JP3265269B2 - 電力測定方法及びこの方法を用いた電力測定装置 - Google Patents

電力測定方法及びこの方法を用いた電力測定装置

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本 昭 憲 橋
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日本電気計器検定所
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に、交流の電力
を測定する電力測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】この種
の電力測定装置の定格に関する誤差の調整は、装置の入
力を零としたときにその測定値も零になるように行う零
調整と、入力を力率が「1」の定格入力として実施する
定格調整(ゲイン調整)とがある。
【0003】しかしながら、実際の電力測定装置におい
て電力の演算を行う乗算器のゲイン係数は、入力信号の
符号によって変化するものが存在する。例えば、アナロ
グ乗算ICでは、直線性誤差が入力信号の符号によって
異なることが知られている。従って、そのような乗算I
Cを用いた電力測定装置では、測定する力率によってゲ
イン係数が変化することを意味し、力率「1」において
定格調整を行っただけでは、力率が「1」以外の範囲で
は不十分の特性しか得られないことがあった。
【0004】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は力率が「1」である場合の他
に、力率が「−1」である場合を含めた全ての力率範囲
にて測定誤差を小さくして特性の改善を図り得る電力測
定装置を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
基本周波数の等しい電圧及び電流にそれぞれ対応する2
つの信号を乗算して電力に対応する信号を生成し、電力
に対応する信号を正側と負側とに分離し、分離された正
側と負側の信号にそれぞれ電力に対応する信号の生成時
に生じた誤差を修正する所定の係数を個別に乗じ、所定
の係数が乗じられた正側の信号と負側の信号とを電力に
対応する信号の極性に対応させて合成し、修正された電
力に対応する信号とする、電力測定方法である。
【0006】請求項2に係る発明は、基本周波数の等し
い電圧及び電流にそれぞれ対応する2つの信号を入力
し、これらの信号の積で表される電力に対応する信号を
生成する乗算手段と、乗算手段の出力信号の正負を判別
し、正側と負側とに分離して出力する判別出力手段と、
判別出力手段により分離された信号にそれぞれ乗算手段
の誤差を修正する所定の係数を個別に乗じて出力する補
正手段と、補正手段によって係数が乗じられた正側の信
号と負側の信号とを乗算手段の出力極性に対応させて合
成する合成手段と、を備えた電力測定装置である。
【0007】請求項3に係る発明は、請求項2に記載の
電力測定装置において、乗算手段はアナログ乗算器でな
るものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係
る電力測定方法を実施する電力測定装置の一実施形態の
構成を示すブロック図である。同図において、乗算器1
は例えば交流系統の電圧及び電流をそれぞれ検出する計
器用変圧器(VT)及び変流器(CT)の出力信号、す
なわち、基本周波数の等しい交流電圧及び交流電流にそ
れぞれ対応する2つの信号を入力し、これらの信号の積
で表される電力に対応する信号を出力する乗算器1を備
えている。この乗算器1の出力側に、その出力信号を正
側と負側とに分離して出力する判別出力器2が接続され
ている。この判別出力器2は正側の信号を出力する出力
端子2Pと負側の信号を出力する出力端子2Nとを有し
ている。そして、出力端子2P,2Nには、それぞれ乗
算器1の内部構成に起因する誤差分を補正するように、
予め定めた係数を乗算する補正器3P,3Nが接続され
ている。これらの補正器3P,3Nの各出力信号が合成
器4に入力される。合成器4は二つの入力信号を乗算器
1の出力信号の極性に対応させて、すなわち、乗算器1
が正の信号を出力する期間に補正器3Pの出力信号を電
力信号として出力し、乗算器1が負の信号を出力する期
間に補正器3Nの出力信号を電力信号として出力するも
のである。
【0009】上記のように構成された本実施形態の動作
について、図2をも参照して以下に説明する。従来から
用いられていた電力測定装置は、電圧をv、電流をiと
し、出力オフセットをO、電力をw′で表したとき、次
式が成立することを前提としている。
【0010】 w′=A′・(v×i)+O …(1) ただし、A′は実際のゲイン係数であり、理想的なゲイ
ン係数Aに対して、誤差をεとすると A′=(1+ε)・A …(2) の関係にある。
【0011】定格(ゲイン)調整とは誤差εを零にする
ことである。従来の電力測定装置では力率が「1」であ
るときと、「−1」であるときとで異なる調整が必要で
あると判断された場合でも、定格調整のための機構が一
つしかなかったため、力率「1」及び「−1」の二つの
誤差を同時に調整することは不可能であった。
【0012】本実施形態は次式の関係、すなわち、電圧
vと電流iの積が正のとき、 w′=(1+εp )・A・(v×i)+O …(3) 電圧vと電流iの積が負のとき、 w′=(1+εn )・A・(v×i)+O …(4) の関係が成り立つものとして調整を行うものである。た
だし、εp は力率が「1」である場合のゲイン誤差であ
り、εn は力率が「−1」である場合のゲイン誤差であ
る。このように、定格(ゲイン)について調整すべき誤
差項を2つとしたことで、調整のための機構も2つ必要
である。
【0013】そこで、図1に示した乗算器1が交流電圧
及び交流電流にそれぞれ対応する2つの信号v,iを入
力し、これらの信号の積で表される電力に対応する信号
を出力すると、判別出力器2は乗算器1の出力信号を正
側と負側とに分離してそれぞれ出力端子2P及び2Nか
ら出力する。補正器3Pは、例えば、可変抵抗器等でな
る誤差εp の調整機構を備え、(3)式中の第1項の演
算を実行する。同様に、補正器3Nは、例えば、可変抵
抗器等でなる誤差εn の調整機構を備え、(4)式中
の第1項の演算を実行する。さらに、合成器4は例え
ば、可変抵抗器等でなる出力オフセットOの調整機構を
備え、合成器4はこれら正側の信号と負側の信号とを合
成して(3)式及び(4)式の測定電力wに対応する信
号を出力する。
【0014】図2(a),(b),(c)はそれぞれ力
率が「1」,「−1」,「0」のときの乗算器1の実際
の出力信号波形を誤差が零の理想の出力信号波形と併せ
て示したもので、破線w′が乗算器1の実際の出力信号
波形であり、実線wが理想の出力信号波形である。しか
して、(a)に示す力率が「1」の場合、補正器3Nの
出力は零であるから補正器3Pを適切に調整すれば合成
器4の出力を理想的な波形に近付けることができる。ま
た、(b)に示す力率が「−1」の場合、補正器3Pの
出力は零であるから補正器3Nを適切に調整すれば合成
器4の出力を理想的な波形に近付けることができる。
【0015】しかるに、力率が「1」でも「−1」でも
ない代表例として、力率が「0」の場合には乗算器1の
出力信号波形は(c)の破線w′のようになる。理想的
には実線wに示すように、ゼロクロス点に対して点対称
で、正側の波形と負側の波形の面積は等しく、平均すれ
ばその値が零にならなければならない。しかし、実際に
は乗算器1の持つ誤差によってゼロクロス点に対して対
称とはならず、平均値も零にはならない。従来方式では
乗算器1の出力信号に対して一次関数的な調整しか行っ
ていなかったので、正側、負側の面積の大きさを変える
ことはできても、それらの面積比を変えることはできな
かった。すなわち、誤差の微細な調整はできなかった。
【0016】本実施形態では補正器3Pによって正側の
値を、補正器3Nによって負側の値をそれぞれ調整する
ことができるので、これらの面積比を1:1に近付ける
ことができ、結果として電力測定誤差を極めて小さくす
ることができる。
【0017】図1に示した実施形態による実験結果は図
3の図表に表したとおりであった。ここで、図3は力率
が「1」,「遅れ0.5」,「0」,「進み0.5」,
「−1」のそれぞれの場合について、測定電力の誤差を
百分率(%)を用いて、従来方式と本実施形態とを比較
して示したもので、この図表から明らかなように、従来
方式と比較して本実施形態の特性が大幅に改善されてい
ることが分かる。
【0018】ところで、従来の電力測定装置でも、
「1」以外の力率を考慮したものもあった。例えば、日
本のY社製の「2885」と称されるものは、定格の調
整を力率「1」で行い、次に、力率「0」の調整を行っ
ている。しかし、この力率「0」の設定は容易ではない
のでその調整も困難であると思われる。これに対して、
本実施形態では、電流信号線又は電圧信号線の極性を反
転して結線し、同じ値にすることにより調整が可能であ
るから補正器3P,3Nの調整作業は簡単にできる利点
がある。なお、零調整については従来方式と全く同様で
あり、かつ、一般に周知であるのでその説明を省略す
る。
【0019】以上、本発明を好適な実施形態で説明した
が、将来的には図1に示したアナログ型の乗算器1を除
き、これ以外の判別出力器2、補正器3P、3N及び合
成器4の機能をマイクロコンピュータに持たせ、このマ
イクロコンピュータに誤差の調整要素を付加することに
よって、上述したのと同様な作用、効果が得られる。
【0020】なおまた、本発明にいう基本周波数の等し
い電圧及び電流とは、単相交流または三流交流のみなら
ず、多相多線式の交流を含み、さらに、基本周波数が等
しいという観点からすれば直流をも含むものと解すべき
である。
【0021】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように本発
明によれば、力率が「1」である場合の他に、力率が
「−1」である場合を含めた全ての力率範囲にて測定誤
差を小さくして特性の改善を図ることができるという効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電力測定方法を実施する電力測定
装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図2】図1に示した実施形態の動作を説明するため
に、乗算器の実際の出力信号波形を理想の出力信号波形
と併せて示した波形図。
【図3】図1に示した実施形態の効果を説明するため
に、複数の異なる力率における電力測定誤差を従来方式
と比較して示した図表。
【符号の説明】
1 乗算器 2 判別出力器 2P,2N 出力端子 3P,3N 補正器 4 合成器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 21/00 - 22/00 130 G01R 11/00 - 11/66 G01R 35/04 G06G 7/162

