JPH07229934A

JPH07229934A - ディジタル電力測定装置

Info

Publication number: JPH07229934A
Application number: JP4310694A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kimura; 浩樹木村
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ディジタル電力測定装置による電力測定にお
いて、交流スイッチを用いた各種交流電力調整装置の各
出力周波数における有効電力を高精度に正確に測定す
る。【構成】ディジタル電力測定装置による各種交流電力
調整装置の出力からの電力測定方法の構成において、イ
ンピーダンス変換する各バッファアンプ（15、16）と、
RMS／DCコンバータ21並びに各サンプルホールド回路（1
9、20）との測定経路の間に、基本波の出力周波数１よ
り十分に高く、キャリア波の周波数２より十分に低い周
波数に、遮断周波数９をコントロールして設定するプロ
グラマブル・ローパスフィルタ（17、18）を設け、高調
波成分４、５、６を排除して、基本波の出力周波数１に
おける有効電力のみを測定する装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常の電圧、電流、電
力測定に加えてインバータ電源をはじめとする交流スイ
ッチによる交流電力調整装置の出力電圧、電流、電力を
高精度に測定する、ディジタル電力測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、従来から用いられてきた指針形電
力計の場合、インバータ電源の出力周波数が極めて低い
時には、指針の動きが止まらず揺れ続け、振れてしまう
ので、どの値を読めば良いのか判らず、正確な読み取り
ができない。また、本発明の目的とするインバータ電源
をはじめとする交流スイッチによる交流電力調整装置の
出力電力を被測定対象とするものには、従来技術のディ
ジタル電力計によって測定すると、例えば、インバータ
電流では、基本波のみではなく、高調波成分をも測定し
てしまい、真の有効電力を高精度に正確に測定している
とは言えない。

【０００３】すなわち、従来技術のディジタル電力計
は、電力計としての測定周波数帯域のカバー領域が規定
されておらず、実際には数10KHzまでの測定周波数帯域
幅となっているために、インバータ電源の出力周波数で
ある基本波のみならず、高調波成分まで測定してしまっ
ているという欠点を有していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術によれば、イ
ンバータ電源の出力周波数が商用交流電源の出力周波数
より極めて低い場合は、一般に用いられてきた指針形電
力計では、指針の揺れが止まらず、読み値がバラツキ正
確な値が読みとれない。また、従来技術のディジタル電
力計による測定方法の場合には、当該電力計の測定周波
数帯域が数10KHz分の領域までカバーするものであるた
め、被測定対象となるインバータ電源の基本波の出力周
波数のみならず、当該電源の高調波分までも測定してし
まい、これまた、正確に有効電力を読みとって測定する
ことができないという問題点を有していた。

【０００５】そこで、本発明のディジタル電力測定装置
による電力測定においては、一般的方式であるPWMイン
バータ電源、即ち、パルス・ワイド・モジュレーション
インバータ電源の各出力周波数における有効電力を高精
度に正確に測定することが可能な機能を持つ方法で実現
することを目的とした。

【０００６】つまり、具体的には、測定対象とするイ
ンバータ電源の出力基本波の周波数が極低い、例えば、
直流を含む10KHz／sec以下であっても確実に読みとられ
て正確に測定できること。また、測定対象とするイン
バータ電源の出力に含まれる無効電力である高調波成分
は測定せずに、有効電力のみを測定すること。被測定
対象とするものは、インバータ電源のみならず交流スイ
ッチを用いた各種の交流電力調整装置、例えば、サイク
ロコンバータ、サイクル制御、サイリスタ制御等も、一
定の条件で測定できること。また、インバータ電源や
交流スイッチを用いた交流電力調整装置ではない通常の
電源の出力電圧、電流、電力も測定できる機能を持つこ
と。さらに、また、出力される電圧、電流を測定する
ことで、本発明の電力測定装置が持つ演算部やタイマー
機能などにより、演算をさせることにより、各種のパラ
メータの算出ができること。等を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のディジタル電力測定装置においては、次の
構成とした。（1）先ず、電圧測定系では、被測定対象となるPWMイン
バータ電源からの出力を、電圧測定端子11から入力し、
平たんな通過域の特性を持つAC／DCアッテネータ13と、
そこからの出力をインピーダンス変換するバッファアン
プ15とを設け、また、CPUから成る演算部23によって
プログラムが可能で平たんな通過域の特性を持つローパ
スフィルタ17と、その出力を保持できるサンプルホー
ルド回路19とを設ける。

