JPH04230870A - 電気エネルギ消費量をデジタル的に測定するための方法および装置 - Google Patents
電気エネルギ消費量をデジタル的に測定するための方法および装置Info
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- JPH04230870A JPH04230870A JP3121807A JP12180791A JPH04230870A JP H04230870 A JPH04230870 A JP H04230870A JP 3121807 A JP3121807 A JP 3121807A JP 12180791 A JP12180791 A JP 12180791A JP H04230870 A JPH04230870 A JP H04230870A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、デジタルエネ
ルギメータに関し、特に適切な精度以上の電力消費量測
定値を得るために瞬間電流を実際に測定する必要がない
改良されたデジタル電気エネルギ消費量メータに関する
。
ルギメータに関し、特に適切な精度以上の電力消費量測
定値を得るために瞬間電流を実際に測定する必要がない
改良されたデジタル電気エネルギ消費量メータに関する
。
【０００２】本発明は、交流電源に接続されている電気
伝送線に接続されている負荷によって消費されるエネル
ギの測定に関する。典型的な例として単相交流形態の家
庭・住居用交流電源または多相交流形態の商業・産業用
電源があげられる。
伝送線に接続されている負荷によって消費されるエネル
ギの測定に関する。典型的な例として単相交流形態の家
庭・住居用交流電源または多相交流形態の商業・産業用
電源があげられる。
【０００３】本発明はさらに、一般に望まれるデジタル
電気電力消費量メータの技術に関する。なぜなら、効果
的なデジタルメータとは通常、より良い測定精度で、製
造費用がかからず、さらに電波や電話回線などを介して
デジタル情報を伝送することによってメータから何マイ
ルも離れた遠隔地で容易に電力消費量の記録を行えるべ
きものであるからである。
電気電力消費量メータの技術に関する。なぜなら、効果
的なデジタルメータとは通常、より良い測定精度で、製
造費用がかからず、さらに電波や電話回線などを介して
デジタル情報を伝送することによってメータから何マイ
ルも離れた遠隔地で容易に電力消費量の記録を行えるべ
きものであるからである。
【０００４】
【従来の技術】電圧供給源は時間とともに正弦波状かそ
れに近似して変化する。しかしながら伝達電流は負荷の
特性および負荷を調整する制御に左右されて時間の経過
につれて変化してゆく。例えば、負荷が誘導制発熱体か
ら成っている場合には電流は正弦波である。通常、電流
波形は瞬間ごとの電圧波形とは一致しないが、電圧に対
して電流の位相シフトを起こしながら若干遅れるもので
ある。さらに、非正弦波電流波形は半導体制御や半導体
光調光器などの例にみられるような負荷制御において起
こるものである。
れに近似して変化する。しかしながら伝達電流は負荷の
特性および負荷を調整する制御に左右されて時間の経過
につれて変化してゆく。例えば、負荷が誘導制発熱体か
ら成っている場合には電流は正弦波である。通常、電流
波形は瞬間ごとの電圧波形とは一致しないが、電圧に対
して電流の位相シフトを起こしながら若干遅れるもので
ある。さらに、非正弦波電流波形は半導体制御や半導体
光調光器などの例にみられるような負荷制御において起
こるものである。
【０００５】瞬間電力はある瞬間の電流と電圧とを乗算
したものである。有効電力は時間全体の瞬間電力を積分
し、それを積分に用いた時間全体で除算したものである
。これは現在知られているデジタル式のメータでは瞬間
電力測定によってなされている。エネルギ消費量メータ
（ワット時メータ）は時間全体の電力の積分か、または
上述したような除算をせずに単に時間全体の瞬間電力の
積分を求めるものである。
したものである。有効電力は時間全体の瞬間電力を積分
し、それを積分に用いた時間全体で除算したものである
。これは現在知られているデジタル式のメータでは瞬間
電力測定によってなされている。エネルギ消費量メータ
（ワット時メータ）は時間全体の電力の積分か、または
上述したような除算をせずに単に時間全体の瞬間電力の
積分を求めるものである。
【０００６】電力測定の手順について、従来のデジタル
メータは電流および電圧を同時にではあるが別々に測定
し、電流と電圧の値を乗算して瞬間電力を求める。さら
に結果を合計してワット時を得ている。電圧および電流
の値はこの関数について各々がデジタル化されなければ
ならない。簡単な解を得るためには、電圧および電流の
２つの測定値を得るために２つのデジタル・アナログ変
換器を使用するが、それによって製造費用がかかってし
まう。
メータは電流および電圧を同時にではあるが別々に測定
し、電流と電圧の値を乗算して瞬間電力を求める。さら
に結果を合計してワット時を得ている。電圧および電流
の値はこの関数について各々がデジタル化されなければ
ならない。簡単な解を得るためには、電圧および電流の
２つの測定値を得るために２つのデジタル・アナログ変
換器を使用するが、それによって製造費用がかかってし
まう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】根本的に重要なことと
して、既知のタイプのデジタルワット時メータを導入す
る際に２つの不都合なことが起こる。第１に、電圧と電
流を同時に記録するには別々に取り出して記録するより
費用がかかるが、大量に用いられるメータに関係してい
る場合にはこの費用は絶対最小でなければならないとい
うことは明らかである。第２に、電圧の測定は簡単であ
まり費用もかからず、簡単な抵抗ブリッジまたはそれに
相当するものを含んでいるが、電流はアース線とは別の
線または導体上で高い電圧のもとで測定されるものであ
り、電流を直接記録するには費用がかかる。
して、既知のタイプのデジタルワット時メータを導入す
る際に２つの不都合なことが起こる。第１に、電圧と電
流を同時に記録するには別々に取り出して記録するより
費用がかかるが、大量に用いられるメータに関係してい
る場合にはこの費用は絶対最小でなければならないとい
うことは明らかである。第２に、電圧の測定は簡単であ
まり費用もかからず、簡単な抵抗ブリッジまたはそれに
相当するものを含んでいるが、電流はアース線とは別の
線または導体上で高い電圧のもとで測定されるものであ
り、電流を直接記録するには費用がかかる。
【０００８】本発明の方法および装置はこれらの不都合
を除去し、適度の費用で製造できる適切な精度以上のデ
ジタルワット時メータを提供するものである。
を除去し、適度の費用で製造できる適切な精度以上のデ
ジタルワット時メータを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のデジタルワット
時メータはすべてがデジタル式である。アナログ電圧お
よび磁界変化のアナログ測定値はデジタル記録に変換さ
れ、キロワット時または他の要求されるエネルギ消費量
記録を直接得られるようになっている。磁界変化率につ
いてのハードウェア集積化は全く含まれていない。デジ
タルメータと非デジタルメータとは互いに違っており、
本発明のメータでは、計算に用いたり測定したりする電
流または電流微分係数は真の電流または電流微分係数で
はなく、実際には数学的な近似値すなわち疑似電流また
は電流微分係数を用いている。これは真の電流／電流微
分係数の近似値であり、フーリエ級数のようなアルゴリ
ズム級数によって得られるものである。アルゴリズム級
数とは周期現象を表すことができ、直交しているであろ
う関数の級数を利用しているものである。現在フーリエ
級数はこの式を表すのには最もすぐれた方法として知ら
れているが、他にもいくつかの周期的かつ直交式が発表
されており、さらに有能な数学者たちによって他のもの
も構成されているので、本発明はフーリエ級数のみに限
定すべきものではなく、他のアルゴリズム級数も同様に
用いることができる。
時メータはすべてがデジタル式である。アナログ電圧お
よび磁界変化のアナログ測定値はデジタル記録に変換さ
れ、キロワット時または他の要求されるエネルギ消費量
記録を直接得られるようになっている。磁界変化率につ
いてのハードウェア集積化は全く含まれていない。デジ
タルメータと非デジタルメータとは互いに違っており、
本発明のメータでは、計算に用いたり測定したりする電
流または電流微分係数は真の電流または電流微分係数で
はなく、実際には数学的な近似値すなわち疑似電流また
は電流微分係数を用いている。これは真の電流／電流微
分係数の近似値であり、フーリエ級数のようなアルゴリ
ズム級数によって得られるものである。アルゴリズム級
数とは周期現象を表すことができ、直交しているであろ
う関数の級数を利用しているものである。現在フーリエ
級数はこの式を表すのには最もすぐれた方法として知ら
れているが、他にもいくつかの周期的かつ直交式が発表
されており、さらに有能な数学者たちによって他のもの
も構成されているので、本発明はフーリエ級数のみに限
定すべきものではなく、他のアルゴリズム級数も同様に
用いることができる。
【００１０】さらに説明すると、本発明のメータの計算
に用いられている電流または電流微分係数は真の電流で
はなく、実際には低次のフーリエ級数のようなアルゴリ
ズム級数を用いた電流または電流微分係数の数学的な近
似値である。線または導体中を流れる電流によって発生
した磁界からピックアップされた電圧は、電流そのもの
よりもむしろ電流の変化率（時間微分係数）に比例する
。電流それ自体の近似値を求める必要がある場合はこれ
を積分する。微分係数をアルゴリズム級数またはフーリ
エ級数で表す場合、その技術については本発明の詳細な
説明において述べるが、エネルギ消費量を計算するため
に必要な積分または他の計算は後に示すように実に簡単
なものである。
に用いられている電流または電流微分係数は真の電流で
はなく、実際には低次のフーリエ級数のようなアルゴリ
ズム級数を用いた電流または電流微分係数の数学的な近
似値である。線または導体中を流れる電流によって発生
した磁界からピックアップされた電圧は、電流そのもの
よりもむしろ電流の変化率（時間微分係数）に比例する
。電流それ自体の近似値を求める必要がある場合はこれ
を積分する。微分係数をアルゴリズム級数またはフーリ
エ級数で表す場合、その技術については本発明の詳細な
説明において述べるが、エネルギ消費量を計算するため
に必要な積分または他の計算は後に示すように実に簡単
なものである。
【００１１】本発明の方法および装置の一実施態様では
、伝達されたエネルギを電流時間の計算された瞬間時間
微分係数に同時に得られた瞬間電圧を掛けた積分として
数学的に表す。これは計算された電流すなわち疑似電流
であり真の瞬間電流ではない。各々の疑似電流記録をア
ルゴリズム級数またはフーリエ級数で表すと、ドロップ
アウトした積の（周波数間の）すべての交差項が容易に
分かる。さらに、電力会社の変圧器から伝達される電圧
波形はほぼ正弦波のままであり、システム上の様々な負
荷によって大きく歪められることはない。この歪みは通
常は電流波形の歪みよりもかなり小さいものである。 計算のために電圧波形をアルゴリズム級数やフーリエ級
数で表すことはない。
、伝達されたエネルギを電流時間の計算された瞬間時間
微分係数に同時に得られた瞬間電圧を掛けた積分として
数学的に表す。これは計算された電流すなわち疑似電流
であり真の瞬間電流ではない。各々の疑似電流記録をア
ルゴリズム級数またはフーリエ級数で表すと、ドロップ
アウトした積の（周波数間の）すべての交差項が容易に
分かる。さらに、電力会社の変圧器から伝達される電圧
波形はほぼ正弦波のままであり、システム上の様々な負
荷によって大きく歪められることはない。この歪みは通
常は電流波形の歪みよりもかなり小さいものである。 計算のために電圧波形をアルゴリズム級数やフーリエ級
数で表すことはない。
【００１２】電圧波形には通常ちいさな高調波成分のみ
が含まれており、直流電流成分は含まれていない。電力
の偶数調波は電圧・電流両方の波形の２つの半分の間で
のインバランスの結果起こるものであるので低いもので
あると考えるのが普通である。結果用メータの通常の正
確さを得るために、電流波形の計算にはおそらく偶数調
波を含む必要はないであろう。ゆえに、結果用メータに
要求される正確さを得るために、必ずしも電流波形の計
算に偶数調波を含む必要はないのである。それを省けば
明らかにより簡単な計算になるのである。
が含まれており、直流電流成分は含まれていない。電力
の偶数調波は電圧・電流両方の波形の２つの半分の間で
のインバランスの結果起こるものであるので低いもので
あると考えるのが普通である。結果用メータの通常の正
確さを得るために、電流波形の計算にはおそらく偶数調
波を含む必要はないであろう。ゆえに、結果用メータに
要求される正確さを得るために、必ずしも電流波形の計
算に偶数調波を含む必要はないのである。それを省けば
明らかにより簡単な計算になるのである。
【００１３】また、以下の理由から、数多く応用されて
いる電流に見られるような高周波数を考慮に入れる必要
はない。高調波解析の１つの結果から電圧と電流の間の
周波数での交差項が電力になるわけではないということ
が分かる。このように、公益事業によって伝達される電
圧の高周波数成分は極めて小さいので電流波形について
の高周波数成分を計算する必要はない。もし、電流波形
に高い高調波が全く必要なければ、微分係数波形にも高
い高調波は必要ないのである。すなわち、微分係数電流
記録からの抽出電圧を表しているアルゴリズム級数また
はフーリエ級数は、微分係数電流電圧に実際にしばしば
見られる高い高調波成分の代わりに高い高調波成分をも
つ必要はないのである。
いる電流に見られるような高周波数を考慮に入れる必要
はない。高調波解析の１つの結果から電圧と電流の間の
周波数での交差項が電力になるわけではないということ
が分かる。このように、公益事業によって伝達される電
圧の高周波数成分は極めて小さいので電流波形について
の高周波数成分を計算する必要はない。もし、電流波形
に高い高調波が全く必要なければ、微分係数波形にも高
い高調波は必要ないのである。すなわち、微分係数電流
記録からの抽出電圧を表しているアルゴリズム級数また
はフーリエ級数は、微分係数電流電圧に実際にしばしば
見られる高い高調波成分の代わりに高い高調波成分をも
つ必要はないのである。
【００１４】本開示の基礎として用いられているアルゴ
リズム級数またはフーリエ級数は同じ物を表す目的です
べての周期現象に適用することができる。これは、理論
