JP2021533360A

JP2021533360A - 電流センサ構成及び較正

Info

Publication number: JP2021533360A
Application number: JP2021505673A
Authority: JP
Inventors: マシアスエリック; ダニエルエヴァンスジェームズ; カイヴェンカットクリパサゲル
Original assignee: テキサスインスツルメンツインコーポレイテッド
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN112513650A; US11519993B2; US20200033435A1; EP3830588B1; EP3830588A1; JP7435983B2; US20230094412A1; WO2020028314A1; EP3830588A4

Abstract

電流センサシステム（１１）の位相及び利得較正のためのシステム及び方法。電流センサシステムは、エネルギー測定構成要素（２３）内のソフトウェアを実行するように構成されるマイクロコントローラ（２２）と、較正アプリケーション（２４）を有する較正コンピュータ（１２）とを含む。エネルギー測定構成要素（２３）は、テストソース（１０）から受け取った電流及び電圧信号をそれぞれ表す第１及び第２のデジタル信号を受け取り、有効電力及び力率を計算し、それらの値を較正コンピュータ（１２）に提供する。力率は、変換された位相角度へと変換される。エネルギー測定構成要素（２３）から受け取った情報に基づいて、較正アプリケーション（２４）は、マイクロコントローラ（２２）内の構成要素を更新するために用いられるパラメータを計算して、電流センサシステム（１１）の精度を最大化する。

Description

電力及びエネルギー測定は、ロゴスキーコイルを含む、デジタルプロセッサ及びセンサを用いて実施され得る。ロゴスキーコイルは、ロゴスキーコイルを流れる電流の変化率に比例する差動電圧を生成する。そのため、ロゴスキーコイルは、電流を測定し、その電流の値を表す電圧として測定値を出力する。ロゴスキーコイルセンサシステムは概して、例えば、ロゴスキーコイル測定値を処理するセンサシステムが正確であることを保証するために較正される。

本明細書に記載される例は、電流センサの位相較正のための方法を含む。この方法は、第１のアナログデジタルコンバータを用いて、測定電流を表す第１の信号を第１のデジタル信号に変換することと、第２のアナログデジタルコンバータを用いて、測定電圧を表す第２の信号を第２のデジタル信号に変換することとを含む。この方法は更に、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号との間の計算された位相角度を計算することと、計算された位相角度からテストソース位相角度を減じることによって位相差を計算することとを含む。また、この方法は、第１のアナログデジタルコンバータのプリロードパラメータが１ユニット変化することに基づいて第１のデジタル信号の位相がシフトし得る角度を表す部分サンプル解像度で位相差を除算することによって、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号との間の総サンプル遅延を計算することを含み、プリロードパラメータは、第１のアナログデジタルコンバータがサンプリングを開始するまでの遅延を表す。この方法は更に、更新されたプリロードパラメータを、第１のアナログデジタルコンバータのオーバーサンプリングレートを法とした（mod）総サンプル遅延として計算することを含む。

本明細書において記載される別の例が、有効電力（active power）の利得較正のための方法を含む。この方法は、測定電流を表す第１の信号を第１のデジタル信号に変換するためにマイクロコントローラを用いることと、測定電圧を表す第２の信号を第２のデジタル信号に変換するためにマイクロコントローラを用いることとを含む。この方法は更に、第１及び第２のデジタル信号を用いて、既存のスケールファクタに基づいて有効電力を計算することを含む。また、この方法は、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号との間の位相角度を計算することと、更新されたスケールファクタを計算するために位相角度及び有効電力を用いることとを含む。

