JP2893763B2 - Power transducer - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、測定対象の電力を測定するための電力トラ
ンスデューサに係り、特に構成を簡単にしながら温度の
影響などの特性を改良した電力トランスデューサに関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power transducer for measuring power to be measured, and more particularly to a power transducer having a simplified configuration and improved characteristics such as the influence of temperature. .
＜従来の技術＞ 第４図はパルス幅変調の乗算器を用いた従来の電力ト
ランスデューサの構成を示すブロック図である。<Prior Art> FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional power transducer using a pulse width modulation multiplier.
測定対象からの交流電圧Viは電圧変成器PTを介してパ
ルス幅変調器PWMに出力される。一方、このパルス幅変
調器PWMには発振器OSCから所定のパルス幅を持つキャリ
ア周波数Fcが供給されている。AC voltage V i from the measurement target is outputted through the voltage transformer PT to the pulse width modulator PWM. On the other hand, a carrier frequency Fc having a predetermined pulse width is supplied from the oscillator OSC to the pulse width modulator PWM.
このキャリア周波数Fcのパルス幅は交流電圧Viにより
変調されこの交流電圧Viに対応したデュテイを持つ制御
信号CSとこれを反転した反転制御信号＜CS＞がパルス幅
変調器PWMの出力Ｑ、＜Ｑ＞に出力される。Control signal CS and the inverted control signal obtained by inverting this <CS> pulse width modulator PWM the output Q of the pulse width of the carrier frequency Fc has a Deyutei corresponding to the AC voltage V i is modulated by the AC voltage V i, Output to <Q>.
測定対象からの交流電流Iiは電流変成器CTを介して入
力され、その出力巻線に接続された抵抗RLに電圧信号VL
として出力される。この電圧信号VLは抵抗R1、半導体の
スイッチSW1を介して加算・積分回路Q1の反転入力端
（−）に出力される。そして、この抵抗R1とスイッチSW
1との接続点は半導体の接地用のスイッチSW2を介して共
通電位点COMに接続されている。AC current I i from the measurement target is input through the current transformer CT, the voltage signal V L to the resistor R L connected to the output winding
Is output as This voltage signal V L is the resistance R 1, the inverting input of the summing and integration circuit Q 1 via the switch SW 1 of the semiconductor - is output to the (). Then, the resistor R 1 and the switch SW
1 and the connection point is connected to the common potential point COM through a switch SW 2 for semiconductor ground.
さらに、電圧信号VLは反転増幅器Q2、抵抗R2、および
スイッチSW3を介して加算・積分回路Q1の反転入力端
（−）に出力される。そして、この抵抗R2と半導体のス
イッチSW3との接続点は半導体の接地用のスイッチSW4を
介して共通電位点COMに接続されている。Further, the voltage signal V L is an inverting amplifier Q 2, resistors R 2, and the inverting input terminal via the switch SW 3 adder-integrator circuit Q 1 - is outputted to (). The connection point between the resistor R 2 and the semiconductor switch SW 3 is connected to the common potential point COM through a switch SW 4 for semiconductors ground.
スイッチSW1とSW4とは制御信号CSにより開閉され、ス
イッチSW2とSW3とは制御信号＜CS＞により開閉され、加
算・積分回路Q1の出力端には測定対象の電力に比例した
直流信号Vo1が出力される。Switches SW 1 and SW 4 are opened and closed by a control signal CS, and switches SW 2 and SW 3 are opened and closed by a control signal <CS>, and the output terminal of the addition / integration circuit Q 1 is proportional to the power to be measured. DC signal Vo1 is output.
以上の構成において、スイッチSW1の制御信号CSによ
るオン時間t1と、スイッチSW3の反転制御信号＜CS＞に
よるオン時間t2とはいずれも交流電圧Viに比例してい
る。In the above configuration, the ON time t 1 by the control signal CS of the switch SW 1, both the inversion control signal <CS> by on-time t 2 of the switch SW 3 is proportional to the AC voltage V i.
また、スイッチSW1には交流電流Iiの大きさに比例し
た電圧信号VLが印加され、スイッチSW3にはこの電圧信
号VLを反転した電流が流れるので、これ等を加算・積分
回路Q1で加算した電流は、結局、交流電圧Viと交流電流
Iiの積に比例した値となる。加算・積分回路Q1はこの積
に対応する出力電圧Vo1を出力する。Further, the switch SW 1 is applied AC current I i magnitude voltage signal V L which is proportional to Is is, since the switch SW 3 current flows obtained by inverting the voltage signal V L, summing and integration of these circuits a current obtained by adding in Q 1 is, after all, the AC voltage V i and the AC current
It is a value proportional to the product of I i . Summing and integration circuit Q 1 is to output the output voltage V o1 for this product.
