JP3614048B2 - Energization information measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流負荷の電圧、電流、電力等の通電情報を計測する通電情報計測装置に関し、とくに装置内に収容され被計測電路に接続された変圧器が、被計測電路の大電流通電時に発生する磁界の影響を受けた場合に、電圧計測値に誤差影響をさせないものに関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、例えば特開平11−008930号公報に示された従来の通電情報計測表示装置を備えた回路遮断器の回路ブロック構成を示す図である。
図において、1は回路遮断器本体、2は回路遮断器本体1内部を貫通する通電主導体、3は図示されない開閉機構により操作され通電主導体2の電流をオン・オフする開閉接点である。4は各通電主導体2に流れる電流を検出する変流器、5は変流器4の出力を整流する整流回路、6は整流回路5からの出力を電圧変換してA/D変換処理等をして通電主導体2に流れる電流の瞬時最大値を検出するピーク値変換回路、7はピーク値変換回路6の出力が所定値を超えたら信号出力する瞬時時限回路、8は瞬時時限回路7の動作出力以下のレベルでピーク値変換回路6の出力の大きさにより反時限動作をして信号出力する短時限回路である。9は整流回路5からの出力を電圧変換、A/D変換処理等をして通電主導体2に流れる電流の実効値に相当する出力を得る実効値変換回路、10は長時限回路であり、実効値変換回路9の出力の大きさにより定格電流では回路遮断器の遮断動作をさせず、定格電流以上において反時限動作をして信号出力する。
【0003】
11はトリガ回路であり、瞬時時限回路7と短時限回路8及び長時限回路10いずれからの信号出力を受けて、電磁コイル12が図示されない開閉機構を介して開閉接点3をオフにして負荷への通電を遮断する。13は過電流検出の変流器4とは別に各導体2に流れる電流を検出する計測用変流器、14は導体2間の電圧(相間電圧)を検出する変圧器である。計測用変流器13及び変圧器14は回路遮断器本体1の内部に一体に収容されている。
【0004】
20は通電情報計測ユニット、21は計測用変流器13からの出力をA/D変換処理等をして通電主導体2に流れる電流に対応するデジタル出力を得る電流A/D変換回路、22は変圧器14からの出力をA/D変換処理等をして相間電圧に対応するデジタル出力を得る電圧A/D変換回路である。これらのA/D変換回路および、これから説明する処理は図示していないマイクロプロセッサーにより実行処理されている。
【0005】
23は各通電主導体2の相別の現在の電流値出力(I)、24は最大電流値記憶回路であり、ピークホールドにより導体2の中から最新の最大電流値(Imax)を記憶保持する。25は各相間電圧出力(V)、26は電流A/D変換回路21と電圧A/D変換回路22の出力を乗算する乗算回路であり、負荷の電力(W)に対応する出力を得る。27は乗算回路26からの出力を積算して電力量(Wh)にする積算回路である。電力(W)及び電力量(Wh)は負荷への配線形態に合わせて総合電力値が得られるようになっている。これらの現在電流値(I)、最大電流値(Imax)、相間電圧(V)、電力(W)、電力量(Wh)の計測結果の出力は表示内容選択手段28を介して選択された項目が表示部29へ入力され、数値表示される。
【0006】
上記のような通電情報計測装置は、回路遮断器本体1に内蔵された変圧器14から電圧に関する情報を得ることができ、電圧情報を用いて負荷の給電通電情報が電流に関するものだけでなく相間電圧(V)、電力(W)、電力量(Wh)、等の情報をも得ることができる。これらのマイクロプロセッサーを含む作動電力は図示していない電源回路から供給されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の通電情報計測表示装置は回路遮断器内の計測用変流器13及び変圧器14が計測した値をそのままサンプリングして、A/D変換して演算、表示に使用している。従って、回路遮断器に定格電流を超えた大電流が流れた場合、通電主導体2の周囲に発生する磁界の影響を受けて、変圧器14の二次出力電圧は一次電圧に比例しない値となる。このため例えば、回路遮断器の定格電流の200%の電流が通電主導体2を通ずると、変圧器14の一次電圧は変化していないのに二次出力が通常の150%以上の電圧を生じたりする。このため、大電流による回路遮断器が過電流遮断に至る間の相間電圧(V)、電力(W)、電力量(Wh)は大きな誤差を含んだ値で計測され、表示部29へ入力され大きな誤差の数値表示される。特に電力量(Wh)は一時的な瞬時値でなく、累積値として残るのでその影響は大きい。
【0008】
一般的には通電主導体2と変圧器14とを離して配置する、または変圧器14のシールドを十分に実施すれば、磁界の影響を防ぐことが可能であるが、回路遮断器筐体内のように限られた空間では変圧器14と通電主導体2とを近接して配置しなければならず、変圧器14に十分なシールド装着は変圧器14の体積増加のため装置の小形化を阻害するといった課題があった。
