JP6054100B2

JP6054100B2 - 電力測定装置および電力測定方法

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Publication number: JP6054100B2
Application number: JP2012187820A
Authority: JP
Inventors: 大桂池田; 浩一柳沢
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Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: JP2014044170A

Description

本発明は、導電路を介して供給されている交流電力を測定する電力測定装置および電力測定方法に関するものである。

この種の電力測定装置として、導電路（例えば、電線の芯線）に接続して測定した導電路に印加されている交流電圧と、クランプセンサを用いて非接触で測定した導電路に供給されている交流電流とに基づいて、導電路を介して供給されている交流電力を測定する電力測定装置が一般的に知られている。しかしながら、この電力測定装置では、電圧を入力するための電圧コードを導電路に接続する必要があるため、作業者が、電圧コードの導電路への接続時において、導電路や電圧コードの金属部分に接触して感電するおそれがある。

このため、下記の特許文献１において開示された非接触式の電圧測定装置の構成を、上記の電力測定装置における電圧測定の構成部分に適用することで、感電を防止可能に構成することも考えられる。この非接触式の電圧測定装置は、電圧を測定すべき導電路（配電線路）に絶縁距離を介して対向配置される検出電極と、検出電極に接続されると共に導電路の電圧によって検出電極に生じた電圧の変化を増幅する増幅器と、増幅器から出力されるアナログ信号の電圧値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ＣＰＵとを備えている。

この非接触式の電圧測定装置では、ＣＰＵは、別の接触式電圧測定装置で測定された導電路の電圧についての電圧値を入力してＲＡＭなどに記憶させる。また、ＣＰＵは、Ａ／Ｄ変換器から出力されているデジタル信号に基づいて導電路の電圧についての電圧値を測定し、かつこの測定した電圧値（以後、「測定電圧値」ともいう）をＲＡＭに記憶させた電圧値（接触式電圧測定装置で測定された電圧値）に較正すると共に、両電圧値の比である較正比を算出してＲＡＭに記憶させる。

その後、ＣＰＵは、Ａ／Ｄ変換器から出力されているデジタル信号に基づいて導電路の電圧値を算出すると共に、この算出した電圧値をＲＡＭに記憶されている較正比で較正することにより、導電路の電圧についての電圧値を測定する。この場合、この測定方法では、検出電極を介して検出したデジタル信号に基づいて算出される測定電圧値の変化が、導電路の電圧変化に正比例するということを前提にしている

特開昭６３−２３８４６６号公報（第２−４頁、第１−４図）

ところが、上記の非接触式の電圧測定装置を適用して構成される電力測定装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、非接触式の電圧測定装置における検出電極と導電路との間に形成される静電容量は、導電路に対する検出電極の位置ずれだけではなく、湿度や温度の変化に応じて変化する。このため、上記の非接触式の電圧測定装置では、導電路に印加されている電圧が既知の電圧値（一定の電圧値）の電圧のときであっても、湿度や温度の変化に応じて増幅器から出力されるアナログ信号の電圧値が変化するため、導電路の電圧についての電圧値を正確に測定することができない。したがって、この非接触式の電圧測定装置を適用して構成した電力測定装置には、導電路に既知の電圧値の電圧が印加されているときであっても、導電路を介して供給される交流電力を正確に測定することができないおそれがあるという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、既知の電圧値の交流電圧が印加されている電線を介して供給されている交流電力を正確に測定し得る電力測定装置および電力測定方法を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電力測定装置は、導電路に印加されている交流電圧を当該導電路に非接触の状態で検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、前記導電路を流れる交流電流を当該導電路に非接触の状態で検出すると共に当該交流電流の振幅に比例して振幅が変化する電流検出信号を出力する電流検出部と、前記電圧検出信号および前記電流検出信号に基づいて前記導電路を介して供給されている交流電力を測定する処理部とを備え、前記電圧検出部は、前記導電路と非接触の状態で対向する検出電極、当該検出電極と前記導電路との間の静電結合容量を介して一方の入力端子が当該導電路に接続されると共に前記静電結合容量を介して前記導電路と前記一方の入力端子との間に流れる静電誘導電流を電圧に変換して変換信号として出力する演算増幅器、および前記変換信号に基づいて前記演算増幅器の他方の入力端子に供給する供給電圧信号を生成すると共に前記変換信号の振幅が減少するように当該供給電圧信号の電圧値を制御する電圧制御回路を有して、当該供給電圧信号を前記電圧検出信号として出力し、前記処理部は、前記電圧検出信号と前記電流検出信号との間の位相差を検出する位相差検出処理と、前記電流検出信号に基づいて前記交流電流の実効値を算出する電流実効値算出処理と、入力操作によって入力された前記交流電圧の実効値、前記算出した交流電流の実効値、および前記検出した位相差に基づいて、前記交流電力を測定する電力測定処理とを実行する電力測定装置であって、前記演算増幅器および前記電圧制御回路は同じグランドを基準電位とする同じプラス電圧および同じマイナス電圧で作動し、前記電圧検出部は、前記交流電圧が前記プラス電圧を超える電圧範囲では当該プラス電圧で一定となり、当該交流電圧が前記マイナス電圧を下回る電圧範囲では当該マイナス電圧で一定となり、かつ当該交流電圧が当該マイナス電圧以上当該プラス電圧以下の電圧範囲では当該交流電圧と一致する状態で前記電圧検出信号を出力する。

