JPH0743398A - 電力計 - Google Patents

電力計

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JPH0743398A
JPH0743398A JP5208383A JP20838393A JPH0743398A JP H0743398 A JPH0743398 A JP H0743398A JP 5208383 A JP5208383 A JP 5208383A JP 20838393 A JP20838393 A JP 20838393A JP H0743398 A JPH0743398 A JP H0743398A
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JP
Japan
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current
active power
voltage
positive
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP5208383A
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English (en)
Inventor
Kyoichi Koyama
恭市 小山
Makoto Kudo
真 工藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hioki EE Corp
Original Assignee
Hioki EE Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電路に流れる正、負の有効電力が急激に変動
しても正確に測定し、極性別に所定時間積算する電力
計。 【構成】 電路の電圧、電流からその大きさに比例した
電子回路レベルの電圧と電流を生成し、これら2つの信
号をそれぞれ同一タイミングで同一時刻にサンプリング
しディジタル変換する2つのA/Dコンバータ、同2つ
のA/Dコンバータのサンプリングデータからディジタ
ル演算により電路周波数の一周期ごとにおける正、負の
有効電力を求めるデータ処理部及び有効電力演算部、デ
ータ処理部で求めた有効電力を正、負の極性別に所定時
間積算するCPU及び積算部とからなる電力計。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電力計に係り、特に電
路に流れる正、負の有効電力を測定して積算する電力計
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電路の有効電力は、通常電源側から負荷
側へ流れるが、場合によっては負荷側から電源側へ流れ
ることがある。例えばある速度で負荷を駆動しているモ
ータの電力供給を断つと、そのモータは負荷の慣性モー
メントにより機械的に回転させられて発電機の作用を呈
し、逆起電力を発生して電源側へ電力を流す。この場
合、電源側から負荷側へ流れる前者の有効電力は極性が
正で、負荷側から電源側へ逆方向に流れる後者の有効電
力の極性は負となる。電力管理上の必要により負の有効
電力も測定することがあるので、それに対応できるよう
に正、負両方の有効電力が測定可能な電力計が出回って
いる。ところで、有効電力の正、負の極性は、電路の電
圧と電流間における位相差の大小に関連する。以下、そ
の概要を説明する。
【0003】いま、電路から負荷に加わる電圧をv、電
路に流れる電流をiとし、 v=21/2Vsinωt i=21/2Isin(ωt±θ) とおくことにする。ここで、V,Iはそれぞれ電圧vと
電流iの実効値、ωは角周波数、θは電圧vに対する電
流iの位相角で、+は進み位相を表し、−は遅れ位相を
表すものとする。
【0004】電路に流れる瞬時電力は、電圧vと電流i
の積で表され、 vi=21/2Vsinωt×21/2Isin(ωt±θ) =VIcos(±θ)−VIcos(2ωt±θ) となる。すなわち、瞬時電力は周波数に無関係な一定の
直流成分VIcos(±θ)と、電路周波数の2倍の周
波数を有する交流成分−VIcos(2ωt±θ)とか
らなっている。
【0005】電路に流れる有効電力Wは、電路周波数の
半周期間(0〜π)における瞬時電力の平均値で与えら
れる。この場合、上記交流成分の平均値はゼロとなるか
