JPH09133716A - 電圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電圧の測定において、その交流電圧の実
行値又は平均値を精度良く測定を行うことができる電圧
検出装置を提供することである。 【解決手段】 周波数検出手段４で検出された交流電圧
の周波数に比例した周波数信号を出力し、積分演算手段
５は、ＡＤ変換器２で得られた交流電圧のディジタル信
号行列の絶対値を所定回数だけ加算して積分結果を出力
し、位相差角演算手段６は、周波数検出手段４で検出さ
れた交流電圧の周波数信号からディジタル信号の変換周
期を交流電圧の位相で表現した位相差角信号を算出し、
正規化演算手段７は、位相差角信号に基づいて得られる
電圧補正比率を積分結果に乗算して正規化した電圧検出
信号を出力する。これにより、演算誤差を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、演算処理装置を用
いて交流電圧を測定する電圧検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、発電機の出力電圧のような正弦
波の交流電圧測定には、演算処理装置を用いた積分演算
方式の電圧検出装置が用いられている。このような電圧
検出装置の従来例を図５に示す。

【０００３】図５において、電圧検出装置１は、ＡＤ変
換器２と演算処理装置３とからなる。交流電圧Ｖ０は、
ＡＤ変換器２に入力され、ＡＤ変換器２でディジタル信
号行列Ｄに変換される。ＡＤ変換器２の出力はディジタ
ル信号行列Ｄとして演算処理装置３に入力され、さらに
演算処理装置３の出力は電圧検出信号Ｖ１として電圧検
出装置１から出力されるように構成されている。

【０００４】ＡＤ変換器２は、交流電圧Ｖ０の瞬時値を
一定周期でディジタル信号に変換してディジタル信号行
列Ｄを出力するものであり、演算処理装置３は、ディジ
タル信号行列Ｄから交流電圧Ｖ０の実効値又は平均値と
比例した電圧検出信号Ｖ１を演算して出力するものであ
る。この演算処理装置３は、ディジタル信号行列Ｄの絶
対値を一定回数だけ加算して積分結果Ｓを出力する積分
演算手段５から構成されている。

【０００５】このような電圧検出装置１では、交流電圧
Ｖ０をディジタル信号行列Ｄに変換し、演算処理装置３
の積分演算手段５で演算を行うことにより、交流電圧Ｖ
０の電圧検出を行っている。この積分演算手段５での交
流電圧Ｖ０の半周期の積分演算方法としては、式（１）
に示す演算が用いられている。

【０００６】

【数１】

【０００７】ただし α：ＡＤ変換器２の変換周期Ｔ
を交流電圧Ｖ０の位相で表現した値（以降、位相差角α
と呼ぶ）であり、交流電圧Ｖ０の周波数信号をＦとした
とき、α＝２π＊Ｆ＊Ｔで示される。 Ｓ：積分結果 Ｎ：加算回数 Ｄｎ：ディジタル信号行列の値（ｎ回前） 例えば、周波数信号Ｆを５０Ｈｚ、変換周期Ｔを１／５
００ｓとしたときは、積分結果は、次式（１ａ）で示さ
れる。

【０００８】 Ｓ＝（１／５）（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５） …（１ａ）

【０００９】つまり、変換周期Ｔが１／５００ｓである
ときは、１周期では１０個のディジタル信号となるが、
式（１）は半周期の積分を示しているので、式（１ａ）
に示すように１周期の半分の５個のディジタル信号が加
算されることになる。

【００１０】次に、交流電圧検出の場合には、その電圧
波形の半周期（位相角でπラジアン）又はその整数倍数
の範囲の積分を行うことにより、電圧波形の位相に関係
なく一定の電圧検出が行える。したがって、ディジタル
信号の加算回数Ｎは、交流電圧Ｖ０の定格周波数Ｆ０と
ＡＤ変換器２の変換周期Ｔとの関係により予め設定され
る。例えば、半周期の積分の場合には、その加算回数は
式（２）のように設定される。

【００１１】 Ｎ＝１／（Ｔ＊Ｆ０＊２） ＝π／α …（２） ただし Ｆ０：交流電圧Ｖ０の定格周波数 Ｔ：ＡＤ変換器２の変換周期

【００１２】したがって、積分結果Ｓは、式（１）と式
（２）とから式（３）のように表される。

【００１３】

【数２】

【００１４】

【本発明が解決しようとする課題】ところが、このよう
な従来のものでは、正弦波を直線にて近似していること
に起因して、以下に述べるような欠点がある。

【００１５】図６は従来例での正弦波を直線にて近似
し、電圧検出信号を得る場合の説明図である。図６に示
すように、例えば、交流電圧Ｖ０の位相角θ１から位相
角θ２までの理論的な面積Ｓ０は、式（４）で表され
る。