上は周期現象が規定された有限限界上で無限に長いか循
環しているものである場合にのみまさしく正しいもので
ある。本発明の方法および装置では、規定された有限限
界を厳密にではなくあくまでも参考にしたやり方で行わ
れている。例えば、３２または６４の読み出しサイクル
が利用されており、規定された範囲を考慮したものであ
る。これは予め決定された級数を修正するためのフィー
ドバック技術に用いられている。もちろん、最初は先行
級数は存在しない。この場合は「予め決定された級数」
はゼロであるが、アルゴリズム級数表現の係数を得るた
めに直接利用される。予め決定された級数のための調整
手段を用いるかわりに、３２または６４サイクルごとに
新たな係数が決定される。この「非比較」実施態様は必
要ではないが独特のものであり、かなりの量の計算を省
くので、望ましいものなのである。
リズム級数またはフーリエ級数は同じ物を表す目的です
べての周期現象に適用することができる。これは、理論
上は周期現象が規定された有限限界上で無限に長いか循
環しているものである場合にのみまさしく正しいもので
ある。本発明の方法および装置では、規定された有限限
界を厳密にではなくあくまでも参考にしたやり方で行わ
れている。例えば、３２または６４の読み出しサイクル
が利用されており、規定された範囲を考慮したものであ
る。これは予め決定された級数を修正するためのフィー
ドバック技術に用いられている。もちろん、最初は先行
級数は存在しない。この場合は「予め決定された級数」
はゼロであるが、アルゴリズム級数表現の係数を得るた
めに直接利用される。予め決定された級数のための調整
手段を用いるかわりに、３２または６４サイクルごとに
新たな係数が決定される。この「非比較」実施態様は必
要ではないが独特のものであり、かなりの量の計算を省
くので、望ましいものなのである。
【００１５】電流級数は、項ごとに積分することによっ
て微分係数電流電圧級数から容易に導き出すことができ
るものである。フーリエ級数の積分はサインとコサイン
の交換、コサインとマイナスサインの交換および高調波
数による除算を含んでいる。このように、こん積分には
どんな実計算も必要ないのである。このように、電流そ
れ自体は必要とされていないのにもかかわらず、その値
は容易に得られるのである。
て微分係数電流電圧級数から容易に導き出すことができ
るものである。フーリエ級数の積分はサインとコサイン
の交換、コサインとマイナスサインの交換および高調波
数による除算を含んでいる。このように、こん積分には
どんな実計算も必要ないのである。このように、電流そ
れ自体は必要とされていないのにもかかわらず、その値
は容易に得られるのである。
【００１６】この一例としてあげた実施態様での電圧記
録は級数またはアルゴリズム級数で表されたものではな
いが、正確に決定されたすべての成分をもつ級数と考え
ることができる。ゆえに、それぞれの係数は級数で表さ
れることはないが、電流と電圧の積も２つの級数の積と
考えることができるのである。不明な成分がゼロ成分に
等しいので、いわゆる電圧級数というものには電流級数
よりもっと多くの項があるという事実は関係ないのであ
る。ゼロでない電圧級数成分と電流級数のゼロ成分との
積はゼロになるからである。
録は級数またはアルゴリズム級数で表されたものではな
いが、正確に決定されたすべての成分をもつ級数と考え
ることができる。ゆえに、それぞれの係数は級数で表さ
れることはないが、電流と電圧の積も２つの級数の積と
考えることができるのである。不明な成分がゼロ成分に
等しいので、いわゆる電圧級数というものには電流級数
よりもっと多くの項があるという事実は関係ないのであ
る。ゼロでない電圧級数成分と電流級数のゼロ成分との
積はゼロになるからである。
【００１７】電流についての解析式が得られたら、（未
来か過去の）実際の電圧測定時間についての電流を推定
する。２つのものを同時に記録するとかなり費用がかか
り、特に、費用が絶対最小でなければならない時など大
幅に費用がかかってしまう。このため、疑似電流・電圧
はまったく別々に測定され、同時に記録されることにな
る。こうしたやり方で、電流は電圧の記録が行われる時
より数ミリ秒前に未来または近い過去について計算され
る。電圧の記録が実際に行われるとこの記録と疑似すな
わち計算された未来または過去の１つまたは複数の電流
とは電力を計算する上で同時に行われた記録として扱わ
れる。もし電圧記録が最初に行われると、それは適当な
時間の間格納される。電圧記録がメモリから取り出され
た時の対応する電圧に対して電流が計算されると、電圧
と電流とを同時に記録されたものとして扱い、電力が計
算される。
来か過去の）実際の電圧測定時間についての電流を推定
する。２つのものを同時に記録するとかなり費用がかか
り、特に、費用が絶対最小でなければならない時など大
幅に費用がかかってしまう。このため、疑似電流・電圧
はまったく別々に測定され、同時に記録されることにな
る。こうしたやり方で、電流は電圧の記録が行われる時
より数ミリ秒前に未来または近い過去について計算され
る。電圧の記録が実際に行われるとこの記録と疑似すな
わち計算された未来または過去の１つまたは複数の電流
とは電力を計算する上で同時に行われた記録として扱わ
れる。もし電圧記録が最初に行われると、それは適当な
時間の間格納される。電圧記録がメモリから取り出され
た時の対応する電圧に対して電流が計算されると、電圧
と電流とを同時に記録されたものとして扱い、電力が計
算される。
【００１８】本発明のデジタルメータで消費されたエネ
ルギを計算する方法はいくつかあるが、以下にそれにつ
いて述べる。例えば、上記で述べた計算方法とは異なっ
ている計算方法は、電流および電圧を同時に測定する必
要がないだけでなく、さらに、片方の測定がなされてい
る時刻についてもう一方が計算される代わりの実施態様
には必要ないものである。換言すれば、代わりの実施態
様においては、例えば未来または近い過去の１つまたは
複数の選択された電圧記録時刻についての未来または過
去の１つまたは複数の近似された電流の推定値をアルゴ
リズム級数で表されているものとして計算することが常
に必要とは限らないのである。
ルギを計算する方法はいくつかあるが、以下にそれにつ
いて述べる。例えば、上記で述べた計算方法とは異なっ
ている計算方法は、電流および電圧を同時に測定する必
要がないだけでなく、さらに、片方の測定がなされてい
る時刻についてもう一方が計算される代わりの実施態様
には必要ないものである。換言すれば、代わりの実施態
様においては、例えば未来または近い過去の１つまたは
複数の選択された電圧記録時刻についての未来または過
去の１つまたは複数の近似された電流の推定値をアルゴ
リズム級数で表されているものとして計算することが常
に必要とは限らないのである。
【００１９】代わりのものとして、エネルギ消費量もま
た電圧ピックアップ測定値を周期現象（電流の時間微分
係数を表している磁界ピックアップについても同様）を
表すために使われるアルゴリズム級数で表現することに
よって得られ、そのとき、マイクロコンピュータまたは
マイクロプロセッサー（コンピュータ手段）は、電流微
分係数および電圧アルゴリズム級数式の各々の高調波に
ついてサイン係数およびコサイン係数を別々に乗算する
ためにさらにプログラムされている。電圧を表している
サイン級数の係数と電流微分係数を表しているコサイン
級数の係数とを乗算する。電圧を表しているコサイン級
数の係数とは電流を表しているサイン級数の係数の負と
を乗算する。これらは高調波ごとに合計され、高調波数
で除算される。その後で上述の結果を合計し、その合計
を半分に割ることによって合計するためのステップが実
行され、導体を通して消費されたエネルギに比例する数
値が与えられる。
た電圧ピックアップ測定値を周期現象（電流の時間微分
係数を表している磁界ピックアップについても同様）を
表すために使われるアルゴリズム級数で表現することに
よって得られ、そのとき、マイクロコンピュータまたは
マイクロプロセッサー（コンピュータ手段）は、電流微
分係数および電圧アルゴリズム級数式の各々の高調波に
ついてサイン係数およびコサイン係数を別々に乗算する
ためにさらにプログラムされている。電圧を表している
サイン級数の係数と電流微分係数を表しているコサイン
級数の係数とを乗算する。電圧を表しているコサイン級
数の係数とは電流を表しているサイン級数の係数の負と
を乗算する。これらは高調波ごとに合計され、高調波数
で除算される。その後で上述の結果を合計し、その合計
を半分に割ることによって合計するためのステップが実
行され、導体を通して消費されたエネルギに比例する数
値が与えられる。
【００２０】アルゴリズム係数またはフーリエ係数は前
述した新しいフィードバック技術を用いた一連の調整を
行うことによって実時間に得られる。磁界（電流微分係
数）の変化率の記録を取り出してアルゴリズム級数また
はフーリエ級数から計算された記録と比較する。真の電
流微分係数記録から計算された結果の偏差値が記録され
る。これらの偏差値はそれを削除するための調整の基本
となるものである。高い高調波を含んでいないので、計
算された微分係数値は誤差となる。この誤差がノイズと
なって現れる。これによってフーリエ成分の大きさに変
動が生じるが、合計して累算された誤差になることはな
い。誤差はプラスとマイナスの間で行ったり来たりする
。したがって誤差自体なくなってしまうことがある。 換言すれば、誤差は両方向にあり、結局はすべての実用
的な目的に対応するために、結果は自らを削除してしま
うのである。
述した新しいフィードバック技術を用いた一連の調整を
行うことによって実時間に得られる。磁界（電流微分係
数）の変化率の記録を取り出してアルゴリズム級数また
はフーリエ級数から計算された記録と比較する。真の電
流微分係数記録から計算された結果の偏差値が記録され
る。これらの偏差値はそれを削除するための調整の基本
となるものである。高い高調波を含んでいないので、計
算された微分係数値は誤差となる。この誤差がノイズと
なって現れる。これによってフーリエ成分の大きさに変
動が生じるが、合計して累算された誤差になることはな
い。誤差はプラスとマイナスの間で行ったり来たりする
。したがって誤差自体なくなってしまうことがある。 換言すれば、誤差は両方向にあり、結局はすべての実用
的な目的に対応するために、結果は自らを削除してしま
うのである。
【００２１】前述したように、群記録は単一記録に対立
するものとして行われる。１つだけの記録に対してでは
なく記録群に対して調整が行われた場合、また群のなか
の記録の数がさほど多くない場合、仮に状態は安定して
いてノイズがなくても調整システムは安定値に収束する
ことはない。そのかわりに、電流について計算された値
は正しい値の周り不規則に動く。時間全体にわたる電力
の積分は実質上これらの「行ったり来たりする」誤差の
影響をうけることはない。
するものとして行われる。１つだけの記録に対してでは
なく記録群に対して調整が行われた場合、また群のなか
の記録の数がさほど多くない場合、仮に状態は安定して
いてノイズがなくても調整システムは安定値に収束する
ことはない。そのかわりに、電流について計算された値
は正しい値の周り不規則に動く。時間全体にわたる電力
の積分は実質上これらの「行ったり来たりする」誤差の
影響をうけることはない。
【００２２】また、計算を簡単にするための代わりのも
のとして、起動時における場合のように、アルゴリズム
級数の新たな係数を直接得るためにこの新たな記録群を
用いることで、すでに計算されている磁界の時間微分係
数の値をこの比較の手順のためにゼロであると仮定する
。
のとして、起動時における場合のように、アルゴリズム
級数の新たな係数を直接得るためにこの新たな記録群を
用いることで、すでに計算されている磁界の時間微分係
数の値をこの比較の手順のためにゼロであると仮定する
。
【００２３】磁界変化率（電流微分係数）の測定は、必
ずしも等しい間隔で行う必要はないがしばしば行われる
。各々の記録または記録群のあとで、アルゴリズム級数
またはフーリエ級数のいくつかの係数に対して調整が行
われる。このように、アルゴリズムは各々の係数に対し
て各々いくつ修正を行う必要があるか決定する。
ずしも等しい間隔で行う必要はないがしばしば行われる
。各々の記録または記録群のあとで、アルゴリズム級数
またはフーリエ級数のいくつかの係数に対して調整が行
われる。このように、アルゴリズムは各々の係数に対し
て各々いくつ修正を行う必要があるか決定する。
【００２４】また、除去しなければ正確な測定機能を妨
害してしまうノイズを除去するために磁界ピックアップ
（電流の時間微分係数）および電圧ピックアップから不
要なノイズを瀘波することが望ましい。これを達成する
ために、能動フィルタか受動フィルタのどちらかを用い
てこれら２つのピックアップ信号を瀘波する。使用され
る受動フィルタの例として、簡単なＲＣ回路またはダイ
オードクリップ回路がある。言うまでもなく、これらの
要素は組み合わせて用いることもできる。
害してしまうノイズを除去するために磁界ピックアップ
（電流の時間微分係数）および電圧ピックアップから不
要なノイズを瀘波することが望ましい。これを達成する
ために、能動フィルタか受動フィルタのどちらかを用い
てこれら２つのピックアップ信号を瀘波する。使用され
る受動フィルタの例として、簡単なＲＣ回路またはダイ
オードクリップ回路がある。言うまでもなく、これらの
要素は組み合わせて用いることもできる。
【００２５】電圧および磁界ピックアップを瀘波すると
きに、それらは同じ位相シフトを与えるように瀘波され
る。その後、上述の計算が行われ、そこで磁界ピックア
ップまたは磁界ピックアップと電圧ピックアップ出力の
両方に対してアルゴリズム展開またはフーリエ展開が実
行される。
きに、それらは同じ位相シフトを与えるように瀘波され
る。その後、上述の計算が行われ、そこで磁界ピックア
ップまたは磁界ピックアップと電圧ピックアップ出力の
両方に対してアルゴリズム展開またはフーリエ展開が実
行される。
【００２６】もし、アルゴリズムまたはフーリエ展開が
磁界ピックアップにのみ実行されるとその後各々の磁界
ピックアップ高調波係数は適当な係数と乗算され、磁界
ピックアップ減衰および対応した電圧ピックアップ減衰
の両方を修正し、それから前に説明したような過程を続
行する。
磁界ピックアップにのみ実行されるとその後各々の磁界
ピックアップ高調波係数は適当な係数と乗算され、磁界
ピックアップ減衰および対応した電圧ピックアップ減衰
の両方を修正し、それから前に説明したような過程を続
行する。
【００２７】電圧ピックアップおよび磁界ピックアップ
が、同じ位相シフトと減衰とを生じるフィルタ（以下同
