JP5581165B2 - 電力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力測定装置に関し、詳しくは、トリガ条件設定の改良に関する。

電力測定装置の測定機能の一つに、あらかじめ設定されたトリガ条件が成立した時点から測定データを取り込むように構成されたものがある。

図５は、このようなトリガ機能を有する従来の電力測定装置の一例を示すブロック図である。図５において、装置全体は、入力部１０と、演算部２０と、ＣＰＵ部３０とで構成されている。入力部１０の出力信号は演算部２０に入力され、演算部２０はバスを介してＣＰＵ部３０に接続されている。

入力部１０および演算部２０は、複数系統を実装できる。たとえば４系統実装することにより、電気自動車に搭載される直流入力の三相インバータ機器について、直流入力と三相の各相出力を同時に並行して測定することができ、インバータの効率測定を１台の電力測定装置で行える。

入力部１０は、電圧入力部１１と、電圧入力部１１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２と、電流入力部１３と、電流入力部１３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４とで構成されている。

電圧入力部１１は分圧抵抗１１ａと演算増幅器１１ｂとで構成され、分圧抵抗１１ａの分圧出力は演算増幅器１１ｂで正規化されてＡ／Ｄ変換器１２に入力される。

電流入力部１３は分流抵抗１３ａと演算増幅器１３ｂとで構成され、分流抵抗１３ａの分流出力は演算増幅器１３ｂで正規化されてＡ／Ｄ変換器１４に入力される。これらＡ/Ｄ変換器１２および１４の出力は、演算部２０に入力される。

演算部２０は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)で構成されていて、Ａ/Ｄ変換器１２の出力に基づいて電圧値を演算する電圧演算部２１、Ａ/Ｄ変換器１４の出力に基づいて電流値を演算する電流演算部２２、Ａ/Ｄ変換器１２および１４の出力に基づいて電力値を演算する電力演算部２３が設けられている。なお、これらの演算は、リアルタイムで行われる。

また、演算部２０には、トリガ処理機能も設けられている。トリガ条件格納部２４にはＣＰＵ部３０から設定される所定のトリガ条件が格納される。トリガ条件処理部２５は、トリガ条件格納部２４に格納されたトリガ条件に基づいて、測定データの取り込み処理を行う。各種データ格納部２６には、電圧演算部２１、電流演算部２２および電力演算部２３でリアルタイムに演算される測定データや、トリガ条件処理部２５でトリガ条件に基づいて選択的に取り込まれる測定データなどが格納される。

ＣＰＵ部３０は、相互にバス接続されたＣＰＵ３１、操作部３２、表示部３３などで構成されている。ＣＰＵ３１は、装置全体の動作を統括制御する。操作部３２は、測定条件やトリガ条件などを設定入力する。表示部３３は、測定条件、トリガ条件、測定結果などを表示する。なお、ＣＰＵ部３０には装置と外部装置との間で各種データの授受などを行うための通信部なども設けられるが図示しない。

図６は、図５のトリガ測定動作の一例を示すフローチャートであり、測定信号の一つをトリガとして用いる例を示している。まず、トリガ条件として、トリガ対象信号の種別（電圧／電流）とトリガエッジ（立ち上がり／立ち下がり／両方）と閾値としての具体的な数値を設定する。たとえば電圧演算部２１から演算出力される電圧の立ち上がりエッジに対して、電圧が５．０Ｖ以上になったらトリガがかかるように、「≧５．０」を設定し、トリガ条件格納部２４に格納する（ステップＳ１）。これにより、トリガ条件処理部２５はトリガ待ち状態になり（ステップＳ２）、測定が開始される（ステップＳ３）。

トリガ条件処理部２５は、演算部２０の制御下において、電圧演算部２１から演算出力される電圧の立ち上がりエッジの電圧が、トリガ条件格納部２４に格納されているトリガ条件「≧５．０」を満たしていてトリガ条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ４）。具体的には、トリガ条件処理部２５は、一定区間（たとえば５０ｍｓｅｃ〜２０ｓｅｃ）の平均電圧または平均電流から得られる測定データを、トリガ条件格納部２４に格納されているトリガレベルと比較してトリガ条件成立の有無の判定を行う。

トリガ条件が成立すると、演算部２０は、各種データ格納部２６にトリガ条件成立区間における測定データの保存を開始する（ステップＳ５）。トリガ条件成立区間の測定データの保存が終了することにより（ステップＳ６）、一連の測定を終了する。

