JP2015224933A - Device and method for measuring voltage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁被覆されている電線の導体に印加されている交流の電圧を計測する電圧計測装置および電圧計測方法に関する。 The present invention relates to a voltage measuring device and a voltage measuring method for measuring an alternating voltage applied to a conductor of an electric wire that is insulated.
従来、特許文献1〜3に示されているように、計測電極を絶縁電線の導体に接触させることなく、絶縁電線に印加されている電圧を計測する技術が知られている。
Conventionally, as disclosed in
特許文献1,2に記載の構成は、絶縁電線の絶縁被覆の一部の表面を覆うことが可能な検出電極および検出電極を覆うシールド電極を備えた検出プローブと、所定の周波数の信号を出力する発振器とを用いている。具体的には、発振器から所定の周波数の信号を出力し、その信号を検出プローブの検出電極に供給し、検出電極と導体との間のインピーダンスを計測している。さらに、絶縁電線の導体に印加された電圧に起因して検出電極から流出する電流を計測し、この電流と上記インピーダンスとから導体に印加されている電圧を計測している。
The configurations described in
ここで、絶縁電線(計測電線)の各絶縁被覆の特性は、温度および湿度によって大きく変化する。このため、計測電線の計測電圧は温度および湿度によって大幅に変化する。また、計測電線の絶縁被覆の比誘電率は周波数特性を有し、しかも周波数特性は、絶縁被覆の材質によって異なる。特に、絶縁被覆として多用されているPVC(ポリ塩化ビニル)は、周波数の違いに対する比誘電率の違いが顕著である。 Here, the characteristic of each insulation coating of an insulated wire (measurement wire) varies greatly depending on temperature and humidity. For this reason, the measurement voltage of a measurement electric wire changes a lot with temperature and humidity. Moreover, the relative dielectric constant of the insulation coating of the measuring wire has frequency characteristics, and the frequency characteristics vary depending on the material of the insulation coating. In particular, PVC (polyvinyl chloride), which is frequently used as an insulating coating, has a remarkable difference in relative dielectric constant with respect to a difference in frequency.
上記のような要因によって計測電線の計測電圧が大きく左右される状況下において、特許文献1,2に記載の構成では、計測電線の計測電圧(例えば周波数60Hz)とは周波数が大きく異なる高周波信号(例えば周波数6kHz)を計測電線に印加することにより、計測電線の導体と検出電極との間のインピーダンスを計測し、そのインピーダンスに基づいて、導体の電圧(計測電圧)を求めている。このため、計測電線の電圧を正確に計測することができない。
Under the circumstances where the measurement voltage of the measurement wire is greatly influenced by the factors as described above, in the configurations described in
一方、特許文献3に記載の構成では、電線の交流電圧を求め、基準交流電流と誘電損失電流との位相差から、電線を被覆する絶縁体の誘電正接を求め、この誘電正接の値により、先に求めた交流電圧を補正するようにしている。 On the other hand, in the configuration described in Patent Document 3, the AC voltage of the electric wire is obtained, and the dielectric loss tangent of the insulator covering the electric wire is obtained from the phase difference between the reference alternating current and the dielectric loss current. The AC voltage obtained previously is corrected.
具体的には、電線の絶縁体に配した電極からの入力信号により、電線の導体と電極との間の結合容量を求め、この結合容量の値に基づき交流電圧を求めている。また、交流電圧に対して90°進んだ基準交流電流を絶縁体を通して検出している。また、絶縁体の誘電損失に伴う誘電損失電流を絶縁体を通して検出している。次に、これら基準交流電流(基準交流電圧)と誘電損失電流(誘電損失電圧)との位相差を求め、この位相差から絶縁体の誘電正接を算出している。さらに、誘電正接の値に基づき、先に求めた交流電圧値を補正している。したがって、このような特許文献3の構成によれば、特許文献1,2の構成が有する上記問題を回避できるようになっている。
Specifically, the coupling capacitance between the conductor of the wire and the electrode is obtained from the input signal from the electrode disposed on the insulator of the wire, and the AC voltage is obtained based on the value of this coupling capacitance. Further, a reference alternating current advanced by 90 ° with respect to the alternating voltage is detected through an insulator. In addition, the dielectric loss current accompanying the dielectric loss of the insulator is detected through the insulator. Next, the phase difference between these reference AC current (reference AC voltage) and dielectric loss current (dielectric loss voltage) is obtained, and the dielectric loss tangent of the insulator is calculated from this phase difference. Further, the previously obtained AC voltage value is corrected based on the value of the dielectric loss tangent. Therefore, according to such a configuration of Patent Document 3, the above-described problem of the configurations of
しかしながら、特許文献1〜3の構成は、いずれも電線の交流電圧を計測する際に、電線のグランド(GND)と共通のグランドに計測装置を接地するものである。このため、計測装置を例えば分電盤に取り付ける作業は、電気工事とみなされ、資格を有する作業者が行う必要があり、使用に制限が課せられるという問題点を有している。
However, all of the configurations of
なお、特許文献4には、回路基板検査装置において、一対の電圧測定用プローブにて検出された電圧の差動電圧を取得する回路が記載されている。具体的には、回路基板の2個の半田ボールバンプに対してプローブを非接触に配置して、各半田ボールバンプに生じている電圧を取得し、それら電圧をバッファ回路を介して差動増幅回路に入力し、両電圧の差電圧を取得している。また、取得された差動電圧と、上記2個の半田ボールバンプに接触させたプローブからの電流とに基づいて、上記2個の半田ボールバンプ間の抵抗値を算出している。このように、特許文献4の記載の構成は、例えば回路基板上の2点間の抵抗値の測定に使用することができるものの、電線の交流電圧の計測に使用することができない。 Patent Document 4 describes a circuit that acquires a differential voltage of a voltage detected by a pair of voltage measurement probes in a circuit board inspection apparatus. Specifically, the probe is arranged in a non-contact manner with respect to the two solder ball bumps of the circuit board, the voltage generated in each solder ball bump is acquired, and these voltages are differentially amplified via the buffer circuit. The difference voltage between the two voltages is acquired by inputting to the circuit. Further, the resistance value between the two solder ball bumps is calculated based on the acquired differential voltage and the current from the probe brought into contact with the two solder ball bumps. Thus, although the structure of patent document 4 can be used for the measurement of the resistance value between two points on a circuit board, for example, it cannot be used for the measurement of the alternating voltage of an electric wire.
したがって、本発明は、計測電線のグランドと共通のグランドに接地することなく計測電線の電圧を計測することができる電圧計測装置および電圧計測方法の提供を目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a voltage measuring device and a voltage measuring method capable of measuring the voltage of the measuring wire without being grounded to the common ground of the measuring wire.
上記の課題を解決するために、本発明の電圧計測装置は、複数の電線により供給される交流電圧を前記電線の絶縁被覆を通して計測する電圧計測装置において、前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに配置される基準電極と、前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に配置される計測電極と、前記電線のグランドである第1のグランドと絶縁されている第2のグランドに接地され、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得部と、前記第2のグランドに接地され、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得部と、前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得部と、前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算部とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the voltage measuring device according to the present invention is a voltage measuring device that measures an alternating voltage supplied by a plurality of electric wires through the insulation coating of the electric wires, and is used as a reference among the plurality of electric wires. A reference electrode disposed around the insulating coating of the electric wire, a measurement electrode disposed on all the electric wires other than the electric wire serving as the reference among the plurality of electric wires, and a first ground which is a ground of the electric wire A reference electrode voltage acquisition unit configured to acquire a reference electrode voltage induced in the reference electrode by the AC voltage, and grounded to the second ground, and connected to the second ground. A measurement electrode voltage acquisition unit that acquires a measurement electrode voltage induced in the measurement electrode, a difference voltage acquisition unit that acquires a difference voltage between the reference electrode voltage and the measurement electrode voltage, and the difference voltage It is characterized in that it comprises a measurement voltage calculation unit for obtaining the alternating voltage using.
