JPH04212073A - サンプリング式電力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力電圧波形及び入力
電流波形をデジタルサンプリングして、その有効電力を
測定するデジタルサンプリング方式の有効電力測定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アナログ信号をデジタル信号へ変換する
アナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器と記す）
を用いて、入力電圧波形及び入力電流波形をデジタルサ
ンプリングし、これに乗算を加えて有効電力を求めるサ
ンプリング式の電力計がある。従来のサンプリング式電
力計では、入力波形の１周期の整数倍と、サンプリング
周期の整数倍とが一致しない場合に、測定電力値に誤差
が生じていた。誤差が生じる理由を図面で説明する。従
来のサンプリング式電力計では、有効電力Ｗ（つまり瞬
時電力　　Ｖｎ・Ｉｎの平均値）は、次式で示すような
算術平均演算を行うことで得ていた。 Ｗ＝　１／Ｎ・Σ　Ｖｎ　・Ｉｎ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）　　
Ｖｎ：入力電圧のサンプリング値Ｉｎ：入力電流のサン
プリング値 Ｎ：サンプル数 Σ：ｎ＝１〜Ｎまでの加算和

【０００３】ここで図５に示す波形のように、入力波形
の１周期Ｔｉｎがサンプリング周期ＴＡＤの整数倍でな
い場合、即ち、 ｎ１・Ｔｉｎ≠ｎ２・ＴＡＤ ｎ１＝１，２，３，… ｎ２＝３，４，５，… ただし、ｎ２≧２ｎ１　＋１の関係がある。この関係は
、入力波形の同一の位相位置をサンプリングし続けるの
を防ぐ意味である。 の場合、図５のように端数ＴＹが生じる。このように端
数ＴＹが生じると、上式に示す有効電力Ｗに誤差を与え
てしまう。

【０００４】このため、上記の端数による影響を小さく
する方法として、従来は、次のような方法があった。■
　　入力波形のサンプリング周期ＴＡＤをｎ１・Ｔｉｎ
＝ｎ２・ＴＡＤとなるように、ＴＡＤを調整制御する方
法。■　　ｎ１・Ｔｉｎ＝ｎ２・ＴＡＤとなるまで、入
力波形の数サイクルにわたってサンプリングして有効電
力を演算する方法。■　　サンプリング周期ＴＡＤを短
くし、入力波形の周期Ｔｉｎに対する端数ＴＹを極めて
小さなものとしてその誤差を小さくする方法。■　　サ
ンプル数Ｎ（（１）　式参照）を大きくし、相対的に端
数ＴＹの影響を小さくする方法。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記■
〜■の従来方法には、それぞれ次のような問題がある。 ■の方法は、サンプリング周期ＴＡＤを調整制御するた
めのフェーズロック回路として、周波数可変範囲の大き
なものを必要とする。従って、回路構成が複雑になり、
かつ高価なものとなる問題がある。■の方法は、入力波
形の１周期Ｔｉｎの整数倍の期間と、サンプリング周期
ＴＡＤの整数倍の期間とが一致するまで測定ができない
ため、測定応答時間が長くなる問題がある。■の方法で
は、短い周期で取り入れられるサンプリングデータを次
々と処理できる高速のＡＤ変換器を必要とし、高価なも
のとなる問題がある。■の方法は、入力波形が或る値Ｗ
１から、別の値Ｗ２に変化した場合、この変化に追従し
て新しい値Ｗ２を速やかに測定することができない問題
がある。

【０００６】■の理由を説明する。例えば、サンプリン
グを１０００回行って得た１０００個のデータを（１）
　式により演算して、或る有効電力Ｗ１を得たとする。 そしてサンプリング回数１００１回目から入力波形が別
の値Ｗ２に変化したとすると、この別の値Ｗ２は、１〜
１０００回までの加算和が影響して真の値Ｗ２になかな
か到達しない。つまり、（１）　式によれば、サンプリ
ング回数１〜１０００までのΣの値は、非常に大きいの
で、これに１００１回目からのサンプリング値を加算し
ても、全体としての加算和（Σ）は、あまり変化せず、
新しい値Ｗ２を得るまでには、非常に多数のサンプリン
グを行わなければならない。

【０００７】本発明の目的は、上述の問題を解消するも
ので、サンプリング周期の調整を必要とせず、安価に構
成でき、速やかに有効電力を測定できるサンプリング式
電力計を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために第１の発明は、アナログ入力電圧をサンプ
リングし、これをデジタル信号へ変換する第１ＡＤ変換
手段と、第１ＡＤ変換手段のサンプリング時刻と同一時
刻にアナログ入力電流をサンプリングし、これをデジタ
ル信号へ変換する第２ＡＤ変換手段と、同一時刻にサン
プリングした第１及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同
士の掛算を行う掛算器と、この掛算値｛ｍ（ｔ）｝を導
入し、指数化平均演算を加える演算手段（１２）と、を
備えるようにしたものである。