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、以上のような電力トランスデューサは
スイッチSW1、SW3などが半導体のスイッチとして構成さ
れているので、これ等のスイッチのオン抵抗の温度係数
を無視することができず、加算・積分回路Q1に入力され
る電流がオン抵抗の温度変化に対応して変化する。ま
た、これらのスイッチ（SW1,SW3）のスイッチングにお
けるトランジェント（スイッチング時にスイッチ自体か
ら発生する微小電圧）により加算・積分回路Q1に電流が
流れ込みリニアリテイの悪化を招くという課題がある。<Problems to be Solved by the Invention> However, in the above-described power transducer, since the switches SW 1 and SW 3 are configured as semiconductor switches, it is necessary to ignore the temperature coefficient of the on-resistance of these switches. can not, the current input to the summing and integration circuit Q 1 is changed in response to a temperature change of the on-resistance. Further, there is a problem that a transient (a very small voltage generated from the switch itself at the time of switching) in switching of these switches (SW 1 , SW 3 ) causes a current to flow into the addition / integration circuit Q 1 to cause deterioration of linearity.
また、この電力トランスデューサを、例えば３相３線
や３相４線の多相用の電力トランスデューサとして構成
した場合には、多数の反転増幅器を必要とし高価なもの
となる欠点がある。Further, when this power transducer is configured as a multi-phase power transducer of, for example, three-phase three-wire or three-phase four-wire, there is a disadvantage that a large number of inverting amplifiers are required and the cost becomes high.
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、このような課題を解決するために、測定対
象の交流電圧をパルス幅変調して制御信号とこの反転制
御信号を出力するパルス幅変調手段と、測定対象の交流
電流をこの交流電流に対応する定電流に変換する定電流
変換手段と、制御信号でスイッチングされ定電流を第１
スイッチング電流として出力する第１スイッチ手段と、
反転制御信号でスイッチングされた定電流を極性反転し
て第２スイッチング電流として出力する反転増幅手段
と、これ等の第１・第２スイッチング電流を加算積分し
て測定対象の電力に対応する直流信号を出力する加算・
積分手段とを具備するようにしたものである。<Means for Solving the Problems> In order to solve such problems, the present invention provides pulse width modulation means for pulse width modulating an AC voltage to be measured and outputting a control signal and an inverted control signal thereof, Constant current conversion means for converting the AC current to be measured into a constant current corresponding to the AC current;
First switch means for outputting as a switching current;
Inverting amplifying means for inverting the polarity of a constant current switched by the inversion control signal and outputting the inverted current as a second switching current, and adding and integrating these first and second switching currents and a DC signal corresponding to the power to be measured Addition to output
An integrating means is provided.
＜作 用＞ パルス幅変調手段により測定対象の交流電圧をパルス
幅変調して制御信号とこの反転制御信号を出力し、定電
流交換手段により測定対象の交流電流をこの交流電流に
対応する定電流に変換し、さらに第１スイッチ手段によ
り制御信号でスイッチングされた定電流を第１スイッチ
ング電流として加算・積分手段に出力し、また反転増幅
手段により反転制御信号でスイッチングされた定電流を
極性反転して第２スイッチング電流として第１スイッチ
ング電流と共に加算・積分手段に出力し、この加算・積
分手段の出力端に測定対象の電力に対応する直流信号を
得る。<Operation> The control signal and its inverted control signal are output by pulse width modulation of the AC voltage of the object to be measured by the pulse width modulating means, and the AC current of the object to be measured is converted to the constant current corresponding to the AC current by the constant current exchanging means. And outputs the constant current switched by the control signal by the first switch means to the addition / integration means as the first switching current, and inverts the polarity of the constant current switched by the inversion control signal by the inversion amplification means. And outputs it as a second switching current together with the first switching current to the addition / integration means, and a DC signal corresponding to the power to be measured is obtained at the output terminal of the addition / integration means.
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.
