JPH0711544B2 - Electronic phase shift circuit and electronic reactive energy meter - Google Patents

Electronic phase shift circuit and electronic reactive energy meter

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JPH0711544B2
JPH0711544B2 JP32531492A JP32531492A JPH0711544B2 JP H0711544 B2 JPH0711544 B2 JP H0711544B2 JP 32531492 A JP32531492 A JP 32531492A JP 32531492 A JP32531492 A JP 32531492A JP H0711544 B2 JPH0711544 B2 JP H0711544B2
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phase shift
sample
signal
input signal
sample values
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野 潔 笹
越 順 川
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日本電気計器検定所
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル演算手法に
より入力信号の位相シフトを行う電子式移相回路、さら
には、その電子式移相回路の応用により入力信号の無効
電力量を計測する電子式無効電力量計に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic phase shift circuit for shifting the phase of an input signal by a digital operation method, and an electronic phase shift circuit for measuring the reactive power of the input signal by applying the electronic phase shift circuit. The present invention relates to a reactive watt hour meter.

【0002】[0002]

【従来の技術】無効電力量計では、通常、互いに90度
位相のずれた電圧、電流信号の積を取ることにより無効
電力量を求める形式を採る。従来、主に、この種の無効
電力量計において90度位相シフト用として使用されて
いる移相回路には、変圧器を使用したもの(以下、便宜
上、変圧器式移相回路という。)、演算増幅器の積分回
路を使用したもの(以下、便宜上、積分式移相回路とい
う。)、ディジタル演算手法を用いた電子式のもの(以
下、便宜上、電子式移相回路という。)等が知られてい
る。これらの原理は次の通りである。
2. Description of the Related Art Reactive watt-hour meters usually take the form of determining the amount of reactive power by taking the product of voltage and current signals that are 90 degrees out of phase with each other. Conventionally, a transformer is used as a phase shift circuit that is mainly used for 90-degree phase shift in this type of reactive energy meter (hereinafter, referred to as a transformer type phase shift circuit for convenience), There are known ones using an integrating circuit of an operational amplifier (hereinafter, referred to as an integral phase shift circuit for convenience), electronic ones using a digital operation method (hereinafter referred to as an electronic phase shift circuit for convenience), and the like. ing. These principles are as follows.

【0003】まず、変圧器式移相回路は、特に三相3線
式の電力給電線で用いられているもので、当該電力給電
線の一相の電圧信号と、別の一相の電圧信号のスカラを
半分にした信号とのベクトル合成により90度位相シフ
トされた信号の生成を実現するものである。
First, the transformer type phase shift circuit is used particularly in a three-phase three-wire type power feeding line. One voltage signal of one phase and another voltage signal of one phase are used. It is possible to realize the generation of a signal that is phase-shifted by 90 degrees by vector composition with a signal that is half the scalar of.

【0004】また、積分式移相回路は、演算増幅器の帰
還回路として付けられた積分回路の時定数利用により電
圧信号を90度位相シフトさせるものである。
Further, the integral type phase shift circuit shifts the phase of the voltage signal by 90 degrees by utilizing the time constant of the integrating circuit provided as the feedback circuit of the operational amplifier.

【0005】さらに、電子式移相回路は、フェーズ・ロ
ックド・ループ(PLL)回路を備え、このPLL回路
によりアナログ−ディジタル変換(以下、A/D変換と
いう。)器のサンプル周期を電力給電線の負荷電圧、負
荷電流に比例した電圧信号、電流信号に同期させ、サン
プルの間隔のある一組の位相差が90度になるようにサ
ンプル周期を設定し、その90度位相のずれた箇所のサ
ンプル値に基づいて入力信号よりも90度だけ位相のず
れたアナログ信号を再現する。
Further, the electronic phase shift circuit is provided with a phase locked loop (PLL) circuit, and the sampling period of an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as A / D converter) is determined by this PLL circuit. Of the load voltage and load current in proportion to the current signal, set the sampling period so that the phase difference of the sample interval is 90 degrees, and set the phase difference of 90 degrees. An analog signal whose phase is shifted by 90 degrees from the input signal is reproduced based on the sample value.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した各種
の移相回路にはそれぞれ固有の問題点が認められ、どれ
も十分なものとは言い難いものとなっている。
However, the above-mentioned various phase shift circuits have their own problems, and it is difficult to say that all of them are sufficient.

【0007】すなわち、変圧器式移相回路は、電力給電
線の電圧信号の位相関係を利用しているため、電力給電
線の方式が三相3線式に限られる。
That is, since the transformer type phase shift circuit utilizes the phase relation of the voltage signal of the power feeding line, the method of the power feeding line is limited to the three-phase three-wire type.

【0008】また、常に電圧の各相が平衡状態にある必
要がある。実際には、振幅、位相関係等は使用環境によ
り変化するものであり、これらが常に一定に保たれるほ
ど安定した給電設備は少ない。したがって、このような
観点からも変圧器式移相回路は汎用性に乏しいと言え
る。
Further, it is necessary that each phase of the voltage is always in a balanced state. Actually, the amplitude, phase relationship, etc. change depending on the usage environment, and there are few stable power supply facilities so that these are always kept constant. Therefore, also from this point of view, it can be said that the transformer type phase shift circuit is poor in versatility.