請求項１記載の電力測定装置では、電圧検出信号と電流検出信号との間の位相差を検出する位相差検出処理と、電流検出信号に基づいて交流電流の実効値を算出する電流実効値算出処理と、入力操作によって入力された交流電圧の実効値、算出した電流の実効値および算出した位相差に基づいて、交流電力を測定する電力測定処理とを実行する。

したがって、この電力測定装置によれば、導電路に印加されている交流電圧を導電路に非接触の状態で検出するための検出電極と導電路との間に存在する静電結合容量の容量値が温度などによって変動した場合であっても、入力操作によって入力された電圧の実効値を用いて交流電力を正確に測定することができる。

また、この電力測定装置によれば、交流電圧がプラス電圧を超える電圧範囲ではこのプラス電圧で一定となり、交流電圧がマイナス電圧を下回る電圧範囲ではこのマイナス電圧で一定となり、かつ交流電圧がこのマイナス電圧以上このプラス電圧以下の電圧範囲では交流電圧と一致する状態（交流電圧と電圧値がほぼ同じになる）状態で電圧検出信号が生成されるため、処理部は、この電圧検出信号に基づいて、電圧検出信号と電流検出信号との間の位相差（つまり、導電路に印加されている交流電圧と交流電流との間の位相差）を正確に測定することができる結果、この電力測定装置によれば、正確な位相差に基づいて、交流電力をより正確に測定することができる。また、この電力測定装置によれば、電圧検出信号の振幅を交流電圧の振幅よりも低い状態に維持することができるため、電圧検出部での消費電力を大幅に低減することができ、この結果として電力測定装置全体の消費電力についても大幅に低減することができる。

電力測定装置１の構成図である。図１の電圧検出部２の回路図である。図１の電圧検出部２の動作を説明するための波形図である。図１の電圧検出部２Ａの回路図である。

以下、電力測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電力測定装置の構成について、図面を参照して説明する。

図１に示す電力測定装置１は、電圧検出部２、電流検出部３および本体部４を備えて、例えば電線１００を介して供給されている交流電力Ｐを測定可能に構成されている。この場合、電線１００は、被覆電線であって、図１，２に示すように、導電路の一例である導電材料で構成された芯線１０１と、芯線１０１の周囲を覆う絶縁材料製の絶縁被覆１０２とで構成されている。

