JP3135635B2 - パワーアナライザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインバータ方式電源等
の電力測定に用いられ、例えばモータ駆動の場合電源の
二次側電圧、電流の信号（入力被測定信号）の基本波成
分および搬送波成分の波形解析を可能とするパワーアナ
ライザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来例】近年、半導体電力変換装置（インバータ方式
電源）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てその電力
を測定し、さらに入力被測定信号に含まれている周波数
を解析可能とする電力測定装置（パワーアナライザ装
置）が提案されるようになった。

【０００３】このパワーアナライアザ装置としては、例
えば図９に示す構成のものがあり、入力被測定信号に必
要な処理を施す入力部１と、この入力部１を介した入力
被測定信号の所定周波数帯域を通すカットオフ周波数を
可変とした第１のフィルタ部（例えばアンチリェアシン
グフィルタ）２と、この第１のフィルタ部２を通った信
号を所定周波数でサンプリングし、このサンプリングし
た値をディジタル変換するＳ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３
と、このディジタル変換した被測定データを記憶するメ
モリ（ＲＡＭ）４と、上記Ａ／Ｄ変換による折り返し歪
が発生しないように第１のフィルタ部２のカットオフ周
波数を設定し、上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３および
メモリ４のタイミングを制御するストレージ制御部５と
を備えている。

【０００４】また、このパワーアナライザ装置は、入力
被測定信号の基本波範囲の周波数成分を通して波形整形
する第２のフィルタ（ローパスフィルタ；５Ｈｚ乃至１
５０Ｈｚ）６と、この第２のフィルタを通った信号によ
りその基本波の周波数を測定する周波数測定部７と、上
記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３、メモリ４のタイミング
を上記基本波の周波数に同期させるＰＬＬ（フェーズロ
ックドループ）部８と、予め設定された周波数のパルス
信号を発振する発振部９と、上記ディジタル変換した被
測定データを取り込むに際し、ＰＬＬ方式あるいは固定
方式で上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３、メモリ４のタ
イミングを入力被測定信号に同期をとるため、上記ＰＬ
Ｌ部８からのパルス信号と発振器９からのパルス信号と
を切り替えて上記ストレージ制御部５に出力する切替部
（アナログスイッチ）１０と備えている。

【０００５】したがって、上記切替部１０の切り替えに
より、上記パワーアナライザ装置はＰＬＬ同期モードあ
るいは固定クロックモードになり、各モードにしたがっ
て入力被測定信号がディジタル変換され、このディジタ
ル変換被測定データがメモリ４に記憶される。

【０００６】さらに、少なくとも上記メモリ部４、スト
レージ制御部５、周波数測定部７および発振器９は当該
パワーアナライザ装置の主制御であるＣＰＵ１１のバス
ライン（アドレスバス、データバス）１２に接続され、
同ＣＰＵ１１にて上記メモリ４、ストレージ制御部５、
周波数測定部７および発振器９が制御され、例えば周波
数設定部７の測定周波数に応じて上記第１のフィルタ部
２のカットオフ周波数が決定され、また上記メモリ４か
ら読み出した被測定データに基づいて電圧、電流の実効
値および電力値の演算、高調波の波形解析が行われる。

【０００７】なお、上記バスライン１２には、上記被測
定データの取り込み、電力値等の演算、高調波の解析、
その演算や解析結果等を表示するための制御プログラム
を記憶しており、かつその演算結果や解析結果のデータ
を記憶するメモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）１３と、上記演
算、解析結果等を表示する表示器１４と、上記入力被測
定信号により電圧、電流、電力を算出し、その高調波解
析する操作を行なうためのキー部１５とが接続されてい
る。

【０００８】また、上記パワーアナライザ装置が１チャ
ネルである場合、少なくとも上記入力部１は被測定電
圧、電流を１組みとするユニット構成になっており、し
たがって同パワーアナライザ装置が３チャネルである場
合、そのユニットが３個になる。上記入力部１の構成に
対応して、上記第１のフィルタ部２、Ｓ／ＨおよびＡ／
Ｄ変換部３、メモリ４の構成が変えられている。