【0009】さらに、この変圧器式移相回路は、変圧器
利用によるものであることから、電力給電線の周波数変
化による特性の変化が大きく、広帯域で使用することが
難しいという問題もある。
Further, since this transformer type phase shift circuit uses a transformer, there is a problem that the characteristics change greatly due to the frequency change of the power feeding line and it is difficult to use in a wide band.

【0010】次に、積分式移相回路は、電力給電線の方
式にかかわらず使用できる点で前者より優ってはいるも
のの、入力電圧と出力電圧との比が周波数により変化す
る周波数特性を持っているため、なんらかの方法で周波
数特性を補償する必要があり、回路が複雑になるという
問題がある。
Next, although the integral type phase shift circuit is superior to the former in that it can be used regardless of the type of power feeding line, it has a frequency characteristic in which the ratio of the input voltage to the output voltage changes depending on the frequency. Therefore, it is necessary to compensate the frequency characteristic by some method, which causes a problem that the circuit becomes complicated.

【0011】そして、電子式移相回路にあっては、サン
プル間隔を電力給電線の負荷電圧、負荷電流に周波数同
期させるようになっているため、入力信号をその1周期
単位で考えたとき、A/D変換器は常に入力信号の同じ
点を変換することになる。したがって、サンプル間隔を
入力信号の周期に比べて十分小さく取らないと十分な性
能を得ることができない。このことは、対象が高周波数
になるほど性能的に難を生ずることを意味している。
In the electronic phase shift circuit, the sampling interval is frequency-synchronized with the load voltage and the load current of the power feeding line. Therefore, when the input signal is considered in units of one cycle, The A / D converter will always convert the same point of the input signal. Therefore, sufficient performance cannot be obtained unless the sample interval is made sufficiently smaller than the period of the input signal. This means that the higher the frequency of the object, the more difficult the performance will be.

【0012】ここにおいて、変圧器式ないしは積分式の
移相回路における問題は電子式移相回路にあっては指摘
されることがなく、前述したサンプリングに関する問題
さえ解消されれば、近年のディジタル技術志向に合致し
た高性能の移相回路を実現することができる。
[0012] Here, the problem in the transformer type or integral type phase shift circuit is not pointed out in the electronic type phase shift circuit, and if the above-mentioned sampling problem is solved, digital technology in recent years It is possible to realize a high-performance phase shift circuit that matches the orientation.

【0013】そこで、本発明は上記従来技術の有する問
題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、サンプル間隔の大小とは別に性能向上を図ることが
できる電子式移相回路及び同移相回路を応用した電子式
無効電力量計を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an electronic phase shift circuit capable of improving the performance independently of the size of the sample interval. An object is to provide an electronic reactive watt-hour meter to which the same phase shift circuit is applied.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の電子式移相回路
は、アナログ入力信号をサンプリングし、複数のサンプ
ル値からなるディジタル信号に変換するアナログ−ディ
ジタル変換手段と、上記複数のサンプル値のうち上記入
力信号における許容誤差範囲で線形性を保持する領域内
のゼロ・クロス点前後のサンプル値に基づいてこのゼロ
・クロス点を特定し、その特定ゼロ・クロス点間の時間
間隔を求める時間間隔演算手段と、この特定ゼロ・クロ
ス点間時間間隔と位相シフト量との比に基づいて上記入
力信号における上記複数のサンプル点に含まれる所定数
のサンプル点各々から上記位相シフト量だけずれた時間
を割出しその前後のサンプル値から当該位相シフト点の
レベル値を求めるレベル演算手段とを備えている。
SUMMARY OF THE INVENTION An electronic phase shift circuit according to the present invention comprises an analog-digital conversion means for sampling an analog input signal and converting it into a digital signal consisting of a plurality of sample values, and a plurality of the sample values. Time to specify this zero-cross point based on the sample values before and after the zero-cross point in the area that maintains the linearity within the allowable error range of the input signal and calculate the time interval between the specific zero-cross points Based on the interval calculation means and the ratio of the time interval between the specific zero-cross points and the phase shift amount, the phase shift amount is deviated from each of the predetermined number of sample points included in the plurality of sample points in the input signal. And a level calculating means for calculating a level value of the phase shift point from sample values before and after the time is calculated.