【００１６】

【数３】

【００１７】ただし Ａ：交流電圧Ｖ０の波高値

【００１８】また、積分演算手段５により、正弦波を直
線にて近似して求められる面積Ｓ１は、位相角θ１にお
ける交流電圧Ｖ０の瞬時値をＤｎ-1、位相角θ２におけ
る交流電圧Ｖ０の瞬時値をＤｎとすれば式（５）で表さ
れる。

【００１９】 Ｓ１＝α＊（｜Ｄｎ-1｜＋｜Ｄｎ｜）／２ ＝α＊（｜Ａｓｉｎθ１｜＋｜Ａｓｉｎθ２｜）／２ …（５）

【００２０】すなわち、位相角θ１における交流電圧Ｖ
０の瞬時値Ｄｎ-1に位相差角αを乗算した値の１／２
と、位相角θ２における交流電圧Ｖ０の瞬時値Ｄｎに位
相差角αを乗算した値の１／２との和で求められる。

【００２１】図６において、理論的な面積Ｓ０と積分演
算手段５により正弦波を直線にて近似して求められる面
積Ｓ１との誤差は式（６）で表される。

【００２２】Ｓ２＝Ｓ０−Ｓ１ …（６）

【００２３】このように、面積Ｓ２は直接近似による誤
差であり、面積Ｓ０と面積Ｓ１とは等しくはならない。
すなわち、従来の積分演算手段５により求められる面積
Ｓ１は理論値Ｓ０と直線近似の誤差Ｓ２だけずれる。

【００２４】ここで、理論的な面積Ｓ０と積分演算手段
５により求められる面積Ｓ１の電圧補正比率Ｋを、式
（４）と式（５）から求めると、式（７）で表される。
なお、式（７）において、α＝θ２−θ１である。

【００２５】 Ｋ＝Ｓ０／Ｓ１ ＝（２／α）＊ｓｉｎ（α／２）／ｃｏｓ（α／２） …（７）

【００２６】従って、位相差角αに応じて、積分演算手
段５により近似で求められる面積Ｓ１には、直線積分に
起因する誤差が発生している。例えば、位相差角αがπ
／６ラジアンの場合には、積分演算により求められる面
積Ｓ１が理論値と比べて約２．３％小さくなる。

【００２７】また、交流電圧Ｖ０がゼロ点と交わる部分
では、瞬時値を検出する点がゼロ点と一致しないことに
起因する誤差が発生する。図７は、交流電圧Ｖ０がゼロ
点と交わる部分における従来例の説明図である。

【００２８】図７において、積分演算手段５により、本
来的に求められるべきゼロ点前後の面積Ｓ３は、式
（８）で表される。

【００２９】Ｓ３＝Ｓ４＋Ｓ５＋Ｓ６ …（８）

【００３０】ここで、面積Ｓ５は面積Ｓ７で相殺され、
かつ面積Ｓ６は面積Ｓ８で相殺される。すなわち、従来
例での近似計算は、例えば、位相角θｎ-3では、位相角
θｎ-3での瞬時値Ｄｎ-3と位相差角αとの積がその位相
角θｎ-3での面積として求められ、位相角θｎ-2では、
位相角θｎ-2での瞬時値Ｄｎ-2と位相差角αとの積がそ
の位相角θｎ-2での面積として求められる。したがっ
て、互いに凹凸の生じた面積Ｓ２１と面積Ｓ２２とは互
いに相殺されることになる。

【００３１】したがって、面積Ｓ５は面積Ｓ７で相殺さ
れ、かつ面積Ｓ６は面積Ｓ８で相殺されるので、積分演
算手段５により近似で求められるべきゼロ点前後の面積
Ｓ３としては、図６の網かけ部分の面積Ｓ４（Ｓ４１＋
Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）が求められればよい。

【００３２】そこで、ゼロ点と交わる点の直前の交流電
圧Ｖ０の瞬時値の検出値をＤｎ-1、次の検出値をＤｎと
すると、近似計算による面積Ｓ４は式（９）で表され
る。

【００３３】 Ｓ４＝(α／２)＊[｜Ｄｎ-1｜＋｜Ｄｎ｜ ＋{(Ｄｎ-1)2＋(Ｄｎ)2}／(｜Ｄｎ-1｜＋｜Ｄｎ｜)] …（９）

【００３４】ここで、式９の（α／２）＊｜Ｄｎ-1｜は
面積Ｓ４１であり、（α／２）＊｜Ｄｎ｜は面積Ｓ４４
である。そして、電圧波形の正弦波を直線近似して、面
積Ｓ４２及び面積Ｓ４３は求められる。つまり、（α／
２）＊（Ｄｎ-1）2／（｜Ｄｎ-1｜＋｜Ｄｎ｜）は面積
Ｓ４２であり、（α／２）＊（Ｄｎ-1）2／（｜Ｄｎ-1
｜＋｜Ｄｎ｜）は面積Ｓ４３である。