上記の構成によれば、基準電極電圧取得部は、電線(例えば単線2相のN相の電線)の交流電圧により基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する。計測電極電圧取得部は、電線(例えば単線2相のL相の電線)の交流電圧により計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する。これら、基準電極電圧および計測電極電圧は、基準電極電圧取得部および計測電極電圧取得部が、電線の第1のグランドとは絶縁されている第2のグランドに接地されていることにより、正弦波とはならない。そこで、差電圧取得部は、基準電極電圧と計測電極電圧との差を取り正弦波の差電圧を取得する。計測電圧演算部は、上記差電圧を使用して交流電圧を求める。 According to said structure, a reference electrode voltage acquisition part acquires the reference electrode voltage induced by the reference electrode with the alternating voltage of an electric wire (for example, single-phase two-phase N-phase electric wire). The measurement electrode voltage acquisition unit acquires a measurement electrode voltage induced in the measurement electrode by an AC voltage of an electric wire (for example, a single-wire two-phase L-phase electric wire). The reference electrode voltage and the measurement electrode voltage are a sine wave when the reference electrode voltage acquisition unit and the measurement electrode voltage acquisition unit are grounded to a second ground that is insulated from the first ground of the electric wire. It will not be. Therefore, the difference voltage acquisition unit obtains the difference voltage of the sine wave by taking the difference between the reference electrode voltage and the measurement electrode voltage. A measurement voltage calculating part calculates | requires alternating voltage using the said differential voltage.
これにより、電線のグランドと共通のグランドに接地することなく電線の電圧を計測することができる。 Thereby, the voltage of an electric wire can be measured, without earth | grounding to the ground common with the ground of an electric wire.
上記の電圧計測装置は、前記基準電極として、第1基準電極および第2基準電極を備え、前記計測電極として、第1計測電極および第2計測電極を備え、前記基準電極電圧取得部は、前記第1基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第1の量ずれて誘起される第1の基準電極電圧、および前記第2基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第2の量ずれて誘起される第2の基準電極電圧をそれぞれ取得し、前記計測電極電圧取得部は、前記第1計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第1の量ずれて誘起される第1の計測電極電圧、および前記第2計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第2の量ずれて誘起される第2の計測電極電圧をそれぞれ取得し、前記差電圧取得部は、前記第1基準電極からの第1の基準電極電圧と前記第1計測電極からの第1の計測電極電圧との第1の差電圧を取得する第1の差電圧取得部と、前記第2基準電極からの第2の基準電極電圧と前記第2計測電極からの第2の計測電極電圧との第2の差電圧を取得する第2の差電圧取得部とを備え、前記計測電圧演算部は、前記第1の差電圧と前記第2の差電圧との位相差から、前記電線の心線と前記第1計測電極との間の結合容量を求め、求めた結合容量および前記第1の差電圧により前記交流電圧を求める構成としてもよい。 The voltage measurement apparatus includes a first reference electrode and a second reference electrode as the reference electrode, and includes a first measurement electrode and a second measurement electrode as the measurement electrode, and the reference electrode voltage acquisition unit includes The first reference electrode voltage is induced with a phase shift of a first amount with respect to the phase of the AC voltage from the first reference electrode, and the phase is second with respect to the phase of the AC voltage from the second reference electrode The second reference electrode voltage induced by the amount of deviation is respectively obtained, and the measurement electrode voltage obtaining unit induces the phase from the first measurement electrode to be shifted by the first amount with respect to the phase of the AC voltage. A first measurement electrode voltage that is induced and a second measurement electrode voltage that is induced from the second measurement electrode with a phase shift of the second amount with respect to the phase of the AC voltage, and the differential voltage The acquisition unit is configured from the first reference electrode. A first differential voltage acquisition unit that acquires a first differential voltage between a first reference electrode voltage and a first measurement electrode voltage from the first measurement electrode; and a second reference from the second reference electrode A second differential voltage acquisition unit that acquires a second differential voltage between an electrode voltage and a second measurement electrode voltage from the second measurement electrode, wherein the measurement voltage calculation unit includes the first differential voltage And the second differential voltage, the coupling capacitance between the core of the wire and the first measurement electrode is obtained, and the alternating voltage is obtained from the obtained coupling capacitance and the first differential voltage. It is good also as a structure.
上記の構成によれば、基準電極電圧取得部は、第1基準電極から交流電圧の位相に対して位相が第1の量ずれて誘起される第1の基準電極電圧、および第2基準電極から交流電圧の位相に対して位相が第2の量ずれて誘起される第2の基準電極電圧をそれぞれ取得する。計測電極電圧取得部は、第1計測電極から交流電圧の位相に対して位相が第1の量ずれて誘起される第1の計測電極電圧、および第2計測電極から交流電圧の位相に対して位相が第2の量ずれて誘起される第2の計測電極電圧をそれぞれ取得する。第1の差電圧取得部は、第1基準電極からの第1の基準電極電圧と第1計測電極からの第1の計測電極電圧との第1の差電圧を取得する。第2の差電圧取得部は、第2基準電極からの第2の基準電極電圧と第2計測電極からの第2の計測電極電圧との第2の差電圧を取得する。計測電圧演算部は、第1の差電圧と第2の差電圧との位相差から、電線の心線と第1計測電極との間の結合容量を求め、求めた結合容量および第1の差電圧により交流電圧を求める。 According to the above configuration, the reference electrode voltage acquisition unit is configured to detect the first reference electrode voltage induced from the first reference electrode with a phase shift of the first amount with respect to the phase of the AC voltage, and the second reference electrode. A second reference electrode voltage that is induced with a phase shift of a second amount with respect to the phase of the AC voltage is acquired. The measurement electrode voltage acquisition unit is configured to detect the first measurement electrode voltage that is induced by a first amount shift from the first measurement electrode with respect to the phase of the AC voltage, and the AC voltage phase from the second measurement electrode. Second measurement electrode voltages that are induced with a phase shift of the second amount are obtained. The first differential voltage acquisition unit acquires a first differential voltage between the first reference electrode voltage from the first reference electrode and the first measurement electrode voltage from the first measurement electrode. The second difference voltage acquisition unit acquires a second difference voltage between the second reference electrode voltage from the second reference electrode and the second measurement electrode voltage from the second measurement electrode. The measurement voltage calculation unit obtains the coupling capacitance between the core of the electric wire and the first measurement electrode from the phase difference between the first difference voltage and the second difference voltage, and obtains the obtained coupling capacitance and the first difference. The AC voltage is obtained from the voltage.
したがって、電線の周りに配置した電極に電圧を与える構成や、電極に与えた電圧によって電極に生じる電圧を取得する構成、さらには電極に生じた複数の電圧を分離する構成等が不要となる。これにより、回路構成が簡素となり、回路基板を小型化することができる。この結果、簡単な構成にて電線の電圧を正確に計測することができる。 Therefore, a configuration for applying a voltage to the electrodes arranged around the electric wire, a configuration for acquiring a voltage generated in the electrode by the voltage applied to the electrode, and a configuration for separating a plurality of voltages generated in the electrode are not required. Thereby, a circuit structure becomes simple and a circuit board can be reduced in size. As a result, the voltage of the electric wire can be accurately measured with a simple configuration.