非特許文献１には、三相インバータの効率を１台で測定できる電力測定装置の構成が記載されている。

岩瀬 久、伊東 修、橘 勝也、「プレシジョンパワーアナライザＷＴ３０００」、横河技報、横河電機株式会社、２００５年１月２０日、Ｖｏｌ．４９ Ｎｏ．１（２００５） ｐ．１７−２０

しかし、図５の構成によれば、設定可能なトリガ条件は、装置全体としてはトリガ対象信号の種別（電圧／電流）とトリガエッジ（立ち上がり／立ち下がり／両方）と入力部１０および演算部２０の実装系統数の組み合わせがあるにもかかわらず、ＣＰＵ３１で指定されたいずれかの１系統の電圧または電流のいずれかといずれかのトリガエッジとを組み合わせた１つしか選択できない。

測定によっては、ある入力系統の電圧値と他の入力系統の電力値との論理積や、ある入力系統の電流値と他の入力系統の周波数との論理和など、複数の入力系統のトリガ条件を組み合わせたり、入力信号の代わりに入力信号から演算された演算結果を用いてトリガ条件を設定したい場合もあるが、図５の構成では実現することは困難である。

他の方法として、ユーザが測定データをモニタしていて、測定データが保存開始条件を満たしていれば測定データ保存を開始するように手動操作することもできるが、手動操作のタイミングによって測定データの取得タイミングがばらつくという問題がある。

さらに他の方法として、電力測定装置の他に別途ＰＣを設けてＰＣには測定データの保存開始条件を設定しておき、測定データが保存開始条件を満たしているかを判断し、測定データが保存開始条件を満たしている場合には測定開始コマンドを送信して測定データを取り込み保存することもできるが、ＰＣや通信インタフェースやアプリケーションソフトなどを準備しなければならず、構成や測定操作が複雑になってしまう。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、電力測定装置単体で、複数の条件を任意に組み合わせたトリガ条件が設定できる電力測定装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入力される電圧と電流をデジタル信号に変換して出力する複数系統の入力部と、
これら入力部から変換出力されるデジタル信号に基づき電圧値と電流値と電力値を演算して格納する演算部と、
少なくとも前記演算部に格納されている複数系統の電圧値と電流値と電力値を任意に組み合わせてトリガ条件式を生成するトリガ条件設定部を有するＣＰＵ部とで構成された電力測定装置において、
前記ＣＰＵ部は、さらに、前記トリガ条件設定部で生成されたトリガ条件式を格納するトリガ条件格納部と、前記演算部に格納される測定データが更新される毎に前記トリガ条件格納部に格納されたトリガ条件成立の有無を判断するトリガ条件処理部と、前記所定のトリガ条件が成立している区間中の測定データが格納されるトリガ条件選択データ格納部を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電力測定装置において、
前記ＣＰＵ部は、さらに、
前記演算部に格納された電圧値と電流値と電力値を測定データとして周期的に取り込み格納する測定データ格納部と、これら測定データに基づき少なくとも力率、周波数、高調波のいずれかを演算する測定値演算部と、前記演算部に格納された複数系統の電圧値と電流値と電力値および前記測定値演算部で演算された力率と周波数と高調波を任意に組み合わせてトリガ条件式を生成するトリガ条件設定部を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電力測定装置において、
前記演算部は、前記電圧値と電流値と電力値の瞬時値と平均値を演算することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電力測定装置において、
前記トリガ条件設定部で設定されたトリガ条件情報に基づき外部に所定のアナログ信号を出力することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電力測定装置において、
前記トリガ条件設定部で設定されたトリガ条件情報を外部に出力する通信手段を設けたことを特徴とする。

これらにより、電力測定装置単体で、複数の条件を任意に組み合わせたトリガ条件が設定できる。

そして、設定されたトリガ条件情報を外部に出力することにより、トリガ条件情報を電力測定装置における測定データの保存以外にも利用できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 図１におけるトリガ条件格納部３７の概念図である。 本発明におけるトリガ条件の値の説明図である。 図１のトリガ測定動作の流れを示すフローチャートである。 従来の電力測定装置の一例を示す構成説明図である。 図５のトリガ測定動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図５の相違点は、演算部４０からトリガ処理機能を省き演算部４０を複数系統の入力部１０で共用していることと、ＣＰＵ部３０にトリガ処理機能を追加していることである。

