JPH05307053A - 交流電流および交流電流に含まれる直流電流の測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電流にノイズと種々の周波数成分が含ま
れ、非対称的な歪がある場合でも、また直流電流成分が
交流電流成分より大きい場合でも、交流電流と同時に直
流電流成分を精度よく測定できる装置。また、直流電流
に変動がある場合にも、連続的に測定できる方法および
装置。 【構成】 交流電流を電圧変換して第一の交流電圧信号
を生成し、帯域通過フィルターを通過させた後ピーク値
を検出し、これに基づいて交流電流を算出する。第一の
交流電圧信号のゼロクロス点の時間差（正負各時限の
差）に応じた第一の直流電圧信号を生成し、これより演
算した第二の直流電圧信号を第一の交流電圧信号に重畳
し、重畳の結果第一の直流電圧信号が零となるような、
第二の直流電圧信号の大きさに基づいて、直流電流を算
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は交流電流および交流電流
に含まれる直流電流を同時に測定する方法及び装置に関
し、特に、交流電流および交流電流に含まれる直流電流
を同時に、かつ高精度で測定できる方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】直流電流を含む交流電流の、交流電流成
分を測定する方法としては、交流電流を交流電圧に変換
し、交流電圧の波高値を測定して、それから求める方法
が知られている。

【０００３】交流電流に含まれる直流電流を測定する方
法としては従来、例えば、直流電流を含む交流電流をロ
ーパスフィルタに通し、そこで交流電流を除去して直流
電流のみを通過させ、それを測定装置で測定する方法が
ある。また、交流電流のゼロクロス点の時間差ｔ、周期
Ｔおよび波高値Ｉ_pkを測定し、これらに基づいて直流電
流Ｉ_dCを式 Ｉ_dC＝Ｉ_pk×sin(ｔ／４Ｔ）π から求める方法がある。

【０００４】本発明者は特開平３−９２６７号で、交流
電流を交流電圧に変換し、周期Ｔ、波高値Ｖ_pk、交流電
圧信号のゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ_dcの交流電圧に
直流電圧を加算し、交流電圧のゼロクロス点の時間差ｔ
をゼロにするような直流電圧値に基づき、上記と同様の
式 Ｖ_dc＝Ｖ_pk×sin(ｔ／４Ｔ）π を用いて求める方法を提案した。この方法は、直流電流
成分が交流電流成分より大きい場合でも、直流電流成分
を測定できるという利点がある。

【０００５】これらの直流電流成分の測定は、交流電流
の測定とは別個に行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の交流電流
測定方法によると、交流電流が種々の周波数成分および
ノイズを含むことが多いので、測定精度が低かった。

【０００７】一方、従来の直流電流測定方法によると、
ローパスフィルタを通過させて直流電流を測定する方法
では、交流電流に単発的な雑音等が入っていたり、交流
電流に非対称的な歪がある場合には、それらがローパス
フィルタを通過してしまうため、測定結果に誤差が生じ
るという問題がある。

【０００８】交流電流のゼロクロス点の時間差、周期お
よび波高値から演算により直流電流を求める方法は、直
流電流が交流電流よりも大きい場合には、ゼロクロス点
が検出できないため、用いることができない。

【０００９】交流電流を交流電圧に変換し、交流電圧に
直流電圧を加算し、交流電圧のゼロクロス点の時間差を
ゼロにする直流電圧値に基づいて直流電流を測定する方
法では、上記の欠点がいずれも解消されるが、直流電流
に変動がある場合には、ゼロクロス点の時間差を零にす
るような直流電圧値を連続して求めることが困難であ
る。従って、直流電流が変動する場合に連続的に測定す
ることができない。

【００１０】すなわち、従来は、直流電流を連続的に高
い精度で測定できる方法がなく、また直流電流が交流電
流より大きい場合には測定が不可能であった。また、前
述のように、交流電流の測定と直流電流成分の測定は別
個に行われていた。

【００１１】従って本発明の目的は、交流電流にノイズ
と種々の周波数成分が含まれ、非対称的な歪がある場合
でも、交流電流と、交流電流に含まれる直流電流を、同
時に高い精度で測定できる方法および装置を、実現する
ことである。

【００１２】本発明の他の目的は、直流電流成分が交流
電流成分より大きい場合でも直流電流成分を高い精度で
測定することができる、直流電流測定方法および装置を
実現することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、直流電流に変
動がある場合にも連続測定できる、直流電流測定方法お
よび装置を実現することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、交流電流に
ノイズと種々の周波数成分が含まれ、非対称的な歪があ
る場合でも、交流電流を高い精度で測定すると同時に、
交流電流に含まれる直流電流を、直流電流成分が交流電
流成分より大きい場合でも精度よく測定でき、また直流
電流に変動がある場合にも連続測定できる方法を実現す
るため、交流電流を交流電圧に変換して第一の交流電圧
信号を生成し、この第一の交流電圧信号について正およ
び負の時限をそれぞれ検出し、交流電圧信号の正の時限
と負の時限の差に対応した直流電圧信号（以下、第一の
直流電圧信号と言う）を生成し、交流電圧信号（正およ
び負の時限を有する）に加算したとき第一の直流電圧信
号を零にする直流電圧信号（以下、第二の直流電圧信号
と言う）を算出し、この第二の直流電圧信号を交流電圧
信号（正および負の時限を有する）に加算し、加算した
結果第一の直流電圧信号が零となる第二の直流電圧信号
に基づいて、交流電流に含まれる直流電流を測定し、同
時に上述の第二の交流電圧信号についてピーク値を検出
し、このピーク値に基づき交流電流を測定するようにし
た（以下、本発明の方法と言う）。