【0009】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、筐体内の変圧器14の配置位置、及び変圧器14のシールドを簡素にしても通電主導体2の定格電流を超えた大電流が流れた場合の変圧器14が磁界の影響を受けても、相間電圧(V)、電力(W)、電力量(Wh)、力率等の計測値に大きな誤差がないようにする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる通電情報計測表示装置は、筐体内に通電主導体に近接して設けられ通電主導体間の電圧を検出する変圧器と、通電主導体の電流を検出する変流器と、変流器及び変圧器により検出された電流及び電圧をサンプリング・演算処理して電流値、電圧値、電力値、電力量の計測信号出力に変換する演算処理手段と、電圧値の計測信号出力を一時記憶格納する電圧値記憶手段と、電流値の計測信号出力が閾値以上の場合に演算処理に使用する電圧値計測信号を電圧値記憶手段内の電圧値計測信号に置換える電流値判定手段とを備えたものである。
【0011】
また、上記のものに交流電路の電流及び電圧それぞれのゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、交流電路波形の1/2周期間のサンプリングクロック数Nを設定し、電流と電圧のゼロクロス差間のサンプリングクロック数mを検知する位相差検知手段と、サンプリングクロック数N及びサンプリングクロック数mから力率を算定する力率算定手段とを備えたものである。
【0012】
そして、交流電路波形の1/2周期間のサンプリングクロック数Nは被計測交流電路のゼロクロス検出間隔のサンプリングクロックをカウント検出して得るようにしたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1を示す通電情報計測装置の回路構成ブロック図、図2は、この発明の実施の形態1の動作を説明するフローチャートである。図において、1〜15、20〜29は上記従来例の説明のものと同様である。
ここで電流A/D変換回路21及び電圧A/D変換回路22は実効値に演算した電流値、電圧値を出力する。30は電流値判定部であり、通電主導体2に流れる電流に対応する電流A/D変換回路21からの電流の大きさを判定する。31は判定信号であり、通電主導体2に流れる電流が所定値以上の場合に電流値判定部30から例えば「H」が出力される。通電主導体2の電流が所定値未満では「L」となる。32は電圧値記憶回路である。
33は切換スイッチであり、判定信号31が「L」のときは電圧A/D変換回路22からの相間電圧に対応する電圧計測信号出力を直接に下流処理である乗算回路26、積算回路27、表示内容選択手段28、表示部29の処理へ通ずる。判定信号31が「H」になると電圧値記憶回路32に記憶された相間電圧の電圧計測信号出力が下流の処理へ通ずるように切換えられる。
【0014】
次に、図2のフローチャートを参考に本発明の動作説明をする。
電圧A/D変換回路22の電圧出力値を電圧値記憶回路32に記憶する。そして電流A/D変換回路21の電流出力値を読み込み、電流値判定部30はこの電流出力値と予め定められている閾値と比較する。電流出力値<閾値の場合は、切換スイッチ33は電圧A/D変換回路22からの電圧出力をそのまま下流処理へ送り、演算処理・表示に使用する。また、電流出力値≧閾値の場合は、切換スイッチ33はそのとき以前に電圧値記憶回路32に記憶されている電圧A/D変換回路22の電圧出力値を下流処理へ送るように切換える。以降、電流出力値≧閾値の状態が続く間は電圧値記憶回路32に記憶された電圧出力値を使用して相間電圧(V)の表示と、電力(W)、電力量(Wh)の演算及び表示が実行される。電流出力値<閾値の状態に復帰すれば、その時点で切換スイッチ33は電圧A/D変換回路22の電圧出力値を直接に下流処理へ送るように切換スイッチ33が切換え戻される。
【0015】
上記の閾値としては、通電主導体2に通電される電流による変圧器14への磁気干渉が変圧器14の二次出力に影響を及ぼす寸前の値とするのが好ましく、変圧器14の配置、磁気シールドの程度に左右されるが、定格電流の150〜200%を採用する。
【0016】
一般の配電回路においては、負荷電流(通電主導体2の電流)の増減は激しいが、電圧は比較的安定している。この発明は、この点を利用して、変圧器14の二次出力が通電主導体2の電流に影響する直前の電圧値を電圧値記憶回路32に格納しておき、変圧器14の二次出力に誤差が発生する範囲では電圧値記憶回路32に保持した電圧値で演算、表示を実行させる。電圧値は時間経過に対して電圧値記憶回路32に記憶された電圧値で拘束されるが、電流値は時々刻々の計測がなされているので、演算、表示される相間電圧(V)、電力(W)、電力量(Wh)値は、この間の電圧変化分の微誤差はあるが、実用上に影響のない精度で演算、表示を実行することができる。
【0017】
実施の形態2.