【０００９】ここで、被測定信号が上記入力部１に入力
され、キー部１５の操作により上記構成のパワーアナラ
イザ装置がＰＬＬ同期モードにされたものとすると、上
記ＣＰＵ１１にて上記切替部１０がＰＬＬ部８側に切り
替られる。

【００１０】すると、入力被測定信号の基本波成分をデ
ィジタル変換し、このディジタル変換した被測定データ
を取り込むに際し、第１のフィルタ部２のカットオフ周
波数が入力被測定信号の基本波周波数に基づいて設定さ
れ、かつＳ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３、メモリ４のタイ
ミングが入力被測定信号の基本波周波数に同期されるこ
とから、そのディジタル変換した被測定データの取り込
みが正確に行われ、また同取り込んだ被測定データに基
づいて、電圧、電流の実効値、電力値等だけなく、その
基本波の高調波解析を正確に行なうことが可能となる。

【００１１】一方、上記キー部１５の操作により上記パ
ワーアナライザ装置が固定クロックモードにされると、
上記ＣＰＵ１１にて上記切替部１０が発振器９側に切り
替えられる。

【００１２】すると、上記固定同期モードで入力被測定
信号の基本波成分がディジタル変換され、このディジタ
ル変換した被測定データがメモリに記憶される。

【００１３】したがって、上記ＰＬＬ同期モードの場合
と同様に、入力被測定信号により正確な被測定データを
取り込むことができ、また同入力被測定信号（電圧、電
流）の１周期を求め、電力等だけなく、周波数が一定で
ない入力被測定信号の波形解析にも利用することができ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記パワー
アナライザ装置にあっては、例えばモータ駆動の場合イ
ンバータ方式電源の二次側電圧電流（被測定信号）には
基本波（高調波成分を含む）だけでなく、搬送波成分が
含まれているが、上記高調波解析機能では同搬送波成分
を分離測定することができないという問題点があった。

【００１５】すなわち、上記基本波成分に対して上記搬
送波成分が非同期であり、上記基本波に同期して同搬送
波成分のサンプリング周波数が決定されているからであ
る。

【００１６】また、一般的なＦＦＴ解析装置によって
も、上記基本波と搬送波成分との間に、周波数で１００
倍から１００００倍程度の差があることから、同搬送波
成分の解析を可能となるようにレンジを設定すると、同
搬送波成分の測定が良好にできるが、逆に上記基本波成
分の周波数分解能が悪化し、その基本波の測定が正確に
できなくなる。

【００１７】さらに、上記ＦＦＴ解析装置の場合、上記
基本波および搬送波を同時に測定可能にしようとする
と、極めて高価なものになってしまうという欠点があ
る。

【００１８】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は入力被測定信号の基本波成分（高調波
成分を含み）だけでなく、その搬送波成分も正確に解
析、測定することができ、かつ安価に済ませることがで
きるようにしたパワーアナライザ装置を提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、少なくとも入力被測定信号の所定周波
数帯域を通するカットオフ周波数を可変とした第１のフ
ィルタ部と、この第１のフィルタ部を通った信号を所定
周波数でサンプリングしてディジタル変換するＳ／Ｈお
よびＡ／Ｄ変換部と、このディジタル変換した被測定デ
ータを記憶するメモリ（ＲＡＭ）と、上記入力被測定信
号の基本波周波数を通す第２のフィルタ部と、この第２
のフィルタ部を通った信号に基づいて上記第１のフィル
タ部のカットオフ周波数を設定し、上記Ｓ／ＨおよびＡ
／Ｄ変換部およびメモリのタイミング制御をＰＬＬ同期
方式で同期をとり、または同Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部
およびメモリのタイミング制御を固定方式で同期をとる
ＰＬＬ部、ストレージ制御部およびＣＰＵとを備え、同
ＣＰＵにて上記取り込んだデータに基づいて電力値等の
演算、上記基本波成分の波形解析を可能とするパワーア
ナライザ装置において、上記入力被測定信号に含まれて
いる搬送波成分の基本波周波数を通す第３のフィルタ部
と、この第３のフィルタ部を通った信号と上記第２のフ
ィルタ部を通った信号とを切り替えて上記ＰＬＬ部に出
力する切替部とを設け、この切替部の切り替えにより、
入力被測定信号の基本波だけでなく、その搬送波を測定
可能としたことを要旨とする。