有効電力及び位相較正の利得較正のための方法は、コンピュータによって開始され得、「ワンタッチ」方式で自動的に行なわれてもよい。

本明細書に記載される別の例は、電流センサを較正するためのシステムである。このシステムは、それぞれ、テストソースからの測定された電流を表す第１の信号とテストソースからの測定された電圧を表す第２の信号に対応する、第１のアナログデジタルコンバータからの第１のデジタル信号、第２のアナログデジタルコンバータからの第２のデジタル信号を受信し、第１及び第２のデジタル信号と既存のスケールファクタとに基づいて有効電力を計算し、有効電力に基づいて力率を計算するように構成されるエネルギー測定構成要素を含む。このシステムは較正コンピュータも含む。較正コンピュータは、エネルギー測定構成要素から有効電力及び力率を受け取り、力率を変換位相角度に変換するように構成される。較正コンピュータは更に、変換された位相角度及び有効電力を用いて、更新されたスケールファクタを計算し、変換された位相角度からテストソースの位相角度を減じることによって位相差を計算するように構成される。また、この較正コンピュータは、第１のアナログデジタルコンバータのプリロードパラメータが１ユニット変化することに基づいて、第１のデジタル信号の位相の角度を表す部分サンプル解像度で位相差を除算することによって、第１のアナログデジタルコンバータのための第１及び第２のデジタル信号の間の総サンプル計算するように、及び、第１のアナログデジタルコンバータのオーバーサンプリングレートを法とした総サンプル遅延として更新されたプリロード角度を計算するように構成され、ここで、プリロードパラメータは、第１のアナログデジタルコンバータがサンプリングを開始する前の遅延を表す。

本明細書に記載される較正システムの一例を図示する。

図１の例示の較正システムを用いて利得を較正するための方法の例を図示する。

図１の例示の較正システムを用いて位相を較正するための方法の例を図示する。

例えば、ロゴスキーコイルセンサシステムなどのセンサシステムの較正にはいくつかの課題がある。例えば、ロゴスキーコイルと校正すべきセンサ回路要素の特徴付け（すなわち、その出力特性の測定）には、かなりの時間と労力がかかる可能性がある。例えば、位相に関する特徴付けには、ロゴスキーコイルに電流を流すこと、及び、入力と出力との間の位相角のシフトを測定するためにオシロスコープを用いることが含まれ得る。特徴付けには、ロゴスキーコイル及び関連回路要素における危険な電流及び電圧への曝露も必要となる場合がある。

一旦特徴付けされると、入力と出力との間に固有の位相シフトがあり、小さい出力振幅をスケーリングするため、ロゴスキーコイルセンサの較正は困難である可能性がある。更に、較正は手動である場合もあり、これには時間がかかり、スケーラブルでない。例えば、位相及び／又は利得の手動較正は、小さな振幅及び入力と出力との間の位相シフトをスケーリングするために適用される場合、不正確な電力及びエネルギー測定値をもたらす可能性がある、多数の手動工程及び／又は試行誤差を含み得る。

本明細書に記載されるセンサ較正システムの例は、較正の精度を改善することによって、位相シフト及び振幅変動を低減する。また、本明細書に記載されるセンサ較正システムの例は、特徴付け中に高電圧及び電流への曝露をなくすことによって、安全を向上させる。また、本明細書に記載されるロゴスキーコイルセンサ較正システムの例は、例えば、手動の特徴付け要件の大部分をなくすことによって、及び／又は、センサの異なる態様（例えば、利得及び位相）を「ワンタッチ」方式で較正することによって、較正に必要とされる時間を低減する。すなわち、利得及び位相較正のための工程を手動で個別に実施するのではなく、較正コンピュータを用いて較正方法を開始し得、その較正方法は、利得及び位相較正の両方を実施し得、特徴付け及び較正は自動化され得る。

図１は、本明細書に記載される例示の較正システム１３のブロック図を示す。較正システム１３は、テストソース１０と、較正センサシステム１１と、較正コンピュータ１２とを含む。一般に、テストソース１０及び較正コンピュータ１２は、センサシステム１１に結合され、センサシステム１１を較正するように構成される。テストソース１０は、ニュートラル１５と負荷１４に提供されるライン１６とを含む単一位相ローディング構成を生成する。他の例において、マルチ位相構成（例えば、３位相実装）が実装され得る。

センサシステム１１は、ライン１６に結合され、ライン１６から電流を受け取るロゴスキーコイル１７を含む。ロゴスキーコイル１７は、ライン１６上の電流の（例えば、交流電流の固有変動に基づく）変化率に比例する電圧を出力する。受動回路２０は、例えば、より高い周波数のローパスフィルタリングを実施し、ロゴスキーコイルによって測定された電流を表す信号２７を出力し、受動回路２０によって出力された信号は、以後「電流信号」と呼ばれる。センサシステム１１は更に、ニュートラル１５及びライン１６に結合される分圧器１８を含む。分圧器１８は、ニュートラル１５に関してライン１６上の電圧の縮小された形態である出力電圧信号２５を生成する。一例において、分圧器１８は抵抗器除算器を含む。