なお、第４図に示す電力トランスデューサと同一の機
能を有する部分については同一の符号を付して適宜にそ
の説明を省略する。Parts having the same functions as those of the power transducer shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
測定対象からの交流電流Iiは電流変成器CTを介して入
力され、その出力巻線に接続された抵抗RLに電圧信号VL
とし出力される。この電圧信号VLは電圧／電流変換回路
V/Iにより電圧信号VLに対応する交流の定電流信号ｉに
変換される。AC current I i from the measurement target is input through the current transformer CT, the voltage signal V L to the resistor R L connected to the output winding
Is output. This voltage signal VL is a voltage / current conversion circuit
V / I converts the signal into an AC constant current signal i corresponding to the voltage signal VL .
なお、ここでは、電流変成器CTと抵抗RLと電圧／電流
変換回路V/Iからなる部分を、交流電流Iiをこの交流電
流に対応する定電流に変換する定電流変換手段と呼ぶ。Here, it referred to as a constant-current converting means for converting a portion consisting of a current transformer CT resistance R L and the voltage / current converting circuit V / I, an alternating current I i to a constant current corresponding to the alternating current.
この電流信号ｉはスイッチSW1を介して加算・積分回
路Q1の反転入力端（−）に出力されると共にスイッチSW
3を介して反転増幅器Q3の反転入力端（−）に出力され
る。この反転増幅器Q3はその非反転入力端（＋）が共通
電位点COMに接続され、その反転入力端（−）は抵抗R3
を介して出力端に接続されている。そして、この出力端
は抵抗R4を介して加算・積分回路Q1の反転入力端（−）
に接続されている。Switch SW is output to - the current signal i is the inverting input of the summing and integration circuit Q 1 via the switch SW 1 ()
3 through an inverting input terminal of the inverting amplifier Q 3 (-) is output to. The inverting amplifier Q 3 are the non-inverting input terminal (+) is connected to the common potential point COM, the inverting input terminal (-) of the resistor R 3
Connected to the output terminal. The inverting input of the summing and integration circuit Q 1 is the output terminal via the resistor R 4 (-)
It is connected to the.
スイッチSW1は制御信号CSにより開閉され、スイッチS
W3は反転制御信号＜CS＞により開閉され、それぞれ電流
信号ｉが電流i1、i2とされ、これ等は帰還回路に抵抗R5
とコンデンサＣとの並列回路が接続された加算・積分回
路Q1で加算・積分されてその出力端に出力電圧Vo2とし
て出力される。The switch SW 1 is opened and closed by the control signal CS, and the switch S
W 3 being opened and closed by an inverted control signal <CS>, it is a current signal i, respectively the current i 1, i 2, resistor R 5 which like the feedback circuit
To be outputted to the output terminal are summed, integrated by summing and integration circuit Q 1 which parallel circuit is connected between the capacitor C as the output voltage V o2.
次に以上のように構成された実施例の動作について第
２図に示す波形図を用いて説明する。Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG.
第２図（イ）はパルス幅変換器PWMの出力端Ｑから出
力される制御信号CSの波形であり、第２図（ロ）はその
反転出力端＜Ｑ＞から出力される反転制御信号＜CS＞の
波形である。いずれも、制御信号CSのオン期間t1、オフ
期間t2は反転制御信号＜CS＞のオフ期間、オン期間に一
致している。FIG. 2 (a) shows the waveform of the control signal CS output from the output terminal Q of the pulse width converter PWM, and FIG. 2 (b) shows the inversion control signal <output from the inverted output terminal <Q>. CS> waveform. In each case, the ON period t 1 and the OFF period t 2 of the control signal CS coincide with the OFF period and the ON period of the inverted control signal <CS>.
そして、これ等のオン期間t1、オフ期間t2は、交流電
圧Viにより変調され、Ａ、Ｂを定数とすれば次式の関係
が成立する。And this like the on period t 1, the off period t 2 is modulated by the AC voltage V i, A, the following relationship is satisfied if the B constant.
t1/（t1/t2） ＝Ａ［１＋（Vi/B）］ …（１） t2/（t1＋t2） ＝Ａ［１−（Vi/B）］ …（２） また、スイッチSW1、SW3でスイッチングされた電流
i1、i2は、それぞれ i1＝Ct1Ii/（t1＋t2） …（３） i2＝−Ct2Ii（R3/R4） ／（t1＋t2） …（４） の関係がある。但し、Ｃは定数である。 t 1 / (t 1 / t 2) = A [1+ (V i / B)] ... (1) t 2 / (t 1 + t 2) = A [1- (V i / B)] ... (2) Also, the currents switched by switches SW 1 and SW 3
i 1 and i 2 are i 1 = Ct 1 I i / (t 1 + t 2 )... (3) i 2 = −Ct 2 I i (R 3 / R 4 ) / (t 1 + t 2 ). 4) There is the following relationship. Here, C is a constant.