【００２０】

【作用】上記構成としたので、入力被測定信号をディジ
タル変換して取り込む際、同入力被測定信号が第１乃至
第３のフィルタ部に入力されている。

【００２１】この場合、第２のフィルタ部がローパスフ
ィルタであることから、入力被測定信号の基本波周波数
が通され、第３のフィルタ部がプログラマブルフィルタ
であり、かつその通過周波数帯域が入力被測定信号に含
まれている搬送波周波数に設定されているこから、その
搬送波周波数が通される。

【００２２】このとき、上記ＰＬＬ同期がとれるまで、
上記記搬送波成分の測定に対して基本波成分の測定の場
合の方がかかることから、上記ＣＰＵにて切替部が第２
のフィルタ部側に切り替えられる。

【００２３】すると、上記第２のフィルタ部を介した基
本波周波数に応じて上記第１のフィルタのカットオフ周
波数が設定され、入力被測定信号の基本波周波数にＰＬ
Ｌ同期して上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部、メモリのタ
イミングが制御される。

【００２４】そして、上記第１のフィルタ部を通った信
号がディジタル変換され、このディジタル変換した被測
定データが上記メモリに所定数記憶されると、上記ＣＰ
Ｕにて上記切替部が第３のフィルタ部側に切り替えられ
る。

【００２５】このとき、上記第３のフィルタ部が上記搬
送波成分の基本波周波数を通すように、キー操作あるい
は自動的に設定されていることから、上記第１のフィル
タのカットオフ周波数がその搬送波成分を通すように設
定され、一方入力被測定信号の搬送波の基本波周波数に
ＰＬＬ同期して上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部、メモリ
のタイミングが制御される。

【００２６】これにより、入力被測定信号に含まれてい
る搬送波成分が上記第１のフィルタ部を通り、この通っ
た搬送波成分がディジタル変換され、このディジタル変
換した被測定データが上記メモリに所定数記憶される。

【００２７】このように、上記メモリには入力被測定信
号の基本波成分だけでなく、その搬送波成分が取り込ま
れることから、同入力被測定信号による電圧、電流の実
効値、電力値の演算、高調波の波形解析だけでなく、そ
の搬送波の波形解析が可能である。

【００２８】なお、上記作用の説明ではＰＬＬ同期モー
ドの場合について説明したが、固定同期モードであって
も、同様の作用、効果が得られる。

【００２９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１乃至図８に基
づいて説明する。なお、図中、図９と同一部分には同一
符号を付し重複説明を省略する。

【００３０】図１において、このパワーアナライザ装置
は、入力部１を介した入力被測定信号に含まれている搬
送波成分の基本波周波数を通して波形整形する第３のフ
ィルタ部（プログラマブルハイパスフィルタ）１６と、
第２のフィルタ部６を通った入力被測定信号の基本波と
第３のフィルタ部１６を通った搬送波成分の基本波とを
切り替えて周波数測定部７およびＰＬＬ部８に出力する
第２の切替部（アナログスイッチ）１７と、図９のＣＰ
Ｕ１１の機能の他に、上記周波数測定部７で測定した搬
送波の基本波に基づいて第１のフィルタ部２の通過周波
数帯域を設定し、ＰＬＬ部８等を制御し、かつメモリ４
に記憶した被測定データに基づいて電圧、電流の実効
値、電力値を演算し、かつ高調波、搬送波の波形解析を
行なうＣＰＵ１８と、図９のメモリ１３と同様に同ＣＰ
Ｕ１８の制御プログラムや演算、解析結果等を記憶する
メモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）１９を備えている。

【００３１】次に、上記構成のパワーアナライザ装置の
動作を図２の周波数スペクトル図、図３乃至図８の表示
画面図を参照して説明する。

【００３２】まず、例えばモータ駆動の場合インバータ
方式電源の二次側電圧、電流、つまり被測定信号に基本
波成分（高調波成分を含む）の他に、搬送波（キャリア
波）が含まれているものとする（図２に示す）。