【0015】本発明の電子式無効電力量計は、アナログ
入力電圧信号及び同電流信号をサンプリングし、それぞ
れ複数のサンプル値からなるディジタル信号に変換する
アナログ−ディジタル変換手段と、上記入力電圧信号及
び同電流信号のうちいずれか一方の入力信号に関する上
記複数のサンプル値のうちこの一方の入力信号における
許容誤差範囲で線形性を保持する領域のゼロ・クロス点
前後のサンプル値に基づいてこのゼロ・クロス点を特定
し、その特定ゼロ・クロス点間の時間間隔を求める時間
間隔演算手段と、この特定ゼロ・クロス点間時間間隔と
位相シフト角度90度との比に基づいて上記一方の入力
信号における上記複数のサンプル点に含まれる所定数の
サンプル点各々から上記90度だけずれた時間を割出し
その前後のサンプル値から当該位相シフト点のレベル値
を求めるレベル演算手段と、他方の入力信号に関する上
記複数のサンプル値のうち上記所定数のサンプル点に対
応する点のサンプル値とこのレベル演算手段の出力値と
を掛合わせることにより電力値として変換する乗算手段
とを備えている。
The electronic reactive watt hour meter of the present invention comprises an analog-digital conversion means for sampling an analog input voltage signal and the same current signal and converting them into a digital signal consisting of a plurality of sample values, and the input voltage signal and the above-mentioned input voltage signal. Based on the sample values before and after the zero crossing point of the area that maintains the linearity within the allowable error range of the one input signal among the plurality of sample values of the one input signal of the same current signal, A time interval calculating means for specifying a cross point and obtaining a time interval between the specific zero cross points, and the one input signal based on the ratio of the time interval between the specific zero cross points and the phase shift angle of 90 degrees. Of the sample points included in the plurality of sample points in FIG. Level calculation means for obtaining the level value of the phase shift point from the value, sample values of points corresponding to the predetermined number of sample points among the plurality of sample values of the other input signal, and output values of the level calculation means And multiplying means for converting into a power value by multiplying by.

【0016】[0016]

【作用】本発明によれば、ディジタル演算によってサン
プル点以外のレベルでも求めることができるから、アナ
ログ入力信号の1周期波形における常に同じ点をサンプ
ルする必要がなく、サンプル点をアナログ入力信号に同
期させずアナログ入力信号とは非同期にし、サンプル点
を周期毎にずらして波形を満遍なくトレースするサンプ
リングが可能となるため、そのフィルタ効果によりサン
プル間隔の大小とは別に性能向上を図ることができる。
よって、サンプル間隔を入力信号の周期に比べて十分小
さく取ることを必須とせず、対象が高周波数になっても
十分な性能が得られることとなる。
According to the present invention, since it is possible to obtain a level other than the sampling point by digital operation, it is not necessary to sample the same point in one cycle waveform of the analog input signal at all times, and the sampling point is synchronized with the analog input signal. Since the sampling can be performed asynchronously with the analog input signal and the sampling points can be shifted every cycle to trace the waveform evenly, it is possible to improve the performance separately from the size of the sampling interval by the filter effect.
Therefore, it is not essential to make the sample interval sufficiently smaller than the cycle of the input signal, and sufficient performance can be obtained even when the target has a high frequency.

【0017】また、本発明無効電力量計ではA/D変換
以降の処理をすべてマイクロプロセッサなどによるソフ
トウエアで実現すると、特別な回路を付加することなく
ディジタル演算式による有効電力量計と同じ回路で実現
することができる。
Further, in the reactive energy meter of the present invention, if all the processes after the A / D conversion are realized by software such as a microprocessor, the same circuit as the active energy meter based on the digital operation formula is added without adding a special circuit. Can be achieved with.

【0018】[0018]

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】まず、図3〜図9を参照し本発明に係わる
原理について述べることとする。
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0020】図3は三相交流電圧信号の1相だけについ
てサンプリングの様子を示すものである。
FIG. 3 shows the sampling of only one phase of the three-phase AC voltage signal.

【0021】この図において、は当該電圧信号であ
り、tはその時間軸、Tは周期である。時間軸tからそ
の波形上まで延びる破線はサンプル点を示しており、T
sはサンプル周期である。
In this figure, is the voltage signal, t is its time axis, and T is the period. A broken line extending from the time axis t to the waveform indicates a sampling point, and T
s is the sample period.

【0022】また、Sm−1,Sm,Sm+1,…
…,Sn−1,Sn,Sn+1は電力給電線の負荷電圧
の瞬時値に比例した電圧信号をA/D変換したディジタ
ル電圧信号がであり、それらのうち、注目されるべきS
mは電圧信号の一つのゼロ・クロス点O1の直後に位
置するサンプル点のサンプル値からなるディジタル電圧
信号、Snも同じく複数のサンプル点の中の一つであっ
て、電圧信号の一つのゼロ・クロス点O3の直前に位
置するサンプル点のサンプル値からなるディジタル電圧
信号である。
Further, Sm-1, Sm, Sm + 1, ...
, Sn-1, Sn, Sn + 1 are digital voltage signals obtained by A / D converting the voltage signal proportional to the instantaneous value of the load voltage of the power feeding line.
m is a digital voltage signal consisting of sample values of the sampling point located immediately after one zero cross point O1 of the voltage signal, and Sn is also one of the plurality of sampling points, and one zero of the voltage signal A digital voltage signal composed of sample values at the sampling point located immediately before the cross point O3.