実施の形態2のものは、実施の形態1の相間電圧(V)、有効電力(W)、電力量(Wh)に加え、無効電力(Var)、力率(Pf)の計測表示を可能にする。
図3は、この発明の実施の形態2を示す通電情報計測装置の回路構成ブロック図、図4は実施の形態2の動作を説明する図である。図において、2、13、14、21〜33は上記実施の形態1の説明と同様のものである。
34は電流ゼロクロス検出回路、35は電圧ゼロクロス検出回路である。36は位相差検出回路、37は力率算定回路である。位相差検出回路36は電圧ゼロクロス検出回路35と電流ゼロクロス検出回路34から電圧と電流の位相差をA/D変換のためのサンプリングクロックを利用して行う。被計測交流電路の1/2周期をサンプリングするクロック数Nをカウンタで計数し、また電圧と電流のゼロクロス検出時間差間のクロック数mを計数して、その値から被計測交流電路の力率PfはPf=Cos(π・m/N)で、そして、無効力率PvはPv=Sin(π・m/N)で求められる。この結果を乗算回路26へ反映させて、有効電力(W)、無効電力(Var)の演算・表示が可能である。
この方法においてサンプリングクロック周波数が50キロヘルツ以上であれば力率計測精度は角度で0.5度の分解能が確保できる。
【0018】
被計測交流電路の周波数とサンプリングクロック周波数が決まれば交流電路の1/2周期間のサンプリングクロック数は算出設定できるが、被計測交流電路の変更等により被計測交流電路の周波数が変化(50Hzと60Hz)すれば再設定が必要である。
しかし、被計測交流電路の1/2周期のクロック数Nをカウンタで計数して得る構成のものは、被計測交流電路の周波数の変化(50Hz、60Hz)、サンプリングクロック周波数の変動に関係なく、そのままの状態で被計測交流電路の力率Pfを得ることができる。
【0019】
また、被計測交流電路の相線方式(単相、3相)による電流と、電圧の位相差はπ・2/3に相当するサンプリングクロック数を補正することで力率Pf算定できることは自明である。
【0020】
なお、上記各実施の形態において、負荷電流(通電主導体2の電流)の閾値判定を電流A/D変換回路21でA/D変換処理をされたもので実施しているが、これを計測用変流器13の出力をオペアンプ等のアナログタイプの判定手段を用いても同等の効果を奏することは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す通電情報計測装置の回路ブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態1の動作を説明するフローチャートである。
【図3】この発明の実施の形態2を示す通電情報計測装置の回路ブロック図である。
【図4】この発明の実施の形態2の動作を説明する図である。
【図5】従来の通電情報計測表示装置を備えた回路遮断器の回路ブロック図である。
【符号の説明】
1 回路遮断器本体、 2 通電主導体、 3 開閉接点
13 計測用変流器、 14 変圧器、 20 通電情報計測ユニット
21 電流A/D変換回路、 22 電圧A/D変換回路
電流値出力、 25 電圧出力、 26 乗算回路、 27 積算回路
表示内容選択手段、 29 表示部、 30 電流値判定部
切換信号、 32 電圧値記憶回路、 33 切換スイッチ
35 ゼロクロス検出回路、 36 位相差検出回路
37 力率算定回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an energization information measuring device that measures energization information such as voltage, current, and power of an AC load, and in particular, when a transformer that is housed in the device and connected to a circuit to be measured is energized with a large current in the circuit to be measured. The present invention relates to a voltage measurement value that does not affect an error when affected by a generated magnetic field.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a diagram showing a circuit block configuration of a circuit breaker provided with a conventional energization information measurement display device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-008930.
In the figure, 1 is a circuit breaker body, 2 is a main conducting conductor that penetrates the inside of the circuit breaker body 1, and 3 is a switching contact that is operated by a switching mechanism (not shown) to turn on and off the current of the conducting
[0003]
Reference numeral 11 denotes a trigger circuit, which receives a signal output from any one of the instantaneous time circuit 7, the
[0004]
20 is an energization information measuring unit, 21 is an A / D conversion circuit that obtains a digital output corresponding to the current flowing through the energizing
[0005]
[0006]
The energization information measuring apparatus as described above can obtain information on the voltage from the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional energization information measurement and display device as described above samples the values measured by the
[0008]
In general, if the current-carrying
[0009]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even if the arrangement position of the
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An energization information measurement / display apparatus according to the present invention includes a transformer provided in the casing in proximity to the energizing main conductor for detecting a voltage between the energizing main conductors, a current transformer for detecting a current of the energizing main conductor, and a transformer. Sampling and calculation processing of current and voltage detected by the current transformer and transformer to convert them into measurement signal output of current value, voltage value, power value, and energy, and temporary measurement signal output of voltage value Voltage value storage means for storing and current value determination means for replacing the voltage value measurement signal used for calculation processing with the voltage value measurement signal in the voltage value storage means when the current value measurement signal output is equal to or greater than the threshold value. It is provided.