ら、有効電力として W=VIcos(±θ) が得られる。上式によると、電圧V(実効値)と電流I
(実効値)が一定ならば、有効電力Wの大きさは位相角
θの余弦に比例し、その正、負の極性はcos(±θ)
の極性、すなわち位相角θの大きさによって定まること
になる。
【0006】例えば図4(A)に示すように、電圧vに
対して電流iが遅れ位相で、その遅れ位相角−θの大き
さが 0゜≦−θ≦−90゜ であるとすると、、瞬時電力viは図4(B)のように
なり、この瞬時電力は図4(C)に示す交流成分と、図
4(D)に示す一定直流成分とからなっている。そこ
で、例えばローパスフィルタで上記図4(C)の交流成
分を除去すると、図4(D)の一定直流成分得られる。
この直流成分は VIcos(−θ) であるが、−θが上記の範囲では cos(−θ)=cosθ で正の値となるから、図4(D)の直流成分は正の有効
電力を表している。すなわち、 W=VIcosθ いま、図6に示すように例えば極座標上の原点Qから0
゜方向を正の方向、原点Qから180゜方向を負の方向
とし、電圧の実効値Vを基準ベクトルとして正方向へ設
定したとする。この場合、上記図4の例における正の有
効電力の式中、電圧Vから位相が−θ遅れた電流Iは、
例えば図6の第4象限へ図示のように表すことができ
る。ここで、電流Iの0゜−180゜方向成分をI´と
すると、 I´=Icos(−θ) =Icosθ なる正の値であるから、この電流成分I´は電圧Vと同
方向に流れる。
【0007】また、電圧Vに対して電流Iの位相が+θ
進んでおり、その進み位相角が例えば0゜から+90゜
の範囲内、すなわち 0゜≦θ≦+90゜ である場合は、その電流Iを図6の第1象限に図示のよ
うに表すことができる。この場合、有効電流Wは W=VIcosθ であるが、位相角θが上記の範囲においては 0≦cosθ≦1 なる正の値であるから、有効電力Wも正の値となる。な
お、電流Iの0゜−180゜方向成分をI´とすると、 I´=Icosθ は正の値であり、電圧Vと同方向に流れる。
【0008】図5(A)は、電圧vに対して電流iが進
み位相で、その進み位相角+θの大きさが例えば 90゜<θ≦+180゜ の場合の例である。この場合の瞬時電力viは図5
(B)のようになり、瞬時電力中の交流成分と直流成分
をそれぞれ同図5の(C)と(D)に示す。
【0009】この例において、進み位相角θが上記の範
囲ではcosθが負の値で 0<cosθ≦−1 となるから、有効電力Wは負極性となる。すなわち、 −W=VIcosθ である。この図5の例における電流Iを上記図6の極座
標に図示すると、例えば第2象限に示すようになる。
【0010】ここで、電流Iの0゜−180゜方向の成
分をI´とすると、 −I´=Icosθ であるから負極性の電流となる。よってこの例において
は、電流Iも有効電力Wも電圧Vとは逆向きに負荷側か
ら電源側の方向へ流れる。
【0011】以上のことから、一般に位相角±θが 0゜≦+θ≦+90゜ 又は、 0゜≦−θ≦−90゜ の場合は、電流Iが電圧Vと同方向に流れ、したがって
有効電力Wも電圧Vと同方向に流れ、その極性は正とな
る。
【0012】位相角±θが上記の範囲外、すなわち +90゜<+θ<+270゜ の場合は、電流Iと有効電力Wは共に電圧Vに対して反
対方向に流れ、その極性が負となる。
【0013】図7に従来装置の一例を示す。図示しない
電路の電圧と同電路に流れる電流は、例えば電力測定部
11の電圧入力器12と電流入力器13に取り込まれ、
それぞれ電子回路レベルの電圧vと電流iに変換されて
乗算器14に加えられる。同乗算器14はこの2つの信
号を掛け合わせ、上記した一定レベルの直流成分と、電
路周波数の2倍の周波数で変動する交流成分とからなる
掛け算出力を平滑器15へ送出する。
【0014】平滑器15は上記交流成分を除去し、正又
は負の有効電力を表す一定直流信号を極性判別器16と
スイッチSへ出力する。極性判別器16は平滑器15か
ら加わった直流信号の極性を検出し、例えばその極性が
正の場合はスイッチSを接点a側に駆動し、負の場合は
接点b側へ駆動するように出力を発する。これにより、
接点a側の正の直流信号は積算計17に加わり、接点b
側の負の直流信号は例えば反転増幅器18にて極性が正
に反転し、積算計19に加わる。
【0015】積算計17と19は例えばV/F変換器と
カウンタを備えた同一構成のユニットでなり、それぞれ
入力した直流信号をそのレベルに比例した密度を有する
パルス列に変換する。カウンタはこのパルス数を計数し
