JP3038613B2 - Power analyzer - Google Patents

Power analyzer

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JP3038613B2
JP3038613B2 JP3145335A JP14533591A JP3038613B2 JP 3038613 B2 JP3038613 B2 JP 3038613B2 JP 3145335 A JP3145335 A JP 3145335A JP 14533591 A JP14533591 A JP 14533591A JP 3038613 B2 JP3038613 B2 JP 3038613B2
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勤 柴田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はパワーアナライザ装置
に関し、さらに詳しく言えば、各次数の高調波電力を測
定することができるパワーアナライザ装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power analyzer, and more particularly, to a power analyzer capable of measuring harmonic power of each order.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体電力変換装置(例えばイン
バータ装置)が多くの機器に利用されるに伴い、より多
くの測定データを簡単に、かつ迅速にデータ処理し、そ
の電力系を計測する電力計が提案されるようになった。
このような電力計としては、例えば図8に示す構成をし
たものがある。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor power converters (eg, inverters) have been used in many devices, more and more measured data can be processed easily and quickly in order to measure the power system. A measure has been proposed.
As such a wattmeter, for example, there is one having a configuration shown in FIG.

【0003】同図において、電圧/電流入力アナログ回
路1は、3ch(チャネル)分の被測定信号(被測定電
圧(V1,V2,V3)、電流(A1,A2,A3))
を入力し、それら3chの被測定電圧、電流を検出し、
かつそれら電圧、電流をアナログ演算して電力を算出
し、これら電圧、電流および電力のアナログ信号を出力
する。
In FIG. 1, a voltage / current input analog circuit 1 includes signals to be measured (voltages to be measured (V1, V2, V3) and currents (A1, A2, A3)) for three channels (channels).
And the measured voltage and current of those 3ch are detected.
The power is calculated by performing an analog operation on the voltage and the current, and an analog signal of the voltage, the current and the power is output.

【0004】電圧/電流アナログ回路1からのアナログ
信号をマルチプレクサ2で切り替え、この切り替えたア
ナログ信号をA/Dコンバータ3でディジタル変換して
RAM/ROM(メモリ)4に書き込むが、そのメモリ
4に書き込まれているプログラムしたがってCPU5が
そのデータの取り込む処理を行なう。
An analog signal from a voltage / current analog circuit 1 is switched by a multiplexer 2, and the switched analog signal is converted into a digital signal by an A / D converter 3 and written into a RAM / ROM (memory) 4. The written program, that is, the CPU 5 performs a process of capturing the data.

【0005】CPU5のバスライン6にはそのメモリ
4、I/Oポート7、表示部8およびキーボード9など
が接続されており、同CPU5はI/Oポート7を介し
てマルチプレクサ2を切り替え、そのディジタルデータ
をメモリ4に書き込み、それらディジタルデータに基づ
いて電力、皮相電力、無効電力および力率等を演算し、
これら演算結果等を表示処理し、また取り込んだデータ
および演算したデータに基づいて測定値に時間係数を掛
け、積算して積算量を算出し、その積算量を表示処理す
る。
A memory 4, an I / O port 7, a display unit 8, a keyboard 9, and the like are connected to a bus line 6 of the CPU 5. The CPU 5 switches the multiplexer 2 via the I / O port 7. The digital data is written into the memory 4, and the power, apparent power, reactive power, power factor, etc. are calculated based on the digital data,
A display process is performed on the calculation results and the like, and a measured value is multiplied by a time coefficient based on the acquired data and the calculated data, integrated to calculate an integrated amount, and the integrated amount is displayed.

【0006】表示部8はCPU5の表示処理にしたがっ
て被測定信号の電圧、電流、電力、皮相電力、無効電力
および力率などを表示する。
The display unit 8 displays the voltage, current, power, apparent power, reactive power, power factor, etc. of the signal under measurement in accordance with the display processing of the CPU 5.

【0007】上記構成の電力計においては、電圧/電流
入力アナログ回路1にそれぞれ交流ゼロフラックス法動
作原理を採用し、かつPTおよびクランプCTを採用し
ていることから、10Hz乃至20kHzに渡る広い周
波数範囲で良好な特性を確保し、正確な電圧、電流、電
力等の測定が可能になっている。
In the power meter having the above-described configuration, the voltage / current input analog circuit 1 employs the operation principle of the AC zero flux method, and employs the PT and the clamp CT. Therefore, a wide frequency range of 10 Hz to 20 kHz is adopted. Good characteristics are secured in the range, and accurate measurement of voltage, current, power, and the like is enabled.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記半導体
電力装置、例えばインバータ装置のように、パルス状の
電圧波形でモータを駆動する場合、その電流には高調波
成分が含まれ、この高調波成分が雑音や外乱の原因とな
っている。このような、高調波による機器の障害が問題
視され、特に家電機器などの場合、その高調波成分よる
雑音や外乱が問題になることから、半導体電力装置の電
力系の測定だけなく、その高調波成分の測定が必要にな
っている。
When a motor is driven with a pulse-like voltage waveform as in the above-described semiconductor power device, for example, an inverter device, the current contains a harmonic component. Causes noise and disturbance. Such a problem of equipment failure due to harmonics is regarded as a problem, and in particular, in the case of home electric appliances and the like, since noise and disturbance due to the harmonic components become a problem, not only the measurement of the power system of the semiconductor power device but also the harmonics. Measurement of wave components is required.