【００３５】一方、積分演算手段５により、実際に求め
られるゼロ点前後の面積Ｓ９は、式（１０）で表され
る。

【００３６】 Ｓ９＝α＊（｜Ｄｎ-1｜＋｜Ｄｎ｜） …（１０）

【００３７】すなわち、位相差角θｎ-1での面積は、電
圧の瞬時値Ｄｎ-1と位相差角θｎ-1との積で求められ、
位相差角θｎでの面積は、電圧の瞬時値Ｄｎと位相差角
θｎとの積で求められる。このことから、ゼロ点前後の
面積Ｓ９は、式（１０）に示されるようにこれらの和で
表される。

【００３８】ここで、式（９）と式（１０）とから、面
積Ｓ４と面積Ｓ９との差である面積Ｓ１０を求めると、
式（１１）で表される。

【００３９】 Ｓ１０＝Ｓ９−Ｓ４ ＝α＊｜Ｄｎ-1｜＊｜Ｄｎ｜／（｜Ｄｎ-1｜＋｜Ｄｎ｜） …（１０）

【００４０】従って、積分演算手段５の演算結果には、
式（１１）で表される面積Ｓ１０の誤差が含まれてい
る。

【００４１】例えば、位相差角αがπ／６ラジアンと
し、｜Ｄｎ-1｜＝｜Ｄｎ｜とすれば、半周期（πラジア
ン）の積分演算時の誤差は全体面積の約３．３５％とな
る。従って従来の方式では、必ずしも精度の良い電圧検
出ができなかった。

【００４２】本発明の目的は、交流電圧の測定におい
て、その交流電圧の実行値又は平均値を精度良く測定を
行うことができる電圧検出装置を提供することである。

【００４３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、交流
電圧の瞬時値を一定周期でディジタル信号に変換してデ
ィジタル信号行列を出力するＡＤ変換器と、ディジタル
信号行列に基づき交流電圧の周波数と比例した周波数信
号を出力する周波数検出手段と、ディジタル信号行列の
絶対値を所定回数だけ加算して積分結果を出力する積分
演算手段と、周波数信号からディジタル信号の変換周期
を交流電圧の位相で表現した値に変換した位相差角信号
を出力する位相差角演算手段と、位相差角信号に基づい
て得られる電圧補正比率を積分結果に乗算して正規化し
た電圧検出信号を出力する正規化演算手段とを具備して
いる。

【００４４】この構成によれば、位相差角に応じて積分
結果を正規化し、交流電圧を直線近似にて積分演算した
際に生ずる誤差を補正する。従って、精度の良い電圧検
出が可能となる。また、交流電圧の周波数を検出して位
相差角を演算しているため、その周波数が変動した場合
でも正確な位相差角が得られる。従って、交流電圧の周
波数が変動しても正確な正規化演算が可能であるため、
精度の良い電圧検出が可能となる。

【００４５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、積分演算手段は、周波数信号と反比例した回数分だ
けディジタル信号を加算して積分結果を出力し、周波数
信号に基づいて得られた加算回数補正係数を積分結果に
乗算して正規化した積分結果を求め正規化演算手段に出
力する加算回数補正演算手段を付加したものである。

【００４６】この構成によれば、位相差角に応じて積分
演算手段からの積分結果を正規化し、交流電圧を直線近
似にて積分演算した際に生ずる誤差をなくす。従って、
精度の良い電圧検出が可能となる。また、交流電圧の周
波数を検出して位相差角を演算しているため、その周波
数が変動した場合でも正確な位相差角が得られる。従っ
て、交流電圧の周波数が変動しても正確な正規化演算が
可能であるため、精度の良い電圧検出が可能となる。

【００４７】さらに、積分演算においてディジタル信号
行列の絶対値の加算回数を、交流電圧の周波数と反比例
した回数とすることができるので、交流電圧の周波数が
変動しても、積分演算においてディジタル信号行列の絶
対値の加算回数が反比例に変化し常に交流電圧の一定範
囲分の積分演算結果が得られるため、精度の良い電圧検
出を行うことができる。また、積分結果と周波数信号を
乗算して正規化しているため、交流電圧の周波数が変動
し、積分演算の加算回数が変化しても一定の積分演算結
果が得られるため、精度の良い電圧検出を行うことがで
きる。