【０００９】第２の発明は、アナログ入力電圧をサンプ
リングする第１サンプル・ホールド回路（１）　と、第
１サンプル・ホールド回路のサンプリング時刻と同一時
刻にアナログ入力電流をサンプリングする第２サンプル
・ホールド回路（２）　と、第１と第２サンプル・ホー
ルド回路の内容を交互に切り替えて取り出すマルチプレ
クサ（３１）と、このマルチプレクサから取り出される
電圧と電流のサンプリング値を次々とデジタル信号へ変
換するＡＤ変換器（３２）と、このＡＤ変換器（３２）
から出力される同一時刻にサンプリングされた電圧と電
流のデジタル信号のうち、先にＡＤ変換器（３２）から
出力された方の信号をより多く遅延させて、同一時刻に
サンプリングされた電圧と電流のデジタル信号をタイミ
ングを合わせて出力する遅延手段（３３，３４）　と、
前記遅延手段を介して、同時サンプリングされた電圧と
電流のデジタル信号を導入し、この信号同士の掛算を行
う掛算器と、この掛算値｛ｍ（ｔ）｝を導入し、指数化
平均演算を加える演算手段（１２）と、を備えるように
したものである。

【００１０】第３の発明は、アナログ入力電圧をサンプ
リングし、これをデジタル信号へ変換する第１ＡＤ変換
手段と、第１ＡＤ変換手段のサンプリング時刻と同一時
刻にアナログ入力電流をサンプリングし、これをデジタ
ル信号へ変換する第２ＡＤ変換手段と、同一時刻にサン
プリングした第１及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同
士の掛算を行う掛算器（１１）と、この掛算器（１１）
の出力データの所定の個数の値を算術平均する算術平均
手段（３３）と、掛算器が前記所定の個数（Ｋ）　の出
力データを出力した後の出力データ｛ｍ（ｔ）｝を導入
し、前記算術平均手段で得られた算術平均値を初期値ａ
（０）として、指数化平均演算を加える演算手段（１２
）と、を備えたことを特徴とするサンプリング式電力計
。

【００１１】第４の発明は、アナログ入力電圧をサンプ
リングし、これをデジタル信号へ変換する第１ＡＤ変換
手段と、第１ＡＤ変換手段のサンプリング時刻と同一時
刻にアナログ入力電流をサンプリングし、これをデジタ
ル信号へ変換する第２ＡＤ変換手段と、同一時刻にサン
プリングした第１及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同
士の掛算を行う掛算器（１１）と、この掛算器（１１）
の出力データの所定の個数の中から最大値と最小値をと
り、（最大値＋最小値）／２の演算を行う平均手段（３
４）と、掛算器が前記所定の個数（Ｋ）　の出力データ
を出力した後の出力データ｛ｍ（ｔ）｝を導入し、前記
平均手段で得られた（最大値＋最小値）／２の値を初期
値ａ（０）として指数化平均演算を加える演算手段（１
２）と、を備えるようにしたものである。

【００１２】

【作用】第１の発明において、第１ＡＤ変換手段はアナ
ログ入力電圧を、第２ＡＤ変換手段はアナログ入力電流
を同一時刻にサンプリングし、これをデジタルデータに
変換して出力する。掛算器は、この同一時刻にサンプリ
ングした第１及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同士の
掛算を行うので、瞬時電力値を出力することになる。演
算手段（１２）は、この掛算値、即ち、瞬時電力値を導
入し、指数化平均演算を加えるので所定の演算回数を行
った後に瞬時電力の平均値を示す有効電力値が得られる
。

【００１３】第２の発明において、遅延手段（３３，３
４）　は、ＡＤ変換器（３２）から交互に出力されるデ
ジタル信号の一方をより多く遅延させる。従って、同時
サンプリングされた電圧と電流に基づくデジタル信号を
タイミングを合わせて掛算器に加えることができる。掛
算器は、同時サンプリングされた電圧と電流に基づくデ
ジタル信号同士の掛算を行うので、第１の発明と同様に
瞬時電力を出力することになる。

【００１４】第３の発明において、算術平均手段は、掛
算器の出力の所定の個数の値を算術平均する。例えば所
定の個数が１０個であれば、｛ｍ（１）＋ｍ（２）＋　
…＋ｍ（１０）｝　／１０の演算を行う。このようにし
て得られた平均値は僅かなサンプル数を平均したもので
あり、理想的な平均値、即ち有効電力値ａ（Ｍ）と比較
して誤差が大きいが、（１）　式の演算によるカーブ（
図１０（４）　参照）と比較して格段に立ち上がりが速
い（図１０（５）　参照）。第３の発明では、このよう
に測定開始直後から得られる所定の数の僅かなサンプル
数の値を算術平均した値を初期値ａ（０）とし、その後
、掛算器から出力される出力データに演算手段にて指数
化平均演算を加えるので、第１，第２の発明より更に短
時間に所望の有効電力値が得られる。