定フィルタと呼ぶ）で瀘波されると、アルゴリズムまた
はフーリエ展開はこの出力に対して実行され、その後電
圧および磁界ピックアップ出力高調波は各々係数と乗算
され、各々がうける既知の減衰が補正され、それから上
述の過程が続行される。
が、同じ位相シフトと減衰とを生じるフィルタ（以下同
定フィルタと呼ぶ）で瀘波されると、アルゴリズムまた
はフーリエ展開はこの出力に対して実行され、その後電
圧および磁界ピックアップ出力高調波は各々係数と乗算
され、各々がうける既知の減衰が補正され、それから上
述の過程が続行される。
【００２８】さらに代わりに用いられるものとして、同
定フィルタを用いてメータ出力を瀘波した後、含まれて
いる各々の高調波についての出力は高調波についての減
衰係数で除算され、その後上述のように進行する。
定フィルタを用いてメータ出力を瀘波した後、含まれて
いる各々の高調波についての出力は高調波についての減
衰係数で除算され、その後上述のように進行する。
【００２９】瀘波のさらに他の例として、電圧ピックア
ップと磁界ピックアップは同じ位相シフトを与えるため
に瀘波され、それからアルゴリズムまたはフーリエ展開
が磁界ピックアップ出力にのみ実行される。その後、各
磁界ピックアップ高調波係数はその減衰量の２乗で除算
され、それと対応する電圧ピックアップの両方に対して
修正される。この対応する電圧ピックアップは高調波ア
ルゴリズムの形式にはいらない。その後、エネルギ消費
記録を得るために計算過程が前述したように続く。
ップと磁界ピックアップは同じ位相シフトを与えるため
に瀘波され、それからアルゴリズムまたはフーリエ展開
が磁界ピックアップ出力にのみ実行される。その後、各
磁界ピックアップ高調波係数はその減衰量の２乗で除算
され、それと対応する電圧ピックアップの両方に対して
修正される。この対応する電圧ピックアップは高調波ア
ルゴリズムの形式にはいらない。その後、エネルギ消費
記録を得るために計算過程が前述したように続く。
【００３０】疑似電流および電圧測定値のタイミングは
実際の電力系統の（電圧または電流の）零交叉から独立
している。もしこのタイミングが電気的に生成されると
、基本波およびすべての高調波のサイクル長は電力系統
での実際のサイクル長と一致しない。これはかなり微量
に起こるものであるが、時間が経つにつれて連続位相シ
フトを引き起こす。提案された調整過程について、これ
には何も問題はないが、しかし高い高調波は位相を最も
遅い位相シフトでは調節が可能であるかもしれないが最
も速い位相シフトではその位相をシフトする。正確さが
望まれるものであるが、１／２００００ のタイミング
精度はおそらく測定をおこなう上では適しているもので
ある。 日々の情報の時刻が重要なこれらの場合において、請求
業務のためにメータを電気的に読み取るとき、マイクロ
コンピュータを一ヶ月に一度程度自動的にリセットする
。１／２００００ は負荷時間の初めと終りにおいて最
大２分程度の誤差を出す。しかしながら、より精度を高
めるのにもあまり費用はかからない。
実際の電力系統の（電圧または電流の）零交叉から独立
している。もしこのタイミングが電気的に生成されると
、基本波およびすべての高調波のサイクル長は電力系統
での実際のサイクル長と一致しない。これはかなり微量
に起こるものであるが、時間が経つにつれて連続位相シ
フトを引き起こす。提案された調整過程について、これ
には何も問題はないが、しかし高い高調波は位相を最も
遅い位相シフトでは調節が可能であるかもしれないが最
も速い位相シフトではその位相をシフトする。正確さが
望まれるものであるが、１／２００００ のタイミング
精度はおそらく測定をおこなう上では適しているもので
ある。 日々の情報の時刻が重要なこれらの場合において、請求
業務のためにメータを電気的に読み取るとき、マイクロ
コンピュータを一ヶ月に一度程度自動的にリセットする
。１／２００００ は負荷時間の初めと終りにおいて最
大２分程度の誤差を出す。しかしながら、より精度を高
めるのにもあまり費用はかからない。
【００３１】磁界の変化率の測定は、強磁性物質磁心を
備えた巻きわくに巻かれた小さなコイルを用いて行われ
るのが好ましい。強磁性物質磁心は、携帯ラジオアンテ
ナに用いられているような成形フェライト物質のような
残磁性が低い物質で作るのが最も良く、電流が決定され
るべき導体の周辺に巻かれる。上述したように、この磁
心は巻きわくを通っている。磁心はまた磁気飽和に近く
ならないようにデザインされている。これを達成するた
めに、実際には高い透磁率を必要としないときには１つ
またはそれ以上のエア・ギャップがある。しかしながら
、それは上述のようなとても低い磁気抵抗をもつ必要が
ある。
備えた巻きわくに巻かれた小さなコイルを用いて行われ
るのが好ましい。強磁性物質磁心は、携帯ラジオアンテ
ナに用いられているような成形フェライト物質のような
残磁性が低い物質で作るのが最も良く、電流が決定され
るべき導体の周辺に巻かれる。上述したように、この磁
心は巻きわくを通っている。磁心はまた磁気飽和に近く
ならないようにデザインされている。これを達成するた
めに、実際には高い透磁率を必要としないときには１つ
またはそれ以上のエア・ギャップがある。しかしながら
、それは上述のようなとても低い磁気抵抗をもつ必要が
ある。
【００３２】強磁性ピックアップの磁心はヒステリシス
ループを示している。このヒステリシスループ幅は残磁
性を弱めるためにおそらく磁心の磁気長１メートルあた
り１６アンペア回数の起磁力を必要とするものである。 長さ６センチの磁路を用いると、それは残磁性を弱める
ためにはおよそ１アンペア回数を必要とする。低い電流
負荷に対する応答のロスを防ぐためには、８ビットのＡ
／Ｄ変換器を用いることができる（おそらく１０ビット
の精度が必要であろうが、この精度を得るために８ビッ
トのＡ／Ｄ変換器も用いることができる）。微分係数電
流ピックアップに用いられている巻きわくに付加コイル
を付加する。このコイルは約２０００ヘルツ（６０ヘル
ツの高調波ではない）で動作する付け加えられた発振器
によって駆動されるが、鋸波のような約０．１アンペア
回数の起磁力を起こして残磁性を弱めるものである。こ
れにはまた、ピックアップ電圧に大きさが小さい２００
０ヘルツの信号が印加される。
ループを示している。このヒステリシスループ幅は残磁
性を弱めるためにおそらく磁心の磁気長１メートルあた
り１６アンペア回数の起磁力を必要とするものである。 長さ６センチの磁路を用いると、それは残磁性を弱める
ためにはおよそ１アンペア回数を必要とする。低い電流
負荷に対する応答のロスを防ぐためには、８ビットのＡ
／Ｄ変換器を用いることができる（おそらく１０ビット
の精度が必要であろうが、この精度を得るために８ビッ
トのＡ／Ｄ変換器も用いることができる）。微分係数電
流ピックアップに用いられている巻きわくに付加コイル
を付加する。このコイルは約２０００ヘルツ（６０ヘル
ツの高調波ではない）で動作する付け加えられた発振器
によって駆動されるが、鋸波のような約０．１アンペア
回数の起磁力を起こして残磁性を弱めるものである。こ
れにはまた、ピックアップ電圧に大きさが小さい２００
０ヘルツの信号が印加される。
【００３３】このピックアップコイルに印加された電圧
は、全体の記録を行うために電圧ピックアップの約１／
３２の大きさであることが望ましい（電力系統において
はこれは約２．８２倍の名目上の全体記録であろう）。
は、全体の記録を行うために電圧ピックアップの約１／
３２の大きさであることが望ましい（電力系統において
はこれは約２．８２倍の名目上の全体記録であろう）。
【００３４】０〜５ボルトのＡ／Ｄ変換器を通る真信号
はわずか０．１ボルトであると仮定すると、それは常に
ゼロを記録するが、上述の付加信号があれば、各々のデ
ジタル化された値は小さな付加信号波にほぼ適したもの
となるのである。実際の信号で電圧を変調するので、付
加信号のみについての小さな時間スパンでの平均記録は
ほぼゼロであるがそれは信号の真の値に近いものとはな
らない。このように、統計的に真の信号についての有意
義な値を記録するのである。
はわずか０．１ボルトであると仮定すると、それは常に
ゼロを記録するが、上述の付加信号があれば、各々のデ
ジタル化された値は小さな付加信号波にほぼ適したもの
となるのである。実際の信号で電圧を変調するので、付
加信号のみについての小さな時間スパンでの平均記録は
ほぼゼロであるがそれは信号の真の値に近いものとはな
らない。このように、統計的に真の信号についての有意
義な値を記録するのである。
【００３５】以上のように、付加されたコイルに加えら
れた付加された交流電流信号はともに磁気的な問題をな
くし、より精密さを増すために重畳信号を供給する。
れた付加された交流電流信号はともに磁気的な問題をな
くし、より精密さを増すために重畳信号を供給する。
【００３６】
【実施例】図面を参照すると、本発明の電気エネルギ消
費量メータは１０で示されている。これは交流電源１４
から変圧器１９を通して供給される交流電流を運ぶ複数
の伝送線導体１１、１２、および１３からの電気エネル
ギ消費量を測定するものである。本発明で特に示された
実施例において変圧器１９は遠隔地に設置された三線単
相電源の役割を果たすものである。ここで特に注目すべ
きことは、変圧器の出力には直流電圧成分が含まれてい
ないということである。もちろん、本発明の方法および
装置は二線の単相または多相電源に用いても同じく十分
にその働きをなすものである。
費量メータは１０で示されている。これは交流電源１４
から変圧器１９を通して供給される交流電流を運ぶ複数
の伝送線導体１１、１２、および１３からの電気エネル
ギ消費量を測定するものである。本発明で特に示された
実施例において変圧器１９は遠隔地に設置された三線単
相電源の役割を果たすものである。ここで特に注目すべ
きことは、変圧器の出力には直流電圧成分が含まれてい
ないということである。もちろん、本発明の方法および
装置は二線の単相または多相電源に用いても同じく十分
にその働きをなすものである。
【００３７】導体１１、１２、および１３から成る伝送
線は、電気的負荷１５に接続されているように示されて
いる。電気的負荷は抵抗的、誘導的、容量的特性をもつ
周知の負荷のいずれでもよく、さらに半導体制御負荷の
ような非線形要素を含んでもよい。中央の導体１３はこ
の単相三線システムのアースとして示されている。
線は、電気的負荷１５に接続されているように示されて
いる。電気的負荷は抵抗的、誘導的、容量的特性をもつ
周知の負荷のいずれでもよく、さらに半導体制御負荷の
ような非線形要素を含んでもよい。中央の導体１３はこ
の単相三線システムのアースとして示されている。
【００３８】本発明のデジタルワット時メータ１０のエ
ネルギ消費量について、図を参照して説明する。まず伝
送線センサーについての説明から始める。２つの磁界変
化率ピックアップ１６および１７は、伝送線導体１１、
１２、および１３のそれぞれを流れている電流によって
発生する磁界の時間微分係数を測定するために備えられ
ている。従って、これらのピックアップは必要なアナロ
グ前置増幅器のどれと一緒にあってもよく、電流の時間
微分係数に比例する記録をアナログ・デジタル変換器１
８に提供するためのものである。電流の微分係数はそれ
ぞれｄＩａ／ｄｔおよびｄＩｂ／ｄｔで示される。
ネルギ消費量について、図を参照して説明する。まず伝
送線センサーについての説明から始める。２つの磁界変
化率ピックアップ１６および１７は、伝送線導体１１、
１２、および１３のそれぞれを流れている電流によって
発生する磁界の時間微分係数を測定するために備えられ
ている。従って、これらのピックアップは必要なアナロ
グ前置増幅器のどれと一緒にあってもよく、電流の時間
微分係数に比例する記録をアナログ・デジタル変換器１
８に提供するためのものである。電流の微分係数はそれ
ぞれｄＩａ／ｄｔおよびｄＩｂ／ｄｔで示される。
【００３９】電流微分係数ピックアップ１６および１７
は各々、強磁性物質であることが好ましい磁心２５を持
つ巻きわく２４に巻かれたピックアップワイヤコイルか
ら成るものであり、それぞれ導体１１および１２の周囲
に巻かれている。この強磁性磁心は、携帯ラジオに用い
られている成形フェライトのような物質で作ることがで
きる。これらの磁心２５は決して磁気飽和に近い状態に
ならないようにデザインされており、高い透磁率は必要
ないのでそれぞれエア・ギャップ２６を備えている。こ
れらは極めて低い飽和保磁力を持つべきものである。
は各々、強磁性物質であることが好ましい磁心２５を持
つ巻きわく２４に巻かれたピックアップワイヤコイルか
ら成るものであり、それぞれ導体１１および１２の周囲
に巻かれている。この強磁性磁心は、携帯ラジオに用い
られている成形フェライトのような物質で作ることがで
きる。これらの磁心２５は決して磁気飽和に近い状態に
ならないようにデザインされており、高い透磁率は必要
ないのでそれぞれエア・ギャップ２６を備えている。こ
れらは極めて低い飽和保磁力を持つべきものである。
【００４０】伝送線導体からの電圧を測定するための手
段は、ここではデジタル・アナログ変換器１８の一部と
して示す、周知の抵抗・ブリッジ２３と組み合わせた電
圧タップ線２０、２１、および２２の形で備えられてい
る。このように周知の電圧測定手段は、接地している導
体１３に関係した導体１２および１１の電圧Ｖａおよび
Ｖｂをそれぞれ測定する。
段は、ここではデジタル・アナログ変換器１８の一部と
して示す、周知の抵抗・ブリッジ２３と組み合わせた電
圧タップ線２０、２１、および２２の形で備えられてい
る。このように周知の電圧測定手段は、接地している導
体１３に関係した導体１２および１１の電圧Ｖａおよび
Ｖｂをそれぞれ測定する。
【００４１】電圧のアナログ値と磁界変化率すなわち電
流微分係数のアナログ測定値とをともにアナログ・デジ
タル変換器を用いた周知の方法でデジタル記録に変換す
ることによって、ｄＩ／ｄｔおよび電圧出力Ｖｏで示す
電流の微分係数の出力２７および２８を得る。これらは
それぞれ伝送線の電流の微分係数および電圧に比例する
。比例定数は既知のものでかつ極めて安定したものでな
ければならない。
流微分係数のアナログ測定値とをともにアナログ・デジ
タル変換器を用いた周知の方法でデジタル記録に変換す
ることによって、ｄＩ／ｄｔおよび電圧出力Ｖｏで示す
電流の微分係数の出力２７および２８を得る。これらは
それぞれ伝送線の電流の微分係数および電圧に比例する
。比例定数は既知のものでかつ極めて安定したものでな
ければならない。
【００４２】アナログ・デジタル変換器のタイミングは
端子３５でマイクロプロセッサ３０によって与えられる
。デジタルワット時メータ１０は計算を行い出力測定値