上記の電圧計測装置は、前記基準電極、前記計測電極、前記基準電極電圧取得部および前記計測電極電圧取得部を含んでいる検出ユニットと、前記検出ユニットとケーブルにより接続され、前記差電圧取得部および前記計測電圧演算部を含んでいる演算ユニットとを備えている構成としてもよい。 The voltage measurement device includes a detection unit including the reference electrode, the measurement electrode, the reference electrode voltage acquisition unit, and the measurement electrode voltage acquisition unit, and is connected to the detection unit by a cable, and the differential voltage acquisition unit And a calculation unit including the measurement voltage calculation unit.
上記の構成によれば、検出ユニットおよび演算ユニットにより、電圧計測装置を適切に構成することができる。 According to said structure, a voltage measuring device can be appropriately comprised by a detection unit and a calculation unit.
本発明の電圧計測方法は、複数の電線により供給される交流電圧を前記電線の絶縁被覆を通して計測する電圧計測方法において、前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに基準電極を配置し、グランドを前記電線のグランドである第1のグランドと絶縁されている第2のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得工程と、前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に計測電極を配置し、グランドを前記第2のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得工程と、前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得工程と、前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算工程とを備えていることを特徴としている。 The voltage measuring method of the present invention is a voltage measuring method for measuring an AC voltage supplied by a plurality of electric wires through the insulating coating of the electric wires, and a reference is provided around the insulating coating of the electric wire serving as a reference among the plurality of electric wires. A reference for obtaining a reference electrode voltage induced in the reference electrode by the AC voltage in a state where the electrode is disposed and the ground is a second ground that is insulated from the first ground that is the ground of the electric wire. In the state where the measurement electrodes are arranged on all the wires other than the reference wire among the plurality of wires and the ground is the second ground, the measurement electrode is obtained by the AC voltage. A measurement electrode voltage acquisition step for acquiring a measurement electrode voltage induced by the difference, a difference voltage acquisition step for acquiring a difference voltage between the reference electrode voltage and the measurement electrode voltage, and the difference voltage And use is characterized in that it comprises a measurement voltage calculation step of obtaining the AC voltage.
上記の構成によれば、上記電圧計測装置と同様の作用効果を奏する。 According to said structure, there exists an effect similar to the said voltage measuring device.
本発明の構成によれば、計測電線のグランドと共通のグランドに接地することなく計測電線の電圧を計測することができる。 According to the configuration of the present invention, the voltage of the measurement electric wire can be measured without being grounded to the ground common to the measurement electric wire.
〔実施の形態1〕
(電圧計測装置1の電圧測定原理)
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本発明の実施の形態の電圧計測装置1における、計測電線が単相2線の場合の電圧計測原理を示す回路図である。図2は、本発明の実施の形態の電圧計測装置1による、計測電線が単相2線の場合の計測電圧VSの計測状態を示す模式図である。
[Embodiment 1]
(Voltage measurement principle of voltage measuring device 1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the voltage measurement principle when the measurement wire is a single-phase two-wire in the
本実施形態において、接地については、計測電線(電圧計測対象の電線)11のアースと同じアースへの接地(例えば図1のGND1;以下、アース接続と称する)と、電圧計測装置1のフレームへの接地(例えば図1のGND2;以下、フレーム接続と称する)とを区別して示している。これらアース接続とフレーム接続とは互いに電気的に絶縁されている。
In the present embodiment, for grounding, grounding to the same ground (for example, GND1 in FIG. 1; hereinafter referred to as ground connection) as the ground of the measurement wire (voltage measurement target wire) 11 and to the frame of the
電圧計測装置1は、電圧計測対象の被覆電線である計測電線(電線)11の交流電圧を計測するものである。この場合、電圧計測装置1を、計測電線11と同じGND1に接続(アース接続)することなく、固有のGND2に接続(フレーム接続)することにより、計測電線11の電圧を計測可能となっている。すなわち、計測電線11が単相2線の場合(図1、図2の例)には、計測電線11のN相の電線から取得した電圧とL相の電線から取得した電圧との差動電圧を取得するにより、電圧計測装置1と計測電線11とのGNDを一致させることなく、計測電線11の心線と電極21との間の結合容量CLを算出できるようにしている。
The
図1および図2に示すように、電圧計測装置1は、基準電極21N、計測電極21L、基準電極電圧取得部101N、計測電極電圧取得部101L、差動増幅器102および計測電圧演算部103を備えている。計測電線11はブレーカ104に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、図1において、基準電極電圧取得部101Nは、基準電極21Nを抵抗RSを介して接地(フレーム接続)する回路により、基準電極電圧VNを取得している。同様に、計測電極電圧取得部101Lは、計測電極21Lを抵抗RSを介して接地(フレーム接続)する回路により、計測電極電圧VLを取得している。
In FIG. 1, the reference electrode
計測電圧VS(計測電線11の電圧)を測定する場合、基準電極21Nは、計測電線11のN相の電線に配置され、計測電極21Lは、計測電線11のL相の電線に配置される。この場合のN相の電線の心線と基準電極21Nとの間の結合容量を結合容量CN、L相の電線の心線と計測電極21Lとの間の結合容量を結合容量CLとする。
When measuring the measurement voltage VS (voltage of the measurement electric wire 11), the
基準電極電圧取得部101Nは、N相の電線の交流電圧により基準電極21Nに誘起された電圧(基準電極電圧VN)を取得し、その電圧を差動増幅器102の反転入力端子へ入力する。同様に、計測電極電圧取得部101Lは、L相の電線の交流電圧により計測電極21Lに誘起された電圧(計測電極電圧VL)を取得し、その電圧を差動増幅器102の非反転入力端子へ入力する。差動増幅器102は、基準電極電圧VNと計測電極電圧VLとの差電圧を取得し、その差電圧を計測電圧演算部103へ出力する。
The reference electrode
この場合、基準電極電圧VNおよび計測電極電圧VLは、基準電極電圧取得部101Nおよび計測電極電圧取得部101LのGND2(フレーム接続)が計測電線11のGND1(アース接続)と一致していないため、正弦波とはならず、例えば図2に示すような不安定な電圧波形となる。そこで、差動増幅器102において、これら基準電極電圧VNと計測電極電圧VLとの差を取り、安定した正弦波の差電圧VLNを取得している。