てCPU20へ送出する。同CPU20はこの入力パル
スを正、負の電力に換算して表示部21へ表示する。ま
た、積算時間が与えられている場合は、積算計の出力パ
ルスをkWhに換算して表示する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】この従来装置は、電力
測定部が従来のアナログ処理回路の組み合わせで構成さ
れ、その出力から有効電力を表す直流信号を得るように
なっている。よって構成も簡単であり、定常状態の電路
では比較的正確に電力を測定することができる。
【0017】しかし、図8(A)又は(B)に示すよう
に短時間で急峻な電力変動があった場合は、平滑器に応
答の遅れが生じてその出力が点線のようになり、測定誤
差が大きくなるという欠点がある。
【0018】この発明は上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的は、急峻な電力変動にも十分追随し、
正、負の有効電力を高精度で測定できる電力計を提供す
ることにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】この発明においては上記
の課題を解決するため、従来のアナログ回路による信号
処理をディジタル回路にて行なうようにしたものであ
り、下記の手段を備えることを要旨とする。
【0020】すなわち、例えば電圧入力部と電流入力部
にて得た電子回路レベルの電圧信号vと電流信号iを、
所定のタイミングで上記信号の1波期間にそれぞれn回
サンプリングする2つのA/Dコンバータと、例えば上
記A/Dコンバータの電圧と電流のサンプリングデータ
を乗算して前の乗算値へ順次加算するともとに、全n回
の乗算値の加算データからその平均値を算出し、電路の
1波期間における正もしくは負の有効電力を求める有効
電力演算手段と、例えば上記有効電力演算手段から順次
電路の各1波期間における有効電力データを受け、該デ
ータを正、負の極性別に所定時間積算する有効電力積算
手段とを備えている。
【0021】
【作用】上記の手段によると、電圧入力部と電流入力部
にて得た電子回路レベルの電圧と電流は、それぞれ2つ
のA/Dコンバータによりディジタル変換され、各1波
期間における電路の瞬時電力と有効電力は、上記ディジ
タルデータから演算により求めるようになっている。し
たがって、平滑器など有効電力を求めるためのアナログ
処理回路が介在しないので、急激な電力変動に対しても
高速に応答できる。
【0022】
【実施例】この発明の実施例を図1に示す。図示しない
電路の電圧と電流は例えば電圧入力部1と電流入力部3
に取り込まれ、それぞれ電子回路レベルの電圧vと電流
iに変換されてA/Dコンバータ2と4に加えられる。
また、例えば上記電圧vは1波形判別部6にも加えられ
るようになっている。
【0023】A/Dコンバータ2とA/Dコンバータ4
は、上記電圧vと電流iのアナログ波形を同一タイミン
グで同時にサンプリングし、ディジタルデータに変換す
る。また、1波形判別部6は例えば電圧vの1周期分波
形の繰り返し時点を検出し、その検出信号をデータ処理
部(DSP)5に与える。
【0024】データ処理部5は、例えば有効電力演算部
7からの制御により上記電圧のサンプリングデータと電
流iのサンプリングデータとを乗算し、その都度前回の
乗算値に加算する。この加算された各乗算値は、従来例
で説明したアナログの瞬時電力に相当する。
【0025】次に、データ処理部5は例えば上記1波形
判別部6から電圧波形(電流波形でもよい)の繰り返し
時点検出信号を受けると、有効電力演算部7の制御によ
りその時点における上記1周期分の加算乗算値を当該1
周期間における加算回路で除算し、この除算データをC
PU8へ送出する。ここで、上記除算データは電路周波
数の1周期間における瞬時電力の平均値に相当し、当該
周期の有効電力を表している。
【0026】CPU8は例えば積算部9の制御を受け、
データ処理部5から順次入力する電路の各1周期間にお
ける有効電力データについて正、負の極性を判別し、該
入力データをその極性別に所定時間積算して表示部10
などへ表示する。
【0027】ここでちなみに、上記データ処理部5に対
する有効電力演算部7の制御動作例を図2に示し、上記
CPU8に対する積算部9の制御動作例を図3に示す。
なおこの実施例においては、有効電力演算部7と積算部
9はソフトウェアにて構成されている。
【0028】
