JP2013044676A - 三相電力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローパスフィルタを用いることなく三相交流に関連した各種項目の測定が行える三相電力測定装置を実現する。
【解決手段】三相の電圧と電流が入力されるＡ／Ｄ変換器１〜６と、電圧と電流を乗算する乗算部７〜９と、乗算部７〜９出力の電力加算部１０と、電力加算部１０出力が入力される電力ローパスフィルタ１１と、Ａ／Ｄ変換器１〜６出力を自乗する自乗部１２〜１４、１９〜２１と、自乗部１２〜１４出力の電圧加算部１５と、電圧加算部１５出力を平均演算する電圧平均部１６と、電圧平均部１６出力が入力される電圧ローパスフィルタ１７と、電圧ローパスフィルタ１７出力が入力される電圧平方根部１８と、自乗部１９〜２１出力の電流加算部２２と、電流加算部２２出力を平均演算する電流平均部２３と、電流平均部２３出力が入力される電流ローパスフィルタ２４と、電流ローパスフィルタ２４の出力が入力される電流平方根部２５、を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相電力測定装置に関し、詳しくは、測定の多機能化に関する。

図６は、特許文献１に記載されている従来の三相交流電力測定装置の一例を示すブロック図である。図６において、Ａ／Ｄ変換器１にはＲ相の相電圧ｕＲが入力されてＡ／Ｄ変換器２にはＲ相の相電流ｉＲが入力され、Ａ／Ｄ変換器３にはＳ相の相電圧ｕＳが入力されてＡ／Ｄ変換器４にはＳ相の相電流ｉＳが入力され、Ａ／Ｄ変換器５にはＴ相の相電圧ｕＴが入力されてＡ／Ｄ変換器６にはＴ相の相電流ｉＴが入力される。ここで、Ｒ、Ｓ、Ｔは三相交流の各相を表し、ｕは電圧を表し、ｉは電流を表している。

乗算部７にはＡ／Ｄ変換器１と２の出力が入力され、これらを乗算することによりＲ相の瞬時電力を演算する。乗算部８にはＡ／Ｄ変換器３と４の出力が入力され、これらを乗算することによりＳ相の瞬時電力を演算する。乗算部９にはＡ／Ｄ変換器５と６の出力が入力され、これらを乗算することによりＴ相の瞬時電力を演算する。

加算部１０には乗算部７、８、９の出力が入力されてこれらが加算され、三相の瞬時有効電力が出力される。

ローパスフィルタ１１には加算部１０の出力が入力されて平滑され、三相の有効電力が出力される。

特許文献１の記載によれば、このような構成において、三相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴの振幅が等しくて位相が互いに１２０°ずれており、かつ、三相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴも振幅が等しくて位相が１２０°ずれている平衡三相状態では、ローパスフィルタ１１がなくても加算部１０の出力が有効電力となる。つまり、平衡三相では、ローパスフィルタ１１をなくすことにより、ローパスフィルタ１１による遅れがない状態で、三相交流の有効電力を測定することができる(段落００３４)。

特開２００４−１７００９７

ところで、特許文献１に記載されている図６に示す従来のブロック図の動作説明は、ローパスフィルタ１１を必要としない平衡三相状態での三相４線結線における有効電力の測定のみである。

しかし、三相電力測定装置として必要な測定機能は、前述のような三相４線結線における有効電力に限るものではなく、電圧／電流から求められる皮相電力、電圧／電流／有効電力から求められる力率、無効電力なども同時に測定することが求められる。

また、三相３線結線測定も必要であり、さらに、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の平均相電圧（実効値）や平均相電流（実効値）も測定できることが望ましい。

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、ローパスフィルタを用いることなく三相交流に関連した各種項目の測定が行える三相電力測定装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
三相の各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴと各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴがそれぞれ入力される複数のＡ／Ｄ変換器と、
各相毎に電圧と電流を乗算して瞬時電力を算出する複数の乗算部と、
これら乗算部の出力を加算する電力加算部と、
この電力加算部の出力が入力される電力ローパスフィルタと、
前記Ａ／Ｄ変換器の変換出力を自乗する複数の自乗部と、
これら自乗部で自乗された各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴを加算する電圧加算部と、
この電圧加算部の加算出力を平均演算する電圧平均部と、
この電圧平均部の平均出力が入力される電圧ローパスフィルタと、
この電圧ローパスフィルタの出力が入力される電圧平方根部と、
前記自乗部で自乗された各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴを加算する電流加算部と、
この電流加算部の加算出力を平均演算する電流平均部と、
この電流平均部の平均出力が入力される電流ローパスフィルタと、
この電流ローパスフィルタの出力が入力される電流平方根部、
を設けたことを特徴とする三相電力測定装置である。