In this case, since the reference electrode voltage VN and the measurement electrode voltage VL do not match GND2 (frame connection) of the reference electrode
計測電圧演算部103としては、従来周知の方式あるいは新規な方式の構成を採用することができる。基準電極電圧取得部101Nおよび計測電極電圧取得部101Lは、採用する計測電圧演算部103の方式に対応したものが採用される。
As the measurement
(電圧計測装置の具体的構成)
図3は、図1および図2に示した電圧計測装置1の構成を示すブロック図である。図4は、図3に示した電圧計測装置1の具体的構成の一例を示す回路図である。図3および図4に示すように、計測電圧演算部103は信号処理部111および例えばCPUによって構成される計算部112を備えている。信号処理部111および計算部112は、図2に示した計測電圧演算部103を構成している。
(Specific configuration of voltage measuring device)
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the
図4に示す電圧計測装置2は、位相差方式により計測電線11の電圧を求めるものである。電圧計測装置2は、図4に示すように、計測電線11のN相の電線の周りに配置される第1基準電極21Nおよび第2基準電極22Nを備え、計測電線11のL相の電線の周りに配置される第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lを備えている。これら第1基準電極21N、第2基準電極22N、第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lは、対応する電線の外周に配置できるように、例えば、電線の方向に所定幅を有する円弧形状となっている。なお、計測電極21および基準電極22の形状は、これに限定されず、例えば平板状など、計測電線11に接することができる形状であればよい。
The
電圧計測装置2では、計測電線11のN相の電線に対応する第1基準電極21Nおよび第2基準電極22Nを備えていることにより、基準電極電圧取得部101Nは、第1基準電極21Nおよび第2基準電極22Nに誘起された電圧を取得する回路をそれぞれ備えている。同様に、計測電線11のL相の電線に対応する第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lを備えていることにより、計測電極電圧取得部101Lは、第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lに誘起された電圧を取得する回路をそれぞれ備えている。これら基準電極電圧取得部101Nおよび計測電極電圧取得部101Lの構成に対応して、前記差動増幅器102として、2個の差動増幅器102a,102bを備えている。
The
なお、基準電極電圧取得部101Nおよび計測電極電圧取得部101Lは、差動増幅器(第1の差電圧取得部)102aおよび差動増幅器(第2の差電圧取得部)102bの耐圧を考慮して、計測電線11の交流電圧を低下させて差動増幅器102aおよび差動増幅器102bへ入力する機能を有している。
The reference electrode
第1基準電極21Nと差動増幅器102aの非反転入力端子との間には、基準電極電圧取得部101Nの抵抗R1、並びに演算増幅器25および抵抗R2が直列に設けられている。また、第1計測電極21Lと差動増幅器102aの反転入力端子との間には、計測電極電圧取得部101Lの抵抗R1、並びに演算増幅器25および抵抗R2が直列に設けられている。
Between the
基準電極電圧取得部101Nおよび計測電極電圧取得部101Lにおいて、抵抗R1は、演算増幅器25の反転入力端子に接続され、抵抗R2は、演算増幅器25の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。演算増幅器25は、非反転入力端子がフレーム接続されている。基準電極電圧取得部101Nの演算増幅器25の出力端子は、差動増幅器102aの非反転入力端子に接続され、計測電極電圧取得部101Lの演算増幅器25の出力端子は、差動増幅器102aの反転入力端子に接続されている。
In the reference electrode
第2基準電極22Nと差動増幅器102bの非反転入力端子との間には、演算増幅器27および抵抗R0が設けられている。第2基準電極22Nは演算増幅器27の反転入力端子に接続されている。また、第2計測電極22Lと差動増幅器102bの反転入力端子との間には、演算増幅器27および抵抗R0が設けられている。第2計測電極22Lは演算増幅器27の反転入力端子に接続されている。基準電極電圧取得部101Nおよび計測電極電圧取得部101Lにおいて、抵抗R0は、演算増幅器27の反転入力端子と出力端子との間に接続され、演算増幅器27は、非反転入力端子がフレーム接続されている。
An
信号処理部111は、XOR24および比較器26,28を備えている。差動増幅器102aの出力端子は、計算部112および比較器28の反転入力端子に接続されている。これにより、差動増幅器102aから出力される差電圧V1が計算部112および比較器28の反転入力端子に入力されるようになっている。また、差動増幅器102bの出力端子は、比較器28の反転入力端子に接続されている。
The
比較器26は、非反転入力端子が抵抗R11を介してフレーム接続され、出力端子がXOR24の第1入力端子24aと接続されている。比較器26の出力端子と非反転入力端子との間には、直列接続された抵抗R15およびコンデンサC11が設けられている。
The
比較器28は、非反転入力端子が抵抗R12を介してフレーム接続され、出力端子がXOR24の第2入力端子24bと接続されている。比較器26の出力端子と非反転入力端子との間には、直列接続された抵抗R16およびコンデンサC12が設けられている。
The
XOR24の第1入力端子24aには抵抗R13を介して電源電圧Vccが供給され、XOR24の第2入力端子24bには抵抗R14を介して電源電圧Vccが供給されている。XOR24から計算部23へは位相差電圧Vpdが出力される。
The power supply voltage Vcc is supplied to the
(電圧計測装置2の動作)
上記の構成において、電圧計測装置2の動作について以下に説明する。電圧計測装置2により計測電圧VSを計測する場合には、第1基準電極21Nおよび第2基準電極22Nを計測電線11のN相の電線の周りに配置し、第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lを計測電線11のL相の電線の周りに配置する。この場合のN相の電線の心線と第1基準電極21Nとの間の結合容量をCN1、N相の電線の心線と第2基準電極22Nとの間の結合容量をCN2、L相の電線の心線と第1計測電極21Lとの間の結合容量を結合容量CL1、L相の電線の心線と第2計測電極22Lとの間の結合容量を結合容量CL2とする。なお、結合容量CN1とCN2とは一致している必要はなく、同様に、結合容量CL1とCL2は一致している必要はない。
(Operation of voltage measuring device 2)
In the above configuration, the operation of the
上記のように各電極を配置すると、第1基準電極21Nに誘起された電圧により、基準電極電圧取得部101Nから差動増幅器102aの非反転入力端子に電圧VN1(計測電圧VSの位相に対して位相が第1の量ずれた電圧)が入力され、第1計測電極21Lに誘起された電圧により、計測電極電圧取得部101Lから差動増幅器102aの反転入力端子に電圧VL1(計測電圧VSの位相に対して位相が第1の量ずれた電圧)が入力される。これにより、差動増幅器102aから差電圧V1が出力される。
When each electrode is arranged as described above, the voltage VN1 (relative to the phase of the measurement voltage VS) is applied from the reference electrode
また、第2基準電極22Nに誘起された電圧により、基準電極電圧取得部101Nから差動増幅器102bの非反転入力端子に電圧VN2(計測電圧VSの位相に対して位相が第2の量ずれた電圧)が入力され、第2計測電極22Lに誘起された電圧により、計測電極電圧取得部101Lから差動増幅器102bの反転入力端子に電圧VL2(計測電圧VSの位相に対して位相が第2の量ずれた電圧)が入力される。これにより、差動増幅器102bから差電圧V2が出力される。
Further, due to the voltage induced in the
図4において、基準電極電圧取得部101Nを含む第1基準電極21N側の回路は、結合容量CN1と抵抗R1とが直列であり、これら結合容量CN1、抵抗R1、演算増幅器25および抵抗R2を含む反転増幅回路である。同様に、計測電極電圧取得部101Lを含む第1計測電極21L側の回路は、結合容量CL1と抵抗R1とが直列であり、これら結合容量CL1、抵抗R1、演算増幅器25および抵抗R2を含む反転増幅回路である。したがって、結合容量CN1=CL1として、差電圧V1は、下記の式(1)のようになる。
In FIG. 4, the circuit on the
この場合、差電圧V1の位相αは下記の式(2)となり、差電圧V1の振幅(絶対値)は下記の式(3)となる。 In this case, the phase α of the differential voltage V1 is expressed by the following formula (2), and the amplitude (absolute value) of the differential voltage V1 is expressed by the following formula (3).
式(2)から分かるように、差電圧V1の位相αは、結合容量CL1の値によって変化する。すなわち、差電圧V1の位相αは、計測電線11の電圧である計測電圧VSの位相に対してずれた状態(第1の量ずれた状態)となる。 As can be seen from the equation (2), the phase α of the difference voltage V1 varies depending on the value of the coupling capacitor CL1. That is, the phase α of the difference voltage V1 is in a state shifted from the phase of the measurement voltage VS that is the voltage of the measurement wire 11 (a state shifted by a first amount).
