JPH044554B2 - - Google Patents

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JPH044554B2
JPH044554B2 JP56011534A JP1153481A JPH044554B2 JP H044554 B2 JPH044554 B2 JP H044554B2 JP 56011534 A JP56011534 A JP 56011534A JP 1153481 A JP1153481 A JP 1153481A JP H044554 B2 JPH044554 B2 JP H044554B2
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JP
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phase difference
circuit
signal
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pulse width
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JP56011534A
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Phase Differences (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電力給電線の負荷電圧と電流の位
相差検出装置に関する。
一般的に、回路に入力される交流信号は、誘導
性あるいは容量性素子の存在のために、電圧・電
流間で位相差が生じる。このとき、瞬間電力は、
このようにずれた波形で表わされる電圧と電流と
の積となるので、波形が一致している位相差零の
時に比べ、小さい値になる。電圧・電流間で位相
差が生じると、入力された電力が有効に消費され
ていないことになる。したがつて位相差の監視
が、電力の有効消費上重要となる。
電圧と電流との位相差θは、有効電力Pと無効
電力Qとを用いると次のように表わされる。
ここで√22は皮相電力を表わす。上式に
よると、有効電力、無効電力、皮相電力のうち、
2つの数値がわかると、位相差θが求められる。
従来は、2つの電力測定装置により、前記3電力
のうち2電力を測定し、その出力を割算器に入力
して位相差を求めていた。しかし、この場合には
装置の規模が大きくなるという問題点があつた。
本発明は、上記のような問題点を除去し、電力
を求めることなく、簡単な装置により、位相差を
電圧の形で検出する位相差検出装置の提供を目的
とする。
以下、本発明による一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。第1図は、本発明による位相差
検出装置の構成を説明するためのブロツク図であ
る。計器用変圧器11は、負荷電圧をこれに比例
した出力信号evに変換する。計器用変流器12
は、負荷電流をこれに比例した出力信号eiに変換
する。これらの信号ev,eiはコンパレータ13お
よび14によりパルスに変換される。これらのパ
ルスは、もとの信号の位相のみを正しく保持して
いる。コンパレータ13および14からの出力
は、1対で、位相検出回路15と、位相差−パル
ス幅変換回路16とに入力される。位相差−パル
ス幅変換回路16では、前記2パルスの位相差が
180゜未満のときは、位相差に比例したパルス幅を
もつパルスを出力する。しかし、前記2パルスの
位相差が180゜以上のときは、位相差には比例した
ものではなく、360゜とその位相差との差に比例し
たパルス幅をもつパルスを出力する。位相検出回
路15では、1対で入力する前記2パルスの位相
差が180゜未満であるか否かを検出する。
この位相検出回路15の出力は、積分回路17
とパルス幅整形回路18に入力される。パルス幅
整形回路18には、さらに位相差−パルス幅変換
回路16の出力も入力される。
パルス幅整形回路18の出力は積分回路19に
入力される。積分回路17,19では、入力パル
ス信号をパルス幅に比例した一定電圧に変換し出
力する。積分回路17,19の両出方は加算回路
20で加算される。
次に、具体的な回路を第2図に基づいて説明す
る。コンパレータ13,14は各々演算増幅器1
3a,14aから構成される。信号evが演算増幅
器13aの、信号eiが演算増幅器14aの、それ
ぞれ非反転入力端に接続される。両演算増幅器の
反転入力端な共に接地される。位相検出回路15
はD−フリツプフロツプ15aとアンド回路15
bとから構成される。D−フリツプフロツプの動
作電源は高電位側がVDD、低電位側がVSS(共に図
示しない)である。演算増幅器13aの出力端と