【００１５】また本発明では、交流電流にノイズと種々
の周波数成分が含まれ、非対称的な歪がある場合でも、
交流電流を高い精度で測定すると同時に、交流電流に含
まれる直流電流を、直流電流成分が交流電流成分より大
きい場合でも精度よく測定でき、また直流電流に変動が
ある場合にも連続測定できる、交流電流および直流電流
測定装置を実現するため、 直流電流を含む交流電流を、ゼロクロス点の時間差を
有する交流電圧に変換して第一の交流電圧信号を生成す
る電流電圧変換手段、 第一の交流電圧信号を通過させ、所定の周波数の第二
の交流電圧信号を生成する帯域通過フィルター、 帯域通過フィルターを通過した第二の交流電圧信号の
ピーク値を検出するピーク値検出手段、 所定の期間において上記第一の交流電圧信号の正およ
び負の時限をそれぞれ検出し、検出された正の時限と負
の時限の差に応じた第一の直流電圧信号を生成する正負
時限差検出手段、 検出されたピーク値に基づいて交流電流を算出し、か
つ第一の交流電圧信号に加算したとき第一の直流電圧信
号が零になると期待される第二の直流電圧信号を算出す
る演算手段、 算出された第二の直流電圧信号を、正および負の時限
を有する第一の交流電圧信号に重畳する直流電圧重畳手
段とを備えるようにし、 上記の演算手段により、で検出されたピーク値に
基づいて交流電流を算出するとともに、での重畳の結
果、の正負時限差検出手段により検出される第一の直
流電圧信号が零となるような、第二の直流電圧信号の大
きさに基づいて、交流電流に含まれる直流電流を算出す
るようにした（以下、本発明の第一の装置と言う）。

【００１６】本発明ではさらに、交流電流にノイズと種
々の周波数成分が含まれ、非対称的な歪がある場合で
も、また直流電流成分が交流電流成分より大きい場合で
も、交流電流および交流電流に含まれる直流電流を、同
時に高い精度で測定できる装置を実現するため、交流電
流および直流電流の測定装置を、 直流電流を含む交流電流を、ゼロクロス点の時間差を
有する交流電圧に変換して、第一の交流電圧信号を生成
する電流電圧変換手段、 第一の交流電圧信号を通過させ、所定の周波数の第二
の交流電圧信号を生成する帯域通過フィルター、 帯域通過フィルターを通過した第二の交流電圧信号の
ピーク値を検出するピーク値検出手段、 上記第一の交流電圧信号から直流電圧およびノイズを
除去して第三の交流電圧信号を生成するフィルター、 第一の交流電圧信号と第三の交流電圧信号の、ゼロク
ロス点の時間差を検出する、ゼロクロス点時間差検出手
段、 検出されたゼロクロス点の時間差に応じた直流電圧
を、第一の交流電圧信号に重畳させる直流電圧重畳手
段、 上記の検出されたピーク値に基づいて前記交流電流を
算出し、かつ重畳させることにより、検出されるゼロク
ロス点の時間差をゼロにするような直流電圧に基づい
て、直流電流を算出する演算手段 から成るようにした（以下、本発明の第二の装置と言
う）。

【００１７】本発明の方法において、第一の直流電圧信
号（Ｖ_DC1 とする）は、第一の交流電圧信号Ｖ_AC（以
下、単に交流電圧信号Ｖ_ACと言う）について検出された
正の時限と負の時限の長さ（以下、単に時限と言う）の
差に基づき、次のように生成される。例えば、交流電圧
信号Ｖ_ACが正である時限の長さと負である時限の長さが
等しければ、第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 は零となる。正
である時限が負である時限より長ければ、その差に応じ
た、例えば比例した大きさ（絶対値）の正の信号が、ま
た正である時限より負である時限が長ければ、その差に
応じた、例えば比例した大きさ（絶対値）の負の信号
が、それぞれ生成される。

【００１８】交流電圧信号が正から負に、または負から
正に変わるゼロクロス点の前後で、上述のように交流電
圧信号が正である時限と負である時限に差があるとき、
この差をゼロクロス点の時間差と言う。

【００１９】交流電圧信号Ｖ_ACに加算したとき第一の直
流電圧信号Ｖ_DC1 を零にする直流電圧信号、すなわち第
二の直流電圧信号Ｖ_DC2 の算出は、後述するように、そ
れらの間に近似的に比例関係が成立するものとして行わ
れる。実際に直流電流を測定する際にこの演算を行うた
めには、予め、第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 の大きさと、
交流電圧信号Ｖ_ACに加算したとき第一の直流電圧信号Ｖ
_DC1 を零にする第二の直流電圧信号Ｖ_DC2 の大きさの間
の、比例常数を求めておく必要がある。それには上述の
比例関係を利用して次のように行う。