【００４８】請求項３の発明は、交流電圧の瞬時値を一
定周期でディジタル信号に変換してディジタル信号行列
を出力するＡＤ変換器と、ディジタル信号行列に基づき
交流電圧の周波数と比例した周波数信号を出力する周波
数検出手段と、ディジタル信号行列の絶対値を所定回数
だけ加算して積分結果を出力する積分演算手段と、周波
数信号からディジタル信号の変換周期を交流電圧の位相
で表現した値に変換した位相差角信号を出力する位相差
角演算手段と、ディジタル信号行列の絶対値から交流電
圧の半周期における最小値と次いで小さな値を抽出する
最小値抽出手段と、最小値抽出手段で抽出された値と位
相差角信号に基づき演算された電圧補正値を積分結果か
ら減算して電圧検出信号を出力する正規化演算手段とを
具備したものである。

【００４９】この構成によれば、ディジタル信号行列の
絶対値から交流電圧の半周期における最小値と次いで小
さな値、すなわち交流電圧のゼロ点近傍の値と、位相差
角信号とを得て、ゼロ点と交わる部分での誤差分（電圧
補正値）を積分結果より減算する。これにより、精度の
良い電圧検出を行うことができる。

【００５０】また、交流電圧の周波数を検出して位相差
角を演算しているため、その周波数が変動した場合でも
正確な位相差角が得られる。従って、交流電圧の周波数
が変動しても、正確な正規化演算が可能であるため、精
度の良い電圧検出が可能となる。

【００５１】請求項４の発明は、交流電圧の瞬時値を一
定周期でディジタル信号に変換してディジタル信号行列
を出力するＡＤ変換器と、交流電圧のゼロ点における位
相を検出し位相検出信号として出力する位相検出器と、
その位相検出信号を開始点として交流電圧の瞬時値を一
定周期でディジタル信号に変換してディジタル信号行列
を出力するＡＤ変換器と、位相検出信号をディジタル信
号の加算開始位相としてディジタル信号行列の絶対値を
所定回数だけ加算し交流電圧の実効値又は平均値と比例
した電圧検出信号を出力する演算処理装置とを具備した
ものである。

【００５２】この構成によれば、積分演算においてディ
ジタル信号行列の絶対値の加算開始位相を、交流電圧の
ゼロ点に固定（設定）できる。このため、交流電圧波形
がゼロ点と交わる部分での誤差をなくすことができるの
で、精度の良い電圧検出を行うことができる。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
ブロック構成図である。図１において、この第１の実施
の形態における電圧検出装置１は、ＡＤ変換器２と演算
処理装置３とからなり、交流電圧Ｖ０はＡＤ変換器２に
入力され、ＡＤ変換器２の出力がディジタル信号行列Ｄ
として演算処理装置３に入力され、さらに演算処理装置
３の出力が電圧検出信号Ｖ１として電圧検出装置１から
出力されるよう構成されている。

【００５４】ＡＤ変換器２は、交流電圧Ｖ０の瞬時値を
一定周期でディジタル信号に変換してディジタル信号行
列Ｄを出力する。また、演算処理装置３は、ディジタル
信号行列Ｄから交流電圧Ｖ０の実効値または平均値と比
例した電圧検出信号Ｖ１を演算して出力する。

【００５５】この演算処理装置３は、ディジタル信号行
列Ｄに基づき交流電圧Ｖ０の周波数に比例した周波数信
号Ｆを出力する周波数検出手段４と、ディジタル信号行
列Ｄの絶対値を所定回数だけ加算して積分結果Ｓを出力
する積分演算手段５と、周波数信号Ｆに基づきディジタ
ル信号Ｄの変換周期Ｔの位相差角αを演算し、その演算
した位相差角信号αを出力する位相差角演算手段６と、
位相差角αを基に電圧補正比率Ｋを算出し、積分結果Ｓ
に乗算して積分結果Ｓを正規化した電圧検出信号Ｖ１を
出力する正規化演算手段７とからなる。