センサシステム１１はまた、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１９及び２１を有するマイクロコントローラ２２と、エネルギー測定構成要素２３とを含む。ＡＤＣ１９、２１は、例えば、シグマデルタ（ΣΔ）ＡＤＣとし得る。ＡＤＣ１９は、分圧器１８から出力された電圧信号２５をサンプリングし、ＡＤＣ２１は、受動２０から出力された電流信号２７をサンプリングする。ＡＤＣ１９及び２１は、ＡＤＣがサンプリングを開始する前に遅延を構成することを可能にするプリロードパラメータを格納するレジスタ２８及び２９をそれぞれ有する。例えば、ロゴスキーコイル１７及び受動回路２０における固有の位相シフトが、テストソース１０の位相角度、及びセンサシステム１１によって測定される電流及び電圧の差異となり得る。プリロードパラメータは、ＡＤＣ１９及び２１の一方又は両方に遅延を構成して、その位相差を低減し得る。一例において、ＡＤＣ１９のプリロードは、電圧信号２５の電圧サンプリングに遅延が追加されないようにゼロに設定され、ＡＤＣ２１のためのプリロードパラメータは、電圧に関して電流信号２７の電流サンプリングを遅延するために、ゼロよりも高い整数に設定され得る。ＡＤＣ１９及び２１は、変換されたデジタル信号をエネルギー測定構成要素２３に提供する。

エネルギー測定構成要素２３はマイクロコントローラ２２のメモリに格納されており、マイクロコントローラのコアによって実施される。エネルギー測定構成要素２３は、例えば、サンプリングされたデータに対して計算を実施するように構成されたソフトウェアライブラリを含み得る。また、マイクロコントローラ２２は、エネルギー測定構成要素２３によって実施され、較正システム１３によって較正される計算において用いられる構成パラメータを格納するメモリ２６も有する。例えば、ＡＤＣ１９及び２１から出力される電圧及び電流デジタル信号はアナログデジタル変換プロセス、メモリ２６の結果として値を低下させたため、エネルギー測定構成要素２３によって用いられるスケールファクタを格納して、ＡＤＣ１９及び２１からのデジタル信号を実世界値（例えば、ワット、ボルト）にスケーリングしてもよい。メモリ２６は、例えば、フラッシュメモリとし得る。

較正コンピュータ１２は、例えば、コンピュータモニタ３０上に表示され得るグラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）を任意に含み得る較正アプリケーション２４を含む。テストソース１０のライン１６上の電圧及び電流のパラメータ（例えば、電流、電圧、及び位相）は、例えば、較正アプリケーション２４のＧＵＩへの手動入力によって、又はテストソース１０からデジタル通信プロトコルを介して較正コンピュータ１２にパラメータ値を送ることによって、較正コンピュータ１２上の較正アプリケーション２４に提供される。後続の図においてより詳細に記載されるように、較正アプリケーション２４は、概して、テストソース１０を測定するときにセンサシステム１１によって計算されたパラメータを、テストソース１０によって提供される実際のパラメータと比較し、センサシステム１１についての新たな構成パラメータ（例えば、スケールファクタ、プリロード）を生成し、それらをマイクロコントローラ２２に提供して、センサシステム１１の精度を最大化するためにＡＤＣ２１及び／又はエネルギー測定構成要素２３の構成を更新する。

上述したように、電流センサを較正することは、例えば、利得及び位相較正を含み得る。図２は、センサシステム１１の位相当たりの有効電力の利得較正のための例示の方法を示しており、これは、ＡＤＣ１９及び２１から受け取ったデジタル電圧及び電流信号に基づいて、エネルギー測定構成要素２３が有効電力をより正確に計算することを可能にするための新しい有効電力スケールファクタを計算することを含む。テストソースが負荷１４に単一位相電力を提供する例において、位相あたりの有効電力の利得較正は、その単一位相に対するものとなり得る。図３は、センサシステム１１の位相較正のための例示的方法を示し、これは、位相にインパクトを与える新しいプリロードパラメータ及び他のパラメータ（後述）の計算を含む。「ワンタッチ」の例において、図２の方法と図３の方法とが順次行われ、いずれかの方法が先に行われる。