【0023】さらに、図4、図5を参照すると、電圧信
号の周期Tは、サンプリング周期Tsと、1周期の前
後のゼロ・クロス点O1,O3とサンプリング点Sm,
Snまでの時間をそれぞれTd1,Td2としたとき
(Td1については図4、Td2については図5を参
照)、周期Tは、T=Td1+(n−m)Ts+Td2
(1)と表すことができ
る。
Further, referring to FIG. 4 and FIG. 5, the period T of the voltage signal is the sampling period Ts, the zero cross points O1 and O3 before and after one period, and the sampling points Sm,
When the time to Sn is Td1 and Td2 (see FIG. 4 for Td1 and FIG. 5 for Td2), the cycle T is T = Td1 + (n−m) Ts + Td2.
It can be expressed as (1).

【0024】ここで、サンプリング周期Tsが十分小さ
いとディジタル電圧信号Sm−1とSm及びSnとSn
+1の間の電圧信号の傾斜の変化は非常に小さく、直
線と見做すことができる。これにより、Td1,Td2
は、三角形の相似の条件から、Td1=|Sm|・Ts
/(|Sm−1|+|Sm|) (2)Td
2=|Sn|・Ts/(|Sn|+|Sn+1|)
(3)と表すことができる。したがって、電圧
信号の周期Tは、T=(|Sm|/(|Sm−1|+|
Sm|)+n−m+|Sn|/(|Sn|+|Sn+1
|))・Ts (4)となり、サンプリング周
期Tsとゼロクロス点前後のサンプリング値Sm−1,
Sm,Sn,Sn+1から求めることができる。ここ
で、|Sm−1|、|Sm|、|Sn|、|Sn+1|
は、Sm−1、Sm、Sn、Sn+1の絶対値でであ
る。
Here, if the sampling period Ts is sufficiently small, the digital voltage signals Sm-1 and Sm and Sn and Sn are obtained.
The change in slope of the voltage signal during +1 is very small and can be regarded as a straight line. As a result, Td1 and Td2
Is Td1 = | Sm | .Ts from the condition of triangle similarity.
/ (| Sm-1 | + | Sm |) (2) Td
2 = | Sn | .Ts / (| Sn | + | Sn + 1 |)
It can be expressed as (3). Therefore, the period T of the voltage signal is T = (| Sm | / (| Sm-1 | + |
Sm |) + n-m + | Sn | / (| Sn | + | Sn + 1
|)) · Ts (4), and the sampling value Tm before and after the sampling period Ts and the zero-cross point Sm−1,
It can be obtained from Sm, Sn, Sn + 1. Here, | Sm-1 |, | Sm |, | Sn |, | Sn + 1 |
Is the absolute value of Sm-1, Sm, Sn, Sn + 1.

【0025】このようにして電圧信号の周期Tが求め
られることで、任意の位相シフト角度に相当する時間を
得ることができる。
By thus obtaining the period T of the voltage signal, the time corresponding to an arbitrary phase shift angle can be obtained.

【0026】ここで、位相シフト角度として無効電力量
計に重要な90度に相当する時間を考える。1周期は3
60度であることから、90度に相当する時間T90
は、T90=T/4=k・Ts+Tx
(5)と表せる。ここで、kは、位相シ
フト角度(この場合90度)に相当する時間に含まれる
サンプル周期の数、TxはT90とkサンプル周期の差
分である。
Here, let us consider the time corresponding to 90 degrees which is important for the reactive energy meter as the phase shift angle. 1 cycle is 3
Since it is 60 degrees, the time T90 corresponding to 90 degrees
Is T90 = T / 4 = k · Ts + Tx
It can be expressed as (5). Here, k is the number of sample periods included in the time corresponding to the phase shift angle (90 degrees in this case), and Tx is the difference between T90 and k sample periods.

【0027】周期を求めた方法と同様に、サンプリング
周期Tsが十分小さいと90度に相当する時間の前後の
ディジタル電圧信号Sy−kとSy−k−1およびSy
+kとSy+k+1の間の電圧信号の傾斜の変化は非
常に小さく、直線と見做すことができる。これにより、
Sxは、三角形の相似の条件から、それぞれ、Sx=S
y−k−(Tx/Ts)・(Sy−k −Sy−k−
1) (6)Sx=Sy+k−(Tx/Ts)・
(Sy+k −Sy+k+1) (7)となり、
Syと同時にサンプルされた電流信号と演算により求め
られた電圧信号Sxを乗算することにより、瞬時無効電
力を得ることができ、これらの処理を順次繰返して得ら
れた瞬時電力を積算することにより無効電力量を得るこ
とができることとなる。
Similar to the method for obtaining the period, if the sampling period Ts is sufficiently small, the digital voltage signals Sy-k, Sy-k-1 and Sy before and after the time corresponding to 90 degrees are obtained.
The change in slope of the voltage signal between + k and Sy + k + 1 is very small and can be regarded as a straight line. This allows
Sx is Sx = S from the conditions of similarity of triangles.
y−k− (Tx / Ts) · (Sy−k −Sy−k−
1) (6) Sx = Sy + k- (Tx / Ts)
(Sy + k-Sy + k + 1) (7),
The instantaneous reactive power can be obtained by multiplying the current signal sampled at the same time as Sy by the voltage signal Sx obtained by the calculation, and the reactive power is integrated by accumulating the instantaneous power obtained by sequentially repeating these processes. The amount of electric power can be obtained.

