JP3463216B2 - 電力計 - Google Patents

電力計

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JP3463216B2
JP3463216B2 JP24942098A JP24942098A JP3463216B2 JP 3463216 B2 JP3463216 B2 JP 3463216B2 JP 24942098 A JP24942098 A JP 24942098A JP 24942098 A JP24942098 A JP 24942098A JP 3463216 B2 JP3463216 B2 JP 3463216B2
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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、有効電力や無効電
力等(以下総称して電力という。)を測定する電力計に
関し、特に入力電流と入力電圧間の位相調整回路の改善
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電力計の構成を図3を用いて説明
する。同図において、電圧正規化回路1は、入力電圧を
安全な電圧レベルに変換する入力回路11と前記入力回
路11が出力する安全な電圧レベルをA/Dコンバータ
14で変換可能な振幅に合わせる増幅器12から成り、
入力電圧の正規化を実施する。
【0003】電流正規化回路2は、入力電流を安全な電
流レベルに変換する入力回路21と前記入力回路21が
出力する安全な電流レベルをA/Dコンバータ24で変
換可能な振幅に合わせる増幅器22から成り、入力電流
の正規化を実施する。
【0004】位相調整回路13は、前記電圧正規化回路
1の位相特性を、可変抵抗Rまたは可変容量コンデンサ
Cのパラメータを変化させることにより、前記電流正規
化回路2の位相特性と合わせるための回路であり、同図
においては、可変抵抗Rと可変容量コンデンサCを利用
した1次遅れ回路を利用して構成されている。これによ
って、電流、電圧回路それぞれの位相特性に合った遅れ
(進み)をアナログ的に調整することが可能となるた
め、広い帯域において位相調整を行うことが可能とな
る。
【0005】A/Dコンバータ14は増幅器12が出力
するアナログ信号をデジタル信号に変換し、A/Dコン
バータ24は増幅器22が出力するアナログ信号をデジ
タル信号に変換する。
【0006】デジタルシグナルプロセッサ(DSP)4
は、前記A/Dコンバータ14および24からデジタル
データを受け取り、測定値(電圧、電流の実効値、有効
電力等)の演算を行う。CPU6は、測定、設定等の制
御を行い、操作ボタン7はCPU6の命令を制御する。
表示器5は前記測定値を表示する。
【0007】従来の電力計は、電力測定を行う場合、前
記位相調整回路13の1次遅れ回路の時定数を変えるこ
とによって入力電流と入力電圧の位相をそろえた後、両
者を乗算して電力値を求める。
【0008】また、図3に示した1次遅れ回路を利用し
たものの他に図4に示すような可変抵抗Rと可変容量コ
ンデンサCを利用した1次進み回路を利用した位相調整
回路23を備えた電力計も製作されている。
【0009】更に、位相調整回路としては、上記に説明
した抵抗とコンデンサにより構成された1次遅れ回路、
もしくは1次進み回路を用い、その時定数を変えること
により位相を調整するものの他にも様々な種類のものが
ある。以下にそれらの電力計について説明する。尚、従
来例で説明した図3と同様のものは、同一の符号を付し
説明を省略する。
【0010】図5に示した位相調整回路30は、電圧正
規化回路1と電流正規化回路2にそれぞれサンプルホー
ルド回路31及び32を接続し、入力電流Iiと入力電
圧Viの位相差に対応する時間をタイミングコントロー
ラ33に設定して、両者の位相を修正する方向にいずれ
かのサンプルホールドタイミングをずらして測定データ
収集を行うことによって、両者の位相調整を実施してい
る。
【0011】図6に示した位相調整回路40は、電圧正
規化回路1と電流正規化回路2の出力信号をサンプルホ
ールド回路41、42及び、A/D変換器14、24を
介してA/D変換したデジタルデータをデータレジスタ
43にすべて一時保管し、データセレクタ44によっ
て、入力電流Iiと入力電圧Viの位相差を修正する方
向にいずれかのデジタルデータの時間軸をずらしてDS
P4へ出力することにより両者の位相調整を実施してい
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3と
図4に示した可変抵抗と可変容量コンデンサを用いた位
相調整回路では、入力電流と入力電圧の位相差をアナロ
グ的に補正するため広帯域において位相調整を行うこと
が可能であるが、位相調整をコンデンサを用いて行うた
め周囲温度の影響を受けやすく、また経年劣化によって
特性が変化しやすいため安定性に欠けるという問題があ
る。
【0013】図5と図6に示した位相調整回路では、入
力電流と入力電圧の位相差に対応する時間をタイミング
コントローラ33及びデータセレクタ44に設定して両
者の位相をデジタル的に調整する手段をとっているた