【００３３】ここで、キー部１５の操作により、例えば
ＰＬＬ同期モードが設定されると、従来例同様にＣＰＵ
１８にて第１の切替部１０がＰＬＬ部８側に切り替えら
れ、第２の切替部１７が第２のフィルタ部６側に切り替
えられる。すなわち、上記入力被測定信号の基本波の周
波数が低く、ＰＬＬ同期の同期がとれるまで、時間がか
かるからである。

【００３４】この場合、従来例で説明したように、入力
被測定信号の基本波成分がディジタル変換され、このデ
ィジタル変換した被測定データがメモリ４に記憶され
る。

【００３５】続いて、上記被測定データが必要とする数
だけ取り込まれると、上記ＣＰＵ１８にて第２の切替部
１７が第３のフィルタ部１６側に切り替えられる。な
お、上記キー部１５で入力被測定信号の搬送波成分の測
定操作を行なった場合、第２の切替部１７を第３のフィ
ルタ部１６側に切り替え、搬送波成分の基本波の測定動
作を行なわせるようにしてもよい。

【００３６】すると、例えば上記インバータ方式電源の
キャリア波周波数が既にキー部１５で設定されている
と、ＣＰＵ１８にて上記第３のフィルタ部１６がそのキ
ャリア波周波数（入力被測定信号搬送波）を通すように
設定されることから、同第３のフィルタ部１６からはそ
の搬送波の基本波が出力される（図２の二点鎖線内に示
す）。

【００３７】また、この搬送波の基本波が第２の切替部
１７を介してＰＬＬ部８、周波数設定部７に入力される
ことから、第１のフィルタ部２のカットオフ周波数が決
定され、かつＰＬＬ部８およびストレージ制御部５が制
御される。

【００３８】上記ストレージ制御部５においては、上記
第１のフィルタ部２のカットオフ周波数設定が制御さ
れ、上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３、メモリ４のタイ
ミングが制御される。また、上記ＰＬＬ部８においては
上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部３、メモリ４のタイミン
グがＰＬＬ同期方式で入力被測定信号の搬送波の基本波
に同期がとられ、これにより上記入力被測定信号の搬送
波成分がディジタル変換され、このディジタル変換した
被測定データがメモリ４に記憶される。

【００３９】このようにして、上記メモリ４には入力被
測定信号の基本波成分（高調波成分を含む）だけでな
く、その搬送波成分の被測定データが取り込まれる。こ
れら被測定データにより、ＣＰＵ１８にて入力被測定信
号による電圧、電流の実効値、電力値の演算が行われ、
高調波の解析、かつ搬送波の波形解析が行われる。

【００４０】また、上記演算結果、波形解析結果がメモ
リ１９に記憶されることから、図３および図４に示すよ
うに、ＣＰＵ１８の表示制御により、上記記憶した演算
結果、解析結果を表示器１４に数値で表示することがで
きる。図７および図８に示すように、上記結果の数値を
スペクトル形式で表示することもできる。

【００４１】さらに、入力被測定信号の基本波成分、搬
送波成分データによる解析結果をそれぞれ別個に表示す
るだけでなく、図５に示すように、それら解析結果を同
一画面に基本波および搬送波成分を連続して表示するこ
とにより、より波形解析を容易とすることができる。ま
た、図６に示すように、上記２つの成分の解析結果をス
ペクトル形式で表示することもできる。

【００４２】このように、入力被測定信号の基本波成分
（高調波成分）だけでなく、搬送波成分の波形解析が可
能となり、かつその測定結果や波形解析結果が数値、あ
るいはスペクトル形式で表示されることから、例えばモ
ータ駆動の場合雑音や騒音等の解析をより正確に行なう
ことが可能となる。