【００１５】第４の発明において、平均手段は、掛算器
の出力データの所定の個数の中から最大値と最小値をと
り、（最大値＋最小値）／２の演算を行う。このように
して得られた値は、理想的な平均値、即ち有効電力ａ（
Ｍ）と比較して誤差は大きいが、（１）　式の演算によ
るカーブ（図１１（４）　参照）と比較して格段に立ち
上がりが速い（図１１（５）　参照）。第４の発明では
、このように測定開始直後から得られる僅かな数のサン
プル値から最大値と最小値を取り出し（最大値＋最小値
）／２の演算から得られる値を初期値として、その後、
掛算器から出力される出力データに演算手段にて指数化
平均演算を加えるので、第１，第２の発明より更に短時
間に所望の有効電力値が得られる。

【００１６】

【実施例】

＜実施例＞ 以下、図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本
発明に係るサンプリング式電力計の構成例を示す図、図
２は図１装置の各部の信号のタイムチャート、図３と図
４は測定データと表示のタイミングを示す図、図６は本
発明のサンプリング式電力計の別の構成例を示す図、図
７は図６装置の各部の信号のタイムチャート、図８は本
発明のサンプリング式電力計の別の構成例を示す図、図
９は本発明のサンプリング式電力計の別の構成例を示す
図、図１０は図８装置の各部の信号のタイムチャート、
図１１は図９装置の各部の信号のタイムチャートである
。

【００１７】図１において、被測定信号であるアナログ
入力電圧ｖは、端子Ｐ１に加えられ、同じく被測定信号
であるアナログ入力電流ｉは、端子Ｐ２に加えられる。 端子Ｐ１に加えられたアナログ入力電圧ｖは（図２（１
）の波形参照）、サンプル・ホールド回路（以下、単に
Ｓ／Ｈ　回路と記す）１に導かれる。Ｓ／Ｈ　回路１は
、クロック発生器７からクロック信号ＳＣが加えられる
たびに、その時点のアナログ入力電圧ｖの瞬時値Ｖ（ｔ
）をサンプリングし、前のサンプリングで取り込んでい
た値に代わり、新しく取り込んだ値を出力するものであ
る。図２（１）　の×印は、各サンプリング点を示して
いる。

【００１８】アナログ・デジタル変換器（以下、単にＡ
ＤＣ　と記す）３は、Ｓ／Ｈ　回路１のアナログ出力信
号を取り込み、これをデジタル信号へ変換（このような
変換を以下、単にＡＤ変換と記す）するものである。こ
のＡＤＣ　３は、クロック信号ＳＣを遅延させた信号Ｓ
Ｄが加えられると、この信号ＳＤの印加時期を起点とし
て、Ｓ／Ｈ　回路から加えられている信号をデジタル信
号へ変換出力する。特許請求の範囲に記載したＡＤ変換
手段とは、このＳ／Ｈ　回路と、ＡＤＣ　で構成される
。端子Ｐ２にも、端子Ｐ１に接続された構成素子と全く
同じ素子が接続される。即ち、端子Ｐ２に接続されるＳ
／Ｈ　回路２は、Ｓ／Ｈ　回路１に相当し、Ｓ／Ｈ　回
路２に接続されるＡＤＣ　４は、ＡＤＣ　３に相当し、
遅延線６は、遅延線５に相当する。

【００１９】なお、アナログ入力電流ｉは（図２（２）
　の波形参照）、通常、電圧信号Ｖｉへ変換されてＳ／
Ｈ　回路２へ加えられる。これについて説明を加える。 抵抗値が既知のシャント抵抗ＲＳ（図示せず）へアナロ
グ入力電流ｉを流すと、電圧Ｖｉ＝ＲＳ・ｉが発生する
。この電圧Ｖｉは、抵抗値ＲＳが既知であり、電圧Ｖｉ
を測定することでｉ＝Ｖｉ／ＲＳ　　より、アナログ入
力電流を測定したことになる。 本明細書では、このようにアナログ入力電流ｉを変換し
た電圧信号Ｖｉをアナログ入力電流ｉと称している。

【００２０】Ｓ／Ｈ　回路２は、Ｓ／Ｈ　回路１と同じ
クロック信号ＳＣが加えられているので、Ｓ／Ｈ　回路
１のサンプリング時と、同一時刻にアナログ入力電流ｉ
をサンプリングしている。１１は掛算器であり、同一時
刻にサンプリングしたＡＤＣ　３の出力Ｖ（ｔ）と、Ａ
ＤＣ　４の出力ｉ（ｔ）を導入し、この２つのデータの
掛算　ｍ（ｔ）　＝Ｖ（ｔ）・ｉ（ｔ）を行うものであ
る。この掛算値ｍ（ｔ）は、時刻ｔにおける瞬時電力値
を示す。しかし、この時刻ｔは、サンプリング回数がｔ
回目であると考えることもできるので、以下の説明では
、このｔは、サンプリング回数ｔ回目を表すものとする
。掛算器１１の出力は、デジタル値であるが、これをア
ナログ的に表現したのが図２（３）　の実線波形である
。即ち、サンプリング値同士の掛算であるため、階段状
になる。なお図２（３）　の点線波形は、図２（１）　
と（２）　の波形の理想的掛算波形である。