【0009】しかしながら、上記電力計にあっては、基
本波および高調波を含んだ被測定信号に基づいて電圧、
電流、電力の測定が可能であるが、その高調波成分を直
接測定することができなかった。
However, in the above-mentioned power meter, the voltage and the voltage are measured based on the measured signal including the fundamental wave and the harmonic.
Although current and power can be measured, their harmonic components cannot be directly measured.

【0010】そのために、半導体電力装置の電力系を計
測する場合、電力計とその高調波成分を測定する高価な
高調波解析装置(例えばFFTアナライザ)の2つの測
定装置を用意する必要があるだけなく、そのFFTアナ
ライザの操作が複雑で、高調波成分の測定が面倒でもあ
るため、電力だけでなく、高調波成分も測定できる装置
が要望されている。
Therefore, when measuring the power system of a semiconductor power device, it is only necessary to prepare two measuring devices, a power meter and an expensive harmonic analyzer (eg, an FFT analyzer) for measuring its harmonic components. In addition, the operation of the FFT analyzer is complicated, and the measurement of the harmonic components is troublesome. Therefore, there is a demand for an apparatus that can measure not only the power but also the harmonic components.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は上記従来の事
情に鑑みなされたもので、請求項1における構成上の特
徴は、被測定電圧および被測定電流を所定周波数のサン
プリング信号でディジタルに変換し、その各1サイクル
分のディジタルデータを得る複数のA/D変換部と、同
A/D変換部の各サンプリング信号を同期させるPLL
回路を含む変換同期制御部と、上記A/D変換部にて変
換された各ディジタルデータを高速フーリエ変換して所
定のn次数までの複素電流と複素電圧を得るFFT演算
部と、各次数ごとの複素電流と複素電圧とからその次数
の電力成分を演算する電力演算部と、上記複素電流、上
記複素電圧および上記電力成分の各々についてその第1
次から第n次までを積算する積算部と、上記複素電流、
上記複素電圧および上記電力成分の各々について基本波
に対するそれらの含有率を算出する含有率算出部と、上
記複素電流、上記複素電圧、上記電力成分および上記含
有率などの測定値に対する比較値を設定する比較値設定
部と、同比較値設定部からの比較値と上記測定値とを比
較し、所定条件のもとでその測定値を出力する比較部と
を備えていることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and a feature of the configuration according to claim 1 is that a voltage to be measured and a current to be measured are converted into digital signals by a sampling signal of a predetermined frequency. And a plurality of A / D converters for obtaining digital data for one cycle, and a PLL for synchronizing each sampling signal of the A / D converter.
A conversion synchronization control unit including a circuit; a fast Fourier transform of each digital data converted by the A / D conversion unit to obtain a complex current and a complex voltage up to a predetermined n-th order; A power calculator for calculating a power component of the order from the complex current and the complex voltage of the complex current, and a first component of each of the complex current, the complex voltage and the power component.
An integrating unit that integrates from the next to the n-th order;
For each of the complex voltage and the power component, a content calculating unit that calculates the content of the complex wave and the fundamental wave, and set a comparison value for measured values of the complex current, the complex voltage, the power component, the content, and the like. A comparison value setting unit for comparing the comparison value from the comparison value setting unit with the measured value and outputting the measured value under predetermined conditions.

【0012】また、請求項2においては、被測定電圧お
よび被測定電流を所定周波数のサンプリング信号でディ
ジタルに変換し、その各1サイクル分のディジタルデー
タを得る複数のA/D変換部と、同A/D変換部の各サ
ンプリング信号を同期させるPLL回路を含む変換同期
制御部と、上記A/D変換部にて変換された各ディジタ
ルデータを高速フーリエ変換して所定のn次数までの複
素電流と複素電圧を得るFFT演算部と、上記複素電流
もしくは上記複素電圧から総合高調波歪率を演算する歪
率算出部と、同歪率算出部に対してその上限次数を任意
に設定する上限次数設定部とを備えていることを特徴と
している。
According to a second aspect of the present invention, there are provided a plurality of A / D converters for converting a voltage to be measured and a current to be measured into a digital signal with a sampling signal having a predetermined frequency and obtaining digital data for one cycle. A conversion synchronization control unit including a PLL circuit for synchronizing each sampling signal of the A / D conversion unit; and a complex current up to a predetermined n-th order by fast Fourier-transforming each digital data converted by the A / D conversion unit. And an FFT operation unit for obtaining a complex voltage; a distortion factor calculation unit for calculating a total harmonic distortion factor from the complex current or the complex voltage; and an upper limit order for arbitrarily setting the upper limit order for the distortion factor calculation unit. And a setting unit.

【0013】[0013]

【作用】請求項1によると、複素電流、複素電圧、電力
成分および含有率などを各次数単位で所定の比較値と比
較することができる。
According to the first aspect, the complex current, the complex voltage, the power component, the content, and the like can be compared with a predetermined comparison value in each order unit.

【0014】また、請求項2においては、総合高調波歪
率を得る際、その上限値を任意に設定することができる
ため、折り返し歪の影響を排除することが可能となる。
According to the second aspect, when obtaining the total harmonic distortion factor, the upper limit value can be set arbitrarily, so that the influence of aliasing can be eliminated.