電圧検出部２は、図１に示すように、電線１００を挟み込み可能なクリップ状に構成されて、挟み込んだ電線１００の芯線１０１に印加されている交流電圧Ｖｔを芯線１０２に非接触の状態で検出して、交流信号である電圧検出信号Ｓｖとして出力する。本例では一例として、電圧検出部２は、図１，２に示すように、クリップ状に構成されたケース１１、検出電極１２、演算増幅器１３、バッファ１４、絶縁回路１５、電圧制御回路１６および不図示の電源回路を備えている。電源回路は、本体部４から供給される電力に基づいて、図２において破線で囲まれた構成要素（演算増幅器１３、バッファ１４）に対する第１電源（一例として、グランドＧ１を基準電位とするプラス電圧およびマイナス電圧）と、電圧制御回路１６に対する第２電源（一例として、グランドＧ２を基準電位とするプラス電圧およびマイナス電圧）とを生成して出力する。

ケース１１は、絶縁性を有する樹脂材料を用いてクリップ状に構成されて、検出電極１２、演算増幅器１３、バッファ１４、絶縁回路１５、電圧制御回路１６および不図示の電源回路を内部に収容する。また、ケース１１には、図２に示すように、電線１００を挟み込むための凹部１１ａ，１１ａが一対形成されている。この一対の凹部１１ａ，１１ａは、同図に示すように、電圧検出部２が電線１００を挟み込んだ状態において、電線１００が挿通される孔部を形成する。

検出電極１２は、図２に示すように、ケース１１内部における凹部１１ａの近傍に配設されている。この構成により、検出電極１２は、挟み込まれた状態の電線１００の芯線１０１と非接触の状態で対向する。このため、検出電極１２と、挟み込まれた状態の電線１００の芯線１０１との間には、静電結合容量Ｃ０が形成される。この静電結合容量Ｃ０の容量値は、電力測定装置１が設置されている場所の温度や湿度、また一対の凹部１１ａ，１１ａで構成される上記の孔部内での電線１００の位置によって僅かに変動する。

演算増幅器１３は、一方の入力端子としての反転入力端子が検出電極１２に接続されている。これにより、演算増幅器１３の反転入力端子は、検出電極１２と芯線１０１との間の静電結合容量Ｃ０を介して芯線１０１に交流的に接続される。また、演算増幅器１３は、他方の入力端子としての非反転入力端子がグランドＧ１に接続されている。また、演算増幅器１３の反転入力端子と出力端子との間には帰還抵抗１３ａが接続されている。この構成により、演算増幅器１３は、電流電圧変換回路に構成されて、静電結合容量Ｃ０を介して芯線１０１と検出電極１２との間に流れる電流（静電誘導電流）Ｉを電圧に変換して（具体的には、変換信号としての電圧信号Ｖ２に変換して）出力する。この場合、電圧信号Ｖ２は、電流Ｉの電流値に応じて振幅（電圧値）が変化すると共に、電流Ｉの流れる向きに応じて極性（グランドＧ１の電位を基準として決まる極性）が変化する。具体的には、電圧信号Ｖ２の極性は、芯線１０１から検出電極１２に電流Ｉが流れるとき（検出電極１２に対して芯線１０１が高電位のとき）には負極性になり、逆のときには正極性になる。

バッファ１４は、電圧信号Ｖ２を入力すると共に、電圧信号Ｖ２と同一電圧（同じ振幅）で、かつ同一位相の電圧信号Ｖ３を低インピーダンスで出力する。絶縁回路１５は、一例としてパルストランスで構成されて、入力される電圧信号Ｖ３を、この電圧信号Ｖ３と電気的に絶縁された電圧信号Ｖ４（一例として、電圧信号Ｖ３と同じ振幅で、かつ同じ位相の電圧信号）に変換して電圧制御回路１６に出力する。なお、絶縁回路１５は、フォトトランジスタやフォトカプラといった光絶縁式アイソレータを用いて構成することもできる。