【００２１】演算手段１２は、掛算器１１から出力され
るデータｍ（ｔ）を指数化平均するものである。詳述す
ると演算手段１２は、掛算器１１からデータが加えられ
る毎に、（２）　式の演算を繰り返す。つまり、掛算器
１１から今回サンプリングしたサンプリング回数ｔ番目
の瞬時電力値ｍ（ｔ）を導入し、また、メモリ１４から
自ら演算した前回のサンプリング回数（ｔ−１）　まで
の平均演算結果データａ（ｔ−１）を導入し、予め設定
された定数１／Ｇ　を用いて（２）　式の演算を行い、
今回のサンプリング回数ｔまでの平均演算結果データａ
（ｔ）を算出する。そしてこの出力　ａ（ｔ）　をメモ
リ１４に格納する。 　　ａ（ｔ）＝ａ（ｔ−１）＋（１／Ｇ）・｛ｍ（ｔ）
−ａ（ｔ−１）｝　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）ａ（ｔ）：
サンプリング回数ｔまでに処理された指数化平均結果 ａ（ｔ−１）：サンプリング回数（ｔ−１）　までに処
理された指数化平均結果 ｍ（ｔ）：サンプリング回数ｔ番目における瞬時電力値
１／Ｇ　：定数（なお、１／Ｇ　＜＜　１）ここで、１
／Ｇ　＜＜　１　　であるから、ｍ（ｔ）が演算手段１
２へ加えられるたびに、（２）　式の演算を繰り返すと
、図２（４）　の波形となる。

【００２２】（２）　式の意味を解説する。今回サンプ
リングしたサンプリング回数ｔ番目の瞬時電力値ｍ（ｔ
）と、前回のサンプリング回数（ｔ−１）　までの平均
演算結果ａ（ｔ−１）との差を取り出し、この差、つま
り　｛ｍ（ｔ）−ａ（ｔ−１）｝　　を定数１／Ｇ　倍
する。ここで、１／Ｇ　＜＜１であるから、（１／Ｇ）
　・｛ｍ（ｔ）−ａ（ｔ−１）｝　は、前回までの平均
演算結果ａ（ｔ−１）と、今回のサンプリング値ｍ（ｔ
）の“差を薄めたもの”である。そして、この“差を薄
めたもの”を前回の平均演算結果ａ（ｔ−１）に加算し
て、今回のサンプリング回数ｔまでの平均演算結果デー
タ　ａ（ｔ）　を得ているので、この演算を多数回繰り
返すと、サンプリング対象の波形の平均値となる。即ち
、（２）　式は、この演算を繰り返すと、ａ（ｔ）は、
ｍ（ｔ）の波形の平均値になることを意味している。従
って、図２（４）　の最終値は、図２（３）　の瞬時電
力波形ｍ（ｔ）の平均値（即ち、有効電力）と一致する
。つまり、演算手段１２から、有効電力が得られる。サ
ンプリング値に基づく瞬時値（ここではデジタル値）を
“直接”、指数化平均演算することにより、入力波形の
１周期Ｔｉｎの整数倍と、サンプリング周期ＴＡＤの整
数倍とを一致させる必要はなく、従来の問題点■〜■を
解決できる。

【００２３】このような機能の掛算器１１と、演算手段
１２は、例えばデジタル・シグナルプロセッサ（以下、
ＤＳＰ　と記す）１０で構成することができる。図２（
４）　は演算手段１２の出力ａ（ｔ）をアナログ的に表
現した波形である。中央処理装置（以下、単にＣＰＵ　
と記す）２０は、演算手段１２の出力信号ａ（ｔ）を導
入し、所定の演算回数を経たデータａ（ｔ）、即ち、図
２（４）　にて、定常状態になったａ（ｔ）値（これが
有効電力である）を表示器２１に表示する。なお、演算
回数は、クロック信号の回数と一致するので、図１では
分周器２２を用い、所定のクロック数が発生するとＣＰ
Ｕ　２０へ信号を加え、所定の演算回数を行ったことを
知らせている。

【００２４】以上のような図１装置において、時刻ＴＳ
を起点として、端子Ｐ１とＰ２には例えば図２（１），
（２）　に示す位相関係の電圧波形と電流波形が加えら
れたとする。ここで、クロック発生器７からＳ／Ｈ　回
路１，２へ共通に周期ＴＡＤのクロック信号ＳＣが加え
られるので、同一時刻にサンプリングが行われ、図２（
１），（２）　に示す×印のサンプルデータＶ（１），
Ｖ（２），…、ｉ（１），ｉ（２），…が取り込まれ、
このデータは次々とＡＤＣ　３，４にて、デジタル値に
変換される。なお、遅延線５，６は、Ｓ／Ｈ　回路１，
２に加えられるクロック信号ＳＣのタイミングを僅かに
遅延させるもので、ホールド状態が安定した値をＡＤＣ
　３，４が取り込めるようにしている。ＡＤＣ　３は、
図２（１）　に示すサンプルデータＶ（１），Ｖ（２）
，…のデジタル値Ｖ（ｔ）を出力し、ＡＤＣ　４は、同
一時刻における図２（２）　に示すサンプルデータｉ（
１），ｉ（２），…のデジタル値ｉ（ｔ）を出力する（
なお、ｔ＝１，２，３，…）。掛算器１１は、この２つ
のデータ同士を掛算した瞬時電力値ｍ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）
・ｉ（ｔ）を出力する。 このようにして得られた瞬時電力値ｍ（ｔ）をアナログ
的に示すと、図２（３）　に示す実線の波形となる。