【0015】[0015]

【実施例】まず、この発明の一実施例に係るパワーアナ
ライザ装置の全体構成を図1ないし図3を参照しながら
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an overall configuration of a power analyzer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0016】この実施例によるパワーアナライザ装置
は、複数の入力被測定信号(被測定電圧および被測定電
流)を入力可能なレベルに変換する3チャネル(被測定
電圧V1〜V3および被測定電流A1〜A3)の入力ユ
ニット10〜12と、これら入力ユニット10〜12を
介した被測定信号のアナログ信号に含まれている基本波
および高調波などをそれぞれ通す遮断周波数可変可能
で、折り返し歪防止用のフィルタ部13〜18と、これ
らフィルタ部13〜18を通ったアナログ信号を所定周
波数のサンプリング信号でそれぞれディジタル変換する
A/D変換部19〜24と、これらA/D変換部19〜
24で変換したディジタルデータを記憶するメモリ25
〜30と、上記入力ユニット10〜12を介したアナロ
グ信号の内の1つを選択する第1の切替部31と、この
第1の切替部31で切り替えられたアナログ信号を波形
整形して矩形波信号とするフィルタ波形整形部32と、
上記フィルタ部13〜18の遮断周波数を可変制御する
信号、A/D変換部19〜24の所定周波数のサンプリ
ング信号およびメモリ25〜30の書き込み信号を出力
し、かつそのサンプリング信号を入力被測定信号に同期
させ、例えばその周波数を入力被測定信号の周波数の5
12倍とするストレージ制御部33と、上記フィルタ波
形整形部32からの矩形波信号をソースとし、その矩形
波信号と上記A/D変換部19〜24のサンプリング周
波数を整数(例えば512)分の1とした信号との位相
差を検出し、この位相差に応じて内部VCOの電圧を可
変し、所定周波数の信号をストレージ制御部33に出力
し、そのA/D変換部19〜24のサンプリング信号を
上記切替部31で切り替えたアナログ信号に同期させ、
かつそのサンプリング信号の周波数の安定化を図るため
のPLL(Phase Locked Loop)部3
4とを備えている。
The power analyzer according to the present embodiment has three channels (measured voltages V1 to V3 and measured currents A1 to A3) for converting a plurality of input measured signals (measured voltage and measured current) into inputtable levels. A3) The input units 10 to 12 and the cut-off frequency which allows the fundamental wave and the harmonic contained in the analog signal of the signal to be measured via these input units 10 to 12 to be variable, and is used to prevent aliasing distortion. Filter units 13 to 18, A / D converters 19 to 24 for digitally converting analog signals passing through the filter units 13 to 18 with a sampling signal of a predetermined frequency, and A / D converters 19 to 24
A memory 25 for storing the digital data converted by 24
, A first switching unit 31 for selecting one of the analog signals via the input units 10 to 12, and a waveform shaping of the analog signal switched by the first switching unit 31 to obtain a rectangular shape. A filter waveform shaping unit 32 that converts the signal into a wave signal;
A signal for variably controlling the cutoff frequency of the filter units 13 to 18, a sampling signal of a predetermined frequency of the A / D conversion units 19 to 24, and a write signal of the memories 25 to 30 are output. And synchronize the frequency to 5 times the frequency of the input signal under measurement.
The rectangular wave signal from the storage control unit 33 and the filter waveform shaping unit 32, which is 12 times, is used as a source, and the square wave signal and the sampling frequency of the A / D converters 19 to 24 are set to integer (for example, 512). The phase difference from the signal set to 1 is detected, the voltage of the internal VCO is varied according to the phase difference, a signal of a predetermined frequency is output to the storage control unit 33, and the sampling of the A / D conversion units 19 to 24 is performed. The signal is synchronized with the analog signal switched by the switching unit 31,
And a PLL (Phase Locked Loop) unit 3 for stabilizing the frequency of the sampling signal.
4 is provided.

【0017】また、このパワーアナライザ装置は、上記
フィルタ波形整形部32で得た矩形波信号により、入力
被測定信号の周波数を測定する周波数測定部35と、固
定の所定周波数信号を出力する発振部36と、この発振
部36からの周波数信号とPLL部34からの周波数信
号とを切り替えてストレージ制御部33に出力する第2
の切替部37とを備えている。
The power analyzer also includes a frequency measuring section 35 for measuring the frequency of the input signal under measurement by using the rectangular wave signal obtained by the filter waveform shaping section 32, and an oscillating section for outputting a fixed predetermined frequency signal. 36, and a second signal for switching between the frequency signal from the oscillation unit 36 and the frequency signal from the PLL unit 34 and outputting the frequency signal to the storage control unit 33.
And a switching unit 37.

【0018】したがって、第2の切替部37の切り替え
により、A/D変換のサンプリングモード、つまりスト
レージモードはPLL同期方式、固定同期方式の2種類
が可能になっている。
Therefore, the sampling mode of A / D conversion, that is, the storage mode, can be of two types, a PLL synchronous system and a fixed synchronous system, by switching the second switching unit 37.

【0019】さらに、このパワーアナライザ装置におい
ては、上記メモリ25〜30に取り込んだディジタルデ
ータに基づいて、その入力被測定信号に含まれている基
本波および所定次数の高調波をFFT(高速フーリェ変
換)演算して、各次数ごとの解析ができるようになされ
ている。
Further, in this power analyzer, a fundamental wave and a harmonic of a predetermined order contained in the input signal under measurement are subjected to an FFT (fast Fourier transform) based on the digital data fetched into the memories 25 to 30. ) Calculation is performed so that analysis for each order can be performed.