を出すためにコンピュータまたはコンピュータ手段を利
用しており、このコンピュータは一般にはアナログ・デ
ジタル変換器１８、マイクロプロセッサ３０、レジスタ
３１、入出力端子３２、タイマ３３、および日付タイマ
３４から成るものであらわされる。
端子３５でマイクロプロセッサ３０によって与えられる
。デジタルワット時メータ１０は計算を行い出力測定値
を出すためにコンピュータまたはコンピュータ手段を利
用しており、このコンピュータは一般にはアナログ・デ
ジタル変換器１８、マイクロプロセッサ３０、レジスタ
３１、入出力端子３２、タイマ３３、および日付タイマ
３４から成るものであらわされる。
【００４３】マイクロプロセッサ３０はカスタム・チッ
プであるが、始めに電流微分係数ｄＩ／ｄｔを周期現象
を表すためのアルゴリズム級数で表現するようプログラ
ムされている周知のマイクロプロセッサ・チップを用い
ることができる。ここでは、こうした目的のために低次
のフーリエ級数を選択した。マイクロプロセッサ３０の
この機能は図面のフローチャート部分のステージ４０で
示されている。
プであるが、始めに電流微分係数ｄＩ／ｄｔを周期現象
を表すためのアルゴリズム級数で表現するようプログラ
ムされている周知のマイクロプロセッサ・チップを用い
ることができる。ここでは、こうした目的のために低次
のフーリエ級数を選択した。マイクロプロセッサ３０の
この機能は図面のフローチャート部分のステージ４０で
示されている。
【００４４】ステージ４１では、電流微分係数の低次の
フーリエ級数表現を積分し、伝送線中を流れている電流
Ｉについての近似した数学的表現を得る。さらにマイク
ロプロセッサ３０は、フローチャートのステージ４２に
おいて、近似した電流の未来のまたは近い過去の推定値
を未来または近い過去の選択された電圧記録時刻につい
てフーリエ級数で計算するようプログラムされている。 換言すれば、もしこの計算された電流をすでに取られて
いる電圧記録についての瞬間電流を表現するために用い
たとすると、それは電圧記録が予め取られた時刻につい
て計算されるのである。もし、選択された未来の時刻に
取られるべき電圧記録についての未来の電流記録を表現
するために用いた場合は、電流は未来の電圧記録時刻に
ついて計算される。選択された、または与えられた未来
または過去の時刻についての計算されたまたは近似され
た電流は、それが真の瞬間電流ではないので通常はρＩ
で示される疑似電流として指示されている。
フーリエ級数表現を積分し、伝送線中を流れている電流
Ｉについての近似した数学的表現を得る。さらにマイク
ロプロセッサ３０は、フローチャートのステージ４２に
おいて、近似した電流の未来のまたは近い過去の推定値
を未来または近い過去の選択された電圧記録時刻につい
てフーリエ級数で計算するようプログラムされている。 換言すれば、もしこの計算された電流をすでに取られて
いる電圧記録についての瞬間電流を表現するために用い
たとすると、それは電圧記録が予め取られた時刻につい
て計算されるのである。もし、選択された未来の時刻に
取られるべき電圧記録についての未来の電流記録を表現
するために用いた場合は、電流は未来の電圧記録時刻に
ついて計算される。選択された、または与えられた未来
または過去の時刻についての計算されたまたは近似され
た電流は、それが真の瞬間電流ではないので通常はρＩ
で示される疑似電流として指示されている。
【００４５】次に、マイクロプロセッサ３０は、流れ図
のステージ４３において選択された１つまたは複数の時
刻で測定された電圧と対応した未来または近い過去の１
つまたは複数の疑似電流と乗算し、その結果を合計し、
それによって伝送線の負荷１５によって消費されたキロ
ワット時に比例する測定出力数値を端子４５で得られる
ようにさらにプログラムされている。この値はメモリリ
ジスタ３１に格納される。
のステージ４３において選択された１つまたは複数の時
刻で測定された電圧と対応した未来または近い過去の１
つまたは複数の疑似電流と乗算し、その結果を合計し、
それによって伝送線の負荷１５によって消費されたキロ
ワット時に比例する測定出力数値を端子４５で得られる
ようにさらにプログラムされている。この値はメモリリ
ジスタ３１に格納される。
【００４６】４６で示すように、このキロワット時記録
は、もし入出力端子３２が遠隔地に設置されるのならば
周知の導体を通してかまたは電波や電話回線のようなも
のによって入出力端子３２に伝送される。キロワット時
消費量の実際の物理的記録は、４７で示すように、入出
力端子３２から読み出される。これは、メータのディス
プレイを目で見るかまたはメータを読むために用いられ
る電気的、光学的などの結合装置によるメータリーダー
によって行われる。さもなければ、目で見るか他のコン
ピュータを用いるかして読み出すために再びこの出力を
遠隔地に伝送する。
は、もし入出力端子３２が遠隔地に設置されるのならば
周知の導体を通してかまたは電波や電話回線のようなも
のによって入出力端子３２に伝送される。キロワット時
消費量の実際の物理的記録は、４７で示すように、入出
力端子３２から読み出される。これは、メータのディス
プレイを目で見るかまたはメータを読むために用いられ
る電気的、光学的などの結合装置によるメータリーダー
によって行われる。さもなければ、目で見るか他のコン
ピュータを用いるかして読み出すために再びこの出力を
遠隔地に伝送する。
【００４７】さらに、マイクロプロセッサ・チップ３０
は、ステージ４０において、始めにフーリエ級数を、そ
の計算された電流微分係数記録をデジタル出力２７から
の実際の記録と比較することによって調整し、すでに計
算された１つまたはそれ以上の、値をレジスタ３１内の
記憶からフィードバック線Ｆを通ってステージ４０へフ
ィードバックし、それによって計算された値の偏差値を
実際の磁界微分係数電流記録から検出し、この偏差値を
フーリエ級数の係数を調整して修正するために利用する
ようにさらにプログラムされている。この比較はまた、
偏差値を各々に重み係数をもたせてと合計し、重み付け
られた偏差値の合計をフーリエ級数の係数を調整して修
正するために利用することによっても行われる。
は、ステージ４０において、始めにフーリエ級数を、そ
の計算された電流微分係数記録をデジタル出力２７から
の実際の記録と比較することによって調整し、すでに計
算された１つまたはそれ以上の、値をレジスタ３１内の
記憶からフィードバック線Ｆを通ってステージ４０へフ
ィードバックし、それによって計算された値の偏差値を
実際の磁界微分係数電流記録から検出し、この偏差値を
フーリエ級数の係数を調整して修正するために利用する
ようにさらにプログラムされている。この比較はまた、
偏差値を各々に重み係数をもたせてと合計し、重み付け
られた偏差値の合計をフーリエ級数の係数を調整して修
正するために利用することによっても行われる。
【００４８】上述の選択に代わるものとして、マイクロ
プロセッサ・チップ３０は、ステージ４０において、フ
ーリエ級数がデジタル出力２７からの記録に最も適する
ように構成されるようにさらにプログラムされても良い
。これは、比較が全くなされていない点を除いては、上
記のものと似ており、実際、上記の状況において必要な
起動状態なのである。各々の測定値を個々に各々の係数
について重み付けることでこの構成を達成できる。フー
リエ級数構成の場合の重み係数は、対応したサインおよ
びコサイン係数を含んでいる。
プロセッサ・チップ３０は、ステージ４０において、フ
ーリエ級数がデジタル出力２７からの記録に最も適する
ように構成されるようにさらにプログラムされても良い
。これは、比較が全くなされていない点を除いては、上
記のものと似ており、実際、上記の状況において必要な
起動状態なのである。各々の測定値を個々に各々の係数
について重み付けることでこの構成を達成できる。フー
リエ級数構成の場合の重み係数は、対応したサインおよ
びコサイン係数を含んでいる。
【００４９】代わりに、マイクロプロセッサ３０は、ス
テージ４０において、磁界の時間微分係数の記録群を１
つだけの記録に対立するものとして取り出し、この記録
群がすでに計算されている値と比較された時に、より適
するものを得るために係数を調整し、上述のように、ま
たはここでの起動状態での場合のように、スクラッチか
ら１つの記録についてのフーリエ級数の新たな係数を得
るためにこの記録群を直接用いるようにさらにプログラ
ムされても良い。計算がより少なくなるような好ましい
状態では、メータが起動状態の時に行われるように比較
を行わずに係数を直接計算するのである。これは計算時
間を大きく、おそらく極めて大幅に削減するものである
。
テージ４０において、磁界の時間微分係数の記録群を１
つだけの記録に対立するものとして取り出し、この記録
群がすでに計算されている値と比較された時に、より適
するものを得るために係数を調整し、上述のように、ま
たはここでの起動状態での場合のように、スクラッチか
ら１つの記録についてのフーリエ級数の新たな係数を得
るためにこの記録群を直接用いるようにさらにプログラ
ムされても良い。計算がより少なくなるような好ましい
状態では、メータが起動状態の時に行われるように比較
を行わずに係数を直接計算するのである。これは計算時
間を大きく、おそらく極めて大幅に削減するものである
。
【００５０】電流波形を表現しているフーリエ級数にお
いて、偶数調波および／または高周波数高調波あるいは
、指数が３の整数倍であるすべての高調波を除去するこ
とによって計算の手順をさらに簡単にすることができる
。
いて、偶数調波および／または高周波数高調波あるいは
、指数が３の整数倍であるすべての高調波を除去するこ
とによって計算の手順をさらに簡単にすることができる
。
【００５１】実例として、フィードバック修正の２つの
方法を以下に示す。第１の方法をプログラムの説明の形
で、第２の方法をマイクロプロセッサ３０に利用されて
いる典型的なコンピュータプログラムの形で示す。第１
の式は調整を行う上での１つの可能な方法を示しており
、変数は以下のような意味をもつ。
方法を以下に示す。第１の方法をプログラムの説明の形
で、第２の方法をマイクロプロセッサ３０に利用されて
いる典型的なコンピュータプログラムの形で示す。第１
の式は調整を行う上での１つの可能な方法を示しており
、変数は以下のような意味をもつ。
【００５２】
ｄＪ（ｔ） 時刻ｔに導体周辺の磁界のピック
アップコイルによって測定されたもののような主電流の
変化率ｓｃｄｃｏｍｐ この変化率を表現するフー
リエ級数の成分の合計 ｔ 電気的ラジアンすなわち約２．６
５ミリ秒を単位とする時刻 ｎ 高調波の指数 ａｓ［ｎ］ 微分係数級数中でのｎ番目のサイ
ン項の係数ａｃ［ｎ］ 微分係数級数中でのｎ
番目のコサイン項の係数 ｄｅｌ 測定値と磁界変化率ピックアップ
の計算値との間の偏差値 Ｊｃ 計算された電流（比較係数不明）
ｍ 考えられる級数中の最も高い成分
ｄｅｌａｓ［］ およびｄｅｌａｃ［］ ａｓ
［］およびａｃ［］の修正にそれぞれ用いられる増加量 ｍｍ 修正値が大きくなりすぎるのを防
ぐための減衰係数
アップコイルによって測定されたもののような主電流の
変化率ｓｃｄｃｏｍｐ この変化率を表現するフー
リエ級数の成分の合計 ｔ 電気的ラジアンすなわち約２．６
５ミリ秒を単位とする時刻 ｎ 高調波の指数 ａｓ［ｎ］ 微分係数級数中でのｎ番目のサイ
ン項の係数ａｃ［ｎ］ 微分係数級数中でのｎ
番目のコサイン項の係数 ｄｅｌ 測定値と磁界変化率ピックアップ
の計算値との間の偏差値 Ｊｃ 計算された電流（比較係数不明）
ｍ 考えられる級数中の最も高い成分
ｄｅｌａｓ［］ およびｄｅｌａｃ［］ ａｓ
［］およびａｃ［］の修正にそれぞれ用いられる増加量 ｍｍ 修正値が大きくなりすぎるのを防
ぐための減衰係数
【００５３】修正。級数は以下の数式１のようになる。
【００５４】
【数１】
【００５５】正のｄｅｌ は計算された値が小さすぎる
ことを示している。各々の群（または個々の記録）の始
めにおいて、ｄｅｌａｓ［］ およびｄｅｌａｃ［］
項をゼロにセットしておく。各々の記録をおこなった後
、以下の数式２に従って調整が始まる。
ことを示している。各々の群（または個々の記録）の始
めにおいて、ｄｅｌａｓ［］ およびｄｅｌａｃ［］
項をゼロにセットしておく。各々の記録をおこなった後
、以下の数式２に従って調整が始まる。
【００５６】
【数２】
【００５７】または、記録群の場合には、以下の数式３
のように異なった式になる。
のように異なった式になる。
【００５８】
【数３】
【００５９】このサインおよびコサイン係数は、電流全
体に貢献している項がその貢献に比例して調整されるよ
うに、また修正のサインが適切なものとなるように保証
するものである。各々の記録または記録群の完成時に、
以下の数式４に従って係数に対する調整が行われる。
体に貢献している項がその貢献に比例して調整されるよ
うに、また修正のサインが適切なものとなるように保証
するものである。各々の記録または記録群の完成時に、
以下の数式４に従って係数に対する調整が行われる。
【００６０】
【数４】
【００６１】ここで、「積分」が行われる。サインの代
わりにマイナスコサインを用い、コサインの代わりにサ
インを用いる。さらに高調波数によって以下の数式５に
示されるように除算される。
わりにマイナスコサインを用い、コサインの代わりにサ
インを用いる。さらに高調波数によって以下の数式５に
示されるように除算される。
【００６２】
【数５】
【００６３】この電流値は、記録が取られた時に限らず
サイクルの任意の時刻に対して得ることができるもので
ある。これらは電圧記録が取られた瞬間について計算さ
れるため、瞬間電力が決定される。瞬間電力はＶｘ Ｊ
ｃであり、ここでＶは時刻ｔで測定された電圧である。
サイクルの任意の時刻に対して得ることができるもので
ある。これらは電圧記録が取られた瞬間について計算さ
れるため、瞬間電力が決定される。瞬間電力はＶｘ Ｊ
ｃであり、ここでＶは時刻ｔで測定された電圧である。
【００６４】１／４ サイクルの値についてのサインは
参照用テーブルにある。これは、基本波およびすべての
高調波のすべてのサイン、コサインについて適応できる
。
参照用テーブルにある。これは、基本波およびすべての
高調波のすべてのサイン、コサインについて適応できる
。
【００６５】第２の方法は、１つ記録もしくは記録群を
含んでおり、ＢＡＳＩＣプログラムのセグメントとして
以下に示す。説明（スラッシュ線）は、プログラムの数
字を打った行またはすぐ上の行についてのものである。
含んでおり、ＢＡＳＩＣプログラムのセグメントとして
以下に示す。説明（スラッシュ線）は、プログラムの数
字を打った行またはすぐ上の行についてのものである。
【００６６】１ ｗ＝π／２５６
／／／ １ において、πは通常３．１４１５９２