【効果】以上、詳細に説明したように、この発明におい
ては電路の電圧と電流の大きさに比例した電子回路レベ
ルの電圧信号と電流信号のサンプリングデータを用い、
電路の有効電力測定と有効電力の時間積算をディジタル
処理で行なうようになっている。
【0029】したがってこの発明を適用した電力計によ
ると、電力の急激な変動などかあっても高速に追随し、
正、負の有効電力を正確に測定でき、その時間積算デー
タも信頼性が高い。このため、電路の特性測定や電力管
理の面で有用な電力計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用した電力計の電気的構成を示す
ブロック線図。
【図2】この発明における有効電力演算の制御方法の一
例を示すフローチャート。
【図3】この発明における有効電力積算の制御方法の一
例を示すフローチャート。
【図4】電圧、電流間の位相角と有効電力の極性との関
連説明用波形図。
【図5】電圧、電流間の位相角と有効電力の極性との関
連説明用波形図。
【図6】電圧、電流間の位相角と電流の極性との関連説
明用ベクトル図。
【図7】従来装置の構成を示すブロック線図。
【図8】従来装置における電力変動と回路の追随動作説
明用波形図。
【符号の説明】
1 電圧入力部 2 A/Dコンバータ 3 電流入力部 4 A/Dコンバータ 5 データ処理部 6 1波形判別部 7 有効電力演算部 8 CPU 9 積算部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定電路の電圧と電流を取り込んで同
    電路に流れる正、負の有効電力を測定し、該測定した有
    効電力を極性別に積算する電力計において、 上記電路から取り込んだ電圧と電流を、同一タイミング
    でかつ、同一時刻にそれぞれサンプリングし、順次ディ
    ジタル変換する第1及び第2のA/Dコンバータと、 上記取り込んだ電圧(もしくは電流)の1波形の繰り返
    し周期を検出してその都度検出信号を発する1波形判別
    部と、 上記第1及び第2のA/Dコンバータが同一時刻に送出
    する電圧と電流の両サンプリングデータを乗算して該乗
    算値をその直前までの加算乗算値に順次加算するととも
    に、上記1波形判別部が発する1周期検出信号を受けて
    該信号が入力した時点の上記加算乗算値を当該1周期間
    における加算回数により除算し、上記電路に流れる各1
    周期間の有効電力データを求めるデータ処理部及びその
    データ処理手順を設定する有効電力演算部と、 上記データ処理部が算出した有効電力データを受けてそ
    の正、負の極性を判別し、該データを極性別に所定時間
    積算するCPU及び同CPUのデータ積算手順を設定す
    る積算部とを備えていることを特徴とする電力計。
  2. 【請求項2】 上記有効電力演算部はROMにて構成さ
    れている請求項1に記載の電力計。
  3. 【請求項3】 上記積算部はROMにて構成されている
    請求項1に記載の電力計。
JP5208383A 1993-07-30 1993-07-30 電力計 Pending JPH0743398A (ja)

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JP (1) JPH0743398A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09113540A (ja) * 1995-10-16 1997-05-02 Sanyo Electric Co Ltd 系統連系電源システムの電力計測装置
JP2009288218A (ja) * 2008-06-02 2009-12-10 Yokogawa Electric Corp 電力計

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09113540A (ja) * 1995-10-16 1997-05-02 Sanyo Electric Co Ltd 系統連系電源システムの電力計測装置
JP2009288218A (ja) * 2008-06-02 2009-12-10 Yokogawa Electric Corp 電力計

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Effective date: 20020403