動作について説明する。

第２の実施形態の電力計測装置１ａは、複数の電気回路（単に回路ともいう）それぞれの電圧及び電流を検出して電力を求める。

このため、電力計測装置１ａには、第１回路の電圧及び電流をそれぞれ検出する電圧検出部１１ａおよび電流検出部１２ａが設けられる。また、第２回路の電圧及び電流をそれぞれ検出する電圧検出部１１ｂ及び電流検出部１２ｂが設けられる。同様に、第３回路の電圧及び電流をそれぞれ検出する電圧検出部１１ｃ及び電流検出部１２ｃが設けられる。ここでは、第３回路までが示されているが、第４以降の回路が存在する場合も同様である。

信号切替部３３は、回路毎の電圧及び電流を検出するために、検出対象となる信号を切り替える。

切替制御部３９は、信号切替部３３に検出対象を切り替える切替信号を出力し、また、ＡＤ変換器１５にＡＤサンプリングタイミングを設定する信号を出力する。また、切替制御部３９は、変数設定部３９ａおよび順序設定部３９ｂを含む構成である。

変数設定部３９ａには、第１の実施形態と同様、ＡＤサンプリング周期ｍ、分割数ｎ、時間幅Ｗおよび時間幅Ｙの他、時間幅Ｚ（第３の時間幅）が任意に設定される。

順序設定部３９ｂには、ＡＤサンプリングタイミングが設定された期間（期間Ａ、期間Ｂ、期間Ｃ、…期間Ｘ）の切り替え順序、及び複数の回路の切り替え順序が設定される。

この切り替え順序は、任意に設定可能である。例えば、順序設定部３９ｂには、切り替え対象となる複数の回路の信号数ｒとＡＤサンプリングタイミングが設定された期間の数（分割数ｎ）とを用いた順列_ｎＰ_ｒを演算することにより切り替え順序が設定されてもよい。又は、乱数発生器で生成される不規則な値に切り替え順序が設定されてもよい。

なお、第１の実施形態と同様、切替制御部３９及び電力演算部１６は汎用マイコンで構成可能である。このマイコン内の入力インタフェースを介して変数設定部３９ａには、上述した各値（ＡＤサンプリング周期ｍ、分割数ｎ、時間幅Ｗおよび時間幅Ｙの他、時間幅Ｚ（第３の時間幅））が設定される。順序設定部３９ｂには、汎用マイコンのＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより得られる順序が設定される。

図１０は、ＡＤ変換の切り替え順序を電圧と電流でどちらを先にするかを入れ替える場合におけるＡＤサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。切替制御部３９は、時間幅Ｚ毎にＡＤ変換の切り替え順序を電圧波形と電流波形とでどちらを先にするかを入れ替える。この時間幅Ｚは時間幅Ｗの自然数倍に設定される。

具体的に、最初の時間幅Ｚにおいては、期間Ａの第１タイミングで電圧波形のＡＤ変換が先に行われ、続いて期間Ｂの第２タイミングで電流波形のＡＤ変換が行われることが繰り返される。

この時間幅Ｚが経過すると、ＡＤ変換の切り替え順序を、電流波形を先に行うように入れ替える。次の時間幅Ｚにおいては、期間Ａの第１タイミングで電流波形のＡＤ変換が先に行われ、続いて期間Ｂの第２タイミングで電圧波形のＡＤ変換が行われることが繰り返される。

この様に、ＡＤ変換の切り替え順序を電圧と電流でどちらを先にするかを入れ替えることにより、次の様な効果が得られる。乗算の対象となる電流と電圧のＡＤ変換は時分割で順次行われるので、これらのＡＤ変換タイミングの時間差として、数μｓｅｃの時間差（図中、Δｔ参照）が発生する。しかし、定期的にＡＤ変換の切り替え順序を、どちらを先にするかを入れ替えることにより、この数μｓｅｃの時間差が演算において相殺され、電力の計測精度が向上する。