【0020】そのため図2に示すように、このパワーア
ナライザ装置は、当該装置の全体を制御する中央処理装
置としてのCPU38を備え、同CPU38のバスライ
ン39に、上記メモリ25〜30、ストレージ制御部3
3、PLL部34、周波数測定部35および発振部36
の他に、メモリ部25〜30に書き込まれているディジ
タルデータを高速フーリエ変換(FFT)し、その入力
被測定信号に含まれている基本波および所定次数、この
実施例では49次までの高調波などを高速演算するディ
ジタルシグナルプロセッサ(DPS)40と、当該装置
の制御プログラムおよびその演算プログラムなどを記憶
しているEPROM部41と、それら演算結果などのデ
ータを記憶するRAM部(SRAM,DRAM)42
と、このRAM部42の書き込み、読み出しを制御する
ダイレクトメモリアクセス(DMA)コントローラ部4
3と、上記演算結果による数値データ、および波形デー
タを書き込み、読み出し可能なVRAM(ビデオ・ラ
ム)部44と、このVRAM部44のデータを書き込
み、読み出し、かつ表示制御するCRTコントローラ部
45と、その数値や波形などをプリントアウトするプリ
ンタ部46を接続するためのパラレルインターフェイス
47と、それら数値や波形などのデータをプロッピィ等
に記憶するフロッピィディスクドライブ部48を制御す
るフロッピィディスクコントローラ(FDC)49と、
その数値や波形などのデータを外部に出力し、他の装置
からのデータを入力するためのGP−IBインターフェ
イス50および非同期コミュニケーションズインターフ
ェイス51とが接続されている。
Therefore, as shown in FIG. 2, the power analyzer includes a CPU 38 as a central processing unit for controlling the whole of the power analyzer. The memories 25 to 30 and the storage controller 3
3, PLL unit 34, frequency measuring unit 35, and oscillating unit 36
In addition, fast Fourier transform (FFT) is performed on the digital data written in the memory units 25 to 30, and a fundamental wave and a predetermined order included in the input signal under measurement, in this embodiment, harmonics up to the 49th order. Digital signal processor (DPS) 40 for high-speed operation of waves and the like, an EPROM unit 41 for storing a control program of the device and an operation program thereof, and a RAM unit (SRAM, DRAM) for storing data such as operation results. ) 42
And a direct memory access (DMA) controller unit 4 for controlling writing and reading of the RAM unit 42.
3, a VRAM (video ram) unit 44 capable of writing and reading numerical data and waveform data based on the calculation result, a CRT controller unit 45 for writing, reading and controlling display of the data of the VRAM unit 44; A parallel interface 47 for connecting a printer unit 46 for printing out the numerical values and waveforms and the like, and a floppy disk controller (FDC) 49 for controlling a floppy disk drive unit 48 for storing data such as numerical values and waveforms in a proppy or the like. When,
A GP-IB interface 50 and an asynchronous communications interface 51 for outputting data such as numerical values and waveforms to the outside and inputting data from other devices are connected.

【0021】さらにまた、このパワーアナライザ装置
は、上記CRTコントローラ部45にて表示処理した数
値あるいは波形を表示する表示部(例えば液晶表示装
置)52と、当該装置の測定操作スイッチ類を有する操
作パネル53とを備えており、その操作に応じた信号が
バスライン39を介してCPU38に入力されるように
なっている。
Further, this power analyzer apparatus has a display section (for example, a liquid crystal display apparatus) 52 for displaying numerical values or waveforms processed by the CRT controller section 45, and an operation panel having measurement operation switches of the apparatus. 53, and a signal corresponding to the operation is input to the CPU 38 via the bus line 39.

【0022】図3には上記ディジタルシグナルプロセッ
サ40の回路構成が概略的に示されている。すなわち、
同プロセッサ40は2つのFFT演算回路401a,4
01bと、このFFT演算回路401a,401bより
得られる複素信号から各次数の電力成分を演算する電力
演算部402と、各次数の複素信号および電力成分を積
算する積算部403と、基本波に対する各次数の複素信
号もしくは電力成分の含有率を演算する含有率算出部4
04とを備えている。
FIG. 3 schematically shows the circuit configuration of the digital signal processor 40. That is,
The processor 40 includes two FFT operation circuits 401a, 401
01b, a power calculation unit 402 that calculates power components of each order from the complex signals obtained from the FFT calculation circuits 401a and 401b, an integration unit 403 that integrates the complex signals and power components of each order, Content calculating unit 4 for calculating the content of complex signal or power component of order
04.

【0023】上記複素信号、電力成分、積算値および含
有率は比較部405に入力され、同比較部405にて操
作パネル53より設定される比較値と比較される。
The complex signal, the power component, the integrated value, and the content rate are input to a comparison unit 405, and are compared by the comparison unit 405 with comparison values set from the operation panel 53.

【0024】電力演算部402は図4に例示されている
ように、0次用の掛け算回路402と、1次から49
次用の電力演算回路402〜40249とを備えてい
る。なお、ここでは説明の便宜上、電力演算回路を各次
数ごとに割り当てているが、実際には各次数の複素デー
タを時分割して処理することにより、その数を減らすこ
とができる。
[0024] As the power calculating portion 402 is illustrated in FIG. 4, the multiplication circuit 402 0 for zero order, from the primary 49
There are provided power calculation circuits 402 1 to 402 49 for the next use. Here, for convenience of explanation, the power calculation circuits are assigned for each order, but in reality, the number can be reduced by processing the complex data of each order in a time-division manner.