図２を参照すると、工程２０１において、ＡＤＣ１９及び２１は、それぞれ、電圧信号２５及び電流信号２７をサンプリングし、それによって、電圧を表すデジタル信号（以下、「デジタル電圧信号」）及び電流を表すデジタル信号（以下、「デジタル電流信号」）を生成する。デジタル電圧信号は電圧サンプルのセットを含み、デジタル電流信号は電流サンプルのセットを含む。工程２０２において、マイクロコントローラは、エネルギー測定構成要素２３のソフトウェアを実行して、例えば、下記数式を用いて位相当たりの有効電力（Ｐ_{ＡＣＴ，ｐｈ}）を計算する。

ここで、Ｋ_{ＡＣＴ，ｐｈ}はメモリ２６に格納された位相当たりの有効電力スケールファクタを含み、Sample CountはＡＤＣ１９及び２１によって取られたサンプルの数を含み、ｖ（ｎ）及びｉ（ｎ）は、それぞれ、サンプルｎで測定された電圧及び電流を含む。サンプルの数は、例えば、測定値がどれくらいの頻度で取られるかに依存し得る。この例において、ＡＤＣ（例えば、ＡＤＣ１９、ＡＤＣ２１）は、新しい測定が開始されると、測定のためのサンプリングを終了し、それによって、Sample Countのための値を生成する。有効電力（Ｐ_{ＡＣＴ,ｐｈ}）は回路の抵抗性部分（例えば、負荷１４）によって消費される電力である。

工程２０３で、マイクロコントローラは、エネルギー測定構成要素２３のソフトウェアを実行して、テストソース１０によって生成される位相当たりの力率を計算する。力率は、回路に印加される見掛け電力に対する有効電力（Ｐ_{ＡＣＴ，ｐｔ}）の比である（見掛け電力は、有効電力及び無効電力（reactive power）を含む）。次いで、工程２０４で、位相当たりの有効電力及び位相当たりの力率の計算値が、マイクロコントローラ２２によって、較正コンピュータ１２に提供される。工程２０５において、較正アプリケーション２４は、例えば、力率の逆コサインを計算し、無効電力の符号に基づいて角度の符号を決定することによって、位相当たりのデジタル電圧と電流信号との間の位相角度（Θ_{ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ,ｐｈ}）に力率を変換する。工程２０６において、較正コンピュータ１２上の較正アプリケーション２４は、例えば、下記数式を用いて、位相当たりの理想有効電力スケールファクタＫ’_{ＡＣＴ,ｐｈ}を計算する。

ここで、Ｋ_{ＡＣＴ,ｐｈ}は位相あたりの既存の有効電力スケールファクタ、Ｖ_{ｉｄｅａｌ}とＩ_{ｉｄｅａｌ}は、それぞれ、テストソース１０の電圧及び電流値、Θ_{ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ,ｐｈ}は工程２０５での変換から生じる位相あたりの電圧と電流との位相角度、Ｐ_{ＡＣＴ，ｐｈ}は、工程２０２で計算された位相あたりの有効電力である。ここで、「理想」とは、既存のスケールファクタ（Ｋ_{ＡＣＴ,ｐｈ}）よりも、エネルギー測定構成要素２３による一層正確な計算をもたらし得るスケールファクタをいう。

工程２０７において、較正アプリケーション２４は、理想スケールファクタ（Ｋ’_{ＡＣＴ,ｐｈ}）をマイクロコントローラ２２に提供し、マイクロコントローラ２２は、理想スケールファクタ（Ｋ’_{ＡＣＴ,ｐｈ}）でエネルギー測定構成要素２３を更新し、それによって有効電力の利得較正を増大させる。理想スケールファクタは、任意の既知の方式でマイクロ制御装置２２に提供され、既存のスケールファクタ（Ｋ_{ＡＣＴ,ｐｈ}）を置き換えるためにメモリ２６に格納される。例えば、較正アプリケーション２４は、マイクロコントローラ２２内のメモリ２６に提供されるコードを生成し得、あるいは、較正アプリケーション２４は、理想スケールファクタをエネルギー測定構成要素２３に提供し得、エネルギー管理構成要素２３は、マイクロコントローラ２２上で走るソフトウェアを更新するために理想スケールファクタを用いる。