【００２５】この図２（３）　のデータｍ（ｔ）に演算
手段１２が上記（２）　式の演算を加えると、ａ（ｔ）
の値の軌跡は、図２（４）　に示すような波形となる。 このようにして得られたａ（ｔ）の最終的に落ち着いた
値が、有効電力値（平均電力とも言う）である。図２で
は僅かなサンプル数（演算回数）で、指数化平均出力（
図２（４）　）が一定になるように示したが、実際の動
作では、通常、１０００回程の演算回数を経て一定にな
る。そして一定になる所定の演算回数が繰り返されると
、分周器２２から信号がＣＰＵ　２０に加えられ、ＣＰ
Ｕ　２０は、その時の指数化平均出力ａ（ｔ）の値を読
み込み、その値に基づいて、有効電力値を表示器２１に
表示する。

【００２６】なお、図１装置では、図３と図４に示す２
通りの表示方法が考えられる。図３の表示方法は、指数
化平均出力ａ（ｔ）が最終値または最終値付近になる点
（△印）のデータを表示し（表示値を更新し）、その後
メモリ１４の内容をクリアし｛ａ（ｔ−１）　を０とす
る｝、再度０から演算を始める方法である。図４の表示
方法は、メモリ１４のデータをクリアせず、一定演算回
数毎に、その時の指数化平均出力ａ（ｔ）を表示する方
法である。

【００２７】図１では、ＡＤＣ　を２個用いた例で説明
したが、１個で構成することもできる。図６は、ＡＤＣ
　３２を１個のみ備え、これにより図１と同様な効果を
得ることができる。図６が図１と異なる点は、ＡＤＣ　
３１が１個のこと、マルチプレクサ３１，３３と、メモ
リ３４を備えたことである。また、Ｓ／Ｈ　回路１，２
　をはじめ各構成電子部品の動作タイミングをＣＰＵ　
２０からの指令で制御するようにしていることである。 なお、指数化平均機能１２Ａ　のブロックは、図１の演
算手段１２とメモリ１４を併せて便宜的に表示したもの
で、図１と同じ構成・動作である。

【００２８】図６の動作を図７を参照しながら説明する
。Ｓ／Ｈ　回路１，２には、ともに図７（１）　に示す
信号が加えられ、この信号の例えば立ち上がりエッジで
サンプリング動作を行い、次の立ち上がりエッジがある
までこの値をホールドする。マルチプレクサ３１には、
ＣＰＵ　２０から図７（２）　のような制御信号が加え
られ、例えば、この信号がＨＩＧＨの期間は、Ｓ／Ｈ　
回路１から電圧信号ｖを取り出し、ＬＯＷ　の期間は、
Ｓ／Ｈ　回路２から電流信号ｉを取り出す。つまり、マ
ルチプレクサ３１は、Ｓ／Ｈ　回路１，２の内容（アナ
ログ信号）を交互に切替えて取り出す。

【００２９】ＡＤＣ　３２は、例えば図２（３）　に示
すようなタイミングの動作を行って、マルチプレクサ３
１から加えられる電圧と電流のサンプリング値を次々と
デジタル信号へ変換・出力する。その動作を詳述すると
、マルチプレクサ３１が電圧信号ｖのサンプリング値を
出力している期間をＴ１とすれば（図７（２）　参照）
、この期間Ｔ１の前半ｔａ（図７（３）　参照）でサン
プリング回数ｔ番目の電圧信号ｖをＡＤ変換し、残りの
期間ｔｂでこのＡＤ変換したデジタル信号Ｖ（ｔ）を出
力している。次に、マルチプレクサ３１が切り替わり、
サンプリング回数ｔ番目の電流信号ｉを出力すると（図
７（２）　参照）、同様に、この選択期間Ｔ１の前半ｔ
ａで電流信号ｉをＡＤ変換し、残りの期間ｔｂでこのＡ
Ｄ変換したデジタル信号ｉ（ｔ）を出力している。つま
り、同一時刻にサンプリングした瞬時電圧値Ｖ（ｔ）と
瞬時電流値ｉ（ｔ）は、時間的にずれてＡＤＣ　３２か
ら出力される。