電圧制御回路１６は、入力している電圧信号Ｖ４に基づいて電圧検出信号Ｓｖを生成して、第１電源に基づいて作動する演算増幅器１３およびバッファ１４側の基準電位（グランドＧ１）に供給電圧信号として出力すると共に、電圧検出部２の外部に出力する。これにより、演算増幅器１３およびバッファ１４側の基準電位（グランドＧ１）の電圧、つまり、演算増幅器１３の非反転入力端子の電圧、ひいては演算増幅器１３の反転入力端子に接続されている検出電極１２の電圧は、電圧検出信号Ｓｖの電圧値Ｖｇの増減に伴って変化する。また、電圧制御回路１６は、電圧検出信号Ｓｖの生成に際して、入力している電圧信号Ｖ４（ひいては電圧信号Ｖ４の元になる電圧信号Ｖ２）の振幅が減少するように、電圧検出信号Ｓｖの電圧値Ｖｇをフィードバック制御する。

この構成により、電圧検出部２では、電圧制御回路１６による上記のフィードバック制御（電圧信号Ｖ２の振幅を減少させる制御）により、芯線１０１と検出電極１２との間に電流Ｉが流れないように、すなわち、検出電極１２の電圧（電圧値Ｖｇ）が交流電圧Ｖｔの電圧値と一致するように（同一電圧で、かつ同一位相になるように）制御される。したがって、電圧検出部２は、温度などによって容量値が変化する静電結合容量Ｃ０を介して交流電圧Ｖｔを検出する構成であっても、交流電圧Ｖｔと同一電圧で、かつ同一位相の電圧検出信号Ｓｖを検出することが可能になっている。

電流検出部３は、先端が開閉自在なクランプ型の電流検出器で構成されて、図１に示すように、電線１００の周囲を取り囲んだ状態において、線１００に流れている交流電流Ｉｔを非接触で検出して、交流信号である電流検出信号Ｓｉを出力する。具体的には、電流検出部３は、例えば、不図示のカレントトランスやホール素子を使用して構成されて、電線１００に交流電流Ｉｔが流れているときに電線１００の周囲に発生する磁束を検出することにより、この交流電流Ｉｔの電流値に比例して振幅（電圧値）が変化すると共に、交流電流Ｉｔの向きに応じて極性が変化する電圧信号としての電流検出信号Ｓｉを、交流電流Ｉｔの変化に対する遅延が殆ど生じない状態で生成して出力する。したがって、電流検出部３は、交流電流Ｉｔと同一位相の電流検出信号Ｓｉを生成して出力する。

本体部４は、図１に示すように、一例として、入力部２１、処理部２２、記憶部２３、操作部２４、表示部２５および不図示の電源回路を備えて構成されている。この場合、電源回路は、上記した第２電源のグランドＧ２と同じ電位のグランドを基準電位とする電圧（例えば、プラス電圧およびマイナス電圧）を生成して、入力部２１、処理部２２、記憶部２３、操作部２４および表示部２５に作動用電圧として供給する。

入力部２１は、バッファ、レンジアンプおよびＡ／Ｄコンバータ（いずれも図示せず）を一例として２系統備えて構成されている。この構成により、入力部２１は、この２系統のうちの１系統で、電圧検出部２から出力される電圧検出信号Ｓｖをサンプリングすることにより、電圧検出信号Ｓｖの波形を示す電圧波形データＤｖに変換して出力すると共に、他の１系統で、電流検出部３から出力される電流検出信号Ｓｉをサンプリングすることにより、電流検出信号Ｓｉの波形を示す電流波形データＤｉに変換して出力する。