また、上述した様に、この様な切り替え順序を順列によりあるいは不規則な値に設定することで、間欠信号と同期してサンプリングすることを防ぐことができ、間欠信号に依存しない電力演算が可能となる。

なお、ＡＤ変換の切り替え順序を電圧と電流でどちらを先にするかを入れ替えることは、第１の実施形態においても同様に適用可能である。

次に、切替制御部３９は、回路毎にＡＤサンプリングタイミングを変えると共に、また、時間幅Ｗ毎に回路及びＡＤサンプリングタイミングの組み合わせを変える場合を示す。更に、回路毎に行われるＡＤ変換では、上述した様に、電圧波形と電流波形のＡＤ変換の切り替え順序が変更される。

図１１は、回路毎のＡＤサンプリングタイミングを示す説明図である。切替制御部３９は、順序設定部３９ｂに設定された順序で、時間幅Ｗ毎にＡＤ変換を行う回路を切り替える。回路１、回路２、回路３の３つの回路を切り替える場合を示す。

回路１では、期間Ａの第１タイミング、期間Ｂの第２のタイミングといった順序でＡＤ変換が行われる。回路２では、期間Ｂの第２タイミング、期間Ｃの第３のタイミングといった順序でＡＤ変換が行われる。回路３では、期間Ｃの第３タイミング、期間Ａの第１のタイミングといった順序でＡＤ変換が行われる。

具体的に、期間Ａの第１タイミング、期間Ｂの第２のタイミング、期間Ｃの第３のタイミングの３つのＡＤサンプリングタイミングを回路毎に切り替える順序を変える場合を示す。

図１２は、回路毎にＡＤサンプリングタイミングを切り替える順序を変える組み合わせを示すテーブルである。

１回目の時間幅Ｘにおいては、時間幅Ｗ毎に、回路１を期間Ａ、回路２を期間Ｂ、回路３を期間Ｃで切り替え、続いて、回路１を期間Ｂ、回路２を期間Ｃ、回路３を期間Ａで切り替え、最後に、回路１を期間Ｃ、回路２を期間Ａ、回路３を期間Ｂで切り替える。

２回目の時間幅Ｘにおいては、時間幅Ｗ毎に、回路１を期間Ａ、回路２を期間Ｃ、回路３を期間Ｂで切り替え、続いて、回路１を期間Ｃ、回路２を期間Ｂ、回路３を期間Ａで切り替え、最後に、回路１を期間Ｂ、回路２を期間Ａ、回路３を期間Ｃで切り替える。

３回目の時間幅Ｘにおいては、時間幅Ｗ毎に、回路１を期間Ｂ、回路２を期間Ａ、回路３を期間Ｃで切り替え、続いて、回路１を期間Ａ、回路２を期間Ｃ、回路３を期間Ｂで切り替え、最後に、回路１を期間Ｃ、回路２を期間Ｂ、回路３を期間Ａで切り替える。

この様に、回路毎に期間の切り替え順序を変更することによっても、ＡＤサンプリングタイミングをずらすことができ、同様の効果が得られる。

なお、回路毎の期間の切り替え順序においても、順序設定部３９ｂに順列による順序あるいは不規則な値が設定されてもよい。これにより、負荷電流のような間欠信号と同期してサンプリングすることを防ぐことができ、間欠電流に依存しない計測が可能となる。

第２の実施形態の電力計測装置１ａによれば、複数の回路で電力を計測する場合においても、高調波のように高い周波数の信号波形を精度良くＡＤ変換することができる。

なお、本発明は、上述実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

例えば、１周期のサンプリング個数を所定の数、例えば８サンプリング、１６サンプリングに固定してもよく、この場合、電源周波数が５０Ｈｚ、５５Ｈｚ、６０Ｈｚなどに変化しても、電力を演算するアルゴリズムを変更する必要がなく、容易に実現可能である。

また、上述実施形態では、１つのＡＤ変換器で時分割に電圧と電流の信号をサンプリングしてＡＤ変換を行っていたが、２つのＡＤ変換器を用いて別々にサンプリングしてＡＤ変換してもよく、同時刻にサンプリングした電圧値と電流値を乗算することで時間差を無くすことができる。