[0011]
In addition, a zero cross detecting means for detecting the zero cross of each of the current and voltage of the AC circuit and the number N of sampling clocks for a half cycle of the AC circuit waveform are set in the above, and the sampling between the zero cross difference of the current and the voltage is set. Phase difference detecting means for detecting the clock number m and power factor calculating means for calculating the power factor from the sampling clock number N and the sampling clock number m are provided.
[0012]
The number N of sampling clocks during a half cycle of the AC circuit waveform is obtained by counting and detecting the sampling clocks at the zero-cross detection interval of the AC circuit to be measured.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram of a circuit configuration of an energization information measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numerals 1 to 15 and 20 to 29 are the same as those described in the conventional example.
Here, the current A /
[0014]
Next, the operation of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
The voltage output value of the voltage A /
[0015]
The threshold value is preferably set to a value just before the magnetic interference to the
[0016]
In a general power distribution circuit, the load current (current of the energized main conductor 2) increases and decreases drastically, but the voltage is relatively stable. The present invention uses this point to store in the voltage
[0017]
The second embodiment enables measurement and display of reactive power (Var) and power factor (Pf) in addition to the interphase voltage (V), active power (W), and electric energy (Wh) of the first embodiment. To do.
FIG. 3 is a block diagram of the circuit configuration of the energization information measuring apparatus showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the second embodiment. In the figure, 2, 13, 14, 21 to 33 are the same as those described in the first embodiment.
Reference numeral 34 denotes a current zero-cross detection circuit, and
In this method, if the sampling clock frequency is 50 kilohertz or more, the power factor measurement accuracy can ensure a resolution of 0.5 degrees in angle.
[0018]
If the frequency of the AC circuit to be measured and the sampling clock frequency are determined, the number of sampling clocks during a half cycle of the AC circuit can be calculated and set. However, the frequency of the AC circuit to be measured changes (such as 50 Hz) due to changes in the AC circuit to be measured. 60Hz), resetting is necessary.
However, the configuration obtained by counting the number of clocks N of 1/2 cycle of the AC circuit to be measured with a counter is independent of the change in the frequency of the AC circuit to be measured (50 Hz, 60 Hz) and the fluctuation of the sampling clock frequency. The power factor Pf of the AC circuit to be measured can be obtained as it is.
[0019]
In addition, it is obvious that the power factor Pf can be calculated by correcting the number of sampling clocks corresponding to π · 2/3 for the phase difference between the current and voltage of the AC line to be measured (single phase, three phase) and voltage. is there.
[0020]
In each of the above embodiments, the threshold determination of the load current (current of the energized main conductor 2) is performed with the A / D conversion processing performed by the current A /
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of an energization information measuring apparatus showing a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit block diagram of an energization information measuring
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit block diagram of a circuit breaker including a conventional energization information measurement display device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circuit breaker main body, 2 Current supply main conductor, 3
Claims (3)
電圧値の計測信号出力を一時記憶格納する電圧値記憶手段と、電流値の計測信号出力を所定の閾値と比較して、電流値計測信号出力が上記閾値以上の場合に演算処理に使用する電圧値計測信号を上記電圧値記憶手段に記憶格納された電圧値計測信号に置換える電流値判定手段とを備えたことを特徴とする通電情報計測表示装置。A transformer provided in the housing for detecting a voltage between the energized main conductors in proximity to the energized main conductor of the AC circuit, current detecting means for detecting a current of the energized main conductor, the current detecting means and the transformer Sampling and computing the current and voltage detected by, and converting to at least current value, voltage value, power value, and power measurement signal output, and select measurement items from the above measurement signal outputs In the energization information measurement display device that can be,
Voltage value storage means for temporarily storing a voltage value measurement signal output, and a voltage used for calculation processing when the current value measurement signal output is equal to or greater than the threshold value by comparing the current value measurement signal output with a predetermined threshold value. An energization information measurement display device comprising: current value determination means for replacing the value measurement signal with the voltage value measurement signal stored and stored in the voltage value storage means.
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