【００３０】マルチプレクサ３３は、ＣＰＵ　２０から
図７（４）　のような制御信号が加えられ、例えば、こ
の制御信号がＨＩＧＨの期間は、マルチプレクサ３３の
一方の出力端子から瞬時電圧値Ｖ（ｔ）を出力し、ＬＯ
Ｗ　の期間は他方の出力端子から瞬時電流値ｉ（ｔ）を
切替えて出力する。先にマルチプレクサ３３から出力さ
れたサンプリング回数ｔ番目の瞬時電圧値Ｖ（ｔ）の方
は、図７（５）　に示すメモリライト信号のタイミング
でメモリ３４に一旦書き込まれる。そして図７（４）　
の制御信号がＬＯＷ　となりマルチプレクサ３３が、遅
れてサンプリング回数ｔ番目の瞬時電流値ｉ（ｔ）を出
力すると、この出力にタイミングを合わせて、ＣＰＵ　
２０からメモリリード信号（図７（６）　参照）がメモ
リ３４に加えられる。つまり、掛算器１１には、同時刻
にサンプリングされた瞬時値Ｖ（ｔ）とｉ（ｔ）が加え
られる。以下、図１と同様な動作により、有効電力が測
定される。

【００３１】以上に説明した図１と図６の装置は、（２
）　式において、指数化平均を初期値ａ（０）＝０から
始めている。このように動作すると瞬時電力の平均値ａ
（Ｍ）が得られるまで一定の応答時間ｔ１（図１０（４
）　参照…図２（４）　に相当する）がかかる。図１０
（４）　では僅かなサンプル数（演算回数）で、指数化
平均出力が一定になるように示したが、実際の動作では
、通常１０００回程の演算回数を経て一定になる。この
応答時間を短くするため定数（１／Ｇ）　の値を大きく
すると、応答は速くなるが、低い周波数の電力を測定す
る場合、指数化平均後の出力にリプルを含み、測定値が
ふらつく問題がある。

【００３２】図８と図９は、この点を改善し、出力のリ
プルを増加させることなく出力の応答時間を更に短くし
たサンプリング式電力計である。図８の装置は、図１の
構成に対し、算術平均手段３３を新たに設け、この作用
により応答性の改善を図っている。この算術平均手段３
３は、掛算器１１の出力　ｍ（ｔ）　の所定の個数の値
を算術平均するものである。例えば、掛算器１１から、
ｍ（１），ｍ（２），ｍ（３），　…，ｍ（ｋ）　と、
ｋ個の瞬時電力値が出力された場合、 　　ａ（０）＝｛ｍ（１）＋ｍ（２）＋ｍ（３）＋…＋
ｍ（ｋ）｝／ｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　（３）　のデジタル演算を行い、この
結果を指数化平均の初期値　ａ（０）　として、メモリ
１４に格納する。また、この初期値　ａ（０）　の値が
得られると、この値ａ（０）の出力と共に、演算手段１
２へ初期値ａ（０）を出力した旨を知らせる信号Ｓ１を
出力する。なお、以上のような機能の掛算器１１と、演
算手段１２と、算術平均手段３３も、例えばＤＳＰ　１
０で構成することができる。

【００３３】以上のような図８装置の動作を図１０を参
照しながら説明する。時刻ＴＳを起点として、端子Ｐ１
，Ｐ２　には、例えば図１０（１），（２）　に示す位
相関係の入力アナログ電圧波形と入力アナログ電流波形
が加えられたとする。 ＡＤ変換手段４１，４２は、クロック発生器７からクロ
ック信号ＳＣが加えられるたびに、入力アナログ電圧と
入力アナログ電流の瞬時値Ｖ（１），Ｖ（２），…、ｉ
（１），ｉ（２），…をサンプリングし、この瞬時値の
デジタル値を出力する。掛算器１１は、同一時刻にサン
プリングされた入力アナログ電圧値と電流値の掛算を行
い、ｍ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）・ｉ（ｔ）を出力する（図１０
（３）　参照）。即ち、掛算器１１は、クロック信号に
同期して、次々と瞬時電力値　ｍ（１），ｍ（２），ｍ
（３），…を出力する。

【００３４】ここで算術平均手段３３には、例えば数値
“ｋ”が設定されており、掛算器１１から信号　ｍ（１
），ｍ（２），ｍ（３），…が加えられるたびに、ｋか
ら１ずつ減算し、ｋ＝０になると（３）　式に示す演算
を行う。即ち、１〜ｋのデータを算術平均した値を初期
値　ａ（０）　として出力しこの値　ａ（０）　は、メ
モリ１４に格納される。また算術平均手段３３は、初期
値　ａ（０）　を出力した旨を示す信号Ｓ１を演算手段
１２へ加える。なお、図１０（５）　に示すＴＵは、（
３）　式のａ（０）を測定算出するまでの時間である。

【００３５】図１０（４）　の例では初期値　ａ（０）
　は、図１０（３）　に示す瞬時電力値　ｍ（１），ｍ
（２），ｍ（３），ｍ（４）の４個のデータの算術平均
である。この図１０（４）　と図１０（５）を比較する
と分かるように、算術平均して得られた値を初期値に用
いた指数化平均演算によるカーブは、ａ（０）＝０とす
る通常の指数化平均演算による（２）　式のカーブ（図
１０（４）　参照）と比較して格段に立ち上がりが速い
（図１０（５）　）。