【００２０】交流電圧信号Ｖ_ACについて正および負の時
限を検出し、検出した正の時限と負の時限の差（これ
は、前述のようにゼロクロス点の時間差に相当する）に
基づいて第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 を生成させる。次い
で、適宜の既知の値の直流電圧信号（Ｖ_DC2 とする）を
交流電圧信号Ｖ_ACに加算し、第一の直流電圧信号Ｖ_DC1
の変化量（ΔＶ_DC1 とする）を測定する。加算する直流
電圧信号は、第一の直流電圧信号が減少する符号のもの
とする。第一の直流電圧信号の変化量ΔＶ_DC1 と加算し
た直流電圧信号Ｖ_DC2 の比を、第一の直流電圧信号Ｖ
_DC1 の大きさと、交流電圧信号Ｖ_ACに加算したとき第一
の直流電圧信号Ｖ_DC1 を零にする第二の直流電圧信号Ｖ
_DC2 の大きさとの間の比例定数ｋとして用いる。このと
き、第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 が零になるような第二の
直流電圧信号Ｖ_DC2 そのものを求め、それから比例常数
を求めておけば、一層好ましい。

【００２１】実際の測定ではこの比例常数ｋを利用して
演算を行い、第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 を零にするよう
第二の直流電圧値Ｖ_DC2 を交流電圧信号Ｖ_ACに加算し、
加算した第二の直流電圧値Ｖ_DC2 に基づいて、交流電流
に含まれる直流電流Ｉ_ACを決定する。

【００２２】交流電流は、交流電圧信号Ｖ_ACを帯域通過
フィルターを通過させ、所定の周波数の第二の交流電圧
信号Ｖ_AC-2を得、この交流電圧信号Ｖ_AC-2についてピー
ク値を検出することにより測定する。

【００２３】

【作用】本発明の方法では、まず交流電流を交流電圧に
変換して第一の交流電圧信号を生成し、生成した第一の
交流電圧信号Ｖ_ACについて交流電圧信号の各周期におけ
る正および負の時限をそれぞれ検出する。交流電圧信号
Ｖ_ACの正の時限と負の時限の差に対応した直流電圧信号
（第一の直流電圧信号）を生成する。ゼロクロス点の前
後で交流電圧信号が正である時限と負である時限の差
は、前述の通りゼロクロス点の時間差である。従って、
交流電圧信号の正の時限と負の時限の差に対応した直流
電圧信号を生成することは、ゼロクロス点の時間差に対
応した直流電圧信号を生成することに相当する。交流電
圧信号Ｖ_ACのゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ_dcと、周期
Ｔ、ゼロクロス点の時間差ｔ、波高値Ｖ_pkとの間には式 Ｖ_dc＝Ｖ_pk×sin(ｔ／４Ｔ）π で示される関係があることが知られている。ゼロクロス
点の時間差ｔが充分小であるとき、この式は近似的に Ｖ_dc＝（Ｖ_pk／４Ｔ）ｔ＝ｋｔ （ただし ｋ＝Ｖ_pk／４Ｔ）となる。

【００２４】交流電圧信号（正および負の時限を有す
る）Ｖ_ACに直流分が含まれるときには、上式に従いゼロ
クロス点の時間差ｔが生じる。交流電圧信号Ｖ_ACが正で
ある時限と負である時限の差を検出することは、この交
流電圧信号Ｖ_ACに含まれる直流分に由来するゼロクロス
点の時間差ｔを検出することに相当する。交流電圧信号
の正の時限と負の時限の差に対応した第一の直流電圧信
号を生成させると、それは交流電圧信号のゼロクロス点
の時間差ｔに応じた大きさをもつ。このように、本発明
の方法ではゼロクロス点の時間差の検出が交流電圧信号
の波形に関係なく行われるから、交流電流に雑音等が入
っていたり、非対称的な歪があっても、影響されない。

【００２５】本発明の方法では、交流電圧信号（正およ
び負の時限を有する）に加算したとき第一の直流電圧信
号を零にする直流電圧信号（第二の直流電圧信号）を算
出し、この第二の直流電圧信号を交流電圧信号Ｖ_AC（正
および負の時限を有する）に加算する。第二の直流電圧
信号を算出するに際しては、上記の式 Ｖ_dc＝ｋｔ （ただし ｋ＝Ｖ_pk／４Ｔ） において交流電圧信号の波高値Ｖ_pkおよび周期Ｔが一定
なら、ゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ_dcとゼロクロス点
の時間差ｔとの間には近似的に比例関係 Ｖ_dc＝ｋｔ（ｋは比例常数） が成り立つことを利用する。この近似的な比例関係は、
交流電圧信号のゼロレベルのシフトＶ_dcの変化量ΔＶ_dc
とゼロクロス点の時間差ｔの変化量Δｔとの間にも成り
立つ（比例常数は同じくｋ）。第一の直流電圧信号を零
にする第二の直流電圧信号を算出するための前記演算に
は、予め両者の間の比例常数を求めておく必要がある
が、それにはこの比例関係（ゼロレベルのシフトＶ_dcの
変化量ΔＶ_dcとゼロクロス点の時間差ｔの変化量Δｔと
の間の）を利用することができる。交流電流から変換し
て得た交流電圧信号の波高値Ｖ_pkおよび周期Ｔが一定で
ある限り、一定の比例常数ｋを用いて上記の演算に基づ
き第二の直流電圧信号が算出されるので、交流電流に含
まれる直流電流に変動がある場合にもそれを連続的に測
定できる。