一方、第2基準電極22Nに誘起された電圧により、基準電極電圧取得部101Nから差動増幅器102bの非反転入力端子に電圧VN2が入力され、第2計測電極22Lに誘起された電圧により、計測電極電圧取得部101Lから差動増幅器102bの反転入力端子に電圧VL2が入力される。これにより、差動増幅器102bから差電圧V2が出力される。
On the other hand, the voltage VN2 is input from the reference electrode
この場合、基準電極電圧取得部101Nを含む第2基準電極22N側の回路、および計測電極電圧取得部101Lを含む第2計測電極22L側の回路には、抵抗R1に相当する抵抗Rが存在しない。したがって、結合容量CN2=CL2として、差電圧V2の位相βは、式(2)において抵抗R1=0であるから、tan−1∞となり、90°に漸近する。これにより、差電圧V2の位相βは、結合容量CL2(=CN2)の影響を受けず、計測電圧VSの位相に対して90°(一定量)進んだ状態に固定される。
In this case, the resistor R corresponding to the resistor R1 does not exist in the circuit on the
上記の計測電圧VS、差電圧V1および差電圧V2の位相の関係を示すと図5のようになる。図5は、計測電圧VS、差電圧V1および差電圧V2の位相の関係を示す波形図である。 FIG. 5 shows the phase relationship of the measurement voltage VS, the difference voltage V1, and the difference voltage V2. FIG. 5 is a waveform diagram showing the phase relationship between the measurement voltage VS, the difference voltage V1, and the difference voltage V2.
図5において、Δαは、差電圧V1と差電圧V2との位相差を示している。そこで、差電圧V2の位相が計測電圧VSの位相から90°進んでいることを加味し、位相差Δαを結合容量CL1および抵抗R1によって表すと、式(4)のようになる。 In FIG. 5, Δα indicates a phase difference between the difference voltage V1 and the difference voltage V2. Therefore, taking into account that the phase of the difference voltage V2 is advanced by 90 ° from the phase of the measurement voltage VS, the phase difference Δα is expressed by the equation (4) by the coupling capacitor CL1 and the resistor R1.
図6は、差電圧V1、差電圧V2、比較器26の出力信号COMP1、比較器28の出力信号COMP2およびXOR24から出力される位相差電圧Vpdのタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart of the difference voltage V1, the difference voltage V2, the output signal COMP1 of the
図6に示すように、差電圧V1と差電圧V2との間には、位相差ΔT(位相差Δαに相当)が存在する。比較器26は、差電圧V1が入力されることにより、パルス波の出力信号COMP1をXOR24へ出力する。同様に、比較器28は、差電圧V2が入力されることにより、パルス波の出力信号COMP2をXOR24へ出力する。なお、出力信号COMP1,COMP2における立ち上がりのレベルは、電源電圧Vccである。
As shown in FIG. 6, there is a phase difference ΔT (corresponding to the phase difference Δα) between the difference voltage V1 and the difference voltage V2. The
XOR24は、出力信号COMP1と出力信号COMP2とが入力されることにより、これら出力信号COMP1,COMP2の排他的論理和である位相差電圧Vpdを生成し、計算部23へ出力する。位相差電圧Vpdは、差電圧V1と差電圧V2との位相差Δαに相当する幅(時間ΔT)のパルスを含むパルス信号である。
The
ここで、計測電圧VSと差電圧V2との位相差は90°、差電圧V1と差電圧V2の位相差はΔα、計測電圧VSと差電圧V1との位相差は90°−Δαである。したがって、式(4)を参照し、計測電圧VSと差電圧V1と差電圧V2との位相の関係を整理すると、図7のようになる。 Here, the phase difference between the measurement voltage VS and the difference voltage V2 is 90 °, the phase difference between the difference voltage V1 and the difference voltage V2 is Δα, and the phase difference between the measurement voltage VS and the difference voltage V1 is 90 ° −Δα. Therefore, referring to equation (4), the phase relationship among the measurement voltage VS, the difference voltage V1, and the difference voltage V2 is arranged as shown in FIG.
計算部23は、まず、XOR24から入力された位相差電圧Vpdから、式(5)によって位相差Δαを求める。なお、fは計測電圧VSの周波数である。
First, the calculation unit 23 obtains the phase difference Δα from the phase difference voltage Vpd input from the
Δα=ΔT×f×360 …… (5)
次に、計算部23は、求めた位相差Δαを用いて、式(4)から、未知の結合容量CL1を求める。さらに、計算部23は、求めた結合容量CL1を用いて、計測電圧VSを求める。
Δα = ΔT × f × 360 (5)
Next, the calculation unit 23 obtains an unknown coupling capacitance CL1 from Expression (4) using the obtained phase difference Δα. Further, the calculation unit 23 obtains the measurement voltage VS using the obtained coupling capacitance CL1.
この場合、差電圧V1の位相は式(2)、差電圧V1の振幅は式(3)である。また、計算部23は、演算増幅器25の出力端子から入力された差電圧V1をA/D変換して、差電圧V1の値を求める。
In this case, the phase of the difference voltage V1 is Equation (2), and the amplitude of the difference voltage V1 is Equation (3). The calculation unit 23 performs A / D conversion on the difference voltage V1 input from the output terminal of the
また、式(3)を計測電圧VSについて整理すると、式(6)になる。 Further, when formula (3) is arranged for measurement voltage VS, formula (6) is obtained.
式(6)において、結合容量CL1および差電圧V1は既知となっている。したがって、計算部23は、式(6)から計測電圧VSを算出することができる。 In equation (6), the coupling capacitance CL1 and the difference voltage V1 are known. Therefore, the calculation unit 23 can calculate the measurement voltage VS from Expression (6).