D−フリツプフロツプ15aのD−端子とが接続
される。演算増幅器14aの出力はDフリツプフ
ロツプ15aのクロツクパルスとして入力され
る。アンド回路15bの1入力端は演算増幅器1
3aの出力端が接続される。アンド回路15bの
他入力端は、D−フリツプフロツプ15aの出力
“”が入力される。位相差−パルス幅変換回路
16はインバータ16aとアンド回路16bから
構成される。このアンド回路16bの1入力端は
演算増幅器13aの出力端と接続される。他入力
端は、演算増幅器14aの出力端と、インバータ
16aを介して接続される。パルス幅整形回路1
8はインバータ18a,18b、アンド回路18
c,18dおよびオア回路18eから構成され
る。アンド回路18cの3入力端の各々は、演算
増幅器13aの出力端と、D−フリツプフロツプ
15aの出力端と、インバータ18aを介して
アンド回路16bの出力端と接続される。アンド
回路18dの1入力端はアンド回路16bの出力
端が、他入力端はD−フリツプフロツプ15aの
出力端がインバータ18bを介してそれぞれ接
続される。オア回路18eの入力端は、アンド回
路18cの出力端と接続され、オア回路18eの
他入力端は、アンド回路18dの出力端と接続さ
れる。積分回路17,19は、共に抵抗とコンデ
ンサから構成される。加算回路20は抵抗20
a,20b,20cと演算増幅器20dとから構
成される。アンド回路15bの出力端は抵抗17
aの一端が接続され、抵抗17aの他端はコンデ
ンサ17bの一端が接続される。コンデンサ17
bの他端は、D−フリツプフロツプ15aの動作
電源VSSに接続される。オア回路18eの出力端
は抵抗19aの一端が接続され、抵抗20aの他
端はコンデンサ19bの一端が接続される。コン
デンサ19bの他端は、電源VSSと接続される。
積分回路17,19の出力端の各々は、抵抗20
aと20bを介して演算増幅器20dの反転入力
端に接続される。
演算増幅器20dの非反転入力端は接地され、
その反転入力端と出力端には抵抗20cが接続さ
れる。
次に、第2図に示す回路の動作を第3図に基づ
いて説明する。同図中のc〜jは、第2図中の接
続点における信号波形に対応する。は電流と電
圧の位相差が180゜未満の場合、は180゜以上の場
合である。負荷電圧は、計器用変圧器11により
evに、負荷電流は計器用変流器12によりeiにそ
れぞれ変換される。ev,eiは入力信号と、振幅が
異なるだけで、位相は全く同じである。これら
は、コンパレータ13,14により、位相を正確
に保ちながら、c,dに示すようなパルスに変換
される。d点の信号はインバータ16aにより反
転されd′に示す信号になる。アンド回路16bで
はcとd′のアンドをとるので、この回路の出力
は、の場合(evに対しeiが遅相状態)は正確に
位相差をパルス幅に変換している。の場合に
は、ev,eiに示すように、evに対し、eiが進相状
態なので、その進んでいる位相差分がパルス幅に
変換される。この状態を第4図に示す。同図中
は位相差が180゜以下、は180゜、は180゜以上の
場合のe点の波形に相当している。の場合に
は、位相差が増加するにつれて、パルス幅も矢印
の方向に広がる。の場合には、パルス幅が最大
となる。の時は、位相差の増加につれて、パル
ス幅が減少する。
D−フリツプフロツプには、D−端子にc点の
信号が、クロツクパルスCKとしてはd点の信号
がそれぞれ入力される。の場合、d点の信号が
入力するときには、必ずc点の信号が“1”なの
で、“Q”出力は“1”、“”出力は“0”とな
る。の場合は、と逆なので、“”出力は
“1”となる。これを第3図のfで示す。
f点の信号とc点の信号は、アンド回路15b
に入力される。の場合は、f点の信号が常に
“0”なので、この回路の出力も“0”となる。
の場合は、f点の信号が常に“1”なので、c
点の信号、すわなち、位相角が180゜に相当するパ
ルス幅をもつパルス信号が出力される。
アンド回路18cには、e点の信号の否定信
号、c点の信号、f点の信号が入力する。の場
合、f点の信号が常に“0”なので、この回路1
8cの出力も“0”となる。の場合は、c点の
信号から、e点の信号のパルス幅分を引いたパル
スとなる。これは、位相差から180゜を差し引いた
角度に相当するパルス幅をもつパルスである。こ
れを第3図のhで示す。
アンド回路18dには、f点の信号の否定信号
と、e点の信号が入力する。アンド回路18dの
出力端には、の場合では、e点の信号をそのま
ま出力し、の場合は常に“0”である。これを
第3図のiで示す。
アンド回路18c,18dの両出力は、オア回
路18eに入力され、jの出力を得る。この出力
はの場合は、位相差に比例したパルス幅をもつ
パルスで、の場合には、位相差から180゜引いた