６５である。 ２ ｍｌ＝３２ ／／／ ２ において、ｍｌは修正が行われる前の
１つのグループにおける記録の数で ／／／ ある。どの場合においてもこれは１ と同
じくらい小さいものである。 ／／／ 示されている記録にスペースを与える手段
は不適当なものである。 ／／／ ３ および４ において、ｔ は電気的サ
イクルの１／５１２ を単位として測定され ／／／ た時刻である。 ３ ｔ＝ｔ＋３３ ／／／ これはｔ＋３３をｔ に置き代えるもので
あるということを示しており、ｔ は ／／／ 各々のサイクル群（３３／５１２サイクル
）のあとで３３ずつ増加する。 ４ ｎｂ＝ｔ ｍｏｄ ５１２ ／／／ ｎｂは各々のサイクルの「始め」から測定
される。 ／／／ サイクルは偶然によって起こるもののみの
実際の電気的サイクルがある位 ／／／ 相でのものであるということが重要である
。このようなアライメントには ／／／ 計測器の動作では何の役割も果たさない。 ５ ｆｏｒ ｍ＝１ ｔｏ ｍｌ ／／／ 磁
界微分係数の群記録の始め。 ６ ｉｆ ｍ ｍｏｄ ２＝０ ｔｈｅｎ／／／
（もしｍ が偶数の場合）７ ｄｅｌｔ＝４０
１ ／／／ （次の記録を４０１／５１２ サイクル後
に行う）８ ｅｌｓｅ ／／／ （そのほかの時） ９ ｄｅｌｔ＝５３ ／／／ （次の記録を５３／５１２サイクル後に行
う）１０ ｅｎｄ ｉｆ １１ ｔ＝ｔ＋ｄｅｌｔ ／／／ 行７から１２までは、記録に平等に間隔を
あける必要がないということを ／／／ 示している。 １２ ｎｂ＝ｔ ｍｏｄ ５１２ ／／／ （ｎｂの位相のみ重要である）１３
ｄＪｃ＝０ ／／／ ｄＪｃ は計算された（フーリエ級数）電
流微分係数のシンボルである。 １４ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｔｅｐ ２
／／／ 上記「ｓｔｅｐ ２」はここでは偶数調波
も無視するということを示している。 ／／／ 「ｓｔｅｐ ２」を離れるのは任意に行う
。もし離れたら偶数高調波が計算 ／／／ される。 １５ ｄＪｃ＝ｄＪｃ＋ａｓｓ（ｎ）＊ｓｉｎ（ｎ
＊Ｗ＊ｎｂ）＋ａｃｃ（ｎ）＊ｃｏｓ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）
／／／ （高調波成分を付加する）１６ ｎｅ
ｘｔ ｎ ／／／ もし計算が調整された新たな係数を得るた
めのものであるなら、行１３ ／／／ から１６を離れてｄＪｃ＝０ とする。 １７ ｄｅｌ＝ｄＪ（ｔ）−ｄＪｃ／／／ ｄ
ｅｌ は測定された（ｄＪ（ｔ）） と計算された電流
微分係数の偏差値である。 ／／／ 行１８から２１において、ｄａｓｓ（）お
よびｄａｃｃ（）は各々の記録の後に計算 ／／／ された修正項である。 １８ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｅｐ ２１
９ ｄａｓｓ（ｎ）＝ｄａｓｓ（ｎ）＋ｄｅｌ＊ｓ
ｉｎ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）２０ ｄａｃｃ（ｎ）＝ｄａ
ｃｃ（ｎ）＋ｄｅｌ＊ｃｏｓ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）２１
ｎｅｘｔ ｎ ２２ ｎｅｘｔ ｍ ／／／ 群記録の終了。 ２３ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｔｅｐ ２
２４ ａｓｓ（ｎ）＝ａｓｓ（ｎ）＋２＊ｄａｓｓ
（ｎ）／ｍｌ２５ ａｃｃ（ｎ）＝ａｃｃ（ｎ）＋
２＊ｄａｃｃ（ｎ）／ｍｌ／／／ ｄａｓｓおよび
ｄａｃｃを次の群のためにゼロにリセットする。 ２６ ｄａｓｓ（ｎ）＝０ ２７ ｄａｃｃ（ｎ）＝０ ２８ ｎｅｘｔ ｎ ／／／ 各々の群の後でのａｓｓ（） およびａｃ
ｃ（） の新たな割り当て。 ２９ ｄｅｌ＝０ ３０ Ｊｃ＝０ ／／／ ｄｅｌ およびＪｃを次のサイクルのため
にリセットする。 ／／／ 級数の積分。 ３１ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｔｅｐ ２
３２ Ｊｃ＝Ｊｃ＋（−ａｓｓ（ｎ）＊ｃｏｓ（ｎ
＊Ｗ＊ｎｂ）＋ａｃｃ（ｎ）＊ｓｉｎ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）
）／ｎ ３３ ｎｅｘｔ ｎ ３４ ｇｏｔｏ ３ ／／／ 再びサイクルする。
６５である。 ２ ｍｌ＝３２ ／／／ ２ において、ｍｌは修正が行われる前の
１つのグループにおける記録の数で ／／／ ある。どの場合においてもこれは１ と同
じくらい小さいものである。 ／／／ 示されている記録にスペースを与える手段
は不適当なものである。 ／／／ ３ および４ において、ｔ は電気的サ
イクルの１／５１２ を単位として測定され ／／／ た時刻である。 ３ ｔ＝ｔ＋３３ ／／／ これはｔ＋３３をｔ に置き代えるもので
あるということを示しており、ｔ は ／／／ 各々のサイクル群（３３／５１２サイクル
）のあとで３３ずつ増加する。 ４ ｎｂ＝ｔ ｍｏｄ ５１２ ／／／ ｎｂは各々のサイクルの「始め」から測定
される。 ／／／ サイクルは偶然によって起こるもののみの
実際の電気的サイクルがある位 ／／／ 相でのものであるということが重要である
。このようなアライメントには ／／／ 計測器の動作では何の役割も果たさない。 ５ ｆｏｒ ｍ＝１ ｔｏ ｍｌ ／／／ 磁
界微分係数の群記録の始め。 ６ ｉｆ ｍ ｍｏｄ ２＝０ ｔｈｅｎ／／／
（もしｍ が偶数の場合）７ ｄｅｌｔ＝４０
１ ／／／ （次の記録を４０１／５１２ サイクル後
に行う）８ ｅｌｓｅ ／／／ （そのほかの時） ９ ｄｅｌｔ＝５３ ／／／ （次の記録を５３／５１２サイクル後に行
う）１０ ｅｎｄ ｉｆ １１ ｔ＝ｔ＋ｄｅｌｔ ／／／ 行７から１２までは、記録に平等に間隔を
あける必要がないということを ／／／ 示している。 １２ ｎｂ＝ｔ ｍｏｄ ５１２ ／／／ （ｎｂの位相のみ重要である）１３
ｄＪｃ＝０ ／／／ ｄＪｃ は計算された（フーリエ級数）電
流微分係数のシンボルである。 １４ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｔｅｐ ２
／／／ 上記「ｓｔｅｐ ２」はここでは偶数調波
も無視するということを示している。 ／／／ 「ｓｔｅｐ ２」を離れるのは任意に行う
。もし離れたら偶数高調波が計算 ／／／ される。 １５ ｄＪｃ＝ｄＪｃ＋ａｓｓ（ｎ）＊ｓｉｎ（ｎ
＊Ｗ＊ｎｂ）＋ａｃｃ（ｎ）＊ｃｏｓ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）
／／／ （高調波成分を付加する）１６ ｎｅ
ｘｔ ｎ ／／／ もし計算が調整された新たな係数を得るた
めのものであるなら、行１３ ／／／ から１６を離れてｄＪｃ＝０ とする。 １７ ｄｅｌ＝ｄＪ（ｔ）−ｄＪｃ／／／ ｄ
ｅｌ は測定された（ｄＪ（ｔ）） と計算された電流
微分係数の偏差値である。 ／／／ 行１８から２１において、ｄａｓｓ（）お
よびｄａｃｃ（）は各々の記録の後に計算 ／／／ された修正項である。 １８ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｅｐ ２１
９ ｄａｓｓ（ｎ）＝ｄａｓｓ（ｎ）＋ｄｅｌ＊ｓ
ｉｎ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）２０ ｄａｃｃ（ｎ）＝ｄａ
ｃｃ（ｎ）＋ｄｅｌ＊ｃｏｓ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）２１
ｎｅｘｔ ｎ ２２ ｎｅｘｔ ｍ ／／／ 群記録の終了。 ２３ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｔｅｐ ２
２４ ａｓｓ（ｎ）＝ａｓｓ（ｎ）＋２＊ｄａｓｓ
（ｎ）／ｍｌ２５ ａｃｃ（ｎ）＝ａｃｃ（ｎ）＋
２＊ｄａｃｃ（ｎ）／ｍｌ／／／ ｄａｓｓおよび
ｄａｃｃを次の群のためにゼロにリセットする。 ２６ ｄａｓｓ（ｎ）＝０ ２７ ｄａｃｃ（ｎ）＝０ ２８ ｎｅｘｔ ｎ ／／／ 各々の群の後でのａｓｓ（） およびａｃ
ｃ（） の新たな割り当て。 ２９ ｄｅｌ＝０ ３０ Ｊｃ＝０ ／／／ ｄｅｌ およびＪｃを次のサイクルのため
にリセットする。 ／／／ 級数の積分。 ３１ ｆｏｒ ｎ＝１ ｔｏ １１ ｓｔｅｐ ２
３２ Ｊｃ＝Ｊｃ＋（−ａｓｓ（ｎ）＊ｃｏｓ（ｎ
＊Ｗ＊ｎｂ）＋ａｃｃ（ｎ）＊ｓｉｎ（ｎ＊Ｗ＊ｎｂ）
）／ｎ ３３ ｎｅｘｔ ｎ ３４ ｇｏｔｏ ３ ／／／ 再びサイクルする。
【００６７】前述のように、いくつかの理由により、疑
似電流および電圧測定値のタイミングは実際の電力系統
周波数からは独立しているのが望ましい。もしタイミン
グを電子的に生成するのならば、基本波およびすべての
高調波のサイクル長は電力系統での実際の長さと正確に
は一致しない。このため、時間が経つにつれて位相シフ
トが若干ではあるが連続的に増加する。日付タイマ３４
に登録されている日々の実際の時刻は、１か月に一度な
ど費用請求の目的で、その場においてかまたは遠隔地に
おいてメータを読み出す時などの適当な時にリセットす
ることができる。
似電流および電圧測定値のタイミングは実際の電力系統
周波数からは独立しているのが望ましい。もしタイミン
グを電子的に生成するのならば、基本波およびすべての
高調波のサイクル長は電力系統での実際の長さと正確に
は一致しない。このため、時間が経つにつれて位相シフ
トが若干ではあるが連続的に増加する。日付タイマ３４
に登録されている日々の実際の時刻は、１か月に一度な
ど費用請求の目的で、その場においてかまたは遠隔地に
おいてメータを読み出す時などの適当な時にリセットす
ることができる。
【００６８】この上述の計算手順において、周期現象を
表すためのアルゴリズム級数で表現されたような磁界ピ
ックアップの時間微分係数は、未来または近い過去の選
択された電圧記録時刻についての値に近似している。さ
らにこれは、導体で消費されたエネルギに比例する数値
を得るために電力記録を合計するステップの前に、電圧
の測定値と乗算される。
表すためのアルゴリズム級数で表現されたような磁界ピ
ックアップの時間微分係数は、未来または近い過去の選
択された電圧記録時刻についての値に近似している。さ
らにこれは、導体で消費されたエネルギに比例する数値
を得るために電力記録を合計するステップの前に、電圧
の測定値と乗算される。
【００６９】しかしながら、本発明の技術によれば、エ
ネルギ消費量を計算することができるたくさんの乗算方
法がある。これは磁界ピックアップを一旦周期現象を表
すときに用いられるアルゴリズム級数すなわち例えば低
次のフーリエ級数で表すのである。例えば、電流および
電圧は同時に測定する必要がないばかりではなく、さら
に１つの例として、図１の例において前述したように一
方の測定が行われている時刻について他方が計算される
必要もないのである。計算のもうひとつの例を図２に示
す。
ネルギ消費量を計算することができるたくさんの乗算方
法がある。これは磁界ピックアップを一旦周期現象を表
すときに用いられるアルゴリズム級数すなわち例えば低
次のフーリエ級数で表すのである。例えば、電流および
電圧は同時に測定する必要がないばかりではなく、さら
に１つの例として、図１の例において前述したように一
方の測定が行われている時刻について他方が計算される
必要もないのである。計算のもうひとつの例を図２に示
す。
【００７０】一般的に、伝達されるエネルギは瞬間電力
時刻と同時に測定された瞬間電圧の積分として数学的に
表される。これらの各々をフーリエ級数で表すと、（周
波数のあいだの）すべての交差項はドロップアウトした
積になることは明らかである。さらに、電力会社の変圧
器によって伝達されるような電圧波形はより正弦波に近
い状態のままであり、ほとんど電流波形同様にシステム
の様々な負荷によって歪められることはない。
時刻と同時に測定された瞬間電圧の積分として数学的に
表される。これらの各々をフーリエ級数で表すと、（周
波数のあいだの）すべての交差項はドロップアウトした
積になることは明らかである。さらに、電力会社の変圧
器によって伝達されるような電圧波形はより正弦波に近
い状態のままであり、ほとんど電流波形同様にシステム
の様々な負荷によって歪められることはない。
【００７１】このように、電圧波形は小さな高調波成分
のみを含んでおり、直流電流成分を含んでいない。電力
の偶数調波は明らかに低い。これは電圧波形および電流
波形の両方の２つの半分の間のインバランスによって生
じるからである。ゆえに、必要な精度を得るために必ず
しも電流波形中にに偶数調波を含む必要はなく、もしそ
れを省略すれば明らかに解析はいくらか簡単なものとな
る。また、ほとんどの電力系統は、第三調波電力または
第三調波の高調波（３、６、９など）を伝達しない。こ
れらもまた、システムの装置のために省略することもで
きる。
のみを含んでおり、直流電流成分を含んでいない。電力
の偶数調波は明らかに低い。これは電圧波形および電流
波形の両方の２つの半分の間のインバランスによって生
じるからである。ゆえに、必要な精度を得るために必ず
しも電流波形中にに偶数調波を含む必要はなく、もしそ
れを省略すれば明らかに解析はいくらか簡単なものとな
る。また、ほとんどの電力系統は、第三調波電力または
第三調波の高調波（３、６、９など）を伝達しない。こ
れらもまた、システムの装置のために省略することもで
きる。
【００７２】これらのことを考慮して、いろいろな応用
における電流にみられるような高周波数を作成する必要
はない。電圧の高周波数成分は極めて小さいので、電流
波形についての高周波数を計算する必要がないのである
。したがって、高い高調波が電流波形に必要ないのであ
れば、微分係数波形にも同様に必要ないのである。すな
わち、必要なピックアップ電圧を記述するアルゴリズム
級数またはフーリエ級数には、ピックアップ電圧に高い
高調波成分が現れているのにもかかわらず、高い高調波
成分はない。
における電流にみられるような高周波数を作成する必要
はない。電圧の高周波数成分は極めて小さいので、電流
波形についての高周波数を計算する必要がないのである
。したがって、高い高調波が電流波形に必要ないのであ
れば、微分係数波形にも同様に必要ないのである。すな
わち、必要なピックアップ電圧を記述するアルゴリズム
級数またはフーリエ級数には、ピックアップ電圧に高い
高調波成分が現れているのにもかかわらず、高い高調波
成分はない。
【００７３】電流および電圧の両方についての解析式が
得られるとき、電流および電圧式中の各々の高調波につ
いてサイン係数とそれとは別のコサイン係数とを乗算し