図１において、演算部４０はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成されていて、複数系統の入力部１０からＡ/Ｄ変換器１２および１４の出力が入力されている。演算部４０には、各入力系統のＡ/Ｄ変換器１２の出力に基づき電圧の瞬時値を演算する電圧演算部４１、Ａ/Ｄ変換器１４の出力に基づき電流の瞬時値を演算する電流演算部４２、Ａ/Ｄ変換器１２および１４の出力に基づき電力の瞬時値を演算する電力演算部４３、これら電圧演算部４１と電流演算部４２および電力演算部４３で演算された瞬時値を格納する瞬時値格納部４４、瞬時値格納部４４に格納されている電圧値と電流値および電力値についてそれぞれ所定区間（たとえば５０ｍｓｅｃ〜２０ｓｅｃ）の平均値を演算する平均値演算部４５、これら平均値演算部４５で演算された平均値を格納する平均値格納部４６が設けられている。平均値格納部４６に格納されている平均値は、ＣＰＵ３１からの割り込みに応じてＣＰＵ部３０の測定データ格納部３４に転送格納される。

ＣＰＵ部３０には、図５の構成の他に、測定データ格納部３４、測定値演算部３５、トリガ条件設定部３６、トリガ条件格納部３７、トリガ条件処理部３８、トリガ条件選択データ格納部３９などが設けられている。

測定データ格納部３４には、前述のように、ＣＰＵ３１からの割り込みに応じて、平均値格納部４６に格納されている平均値が転送格納されるとともに、測定値演算部３５における各種の演算結果も格納される。

測定値演算部３５は、測定データ格納部３４に転送格納される電圧値と電流値および電力値の平均値に基づいて力率、周波数、高調波測定値などを演算し、これらの演算結果を測定データ格納部３４に格納する。

トリガ条件設定部３６は、各入力系統の電圧値、電流値、電力値、測定値演算部３５で演算される力率、周波数、高調波測定値などを任意に組み合わせて所望のトリガ条件を設定し、図２に示すようにトリガ条件名を付けてトリガ条件格納部３７に格納する。

図２はトリガ条件格納部３７の概念図であり、（Ａ）は設定されたトリガ条件の内容を表すトリガ条件テーブルの具体例を示し、（Ｂ）はトリガ条件名とトリガ条件式の対応関係を示している。

トリガ条件としては、図２（Ａ）に示す各項目について、以下のような選択が行われてトリガ条件式が生成され格納される。
入力系統→複数系統のうちから任意の系統を選択
対象信号→電圧値／電流値／電力値／力率／周波数／高調波測定値などから選択
エッジ→→立ち上がり／立ち下がり／両方から選択
閾値→→→任意の値
演算子→→ＡＮＤ／ＯＲ／ＮＯＴから選択

図２（Ａ）の各項目の組み合わせにより生成されたトリガ条件式は、図２（Ｂ）に示すようにトリガ条件名とトリガ条件式を対応付けて格納される。トリガ条件名としては、「Ｅｖ１（ＴＲＵＥ／ＦＡＬＳＥ）」など、測定目的を連想できる略号が望ましい。これらのトリガ条件が設定格納されることにより、装置はトリガ待ち状態になる。

トリガ条件格納部３７に格納されたトリガ条件名は、必要に応じて、図示しない通信手段を介してトリガ条件情報として外部にも出力される。そして、測定データの保存の他、自動印刷のトリガ、外部へのアナログ出力（たとえばＴＲＵＥ時＋５Ｖ出力／ＦＡＬＳＥ時０Ｖ出力）、ＰＣからの読み出しなどにも利用される。

トリガ条件処理部３８は、測定が開始されると、測定データ格納部３４に格納される測定データが更新される毎に、トリガ条件格納部３７に格納されているトリガ条件式にしたがってトリガ条件成立の有無を判断し、その判断結果に応じてトリガ条件の値は図３に示すようにＴＲＵＥまたはＦＡＬＳＥに更新される。トリガ条件の値がＴＲＵＥになると、トリガ条件選択データ格納部３９への測定データの保存を開始する。

トリガ条件選択データ格納部３９には、所定のトリガ条件が成立している区間中の測定データが格納される。

図４は、図１のトリガ測定動作の流れを示すフローチャートである。まず、トリガ条件として、図２（Ａ）に示したように、入力系統とトリガ対象信号の種別（電圧／電流）とトリガエッジ（立ち上がり／立ち下がり／両方）と閾値としての具体的な数値とそれぞれの演算子などを設定し、トリガ条件格納部３７に格納する（ステップＳ１）。