め、測定中に両者の位相差や周波数が変化すると正確な
電力値を得ることができなくなるという問題がある。
【0014】本発明は、上記課題を解決するもので、広
帯域において位相調整が可能なコンデンサを用いない位
相調整回路を備えた電力計を提供することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために請求項1記載の発明では、入力交流電流を測定
する交流電流測定手段と入力交流電圧を測定する交流電
圧測定手段を備え、これらによって得られた電流値と電
圧値から有効電力や無効電力等を演算手段によって求め
る電力計において、ゲインやオフセットを決定する第1
の演算増幅器と、この第1の演算増幅器と直列に接続さ
れる第2の演算増幅器とを有し、前記交流電流と交流電
圧の位相差を前記第2の演算増幅器の増幅度を加減する
ことによって調整する位相調整回路を備え、前記第1の
演算増幅器の出力を前記第2の演算増幅器の+端子に接
続し、前記第2の演算増幅器の出力端に抵抗を直列に接
続して構成された分圧回路によって、出力電圧に対応す
る大きさの電圧を前記第1の演算増幅器の−端子に入力
し、更に前記第2の演算増幅器の出力端に抵抗と可変抵
抗を直列に接続して構成された帰還電圧調整回路によっ
て、出力電圧に対応する大きさの電圧を前記第2の演算
増幅器の−端子に入力して構成されたことを特徴とする
ものである。
【0016】
【0017】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記位相調整回路は、前記帰還電圧
調整回路に備えられた可変抵抗の大きさを変化させるこ
とによって位相調整を行うように構成されたことを特徴
とするものである。
【0018】このことによって、電力計は、コンデンサ
を用いることなく位相調整を行うことが可能となる。ま
た、前記位相調整回路は、演算増幅器と抵抗のみを用い
た単純な回路構成で製作することが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係る電力計の位相調整回路の
構成図である。ここで、従来例で説明した図3と同様の
ものは、同一の符号を付し説明を省略する。
【0020】図1において、入力電圧Viは電圧正規化
回路1に接続され、その出力は位相調整回路100を構
成する演算増幅器OP1の+端子に接続される。また、
その出力は演算増幅器OP2の+端子に入力されてい
る。
【0021】演算増幅器OP2の出力は抵抗R0の一端
と抵抗R3の一端に接続されると共に位相調整回路10
0の出力として後段のA/D変換器14に接続されてい
る。
【0022】抵抗R0の他の一端は可変抵抗R1の一端
の接続されると共に、演算増幅器OP2の−端子に接続
される。
【0023】可変抵抗R1の他の一端は抵抗R2の一端
に接続され、抵抗R2の他の一端は共通電位に接続され
る。
【0024】抵抗R3の他の一端は抵抗R4の一端に接
続されると共に、演算増幅器OP1の−端子に接続され
る。
【0025】抵抗R4の他の一端は共通電位に接続され
ている。
【0026】ここで、演算増幅器OP1は、位相調整回
路100のゲインやオフセット等の基本特性を決定し、
特にその増幅度は抵抗R3及び抵抗R4によって構成さ
れた分圧回路によって決定される。
【0027】また、演算増幅器OP2は、位相調整回路
100の位相調整を行うものであり、これは抵抗R0、
可変抵抗R1及び抵抗R2によって構成された帰還電圧
調整回路によって決定される。
【0028】前記演算増幅器OP1及び演算増幅器OP
2の動作を図2に示した概念図を用いて説明する。同図
イは一般的な演算増幅器の構成を示す図であり、同図ロ
は図1で説明した2つの演算増幅器の働きを概念的に示
した図である。
【0029】図2イに示した一般的な演算増幅器による
位相誤差Φは、オープンループゲインA、位相遅れθ及
びフィードバックゲインβを用いて表すと、 Φ=TAN-1(―sinθ/(A/β+cosθ) (1) で、表すことができる。
【0030】ここで(1)式より、位相誤差Φは、A/
βが大きいほど、またはθが大きいほど大きくなること
がわかる。つまりこのことにより演増幅器は、意図的に
オープンループゲインAを操作することにより、位相誤
差Φも意図的に操作することが可能であると結論づける
ことが可能である。
【0031】次に、図2ロを用いて本発明に関わる電力
計に用いる位相調整回路について説明する。同図におい
て外側に描かれた演算増幅器OP1は、前記位相調整回
路100の増幅度が前記演算増幅器OP1を用いて構成
された増幅回路で決定されることを表し、内側に描かれ
た演算増幅器OP2は、入力電圧の位相調整が前記演算
増幅器OP2を用いて構成された増幅回路で行われるこ
とを表し、これら両者をひとつの増幅回路として表現し
ている。
【0032】また、図1で説明した抵抗R3と抵抗R4
で決定される演算増幅器OP1のフィードバックゲイン
は図2ロではフィードバックゲインβ1として表され、
同じく演算増幅器OP1の特性は、オープンループゲイ
ンA1として表される。
【0033】同様に図1で説明した抵抗R0、抵抗R1
及び抵抗R2で決定される演算増幅器OP2のフィード
バックゲインは図2ロではフィードバックゲインβ2と
して表され、同じく演算増幅器OP2の特性は、オープ