、その合計を２で割る。ここで示す例では、変化してい
る磁界の記録がなされており、電圧記録と２行目の記録
との間に、電流および電力の計算が行われる時と同様に
時間ギャップが発生している。
得られるとき、電流および電圧式中の各々の高調波につ
いてサイン係数とそれとは別のコサイン係数とを乗算し
、その合計を２で割る。ここで示す例では、変化してい
る磁界の記録がなされており、電圧記録と２行目の記録
との間に、電流および電力の計算が行われる時と同様に
時間ギャップが発生している。
【００７４】電流は以下の数式６のように表される。
【００７５】
【数６】
【００７６】電圧は以下の数式７のようになる。
【００７７】
【数７】
【００７８】図１で開示した方法を用いて調整値の列に
よって、電流についてのフーリエ級数を実時間に得るこ
とができる。電流については、電流微分係数に対して図
１で開示されているやり方と同じである。したがって、
電力は以下の数式８のようになる。
よって、電流についてのフーリエ級数を実時間に得るこ
とができる。電流については、電流微分係数に対して図
１で開示されているやり方と同じである。したがって、
電力は以下の数式８のようになる。
【００７９】
【数８】
【００８０】電流そのものは全く計算されていないこと
に特に注意していただきたい。
に特に注意していただきたい。
【００８１】さらに、電流係数は、適当な符号および高
調波調整値を直接使用することができた電流微分係数係
数から簡単に得ることができるということにも注意して
いただきたい。それから偶数の電流係数を計算しない。
調波調整値を直接使用することができた電流微分係数係
数から簡単に得ることができるということにも注意して
いただきたい。それから偶数の電流係数を計算しない。
【００８２】特に図２を参照すると、この後者の計算方
法が示されている。似通った要素には同じ参照番号が符
してある。図１に示された装置と異なる部分のみ示して
ある。なぜなら、図示するために図１の回路全体を作成
する必要はなく、こうすれば簡単になるからである。
法が示されている。似通った要素には同じ参照番号が符
してある。図１に示された装置と異なる部分のみ示して
ある。なぜなら、図示するために図１の回路全体を作成
する必要はなく、こうすれば簡単になるからである。
【００８３】このもう一つの案において、マイクロプロ
セッサ３０は、本発明の方法にしたがったものではある
が上述のものとは異なった方法でエネルギ消費量を計算
するためにプログラムされている。単に電流微分係数ｄ
Ｉ／ｄｔのフーリエ解析を行うのではなく、図２のフロ
ーチャートにおけるステージ５０で示され、かつ上述の
場合で述べたものと同様に、磁界ピックアップ（電流微
分係数）のみならず電圧ピックアップについてもこのフ
ーリエ解析がなされる。このように、磁界ピックアップ
と同様に電圧測定値を周期現象を表すためのアルゴリズ
ム級数で表現する。
セッサ３０は、本発明の方法にしたがったものではある
が上述のものとは異なった方法でエネルギ消費量を計算
するためにプログラムされている。単に電流微分係数ｄ
Ｉ／ｄｔのフーリエ解析を行うのではなく、図２のフロ
ーチャートにおけるステージ５０で示され、かつ上述の
場合で述べたものと同様に、磁界ピックアップ（電流微
分係数）のみならず電圧ピックアップについてもこのフ
ーリエ解析がなされる。このように、磁界ピックアップ
と同様に電圧測定値を周期現象を表すためのアルゴリズ
ム級数で表現する。
【００８４】ステージ５１において示すように、マイク
ロプロセッサは、フーリエ式についての電流微分係数お
よびで電圧アルゴリズム級数における各々の高調波に対
して、電圧サイン係数の負と電流コサイン微分係数の係
数との乗算と、電圧コサイン係数と電流サイン微分係数
の係数との乗算とを別々に行うようにプログラムされて
いる。各々の高調波積を高調波指数の２倍の数で除算し
、電力式を得る。その後、最終ステージ５２において示
すように、これらの乗算結果は高調波指数の２倍の数に
よって除算され、元の導体を通して消費されたエネルギ
の値に比例する出力測定値を得るために合計される。 そして、図１に示したものと同じ方法で、誤差の修正お
よび関数の平均化が行われる。
ロプロセッサは、フーリエ式についての電流微分係数お
よびで電圧アルゴリズム級数における各々の高調波に対
して、電圧サイン係数の負と電流コサイン微分係数の係
数との乗算と、電圧コサイン係数と電流サイン微分係数
の係数との乗算とを別々に行うようにプログラムされて
いる。各々の高調波積を高調波指数の２倍の数で除算し
、電力式を得る。その後、最終ステージ５２において示
すように、これらの乗算結果は高調波指数の２倍の数に
よって除算され、元の導体を通して消費されたエネルギ
の値に比例する出力測定値を得るために合計される。 そして、図１に示したものと同じ方法で、誤差の修正お
よび関数の平均化が行われる。
【００８５】本発明のデジタル電力メータはフーリエ展
開を含み、情報や精度を逸したり電力係数誤差が発生し
たりすることがないように、簡単な瀘波の手段が用いら
れる。除去しなければ適切なメータ機能を妨げるものと
なるノイズを除去することができるので、このような瀘
波を行えることは好都合なのである。瀘波についての許
容できる方法を以下に述べる。
開を含み、情報や精度を逸したり電力係数誤差が発生し
たりすることがないように、簡単な瀘波の手段が用いら
れる。除去しなければ適切なメータ機能を妨げるものと
なるノイズを除去することができるので、このような瀘
波を行えることは好都合なのである。瀘波についての許
容できる方法を以下に述べる。
【００８６】フィルタはコンデンサ、インダクタまたは
抵抗のような要素のみからなるアナログフィルタで良く
、これらの要素は電流を決定するために用いられる磁気
ピックアップ回路に用いられる。同じ周波数に依存して
いる減衰および位相シフトをもつフィルタも電圧ピック
アップに用いることができる。その結果、両方の信号の
高調波は同じ位相にシフトされ減衰される。高調波係数
を乗算する時、電力の大きさを決定するにあたって減衰
のみが含まれ、基本波またはその高調波について電力係
数の変化は起こらないのである。
抵抗のような要素のみからなるアナログフィルタで良く
、これらの要素は電流を決定するために用いられる磁気
ピックアップ回路に用いられる。同じ周波数に依存して
いる減衰および位相シフトをもつフィルタも電圧ピック
アップに用いることができる。その結果、両方の信号の
高調波は同じ位相にシフトされ減衰される。高調波係数
を乗算する時、電力の大きさを決定するにあたって減衰
のみが含まれ、基本波またはその高調波について電力係
数の変化は起こらないのである。
【００８７】既知の瀘波装置による各々の高調波につい
ての減衰が知られている。第ｈ高調波減衰＝Ａｈとする
。電力に対する第ｈ高調波の寄与は乗数（Ａｈ）２ に
よって効果的に減衰される。
ての減衰が知られている。第ｈ高調波減衰＝Ａｈとする
。電力に対する第ｈ高調波の寄与は乗数（Ａｈ）２ に
よって効果的に減衰される。
【００８８】高調波振幅を乗算することによって電力が
決定されると、第ｈ高調波の積をこの有効減衰すなわち
個々の減衰の２乗によって除算する。これによってこれ
は適切な大きさに戻る。
決定されると、第ｈ高調波の積をこの有効減衰すなわち
個々の減衰の２乗によって除算する。これによってこれ
は適切な大きさに戻る。
【００８９】疑似電流を計算し、減衰された電圧と乗算
すると、各々の電流高調波の寄与を（Ａｈ）２ で除算
する。この２乗した値は電流および電圧の両方の減衰に
ついて補正を行う。この場合では後者はフーリエ級数で
は表されていない。
すると、各々の電流高調波の寄与を（Ａｈ）２ で除算
する。この２乗した値は電流および電圧の両方の減衰に
ついて補正を行う。この場合では後者はフーリエ級数で
は表されていない。
【００９０】さらに、ピックアップ出力のノイズをなく
すために、周知の方法でダイオードクリップ回路も用い
ることができる。
すために、周知の方法でダイオードクリップ回路も用い
ることができる。
【００９１】電圧および電流のフィルタは同じ位相シフ
ト特性をもたなければならない。すなわち、基本波の位
相シフトは、関連した高調波個々の各々についての様々
な位相シフトと同様に、両方のフィルタについて同じで
なければならない。このことは電流微分係数および電圧
の減衰は高調波ごとに等しいということを示唆するもの
である。これは、フィルタのハードウエア構成が同じで
なければならないということは示唆していない。
ト特性をもたなければならない。すなわち、基本波の位
相シフトは、関連した高調波個々の各々についての様々
な位相シフトと同様に、両方のフィルタについて同じで
なければならない。このことは電流微分係数および電圧
の減衰は高調波ごとに等しいということを示唆するもの
である。これは、フィルタのハードウエア構成が同じで
なければならないということは示唆していない。
【００９２】ほどよい高周波数を除去する最も簡単なフ
ィルタは、抵抗構成およびコンデンサから成る簡単なＲ
−Ｃフィルタである。この抵抗構成は抵抗ネットワーク
や単一の抵抗で良い。この目的に対して、２つのフィル
タが同じＲＣ積をもつものであれば、これらは同じもの
である。
ィルタは、抵抗構成およびコンデンサから成る簡単なＲ
−Ｃフィルタである。この抵抗構成は抵抗ネットワーク
や単一の抵抗で良い。この目的に対して、２つのフィル
タが同じＲＣ積をもつものであれば、これらは同じもの
である。
【００９３】Ｒ−Ｃフィルタの減衰ＡはＴの項で与えら
れ、時間の次元を持ち、Ｒ−Ｃフィルタ時定数であるＲ
Ｃ積は以下の数式９のようになる。
れ、時間の次元を持ち、Ｒ−Ｃフィルタ時定数であるＲ
Ｃ積は以下の数式９のようになる。
【００９４】
【数９】
【００９５】ここでｗは角周波数すなわち２ ｘ π
ｘ ｆｆ ｘ ｎである。π＝３．１４１５９とし、ｆ
ｆは例えば６０（Ｈｚ）の基本波周波数、そしてｎ は
高調波である。このように、電圧フィルタおよび電流微
分係数フィルタは同じ時定数を持たなければならない。 結果として、各々の高調波に関係した同じ電力は、この
減衰の２乗によって小さくなる。
ｘ ｆｆ ｘ ｎである。π＝３．１４１５９とし、ｆ
ｆは例えば６０（Ｈｚ）の基本波周波数、そしてｎ は
高調波である。このように、電圧フィルタおよび電流微
分係数フィルタは同じ時定数を持たなければならない。 結果として、各々の高調波に関係した同じ電力は、この
減衰の２乗によって小さくなる。
【００９６】例として、図２の実施例において、電圧ピ
ックアップ出力にフィルタ６２を加え、磁界ピックアッ
プにフィルタ６２´を加えたもの図示する。これらのフ
ィルタについては図３において詳細に示す。電圧フィル
タは、２つの直列抵抗とその一方に交わってるコンデン
サとからなる簡単なＲ−Ｃ構成からなる。お分かりのよ
うに、抵抗はＲ１（高電圧接触抵抗）およびＲ２（共通
線１３に関連した抵抗）で表され、コンデンサはＣ１で
表されている。フィルタにおける２つの抵抗の実効抵抗
はそれらの積を合計で除算したものである。このように
、実効フィルタ抵抗ＲはＲ＝Ｒ１＊Ｒ２／［Ｒ１＋Ｒ２
］となる。
ックアップ出力にフィルタ６２を加え、磁界ピックアッ
プにフィルタ６２´を加えたもの図示する。これらのフ
ィルタについては図３において詳細に示す。電圧フィル
タは、２つの直列抵抗とその一方に交わってるコンデン
サとからなる簡単なＲ−Ｃ構成からなる。お分かりのよ
うに、抵抗はＲ１（高電圧接触抵抗）およびＲ２（共通
線１３に関連した抵抗）で表され、コンデンサはＣ１で
表されている。フィルタにおける２つの抵抗の実効抵抗
はそれらの積を合計で除算したものである。このように
、実効フィルタ抵抗ＲはＲ＝Ｒ１＊Ｒ２／［Ｒ１＋Ｒ２
］となる。
【００９７】ここに含まれる簡単な直列分圧器は入力電
圧のＲ２／［Ｒ１＋Ｒ２］倍に等しい直流出力電圧を出
力する。この情報での減衰は、コンデンサの付加による
出力電圧の減少に関するものである。このフィルタの出
力はＲ１、Ｒ２およびコンデンサＣ１の接続点において
取られる。
圧のＲ２／［Ｒ１＋Ｒ２］倍に等しい直流出力電圧を出
力する。この情報での減衰は、コンデンサの付加による
出力電圧の減少に関するものである。このフィルタの出
力はＲ１、Ｒ２およびコンデンサＣ１の接続点において
取られる。
【００９８】電流微分係数信号は２段の増幅の間で最も
良く瀘波される。このフィルタには、図４に示すような
１つの抵抗Ｒ１をコンデンサＣ２と直列に使用している
簡単なＲＣフィルタを用いることができる。このフィル
タのこの段での出力（および次の増幅段への入力）は抵
抗とコンデンサの接続点である。
良く瀘波される。このフィルタには、図４に示すような
１つの抵抗Ｒ１をコンデンサＣ２と直列に使用している
簡単なＲＣフィルタを用いることができる。このフィル
タのこの段での出力（および次の増幅段への入力）は抵
抗とコンデンサの接続点である。
【００９９】瀘波された電圧および電流微分係数信号は
前述のように扱われる。各々の周波数の出力は以下の数
式１０とそれとを乗算することによってその減衰を補正
する。
前述のように扱われる。各々の周波数の出力は以下の数
式１０とそれとを乗算することによってその減衰を補正
する。
【０１００】
【数１０】
【０１０１】すなわちＡ２ の逆数である。
【０１０２】電圧がフーリエ級数の形にされていない場
合は、電流は各々の高調波についてのこの乗数を用いて
計算される。（その値は高調波従属であるということに
注意していただきたい。）電圧および電流の高調波振幅
を一緒に乗算するのであれば、先に各々の高調波積とそ
れに対応した係数とを乗算する。
合は、電流は各々の高調波についてのこの乗数を用いて
計算される。（その値は高調波従属であるということに
注意していただきたい。）電圧および電流の高調波振幅
を一緒に乗算するのであれば、先に各々の高調波積とそ
れに対応した係数とを乗算する。
【０１０３】１つの例として、６０ヘルツの系統に対し
てはＴ＝０．５３０５２であり、基本波および第３、第
５、第７、第９、第１１高調波のｗＴの値は以下の表１
のようになる。
てはＴ＝０．５３０５２であり、基本波および第３、第
５、第７、第９、第１１高調波のｗＴの値は以下の表１
のようになる。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】上述の原理および技術は、制御の目的に適
した非飽和電流変圧器の全てのデジタルシミュレーショ
ンを構成するために容易に用いることができる。奇数お
よび偶数の両高調波が用いられる。高調波の数はある意
味では任意に決められるものであるが、周知の電流変圧
器は低い高調波以外は何も示していない。
した非飽和電流変圧器の全てのデジタルシミュレーショ