【0025】各電力演算回路402〜40249は同
一構成であり、図5には電力演算回路402の内部回
路が示されている。すなわち、同電力演算回路402
は複素電流と複素電圧とを掛け算する掛け算回路402
bを備えているが、そのいずれか一方の入力側には共役
化回路402aが介装されている。この例では複素電流
側に入れられている。また、掛け算回路402bの出力
側には、実数部抽出回路402cと虚数部抽出回路40
2dとが並列的に接続されている。
[0025] Each power calculating circuits 402 1 to 402 49 are the same configuration is shown an internal circuit of the power calculation circuit 402 1 in FIG. That is, the power calculation circuit 402 1
Is a multiplication circuit 402 for multiplying the complex current and the complex voltage
b, and a conjugate circuit 402a is interposed on one of the input sides. In this example, it is on the complex current side. Further, on the output side of the multiplication circuit 402b, a real part extraction circuit 402c and an imaginary part extraction circuit 40c are provided.
2d are connected in parallel.

【0026】再び図3を参照すると、このディジタルシ
グナルプロセッサ40には、上記複素信号から総合高調
波歪率(THD;Total HarmonicDis
totion)を演算する歪率算出部410を備えてい
る。この歪率は基本波をV,第2次以上の高調波をV
kとすると、
Referring again to FIG. 3, the digital signal processor 40 provides the total harmonic distortion (THD; Total Harmonic Dis
and a distortion ratio calculation unit 410 that calculates the distortion. The distortion factor is V 1 for the fundamental wave and V 1 for the second and higher harmonics.
If k,

【0027】[0027]

【数1】 から求められるが、この発明では上限次数設定部411
を有し、その上限の値Mを任意に変更し得るように構成
されている。参考までに、歪率算出モードとした場合の
フローチャートを図6に例示する。
(Equation 1) In the present invention, the upper limit degree setting unit 411
And the upper limit value M can be arbitrarily changed. For reference, a flowchart in the case of the distortion factor calculation mode is illustrated in FIG.

【0028】次に、このパワーアナライザ装置の動作を
説明する。この実施例において、3チャネルの入力ユニ
ット10〜13は、それぞれ2つの入力部10a,10
b、11a,11b,12a,12bを備え、同入力部
に被測定信号の電圧および電流を印加することにより、
単相ないし3相の電力測定が可能となされている。
Next, the operation of the power analyzer will be described. In this embodiment, three-channel input units 10 to 13 are respectively provided with two input units 10a and 10a.
b, 11a, 11b, 12a, and 12b, and by applying the voltage and current of the signal under measurement to the input section,
Single-phase to three-phase power measurement is possible.

【0029】複数の被測定信号がそれぞれ各入力ユニッ
ト部10〜13に入力され、例えばインバータ装置の電
力測定操作が行われると、CPU38にてその電力測定
に必要な制御が行われ、例えば周波数測定部35の測定
周波数に基づいてA/D変換のサンプリング、メモリ2
5の書き込みなどが制御される。
When a plurality of signals to be measured are respectively input to the input units 10 to 13 and, for example, the power measurement operation of the inverter device is performed, the CPU 38 performs control necessary for the power measurement. A / D conversion sampling and memory 2 based on the measurement frequency of the unit 35
5 is controlled.

【0030】すなわち、ストレージ制御部33にてA/
D変換部19〜24のサンプリング信号が出力され、メ
モリ25〜30の書き込み信号が出力され、一方、入力
被測定信号がそれぞれ上記A/D変換部19〜24の入
力可能レベルにレベル変換される。
That is, A /
The sampling signals of the D converters 19 to 24 are output, the write signals of the memories 25 to 30 are output, and the input signals to be measured are level-converted to the inputtable levels of the A / D converters 19 to 24, respectively. .

【0031】これにより、フィルタ13〜18を介した
アナログ信号が各A/D変換部19〜24でディジタル
データに変換され、各メモリ25〜30に記憶される。
このとき、各A/D変換部19〜24が同時に動作する
ことから、それぞれディジタル変換されたディジタルデ
ータが各メモリ25〜30に同時に記憶される。
As a result, the analog signals passed through the filters 13 to 18 are converted into digital data by the A / D converters 19 to 24 and stored in the memories 25 to 30.
At this time, since the A / D converters 19 to 24 operate simultaneously, digitally converted digital data is stored in the memories 25 to 30 at the same time.

【0032】また、ストレージモードが固定同期方式で
なく、PLL同期方式が採られる場合には、第2の切替
部37がPLL部34側に切り替えられることから、入
力被測定信号のうち、第1の切替部31で選択されてい
る1つの入力被測定信号(被測定電圧V1〜V3あるい
は被測定電流A1〜A3)のアナログ信号がPLL部3
4のソースにされる。
When the storage mode is not the fixed synchronization system but the PLL synchronization system, the second switching unit 37 is switched to the PLL unit 34 side. The analog signal of one input signal under measurement (measured voltage V1 to V3 or measured current A1 to A3) selected by the switching unit 31 is
4 sources.

【0033】すなわち、このアナログ信号がフィルタ波
形整形部32で矩形波信号に波形整形され、この矩形波
信号がPLL部34に入力されることから、そのPLL
部34にて上記A/D変換部19〜24の所定周波数の
サンプリング信号とその選択された被測定信号の同期が
合わせられる。この場合、少なくともその選択被測定信
号の数サイクル間にはその同期がかかり、それぞれ入力
被測定信号のゼロクロス点をA/D変換のスタート点と
し、入力被測定信号の1サイクルを正確に捉えることが
できる。
That is, the analog signal is shaped into a rectangular wave signal by the filter waveform shaping section 32, and the rectangular wave signal is input to the PLL section 34.
The synchronization of the sampling signal of the predetermined frequency of the A / D converters 19 to 24 and the selected signal under measurement is adjusted by the unit 34. In this case, the synchronization is performed at least for several cycles of the selected signal under measurement, and the zero cross point of the input signal under measurement is used as the start point of A / D conversion, and one cycle of the input signal under measurement is accurately captured. Can be.