【００２６】本発明の方法では、上述のような、交流電
圧信号（正及び負の時限を有する）Ｖ_ACに加算した結果
第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 を零にする第二の直流電圧信
号Ｖ_DC2 に基づき、交流電流Ｉ_ACに含まれる直流電流Ｉ
_DCを決定する。交流電圧信号Ｖ_ACの正の時限と負の時限
の差に対応した第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 を零にするこ
とは、交流電圧信号Ｖ_ACのゼロクロス点の時間差ｔを零
にすることを意味するから、それは取りも直さず交流電
圧信号Ｖ_ACのゼロレベルのシフト分の電圧を零にするこ
とに相当する。それ故、本発明の方法において、交流電
圧信号Ｖ_ACの正の時限と負の時限の差に対応した第一の
直流電圧信号Ｖ_DC1 を零にするように加算した第二の直
流電圧信号Ｖ_DC2 は、加算することにより交流電圧信号
Ｖ_ACのゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ_dcを零にする直流
電圧（信号）に相当する。それは同時に、ゼロレベルの
シフト分の電圧Ｖ_dcそのものに相当する。交流電圧信号
Ｖ_ACは交流電流Ｉ_ACから変換して生成したものであるか
ら、交流電圧信号Ｖ_ACのゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ
_dcを零にする第二の直流電圧信号Ｖ_DC2 は、交流電流
Ｉ_ACのゼロレベルのシフト分、つまり含まれる直流分に
対応するものであり、前者に基づき後者が決定される。

【００２７】交流電圧信号Ｖ_ACが正および負いずれかの
時限を有しない、つまりゼロクロス点が存在しない場合
にも、正および負いずれかの時限のみから成るものとし
てゼロクロス点の時間差ｔが定義できるから、上記同
様、交流電圧信号Ｖ_ACの正の時限と負の時限の差に対応
した第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 を零にする第二の直流電
圧信号Ｖ_DC2 に基づき、交流電流Ｉ_ACに含まれる直流電
流Ｉ_DCを決定することができる。

【００２８】本発明の第一の装置では、電流電圧変換手
段、正負時限差検出手段、直流電圧重畳手段、および演
算手段により、上記過程が実行される。

【００２９】本発明の第二の装置は、電流電圧変換手
段、直流電圧およびノイズを除去するフィルター、ゼロ
クロス点時間差検出手段、直流電圧重畳手段、演算手段
を備えており、フィルターにより直流電圧およびノイズ
を除去した第三の交流電圧信号を得、そしてゼロクロス
点時間差検出手段により、第一の交流電圧信号Ｖ_ACと第
三の交流電圧信号のゼロクロス点の時間差を検出する。
直流電圧重畳手段により第一の交流電圧信号Ｖ_ACに直流
電圧を重畳し、ゼロクロス点時間差検出手段で検出され
るゼロクロス点の時間差がゼロになるような直流電圧の
値を求める。そして、このときの直流電圧の値に基づ
き、直流電流を演算により求める。交流電圧信号Ｖ_ACの
ゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ_dcと、周期Ｔ、ゼロクロ
ス点の時間差ｔ、波高値Ｖ_pkとの間には式 Ｖ_dc＝Ｖ_pk×sin(ｔ／４Ｔ）π で示される関係があるから、この式を満足するような直
流電圧Ｖ_dcを重畳するとゼロクロス点の時間差ｔはゼロ
になる。

【００３０】本発明の方法および装置において、交流電
流の測定は、交流電圧信号Ｖ_ACを帯域通過フィルターを
通すことにより、所定の周波数の第二の交流電圧信号Ｖ
_AC2を得、この交流電圧信号についてピーク値を検出し
て行う。このため、高調波の干渉を受けることなく交流
電流を測定することができる。

【００３１】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の方法および本発明の第一の装置の
実施例を、図面に従って説明する。図１は本発明による
交流電流および直流電流測定に適用される構成を示す。
電流電圧変換回路１は、被測定交流電流（直流電流を含
む）を入力して交流電圧信号に変換する。電流電圧変換
回路１の出力は、帯域通過フィルター８と直流電圧加算
回路２とに接続されている。

【００３２】直流電圧加算回路２は後述する演算回路６
により算出されたレベルの直流電圧を交流電圧信号に加
算させるためのもので、その出力はコンパレータ３に接
続されている。コンパレータ３は交流電圧信号をゼロレ
ベルと比較し、図示しないタイミングパルス発生回路か
らのタイミングパルスに同期して、正または負のパルス
を発生する。コンパレータ３の出力はフィルタ４に接続
されている。フィルタ４はコンパレータ３からの正およ
び負のパルスを所定の期間積算し、積算値に応じた直流
電圧に変換する。フィルタ４からの直流電圧出力は、Ａ
／Ｄ変換回路５を通して演算回路６に入力される。演算
回路６の出力はＤ／Ａ変換回路７を通して直流電圧加算
回路２に接続されている。

【００３３】帯域通過フィルター８は交流電圧信号Ｖ_AC
の所定の周波数帯域の成分のみを通過させ、第二の交流
電圧信号Ｖ_AC2 として出力するもので、その出力はピー
ク検出回路９に接続されている。ピーク検出回路９は、
所定の周波数を有する第二の交流電圧信号Ｖ_AC2 の波高
値を検出するもので、その出力はＡ／Ｄ変換回路５を介
して演算回路６に入力される。帯域通過フィルター８の
周波数帯域は、演算回路６からの信号により設定変更で
きる。

【００３４】図１の構成による直流電流測定方法のタイ
ミングチャートを図２に、フローチャートを図３に示
す。以下に、図１の構成による直流電流測定方法を、図
２のタイミングチャートおよび図３のフローチャートを
適宜参照しつつ説明する。