ンを構成するために容易に用いることができる。奇数お
よび偶数の両高調波が用いられる。高調波の数はある意
味では任意に決められるものであるが、周知の電流変圧
器は低い高調波以外は何も示していない。
【０１０６】磁界ピックアップは、電流の変化率を測定
するためのデジタル電力メータに用いられるものと同様
に使用することができる。前にはギャップを備えていた
この強磁性ループがこの中に組み入れられている。これ
がどこにおいても飽和しないようにするために、おそら
く１６程度の多くのギャップが用いられる。極めて大き
い電流が含まれる電力線分散制御システムにおいて、こ
うした多数のギャップが問題になることはない。多数の
ギャップを備えることによって、最もひどい地磁気嵐に
おいても飽和状態に近付くだけ長い強磁性物質片はいら
ないのである。
するためのデジタル電力メータに用いられるものと同様
に使用することができる。前にはギャップを備えていた
この強磁性ループがこの中に組み入れられている。これ
がどこにおいても飽和しないようにするために、おそら
く１６程度の多くのギャップが用いられる。極めて大き
い電流が含まれる電力線分散制御システムにおいて、こ
うした多数のギャップが問題になることはない。多数の
ギャップを備えることによって、最もひどい地磁気嵐に
おいても飽和状態に近付くだけ長い強磁性物質片はいら
ないのである。
【０１０７】ピックアップコイルの出力は線形フィルタ
または特に高い頂点を切り落とすためのダイオードクリ
ップ回路を用いて瀘波される。すべての低周波数高調波
についてのフーリエ係数が得られる。上述のようにして
、以下のような積分が行われる。すなわち、サインおよ
びコサイン係数を交換し、高調波数で除算し、積分され
た電流級数におけるサイン係数のサインを反転し、フィ
ルタに適当な位相シフトを与え、フィルタ減衰を修正す
るのである。ここで付加される要素は、簡単な三角関係
を用いる位相修正シフトのみであり、これはメータのマ
イクロプロセッサ部分において実行される。
または特に高い頂点を切り落とすためのダイオードクリ
ップ回路を用いて瀘波される。すべての低周波数高調波
についてのフーリエ係数が得られる。上述のようにして
、以下のような積分が行われる。すなわち、サインおよ
びコサイン係数を交換し、高調波数で除算し、積分され
た電流級数におけるサイン係数のサインを反転し、フィ
ルタに適当な位相シフトを与え、フィルタ減衰を修正す
るのである。ここで付加される要素は、簡単な三角関係
を用いる位相修正シフトのみであり、これはメータのマ
イクロプロセッサ部分において実行される。
【０１０８】フィルタが１つも含まれていないのであれ
ば、減衰や位相シフト修正も必要ない。［ダイオードク
リップ回路は修正の必要がある誤差をもたらすことはな
い。］
ば、減衰や位相シフト修正も必要ない。［ダイオードク
リップ回路は修正の必要がある誤差をもたらすことはな
い。］
【０１０９】瀘波によって発生した位相シフトはすべて
の高調波（周波数従属のみ）に対して行われるべきであ
る。例えば、ｎ番目の高調波の位相シフトが２＊π／１
２ ラジアン［３０度の遅れ］であるとすると、この位
相シフトは修正しなければならない。ａＳおよびｂＣを
このｎ番目の高調波の観測されたサインおよびコサイン
係数とすると、その位相は以下の数式１１のようになる
。
の高調波（周波数従属のみ）に対して行われるべきであ
る。例えば、ｎ番目の高調波の位相シフトが２＊π／１
２ ラジアン［３０度の遅れ］であるとすると、この位
相シフトは修正しなければならない。ａＳおよびｂＣを
このｎ番目の高調波の観測されたサインおよびコサイン
係数とすると、その位相は以下の数式１１のようになる
。
【０１１０】
【数１１】
【０１１１】これは高調波に対する知られている遅れに
よって「進められる」べきものである。「前進」は負の
位相シフトに対応している。−２＊π／１２ラジアンの
サインは−０．５であり、そのコサインは＋０．８６６
である。よって、（始めに示される）修正された位相は
以下の数式１２のようになる。
よって「進められる」べきものである。「前進」は負の
位相シフトに対応している。−２＊π／１２ラジアンの
サインは−０．５であり、そのコサインは＋０．８６６
である。よって、（始めに示される）修正された位相は
以下の数式１２のようになる。
【０１１２】
【数１２】
【０１１３】基本波（高調波＃１）および高調波に対す
る対応する修正した大きさに従ってこの修正された位相
を用いて電流波形を計算する。
る対応する修正した大きさに従ってこの修正された位相
を用いて電流波形を計算する。
【０１１４】それぞれの強磁性ピックアップ１６および
１７の磁心２５はヒステリシス・ループを呈し、残磁性
を弱めるためには、その幅にはおそらくコアの磁気長１
メートルあたり１６アンペア回数の起磁力が必要である
。従って、低い電流負荷に対する応答のロスを防ぎ、８
ビットのアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用で
きるようにするのが望ましい。明らかに、１０ビットの
精度が好ましいのであるが、８ビットの変換器のほうが
かなり格安なのである。
１７の磁心２５はヒステリシス・ループを呈し、残磁性
を弱めるためには、その幅にはおそらくコアの磁気長１
メートルあたり１６アンペア回数の起磁力が必要である
。従って、低い電流負荷に対する応答のロスを防ぎ、８
ビットのアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用で
きるようにするのが望ましい。明らかに、１０ビットの
精度が好ましいのであるが、８ビットの変換器のほうが
かなり格安なのである。
【０１１５】こうした問題を解決するために、５０ない
し６０回巻きのコイルを微分係数電流ピックアップコイ
ル２４に用いられている巻きわくに付加し、このコイル
を通し、導体１１および１２によって運ばれる交流電流
の周波数の高調波ではない周波数で起磁力を強磁性磁心
２５に加える。これによって、コアの残磁性の影響をな
くすのである。こうして改良したものを図５に示す。
し６０回巻きのコイルを微分係数電流ピックアップコイ
ル２４に用いられている巻きわくに付加し、このコイル
を通し、導体１１および１２によって運ばれる交流電流
の周波数の高調波ではない周波数で起磁力を強磁性磁心
２５に加える。これによって、コアの残磁性の影響をな
くすのである。こうして改良したものを図５に示す。
【０１１６】図５を特に参照すると、たとえばこの追加
した５０ないし６０回巻きのコイルは６０で示されてお
り、微分係数電流ピックアップ２４に用いられる同じ巻
きわく（図示せず）に付加されている。コイル６０は、
たとえば２０００ヘルツ程度で動作する追加した発振器
６１によって駆動される。この発振器周波数は、６０ヘ
ルツの高調波や導体１１によって運ばれる交流電流の周
波数の高調波ではないように選択されなければならない
。こうしたことを満たしている場合以外は、周波数は臨
界にはならない。これによって強磁性磁心２５に約０．
１アンペア回数の磁力が起きる。たとえば鋸歯状波のよ
うな態様のものであるが、これは磁気の残磁性を弱める
ためのものである。
した５０ないし６０回巻きのコイルは６０で示されてお
り、微分係数電流ピックアップ２４に用いられる同じ巻
きわく（図示せず）に付加されている。コイル６０は、
たとえば２０００ヘルツ程度で動作する追加した発振器
６１によって駆動される。この発振器周波数は、６０ヘ
ルツの高調波や導体１１によって運ばれる交流電流の周
波数の高調波ではないように選択されなければならない
。こうしたことを満たしている場合以外は、周波数は臨
界にはならない。これによって強磁性磁心２５に約０．
１アンペア回数の磁力が起きる。たとえば鋸歯状波のよ
うな態様のものであるが、これは磁気の残磁性を弱める
ためのものである。
【０１１７】例えば６センチメートルの磁路では、残磁
性を弱めるためには約１アンペア回数が必要である。こ
れはもちろん大きさが小さい２０００ヘルツの信号をピ
ックアップ電圧に付加するものである。
性を弱めるためには約１アンペア回数が必要である。こ
れはもちろん大きさが小さい２０００ヘルツの信号をピ
ックアップ電圧に付加するものである。
【０１１８】この起磁力の大きさは磁界の測定された時
間微分係数全体の大きさと比べると小さいものである。 例えば、ピックアップコイルでの付加された電圧は、全
体を記録するためには電圧ピックアップの約１／３２の
大きさであることが望ましい。電力系統ではこれは名目
上の全体記録の約２．８２倍である。
間微分係数全体の大きさと比べると小さいものである。 例えば、ピックアップコイルでの付加された電圧は、全
体を記録するためには電圧ピックアップの約１／３２の
大きさであることが望ましい。電力系統ではこれは名目
上の全体記録の約２．８２倍である。
【０１１９】例によって、０〜５ボルトのＡ／Ｄ変換器
に入る信号は約０．０１ボルトであると仮定すると、そ
れは常にゼロを記録するが、各々のデジタル化された値
に上述の信号を付加することによって小さな付加信号波
にふさわしいものに近くなる。実際の信号は電圧を変調
するので、付加された信号のみについての少ない時間ス
パンでの平均記録はほぼゼロに近い。これは信号の真の
値とほぼ同じである。このように統計的に真の信号につ
いての有意義な値を記録するのである。
に入る信号は約０．０１ボルトであると仮定すると、そ
れは常にゼロを記録するが、各々のデジタル化された値
に上述の信号を付加することによって小さな付加信号波
にふさわしいものに近くなる。実際の信号は電圧を変調
するので、付加された信号のみについての少ない時間ス
パンでの平均記録はほぼゼロに近い。これは信号の真の
値とほぼ同じである。このように統計的に真の信号につ
いての有意義な値を記録するのである。
【０１２０】付加されたコイルに印加されたこの付加さ
れた交流電流信号は、磁気的な問題をなくし、精度を上
げるためにさらに小さな重畳信号を出力するのである。
れた交流電流信号は、磁気的な問題をなくし、精度を上
げるためにさらに小さな重畳信号を出力するのである。
【０１２１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、導体上を流れる電流を実際に測定することなく
、導体中を流れる電流によって発生する磁界の時間微分
係数を測定することによって、電流の時間微分係数に比
例する記録を得ているので、電力消費量の近似値をアル
ゴリズム級数によって表される電流の時間微分係数と導
体からの電圧測定値とから数学的に電力記録に変換する
ことによって計算することあができる。したがって、よ
り適切な精度をもち、許容できるコストで製造可能なデ
ジタルワット時メータを提供できる。
よれば、導体上を流れる電流を実際に測定することなく
、導体中を流れる電流によって発生する磁界の時間微分
係数を測定することによって、電流の時間微分係数に比
例する記録を得ているので、電力消費量の近似値をアル
ゴリズム級数によって表される電流の時間微分係数と導
体からの電圧測定値とから数学的に電力記録に変換する
ことによって計算することあができる。したがって、よ
り適切な精度をもち、許容できるコストで製造可能なデ
ジタルワット時メータを提供できる。
【図１】本発明の方法および装置を教示する一実施例を
示す概略ブロック図および流れ図を組み合わせた図であ
る。
示す概略ブロック図および流れ図を組み合わせた図であ
る。
【図２】本発明を教示する他の実施例を示す概略ブロッ
ク図および流れ図を組み合わせた図であり、図１のプロ
グラムされたマイクロプロセッサの変形例を示すもので
ある。
ク図および流れ図を組み合わせた図であり、図１のプロ
グラムされたマイクロプロセッサの変形例を示すもので
ある。
【図３】図２において示した装置のフィルタ部分の一実
施例を示す概略図である。
施例を示す概略図である。
【図４】図２において示した装置のフィルタ部分の他の
実施例を示す概略図である。
実施例を示す概略図である。
【図５】図１において示した磁界変化率ピックアップの
変形例を示す概略図である。
変形例を示す概略図である。
１０ 電気エネルギ消費量メータ
１１ 伝送線導体
１２ 伝送線導体
１３ 伝送線導体
１４ 交流電流電源
１５ 電気的負荷
１６ 磁界変化率ピックアップ
１７ 磁界変化率ピックアップ
１８ アナログ・デジタル変換器
１９ 変圧器
２０ 電圧タップ線
２１ 電圧タップ線
２２ 電圧タップ線
２３ 抵抗ブリッジ
２４ 巻きわく
２５ 磁心
２６ エア・ギャップ
２７ 出力
２８ 出力
３０ マイクロプロセッサ
３１ レジスタ
３２ 入出力端子
３３ タイマ
３４ 日付タイマ
３５ 端子
４０ ステージ
４１ ステージ
４２ ステージ
４３ ステージ
４５ 端子
４６ キロワット時記録
４７ キロワット時消費量
５０ ステージ
５１ ステージ
５２ ステージ
６０ コイル
６１ 付加発振器
６２ フィルタ
６２´ フィルタ
Claims (47)
- 【請求項１】 交流電流を運ぶ複数の伝送線導体から
電気エネルギ消費量を測定する方法に於いて、伝送線導
体中を流れる電流によって発生する磁界の時間微分係数
を測定して電流の時間微分係数に比例する記録を得るス
テップと、周期現象を表現するためのアルゴリズム級数
で前記磁界の変化率を表すことによって導体中を流れる
電流の時間微分係数を数学的に近似するステップと、伝
送線の導体間の電圧を測定するステップと、アルゴリズ
ム級数で表される電流の時間微分係数と電圧の測定値と
を数学的に電力記録に変換することによって伝送線で消
費される電力の近似値を計算するステップと、電力記録
を合計して前記導体で消費されるエネルギに比例した数
値を得るステップと、を有する電気エネルギ消費量測定
方法。 - 【請求項２】 前記アルゴリズム級数が低次のフーリ
エ級数である請求項１記載の電気エネルギ消費量測定方
法。 - 【請求項３】 数学的に近似するステップの前に、磁
界の時間微分係数の測定値をデジタル値に変換するステ
ップを含む請求項２記載の電気エネルギ消費量測定方法
。 - 【請求項４】 電力の近似値を計算するステップが、
電流表示を得るために前記アルゴリズム表示を積分する
ステップと、未来または近い過去の１つまたは複数の選
択された電圧記録時刻についての前記アルゴリズム級数
での前記近似された電流の未来または近い過去の１つま
たは複数の推定値を計算するステップと、前記未来また
は近い過去の１つまたは複数の選択された時刻における
前記電圧を測定するステップと、前記電圧測定値と未来
または近い過去の電流とを乗算するステップとを含む請
求項１記載の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項５】 アルゴリズム級数記録または前記導体