処理部２２は、ＣＰＵなどで構成されて、記憶処理、電流実効値算出処理、位相差検出処理、電力測定処理および表示処理を実行する。この場合、記憶処理では、処理部２２は、操作部２４から出力される交流電圧Ｖｔの実効値Ｖｒｍｓ（以下、「電圧実効値Ｖｒｍｓ」ともいう）、並びに入力部２１から出力される電圧波形データＤｖおよび電流波形データＤｉを取得して記憶部２３に記憶させる。また、電流実効値算出処理では、処理部２２は、電流検出信号Ｓｉに基づいて（本例では、電流検出信号Ｓｉの波形を示す電流波形データＤｉに基づいて）、交流電流Ｉｔの実効値Ｉｒｍｓ（以下、「電流実効値Ｉｒｍｓ」ともいう）を算出して、記憶部２３に記憶させる。また、位相差検出処理では、処理部２２は、電圧検出信号Ｓｖと電流検出信号Ｓｉとの間の位相差φを検出して、記憶部２３に記憶させる。また、電力測定処理では、処理部２２は、電圧実効値Ｖｒｍｓ、電流実効値Ｉｒｍｓおよび位相差φに基づいて、交流電力Ｐ（＝Ｖｒｍｓ×Ｉｒｍｓ×ｃｏｓφ）を算出（測定）して、記憶部２３に記憶させる。また、表示処理では、処理部２２は、算出した交流電力Ｐなどを表示部２５に表示させる。

記憶部２３は、例えば、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの半導体メモリや、ＨＤＤ（Hard Disk Drive ）などを用いて構成されている。操作部２４は、数値入力キーなどを備え、操作者による入力操作によって入力された電圧実効値Ｖｒｍｓを処理部２２に出力する。表示部２５は、出力部の一例であって、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイ装置で構成されている。この構成により、表示部２５は、処理部２２で測定された交流電力Ｐを画面に表示する。

次いで、電力測定装置１による電線１００の交流電力Ｐについての測定動作について説明すると共に、併せて電力測定方法について説明する。

まず、操作者は、電力測定装置１の電圧検出部２および電流検出部３を図１に示すように、測定対象である電線１００に装着する。これにより、電圧検出部２は、電線１００の芯線１０１に印加されている交流電圧Ｖｔを検出して、電圧検出信号Ｓｖを出力する動作を開始する。また、電流検出部３も、芯線１０１に流れている交流電流Ｉｔを検出して、電流検出信号Ｓｉを出力する動作を開始する。これにより、本体部４では、入力部２１が、電圧検出信号Ｓｖを電圧波形データＤｖに、また電流検出信号Ｓｉを電流波形データＤｉにそれぞれ変換して、処理部２２に出力する。

次いで、操作者は、操作部２４に対する入力操作を実行することにより、電線１００に印加されている交流電圧Ｖｔについての既知の電圧実効値Ｖｒｍｓを操作部２４に入力する。例えば、電線１００に印加されている交流電圧ＶｔがＡＣ１００Ｖ（既知）であるときには、その電圧実効値Ｖｒｍｓとして「１００Ｖ」を示す数値「１００」を入力する。操作部２４は、入力された電圧実効値Ｖｒｍｓを処理部２２に出力し、処理部２２は、この操作部２４から出力された電圧実効値Ｖｒｍｓを取得すると共に記憶処理を実行する。これにより、電圧実効値Ｖｒｍｓが記憶部２３に記憶される。

処理部２２は、このようにして電圧実効値Ｖｒｍｓの記憶部２３への記憶が完了した後、引き続いて記憶処理を実行して、入力部２１から出力されている電圧波形データＤｖおよび電流波形データＤｉを一定量（例えば、交流電圧Ｖｔの１周期分）だけ取得して、記憶部２３に記憶させる。

次いで、処理部２２は、電流実効値算出処理を実行する。この電流実効値算出処理では、処理部２２は、記憶部２３に記憶されている電流波形データＤｉ、電流検出部３での交流電流Ｉｔから電流検出信号Ｓｉへの変換率（既知）、および入力部２１のレンジアンプでの増幅率（既知）に基づいて、交流電流Ｉｔの電流実効値Ｉｒｍｓを算出して、記憶部２３に記憶させる。