図３は、センサシステム１１の位相較正のための例示の方法を示す。工程３０１において、ＡＤＣ１９及び２１は、それぞれ、電圧信号２５及び電流信号２７をサンプリングする。工程３０２において、マイクロコントローラは、
エネルギー測定構成要素２３のソフトウェアを実行して、例えば、下記数式を用いて、位相当たりの有効電力（Ｐ_{ＡＣＴ,ｐｈ}）を計算する。

ここで、Ｐ_{ＡＣＴ,ｐｈ}は位相当たりの既存の有効電力スケールファクタであり、Sample CountはＡＤＣ１９及び２１によって取られたサンプルの数であり、ｖ（ｎ）及びｉ（ｎ）は、それぞれ、サンプルｎで測定された電圧及び電流である。

工程３０３において、マイクロコントローラは、エネルギー測定構成要素２３のソフトウェアを実行して、テストソース１０によって生成される位相当たりの力率を計算する。次いで、工程３０４において、位相当たりの有効電力及び位相当たりの力率の計算値が較正コンピュータ１２に提供される。工程３０５において、較正アプリケーション２４は、力率を、位相当たりのデジタル電圧電流信号とデジタル電流信号との間の位相角度（Θ_{ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ,ｐｈ}）に変換する。

図２の利得較正がすでに実施されており、そのため、力率がすでに計算及び変換されている場合（例えば、「ワンタッチ」の例において）、工程３０１〜３０５は再度実施する必要はなく、その代わりに、利得較正の工程２０１〜２０５からの値が、図３の以下の工程において用いられてもよい。あるいは、図３の位相較正がまず、例えば「ワンタッチ」方法の一部として実施される場合、工程２０１〜２０５をスキップし得、位相較正の工程３０１〜３０５からの値を図２の工程２０６及び２０７で用いることができる。

工程３０６において、較正コンピュータ１２上の較正アプリケーション２４は、電流信号の１期間におけるＡＤＣ２１サンプル間の角度である全体サンプル解像度（ＷＳＲ（whole sample resolution））を計算する。全体サンプル解像度は、例えば、下記数式を用いて計算し得る。
ＷＳＲ＝（Ｆ_{ｓｉｇｎａｌ}／Ｆ_{ｓａｍｐｌｉｎｇ}）×３６０°
ここで、Ｆ_{ｓｉｇｎａｌ}は、テストソース１０からの信号（例えば、５０又は６０Ｈｚの交流主電源）の周波数であり、Ｆ_{ｓａｍｐｌｉｎｇ}は、ＡＤＣ１９及び２１のサンプリング周波数（例えば、４ｋＨｚ又は８ｋＨｚ）であり、その結果を３６０°を乗算することによって度に変換する。この値は、３６０°ではなく２πを乗算することを強い得る他の測定ユニット、例えばラジアンとしてもよい。

工程３０７において、較正コンピュータ１２上の較正アプリケーション２４は、例えば下記数式を用いて、部分サンプル解像度（ＦＳＲ（fractional sample resolution））を計算する。
ＦＳＲ＝ＷＳＲ／ＯＳＲ
ここで、ＷＳＲは、工程３０６で計算された全体サンプル解像度であり、ＯＳＲは、ＡＤＣ２１のオーバーサンプリングレートである。一例において、オーバーサンプリングレートが２の累乗である数（例えば、６４、１２８、２５６など）を含む。ＡＤＣ１９のオーバーサンプリングレートは、ＡＤＣ２１のオーバーサンプリングレートと同じであっても異なっていてもよい。部分サンプル解像度は、ＡＤＣ２１のプリロードパラメータを１ユニット変更することに基づいて、電流信号の位相がシフトする角度を表す。全体サンプル解像度が度ではなくラジアンで計算される場合、部分サンプル解像度はラジアンの数を表し、電流信号の位相は、ＡＤＣ２１のプリロードパラメータが１ユニット変化することに基づいてシフトする。ＡＤＣのプリロードパラメータは、対応する入力信号をＡＤＣがサンプリングするまでの部分遅延である。

工程３０８において、較正コンピュータ１２上の較正アプリケーション２４は、例えば下記数式を用いて、電圧サンプルと電流サンプルとの間のプリロードのユニットでの全体遅延及び部分遅延を含む総サンプル遅延（ＴＳＤ）を計算する。