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基本周波数の等しい電圧及び電流にそれぞ
    れ対応する2つの信号を乗算して電力に対応する信号を
    生成し、 前記電力に対応する信号を正側と負側とに分離し、 分離された正側と負側の信号にそれぞれ前記電力に対応
    する信号の生成時に生じた誤差を修正する所定の係数を
    個別に乗じ、 前記所定の係数が乗じられた正側の信号と負側の信号と
    を前記電力に対応する信号の極性に対応させて合成し、
    修正された電力に対応する信号とする、 電力測定方法。
  2. 【請求項2】基本周波数の等しい電圧及び電流にそれぞ
    れ対応する2つの信号を入力し、これらの信号の積で表
    される電力に対応する信号を生成する乗算手段と、 前記乗算手段の出力信号の正負を判別し、正側と負側と
    に分離して出力する判別出力手段と、 前記判別出力手段により分離された信号にそれぞれ前記
    乗算手段の誤差を修正する所定の係数を個別に乗じて出
    力する補正手段と、 前記補正手段によって係数が乗じられた正側の信号と負
    側の信号とを前記乗算手段の出力極性に対応させて合成
    する合成手段と、 を備えた電力測定装置。
  3. 【請求項3】前記乗算手段はアナログ乗算器でなる請求
    項2に記載の電力測定装置。
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