【0034】ここで、FFT演算により被測定信号に含
まれている高調波のうち、2次ないし49次の高調波を
正確に算出するために、この実施例では、入力被測定信
号の1サイクルを512に分割して、各ポイントのデー
タを得ている。この場合、上記PLL同期方式により、
その1サイクル分が正確に捉えられることから、512
ポイントのディジタルデータを確実に取り込むことがで
きる。
Here, in order to accurately calculate the 2nd to 49th harmonics among the harmonics included in the signal under measurement by the FFT operation, in this embodiment, one cycle of the input signal under measurement is used. Is divided into 512 to obtain data of each point. In this case, by the PLL synchronization method,
Since one cycle is accurately captured, 512
Digital data of points can be reliably captured.

【0035】このようにして、各メモリ25〜30に5
12ポイントのディジタルデータが書き込まれ、このデ
ータに基づいてFFTによる高調波解析が行なわれる。
In this manner, 5 is stored in each of the memories 25 to 30.
Twelve points of digital data are written, and harmonic analysis by FFT is performed based on the data.

【0036】すなわち、各チャネルに対応するメモリ、
例えばメモリ25,26から電流データa(t)と電圧
データv(t)とがディジタルシグナルプロセッサ40
に取り込まれ、FFT演算回路401a,401bにて
高速フーリエ変換される。
That is, a memory corresponding to each channel,
For example, current data a (t) and voltage data v (t) are stored in the digital signal processor 40 from the memories 25 and 26.
And are subjected to fast Fourier transform by the FFT operation circuits 401a and 401b.

【0037】これにより、FFT演算回路401aから
は0次から49次までの複素電流An(n=0,…,4
9)が、また、FFT演算回路401bからは0次から
49次までの複素電圧Vn(n=0,…,49)がそれ
ぞれ出力される。
As a result, the complex currents An (n = 0,..., 4) of the 0th to 49th orders are output from the FFT operation circuit 401a.
9), and the complex voltage Vn (n = 0,..., 49) from the 0th to 49th order is output from the FFT operation circuit 401b.

【0038】この複素電流Anと複素電圧Vnにより、
電力演算部402においては、図4に示されているよう
に、各次数ごとの電力演算が行なわれる。ここで、複素
電流Anは(Ar+jAi)と表され、複素電圧Vnは
(Vr+jVi)と表される。図5に示されているよう
に、この例では複素電流Anが共役化回路402aにて
共役され、(Ar−jAi)とされた後、掛け算回路4
02bで複素電圧Vn(Vr+jVi)との掛け算が行
なわれる。
With this complex current An and complex voltage Vn,
In power calculation section 402, as shown in FIG. 4, power calculation for each order is performed. Here, the complex current An is represented as (Ar + jAi), and the complex voltage Vn is represented as (Vr + jVi). As shown in FIG. 5, in this example, after the complex current An is conjugated by the conjugate circuit 402a and is set to (Ar-jAi), the multiplication circuit 4
In 02b, multiplication with the complex voltage Vn (Vr + jVi) is performed.

【0039】その結果、(VrAr+ViAi)なる実
数部と、(ViAr−VrAi)なる虚数部とが得ら
れ、実数部抽出回路402cからその次数の有効電力W
nが出力され、虚数部抽出回路402dから同次数の無
効電力varnが出力される。また、この電力演算部4
02においては、この他に各次数ごとの皮相電力VA
n、力率PFnが算出される。
As a result, a real part of (VrAr + ViAi) and an imaginary part of (ViAr-VrAi) are obtained, and the real power W of that order is obtained from the real part extraction circuit 402c.
n is output, and the imaginary part extraction circuit 402d outputs the same order reactive power varn. Also, the power calculation unit 4
02, the apparent power VA of each order
n and the power factor PFn are calculated.

【0040】このようにして、電力演算部402から各
次数の有効電力Wn,無効電力varn,皮相電力VA
nおよび力率PFn(nはともに0,…,49)が出力
され、これらの各電力成分は積算部403と比較部40
5に入力される。
In this manner, the power calculator 402 outputs the active power Wn, the reactive power var, and the apparent power VA of each order.
n and a power factor PFn (n is 0,..., 49) are output.
5 is input.

【0041】積算部403では、複素電流An、複素電
圧Vn、有効電力Wn,無効電力varn,皮相電力V
Anおよび力率PFnの各々について、その1次から4
9次までを積算し、その積算値ΣAn,ΣVn,ΣW
n,Σvarn,ΣVAn,ΣPFnを比較部405に
出力する。
In the integrating section 403, the complex current An, the complex voltage Vn, the active power Wn, the reactive power varn, and the apparent power V
For each of An and power factor PFn, the first to fourth
Integrates up to the 9th order, and the integrated values ΣAn, ΣVn, ΣW
n, Σvarn, ΣVAn, ΣPFn are output to the comparison unit 405.

【0042】また、含有率算出部404においては、複
素電流An、複素電圧Vn、有効電力Wn,無効電力v
arn,皮相電力VAnおよび力率PFnの各々につい
て、その基本波成分に対するn次の高調波成分の含有率
を算出し、それらの含有率を比較部405に出力する。
In the content rate calculating section 404, the complex current An, the complex voltage Vn, the active power Wn, and the reactive power v
For each of arn, apparent power VAn, and power factor PFn, the content of the n-th harmonic component with respect to the fundamental component is calculated, and the content is output to the comparison unit 405.