ここで、Θ_{ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ,ｐｈ}は、工程３０５における変換から得られた位相当たりの位相角度であり、Θ_{test source}はテストソース１０内に構成された（テストソース１０によってエネルギー測定構成要素２３に提供された）位相角度であり、ＦＳＲは、工程３０７で計算された部分サンプル解像度である。

次いで、工程３０９において、較正アプリケーション２４は、ＡＤＣ２１を更新するためのプリロードパラメータを計算する。プリロードパラメータは、ＴＳＤ及びＯＳＲとして計算され得、０からＯＳＲユニットまでの範囲内である。プリロードパラメータの値を用いると、ＡＤＣ２１は、１全体サンプルを含むのではなく、１全体サンプルまでサンプリングを遅延させることのみが可能となり得る。そのため、更新されたプリロードパラメータを用いてＡＤＣ２１を再構成することは、１全体サンプル又はそれ以上の遅延が必要とされる全位相差を完全に較正することはできない可能性がある。この場合、一つ又はそれ以上の全体サンプル遅延を補償し、それらの全体サンプル遅延によって電圧及び電流ＡＤＣサンプルを整合させるためにエネルギー測定構成要素２３を用いることができる。工程３１０において、較正アプリケーション２４は、例えば下記数式を用いて、全体サンプル遅延の数を計算する。

ここで、ＴＳＤは工程３０８で計算された総サンプル遅延であり、ＯＳＲはＡＤＣ２１のオーバーサンプリングレートである。

工程３１１において、較正コンピュータ１２は、プリロードパラメータ及び／又は全体サンプル遅延をマイクロコントローラ２２に提供し、マイクロコントローラ２２は、プリロードパラメータを用いてＡＤＣ２１及び／又は全体サンプル遅延を再構成して、電圧及び電流サンプルの位相を整合させ（例えば、位相差を０に近づけ）、電力測定精度を改善するように、エネルギー測定構成要素２３を再構成する。

本明細書に記載される較正コンピュータ１２及び較正アプリケーション２４の例は、異なる構成を有するセンサシステムの較正を可能にする。また、本明細書に記載される較正コンピュータ１２及び較正アプリケーション２４の例は、ＴＩのＭＳＰ４３０（例えば、モデルＦ６７ｘｘＡ又はｉ２０ｘｘ）を含む集積ＡＤＣ（例えば、ΣΔ ＡＤＣ）及び／又はスタンドアロンＡＤＣ（例えば、ΣΔ ＡＤＣ）を有するホストマイクロコントローラを有する異なるマイクロコントローラとともに用いるように構成され得る。較正コンピュータ１２は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又はホストマイクロコントローラとし得る。

本明細書に記載される例示の較正システム及び方法は、ロゴスキーコイルの形状又はサイズに依存せず、異なる形状及びサイズのロゴスキーコイルと共に用いられ得る。また、本明細書に記載の例示の較正システム及び方法は、ロゴスキーコイルの代わりにシャント又は変流器と共に用いることもできる。

較正アプリケーション２４は（例えば、グラフィックユーザーインタフェースを介して）センサシステムのための構成情報を入力するために用いられ得る。例えば、較正アプリケーション２４を用いて、センサのタイプ（例えば、ロゴスキーコイル）を選択し、利得、プリロード、サンプリング周波数、ＯＳＲ又はシステムクロックを設定することによってＡＤＣ１９及び／又は２１を構成し、又は位相又は機能パラメータの数（例えば、電圧、電流、電力、エネルギー、周波数、力率）を設定することによってエネルギー測定構成要素２３を構成してもよい。較正アプリケーション２４は、マイクロコントローラ２２がプログラムされる前に構成を検証し得る。エネルギー測定構成要素２３によって実施されるものとして上述された工程のうちの任意の一つ又はそれ以上は、エネルギー測定構成要素２３内のソフトウェアライブラリを実行するマイクロコントローラ２２によって実施され得る。

本明細書に記載される実施例において、エネルギー測定構成要素２３上に実装される論理が代わりに、較正アプリケーション２４上に実装されてもよく、またその逆もまた同様である。例えば、力率は、較正アプリケーション２４ではなくエネルギー測定構成要素２３内の位相角度に変換され得る。