続いて、処理部２２は、位相差検出処理を実行する。この位相差検出処理では、処理部２２は、処理部２２に記憶されている電圧波形データＤｖおよび電流波形データＤｉに基づいて、電圧検出信号Ｓｖおよび電流検出信号Ｓｉ間の位相差φを検出して、記憶部２３に記憶させる。一例として、処理部２２は、まず、電圧波形データＤｖに基づいて電圧検出信号Ｓｖの立ち上がりゼロクロス点（または、立ち下がりゼロクロス点）を検出すると共に、電流検出信号Ｓｉに基づいて電流検出信号Ｓｉの立ち上がりゼロクロス点（または、立ち下がりゼロクロス点）を検出して、両ゼロクロス点の時間差を算出する。また、処理部２２は、電圧検出信号Ｓｖの立ち上がりゼロクロス点間（または、立ち下がりゼロクロス点間）の時間（電流検出信号Ｓｉの立ち上がりゼロクロス点間（または、立ち下がりゼロクロス点間）の時間でもある）を検出して、電圧検出信号Ｓｖの周期（電流検出信号Ｓｉの周期でもある）を算出する。次いで、処理部２２は、算出した両ゼロクロス点の時間差と周期とに基づいて、電圧検出信号Ｓｖおよび電流検出信号Ｓｉ間の位相差φを検出する。このようにして処理部２２で検出された位相差φは、電圧検出信号Ｓｖが交流電圧Ｖｔと同一位相であり、かつ電流検出信号Ｓｉが交流電流Ｉｔと同一位相であるため、交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔとの間の位相差に相当する。

次いで、処理部２２は、電力測定処理を実行する。この電力測定処理では、処理部２２は、記憶部２３に記憶されている電圧実効値Ｖｒｍｓ、電流実効値Ｉｒｍｓおよび位相差φに基づいて、交流電力Ｐ（＝Ｖｒｍｓ×Ｉｒｍｓ×ｃｏｓφ）を算出（測定）して、記憶部２３に記憶させる。最後に、処理部２２は、表示処理を実行して、算出した交流電力Ｐを表示部２５に表示させる。これにより、電力測定装置１による電線１００の交流電力Ｐについての測定が完了する。

このように、この電力測定装置１および電力測定方法では、処理部２２が、電圧検出信号Ｓｖと電流検出信号Ｓｉとの間の位相差φを検出する位相差検出処理と、電流検出信号Ｓｉに基づいて交流電流Ｉｔの電流実効値Ｉｒｍｓを算出する電流実効値算出処理と、入力操作によって入力された交流電圧Ｖｔの電圧実効値Ｖｒｍｓ、算出した電流実効値Ｉｒｍｓおよび算出した位相差φに基づいて交流電力Ｐを測定する電力測定処理とを実行する。

したがって、この電力測定装置１および電力測定方法によれば、電圧検出部２の検出電極１２と電線１００の芯線１０１との間に存在する静電結合容量Ｃ０の容量値が温度などによって変動した場合であっても、入力操作によって入力された電圧実効値Ｖｒｍｓを用いて交流電力Ｐを正確に測定することができる。

また、この電力測定装置１の電圧検出部２は、検出電極１２、演算増幅器１３、および演算増幅器１３から出力される変換信号としての電圧信号Ｖ２（具体的には、バッファ１４から出力される電圧信号Ｖ２と同一電圧で、かつ同一位相の電圧信号Ｖ３）に基づいて演算増幅器１３の非反転入力端子に供給する供給電圧信号としての電圧検出信号Ｓｖを生成すると共に電圧信号Ｖ３の振幅が減少するように電圧検出信号Ｓｖの電圧値を制御する電圧制御回路１６を備えて構成されている。

したがって、この電力測定装置１の電圧検出部２によれば、電圧信号Ｖ２（電圧信号Ｖ３でもある）の振幅をほぼゼロにする（つまり、芯線１０１と検出電極１２との間に流れる電流（静電誘導電流）Ｉをほぼゼロにする。すなわち、交流電圧Ｖｔと電圧値がほぼ同じになる）状態で電圧検出信号Ｓｖを生成して出力することができる。このため、処理部２２はこの電圧検出信号Ｓｖに基づいて、電圧検出信号Ｓｖと電流検出信号Ｓｉとの間の位相差φ（つまり、芯線１０１に印加されている交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔとの間の位相差）を正確に検出することができる結果、この電力測定装置１によれば、正確な位相差φに基づいて、交流電力Ｐをより正確に測定することができる。