角度に比例したパルス幅をもつパルスである。
g,jの両信号は、共に積分回路17,19で
積分される。便宜上、積分回路に入力される信号
を第5図のように、周期をB、パルス幅をA、パ
ルス高をVDDとする。積分後の電圧をxとする
と、積分後も面積は変化しないことにより、 x=A・VDD/B となる。この電圧が積分回路17,19の出力で
あり、これは周波数の影響を受けない。積分回路
17では位相差が180゜未満のの場合、“0”出
力で、の場合には、位相角180゜に相当するパル
ス幅を持つパルスを積分した一定電圧を出力す
る。積分回路19では、位相差が180゜未満の場
合、位相差に比例した電圧を出力し、位相差が
180゜以上の場合、位相差から180゜を差し引いた角
度に比例する電圧を出力する。両積分回路からの
出力が加算回路20に入力され、第6図に示す出
力を得る。
次にこの発明に基づく他の実施例を第7〜第9
図に基づき説明する。第7図は、構成を示すブロ
ツク図、第8図は実際の回路例を示す図である。
第7図では、構成上、計器用変圧器11からコ
ンパレータ14および位相差パルス幅変換回路1
6は、前実施例と同一である。位相検出回路15
からの出力は、2信号の位相が180゜未満か否かを
示し、その出力信号は位相差分離回路21に入力
される。位相差−パルス幅変換回路16は、前実
施例と同様に、180゜以上か未満かを考慮した時に
は、2信号の位相差量に比例したパルス信号を出
力し、その信号が位相差分離回路21に入力され
る。位相検出回路15の180゜以上か未満かを表わ
す出力により位相差分離回路21では、位相差分
の出力が分離される。位相差が180゜未満の場合
は、積分回路22に、180゜以上の場合は、積分回
路23に位相差を表わすパルスが入力される。こ
のパルスは両積分回路で一定電圧にされ、符号変
形回路24に入力される。符号変形回路24は、
位相差が180゜未満、つまり、遅相のときは正電圧
として180゜以上のときは、負電圧として出力す
る。
次に、具体的な回路例を第8図に基づいて説明
する。位相検出回路15は、D−フリツプフロツ
プ15aのみで構成される。これへの入力は、前
実施例と同一である。しかし、この出力には、出
力信号“Q”を用いる。
位相差分離回路21はインバータ21aとアン
ド回路21b,21cとから構成される。アンド
回路21bの1入力端は、アンド回路16bの出
力端と接続される。他入力端は、D−フリツプフ
ロツプ15aの出力端Qと、インバータ21aを
介して接続される。アンド回路21cの1入力端
は、D−フリツプフロツプ15aの出力端Qと、
他入力端は、アンド回路16bの出力端と、それ
ぞれ接続される。
積分回路22,23は前実施例の積分回路1
7,19と構成素子は同一であるが、コンデンサ
の一端を接地しておく点が異なる。積分回路2
2,23の入力端は、アンド回路21c,21b
の出力端とそれぞれ接続される。符号変換回路2
4を構成する演算増幅器24aの反転入力端は、
積分回路22と抵抗24dを介して接続される。
演算増幅器24aの出力端と、反転入力端間には
抵抗24eが接続される。
演算増幅器24bの非反転入力端は、積分回路
23の出力端と接続される。演算増幅器24cの
反転入力端は、演算増幅器24a,24bの出力
端とそれぞれ抵抗24f,24gを介して接続さ
れる。演算増幅器24cの出力端と反転入力端間
には抵抗24hが接続される。
この実施例回路について第9図に基づいて動作
説明する。第9図は、本回路についての動作タイ
ムチヤートである。同図中のk,m,n,pは、
第8図中の接続点における信号波形に対称する
は電圧と電流との位相差が180゜未満の場合、は
これらの位相差が180゜以上の場合である。位相検
出回路15と位相差−パルス幅変換回路16への
入力信号は前実施例と同一である。D−フリツプ
フロツプ15aの出力は出力Qをとるので、第3
図のfの否定信号となる。第9図に示すように、
この出力は、の場合、常に“1”、の場合、
常に“0”となる。位相差−パルス幅変換回路1
6の出力は前実施例と同一であり、第9図のkに
示す。アンド回路21cには、m点およびk点の
信号が入力される。の場合、m点の信号が常に
“1”なのでk点の信号がn点にそのまま出力さ
れる。の場合、m点の信号が常に“0”なので
この回路21cの出力も“0”となる。これを第
9図のnに示す。アンド回路21bには、m点の
信号の否定と、k点の信号が入力される。ここで
は、アンド回路21cと逆で、の場合は常に
“0”の出力をし、の場合には、k点の信号が
そのまま出力される。これを第9図のpに示す。
積分回路22,23では、n,p点の信号をそれ
ぞれ積分している。それぞれの出力は、演算増幅
器24a,24bにより互に符号が異なるものと
なる。さらに演算増幅器24cにより両出力とも