ここでR3/R4＝１に選定して、加算・積分回路Q1で積
分した出力電圧Vo2は次のようになる。Here, R 3 / R 4 = 1 is selected, and the output voltage Vo 2 integrated by the addition / integration circuit Q 1 is as follows.
Vo2＝（i1＋i2）R5 ＝CIiR3（t1−t2） /（t1＋t2） ＝2ACViIi/B ∝ViIi …（５） このようにして、加算・積分回路Q1の出力端には測定
対象の電圧と電流を乗算した電圧信号、つまり測定対象
で消費する電力が得られる。V o2 = (i 1 + i 2 ) R 5 = CI i R 3 (t 1 −t 2 ) / (t 1 + t 2 ) = 2ACV i I i / B ∝V i I i … (5) , voltage and current voltage signal obtained by multiplying the measured object to the output terminal of the adder-integrator circuit Q 1, that is, power consumed by the measurement object is obtained.
第３図は多相交流の電力を測定する場合の本発明の実
施例の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the present invention when measuring the power of polyphase alternating current.
３相４線の多相交流を測定する場合には３電力計法を
採用することとなるが、この実施例はこの場合の構成を
示したものである。In the case of measuring a three-phase four-wire polyphase alternating current, a three-wattmeter method will be adopted. This embodiment shows a configuration in this case.
V1〜V3はそれぞれ交流電圧Viに対応する測定対象から
の交流電圧である。発振器OSC1〜OSC3はそれぞれ発振器
OSCに、パルス幅変調器PWM1〜PWM3はそれぞれパルス幅
変調器PWMに、電圧変成器PT1〜PT3はそれぞれ電圧変成
器PTに対応する構成を有している。このため、制御信号
CS1〜CS3、反転制御信号＜CS1＞〜＜CS3＞はそれぞれ制
御信号CS、＜CS＞と同様な波形を有しているがそのパル
ス幅はそれぞれ交流電圧V1〜V3に対応した幅となってい
る。V 1 ~V 3 is an AC voltage from the measurement object corresponding to the AC voltage V i, respectively. Each oscillator OSC 1 ~OSC 3 oscillator
The OSC, each pulse width modulator PWM 1 ~PWM 3 pulse-width modulator PWM, the voltage transformer PT 1 ~PT 3 has respectively a configuration corresponding to the voltage transformer PT. Therefore, the control signal
CS 1 to CS 3 and the inversion control signals <CS 1 > to <CS 3 > have the same waveforms as the control signals CS and <CS>, respectively, but have pulse widths of AC voltages V 1 to V 3 , respectively. It has a corresponding width.
スイッチSW5、SW7、SW9はそれぞれ制御信号CS1、C
S2、CS3により、スイッチSW6、SW8、SW10はそれぞれ反
転制御信号＜CS1＞、＜CS2＞、＜CS3＞により開閉され
る。Switches SW 5 , SW 7 , and SW 9 are control signals CS 1 , C
The switches SW 6 , SW 8 , and SW 10 are opened and closed by the inversion control signals <CS 1 >, <CS 2 >, and <CS 3 > by S 2 and CS 3 , respectively.
また、I1〜I3はそれぞれ交流電流Iiに対応する測定対
象からの交流電流である。電流変成器CT1〜CT3はそれぞ
れ電流変成器CTに対応する構成を有している。従って、
これ等の負荷である抵抗RL1、〜RL3の両端には電圧信号
VL1、〜VL3が電圧信号VLと同様に発生する。Further, I 1 ~I 3 is an AC current from the measurement object corresponding to the alternating current I i respectively. Current transformer CT 1 to CT 3 has a configuration corresponding to the current transformer CT, respectively. Therefore,
A voltage signal is applied to both ends of the resistors R L1 to R L3 which are these loads.
V L1, ~V L3 is generated similarly to the voltage signal V L.