なお、この電力測定装置１では、交流電力Ｐの測定に際して必要な交流電圧Ｖｔの実効値は、上記したように操作部２４を介して入力された電圧実効値Ｖｒｍｓを使用している。このため、電圧検出部２では、処理部２２が位相差φを正確に検出できるように、少なくとも交流電圧Ｖｔと同位相の電圧検出信号Ｓｖを生成できれば十分であり、図３に示すように、位相差の検出に必要なゼロボルトを含む所定の電圧幅の電圧範囲Ｗ１内においてのみ電圧値が交流電圧Ｖｔの電圧値に一致し、この電圧範囲Ｗ１以外では電圧値が交流電圧Ｖｔの電圧値に一致しない状態で電圧検出信号Ｓｖを生成する構成を採用することもできる。

この構成では、上記した構成のような第２電源のグランドＧ２と異なるグランドＧ１を基準とする第１電源を別途用意して、演算増幅器１３およびバッファ１４側に供給するという構成に代えて、図２において破線で囲まれた構成要素（演算増幅器１３、バッファ１４）に対しても電圧制御回路１６と同じ第２電源（グランドＧ２を基準電位とするプラス電圧およびマイナス電圧）を供給して作動させる。この構成においては、図３に示すように、電圧検出信号Ｓｖは、交流電圧Ｖｔが第２電源のプラス電圧Ｖ＋を超える電圧範囲では、ほぼプラス電圧Ｖ＋で一定となり（プラス電圧Ｖ＋で飽和し）、交流電圧Ｖｔが第２電源のマイナス電圧Ｖ−を下回る電圧範囲では、ほぼマイナス電圧Ｖ−で一定となる（マイナス電圧Ｖ−で飽和する）が、交流電圧Ｖｔが電圧範囲Ｗ１内（マイナス電圧Ｖ−以上であってプラス電圧Ｖ＋以下の電圧範囲内）のときには、電圧制御回路１６によるフィードバック制御により、電圧検出信号Ｓｖは交流電圧Ｖｔに一致させられる。

したがって、この構成の電圧検出部２を採用した電力測定装置１においても、処理部２２は、上記の位相差検出処理を実行することにより、図３中の期間Ｔ１において電圧検出信号Ｓｖの立ち上がりゼロクロス点（または、期間Ｔ２において立ち下がりゼロクロス点）を検出し、この検出したゼロクロス点に基づいて、電圧検出信号Ｓｖと電流検出信号Ｓｉとの間の位相差φを正確に検出することができるため、この位相差φと、流実効値算出処理で算出した電流実効値Ｉｒｍｓと、入力操作によって入力された電圧実効値Ｖｒｍｓとに基づいて、交流電力Ｐを正確に測定することができる。また、この構成の電圧検出部２によれば、電圧検出信号Ｓｖの振幅を交流電圧Ｖｔの振幅よりも低い状態に維持することができるため、電圧検出部２での消費電力を大幅に低減することができ、この結果として電力測定装置１全体の消費電力についても大幅に低減することができる。また、絶縁回路１５を不要にできるため、構成の簡略化を図ることができる結果、装置コストの低減を図ることができる。

また、上記の電力測定装置１では、電圧検出部２において、電圧制御回路１６がフィードバック制御を実行して、電圧検出信号Ｓｖの電圧値を交流電圧Ｖｔの電圧値に少なくとも電圧範囲Ｗ１内において一致させることで、電圧検出信号Ｓｖの位相を交流電圧Ｖｔの位相に一致させて（具体的には、電圧検出信号Ｓｖのゼロクロス点を交流電圧Ｖｔのゼロクロス点に一致させて）、交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの位相差φをより正確に検出するというより好ましい構成を採用しているが、交流電圧Ｖｔに起因して静電結合容量Ｃ０を介して検出電極１２に誘起される電圧は、その電圧値は静電結合容量Ｃ０の容量値の変化に応じて大きく変動するが、この電圧値の変動に比べて、交流電圧Ｖｔとの間の位相差の変動は僅かである。つまり、静電結合容量Ｃ０の容量値の変化による位相差への影響は少ない。このため、この僅かな位相差の変動を許容できる場合には、図４に示す電圧検出部２Ａのように、検出電極１２およびバッファ１４（または、図示しないが、ボルテージフォロワに構成された演算増幅器）のみで構成することもできる。