ンループゲインA2として表される。
【0034】ここで、図2ロに示した回路全体のオープ
ンループゲインATを求めると、 AT=A1+A2/β2 (2) である。ここで得られた(2)式と、演算増幅器OP2
の増幅度がA2/β2となることから、図2ロに示した
回路は、演算増幅器OP2の増幅度を変化させることに
より、回路全体のオープンループゲインATを変化させ
ることが可能であると結論づけることが可能である。
【0035】つまり(1)式で導きだされた結論であ
る、演増幅器は意図的にオープンループゲインAを操作
することにより、位相誤差Φも意図的に操作することが
可能であることと(2)式で導きだされた結論である、
図2ロに示した回路は演算増幅器OP2の増幅度を変化
させることにより、回路全体のオープンループゲインA
Tを変化させることが可能であることを合わせて考える
と、図2ロに示した回路は、演算増幅器OP2の増幅度
を変化させることによって、位相誤差も変化させること
が可能であることがわかる。
【0036】つまり、図1に示した本発明による電力計
は、入力電圧Viの位相を、位相調整回路100を構成
する演算増幅器OP2のフィードバックゲイン、すなわ
ち可変抵抗R1の値を加減することによって、調整する
ことが可能である。
【0037】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
【0038】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。(1) 電力計において、交流電流と交流電圧の位相差を
演算増幅器の増幅度を加減することによって調整する位
相調整回路を備えたことによって、位相調整回路にコン
デンサを用いことなくアナログ的に位相調整が可能と
なるため、経年劣化や周囲温度等の影響を受けない広帯
域において位相調整が可能な位相調整回路を備えた電力
計を提供することが可能となる。
【0039】(2)前記位相調整回路は、ゲインやオフ
セット等の基本特性を決定する第1の演算増幅器と、位
相を決定する第2の演算増幅器を直列に接続して構成さ
れたことにより、前記第1の演算増幅器の性能を向上さ
せることによって位相調整回路全体の精度を向上させる
ことが可能となるため、容易に回路全体の高精度化を図
ることが可能である。また、位相調整回路が演算増幅器
と抵抗のみで構成されるためIC化が可能となり、低コ
ストで信頼性の高い位相調整回路を備えた電力計を提供
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電力計の一実施例を示す構成図で
ある。
【図2】本発明に係る電力計の位相調整回路の概念図で
ある。
【図3】従来の電力計の一例を示す構成図である。
【図4】従来の電力計の他の一例を示す構成図である。
【図5】デジタル的な位相調整回路を備えた従来の電力
計の一例を示す構成図である。
【図6】デジタル的な位相調整回路を備えた従来の電力
計の他の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 電圧正規化回路 2 電流正規化回路 4 デジタルシグナルプロセッサ 5 表示器 6 CPU 7 操作ボタン 11 電流入力回路 12 増幅器 13、23、30,40 位相調整回路 14 A/D変換器 21 電圧入力回路 22 増幅器 23 位相調整回路 24 A/D変換器 31、32 サンプルホールド回路 33 タイミングコントローラ 41、42 サンプルホールド回路 43 データレジスタ 44 データセレクタ 100 位相調整回路 OP1 OP2 演算増幅器 R0、R2、R3、R4 抵抗

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力交流電流を測定する交流電流測定手段
    と入力交流電圧を測定する交流電圧測定手段を備え、こ
    れらによって得られた電流値と電圧値から有効電力や無
    効電力等を演算手段によって求める電力計において、ゲインやオフセットを決定する第1の演算増幅器と、こ
    の第1の演算増幅器と直列に接続される第2の演算増幅
    器とを有し、前記交流電流と交流電圧の位相差を前記第
    2の演算増幅器の増幅度を加減することによって調整す
    る位相調整回路を備え、 前記第1の演算増幅器の出力を前記第2の演算増幅器の
    +端子に接続し、前記第2の演算増幅器の出力端に抵抗
    を直列に接続して構成された分圧回路によって、出力電
    圧に対応する大きさの電圧を前記第1の演算増幅器の−
    端子に入力し、更に前記第2の演算増幅器の出力端に抵
    抗と可変抵抗を直列に接続して構成された帰還電圧調整
    回路によって、出力電圧に対応する大きさの電圧を前記
    第2の演算増幅器の−端子に入力して構成されたことを
    特徴とする電力計。
  2. 【請求項2】前記位相調整回路は、前記帰還電圧調整回
    路に備えられた可変抵抗の大きさを変化させることによ
    って位相調整を行うように構成されたことを特徴とする
    請求項1に記載の電力計。
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