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

Claims

電流センサの位相較正のための方法であって、
テストソースからの測定電流を表す第１の信号を、第１のアナログデジタルコンバータを用いて第１のデジタル信号に変換すること、
前記テストソースからの測定電圧を表す第２の信号を、第２のアナログデジタルコンバータを用いて第２のデジタル信号に変換すること、
前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との間の計算された位相角度を計算すること、
前記計算された位相角度からテストソース位相角度を減じることにより位相差を計算すること、
前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との間の全体サンプル遅延を、前記第１のアナログデジタルコンバータのプリロードパラメータが１ユニット変化することに基づいて前記第１のデジタル信号の位相がシフトする角度を表す部分サンプル解像度で位相差を除算して計算することであって、前記プリロードパラメータが、前記第１のアナログデジタルコンバータがサンプリングを開始するまでの遅延を表すこと、及び
更新された前記プリロードパラメータを、前記第１のアナログデジタルコンバータのオーバーサンプリングレートを法（mod）とした総サンプル遅延として計算すること、
を含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、全体サンプル解像度を前記オーバーサンプリングレートで除算することによって前記部分サンプル解像度を計算することを更に含み、前記全体サンプル解像度が、前記テストソースの周波数を前記第１のアナログデジタルコンバータのサンプリング周波数で除算し、度数に変換することによって計算される、方法。
請求項２に記載の方法であって、
下記数式を用いて或る数の全体サンプル遅延を計算することであって、

ここで、ＴＳＤが全体サンプル遅延であり、ＯＳＲが第１のアナログデジタルコンバータのオーバーサンプリングレートである、前記全体サンプル遅延を計算すること、及び
計算された位相角度を計算するように構成されたエネルギー測定構成要素を前記数の全体サンプル遅延で構成すること、
を更に含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、更新されたプリロードパラメータで前記第１のアナログデジタルコンバータを構成することを更に含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１のアナログデジタルコンバータが第１のΣΔアナログデジタルコンバータを含み、前記第２のアナログデジタルコンバータが第２のΣΔアナログデジタルコンバータを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号との間の前記計算された位相角度を計算することが、
有効電力を計算するために前記第１及び第２のデジタル信号を用いること、
前記有効電力から力率を算出すること、
前記力率を前記計算された位相角度に変換すること、
を含む、方法。
有効電力の利得較正のための方法であって、前記方法が、
測定された電流を表す第１の信号を前記第１のデジタル信号に変換するためにマイクロコントローラを用いること、
測定された電圧を表す第２の信号を第２のデジタル信号に変換するために、前記マイクロコントローラを用いること、
既存のスケールファクタに基づいて有効電力を計算するために、前記第１及び第２のデジタル信号を用いること、
前記第１及び第２のデジタル信号間の位相角度を計算すること、及び
更新されたスケールファクタを計算するために、前記位相角度及び有効電力を用いること、
を含む、方法。
請求項７に記載の方法であって、前記更新されたスケールファクタを用いて前記マイクロコントローラを構成することを更に含む、方法。
請求項８に記載の方法であって、
更新されたスケールファクタに基づいてコードを生成すること、及び
前記生成されたコードを前記マイクロコントローラ内のメモリに提供すること、
を更に含む、方法。
請求項７に記載の方法であって、前記有効電力が、下記数式を用いて計算され、

ここで、Ｋ_{ＡＣＴ,ｐｈ}が既存のスケールファクタであり、Sample Countが前記第１及び第２のデジタル信号を生成するときに前記第１及び第２の信号の取られたサンプル数であり、ｖ（ｎ）及びｉ（ｎ）が、それぞれ、サンプルｎで測定された電圧及び電流である、
方法。
請求項７に記載の方法であって、前記更新されたスケールファクタが、下記数式を用いて計算され、