【００５６】位相差角演算手段６において、位相差角信
号αは周波数信号Ｆ及びディジタル信号Ｄの変換周期Ｔ
に基づいて式（１２）にて演算される。

【００５７】α＝２π＊Ｆ＊Ｔ …（１２）

【００５８】さらに、正規化演算手段７においては、位
相差角信号αにより積分結果Ｓにおける直線積分に起因
する誤差の電圧補正比率Ｋを式（１３）にて演算し、式
（１４）に示すように、この電圧補正比率Ｋを積分結果
Ｓに乗算することにより、正規化された演算結果を電圧
検出信号Ｖ１として出力する。なお、式（１２）は式
（１ａ）と同じであり、式（１３）は式（７）と同じで
ある。

【００５９】 Ｋ＝（２／α）＊ｓｉｎ（α／２）／ｃｏｓ（α／２） …（１３） Ｖ１＝Ｋ＊Ｓ …（１４） ただし Ｔ：ＡＤ変換器２の変換周期 Ｆ：周波数信号 α：位相差角信号 Ｋ：電圧補正比率 Ｓ：積分結果 Ｖ１：電圧検出信号

【００６０】このように、位相差角αに応じて積分結果
Ｓを正規化できるので、交流電圧Ｖ０を直線近似にて積
分演算した際に生ずる誤差Ｓ２をなくすことができるた
め、精度の良い電圧検出が可能となる。また、交流電圧
Ｖ０の周波数Ｆを検出して位相差角αを演算しているた
め、その周波数Ｆが変動した場合でも正確な位相差角α
が得られる。従って、精度の良い電圧検出が可能とな
る。

【００６１】以上説明したように、この第１の実施の形
態によれば、正規化演算手段７において、位相差角信号
αに応じて積分結果Ｓを正規化できるので、交流電圧Ｖ
０を直線近似にて積分演算した際に生ずる誤差をなくす
ことができる。このため、精度の良い電圧検出信号Ｖ１
が得られる。また、周波数検出手段４において交流電圧
Ｖ０の周波数信号Ｆを検出しており、その信号に基づき
位相差角演算手段６にて位相差角信号αを演算している
ため、交流電圧Ｖ０の周波数Ｆが変動した場合でも、正
確な位相差角信号αが演算できる。このことから、交流
電圧Ｖ０の周波数Ｆが変動した場合でも、精度の良い電
圧検出信号Ｖ１が得ることができる。

【００６２】以下、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態を示す電
圧検出装置１のブロック構成図である。図２において、
この第２の実施の形態における電圧検出装置１は、ＡＤ
変換器２と演算処理装置３とからなり、交流電圧Ｖ０は
ＡＤ変換器２に入力され、ＡＤ変換器２の出力がディジ
タル信号行列Ｄとして演算処理装置３に入力され、さら
に演算処理装置３の出力が電圧検出信号Ｖ１として電圧
検出処理装置１から出力されるよう構成されている。

【００６３】ＡＤ変換器２は、交流電圧Ｖ０の瞬時値を
一定周期でディジタル信号に変換してディジタル信号行
列Ｄを出力する。また、演算処理装置３は、ディジタル
信号行列Ｄから交流電圧Ｖ０の実効値または平均値と比
例した電圧検出信号Ｖ１を演算して出力する。

【００６４】演算処理装置３は、ディジタル信号行列Ｄ
に基づき交流電圧Ｖ０の周波数に比例した周波数信号Ｆ
を出力する周波数検出手段４と、ディジタル信号行列Ｄ
の絶対値を周波数信号Ｆと反比例した回数分だけ加算し
て積分結果Ｓを出力する積分演算手段５と、積分結果Ｓ
と周波数信号Ｆとを乗算して正規化した積分結果ＳＸ出
力する加算回数補正演算手段８と、周波数信号Ｆに基づ
きディジタル信号Ｄの変換周期Ｔの位相差角αを演算し
位相差角信号αを出力する位相差角演算手段６と、位相
差角信号αを基に電圧補正比率Ｋを算出し、積分結果Ｓ
に乗算して積分結果Ｓを正規化した電圧検出信号Ｖ１を
出力する正規化演算手段７とからなる。

【００６５】この第２の実施の形態では、図１に示した
第１の実施の形態に対し、積分演算手段５において、デ
ィジタル信号行列Ｄの絶対値を周波数信号Ｆと反比例し
た回数分だけ加算して積分結果Ｓを出力するようにし、
さらに、加算回数補正演算手段８で交流電圧Ｖ０の周波
数信号Ｆの変化による加算回数Ｎの変化を補正を行うよ
うにしている。

【００６６】積分演算手段５では、式（１５）に示すよ
うに加算回数Ｎを周波数信号Ｆに反比例に設定する。こ
れにより、交流電圧Ｖ０の半周期の積分結果Ｓを得るこ
とができる。従って、交流電圧Ｖ０の周波数が変動して
も、常に交流電圧Ｖ０の半周期の積分結果Ｓを得ること
ができる。