請求項２記載の発明は、
三相の各相間電圧ｕＲＴ、ｕＳＴ、ｕＲＳと各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴがそれぞれ入力される複数のＡ／Ｄ変換器と、
２系統の相間電圧と電流を乗算して２系統の瞬時電力を算出する２系統の乗算部と、
これら２系統の乗算部の出力を加算する電力加算部と、
この電力加算部の出力が入力される電力ローパスフィルタと、
前記Ａ／Ｄ変換器の変換出力を自乗する複数の自乗部と、
これら自乗部で自乗された各相間電圧ｕＲＴ、ｕＳＴ、ｕＲＳを加算する相間電圧加算部と、
この相間電圧加算部の加算出力を平均演算する相間電圧平均部と、
この相間電圧平均部の平均出力が入力される相間電圧ローパスフィルタと、
この相間電圧ローパスフィルタの出力が入力される相間電圧平方根部と、
前記自乗部で自乗された各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴを加算する電流加算部と、
この電流加算部の加算出力を平均演算する電流平均部と、
この電流平均部の平均出力が入力される電流ローパスフィルタと、
この電流ローパスフィルタの出力が入力される電流平方根部、
を設けたことを特徴とする三相電力測定装置である。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の三相電力測定装置において、
前記ローパスフィルタは、オン／オフ設定可能に構成されていることを特徴とする。

これらの構成により、ローパスフィルタを用いることなく三相交流に関連した各種項目の測定が行える。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 図１の装置の動作波形例図である。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 図３の装置の動作波形例図である。 図３の装置の他の動作波形例図である。 従来の三相交流電力測定装置の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴが入力されるＡ／Ｄ変換器１、３、５にはそれぞれ自乗部１２、１３、１４が接続され、相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴが入力されるＡ／Ｄ変換器２、４、６にはそれぞれ自乗部１９、２０、２１が接続されている。

各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴに関連した自乗部１２、１３、１４の自乗出力は加算部１５に入力されて加算され、加算部１５の出力は平均部１６に入力され「３」で除算されて平均化される。平均部１６の出力は、オン／オフ可能に構成されたローパスフィルタ１７を介して平方根部１８に入力される。平方根部１８は、（１）式で表されるような各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴの自乗和の１／３の平方根を求める演算を行い、平均相電圧(実効値)Ｕを算出する。

三相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴの振幅が等しくて位相が互いに１２０°ずれている平衡三相状態では、ローパスフィルタ１７がオフで遅れなしの状態であっても平方根部１８の出力は図２の動作波形例図に示すように一定値となり、平均相電圧(実効値)Ｕとなる。

ローパスフィルタ１７は、オンのときにカットオフ周波数を任意の値に設定できるように構成されている。これにより、三相交流が平衡三相でないときに発生する平均部１６の出力のふらつきを、ローパスフィルタ１７をオンにすることで、ローパスフィルタ１７に設定されているカットオフ周波数の特性に基づき平滑化できる。

各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴに関連した自乗部１９、２０、２１の自乗出力は加算部２２に入力されて加算され、加算部２２の出力は平均部２３に入力され「３」で除算されて平均化される。平均部２３の出力は、オン／オフ可能に構成されたローパスフィルタ２４を介して平方根部２５に入力される。平方根部２５は、（２）式で表されるような各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴの自乗和の１／３の平方根を求める演算を行い、平均相電流(実効値)Ｉを算出する。

ローパスフィルタ２４は、オンのときにカットオフ周波数を任意の値に設定できるように構成されている。これにより、三相交流が平衡三相でないときに発生する平均部２３の出力のふらつきを、ローパスフィルタ２４をオンにすることで、ローパスフィルタ２４に設定されているカットオフ周波数の特性に基づき平滑化できる。

図３は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、三相３線結線時の有効電力、平均線間電圧(実効値)、平均相電流(実効値)を測定可能としたものであって、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図３において、Ａ／Ｄ変換器１にはＲ相Ｔ相間の線間電圧ｕＲＴが入力され、Ａ／Ｄ変換器３にはＳ相Ｔ相間の線間電圧ｕＳＴが入力され、Ａ／Ｄ変換器５にはＲ相Ｓ相間の線間電圧ｕＲＳが入力されている。そして、図１で設けられていた乗算部９が削除され、加算部１０には乗算部７と８の出力が入力されている。

図３の加算部１０の出力に着目すると、ブロンデルの定理に基づき、三相の瞬時電力が出力される。ローパスフィルタ１１では三相の瞬時電力が平滑され、三相の有効電力Ｐが出力される。ローパスフィルタ１１は、他のローパスフィルタ１４、２４と同様にオン／オフ設定可能にして、オンのときにカットオフ周波数を任意の値に設定できるように構成してもよい。