【００３６】演算手段１２は、算術平均手段３３からの
信号Ｓ１を受けてこれを起点にして、（２）　式による
指数化平均演算を開始する（なお、この信号Ｓ１を受け
る以前は、演算手段１２は、その演算動作を停止してい
る）。この場合、（２）　式の最初の演算において、ａ
（ｔ−１）＝　ａ（０）　を用いる。つまり、図１０の
例で述べると、サンプリング回数がｔ＝５番目である時
、演算手段１２の最初の演算になるが、その内容は（４
）　式である。 　　ａ（５）＝ａ（０）＋　（１／Ｇ）・｛ｍ（５）　
−ａ（０）｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（４）以下、掛算器１
１から出力があるごとに、Ｐ（６），Ｐ（７），…の算
出には、（２）　式の演算を行うので、図１０（５）　
の如く、図１０（４）　の図１装置の応答波形より速く
瞬時電力の平均値ａ（Ｍ）に収斂する。即ち、図１及び
図６の装置は、サンプリング回数ｔ１の時に、その有効
電力値を表示するが（図１０（４）　参照）、図８装置
はサンプリング回数ｔ２の時に表示できる（図１０（５
）　参照）。なお、定数（１／Ｇ）　の値は、図１及び
図６の装置と同じであるため、図１装置と比較してリプ
ルが増加すると言うことはない。

【００３７】図９装置は、図１の構成に対し、平均手段
３４を新たに設け、この作用により応答性の改善を図っ
ている。この平均手段３４は、掛算器１１の出力　ｍ（
ｔ）　を所定の個数だけ導入しこの中から最大値と最小
値を選び、（最大値＋最小値）／２の演算を行うもので
ある。平均手段３４には、例えば数値“ｋ”が設定され
ており、掛算器１１から信号　ｍ（１），ｍ（２），ｍ
（３），…が加えられるたびに、ｋから１ずつ減算し、
ｋ＝０になると（５）　式に示す演算を行う。

【００３８】即ち、掛算器１１から、ｍ（１），ｍ（２
），…，ｍ（ｋ）　と、ｋ個の瞬時電力値を導入しこれ
の最大値と最小値を見つける。最大値が　ｍ（ｊ）　、
最小値が　ｍ（ｉ）　とすれば、　　ａ（０）＝｛ｍ（
ｊ）＋ｍ（ｉ）｝／２　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（５）　のデジタル演算を行い、この結果を指数化
平均の初期値　ａ（０）　として、メモリ１４に格納す
る。また、（５）　式の初期値　ａ（０）　が得られる
と、算術平均手段３３と同様に、この値ａ（０）の出力
と共に、演算手段１２へ初期値ａ（０）を出力した旨を
知らせる信号Ｓ１を出力する。なお、図９装置によれば
、繰り返し波形であるアナログ測定信号波形（図１１（
１），（２）　）の１／４周期内において、最大値と最
小値を把握すれば、初期値　ａ（０）　を得るためのサ
ンプリングは、それ以上必要ない。

【００３９】このような図９装置によれば、図１１（３
）　に示した例では、最大値＝ｍ（４）であり、最小値
＝ｍ（１）である。その結果、（５）　式で得られる初
期値　ａ（０）　は、図１１（５）　に示す　ａ（０）
　となり、この図１１（４）　と図１１（５）　を比較
すると分かるように、（５）　式で得られるａ（０）を
初期値とする指数化平均演算は、ａ（０）＝０とする普
通の指数化平均演算による（２）　式のカーブ（図１１
（４）　…図１装置）と比較して格段に立ち上がりが速
い（図１１（５）　…図９装置）。即ち、図１及び図６
の装置は、サンプリング回数ｔ１の時に、その有効電力
値を表示するが（図１１（４）　参照）、図９装置は、
サンプリング回数ｔ３の時に表示できる（図１１（５）
　参照）。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果が得られる。（１）　被測定の電力波形の１周
期の整数倍が、サンプリング周期の整数倍と一致するか
否かに関係なく測定できるため、電力波形の周期を測定
する回路が不要となる。そしてサンプリング周期を被測
定の電力波形の周期の整数分の１になるように制御する
手段も不要となる。従って、コストを低減できる。（２
）　被測定の電力波形の１周期の整数倍と、サンプリン
グ周期の整数倍とが一致するまで演算すると言うことが
ないため測定応答時間が長くなることはない。（３）　
またサンプリング周期を短くしなくても良いため、高価
なＡＤＣ　を使用する必要がない。（４）　サンプリン
グ回数ｔまでの平均演算結果データａ（ｔ）は、サンプ
リング回数（ｔ−１）　までの平均演算結果データａ（
ｔ−１）を基準に算出される。つまり、本発明は、加算
和｛（１）　式参照｝する方式でないため、被測定信号
の変化に比較的速く追従して新しい測定値を得ることが
できる。（５）　図８，図９の構成によれば、測定開始
直後から得られる僅かなサンプル数の値より、平均値に
より近い初期値　ａ（０）　を得て、これに基づいて演
算手段にて指数化平均演算を加えるので、更に、短時間
に所望の有効電力値が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサンプリング式電力計の構成例を
示す図