【００６７】Ｎ＝１／（Ｔ＊Ｆ＊２） …（１５） ただし Ｔ ：ＡＤ変換器２の変換周期 Ｆ ：周波数信号

【００６８】また、加算回数補正演算手段８は、交流電
圧Ｖ０の周波数信号Ｆの変化による加算回数Ｎの変化を
補正するものであり、式（１６）のように表される。例
えば、交流電圧Ｖ０の周波数が２倍になれば、半周期分
の積分結果Ｓは周波数Ｆに反比例して１／２倍となる。
すなわち、交流電圧Ｖ０の周波数信号Ｆと半周期分の積
分結果Ｓは反比例の関係にあるので、積分結果Ｓに周波
数信号Ｆを加味して、積分結果Ｓを正規化する必要があ
る。そこで、式（１６）に示すように積分結果Ｓに（Ｆ
／Ｆ０）を乗算して積分結果Ｓを正規化した積分結果Ｓ
Ｘを得る。

【００６９】ＳＸ＝（Ｆ／Ｆ０）＊Ｓ …（１６） ただし Ｆ０：定格周波数 Ｆ：周波数信号 Ｓ：積分結果 ＳＸ：正規化した積分結果

【００７０】以上説明したように、この第２の実施の形
態によれば、正規化演算手段７において、位相差角信号
αに応じて積分結果Ｓを正規化できるので、交流電圧Ｖ
０を直線近似にて積分演算した際に生ずる誤差をなくす
ことができる。これにより、精度の良い電圧検出信号Ｖ
１が得られる。また、周波数検出手段４において交流電
圧Ｖ０の周波数信号Ｆを検出し、その信号に基づき位相
差角演算手段５にて位相差角信号αを演算しているの
で、交流電圧Ｖ０の周波数が変動した場合でも、正確な
位相差角信号αが演算できる。従って、交流電圧Ｖ０の
周波数が変動した場合でも、精度の良い電圧検出信号Ｖ
１が得られる。

【００７１】また、積分演算手段５においてディジタル
信号行列Ｄの絶対値の加算回数Ｎを、交流電圧Ｖ０の周
波数信号Ｆと反比例した回数としているので、交流電圧
Ｖ０の周波数が変動しても、積分演算手段５においてデ
ィジタル信号行列Ｄの絶対値の加算回数Ｎが周波数と反
比例に変化し、常に交流電圧の一定範囲分の積分結果Ｓ
が得られる。このため、精度の良い電圧検出を行うこと
ができる。

【００７２】また、加算回数補正演算手段８において積
分結果Ｓに周波数信号Ｆを加味して正規化しているた
め、交流電圧Ｖ０の周波数信号Ｆが変動し、積分演算手
段５の加算回数Ｎが変化しても一定の積分結果ＳＸが得
られる。このため、精度の良い電圧検出を行うことがで
きる。

【００７３】図３は、本発明の第３の実施の形態を示す
ブロック構成図である。図３において、この第３の実施
の形態における電圧検出装置１は、ＡＤ変換器２と演算
処理装置３からなり、交流電圧Ｖ０はＡＤ変換器２に入
力され、ＡＤ変換器２の出力がディジタル信号行列Ｄと
して演算処理装置３に入力され、さらに演算処理装置３
の出力が電圧検出信号Ｖ１として電圧検出装置１から出
力されるよう構成されている。

【００７４】ＡＤ変換器２は、交流電圧Ｖ０の瞬時値を
一定周期でディジタル信号に交換してディジタル信号行
列Ｄを出力する。また、演算処理装置３は、ディジタル
信号行列Ｄから交流電圧Ｖ０の実効値または平均値と比
例した電圧検出信号Ｖ１を演算して出力する。

【００７５】演算処理装置３は、ディジタル信号行列Ｄ
に基づき交流電圧Ｖ０の周波数に比例した周波数信号Ｆ
を出力する周波数検出手段４と、ディジタル信号行列Ｄ
の絶対値を所定回数だけ加算して積分結果Ｓを出力する
積分演算手段５と、周波数信号Ｆからディジタル信号行
列Ｄの変換周期Ｔの位相差角αを演算し位相差角信号α
を出力する位相差角演算手段６と、ディジタル信号行列
Ｄの絶対値から交流電圧Ｖ０の半周期における最小値と
次いで小さな値を抽出する最小値抽出手段９と、その抽
出された値ＶＬ１、ＶＬ２と位相差角信号αとに基づき
演算される電圧補正値を積分結果Ｓから減算して電圧検
出信号Ｖ１を出力する正規化演算手段１０とから構成さ
れている。