１ 電力計測装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 電圧検出部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 電流検出部
１３、３３ 信号切替部
１４ 信号増幅器
１５ ＡＤ変換器
１６ 電力演算部
１７ 表示器
１８ クロック発生器
１９、３９ 切替制御部
１９ａ、３９ａ 変数設定部
１９ｂ、３９ｂ 順序設定部
２１ 系統電源
２４ 負荷

Claims (16)

1. 電源から負荷に供給される電力を計測する電力計測装置であって、
   前記電力が供給される負荷の電圧と電流の信号をサンプリングしてＡＤ変換を行うＡＤ変換手段と、
   前記ＡＤ変換手段によってＡＤ変換が行われた電圧と電流の値を乗算して電力を演算する演算手段と、
   前記ＡＤ変換手段のサンプリング周期ｍをｎ等分に分割してｍ／ｎ間隔でサンプリングするタイミングを設定し、１番目のタイミングでサンプリングする期間を第１期間とし、ｎ番目のタイミングでサンプリングする期間を第ｎ期間とし、前記第１期間〜第ｎ期間を所定の時間幅毎に切り替える切替手段とを備え、
   前記ＡＤ変換手段は、前記切替手段によって切り替えられた期間のタイミングでサンプリングする電力計測装置。
2. 請求項１記載の電力計測装置であって、
   前記演算手段が電力を演算する期間は、少なくとも前記所定の時間幅をｎ回分加えた期間である電力計測装置。
3. 請求項２記載の電力計測装置であって、
   前記所定の時間幅は、電源周期の自然数倍である電力計測装置。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電力計測装置であって、
   前記切替手段は、前記第１期間〜第ｎ期間を所定の順序で切り替えた後、次回、前記第１期間〜第ｎ期間を切り替える順序を、前回とは異なる順序で切り替える電力計測装置。
5. 請求項４記載の電力計測装置であって、
   前記切替手段は、前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を順列で変える電力計測装置。
6. 請求項４記載の電力計測装置であって、
   前記切替手段は、前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を不規則に変える電力計測装置。
7. 請求項１記載の電力計測装置であって、
   前記ｎは２である電力計測装置。
8. 請求項１記載の電力計測装置であって、
   前記所定の時間幅は、前記電圧と電流の各信号の半波期間である電力計測装置。
9. 請求項７記載の電力計測装置であって、
   前記切替手段は、前記第１期間と第２期間を切り替えた順序と逆の順序で、次回、前記第１期間と第２期間を切り替える電力計測装置。
10. 請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の電力計測装置であって、
    前記ＡＤ変換手段は、第２の時間幅毎に、前記サンプリング周期ｍの開始タイミングを、前記信号が負から正または正から負に変化して零を横切るタイミングに調整する電力計測装置。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の電力計測装置であって、
    前記ＡＤ変換手段が前記電圧と電流の信号のＡＤ変換を時分割で行う場合、前記切替手段は、第３の時間幅毎にＡＤ変換の順序を前記電圧と電流でどちらを先にするかを入れ替える電力計測装置。
12. 請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の電力計測装置であって、
    電源周波数によらず、１周期のサンプリング個数を所定の数に固定する電力計測装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の電力計測装置であって、
    少なくとも１つの電源から電力が供給される複数の負荷の電圧と電流の信号を時分割でサンプリングし、前記複数の負荷に供給される電力をそれぞれ求める電力計測装置。
14. 請求項１３に記載の電力計測装置であって、
    前記複数の負荷を前記所定の時間幅毎に切り替えて前記電圧と電流の各信号をサンプリングする際、前記切替手段は、前記負荷毎に前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を変える電力計測装置。
15. 請求項１４に記載の電力計測装置であって、
    前記切替手段は、前記負荷毎の前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を順列に従って変える電力計測装置。
16. 請求項１４に記載の電力計測装置であって、
    前記切替手段は、前記負荷毎の前記第１期間〜第ｎ期間の切り替え順序を不規則に変える電力計測装置。

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