【００３５】被測定交流電流（直流電流および雑音を含
む）Ｉ_ACが電流電圧変換回路１に入力されると、電流電
圧変換回路１はそれを交流電圧信号Ｖ_AC（図２(a))に変
換する（図３のステップｉ）。交流電圧信号Ｖ_ACは直流
電圧加算回路２を経てコンパレータ３に入力され、コン
パレータ３において所定のタイミングでゼロレベルと比
較される。ゼロレベルより大きい信号なら正パルスＰ₁
が、ゼロレベルより小さい信号なら負パルスＰ₂ が、所
定のタイミング毎に発生する（図２(b))。これらのパル
スＰ₁ ，Ｐ₂ はフィルタ４に入力され、フィルタ４によ
り、正負のパルスＰ₁ ，Ｐ₂ が所定の期間計数される
（図２(c))。フィルタ４における計数の結果、正パルス
Ｐ₁ と負パルスＰ₂ の差分Ｖ_S が得られる（図２(c))。
前記所定の期間としては、例えば交流電圧の１周期、あ
るいはその整数倍が選ばれる。フィルタ４による計数は
この期間の経過毎にリセットされる。この計数差Ｖ_S に
基づいて第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 （図２(d))が得られ
る（図３のステップiiに相当）。第一の直流電圧信号Ｖ
_DC1 は交流電圧信号Ｖ_ACの正および負の時限の差に対応
した電圧値を有する。正および負の時限の差は、ゼロク
ロス点の時間差（先に定義した）に等しい。従って、第
一の直流電圧信号Ｖ_DC1 は交流電圧信号Ｖ_ACのゼロクロ
ス点の時間差に対応した値を有する（図３ステップiii
で、Ｖ_DC1 ＝０：ＮＯ の場合に相当する）。

【００３６】第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 はＡ／Ｄ変換回
路５を通して演算回路６に入力される。演算回路６で
は、交流電圧信号Ｖ_ACに加算すると直流電圧Ｖ_DC1 が零
になるような第二の直流電圧信号Ｖ_DC2 が算出され（図
３のステップivに相当する。Ｖ_DC2 ＝ｋ・Ｖ_DC1)、この
演算出力はＤ／Ａ変換回路７を通して直流電圧加算回路
２に第二の直流電圧Ｖ_DC2 （図２(e))として入力され、
直流電圧加算回路２で交流電圧信号Ｖ_ACに加算される
（図３のステップｖの実行に相当する)。図２の例では交
流電圧信号Ｖ_ACのゼロレベルは正にシフトしており、こ
のときフィルタ４からの第一の直流電圧信号Ｖ_DC1 は正
となるが、演算回路６で算出され直流電圧加算回路２に
供給される第二の直流電圧信号Ｖ_DC2 は負とされる。直
流電圧加算回路２で加算される直流電圧信号Ｖ_DC2 は、
フィルタ４の時定数に見合う時間だけ印加され、この間
に第一の直流電圧信号 Ｖ_DC1 および第二の直流電圧信
号Ｖ_DC2 は徐々に減少し、零になる（図３ステップiii
でＶ_DC1 ＝０：ＹＥＳとなることに相当）。このときの
第二の直流電圧信号Ｖ_DC2 の値Ｖ_DC2 ⁰から直流電流分が
測定される（図３のステップvi，vii に相当する）。

【００３７】直流電流成分が交流電流成分より大きい場
合には、図２(f) に示すように、電流電圧変換回路１か
ら出力される交流電圧信号Ｖ_ACはゼロクロス点を示さ
ず、この場合、図２(g) に示すように、交流電圧信号の
１周期の間にコンパレータ３から正または負のパルスの
みが発生し、これがフィルタ４で所定の期間計数される
と一定レベルの出力を与える。この一定レベルの出力に
基づいて同じように第一および第二の直流電圧信号Ｖ
_DC1 およびＶ_DC2 が得られ、第二の直流電圧信号Ｖ_DC2
が交流電圧信号Ｖ_ACに加算される。その結果、交流電圧
信号Ｖ_ACがゼロクロス点を有するようになる。従って、
図２(a) ないし(e) で示したと同じ方法により直流分の
検出が可能になる。

【００３８】電流電圧変換回路１の出力は帯域通過フィ
ルター８にも接続されており、交流電圧信号Ｖ_ACの所定
の周波数帯域の成分のみが帯域通過フィルター８を通過
し、所定の周波数の第二の交流電圧信号Ｖ_AC2 として出
力される。その波高値がピーク検出回路９で検出され
る。検出された波高値はは、Ａ／Ｄ変換回路５を介して
演算回路６に入力され、所定の周波数の交流電流値が算
出される。被測定交流電流中の交流電流、および直流電
流成分は、演算回路６に接続された、図示しない表示手
段、例えばＣＲＴの表示画面上に、同時に表示される。

【００３９】〔実施例２〕本発明の第二の装置の実施例
を、図面に従って説明する。図４は本発明による交流電
流および直流電流測定装置の構成を示す。電流電圧変換
回路４１は、被測定交流電流を交流電圧に変換するもの
で、その出力は直流電圧加算回路４２および帯域通過フ
ィルター５２に接続されている。帯域通過フィルター５
２は、交流電圧信号Ｖ_ACの所定の周波数帯域の成分のみ
を通過させ、第二の交流電圧信号Ｖ _AC2 として出力する
もので、その出力はピーク検出回路５３に接続されてい
る。ピーク検出回路５３は、所定の周波数を有する第二
の交流電圧信号Ｖ_AC2 の波高値を検出するもので、その
出力はＡ／Ｄ変換回路５４を介して演算回路４８に入力
される。帯域通過フィルター５２の周波数帯域は、演算
回路４８からの信号により設定変更できる。