【００７６】最小値抽出手段９では、ディジタル信号行
列Ｄの絶対値から交流電圧Ｖ０半周期における最小値Ｖ
Ｌ１及び次いで小さな値ＶＬ２、すなわち交流電圧Ｖ０
のゼロ点近傍の値を得る。また、位相差角演算手段６で
は位相差角信号αを得る。

【００７７】そして、正規化演算手段７においては、交
流電圧Ｖ０がゼロと交わる部分で発生する誤差分を積分
結果Ｓより減算する。これを式（１７）に示す。

【００７８】 Ｖ１＝Ｓ−α＊|ＶＬ１|＊|ＶＬ２|／(|ＶＬ１|＋|ＶＬ１|) …（１７） ただし ＶＬ：交流電圧Ｖ０の半周期における最小値 ＶＬ２：交流電圧Ｖ０の半周期における最小値に次いで
小さな値

【００７９】ここで、交流電圧Ｖ０がゼロと交わる部分
で発生する誤差分は、式（１１）で示され、その式（１
１）の｜Ｄｎ-1｜にＶＬ１を代入し、｜Ｄｎ｜にＶＬ２
を代入して求められる。そして、この誤差分を積分結果
Ｓから減算して電圧検出信号Ｖ１は求められる。

【００８０】以上説明したように、この第３の実施の形
態によれば、正規化演算手段７において、位相差角信号
α及びゼロ点近傍の値に応じて積分結果Ｓを正規化でき
るので、交流電圧Ｖ０がゼロと交わる部分で発生する誤
差をなくすことができる。このため、精度の良い電圧検
出信号Ｖ１が得られる。また、周波数検出手段４におい
て、交流電圧Ｖ０の周波数信号Ｆを検出しており、その
信号に基づき位相差演算手段６にて位相差角信号αを演
算しているため、交流電圧Ｖ０の周波数が変動した場合
でも、正確な位相差角信号αが演算できる。従って、交
流電圧Ｖ０の周波数が変動した場合でも、精度の良い電
圧検出信号Ｖ１が得られる。

【００８１】図４は、本発明の第４の実施の形態を示す
ブロック構成図である。図４において、この第４の実施
の形態における電圧検出装置１は、位相検出器１１とＡ
Ｄ変換器２と演算処理装置３からなり、交流電圧Ｖ０は
位相検出器１１及びＡＤ変換器２に入力され、位相検出
器１１の出力がゼロ点の位相検出信号ＺとしてＡＤ変換
器２及び演算処理装置３に入力され、ＡＤ変換器２の出
力がディジタル信号行列Ｄとして演算処理装置３に入力
され、さらに演算処理装置３の出力が電圧検出信号Ｖ１
として電圧検出装置１から出力されるように構成されて
いる。

【００８２】位相検出器１１は、交流電圧Ｖ０のゼロ点
の位相を検出し位相検出信号Ｚを出力する。また、ＡＤ
変換器２は、交流電圧Ｖ０の瞬時値をその位相検出信号
を開始点として一定周期でディジタル信号に変換してデ
ィジタル信号行列Ｄを出力する。そして、演算処理装置
３は、ディジタル信号行列Ｄから交流電圧Ｖ０の実効値
または平均値と比例した電圧検出信号Ｖ１を演算して出
力する。

【００８３】演算処理装置３は、位相検出信号Ｚに応じ
てディジタル信号行列Ｄの絶対値の加算開始位相を固定
して所定回数だけ加算を行い、電圧検出値Ｖ１を出力す
る積分演算手段５から構成されている。

【００８４】積分演算手段５において、ディジタル信号
行列Ｄの絶対値の加算開始位相を、交流電圧Ｖ０のゼロ
点に固定するため、式（１７）においてディジタル信号
行列Ｄの絶対値の最小値ＶＬ１をゼロとすることができ
る。

【００８５】以上説明したように、この第４の実施の形
態によれば、ディジタル信号列Ｄの絶対値の最小値ＶＬ
１をゼロとすることができるため、ゼロと交わる部分で
の積分演算誤差をなくすことができる。従って、精度の
良い電圧検出を行うことができる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
線近似により発生する積分演算誤差及びゼロと交わる点
で発生する積分演算誤差を補正するので、精度の良い電
圧検出装置を提供することができる。

【００８７】すなわち、請求項１の発明によれば、検出
した周波数信号に基づき位相差角信号を演算し、交流電
圧を直線近似にて積分演算した際に生ずる誤差を補正す
るので、精度の良い電圧検出信号が得られる。