反転される。結局、位相差が電圧にリニア変換さ
れ、の場合の信号が正電圧として出力され、
の場合の信号が負電圧として出力される。これを
第10図に示す。
以上、説明したように、本発明においては、有
効・無効・皮相電力のうちの2つを測定すること
なく、電力給電線の負荷電圧・電流を表わす信号
を直接用いて、簡単な装置により電圧・電流間の
位相差を検出しうる。しかも、位相差に対応する
パルス幅を有する信号を積分することにより、周
波数の影響がなくなるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による位相差検出装置の構成を
示すブロツク図、第2図は第1図の具体的な回路
図、第3図は第2図に示す各点における動作波形
図、第4図は第2図のe点におけるパルス幅変化
を示す波形図、第5図は第2図の積分回路出力を
説明するための波形図、第6図は第2図に示す回
路の位相差−出力電圧図、第7図は本発明による
他の実施例の構成を示すブロツク図、第8図は第
7図の具体的な回路図、第9図は第8図に示す各
点における動作波形図、第10図は第8図に示す
回路の位相差−出力電圧図である。 11……計器用変圧器、12……計器用変流
器、13,14……コンパレータ、15……位相
検出回路、16……位相差−パルス幅変換回路、
17,19,22,23……積分回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電力給電線の負荷電圧の位相に応じたパルス
    幅を有するパルス信号に変換する第1の手段と、
    前記電力給電線の負荷電流の位相に応じたパルス
    幅を有するパルス信号に変換する第2の手段と、
    前記第1および第2の手段から出力されたパルス
    信号間の位相差が180゜以上か未満かを判別して出
    力信号を発生する位相検出回路と、前記第1およ
    び第2の手段から出力されたパルス信号間の位相
    を比較してその位相差に応じたパルス幅を有する
    パルス信号を発生する位相差−パルス幅変換回路
    と、前記位相検出回路の出力信号により前記位相
    差が180゜以上の時は前記位相差−パルス幅変換回
    路の出力信号および前記位相検出回路の出力信号
    をそれぞれ積分して加算し前記位相差が180゜未満
    の時は前記位相差−パルス幅変換回路の出力信号
    を積分して前記位相差を積分した値にリニア変換
    する手段とを有する位相差検出装置。 2 電力給電線の負荷電圧の位相に応じたパルス
    幅を有するパルス信号に変換する第1の手段と、
    前記電力給電線の負荷電流の位相に応じたパルス
    幅を有するパルス信号に変換する第2の手段と、
    前記第1および第2の手段から出力されたパルス
    信号間の位相差が180゜以上か未満かを判別して出
    力信号を発生する位相検出回路と、前記第1およ
    び第2の手段から出力されたパルス信号間の位相
    を比較してその位相差に応じたパルス幅を有する
    パルス信号を発生する位相差−パルス幅変換回路
    と、この位相差−パルス幅変換回路の出力信号に
    基づいて前記位相検出回路の出力信号を前記位相
    差が180゜以上の時の信号と前記位相差が180゜未満
    の時の信号とに分離する位相差分離回路と、前記
    位相差が180゜以上の時は前記位相差分離回路の出
    力信号を積分して負電圧にリニア変換し前記位相
    差が180゜未満の時は前記位相差分離回路の出力信
    号を積分して正電圧にリニア変換する手段とを有
    する位相差検出装置。
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CN111044784A (zh) * 2020-01-03 2020-04-21 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种负载阻抗角获取方法及装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5223974A (en) * 1975-08-19 1977-02-23 Nippon Columbia Co Ltd Phase measuring circuit

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JPS5223974A (en) * 1975-08-19 1977-02-23 Nippon Columbia Co Ltd Phase measuring circuit

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