【００４０】直流電圧加算回路４２は、後述する演算回
路４８により算出されたレベルの直流電圧を交流電圧に
重畳させるもので、その出力はノイズ除去回路４３、ゼ
ロクロス検出回路４４Ｂおよびピーク検出回路５０に接
続されている。ピーク検出回路５０は、直流電圧加算回
路４２から入力された交流電圧の最大電圧値Ｖ_acmaxお
よび最小電圧値Ｖ_acmin を検出するもので、その出力は
Ａ／Ｄ変換回路５１に接続され、Ａ／Ｄ変換回路５１の
出力は演算回路４８に接続されている。演算回路４８の
出力は、Ｄ／Ａ変換回路４９を介して、直流電圧加算回
路４２に接続されている。ノイズ除去回路４３は直流電
圧加算回路４２から供給される交流電圧信号から直流電
圧およびノイズを除去するもので、その出力はゼロクロ
ス検出回路４４Ａに接続されている。

【００４１】ゼロクロス検出回路４４Ａは交流電圧信号
のゼロクロス点の検出を行い、その検出に基づいてパル
スを発生する。一方、ゼロクロス検出回路４４Ｂは、直
流電圧加算回路４２において直流電圧が重畳された交流
電圧のゼロクロス点の検出を行い、その検出に基づいて
パルスを発生する。ゼロクロス検出回路４４Ａおよび４
４Ｂの出力は信号弁別回路４５に接続されており、信号
弁別回路４５はゼロクロス検出回路４４Ａから入力され
るパルスを１／２に分周する。これを基準パルスと呼
ぶ。また信号弁別回路４５には発振器４６が接続されて
おり、信号弁別回路４５は発振器４６から入力される発
振パルスを、ゼロクロス検出回路４４Ｂから入力される
パルスの正負に応じ、正、負のパルスとして出力する。
このパルスを計数用パルスと呼ぶ。信号弁別回路４５の
出力はカウンタ４７に接続されており、カウンタ４７は
信号弁別回路４５からの計数パルスを計数し、また基準
パルスの入力に応じてその計数をリセットし、同時に新
たな計数をトリガーする。カウンタ４７における計数
は、計数パルスが正のとき加算、負のとき減算（カウン
トダウン）する。

【００４２】カウンタ４７の出力は演算回路４８に接続
されており、演算回路４８は基準パルスの周期、すなわ
ちカウンタ４７のリセット時間に基づいて基準交流電圧
の周期Ｔを、基準パルスの計数値に基づいてゼロクロス
点の時間差ｔを、それぞれ求め、またピーク検出回路５
０で検出された交流電圧の最大電圧値Ｖ_acmax および最
小電圧値Ｖ_acmin から波高値Ｖ_pkを求め、これらに基づ
きゼロクロス点の時間差ｔをゼロにする直流電圧値を算
出する。

【００４３】図５に図４の構成による直流電流測定方法
のタイミングチャートを示す。以下に、図４の構成によ
る直流電流測定方法を、図５のタイミングチャートを参
照しつつ説明する。電流電圧変換回路４１に入力された
被測定交流電流（直流電流および雑音を含む）Ｉ_ACは、
電流電圧変換回路４１により交流電圧信号Ｖ_AC（図５
(a) ）に変換される（図５のステップｉ）。交流電圧信
号Ｖ_ACは、直流電圧加算回路４２で所定の直流電圧Ｖ
_dc0 を加算され、第四の交流電圧信号Ｖ_AC4 を生ずる
（図５(b) ）。ピーク検出回路５０により、第四の交流
電圧信号Ｖ_AC4 の最大電圧値Ｖ_acmax および最小電圧値
Ｖ_acmin が測定され、Ａ／Ｄ変換回路５１を介して演算
回路４８に入力される。演算回路４８では、 −（Ｖ_acmax −Ｖ_acmin ）／２ の演算により、波高値Ｖ_pkが算出される。所定の直流電
圧Ｖ_dc0 を加算された第四の交流電圧信号Ｖ_AC4 は、ノ
イズ除去回路４３およびゼロクロス検出回路４４Ｂにも
入力される。ノイズ除去回路４３では直流電圧およびノ
イズが除去され、図５(c）に示す交流電圧信号が得られ
る（ノイズ除去回路としてコンデンサを用いた場合に
は、９０°進んだ位相となる）。図５(c）に示す信号
は、ゼロクロス検出回路４４Ａに入力され、ゼロクロス
点が検出される。一方、ゼロクロス検出回路４４Ｂで
も、図５(b) に示した第四の交流電圧信号Ｖ_AC4 のゼロ
クロス点が検出される。ゼロクロス検出回路４４Ａおよ
び４４Ｂでゼロクロス点が検出されると、図５(d),(e)
に示すパルスが発生する。ここで、交流電圧が正から負
になるとき正のパルス、負から正になるとき負のパルス
を、発生するようにしたが、この逆であっても差し支え
ない。