【００８８】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に効果に加え、常に交流電圧の一定範囲分の積分結果が
得られるので、精度の良い電圧検出を行うことができ
る。

【００８９】請求項３の発明によれば、交流電圧がゼロ
と交わる部分で発生する誤差を補正するので、精度の良
い電圧検出信号が得られる。

【００９０】請求項４の発明によれば、ディジタル信号
列の絶対値の最小値をゼロとすることにより、ゼロと交
わる部分での積分演算誤差をなくすことができるので、
精度の良い電圧検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック構成
図。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示すブロック構成
図。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示すブロック構成
図。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示すブロック構成
図。

【図５】従来例のブロック構成図。

【図６】従来例における電圧検出信号の近似計算の説明
図。

【図７】従来例におけるゼロと交わる部分での電圧検出
信号の近似計算の説明図。

【符号の説明】 １ 電圧検出装置 ２ ＡＤ変換器 ３ 演算処理装置 ４ 周波数検出手段 ５ 積分演算手段 ６ 位相差角演算手段 ７ 正規化演算手段 ８ 加算回数補正演算手段 ９ 最小値抽出手段 １１ 位相検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧の瞬時値を一定周期でディジタ
   ル信号に変換してディジタル信号行列を出力するＡＤ変
   換器と、前記ディジタル信号行列から前記交流電圧の実
   効値又は平均値と比例した電圧検出信号を演算して出力
   する演算処理装置とからなる電圧検出装置において、前
   記ディジタル信号行列に基づき前記交流電圧の周波数と
   比例した周波数信号を出力する周波数検出手段と、前記
   ディジタル信号行列の絶対値を所定回数だけ加算して積
   分結果を出力する積分演算手段と、前記周波数信号から
   ディジタル信号の変換周期を前記交流電圧の位相で表現
   した値に変換した位相差角信号を出力する位相差角演算
   手段と、前記位相差角信号に基づいて得られる電圧補正
   比率を前記積分結果に乗算して正規化した電圧検出信号
   を出力する正規化演算手段とを具備したことを特徴とす
   る電圧検出装置。
2. 【請求項２】 前記積分演算手段は、前記周波数信号と
   反比例した回数分だけ前記ディジタル信号を加算して積
   分結果を出力し、前記周波数信号に基づいて得られた加
   算回数補正係数を前記積分結果に乗算して正規化した積
   分結果を求め前記正規化演算手段に出力する加算回数補
   正演算手段を付加したことを特徴とする請求項１に記載
   の電圧検出装置。
3. 【請求項３】 交流電圧の瞬時値を一定周期でディジタ
   ル信号に変換してディジタル信号行列を出力するＡＤ変
   換器と、前記ディジタル信号行列から前記交流電圧の実
   効値又は平均値と比例した電圧検出信号を演算して出力
   する演算処理装置とからなる電圧検出装置において、前
   記ディジタル信号行列に基づき前記交流電圧の周波数と
   比例した周波数信号を出力する周波数検出手段と、前記
   ディジタル信号行列の絶対値を所定回数だけ加算して積
   分結果を出力する積分演算手段と、前記周波数信号から
   ディジタル信号の変換周期を前記交流電圧の位相で表現
   した値に変換した位相差角信号を出力する位相差角演算
   手段と、前記ディジタル信号行列の絶対値から前記交流
   電圧の半周期における最小値と次いで小さな値を抽出す
   る最小値抽出手段と、前記最小値抽出手段で抽出された
   値と前記位相差角信号に基づき演算された電圧補正値を
   前記積分結果から減算して電圧検出信号を出力する正規
   化演算手段を具備したことを特徴とする電圧検出装置。
4. 【請求項４】 交流電圧の瞬時値を一定周期でディジタ
   ル信号に変換してディジタル信号行列を出力するＡＤ変
   換器と、前記ディジタル信号行列から前記交流電圧の実
   効値又は平均値と比例した電圧検出信号を演算して出力
   する演算処理装置とからなる電圧検出装置において、前
   記交流電圧のゼロ点における位相を検出し位相検出信号
   として出力する位相検出器と、その位相検出信号を開始
   点として交流電圧の瞬時値を一定周期でディジタル信号
   に変換してディジタル信号行列を出力するＡＤ変換器
   と、前記位相検出信号を前記ディジタル信号の加算開始
   位相として前記ディジタル信号行列の絶対値を所定回数
   だけ加算し前記交流電圧の実効値又は平均値と比例した
   電圧検出信号を出力する演算処理装置とを具備したこと
   を特徴とする電圧検出装置。