【0028】なお、ここでは一例として90度の位相シ
フトを考えたが、これに限定されることはなく、上記原
理に従い各種任意角度の位相シフトを実現可能である。
Although a phase shift of 90 degrees is considered here as an example, the phase shift is not limited to this, and phase shifts of various arbitrary angles can be realized according to the above principle.

【0029】そこで、式(5)を一般化すると、位相シ
フト角度がω[度(deg)]に相当する時間Tωは、
Tω =T・(ω/360)=k・Ts+Tx
(5)′となる。
Therefore, generalizing the equation (5), the time T ω corresponding to the phase shift angle ω [degree (deg)] is
Tω = T · (ω / 360) = k · Ts + Tx
(5) '.

【0030】次に図1は本発明に係る位相シフト原理を
利用する電子式移相回路の構成を示すものである。
Next, FIG. 1 shows the configuration of an electronic phase shift circuit utilizing the phase shift principle according to the present invention.

【0031】この図において、1はサンプル周期制御
器、2はA/D変換器であり、これらはアナログ入力信
号をサンプリングし、複数のサンプル値からなるディジ
タル信号に変換する手段を構成しているものである。サ
ンプル周期制御器1はサンプル周期Tsを決定するタイ
ミングクロックを出力する。A/D変換器2は、このタ
イミングクロックによりトリガされて、その時点のアナ
ログ入力電圧信号のレベルをサンプル値として保持す
る。
In this figure, 1 is a sample period controller and 2 is an A / D converter, which constitute means for sampling an analog input signal and converting it into a digital signal consisting of a plurality of sample values. It is a thing. The sample period controller 1 outputs a timing clock that determines the sample period Ts. The A / D converter 2 is triggered by this timing clock and holds the level of the analog input voltage signal at that time as a sample value.

【0032】3はゼロ・クロス検出器、4は周期計算器
であり、これらは複数のサンプル値のうち入力電圧信号
における許容誤差範囲(つまり、上記相似関係を利用し
た計算について許容される誤差範囲)で線形性を保持す
る領域内のゼロ・クロス点前後のサンプル値に基づいて
このゼロ・クロス点を特定し、その特定ゼロ・クロス点
間の時間間隔を求める演算手段を構成する。すなわち、
ゼロ・クロス検出器3はA/D変換器2の出力値の符号
変化によってゼロ・クロス点の存在を捕捉し、さらに、
上記Td1,Td2に相当する時間を上記式(2)、
(3)の演算を行うことにより求め、周期計算器4に与
える。この周期計算器4は、それらTd1,Td2を受
けると、並行してサンプル周期制御器1から与えられる
サンプル周期データTsと当該ゼロ・クロス点間に含ま
れるサンプル回数とに基づいて、上記式(1)として表
される演算を行うことにより周期Tを求める。
Reference numeral 3 is a zero-cross detector, 4 is a period calculator, and these are allowable error ranges in the input voltage signal among a plurality of sample values (that is, the allowable error range in the calculation using the above-mentioned similarity relation). ), The zero cross points are specified based on sample values before and after the zero cross points in the region where the linearity is maintained, and a calculation means for obtaining the time interval between the specific zero cross points is configured. That is,
The zero-crossing detector 3 captures the presence of a zero-crossing point by changing the sign of the output value of the A / D converter 2, and further,
The time corresponding to Td1 and Td2 is expressed by the above equation (2),
It is obtained by performing the calculation of (3) and given to the period calculator 4. When the period calculator 4 receives the Td1 and Td2, the period calculator 4 calculates the above formula () based on the sample period data Ts provided from the sample period controller 1 in parallel and the number of samples included between the zero cross points. The period T is obtained by performing the calculation represented by 1).

【0033】5はデータ記憶器、6は任意位相データ計
算器であり、これらは特定ゼロ・クロス点間時間間隔と
位相シフト量とを比較したときの比に基づいて入力電圧
信号における複数のサンプル点に含まれる所定数のサン
プル点各々から上記位相シフト量だけずれた点のレベル
値を求めるレベル演算手段を構成する。A/D変換器2
の出力データはデータ記憶器5に全て格納される。任意
位相データ計算器6は、まず、周期計算器4からの周期
Tのデータと予め与えられているωのデータとに基づい
て上記式(5)′をTxについて解き、その後、式
(6)あるいは(7)に表される演算を行うことによ
り、Sxを求める。
Reference numeral 5 is a data memory, 6 is an arbitrary phase data calculator, and these are a plurality of samples in the input voltage signal based on the ratio when the time interval between specific zero-cross points and the phase shift amount are compared. A level calculating means for obtaining a level value of a point deviated by the phase shift amount from each of a predetermined number of sample points included in the point is configured. A / D converter 2
The output data of 1 are all stored in the data memory 5. The arbitrary phase data calculator 6 first solves the above equation (5) ′ for Tx based on the data of the period T from the period calculator 4 and the data of ω given in advance, and then the equation (6) Alternatively, Sx is obtained by performing the operation represented by (7).