ここで、Ｋ_{ＡＣＴ,ｐｈ}が既存の有効電力スケールファクタであり、Ｖ_{ｉｄｅａｌ}及びＩ_{ｉｄｅａｌ}が、それぞれ、前記第２及び第１のデジタル信号が基づくテストソース信号の電圧及び電流値であり、θ_{ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ,ｐｈ}が前記第１及び第２のデジタル信号の間の位相角度であり、Ｐ_{ＡＣＴ,ｐｈ}が有効電力である、
方法。
請求項７に記載の方法であって、前記第１及び第２のデジタル信号の間の位相角度の計算が、
力率を計算することと、
前記力率を前記位相角度に変換することと、
を含む、方法。
電流センサを較正するためのシステムであって、前記システムが、
テストソースからの測定された電流を表す第１の信号とテストソースからの測定された電圧を表す第２の信号にそれぞれ対応する、第１のアナログデジタルコンバータからの第１のデジタル信号と、第２のアナログデジタルコンバータからの第２のデジタル信号とを受信し、前記第１及び第２のデジタル信号と既存のスケールファクタとに基づいて有効電力を計算し、前記有効電力に基づいて力率を計算するように構成されるエネルギー測定構成要素、及び
較正コンピュータ、
を含み、
前記較正コンピュータが、
前記エネルギー測定構成要素から前記有効電力及び力率を受け取り、
前記力率を変換位相角度に変換し、
前記変換された位相角度及び前記有効電力を用いて、更新されたスケールファクタを計算し、
前記変換された位相角度から前記テストソースの位相角度を減じることによって位相差を計算し、
前記第１のアナログデジタルコンバータのプリロードパラメータが１ユニット変化することに基づいて、前記第１のデジタル信号の位相の角度を表す部分サンプル解像度で前記位相差を除算することによって、前記第１のアナログデジタルコンバータのための前記第１及び第２のデジタル信号の間の全体サンプル計算し、
前記第１のアナログデジタルコンバータのオーバーサンプリングレートを、法とした前記全体サンプル遅延として、更新されたプリロード角度を計算するように構成され、
前記プリロードパラメータが、前記第１のアナログデジタルコンバータがサンプリングを開始する前の遅延を表す、
システム。
請求項１３に記載のシステムであって、前記較正コンピュータが、全体サンプル解像度を前記オーバーサンプリングレートで除算することによって前記部分サンプル解像度を計算し、前記テストソースの周波数を前記第１のアナログデジタルコンバータのサンプリング周波数で除算し、度数に変換することによって前記全体サンプル解像度を計算することを更に含む、システム。
請求項１３に記載のシステムであって、前記較正コンピュータが更に、下記数式を用いて全体サンプル遅延の数を計算するように更に構成され、

ここで、ＴＳＤが総サンプル遅延であり、ＯＳＲが前記第１のアナログデジタルコンバータのオーバーサンプリングレートである、
システム。
請求項１５に記載のシステムであって、前記較正コンピュータが更に、前記更新されたプリロードパラメータ及び前記全体サンプル遅延をセンサシステムに提供して、前記第１のアナログデジタルコンバータを前記更新されたプリロードパラメータで再構成し、前記エネルギー測定構成要素を前記全体サンプル遅延で再構成するように構成される、システム。
請求項１３に記載のシステムであって、前記第１のアナログデジタルコンバータが第１のΣΔアナログデジタルコンバータを含み、前記第２のアナログデジタルコンバータが第２のΣΔアナログデジタルコンバータを含む、システム。
請求項１３に記載のシステムであって、前記較正コンピュータが更に、前記エネルギー測定構成要素を再構成するために、前記更新されたスケールファクタを前記エネルギー測定構成要素に提供するように構成される、システム。
請求項１３に記載のシステムであって、前記エネルギー測定構成要素が、下記数式を用いて前記有効電力を計算するように構成され、

ここで、Ｋ_{ＡＣＴ,ｐｈ}が既存の有効電力スケールファクタであり、Sample Countが前記第１及び第２のデジタル信号を生成するときに前記電圧及び電流の信号から取られたサンプルの数であり、ｖ（ｎ）及びｉ（ｎ）が、それぞれ、サンプルｎで測定された電圧及び電流である、システム。
請求項１３に記載のシステムであって、前記較正コンピュータが、下記数式を用いて前記更新されたスケールファクタを計算するように更に構成され、

ここで、Ｖ_{ｉｄｅａｌ}及びＩ_{ｉｄｅａｌ}が、それぞれ、前記第２及び第１のデジタル信号が、それぞれに基づくテストソース信号の電圧及び電流値であり、θ_{ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ,ｐｈ}が前記第１及び前記第２のデジタル信号間の前記計算された位相角度であり、Ｐ_{ＡＣＴ，ｐｈ}が前記有効電力である、システム。