【図２】図１装置の各部の信号のタイムチャート

【図３
】本発明にサンプリング式電力計の測定データと表示タ
イミングを示す図

【図４】本発明にサンプリング式電力計の測定データと
別の表示タイミングを示す図

【図５】従来例を説明する図

【図６】本発明に係るサンプリング式電力計の別の構成
例を示す図

【図７】図６装置の各部の信号のタイムチャート

【図８
】本発明に係るサンプリング式電力計の別の構成例を示
す図

【図９】本発明に係るサンプリング式電力計の別の構成
例を示す図

【図１０】図８装置の各部の信号のタイムチャート

【図
１１】図９装置の各部の信号のタイムチャート

【符号の説明】

１，２　　Ｓ／Ｈ　回路 ３，４　　ＡＤＣ　 ７　　クロック発生器 １１　　掛算器 １２　　演算手段 ２０　　ＣＰＵ　 ３３　　算術平均手段 ３４　　平均手段 ４１，４２　　ＡＤ変換手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アナログ入力電圧をサンプリングし、これ
   をデジタル信号へ変換する第１ＡＤ変換手段と、第１Ａ
   Ｄ変換手段のサンプリング時刻と同一時刻にアナログ入
   力電流をサンプリングし、これをデジタル信号へ変換す
   る第２ＡＤ変換手段と、同一時刻にサンプリングした第
   １及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同士の掛算を行う
   掛算器と、この掛算値｛ｍ（ｔ）｝を導入し、指数化平
   均演算を加える演算手段（１２）と、を備えたサンプリ
   ング式電力計。
2. 【請求項２】アナログ入力電圧をサンプリングする第１
   サンプル・ホールド回路（１）　と、第１サンプル・ホ
   ールド回路のサンプリング時刻と同一時刻にアナログ入
   力電流をサンプリングする第２サンプル・ホールド回路
   （２）　と、第１と第２サンプル・ホールド回路の内容
   を交互に切り替えて取り出すマルチプレクサ（３１）と
   、このマルチプレクサから取り出される電圧と電流のサ
   ンプリング値を次々とデジタル信号へ変換するＡＤ変換
   器（３２）と、このＡＤ変換器（３２）から出力される
   同一時刻にサンプリングされた電圧と電流のデジタル信
   号のうち、先にＡＤ変換器（３２）から出力された方の
   信号をより多く遅延させて、同一時刻にサンプリングさ
   れた電圧と電流のデジタル信号をタイミングを合わせて
   出力する遅延手段（３３，３４）　と、前記遅延手段を
   介して、同時サンプリングされた電圧と電流のデジタル
   信号を導入し、この信号同士の掛算を行う掛算器と、こ
   の掛算値｛ｍ（ｔ）｝を導入し、指数化平均演算を加え
   る演算手段（１２）と、を備えたサンプリング式電力計
   。
3. 【請求項３】アナログ入力電圧をサンプリングし、これ
   をデジタル信号へ変換する第１ＡＤ変換手段と、第１Ａ
   Ｄ変換手段のサンプリング時刻と同一時刻にアナログ入
   力電流をサンプリングし、これをデジタル信号へ変換す
   る第２ＡＤ変換手段と、同一時刻にサンプリングした第
   １及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同士の掛算を行う
   掛算器（１１）と、この掛算器（１１）の出力データの
   所定の個数の値を算術平均する算術平均手段（３３）と
   、掛算器が前記所定の個数（Ｋ）　の出力データを出力
   した後の出力データ｛ｍ（ｔ）｝を導入し、前記算術平
   均手段で得られた算術平均値を初期値ａ（０）として、
   指数化平均演算を加える演算手段（１２）と、を備えた
   ことを特徴とするサンプリング式電力計。
4. 【請求項４】アナログ入力電圧をサンプリングし、これ
   をデジタル信号へ変換する第１ＡＤ変換手段と、第１Ａ
   Ｄ変換手段のサンプリング時刻と同一時刻にアナログ入
   力電流をサンプリングし、これをデジタル信号へ変換す
   る第２ＡＤ変換手段と、同一時刻にサンプリングした第
   １及び第２ＡＤ変換手段の出力データ同士の掛算を行う
   掛算器（１１）と、この掛算器（１１）の出力データの
   所定の個数の中から最大値と最小値をとり、（最大値＋
   最小値）／２の演算を行う平均手段（３４）と、掛算器
   が前記所定の個数（Ｋ）　の出力データを出力した後の
   出力データ｛ｍ（ｔ）｝を導入し、前記平均手段で得ら
   れた（最大値＋最小値）／２の値を初期値ａ（０）とし
   て指数化平均演算を加える演算手段（１２）と、を備え
   たことを特徴とするサンプリング式電力計。