【０００８】（2）また、電流測定系では、被測定対象
となるPWMインバータ電源からの出力を、電流測定端子1
2によって入力し、平たんな通過域の特性を持つ電流セ
ンサ14と、そこからの出力をインピーダンス変換するバ
ッファアンプ16とを設け、また、CPUから成る演算部2
3によってプログラムが可能で平たんな通過域の特性を
持つローパスフィルタ18と、その出力を保持できるサ
ンプルホールド回路20とを設ける。

【０００９】（3）また、それら電圧、電流測定系のバ
ッファアンプ15及びバッファアンプ16からの出力と
して発生したAC信号をDC信号に変換するRMS／DCコンバ
ータ21と、そこからの出力及びサンプルホールド回路
20によって保持されたアナログ信号を、積分型アナログ
／ディジタルコンバータ22でディジタル信号に変換し、
そのディジタル入力信号を処理するCPUから成る演算部2
3とを設ける。

【００１０】更に、測定制御のためのプログラムや測定
結果を表示器等によって表示するためのインターフェー
ス並びに測定結果を出力するためのプリンター用インタ
ーフェース、及び、外部からのCPUによって演算制御が
できるインターフェース、例えば、GP−IBやRS−232C等
のインターフェースである、表示及び外部インターフェ
ース24と、タイマー25とを設ける。また、目的とする測
定パラメータによりシーケンスが異なるので、それぞれ
の回路を切り換えるための半導体切り換えスイッチSW
31、SW32、SW33、SW34並びに接続ポイントA35、B
36、C37、D38を設ける。

【００１１】

【作用】図２に、被測定対象の１つのパラメータである
PWM インバータ電源からの出力電圧の、３相の場合のス
ペクトラムの例を示す。縦軸は振幅、横軸には周波数が
とってある。出力電圧の基本波の出力周波数をWo・１と
し、チョッピングするキャリア波の周波数はWc・２とし
てある。キャリア波３の前後に基本波の整数倍の高調波
４、５、６、が発生する。また、従来技術によるディジ
タル電力計の測定帯域幅８と、本発明のディジタル電力
測定装置の測定帯域幅７を決めるローパスフィルタの特
性の１例を示す。

【００１２】（1）通常、PWMインバータ電源の負荷は、
モータ等の大きな時定数で動作するものであるため、有
効となる電力は基本波のみであり、高周波成分４、５、
６、は無効となる電力である。にもかかわらず、従来技
術のディジタル電力計では、数10KHz／sec程度の測定帯
域幅８を持っているため、高周波成分まで同時に測定し
てしまう。（2）高周波成分は、PWMインバータ電源の基本波の出力
周波数Wo・１の変化や当該インバータの機種のキャリア
周波数Wc・２の相違によって大きく変化して発生する。
従って、同一のディジタル電力計で測定をしても、同時
に測定してしまう無効電力である高調波成分の相違によ
り“有効電力”として当該電力計で測定された結果の中
味は異なり、正確に有効電力の測定をしたことにはなら
ない。

【００１３】（3）また、従来技術のディジタル電力計
では、測定帯域幅を規定することがなされていないた
め、機種の異なる各ディジタル電力計で測定した測定デ
ータの間に互換性がない。（4）それに対して、本発明のディジタル電力測定装置
は、プログラマブルなローパスフィルタ17、18を設けて
いるため、基本波の出力周波数より十分に高く、かつ、
キャリア波の周波数より十分に低い周波数になるように
プログラマブル・ローパスフィルタ17、18の遮断周波数
９に設定することで、基本波のみの測定が可能となっ
た。つまり、測定帯域幅をユーザーが必要と目的に応じ
て自由に設定することができるようになった。（5）加えて、積分時間を変えることができる積分型ア
ナログ／ディジタルコンバータ22を設けるため、積分時
間を長くすることで、直流を含む10KHz／sec以下の低い
出力周波数の基本波も測定することができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明によるディジタル電力測定装
置の、実施例の構成を示すブロック図である。本発明の
構成としたことにより、（1）交流スイッチ等を用いない通常のAC電圧、電流、
電力の高精度な測定も可能である。先ず、AC電圧測定で
は、スイッチ32をオンし、スイッチ34を接続点B36
にセットして、積分型アナログ／ディジタルコンバータ
22でディジタル信号に変換して測定する。（2）同様に、AC電流測定では、スイッチ32をオン
し、スイッチ34を接続点C37にセットして、積分型ア
ナログ／ディジタルコンバータ22でディジタル信号に変
換して測定する。（3）次に、AC電力測定では、サンプルホールド回路1
9並びに同回路20によって、同一時点にて信号をホー
ルドし、先ず、スイッチ31をオンにして、積分型アナ
ログ／ディジタルコンバータ22でディジタル信号に変換
して電圧を測定する。ここで瞬時電圧＝e（t）。次に、
スイッチ31をオフにしスイッチ33をオンにして、積
分型アナログ／ディジタルコンバータ22でディジタル信
号に変換して電流を測定する。ここで瞬時電流＝i
（t）。これにより、瞬時電力p（t）が求められる。つ
まり、p（t）＝e（t）×i（t）となる。従って、有効電
力pは、瞬時電力p（t）を、任意の一周期分Tを積分する
ことによって求める。尚、切り換えスイッチのオン・オ
フは、演算部23で制御される半導体スイッチで行ってい
る。なお、スイッチ31とスイッチ33の時間的な順序
は限定されるものではなく、入れかわってもよい。