これにより、各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴの振幅が等しくて位相が互いに１２０°ずれていて、各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴも振幅が等しくて位相が互いに１２０°ずれている平衡三相状態の場合には、ローパスフィルタ１１がオフであっても、図４の動作波形例図に示すように加算部１０の出力が一定値となり、有効電力Ｐとなる。なお、この有効電力Ｐは、（３）式で表される。

平衡三相でないときには加算部１０の出力にゆらぎが発生するが、ローパスフィルタ１１をオンにして平滑化することにより、安定した測定値を得ることができる。

また、三相３線結線の平均線間電圧(実効値)についても、ＲＴ間、ＳＴ間、ＲＳ間の３つの線間電圧を測定することにより、平衡三相の場合、ローパスフィルタ１７がオフであっても、図５の動作波形例図に示すように遅れなしで平方根部１８の出力が一定値となり、平均線間電圧(実効値)Ｕとなる。なお、この平均線間電圧(実効値)Ｕは、（４）式で表される。

平衡三相でないときには平方根部１８の出力にゆらぎが発生するが、ローパスフィルタ１７をオンにして平滑化することにより、安定した測定値を得ることができる。

さらに、本発明により求めた電圧Ｕ、電流Ｉ、有効電力Ｐを用いることにより、以下に示す演算式に基づいて、皮相電力Ｓ、力率λ、無効電力Ｑも測定できる。

皮相電力Ｓ＝Ｕ×Ｉ (５)
力率＝Ｐ／（Ｕ×Ｉ） (６)

以上説明したように、本発明によれば、ローパスフィルタを用いることなく三相交流電力に関連した各種項目の測定が行える三相電力測定装置が実現でき、三相交流を用いる現場での測定装置として好適である。

１〜６ Ａ／Ｄ変換器
７〜９ 乗算部
１０、１５、２２ 加算部
１１、１７、２４ ローパスフィルタ
１２〜１４、１９〜２１ 自乗部
１６、２３ 平均部
１８、２５ 平方根部

Claims (3)

1. 三相の各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴと各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴがそれぞれ入力される複数のＡ／Ｄ変換器と、
   各相毎に電圧と電流を乗算して瞬時電力を算出する複数の乗算部と、
   これら乗算部の出力を加算する電力加算部と、
   この電力加算部の出力が入力される電力ローパスフィルタと、
   前記Ａ／Ｄ変換器の変換出力を自乗する複数の自乗部と、
   これら自乗部で自乗された各相電圧ｕＲ、ｕＳ、ｕＴを加算する電圧加算部と、
   この電圧加算部の加算出力を平均演算する電圧平均部と、
   この電圧平均部の平均出力が入力される電圧ローパスフィルタと、
   この電圧ローパスフィルタの出力が入力される電圧平方根部と、
   前記自乗部で自乗された各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴを加算する電流加算部と、
   この電流加算部の加算出力を平均演算する電流平均部と、
   この電流平均部の平均出力が入力される電流ローパスフィルタと、
   この電流ローパスフィルタの出力が入力される電流平方根部、
   を設けたことを特徴とする三相電力測定装置。
2. 三相の各相間電圧ｕＲＴ、ｕＳＴ、ｕＲＳと各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴがそれぞれ入力される複数のＡ／Ｄ変換器と、
   ２系統の相間電圧と電流を乗算して２系統の瞬時電力を算出する２系統の乗算部と、
   これら２系統の乗算部の出力を加算する電力加算部と、
   この電力加算部の出力が入力される電力ローパスフィルタと、
   前記Ａ／Ｄ変換器の変換出力を自乗する複数の自乗部と、
   これら自乗部で自乗された各相間電圧ｕＲＴ、ｕＳＴ、ｕＲＳを加算する相間電圧加算部と、
   この相間電圧加算部の加算出力を平均演算する相間電圧平均部と、
   この相間電圧平均部の平均出力が入力される相間電圧ローパスフィルタと、
   この相間電圧ローパスフィルタの出力が入力される相間電圧平方根部と、
   前記自乗部で自乗された各相電流ｉＲ、ｉＳ、ｉＴを加算する電流加算部と、
   この電流加算部の加算出力を平均演算する電流平均部と、
   この電流平均部の平均出力が入力される電流ローパスフィルタと、
   この電流ローパスフィルタの出力が入力される電流平方根部、
   を設けたことを特徴とする三相電力測定装置。
3. 前記ローパスフィルタは、オン／オフ設定可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の三相電力測定装置。

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