以上のように、電圧計測装置2では、計測電線11のグランド(GND1)と共通のグランドに接地することなく、計測電線11の電圧を計測することができる。
As described above, the
また、電圧計測装置2では、計測電圧VSの位相に対して位相が一定値(第2の量、例えば90°)ずれた差電圧V2を取得している。また、比較器26,28およびXOR24により、差電圧V1と差電圧V2の位相差Δαを求めている。次に、求めた位相差Δαから計測電線11の心線と第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lとの間に生じる結合容量CL1(=CN1)を求めている。また、計算部23により、差電圧V1の値を求めている。さらに、計算部23により、既知となった結合容量CL1および差電圧V1から計測電圧VSを求めている。
Further, the
したがって、計測電線11の外周面に配置した電極に電圧を与える構成、前記電極に与えた電圧によって前記電極に生じる電圧を取得する構成、並びに前記電極に生じた複数の電圧を分離する構成等が不要となっている。したがって、回路構成が簡素となり、回路基板を小型化することができる。これにより、簡単な構成にて計測電圧VSを正確に計測することができる。
Therefore, a configuration for applying a voltage to the electrode arranged on the outer peripheral surface of the
なお、電圧計測装置2では、第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lは計測電線11の絶縁被覆の外周面に接触させて配置する一方、第2基準電極22Nおよび第2計測電極22Lは、計測電線11の外周面に接触させず、計測電線11から例えば1〜2mm浮いた状態に配置されることが好ましい。すなわち、計測電線11の絶縁被覆の表面から第1および第2基準電極22N,22Lを浮かせて、絶縁被覆と第1および第2基準電極22N,22Lとの間に空間が存在するようにした場合には、絶縁被覆と第1および第2基準電極22N,22Lとの間の電気抵抗が無限大となる。これにより、絶縁被覆の表面の抵抗値が環境の変化の影響を受けて変化することにより差電圧V2の位相が変化することを防止し、計測電圧VSの位相に対する差電圧V2の位相のずれ量を固定し易くなる。
In the
また、電圧計測装置2では、差電圧V1および差電圧V2から、位相差ΔαすなわちΔTを容易に求めるために、演算増幅器25,27およびXOR24を使用している。すなわち、電圧計測装置2では、演算増幅器25,27およびXOR24を備えていることにより、位相差ΔαすなわちΔTを求めるために、計算部23を構成するCPUの負担を軽減し、高速処理が可能かつ高価なCPUではなく、廉価なCPUにて計算部23を構成可能としている。
The
一方、電圧計測装置2は、演算増幅器25,27およびXOR24を備えず、計算部23にて、差電圧V1および差電圧V2をA/D変換し、差電圧V1と差電圧V2とのゼロクロス点の時間差から、位相差ΔαすなわちΔTを演算して求める構成としてもよい。
On the other hand, the
なお、上記の電圧計測装置2の例では、計測電線11が単相2線の場合に対応し、第1基準電極21N、第2基準電極22N、第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lを備えた構成について説明した。一方、電圧計測装置2は、単相3線や三相3線など、計測電線11の線数が3線以上単相3線の場合に対応可能である。この場合には、基準となる線(基準線)を設定し、その基準線と他の線との差電圧を取得し、取得した差電圧から位相差電圧Vpdを取得し、計測電圧VSを求める構成とすればよい。
In the example of the
(電圧計測装置の実体的な形態例)
図8は、電圧計測装置2の実体的な形態例を示す縦断面図、図9は図8に示した検出ユニットの斜視図である。なお、図8および図9に示した構成は、他の実施の形態の電圧計測装置についても同様である。なお、以下の説明において、計測電極21および基準電極22は、第1基準電極21Nおよび第2基準電極22N、または第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lである。
(Substantial form of voltage measuring device)
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a substantial form example of the
図8に示すように、電圧計測装置2は、検出ユニット41と演算ユニット51とを備えている。検出ユニット41は、上筐体部43と下筐体部44とに分離された筐体部42を備えている。上筐体部43と下筐体部44とはヒンジ45によって連結され、上筐体部43は下筐体部44に対して開閉可能となっている。また、筐体部42の内面には、シールド板46が設けられている。
As shown in FIG. 8, the
下筐体部44の上面部には基準電極22が配置され、上筐体部43の下面部には、基準電極22と対向して計測電極21が配置されている。これら計測電極21および基準電極22は、円筒を縦割りした形状の半円筒形に形成されている。したがって、下筐体部44に対して上筐体部43を閉じた場合に、計測電極21と基準電極22とにより円筒が形成され、計測電極21と基準電極22との間に計測電線11を配置できるようになっている。なお、図8において、符号12は計測電線11の心線、符号13は計測電線11の絶縁被覆を示している。
The
下筐体部44の内部には、検出回路基板47が配置されている。検出回路基板47は、下筐体部44に設けられたコネクタ48、およびケーブル49を介して筐体部42の外部に配置される演算ユニット51と接続されている。検出回路基板47には例えば電圧取得部101が設けられ、演算ユニット51には、例えば差動増幅器102a,102b、信号処理部111および計算部112が設けられている。
A
計測電線11が単層2線の場合、検出ユニット41は2セット使用され、演算ユニット51は1セット使用される。すなわち、検出ユニット41は線数分使用され、演算ユニット51は、通常、一つのCPUによって対応するので1セット使用される。なお、演算ユニット51の使用セット数は、特に限定されない。この点は、以下の他の実施の形態の電圧計測装置においても同様である。
When the
計測電線11が単層2線の場合、二つの検出ユニット41の一つはN相の電線に配置され、他の一つはL相に配置される。この場合、N相の電線に配置される検出回路基板47の電圧取得部101は、基準電極電圧取得部101Nであり、L相の電線に配置される検出回路基板47の電圧取得部101は、計測電極電圧取得部101Lである。
When the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の電圧計測装置3では、計測電線11の電圧を求めるための電圧の処理に積分法を使用している。なお、前記の実施の形態に示した手段と同一の機能を有する手段には同一の符号を付記し、説明を省略している。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the voltage measurement device 3 of the present embodiment, the integration method is used for the voltage processing for obtaining the voltage of the
(電圧計測装置3の構成)
図10は、図3に示した電圧計測装置1の具体的構成の他の例を示す回路図である。電圧計測装置3は、図4に示した電圧計測装置2の基準電極電圧取得部101N、計測電極電圧取得部101L、信号処理部111および計算部112に代えて、基準電極電圧取得部121N、計測電極電圧取得部121L、信号処理部131および計算部132を備えている。
(Configuration of voltage measuring device 3)
FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of the specific configuration of the
なお、基準電極電圧取得部121Nおよび計測電極電圧取得部121Lは、差動増幅器102aおよび差動増幅器102bの耐圧を考慮して、計測電線11の交流電圧を低下させて差動増幅器102aおよび差動増幅器102bへ入力する機能を有している。
Note that the reference electrode voltage acquisition unit 121N and the measurement electrode
第1基準電極21Nと差動増幅器102aの非反転入力端子との間、および第1計測電極21Lと差動増幅器102aの反転入力端子との間には、バッファを構成する演算増幅器25がそれぞれ設けられている。
An
また、第2基準電極22Nと差動増幅器102bの非反転入力端子との間、および第2計測電極22Lと差動増幅器102bの反転入力端子との間には、演算増幅器27および抵抗R0がそれぞれ設けられている。第2基準電極22Nおよび第2計測電極22Lは、対応する演算増幅器27の反転入力端子に接続されている。抵抗R0は、演算増幅器27の反転入力端子と出力端子との間に接続され、演算増幅器27は、非反転入力端子がフレーム接続されている。
An
信号処理部131は、比較器141,142、第1および第2積分回路143,144および位相シフト回路145を備えている。
The
差動増幅器102bの出力部は、比較器142を介して第2積分回路144の入力部と接続され、また、位相シフト回路145の入力部と接続されている。位相シフト回路145の出力部は、計算部132の入力部と接続され、また、比較器141を介して第1積分回路143の入力部と接続されている。第1および第2積分回路143,144の出力部は、計算部132の入力部と接続されている。
The output section of the
さらに、位相シフト回路145の出力部は、各抵抗R31を介して第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lと接続されている。
Furthermore, the output part of the
位相シフト回路145は、差動増幅器102bから入力された電圧の位相をシフトさせて位相シフト電圧(印加電圧、電圧Vin)を生成し、生成した位相シフト電圧を、比較器141、計算部132および抵抗R31へ向かって出力する。本実施の形態では、位相シフト回路145は、入力された電圧の位相を90°進める。
The
差動増幅器102aの出力部は、第1および第2積分回路143,144の入力部と接続されている。計算部132は、第1積分回路143から出力される電圧V1、第2積分回路144から出力される電圧V2、および位相シフト回路145から出力される位相シフト電圧(Vin)に基づいて、計測電線11の電圧を計算する。
The output section of the
(電圧計測装置3の動作)
上記の構成において、電圧計測装置3の動作について以下に説明する。図11は図10に示した電圧計測装置3の各部の電圧波形および位相を示す説明図である。
(Operation of voltage measuring device 3)
In the above configuration, the operation of the voltage measuring device 3 will be described below. FIG. 11 is an explanatory diagram showing voltage waveforms and phases of each part of the voltage measuring device 3 shown in FIG.