【００４４】図５(d),(e) に示したパルスと、発振器４
６からの図５(g) に示す発振パルスとが、信号弁別回路
４５に入力される。信号弁別回路４５で、ゼロクロス検
出回路４４Ａからのパルスは１／２に分周されて、図５
(f) に示す基準パルスとなる。また発振器４６からの発
振パルス( 図５(g) ) は、ゼロクロス検出回路４４Ｂか
らのパルスの正負に応じて、正または負の計数用パルス
となる( 図５(h) ) 。信号弁別回路４５からの計数パル
スは、カウンタ４７で計数される。また基準パルスの入
力に応じてその計数はリセットされ、同時に新たな計数
が開始される。カウンタ４７における計数は、計数パル
スが正のとき加算、負のとき減算（カウントダウン）す
るので、図５(i) に示すような計数結果が得られる。ゼ
ロクロス点の時間差ｔが大になるほど、カウンタ４７に
おける計数は絶対値の大きな負の値になる。

【００４５】カウンタ４７の計数のリセットにより図５
(c）に示した信号（第三の交流電圧信号に相当する）の
周期Ｔを、そして前述の−（Ｖ_acmax −Ｖ_acmin ）／２
の式により算出される波高値Ｖ_pk、ゼロクロス点の時間
差ｔに対応するカウンタ４７の計数値から、式 Ｖ_dc1 ＝Ｖ_pk×sin(ｔ／４Ｔ）π により、ゼロクロス点の時間差ｔをゼロにするのに必要
な直流電圧値Ｖ_dc1 を、それぞれ算出する。すでに直流
電圧加算回路４２で加算（重畳）していた直流電圧値Ｖ
_dc0 を、ここで算出された値Ｖ_dc1 だけ補正し、新たな
直流電圧値Ｖ_dc0＋Ｖ_dc1 が算出される。新たな直流電
圧値Ｖ_dc0 ＋Ｖ_dc1 はＤ／Ａ変換回路４９を介して直流
電圧加算回路４２に供給され、図５(a) の交流電圧信号
Ｖ_ACに重畳される。

【００４６】この重畳が行われた状態でゼロクロス点の
時間差が再び測定され、もしゼロにならなければ、さら
に新たな直流電圧値Ｖ_dc0 ＋Ｖ_dc1 ＋Ｖ_dc2 が算出さ
れ、交流電圧信号Ｖ_ACに重畳される。この過程が、ゼロ
クロス点の時間差がゼロになるまで繰り返される。ゼロ
クロス点の時間差がゼロになったとき、重畳された直流
電圧値から、直流電流が算出される。

【００４７】電流電圧変換回路４１の出力は帯域通過フ
ィルター５２にも接続されており、交流電圧信号Ｖ_ACの
所定の周波数帯域の成分のみが帯域通過フィルター５２
を通過し、所定の周波数の第二の交流電圧信号Ｖ_AC2 と
して出力される。その波高値がピーク検出回路５３で検
出される。検出された波高値はは、Ａ／Ｄ変換回路５を
介して演算回路４８に入力され、所定の周波数の交流電
流値が算出される。被測定交流電流中の交流電流、およ
び直流電流成分は、演算回路４８に接続された図示しな
い表示手段、例えばＣＲＴの、表示画面上に同時に表示
される。

【００４８】

【発明の効果】本発明の方法および装置によると、交流
電圧信号の波形や雑音の存在に関係なくゼロクロス点の
検出が行われるから、交流電流に雑音等が入っていた
り、非対称的な歪があっても、交流電流と、交流電流に
含まれる直流電流とを、同時に高い精度で測定できる。

【００４５】また、本発明の方法によると、直流電流分
が交流電流より大きい場合でも、直流電流の測定が可能
である。さらに、被測定電流に含まれる直流電流が変動
するような場合でも、それに応じて第二の直流電圧信号
を演算して交流電圧信号に加算するので、被測定電流に
含まれる直流電流をその変動に追従して精度よく測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に用いた構成を示すブ
ロック図である。

【図２】図２(a) 〜(h) は本発明の方法の一実施例のタ
イミングチャートである。

【図３】図３は本発明の一実施例のフローチャートであ
る。

【図４】図４は本発明の一実施例に用いた構成を示すブ
ロック図である。

【図５】図５(a) 〜(i) は本発明の装置の他の実施例の
タイミングチャートである。

【符号の説明】

１ 電流電圧変換回路 ２ 直流電圧加算回
路 ３ コンパレータ ４ フィルタ ５ Ａ／Ｄ変換回路 ６ 演算回路 ７ Ｄ／Ａ変換回路 ８ 帯域通過フィル
ター ９ ピーク検出回路 １０ Ａ／Ｄ変換回路 ４１ 電流電圧変換回路 ４２ 直流電圧加算
回路 ４３ ノイズ除去回路 ４４Ａ ゼロクロス
検出回路 ４４Ｂ ゼロクロス検出回路 ４５ 信号弁別回路 ４６ 発振器 ４７ カウンタ ４８ 演算回路 ４９ Ｄ／Ａ変換回
路 ５０ ピーク検出回路 ５１ Ａ／Ｄ変換回
路 ５２ 帯域通過フィルター ５３ ピーク検出回
路 ５４ Ａ／Ｄ変換回路