たとえば、トリガ条件式Ｅｖ１として、
Ｅｖ１＝（２４．５≧電力１≧１２．０ＡＮＤ周波数１≧５５．０）ＯＲ
（電流１≧５．０ＡＮＤ電流２≧７．５）
を設定する。このトリガ条件式Ｅｖ１は、入力系統１の電力値が１２．０以上と２４．５以下の範囲であり入力系統１の周波数は５５．０以上であるか、または、入力系統１の電流値が５．０以上であり入力系統２の電流値が７．５以上であることを表している。

これにより、トリガ条件処理部３８はトリガ待ち状態になり（ステップＳ２）、測定が開始される（ステップＳ３）。

トリガ条件処理部３８は、ＣＰＵ３１の制御下において、トリガ条件式Ｅｖ１の値がＴＲＵＥかＦＡＬＳＥかを判断する（ステップＳ４）。具体的には、トリガ条件式Ｅｖ１の値は、トリガ条件式Ｅｖ１のトリガ条件が成立していればＴＲＵＥになり、トリガ条件が成立していなければＦＡＬＳＥになる。

トリガ条件が成立してトリガ条件式Ｅｖ１の値がＴＲＵＥになると、トリガ条件選択データ格納部３９への所定のトリガ条件が成立している区間中における測定データの保存を開始する（ステップＳ５）。トリガ条件式Ｅｖ１の値がＴＲＵＥ区間の測定データを保存が終了することにより（ステップＳ６）、一連の測定を終了する。

図１の構成によれば、電力測定装置に接続されたデータ格納手段に測定データ保存を開始するタイミングを、単体の電力測定装置における複数の入力系統の電圧値および電流値や、電力値、力率、周波数、高調波などの演算値を自由に組み合わせたトリガ条件に基づいて決定することができる。

そして、トリガ条件設定部３６で生成されたトリガ条件式は、名称を付けてトリガ条件格納部３７に格納されているので、データ格納手段への測定データの格納に限らず、自動印刷トリガ、外部ヘのアナログ出力、ＰＣからの読み出しなどにも利用できる。

以上説明したように、本発明によれば、電力測定装置単体で複数の条件を任意に組み合わせたトリガ条件が設定でき、設定されたトリガ条件情報を外部に出力することにより、トリガ条件情報を電力測定装置における測定データの保存以外にも利用できる。

１０ 入力部
１１ 電圧入力部
１２、１４ Ａ／Ｄ変換器
１３ 電流入力部
３０ ＣＰＵ部
３１ ＣＰＵ
３２ 操作部
３３ 表示部
３４ 測定データ格納部
３５ 測定値演算部
３６ トリガ条件設定部
３７ トリガ条件格納部
３８ トリガ条件処理部
３９ トリガ条件選択データ格納部
４０ 演算部（ＦＰＧＡ）
４１ 電圧演算部
４２ 電流演算部
４３ 電力演算部
４４ 瞬時値格納部
４５ 平均値演算部
４６ 平均値格納部

Claims (5)

1. 入力される電圧と電流をデジタル信号に変換して出力する複数系統の入力部と、
   これら入力部から変換出力されるデジタル信号に基づき電圧値と電流値と電力値を演算して格納する演算部と、
   少なくとも前記演算部に格納されている複数系統の電圧値と電流値と電力値を任意に組み合わせてトリガ条件式を生成するトリガ条件設定部を有するＣＰＵ部とで構成された電力測定装置において、
   前記ＣＰＵ部は、さらに、前記トリガ条件設定部で生成されたトリガ条件式を格納するトリガ条件格納部と、前記演算部に格納される測定データが更新される毎に前記トリガ条件格納部に格納されたトリガ条件成立の有無を判断するトリガ条件処理部と、前記所定のトリガ条件が成立している区間中の測定データが格納されるトリガ条件選択データ格納部を有することを特徴とする電力測定装置。
2. 前記ＣＰＵ部は、さらに、
   前記演算部に格納された電圧値と電流値と電力値を測定データとして周期的に取り込み格納する測定データ格納部と、これら測定データに基づき少なくとも力率、周波数、高調波のいずれかを演算する測定値演算部と、前記演算部に格納された複数系統の電圧値と電流値と電力値および前記測定値演算部で演算された力率と周波数と高調波を任意に組み合わせてトリガ条件式を生成するトリガ条件設定部を有することを特徴とする請求項１記載の電力測定装置。
3. 前記演算部は、前記電圧値と電流値と電力値の瞬時値と平均値を演算することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力測定装置。
4. 前記トリガ条件設定部で設定されたトリガ条件情報に基づき外部に所定のアナログ信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力測定装置。
5. 前記トリガ条件設定部で設定されたトリガ条件情報を外部に出力する通信手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力測定装置。

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