【００１５】

【数１】

【００１６】同じく、本発明の構成としたことにより、
交流スイッチ等を用いた交流電力調整装置の各種パラメ
ータの高精度な測定が可能となる。本実施例では、その
中のPWMインバータ電源の出力電圧、電流、電力の測定
について述べる。（4）PWMインバータ電源の出力電圧の測定では、先ず、
基本波の出力周波数Wo・１より十分に高く、かつ、キャ
リア波Wc・２の周波数より十分に低い周波数９を設定す
る。次いで、切り換えスイッチ32をオンし、同じくス
イッチ34を接続点A35にセットし、積分型アナログ／
ディジタルコンバータ22で変換して、測定が行われる。
これにより、PWMインバータ電源の基本波の出力周波数W
o・１のみを出力電圧が正確に測定できる。

【００１７】（5）また、当該電源の出力電流の測定で
は、電圧測定の場合と同様に、基本波の出力周波数Wo・
１より十分高く、かつ、キャリア波Wc・２の周波数より
十分に低い周波数になるようにプログラマブル・ローパ
スフィルタ18の遮断周波数９を設定する。次いで、切
り換えスイッチ32をオンし、同スイッチ34を接続点
D38にセットし、積分型アナログ／ディジタルコンバー
タ22で変換して、測定が行われる。これにより、PWMイ
ンバータ電源の基本波の出力周波数Wo・１のみの出力電
流が正確に測定できる。

【００１８】（6）次に、当該電源の電力の測定では、
電圧、電流の測定の場合と同様に、基本波の出力周波数
Wo・１より十分高く、かつ、キャリア波Wc・２の周波数
より十分に低い周波数になるように、プログラマブル・
ローパスフィルタ17並びに同18それぞれの遮断周波
数９を設定する。次いで、サンプルホールド回路並び
に同20によって同一時点で信号をホールドし、切り換
えスイッチ31をオンにして、積分型アナログ／ディジ
タルコンバータ22でディジタル信号に変換して電圧を測
定する。ここで瞬間電圧＝e（t）。また、切り換えスイ
ッチ31をオフにし、同スイッチ３をオンにして積分型
アナログ／ディジタルコンバータ22でディジタル信号に
変換して電流を測定する。ここで瞬間電流＝i（t）。こ
れより、瞬時電力p（t）が求められる。つまり、p（t）
＝e（t）×i（t）となる。従って、有効電力pは、交流
スイッチ等を用いない通常の電源の測定の場合と同様
に、瞬時電力p（t）を任意の一周期分Tを積分すること
によって求める。

【００１９】

【数１】

【００２０】（7）また、本発明の構成によれば、電
圧、電流の測定データが必要十分な周波数の範囲で高精
度に取得されるので、本構成の演算部23やタイマー25等
の機能を用いて各種演算を行うことにより、各種パラメ
ータが算出できる。

【００２１】

【数１】

【００２２】（8）また、本発明の構成によれば、PWMイ
ンバータ電源のみならず、交流スイッチを用いたインバ
ータ、サイクロコンバータ、サイクロ制御、サイリスタ
制御等の交流電力調整装置の出力の各種パラメータを測
定することができる。（9）電流測定端子12は、被測定対象とする電流の大き
さのレンジに対応した電流センサの選択ができるように
複数の端子を持つコネクタ構造としてある。