【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に用いた構成を示すブ
ロック図である。

【図２】図２（ａ）〜（ｇ）は本発明の方法の一実施例
のタイミングチャートである。

【図３】図３は本発明の一実施例のフローチャートであ
る。

【図４】図４は本発明の一実施例に用いた構成を示すブ
ロック図である。

【図５】図５（ａ）〜（ｉ）は本発明の装置の他の実施
例のタイミングチャートである。

【符号の説明】 １ 電流電圧変換回路 ２ 直流電圧加算回
路 ３ コンパレータ ４ フィルタ ５ Ａ／Ｄ変換回路 ６ 演算回路 ７ Ｄ／Ａ変換回路 ８ 帯域通過フィル
ター ９ ピーク検出回路 １０ Ａ／Ｄ変換回路 ４１ 電流電圧変換回路 ４２ 直流電圧加算
回路 ４３ ノイズ除去回路 ４４Ａ ゼロクロス
検出回路 ４４Ｂ ゼロクロス検出回路 ４５ 信号弁別回路 ４６ 発振器 ４７ カウンタ ４８ 演算回路 ４９ Ｄ／Ａ変換回
路 ５０ ピーク検出回路 ５１ Ａ／Ｄ変換回
路 ５２ 帯域通過フィルター ５３ ピーク検出回
路 ５４ Ａ／Ｄ変換回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電流を交流電圧に変換して第一の交
   流電圧信号を生成し、 前記第一の交流電圧信号を帯域通過フィルターを通し
   て、不要周波数帯域を除去した所定の周波数帯域の第二
   の交流電圧信号を生成し、 前記第二の交流電圧信号についてピーク値を検出して、
   このピーク値に基づき前記交流電流を測定し、 所定の期間において前記第一の交流電圧信号の正および
   負の時限をそれぞれ検出し、 前記第一の交流電圧信号の前記所定の期間における正の
   時限と負の時限の差に応じた第一の直流電圧信号を生成
   し、 前記第一の交流電圧信号に加算したとき前記第一の直流
   電圧信号を零にする第二の直流電圧信号を算出し、 前記第二の直流電圧信号を前記正および負の時限を有す
   る第一の交流電圧信号に加算し、 加算の結果前記第一の直流電圧信号が零となる前記第二
   の直流電圧信号に基づいて、前記直流電流を決定するこ
   とを特徴とする、交流電流および該交流電流に含まれる
   直流電流測定方法。
2. 【請求項２】 前記第一の交流電圧信号に加算したとき
   前記第一の直流電圧信号を零にする第二の直流電圧信号
   の前記算出は、前記正および負の時限を有する第一の交
   流電圧信号に所定の大きさの第二の直流電圧信号を加算
   したとき生じる前記第一の直流電圧信号の変化量と、前
   記加算した所定の第二の直流電圧信号の大きさの比に基
   づいて行われる、請求項１の交流電流および該交流電流
   に含まれる直流電流測定方法。
3. 【請求項３】 直流電流を含む交流電流を、ゼロクロス
   点の時間差を有する交流電圧に変換して第一の交流電圧
   信号を生成する電流電圧変換手段と、 前記第一の交流電圧信号を通過させ、所定の周波数の第
   二の交流電圧信号を生成する帯域通過フィルターと、 前記帯域通過フィルターを通過した第二の交流電圧信号
   のピーク値を検出するピーク値検出手段と、 所定の期間において前記第一の交流電圧信号の正および
   負の時限をそれぞれ検出し、検出された正の時限と負の
   時限の差に応じた第一の直流電圧信号を生成する正負時
   限差検出手段と、 前記検出されたピーク値に基づいて前記交流電流を算出
   し、かつ前記第一の交流電圧信号に加算したとき前記第
   一の直流電圧信号が零になると期待される第二の直流電
   圧信号を算出する演算手段と、 前記算出された第二の直流電圧信号を前記正および負の
   時限を有する第一の交流電圧信号に重畳する直流電圧重
   畳手段とを備え、 前記演算手段により、前記検出されたピーク値に基づい
   て前記交流電流を算出するとともに、前記重畳の結果、
   前記正負時限差検出手段により検出される前記第一の直
   流電圧信号が零となるような前記第二の直流電圧信号の
   大きさに基づいて、前記直流電流を算出することを特徴
   とする、交流電流および交流電流に含まれる直流電流を
   同時に測定する装置。
4. 【請求項４】 直流電流を含む交流電流を、ゼロクロス
   点の時間差を有する交流電圧に変換して、第一の交流電
   圧信号を生成する電流電圧変換手段と、 前記第一の交流電圧信号を通過させ、所定の周波数の第
   二の交流電圧信号を生成する第一のフィルターと、 前記第一のフィルターを通過した第二の交流電圧信号の
   ピーク値を検出するピーク値検出手段と、 前記第一の交流電圧信号から直流電圧およびノイズを除
   去して第三の交流電圧信号を生成する第二のフィルター
   と、 前記第一の交流電圧信号と第三の交流電圧信号のゼロク
   ロス点の時間差を検出する、ゼロクロス点時間差検出手
   段と、 検出されたゼロクロス点の時間差に応じた直流電圧を前
   記第一の交流電圧信号に重畳させる直流電圧重畳手段
   と、 前記検出されたピーク値に基づいて前記交流電流を算出
   し、かつ前記重畳させることにより前記検出されるゼロ
   クロス点の時間差を消失させるような直流電圧に基づい
   て、前記直流電流を算出する演算手段から成ることを特
   徴とする、 交流電流および交流電流に含まれる直流電流を同時に測
   定する装置。