これ等の電圧は、電圧／電流変換回路V/I1〜V/I3によ
りそれぞれ電圧信号VL1、〜VL3に対応する電流信号に変
換され、スイッチ群SW5〜SW10により開閉されて最終的
に加算・積分回路で加算されてその出力端に出力電圧V
o3として出力される。この出力電圧Vo3は測定対象で消
費する電力に比例していることは第１図に示す場合と同
様である。This like voltage of the voltage / current conversion circuit V / I 1 ~V / I 3 by the respective voltage signals V L1, is converted into a current signal corresponding to ~V L3, is opened and closed by the switch group SW 5 to SW 10 Finally, the output voltage V is added to the output terminal by the addition / integration circuit.
Output as o3 . This output voltage Vo3 is proportional to the power consumed by the object to be measured, as in the case shown in FIG.
＜発明の効果＞ 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明に
よれば、交流電流を電圧に変換した後に電圧／電流変換
回路により電流信号（前記交流電流に対応した定電流）
にしてからスイッチに流すようにしたので、加算・積分
回路には、スイッチのオン抵抗の温度変化の影響を受け
ることなく、交流電流に対応した定電流が入力される。<Effects of the Invention> As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, after converting an AC current to a voltage, a current signal (a constant current corresponding to the AC current) is generated by a voltage / current conversion circuit.
Then, a constant current corresponding to the alternating current is input to the addition / integration circuit without being affected by the temperature change of the on-resistance of the switch.
また、従来はスイッチSW1,SW3のトランジェントが加
算される回路構成となっていたが、本発明ではスイッチ
SW3のトランジェントは反転されてスイッチSW1のトラン
ジェントに加算される回路構成であり、スイッチSW1とS
W3のトランジェントは相殺され、トランジェントのリニ
アリテイへの影響を無くすことができる。また、反転増
幅器をスイッチの後段に挿入するようにしたので、接地
用のスイッチを省略することができる。さらに、多相交
流用の電力トランスデューサを構成する場合にも反転増
幅器は１個ですむので構成が簡単になりコストの低減と
なる。Further, conventionally, the circuit configuration is such that the transients of the switches SW 1 and SW 3 are added.
Transients SW 3 is inverted is a circuit configuration to be added to the transients of the switch SW 1, switch SW 1 and S
Transients W 3 is canceled, it is possible to eliminate the influence on the linearity of EMI transients. Further, since the inverting amplifier is inserted after the switch, the switch for grounding can be omitted. Further, when a power transducer for a polyphase AC is configured, only one inverting amplifier is required, so that the configuration is simplified and the cost is reduced.
第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
３図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図、第
４図は従来の電力トランスデューサの構成を示すブロッ
ク図である。 PT、PT1〜PT3……電圧変成器、CT、CT1〜CT3……電流変
成器、PWM、PWM1〜PWM3……パルス幅変調器、V/I、V/I1
〜V/I3……電圧／電流変換回路、Q1……加算・積分回
路、Q2、Q3……反転増幅器。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is the configuration of another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional power transducer. PT, PT 1 to PT 3 ... voltage transformer, CT, CT 1 to CT 3 ... current transformer, PWM, PWM 1 to PWM 3 ... pulse width modulator, V / I, V / I 1
~ V / I 3 ... voltage / current conversion circuit, Q 1 ... addition / integration circuit, Q 2 , Q 3 ... inverting amplifier.
Claims (1)
御信号とこの反転制御信号を出力するパルス幅変調手段
と、前記測定対象の交流電流をこの交流電流に対応する
定電流に変換する定電流変換手段と、前記制御信号でス
イッチングされ前記定電流を第１スイッチング電流とし
て出力する第１スイッチ手段と、前記反転制御信号でス
イッチングされた前記定電流を極性反転して第２スイッ
チング電流として出力する反転増幅手段と、これ等の第
１・第２スイッチング電流を加算積分して前記測定対象
の電力に対応する直流信号を出力する加算・積分手段と
を具備することを特徴とする電力トランスデューサ。1. A pulse width modulation means for pulse width modulating an AC voltage to be measured and outputting a control signal and its inverted control signal, and converting the AC current to be measured into a constant current corresponding to the AC current. Constant current conversion means, first switching means switched by the control signal and outputting the constant current as a first switching current, and polarity inversion of the constant current switched by the inversion control signal as a second switching current A power transducer comprising: an inverting amplifying means for outputting; and an adding / integrating means for adding and integrating the first and second switching currents and outputting a DC signal corresponding to the power to be measured. .
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| JP28958489A JP2893763B2 (en) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | Power transducer |
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| JP28958489A JP2893763B2 (en) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | Power transducer |
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| JPH03150477A JPH03150477A (en) | 1991-06-26 |
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