この電圧検出部２Ａを備えた電力測定装置１においても、バッファ１４から出力される電圧検出信号Ｓｖは、図３に示す電圧検出信号Ｓｖのように、プラス側がプラス電圧Ｖ＋で飽和し、マイナス側がマイナス電圧Ｖ−で飽和する電圧信号になるが、処理部２２は、この電圧検出信号Ｓｖのゼロクロス点を検出することができる。したがって、処理部２２は、このようにして検出した電圧検出信号Ｓｖのゼロクロス点（つまり、交流電圧Ｖｔのゼロクロス点でもある）に基づいて、交流電流Ｉｔとの間の位相差φを検出することができ、この位相差φと、流実効値算出処理で算出した電流実効値Ｉｒｍｓと、入力操作によって入力された電圧実効値Ｖｒｍｓとに基づいて、交流電力Ｐを正確に測定することができる。また、この電圧検出部２Ａを備えた電力測定装置１では、装置構成をより一層簡略することができるため、装置コストの大幅な低減を図ることができる。

１電力測定装置
２電圧検出部
３電流検出部
２２処理部
１０１芯線
Ｉｒｍｓ電流実効値
Ｉｔ交流電流
Ｐ交流電力
Ｓｉ電流検出信号
Ｓｖ電圧検出信号
Ｖｒｍｓ電圧実効値
Ｖｔ交流電圧
φ 位相差

Claims

導電路に印加されている交流電圧を当該導電路に非接触の状態で検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、
前記導電路を流れる交流電流を当該導電路に非接触の状態で検出すると共に当該交流電流の振幅に比例して振幅が変化する電流検出信号を出力する電流検出部と、
前記電圧検出信号および前記電流検出信号に基づいて前記導電路を介して供給されている交流電力を測定する処理部とを備え、
前記電圧検出部は、前記導電路と非接触の状態で対向する検出電極、当該検出電極と前記導電路との間の静電結合容量を介して一方の入力端子が当該導電路に接続されると共に前記静電結合容量を介して前記導電路と前記一方の入力端子との間に流れる静電誘導電流を電圧に変換して変換信号として出力する演算増幅器、および前記変換信号に基づいて前記演算増幅器の他方の入力端子に供給する供給電圧信号を生成すると共に前記変換信号の振幅が減少するように当該供給電圧信号の電圧値を制御する電圧制御回路を有して、当該供給電圧信号を前記電圧検出信号として出力し、
前記処理部は、前記電圧検出信号と前記電流検出信号との間の位相差を検出する位相差検出処理と、前記電流検出信号に基づいて前記交流電流の実効値を算出する電流実効値算出処理と、入力操作によって入力された前記交流電圧の実効値、前記算出した交流電流の実効値、および前記検出した位相差に基づいて、前記交流電力を測定する電力測定処理とを実行する電力測定装置であって、
前記演算増幅器および前記電圧制御回路は同じグランドを基準電位とする同じプラス電圧および同じマイナス電圧で作動し、前記電圧検出部は、前記交流電圧が前記プラス電圧を超える電圧範囲では当該プラス電圧で一定となり、当該交流電圧が前記マイナス電圧を下回る電圧範囲では当該マイナス電圧で一定となり、かつ当該交流電圧が当該マイナス電圧以上当該プラス電圧以下の電圧範囲では当該交流電圧と一致する状態で前記電圧検出信号を出力する電力測定装置。