【0034】この任意位相データ計算器6により求めら
れたSxは順次ディジタル−アナログ変換(以下、D/
A変換という。)器7に与えられる。このD/A変換器
7はサンプル周期制御器1から供給されるタイミングク
ロックに同期して、入力信号より所定の位相角度ωだけ
ずれた点のレベル(つまり、Sx)を持つアナログ信号
を再生する。これにより、このD/A変換器7からは入
力信号を角度ωだけ位相シフトさせたアナログ信号が得
られることとなる。
Sx obtained by the arbitrary phase data calculator 6 is sequentially digital-analog converted (hereinafter referred to as D /
It is called A conversion. ) Is given to device 7. The D / A converter 7 reproduces an analog signal having a level (that is, Sx) at a point shifted from the input signal by a predetermined phase angle ω in synchronization with the timing clock supplied from the sample period controller 1. . As a result, an analog signal obtained by phase-shifting the input signal by the angle ω is obtained from the D / A converter 7.

【0035】以上のようなサンプル値の利用方式を取る
ため、アナログ入力信号の1周期波形における常に同じ
点をサンプルする必要がないため、サンプル点をアナロ
グ入力信号に同期させる必要がなく、アナログ入力信号
とは非同期にしサンプル点を周期毎にずらして波形を満
遍なくトレースするサンプリングが可能となるため、そ
のフィルタ効果によりサンプル間隔の大小とは別に性能
向上を図ることができる。よって、サンプル間隔を入力
信号の周期に比べて十分小さく取ることを必須とせず、
対象が高周波数になっても十分な性能が得られることと
なる。
Since the sample value utilization method as described above is used, it is not necessary to always sample the same point in one cycle waveform of the analog input signal, and it is not necessary to synchronize the sample point with the analog input signal. Since it is possible to perform sampling in which the waveform is evenly traced by making the sampling point asynchronous with the signal in every cycle, the filter effect can improve the performance separately from the size of the sampling interval. Therefore, it is not necessary to take the sample interval sufficiently smaller than the cycle of the input signal,
Sufficient performance can be obtained even when the target has a high frequency.

【0036】図2は図1に示す移相回路の一応用例とな
る本発明無効電力量計の一実施例を示すもので、図1に
示す移相回路の構成要素に対応する要素には同一符号を
付してある。
FIG. 2 shows an embodiment of the reactive energy meter of the present invention which is an application example of the phase shift circuit shown in FIG. 1. The elements corresponding to the constituent elements of the phase shift circuit shown in FIG. It is attached with a code.

【0037】この図において、計器用変圧器8は電力給
電線の負荷電圧eをそれに比例した電圧信号に変換する
ものであり、変流器9は電力給電線の負荷電流iをそれ
に比例した電流信号に変換するものである。この電流信
号は電流モードのまま、または電圧モードに変換され
る。
In this figure, an instrument transformer 8 is for converting the load voltage e of the power feed line into a voltage signal proportional thereto, and a current transformer 9 is a current proportional to the load current i of the power feed line. It is converted into a signal. This current signal remains in the current mode or is converted into the voltage mode.

【0038】2a,2bはA/D変換器である。A/D
変換器2aは変圧器8から出力される電圧信号をサンプ
ル周期制御器1からのクロックに同期してサンプリング
し、ディジタル化する。A/D変換器2bは変流器2b
から出力される電流信号をサンプル周期制御器1からの
クロックに同期してサンプリングし、ディジタル化す
る。
Reference numerals 2a and 2b are A / D converters. A / D
The converter 2a samples the voltage signal output from the transformer 8 in synchronization with the clock from the sample period controller 1 and digitizes it. The A / D converter 2b is the current transformer 2b
The current signal output from is sampled in synchronization with the clock from the sample period controller 1 and digitized.

【0039】A/D変換器2aの出力は、ゼロ・クロス
検出器3とデータ記憶器5とに供給される。ゼロ・クロ
ス検出器3ではそのA/D変換器2aからのサンプル値
に基づいて上記と同様に、ゼロ・クロス点を捕捉し、さ
らにTd1,Td2に相当する時間を上記式(2)、
(3)の演算を行うことにより求め、周期計算器4に与
える。この周期計算器4においても同様に式(1)とし
て表される演算を行うことで周期Tを求める。データ記
憶器5はA/D変換器2aの出力データを半周期ないし
は1周期分格納し、任意位相データ計算器6は、与えら
れているデータT,ω(=90度)とに基づいて上記式
(5)をTxについて解き、その後、式(6)あるいは
(7)に表される演算を行うことにより、Sxを求め
る。
The output of the A / D converter 2a is supplied to the zero cross detector 3 and the data memory 5. In the zero-cross detector 3, the zero-cross point is captured based on the sample value from the A / D converter 2a, and the time corresponding to Td1 and Td2 is calculated by the equation (2),
It is obtained by performing the calculation of (3) and given to the period calculator 4. Also in the period calculator 4, the period T is obtained by similarly performing the calculation represented by the equation (1). The data memory 5 stores the output data of the A / D converter 2a for a half cycle or one cycle, and the arbitrary phase data calculator 6 calculates the above based on the given data T, ω (= 90 degrees). The equation (5) is solved for Tx, and then the operation represented by the equation (6) or (7) is performed to obtain Sx.