第1基準電極21Nを計測電線11のN相の電線の周りに配置し、第1計測電極21LをL相の電線の周りに配置すると、計測電線11の心線と第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lとの間の結合容量Csにより、第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lには計測電圧VSに応じた電圧が誘起され、各抵抗R31に電流Ixが流れる。これにより、各抵抗R31の両端には誘起電圧V31(図11の(c)参照)が生じる。誘起電圧V31は、抵抗R31を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値(例えば1MΩ程度)にすることにより、位相が計測電圧VSの位相に対して90°進んだものとなる。
When the
また、第2基準電極22Nを計測電線11のN相の電線の周りに配置し、第2計測電極22LをL相の電線の周りに配置すると、計測電線11の心線と第2基準電極22Nおよび第2計測電極22Lとの間の結合容量Csにより、第2基準電極22Nおよび第2計測電極22Lには計測電圧VSに応じた誘起電圧が生じる。これら誘起電圧は、位相が計測電圧VSの位相に対して90°進んだものとなる。次に、これら誘起電圧が差動増幅器102bの反転入力端子および非反転入力端子に入力されることにより、差動増幅器102bからは差電圧V21が出力される。
Further, when the
なお、本実施の形態において、計測電線11の心線と第1基準電極21Nと第2基準電極22Nとの間の結合容量、および計測電線11の心線と第1計測電極21Lと第2計測電極22Lとの間の結合容量は、それぞれ同じでなくてもよく、結合容量の存在により、第1基準電極21Nおよび第2基準電極22N、並びに第1計測電極21Lおよび第2計測電極22Lに所定レベルの電圧が得られればよい。
In the present embodiment, the coupling capacity between the core wire of the
差電圧V21は、位相シフト回路145へ入力され、位相シフト回路145は、入力された差電圧V21の位相を90°進めることにより、計測電圧VSに対して位相がほぼ180°進んだ位相シフト電圧(電圧Vin)を出力する。
The difference voltage V21 is input to the
位相シフト電圧が、抵抗R31を介して、第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lに印加されると、第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lと計測電線11の心線との間の結合容量Csにより、第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lには位相シフト電圧に応じた電圧が誘起され、抵抗R31に電流Isが流れる。これにより、抵抗R31の両端には、誘起電圧V33(図11の(c)参照)が生じる。誘起電圧V33は、抵抗R31を結合容量Csのインピーダンスより十分小さい値(例えば1MΩ)にすることにより、位相シフト電圧とほぼ同位相となる。すなわち、誘起電圧V33は、計測電圧VSに対して位相がほぼ180°進み、誘起電圧V31に対して位相が90°進むことになる。
When the phase shift voltage is applied to the
したがって、第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lに接続された点Aの電圧(以下、第1電極電圧と称する)は、図11の(c)に示すように、誘起電圧V31と誘起電圧V33とが混合された混合電圧となる。この第1電極電圧が差動増幅器102aの反転入力端子および非反転入力端子に入力されることにより、差動増幅器102aからは差電圧V11が出力される。この差電圧V11は、第1積分回路143および第2積分回路144に入力される。
Therefore, the voltage at the point A connected to the
第1積分回路143には、位相シフト回路145から出力された位相シフト電圧が、比較器141を介して、COMP1として入力される。また、第2積分回路144には、差電圧V21が、比較器142を介して、COMP2として入力される。COMP2、COMP1は、それぞれ図11の(a)(b)に示すものである。
The phase shift voltage output from the
第1積分回路143は、差電圧V11(第1電極電圧)をCOMP1のオンの期間について積分することにより、差電圧V11(第1電極電圧)から誘起電圧V33のみを取り出し、誘起電圧V33の積分値である電圧値V1を計算部132に出力する。
The
第2積分回路144は、差電圧V11(第1電極電圧)をCOMP2のオンの期間について積分することにより、差電圧V11(第1電極電圧)から誘起電圧V31のみを取り出し、誘起電圧V31の積分値である電圧値V2を計算部132に出力する。
The
次に、第2積分回路144での電圧値V2の求め方、および第1積分回路143での電圧値V1の求め方について説明する。
Next, a method for obtaining the voltage value V2 in the
差電圧V11(第1電極電圧)は、
V11=A・sin(ωt)+B・cos(ωt) …… (7)
A・sin(ωt):誘起電圧V33
B・cos(ωt):誘起電圧V31
となる。
The difference voltage V11 (first electrode voltage) is
V11 = A · sin (ωt) + B · cos (ωt) (7)
A · sin (ωt): induced voltage V33
B · cos (ωt): induced voltage V31
It becomes.
ここで、差電圧V11(第1電極電圧)において、誘起電圧V31は、差電圧V11をCOMP1のオンの期間について積分すれば消去される。これにより、誘起電圧V33みを取り出すことができる。 Here, in the differential voltage V11 (first electrode voltage), the induced voltage V31 is eliminated if the differential voltage V11 is integrated over the ON period of COMP1. Thereby, only the induced voltage V33 can be taken out.
また、差電圧V11(第1電極電圧)において、誘起電圧V33は、差電圧V11をCOMP2のオンの期間について積分すれば消去される。これにより、誘起電圧V31のみを取り出すことができる。 Further, in the difference voltage V11 (first electrode voltage), the induced voltage V33 is erased if the difference voltage V11 is integrated over the ON period of COMP2. Thereby, only the induced voltage V31 can be taken out.
そこで、下記の式(8)のように、差電圧V11を0〜πまで積分して電圧V1を取得し、下記の式(9)のように、V11をπ/2〜3π/2まで積分して電圧V2を取得する。この場合、電圧V1,V2は振幅のみとなる。 Therefore, the voltage V1 is obtained by integrating the differential voltage V11 from 0 to π as in the following equation (8), and V11 is integrated to π / 2 to 3π / 2 as in the following equation (9). Thus, the voltage V2 is acquired. In this case, the voltages V1 and V2 have only amplitude.
次に、計算部132での計測電圧VSの求め方について説明する。図10の回路Gを等価回路にて示すと、図12のようになる。図12から、電圧V1は、電圧Vin(印加電圧)を結合容量Csおよび抵抗R31にて分圧したものであるから、式(10)のようになる。
Next, how to calculate the measurement voltage VS in the
式(10)において、分数部分の分母および分子にjωCsをかけると、式(11)のようになる。 In equation (10), when jωCs is applied to the denominator and numerator of the fractional part, equation (11) is obtained.
式(11)からV1の振幅を求めると、式(12)となる。 If the amplitude of V1 is calculated | required from Formula (11), it will become Formula (12).
式(12)を結合容量Csについて解くと、式(13)となる。 When Expression (12) is solved for the coupling capacitance Cs, Expression (13) is obtained.
式(13)では、右辺が計算部132において全て既知の変数となるから、結合容量Csを算出することができる。
In Expression (13), since the right side is all known variables in the
さらに、別に求めた電圧V2より、計測電圧VSに関して、式(14)が成立する。 Furthermore, the equation (14) is established for the measurement voltage VS from the separately obtained voltage V2.
そこで、式(14)のCsに式(11)のCsを代入することにより、計測電圧VSを求めることができる。 Therefore, the measurement voltage VS can be obtained by substituting Cs in the equation (11) for Cs in the equation (14).