【0043】同比較部405には操作パネル53より、
比較対象パラメータ(例えば電流、電圧、有効電力な
ど)、比較したい高調波の次数(例えば5次、10次な
ど)、測定値や積算値もしくは含有率などに対する比較
基準値としての上限値、下限値などが予め設定される。
In the comparison unit 405, the operation panel 53
Parameters to be compared (for example, current, voltage, active power, etc.), orders of harmonics to be compared (for example, 5th order, 10th order, etc.), upper and lower limits as comparison reference values for measured values, integrated values, content ratios, etc. Are set in advance.

【0044】比較部405ではこれらの比較値と、操作
パネル53より指定されたデータとを比較し、例えばそ
の上限値以上もしくは下限値に達しないデータを異常デ
ータとして出力部406から表示部52などに出力す
る。なお、この比較は実際には絶対値化されて行なわれ
る。
The comparison unit 405 compares these comparison values with the data specified from the operation panel 53, and for example, if the data does not exceed the upper limit value or does not reach the lower limit value, is output as abnormal data from the output unit 406 to the display unit 52 or the like. Output to It should be noted that this comparison is actually performed after being converted into an absolute value.

【0045】なお、図7には表示部52に、チャネル1
の入力被測定信号(V1,A1)に含まれている基本波
および2次から49次までの高調波の電圧成分と電流成
分とを表示した状態が例示されており、これと同様に各
次数の有効電力Wnと無効電力varnなども表示部5
2に表示される。
In FIG. 7, the channel 1 is displayed on the display section 52.
Of the fundamental signal and the voltage components and the current components of the harmonics from the second to the 49th order included in the input signal under measurement (V1, A1) of FIG. Display unit 5 also displays the active power Wn and reactive power var of the
2 is displayed.

【0046】同図において“k”欄の“1”にはチャネ
ル1の入力被測定信号による基本波(1次)の電圧、電
流が表示され、“2”ないし“49”にはその被測定信
号に含まれている2次ないし49次の高調波の電圧、電
流成分が表示されている。また、例えば第1の切替部3
1が入力部10a側に切り替えられている場合、その表
示部52の画面には上記PLL部34のソースとなって
いる被測定信号の入力部を表す“PLL(V1)”が表
示される(図の矢印Aに示す)。
In the figure, "1" in the column "k" indicates the voltage and current of the fundamental wave (primary) based on the input signal to be measured of channel 1, and "2" to "49" indicate the measured value. The voltage and current components of the 2nd to 49th harmonics included in the signal are displayed. Further, for example, the first switching unit 3
When 1 is switched to the input unit 10a side, "PLL (V1)" indicating the input unit of the signal under measurement which is the source of the PLL unit 34 is displayed on the screen of the display unit 52 ( (Shown by arrow A in the figure).

【0047】ここで、上記被測定信号(被測定電圧(V
1))の歪が大きすぎ、あるいはそのレベルが低すぎる
と、フィルタ波形整形部32にてチャネル1の入力被測
定信号のアナログ信号を波形整形したときに、正常な矩
形波信号が得られない場合が生ずる。このような場合に
は、操作パネル53よりCPU38を介して切替部31
を切り替えて、別の被測定ラインを選択すれば良い。
Here, the measured signal (measured voltage (V
If the distortion of 1)) is too large or its level is too low, a normal rectangular wave signal cannot be obtained when the filter waveform shaping unit 32 shapes the waveform of the analog signal of the input signal under measurement of the channel 1. Cases arise. In such a case, the switching unit 31 is operated from the operation panel 53 via the CPU 38.
, And another line to be measured may be selected.

【0048】他方、操作パネル53により、歪率算出モ
ード(THDモード)が選択されると、歪率算出部41
0において、複素電流Anもしくは複素電圧Vnのいず
れかにより、上記の数式にしたがって歪率が算出される
が、その際、上限次数設定部411により上限次数を任
意に設定することができる。例えば、その上限次数を2
0とすれば、2次から20次までが積分されることにな
る。
On the other hand, when the distortion factor calculation mode (THD mode) is selected by the operation panel 53, the distortion factor calculator 41
At 0, the distortion rate is calculated according to either of the complex current An or the complex voltage Vn according to the above equation. At this time, the upper limit order setting unit 411 can arbitrarily set the upper limit order. For example, if the upper order is 2
If it is set to 0, the second to 20th orders will be integrated.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
1によれば、複素電流、複素電圧、電力成分および含有
率などを各次数単位で所定の比較値と比較することがで
き、したがって、特に半導体電力装置の電力系の測定な
ど、高調波を測定する上で、きわめて好都合である。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the complex current, the complex voltage, the power component, the content, and the like can be compared with the predetermined comparison value in each order unit. This is extremely convenient for measuring harmonics, particularly for measuring the power system of a semiconductor power device.

【0050】また、総合高調波歪率(THD)は次数が
高くなるほど折り返し歪の影響を受けることになるが、
請求項2によれば、歪率を算出するにあたって、その上
限次数を任意に設定し得るため、折り返し歪の影響を可
及的に排除することが可能となる。
The higher the order, the higher the harmonic distortion (THD) is affected by the aliasing distortion.
According to the second aspect, when calculating the distortion rate, the upper limit order can be set arbitrarily, so that the influence of aliasing can be eliminated as much as possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例に係るパワーアナライザ装
置の概略的な部分ブロック図。
FIG. 1 is a schematic partial block diagram of a power analyzer according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例に係るパワーアナライザ装
置の概略的な部分ブロック図。
FIG. 2 is a schematic partial block diagram of a power analyzer according to one embodiment of the present invention.