【００２３】（10）AC／DCアッテネ−タ13と電流センサ
14と各バッファアンプ15・16を並列に複数個設け、演算
部23により制御される半導体切り換えスイッチ34により
オン・オフすることで、多相交流出力にも対応できる。（11）RMS（実効値）／DCコンバータ21に変えて、AVE
（平均値）／DCコンバータとすれば、本構成によって測
定できるパラメータとは異なったパラメータが測定でき
る。（12）RMS／DCコンバータ21の他に、ピークホールド回
路を付加すれば、PWMインバータ電源の出力の変調度と
クレストファクタとを測定することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。（1）本発明の構成によるディジタル電力測定装置で
は、プログラマブル・ローパスフィルタが設けられてい
るため、PWMインバータ電源等交流スイッチを用いた交
流電力調整装置に特有の高調波成分は測定せず、目的と
する基本波の出力周波数での出力のみが、有効電力とし
て高精度に測定可能となった。（2）また、本構成で設けられたローパスフィルタは、
プログラマブルであるために、ユーザが、被測定対象物
とその被測定対象物の内容や目的に応じて、測定帯域幅
を自由にコントロールできる。従って、コントロールさ
れた一定の条件下であらゆる被測定対象物を測定するこ
とが可能となった。インバータ、サイクロコンバータ、
サイクル制御、サイリスタ制御等に適用可能である。（3）さらに、積分時間をコントロールできる積分型ア
ナログ／ディジタルコンバータを用いているため、積分
時間を長くすることで、10KHz／sec以下の低い出力周波
数でも基本波のみを高精度で正確に測定することが可能
となった。従って、直流でも測定可能であり、勿論、従
来技術の通常の電源もより高精度で正確に測定すること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例による構成を示すブロック
図である。

【図２】被測定対象とするPWMインバータ電源の出力電
圧のスペクトラムと、測定帯域幅を示す概念図である。

【符号の説明】

１基本波の出力周波数（Wo）２キャリア波の周波数（Wc）３キャリア波の２倍の周波数（2Wc）４、５、６高調波の周波数群７本発明のディジタル電力測定装置の測定帯域幅８従来技術のディジタル電力計の測定帯域幅９本発明のローパスフィルタのカットオフ点 11 電圧測定端子 12 電流測定端子 13 AC／DCアッテネータ 14 電流センサ 15 バッファアンプ 16 バッファアンプ 17 ローパスフィルタ 18 ローパスフィルタ 19 サンプルホールド回路 20 サンプルホールド回路 21 RMS／DCコンバータ 22 アナログ／ディジタルコンバータ 23 演算部 24 表示及び外部インタフェース 25 タイマー 31 切り換えスイッチ 32 切り換えスイッチ 33 切り換えスイッチ 34 切り換えスイッチ 35 接続点 A 36 接続点 B 37 接続点 C 38 接続点 D

【数２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 AC／DCアッテネータ（13）及び電流セン
サ（14）からの入力をそれぞれインピーダンス変換する
バッファアンプ（15、16）を設け、入力信号を直流に変換するRMS／DCコンバータ（21）を
設け、入力信号を同一時点でホールドするサンプルホールド回
路（19、20）を設け、当該各バッファアンプ（15、16）と、当該RMS/DCコンバ
ータ（21）及び当該各サンプルホールド回路（19、20）
との間に、基本波の出力周波数（１）より高く、キャリ
ア波の周波数（２）よりも低い周波数に制御して、遮断
周波数（９）を設定するプログラマブル・ローパスフィ
ルタ（17、18）を設けて接続し、以上の構成を具備する
ことを特徴とするディジタル電力測定装置。
【請求項２】 AC／DCアッテネータ（13）と、電流セン
サ（14）と、それぞれに接続するバッファアンプ（15、
16）とを一組としたものを複数組設け、切り換えスイッ
チ（34）により選択接続する請求項１記載のディジタル
電力測定装置。
【請求項３】 RMS／DCコンバータ（21）に代えて、AVE
／DCコンバータを設けた請求項１記載のディジタル電力
測定装置。
【請求項４】 RMS／DCコンバータ（21）の後段に、ピ
ークホールド回路を設けて接続した請求項１記載のディ
ジタル電力測定装置。