【0040】乗算器10には、この任意位相データ計算
器6により求められたSxとA/D変換器2bの出力デ
ータとが与えられ、ここで両者が乗算され、その結果が
積分器11に送られる。積分器11は乗算器10の計算
結果を積算すると共に積算値が一定の値を越えるとパル
ス発生器12にパルス発生の信号を与えると共に発生し
たパルスに相当する値を積算値から減算する。このパル
ス発生器12は積分器11の出力に基づき負荷電力に比
例したパルスを出力するものである。表示器13はパル
ス発生器12の出力に基づき電力量を表示するものであ
る。
The multiplier 10 is given the Sx obtained by the arbitrary phase data calculator 6 and the output data of the A / D converter 2b, where they are multiplied and the result is given to the integrator 11. Sent. The integrator 11 integrates the calculation results of the multiplier 10 and gives a pulse generation signal to the pulse generator 12 when the integrated value exceeds a certain value and subtracts a value corresponding to the generated pulse from the integrated value. The pulse generator 12 outputs a pulse proportional to the load power based on the output of the integrator 11. The display 13 displays the amount of electric power based on the output of the pulse generator 12.

【0041】よって、本無効電力量計ではA/D変換器
2a,2b以降の処理をすべてマイクロプロセッサなど
によるソフトウエアで実現すると特別な回路を付加する
ことなくディジタル演算式による有効電力量計と同じ回
路で実現することができることとなる。
Therefore, in this reactive watt-hour meter, if all the processes after the A / D converters 2a and 2b are realized by software such as a microprocessor, it becomes an active watt-hour meter based on a digital arithmetic operation without adding a special circuit. It can be realized with the same circuit.

【0042】以上本発明の図示実施例につき説明した
が、これは本発明の限定解釈を与えるものではない。
Although the illustrated embodiment of the present invention has been described above, this does not provide a limiting interpretation of the present invention.

【0043】例えば、上記実施例では電圧信号のサンプ
ル値の位相シフトデータを求めたが、これは電流信号の
方でも良い。
For example, in the above embodiment, the phase shift data of the sample value of the voltage signal is obtained, but this may be the current signal.

【0044】また、上記実施例ではゼロ・クロス点間の
時間間隔として1周期を求めているが、これは半周期、
あるいは1周期の整数倍などでも良い。例えば、半周期
を求めることとすれば、図3に示す電圧信号の場合、ゼ
ロ・クロスO1から始まる半周期はゼロ・クロスO3で
はなく、ゼロ・クロスO2の前後のサンプル点を利用す
る。
In the above embodiment, one cycle is obtained as the time interval between the zero cross points, but this is a half cycle,
Alternatively, it may be an integral multiple of one cycle. For example, in the case of obtaining the half cycle, in the case of the voltage signal shown in FIG. 3, the half cycle starting from the zero cross O1 uses not the zero cross O3 but the sampling points before and after the zero cross O2.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ナログ入力信号の1周期波形における常に同じ点をサン
プルする必要がないため、サンプル点をアナログ入力信
号に同期させる必要がなく、アナログ入力信号とは非同
期にしサンプル点を周期毎にずらして波形を満遍なくト
レースするサンプリングが可能となるため、そのフィル
タ効果によりサンプル間隔の大小とは別に性能向上を図
ることができる。よって、サンプル間隔を入力信号の周
期に比べて十分小さく取ることを必須とせず、対象が高
周波数になっても十分な性能が得られることとなる。
As described above, according to the present invention, it is not necessary to always sample the same point in one cycle waveform of an analog input signal, so it is not necessary to synchronize the sampling point with the analog input signal, and the analog input Since it is possible to perform sampling in which the waveform is evenly traced by making the sampling point asynchronous with the signal in every cycle, the filter effect can improve the performance separately from the size of the sampling interval. Therefore, it is not essential to make the sample interval sufficiently smaller than the cycle of the input signal, and sufficient performance can be obtained even when the target has a high frequency.

【0046】また、本発明無効電力量計ではA/D変換
以降の処理をすべてマイクロプロセッサなどによるソフ
トウエアで実現すると特別な回路を付加することなくデ
ィジタル演算式による有効電力量計と同じ回路で実現す
ることができる。
Further, in the reactive energy meter of the present invention, if all the processes after the A / D conversion are realized by software such as a microprocessor, the same circuit as the active energy meter based on the digital operation formula can be used without adding a special circuit. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る電子式移相回路の構成
を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic phase shift circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係る電子式無効電力量計の
構成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an electronic reactive energy meter according to an embodiment of the present invention.

【図3】電圧または電流信号のサンプル間隔と周期の関
係とを示す波形図。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a relationship between a sampling interval of a voltage or current signal and a cycle.

【図4】ゼロ・クロス点とその前後のサンプル値との関
係を示す波形図。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between zero-cross points and sample values before and after the zero-cross points.

【図5】ゼロ・クロス点とその前後のサンプル値との関
係の他の例を示す波形図。
FIG. 5 is a waveform chart showing another example of the relationship between the zero cross point and sample values before and after the zero cross point.