の周囲の磁界の微分係数の記録群をすでに計算されてい
る１つまたはそれ以上の値を取り出して比較するステッ
プを含み、これによって計算されたものの偏差値を実際
の磁界微分係数電流記録から検出し、アルゴリズム級数
を適宜調整するために、その訂正に前記半幸を利用する
請求項１記載の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項６】 比較するステップが、前記記録群をア
ルゴリズム級数の新たな係数を得るために直接用いるの
で、磁界の時間微分係数の前記記録群およびすでに計算
されている前記１つまたは複数の値を比較のためにゼロ
と仮定することを特徴とする請求項５記載の電気エネル
ギ消費量測定方法。 - 【請求項７】 前記アルゴリズム級数が低次のフーリ
エ級数である請求項５記載の電気エネルギ消費量測定方
法。 - 【請求項８】 前記アルゴリズム級数がフーリエ級数
である請求項４記載の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項９】 前記磁界の時間微分係数によって表さ
れる導体中を流れる電流をフーリエ級数を用いて数学的
に近似するステップが、電流波形を表す級数での偶数調
波を除去するステップを含む請求項８記載の電気エネル
ギ消費量測定方法。 - 【請求項１０】 前記磁界の時間微分係数によって表
される導体中を流れる電流をフーリエ級数を用いて数学
的に近似するステップが、電流波形を表す級数での高い
周波数の高調波を除去するステップを含む請求項８記載
の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項１１】 アルゴリズム級数記録または前記導
体の周囲の磁界の微分係数の記録群をすでに計算されて
いる１つまたはそれ以上の値を取り出して比較するステ
ップを含み、各々に重み係数をもたせて偏差値を合計し
、アルゴリズム級数の係数を適宜用いるためにその訂正
に前記重み付けられた偏差値の合計を利用する請求項１
記載の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項１２】 比較するステップが、前記記録群を
アルゴリズム級数の新たな係数を得るために直接用いる
ので、磁界の時間微分係数の前記記録群およびすでに計
算されている前記１つまたは複数の値を前記比較のため
にゼロと仮定することを特徴とする請求項１１記載の電
気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項１３】 電力近似値を計算するステップが、
前記電圧測定値をフーリエ級数で表すことによって表現
するステップと、電流および電圧アルゴリズム級数式で
の各々の高調波についてサイン係数とコサイン係数を別
々に乗算するステップとを含み、合計するステップが、
乗算結果を合計するステップと、その合計を半分に除算
するステップとを含む請求項２記載の電気エネルギ消費
量測定方法。 - 【請求項１４】 前記アルゴリズム級数が低次のフー
リエ級数である請求項１３記載の電気エネルギ消費量測
定方法。 - 【請求項１５】 電力の近似値を計算するステップが
電流微分係数のフーリエ級数式中の偶数調波を除去する
ステップを含む請求項２記載の電気エネルギ消費量測定
方法。 - 【請求項１６】 電力の近似値を計算するステップが
電流微分係数のフーリエ級数式中の高い高調波成分を除
去するステップを含む請求項２記載の電気エネルギ消費
量測定方法。 - 【請求項１７】 計算するステップより前に、電流の
時間微分係数の測定値および電圧測定値からのノイズを
瀘波して同じ位相シフトを与えるステップを含み、適当
な係数によって各々の高調波係数を乗算して計算するス
テップの後に、電流微分係数測定値の減衰およびそれに
対応する電圧測定値の減衰をともに訂正するするステッ
プを含む請求項１３記載の電気エネルギ消費量測定方法
。 - 【請求項１８】 乗算して計算するステップより前に
フィルタを用いて電流測定値の時間微分係数および電圧
測定値からのノイズを瀘波して同じ位相シフトおよび減
衰を与えるステップを含み、必要な係数で電圧出力高調
波と磁界出力高調波の時間微分係数を乗算して各々が前
記瀘波の結果であると仮定している既知の減衰を補正す
るステップを含む請求項１３記載の電気エネルギ消費量
測定方法。 - 【請求項１９】 補正係数と各々の高調波とを乗算す
るステップが減衰係数の逆数による乗法を含み、それに
よって各々の高調波を減衰係数で除算する請求項１８記
載の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項２０】 計算するステップより前に、電流の
時間微分係数の測定値および電圧測定値からのノイズを
瀘波して同じ位相シフトを与えるステップを含み、除算
して計算するステップの後で各々のアルゴリズム高調波
係数をその減衰の２乗で除算して電流微分係数の減衰値
および高調波には入らない対応した電圧測定値を共に訂
正するステップを含む請求項１記載の電気エネルギ消費
量測定方法。 - 【請求項２１】 磁界の時間微分係数を測定するステ
ップが、導体の周囲にギャップのある強磁性体物質磁心
を備えている抽出ワイヤコイルを利用し、前記導体によ
って運ばれる交流電流の高調波周波数ではない周波数を
もつ起磁力を前記コイルに持たせ、それによって磁心の
残磁性による影響をなくすステップを含む請求項１記載
の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項２２】 前記起磁力の大きさが、磁界の測定
された時間微分係数の全体の大きさよりも小さい請求項
２１記載の電気エネルギ消費量測定方法。 - 【請求項２３】 数学的に近似するステップより前に
磁界の時間微分係数の測定値をデジタル値に変換するス
テップを含む請求項２２記載の電気エネルギ消費量測定
方法。 - 【請求項２４】 交流電流を運んでいる複数の伝送線
導体から電気エネルギ消費量を測定するためのデジタル
的電気エネルギ消費量メータにおいて、伝送線導体中を
流れる電流によって発生する磁界の時間微分係数を測定
し、それによって電流の時間微分係数に比例する記録を
得るために用いられる磁界変化率ピックアップと；伝送
線の導体間の電圧を測定するために用いられる電圧ピッ
クアップ測定手段と；前記ピックアップと前記電圧測定
手段とに接続され、前記電流の微分係数を周期現象を表
すためのアルゴリズム級数で表現するためにプログラム
され、アルゴリズム級数で表された電流の時間微分係数
および電圧の測定値を数学的に電力記録に変換すること
によって消費される電力の近似値を計算し、電力記録を
合計して導体に接続された負荷によって消費されたエネ
ルギに比例する測定数値を得るためのコンピュータ手段
と；を有するデジタル的エネルギ消費量メータ。 - 【請求項２５】 前記コンピュータ手段が、導体中を
流れている電流の近似した数学的表現を得るために前記
アルゴリズム表現を積分し、未来または近い過去の選択
された１つまたは複数の電圧記録時刻についての前記ア
ルゴリズム級数における前記近似された電流の未来また
は近い過去の１つまたは複数の推定値を計算し、前記電
圧測定手段で前記選択された１つまたは複数の時刻での
電圧を測定し、前記１つまたは複数の電圧と未来または
近い過去の１つまたは複数の近似電流とを乗算し、結果
を合計するためにさらにプログラムされている請求項２
４記載のデジタル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項２６】 前記コンピュータ手段が、導体周辺
の磁界の微分係数のアルゴリズム級数記録または記録群
を取り出して１つまたはそれ以上の既に計算された値と
比較することによって計算された偏差値を実際の微分係
数電流記録から検出し、前記電流微分係数を表現してい
るアルゴリズム級数の係数を適宜調整するためにその訂
正に前記偏差値を利用するためにさらにプログラムされ
ている請求項２４記載のデジタル電気エネルギ消費量メ
ータ。 - 【請求項２７】 前記コンピュータ手段が、アルゴリ
ズム級数の新たな係数を得るために前記記録群を直接用
いるので導体周辺の磁界の変化率の記録群が取り出され
、予め計算された前記１つまたは複数のその値が前記比
較目的のためにゼロであると仮定するようにさらにプロ
グラムされている請求項２６記載のデジタル電気エネル
ギ消費量メータ。 - 【請求項２８】 前記コンピュータ手段が、導体周辺
の磁界の時間微分係数のアルゴリズム級数記録または記
録群を取り出して既に計算されている１つまたは複数の
その値と比較し、各々に重み係数をもたせて偏差値を合
計し、アルゴリズム級数の係数を適宜調整するためにそ
の訂正に前記重み付けられた偏差値の合計を利用するた
めにさらにプログラムされている請求項２４記載のデジ
タル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項２９】 前記コンピュータ手段が、アルゴリ
ズム級数の新たな係数を得るために前記記録群を直接用
いるので導体周辺の磁界の変化率の記録群が取り出され
、予め計算された前記１つまたは複数のその値が前記比
較の目的でゼロであると仮定するようにさらにプログラ
ムされている請求項２８記載のデジタル電気エネルギ消
費量メータ。 - 【請求項３０】 前記アルゴリズム級数が低次のフー
リエ級数である請求項２４記載のデジタル電気エネルギ
消費量メータ。 - 【請求項３１】 前記アルゴリズム級数がフーリエ級
数である請求項２５記載のデジタル電気エネルギ消費量
メータ。 - 【請求項３２】 前記フーリエ級数の偶数調波が除外
されている請求項３１記載のデジタル電気エネルギ消費
量メータ。 - 【請求項３３】 前記フーリエ級数の高い周波数の高
調波が除外されている請求項３１記載のデジタル電気エ
ネルギ消費量メータ。 - 【請求項３４】 前記磁界変化率ピックアップが、導
体の周辺に強磁性物質磁心を持つピックアップワイヤコ
イルを有する請求項２４記載のデジタル電気エネルギ消
費量メータ。 - 【請求項３５】 前記磁心に少なくとも１つのギャッ
プがある請求項３４記載のデジタル電気エネルギ消費量
メータ。 - 【請求項３６】 導体によって運ばれる交流電流の周
波数の高調波ではない周波数をもつ起磁力に前記強磁性
物質磁心を印加することによって磁心の残磁性の影響を
なくす手段を含む請求項３５記載のデジタル電気エネル
ギ消費量メータ。 - 【請求項３７】 前記起磁力の大きさが磁界の測定さ
れた時間微分係数の全体の大きさと比較して小さい請求
項３６記載のデジタル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項３８】 前記磁界変化率ピックアップと前記
コンピュータ手段とに接続され、前記磁界の時間微分係
数測定値をデジタル値に変換するためのアナログ・デジ
タル変換器を含む請求項３７記載のデジタル電気エネル
ギ消費量メータ。 - 【請求項３９】 前記磁界変化率ピックアップと前記
コンピュータ手段とに接続され、前記磁界の時間微分係
数測定値をデジタル値に変換するためのアナログ・デジ
タル変換器を含む請求項２４記載のデジタル電気エネル
ギ消費量メータ。 - 【請求項４０】 前記コンピュータ手段が、前記電圧
測定値を周期現象を表すためのアルゴリズム級数で表現
することによって表し、電流および電圧アルゴリズム級
数式中の各々の高調波についてのサイン係数とコサイン
係数を別々に乗算し、乗算結果を合計し、その結果を半
分に除算するためにさらにプログラムされている請求項
請求項２４記載のデジタル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項４１】 前記アルゴリズム級数が低次のフー
リエ級数である請求項４０記載のデジタル電気エネルギ
消費量メータ。 - 【請求項４２】 前記アルゴリズム級数がフーリエ級
数であり、前記コンピュータ手段が電流微分係数のフー
リエ級数式中での偶数調波を除去するためにさらにプロ
グラムされている請求項請求項２４記載のデジタル電気
エネルギ消費量メータ。 - 【請求項４３】 前記アルゴリズム級数がフーリエ級
数であり、前記コンピュータ手段が電流微分係数のフー
リエ級数式中での高い周波数の高調波成分を除去するた
めにさらにプログラムされている請求項請求項２４記載
のデジタル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項４４】 前記磁界変化率ピックアップ、前記
電圧ピックアップ測定手段および前記コンピュータ手段
とに接続され、同じ位相シフトで前記磁界変化率ピック
アップ測定値および前記電圧ピックアップ測定値から不
要なノイズを電気的に瀘波するためのノイズフィルタ手
段を含み、前記コンピュータ手段が、適当な係数と各々
の高調波とを乗算して電流微分係数ピックアップ測定値
の減衰および対応する電圧ピックアップ測定値の減衰の
両方について訂正するためにさらにプログラムされてい
る請求項４０記載のデジタル電気エネルギ消費量メータ
。 - 【請求項４５】 前記磁界変化率ピックアップ測定値
および前記電圧ピックアップ測定値からそれぞれ不要な
ノイズを電気的に瀘波するためのノイズフィルタ手段を
含み、前記コンピュータ手段が、必要な係数と電圧出力
高調波係数および磁界出力高調波係数の時間微分係数と
を乗算して前記瀘波の結果生じる既知の減衰を補正する
ためにさらにプログラムされている請求項４０記載のデ
ジタル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項４６】 前記乗算係数が減衰係数の逆数から
成り、前記コンピュータ手段が各々の高調波を減衰係数
で除算するようにプログラムされている請求項４５記載
のデジタル電気エネルギ消費量メータ。 - 【請求項４７】 前記磁界変化率ピックアップ、前記
電圧ピックアップ測定手段および前記コンピュータ手段
とに接続され、同じ位相シフトで前記磁界変化率ピック
アップ測定値および前記電圧ピックアップ測定値から不
要なノイズを電気的に瀘波するためのノイズフィルタ手
段を含み、前記コンピュータ手段が、各々の高調波係数
をその減衰の２乗で除算して磁界変化率ピックアップ減
衰および高調波にはない対応する電圧測定値の減衰をと
もに訂正するためにさらにプログラムされている請求項
請求項２４記載のデジタル電気エネルギ消費量メータ。
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| CA2040282A1 (en) | 1991-10-26 |
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