【００４３】また、上記パワーアナライザ装置において
は、第３のフィルタ部１６および第２の切替部１７を追
加し、ＣＰＵ１８の制御プログラム等を追加するだけよ
く、ＦＦＴ装置のように高価とならず、安価に済ませら
れる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のパワー
アナライザ装置によれば、少なくとも入力被測定信号の
所定周波数帯域を通すカットオフ周波数を可変とした第
１のフィルタ部と、この第１のフィルタ部を通った信号
をディジタル変換するＳ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部と、こ
のディジタル変換被測定データを記憶するメモリと、上
記入力被測定信号の基本波周波数を通す第２のフィルタ
部と、上記入力被測定信号に含まれている搬送波成分の
基本波周波数を通す第３のフィルタ部と、この第３のフ
ィルタ部を通った信号と上記第２のフィルタ部を通った
信号とを切り替える切替部と、この切替部を介した信号
に基づいて上記第１のフィルタ部のカットオフ周波数を
設定し、上記Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部およびメモリの
タイミング制御をＰＬＬ同期方式で同期をとるＰＬＬ
部、ストレージ制御部およびＣＰＵとを備えていること
から、上記入力被測定信号の基本波（高調波）成分だけ
でなく、その搬送波成分のデータを正確に上記メモリに
取り込むことができ、この取り込んだデータに基づいて
電圧、電流の実効値、電力値、および基本波成分の波形
解析だけでなく、その基本波と非同期の搬送波成分の波
形解析を正確に行なうことができ、また入力被測定信号
の基本波および搬送波を連続して表示することにより、
例えばインバータ方式電源によるモータ駆動の場合雑音
や騒音をより容易に解析することができる。

【００４５】また、この発明のパワーアナライザ装置に
よれば、従来の回路にプログラマブルフィルタとアナロ
グスイッチを追加すればよいことから、ＦＦＴ解析装置
のように高価なものとならず、安価に済ませられるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すパワーアナライザ装
置の概略的ブロック線図である。

【図２】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的周波数スペクトル図である。

【図３】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的表示画面図である。

【図４】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的表示画面図である。

【図５】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的表示画面図である。

【図６】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的表示画面図である。

【図７】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的表示画面図である。

【図８】図１に示すパワーアナライザ装置の動作を説明
する概略的表示画面図である。

【図９】従来のパワーアナライザ装置の概略的ブロック
線図である。

【符号の説明】

１ 入力部 ２ 第１のフィルタ部（アンチェリアシングフィルタ） ３ Ｓ／ＨおよびＡ／Ｄ変換部 ４ メモリ（ＲＡＭ） ５ ストレージ制御部 ６ 第２のフィルタ部（ローパスフィルタ） ７ 周波数測定部 ８ ＰＬＬ部 ９ 発振器 １０ 第１の切替部（アナログスイッチ） １２ バスライン（アドレスバス、データバス） １４ 表示器 １５ キー部 １６ 第３のフィルタ部（プログラマブルフィルタ） １７ 第２の切替部（アナログスイッチ） １８ ＣＰＵ １９ メモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも入力被測定信号（被測定電
   圧、電流）の所定周波数帯域を通すカットオフ周波数を
   可変とした第１のフィルタ手段と、 前記入力被測定信号の基本波周波数を通す第２のフィル
   タ手段と、 前記入力被測定信号に含まれている搬送波成分の基本波
   周波数を通す第３のフィルタ手段と、 該第３のフィルタ手段を通った信号と前記第２のフィル
   タ手段を通った信号とを切り替えて出力する切替手段
   と、 前記第１のフィルタ手段を通った信号を所定周波数でサ
   ンプリングしてディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、 該ディジタル変換した被測定データを記憶するメモリ
   と、 前記切替手段を切り替え、同切替手段を介した信号に基
   づいて上記第１のフィルタ手段のカットオフ周波数を設
   定し、前記Ａ／Ｄ変換手段およびメモリのタイミング制
   御をＰＬＬ同期方式で同期をとり、あるいは同Ａ／Ｄ変
   換手段およびメモリのタイミング制御を固定同期方式で
   同期をとる制御手段とを備え、 前記切替手段を第２のフィルタ手段側に切り替えること
   により、前記入力被測定信号の基本波成分をディジタル
   変換して前記メモリに記憶し、前記切替手段を前記第３
   のフィルタ手段に切り替えることにより、前記搬送波成
   分をディジタル変換して同メモリに記憶し、該取り込ん
   だデータに基づいて電力値等の演算、前記基本波成分お
   よび搬送成分の波形解析を可能としたことを特徴とする
   パワーアナライザ装置。