【図6】任意のサンプル信号と90度位相のずれた信号
との時間関係を示す波形図。
FIG. 6 is a waveform diagram showing a time relationship between an arbitrary sample signal and a signal whose phase is shifted by 90 degrees.

【図7】図6に示す90度位相のずれた信号を計算する
ための必要な時間関係を示す波形図。
FIG. 7 is a waveform diagram showing a time relationship necessary for calculating the 90 ° phase-shifted signal shown in FIG. 6.

【図8】任意のサンプル信号と90度位相のずれた信号
との時間関係の他の例を示す波形図。
FIG. 8 is a waveform diagram showing another example of the time relationship between an arbitrary sample signal and a signal whose phase is shifted by 90 degrees.

【図9】図8に示す90度位相のずれた信号を計算する
ための必要な時間関係を示す波形図。
9 is a waveform diagram showing a time relationship necessary for calculating the 90-degree phase-shifted signal shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サンプル周期制御器 2,2a,2b アナログ−ディジタル変換器 3 ゼロ・クロス検出器 4 周期計算器 5 データ記憶器 6 位相データ計算器 7 ディジタル−アナログ計算器 8 変圧器 9 変流器 10 乗算器 11 積分器 12 パルス発生器 13 表示器 1 Sample period controller 2, 2a, 2b Analog-digital converter 3 Zero cross detector 4 Period calculator 5 Data storage 6 Phase data calculator 7 Digital-analog calculator 8 Transformer 9 Current transformer 10 Multiplier 11 integrator 12 pulse generator 13 indicator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アナログ入力信号をサンプリングし、複数
のサンプル値からなるディジタル信号に変換するアナロ
グ−ディジタル変換手段と、前記複数のサンプル値のう
ち前記入力信号における許容誤差範囲で線形性を保持す
る領域のゼロ・クロス点前後のサンプル値に基づいて該
ゼロ・クロス点を特定し、その特定ゼロ・クロス点間の
時間間隔を求める時間間隔演算手段と、該特定ゼロ・ク
ロス点間時間間隔と位相シフト量との比に基づいて前記
入力信号における前記複数のサンプル点に含まれる所定
数のサンプル点各々から前記位相シフト量だけずれた時
間を割出しその前後のサンプル値から当該位相シフト点
のレベル値を求めるレベル演算手段とを備えている電子
式移相回路。
1. An analog-to-digital conversion means for sampling an analog input signal and converting it into a digital signal composed of a plurality of sample values, and maintaining linearity within an allowable error range of the input signal among the plurality of sample values. A time interval calculating means for specifying the zero cross points based on sample values before and after the zero cross points of the area and for obtaining a time interval between the specific zero cross points; and a time interval between the specific zero cross points. Based on the ratio with the phase shift amount, the time shifted by the phase shift amount from each of the predetermined number of sample points included in the plurality of sample points in the input signal is calculated, and the sample values before and after the time are calculated from the phase shift point. An electronic phase shift circuit comprising a level calculating means for obtaining a level value.
【請求項2】アナログ入力電圧信号及び同電流信号をサ
ンプリングし、それぞれ複数のサンプル値からなるディ
ジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換手段
と、前記入力電圧信号及び同電流信号のうちいずれか一
方の入力信号に関する前記複数のサンプル値のうち該一
方の入力信号における許容誤差範囲で線形性を保持する
領域のゼロ・クロス点前後のサンプル値に基づいて該ゼ
ロ・クロス点を特定し、その特定ゼロ・クロス点間の時
間間隔を求める時間間隔演算手段と、該特定ゼロ・クロ
ス点間時間間隔と位相シフト角度90度との比に基づい
て前記一方の入力信号における前記複数のサンプル点に
含まれる所定数のサンプル点各々から前記90度だけず
れた時間を割出しその前後のサンプル値から当該位相シ
フト点のレベル値を求めるレベル演算手段と、他方の入
力信号に関する前記複数のサンプル値のうち前記所定数
のサンプル点に対応する点のサンプル値と該レベル演算
手段の出力値とを掛合わせることにより電力値として変
換する乗算手段とを備えている電子式無効電力量計。
2. An analog-to-digital conversion means for sampling an analog input voltage signal and the same current signal and converting them into a digital signal composed of a plurality of sample values respectively; and one of the input voltage signal and the same current signal. The zero-cross point is specified based on the sample values before and after the zero-cross point in the region that maintains the linearity within the allowable error range of the one input signal among the plurality of sample values related to the input signal, and the specified zero A time interval calculation means for determining a time interval between cross points, and a time interval calculation means included in the plurality of sample points in the one input signal based on a ratio of the specific zero / cross point time interval and a phase shift angle of 90 degrees. The time shifted by 90 degrees from each of the predetermined number of sample points is calculated, and the level value of the phase shift point is calculated from the sample values before and after that. Converting the power value by multiplying the output value of the level calculation means and the sample value of the point corresponding to the predetermined number of sample points among the plurality of sample values related to the other input signal. And an electronic reactive watt-hour meter provided with a multiplying unit.
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