上記のように、電圧計測装置3では、計測電線11のグランド(GND1)と共通のグランドに接地することなく、計測電線11の電圧を計測することができる。
As described above, the voltage measuring device 3 can measure the voltage of the
また、電圧計測装置3では、第2基準電極22Nおよび第2計測電極22Lによって計測電線11から取得した電圧、すなわち計測電線11の電圧と周波数が同じ電圧を第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lから計測電線11に印加することにより、計測電線11の心線12と第1基準電極21Nおよび第1計測電極21Lとの間の結合容量Csを求め、計測電線11の電圧すなわち計測電圧VSを求めている。これにより、周波数の違いに起因する計測電線11の絶縁被覆13の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、計測電圧VSを、温度、湿度変化の影響を受けずに、正確に計測することができる。
Moreover, in the voltage measuring device 3, the voltage acquired from the measuring
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
本発明は、各種機器に供給されている商用電源等の交流電圧の測定機器として利用することができる。 The present invention can be used as an AC voltage measuring device such as a commercial power source supplied to various devices.
1 電圧計測装置
2 電圧計測装置
3 電圧計測装置
11 計測電線
12 心線
13 絶縁被覆
21N 基準電極、第1基準電極
21L 計測電極、第1計測電極
22N 第2基準電極
22L 第2計測電極
23 計算部(計測電圧演算手段)
41 検出ユニット
47 検出回路基板
49 ケーブル
51 演算ユニット
101N 基準電極電圧取得部
101L 計測電極電圧取得部
102 差動増幅器(差電圧取得部)
102a 差動増幅器(差電圧取得部、第1の差電圧取得部)
102b 差動増幅器(差電圧取得部、第2の差電圧取得部)
103 計測電圧演算部
111 信号処理部
112 計算部
121N 基準電極電圧取得部
121L 計測電極電圧取得部
131 信号処理部
132 計算部
CL1 結合容量
CL2 結合容量
CN1 結合容量
CN2 結合容量
Cs 結合容量
DESCRIPTION OF
41
102a Differential amplifier (differential voltage acquisition unit, first differential voltage acquisition unit)
102b Differential amplifier (differential voltage acquisition unit, second differential voltage acquisition unit)
103 Measurement
Claims (4)
前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに配置される基準電極と、
前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に配置される計測電極と、
前記電線のグランドである第1のグランドと絶縁されている第2のグランドに接地され、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得部と、
前記第2のグランドに接地され、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得部と、
前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得部と、
前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算部とを備えていることを特徴とする電圧計測装置。 In the voltage measuring device that measures the AC voltage supplied by a plurality of electric wires through the insulation coating of the electric wires,
A reference electrode disposed around the insulation coating of the electric wire serving as a reference among the plurality of electric wires;
Measurement electrodes arranged on all the wires other than the reference wire among the plurality of wires,
A reference electrode voltage acquisition unit that acquires a reference electrode voltage that is grounded to a second ground that is insulated from a first ground that is the ground of the electric wire and is induced in the reference electrode by the AC voltage;
A measurement electrode voltage acquisition unit that acquires a measurement electrode voltage that is grounded to the second ground and is induced in the measurement electrode by the AC voltage;
A differential voltage acquisition unit for acquiring a differential voltage between the reference electrode voltage and the measurement electrode voltage;
A voltage measurement apparatus comprising: a measurement voltage calculation unit that obtains the AC voltage using the differential voltage.
前記計測電極として、第1計測電極および第2計測電極を備え、
前記基準電極電圧取得部は、前記第1基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第1の量ずれて誘起される第1の基準電極電圧、および前記第2基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第2の量ずれて誘起される第2の基準電極電圧をそれぞれ取得し、
前記計測電極電圧取得部は、前記第1計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第1の量ずれて誘起される第1の計測電極電圧、および前記第2計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第2の量ずれて誘起される第2の計測電極電圧をそれぞれ取得し、
前記差電圧取得部は、前記第1基準電極からの第1の基準電極電圧と前記第1計測電極からの第1の計測電極電圧との第1の差電圧を取得する第1の差電圧取得部と、前記第2基準電極からの第2の基準電極電圧と前記第2計測電極からの第2の計測電極電圧との第2の差電圧を取得する第2の差電圧取得部とを備え、
前記計測電圧演算部は、前記第1の差電圧と前記第2の差電圧との位相差から、前記電線の心線と前記第1計測電極との間の結合容量を求め、求めた結合容量および前記第1の差電圧により前記交流電圧を求めることを特徴とする請求項1に記載の電圧計測装置。 The reference electrode includes a first reference electrode and a second reference electrode,
The measurement electrode includes a first measurement electrode and a second measurement electrode,
The reference electrode voltage acquisition unit is configured to induce a first reference electrode voltage whose phase is shifted by a first amount with respect to a phase of the AC voltage from the first reference electrode, and the AC voltage from the second reference electrode. A second reference electrode voltage that is induced with a phase shift of a second amount with respect to the phase of
The measurement electrode voltage acquisition unit is configured to induce a first measurement electrode voltage whose phase is shifted by the first amount with respect to a phase of the AC voltage from the first measurement electrode, and the AC from the second measurement electrode. Obtaining a second measurement electrode voltage that is induced with a phase shift of the second amount with respect to the phase of the voltage,
The differential voltage acquisition unit acquires a first differential voltage acquisition that acquires a first differential voltage between a first reference electrode voltage from the first reference electrode and a first measurement electrode voltage from the first measurement electrode. And a second difference voltage acquisition unit that acquires a second difference voltage between the second reference electrode voltage from the second reference electrode and the second measurement electrode voltage from the second measurement electrode. ,
The measurement voltage calculation unit obtains a coupling capacitance between the core of the wire and the first measurement electrode from a phase difference between the first difference voltage and the second difference voltage, and obtains the obtained coupling capacitance. The voltage measuring device according to claim 1, wherein the AC voltage is obtained from the first differential voltage.
前記検出ユニットとケーブルにより接続され、前記差電圧取得部および前記計測電圧演算部を含んでいる演算ユニットとを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の電圧計測装置。 A detection unit including the reference electrode, the measurement electrode, the reference electrode voltage acquisition unit, and the measurement electrode voltage acquisition unit;
The voltage measuring device according to claim 1, further comprising: an arithmetic unit that is connected to the detection unit by a cable and includes the differential voltage acquisition unit and the measurement voltage arithmetic unit.
前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに基準電極を配置し、グランドを前記電線のグランドである第1のグランドと絶縁されている第2のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得工程と、
前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に計測電極を配置し、グランドを前記第2のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得工程と、
前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得工程と、
前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算工程とを備えていることを特徴とする電圧計測方法。 In the voltage measurement method for measuring the AC voltage supplied by a plurality of electric wires through the insulation coating of the electric wires,
In a state where a reference electrode is disposed around the insulating coating of the reference electric wire among the plurality of electric wires, and the ground is a second ground insulated from the first ground which is the ground of the electric wire. A reference electrode voltage acquisition step of acquiring a reference electrode voltage induced in the reference electrode by the AC voltage;
The measurement electrode is induced in the measurement electrode by the AC voltage in a state where the measurement electrode is arranged on all the wires other than the reference wire among the plurality of wires, and the ground is the second ground. A measurement electrode voltage acquisition step of acquiring a voltage;
A differential voltage acquisition step of acquiring a differential voltage between the reference electrode voltage and the measurement electrode voltage;
A voltage measurement method comprising: a measurement voltage calculation step for obtaining the AC voltage using the differential voltage.
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