【図3】図2に示されているディジタルシグナルプロセ
ッサの概略的なブロック図。
FIG. 3 is a schematic block diagram of the digital signal processor shown in FIG. 2;

【図4】図3に示されている電力演算部の概略的なブロ
ック図。
FIG. 4 is a schematic block diagram of a power calculation unit shown in FIG. 3;

【図5】図4に示されている電力演算回路の概略的なブ
ロック図。
FIG. 5 is a schematic block diagram of the power calculation circuit shown in FIG. 4;

【図6】総合高調波歪率算出モードのフローチャート。FIG. 6 is a flowchart of a total harmonic distortion calculation mode.

【図7】このパワーアナライザ装置の表示部に測定デー
タを表示した表示画面図。
FIG. 7 is a display screen diagram displaying measurement data on a display unit of the power analyzer device.

【図8】従来の電力計の概略的なブロック図。FIG. 8 is a schematic block diagram of a conventional wattmeter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10〜12 入力ユニット 19〜24 A/D変換部 25〜30 メモリ 31 切替部 32 フィルタ波形成形部 33 ストレージ制御部 34 PLL部 35 周波数測定部 38 CPU 40 ディジタルシグナルプロセッサ 53 操作パネル 401 FFT演算回路 402 電力演算部 403 積算回部 404 含有率算出部 405 比較部 410 THD算出部 411 上限次数設定部 10 to 12 input unit 19 to 24 A / D conversion unit 25 to 30 memory 31 switching unit 32 filter waveform shaping unit 33 storage control unit 34 PLL unit 35 frequency measurement unit 38 CPU 40 digital signal processor 53 operation panel 401 FFT operation circuit 402 Power calculation unit 403 Integration unit 404 Content calculation unit 405 Comparison unit 410 THD calculation unit 411 Upper limit order setting unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−75966(JP,A) 特開 昭63−289462(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 11/00 - 11/66 G01R 21/00 - 22/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-75966 (JP, A) JP-A-63-289462 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 11/00-11/66 G01R 21/00-22/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測定電圧および被測定電流を所定周波数
のサンプリング信号でディジタルに変換し、その各1サ
イクル分のディジタルデータを得る複数のA/D変換部
と、同A/D変換部の各サンプリング信号を同期させる
PLL回路を含む変換同期制御部と、上記A/D変換部
にて変換された各ディジタルデータを高速フーリエ変換
して所定のn次数までの複素電流と複素電圧を得るFF
T演算部と、各次数ごとの複素電流と複素電圧とからそ
の次数の電力成分を演算する電力演算部と、上記複素電
流、上記複素電圧および上記電力成分の各々についてそ
の第1次から第n次までを積算する積算部と、上記複素
電流、上記複素電圧および上記電力成分の各々について
基本波に対するそれらの含有率を算出する含有率算出部
と、上記複素電流、上記複素電圧、上記電力成分および
上記含有率などの測定値に対する比較値を設定する比較
値設定部と、同比較値設定部からの比較値と上記測定値
とを比較する比較部とを備えていることを特徴とするパ
ワーアナライザ装置。
1. A plurality of A / D converters for converting a voltage to be measured and a current to be measured into digital data by using a sampling signal of a predetermined frequency, and obtaining digital data for one cycle of each of the plurality of A / D converters. A conversion synchronization control unit including a PLL circuit for synchronizing each sampling signal; and an FF for performing fast Fourier transform on each digital data converted by the A / D conversion unit to obtain a complex current and a complex voltage up to a predetermined n-th order
A T calculator, a power calculator for calculating a power component of the order from the complex current and the complex voltage of each order, and a first to n-th power of each of the complex current, the complex voltage, and the power component. An integration unit that integrates the following, a content calculation unit that calculates the content of each of the complex current, the complex voltage, and the power component with respect to a fundamental wave, and the complex current, the complex voltage, and the power component And a comparison value setting unit for setting a comparison value for a measurement value such as the content ratio, and a comparison unit for comparing the measurement value with the comparison value from the comparison value setting unit. Analyzer device.
【請求項2】被測定電圧および被測定電流を所定周波数
のサンプリング信号でディジタルに変換し、その各1サ
イクル分のディジタルデータを得る複数のA/D変換部
と、同A/D変換部の各サンプリング信号を同期させる
PLL回路を含む変換同期制御部と、上記A/D変換部
にて変換された各ディジタルデータを高速フーリエ変換
して所定のn次数までの複素電流と複素電圧を得るFF
T演算部と、上記複素電流もしくは上記複素電圧から総
合高調波歪率を演算する歪率算出部と、同歪率算出部に
対してその上限次数を任意に設定する上限次数設定部と
を備えていることを特徴とするパワーアナライザ装置。
2. A plurality of A / D converters for converting a voltage to be measured and a current to be measured into digital data by using a sampling signal of a predetermined frequency, and obtaining digital data for one cycle of each of the signals. A conversion synchronization control unit including a PLL circuit for synchronizing each sampling signal; and an FF for performing fast Fourier transform on each digital data converted by the A / D conversion unit to obtain a complex current and a complex voltage up to a predetermined n-th order
A T calculator, a distortion calculator for calculating a total harmonic distortion from the complex current or the complex voltage, and an upper order setting unit for arbitrarily setting the upper order of the distortion calculator. A power analyzer device, comprising:
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