JPS59126262A - 電子式電力量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電力に比例した周波数のパルスを発生させ
、このパルスをカウンタあるいけ計量装置により計数し
て電力量を計量するようにした電力量計に関するもので
ある。

この種の電力量計としては、負荷電圧と負荷電流とを掛
算して電力を検出し、この検出電力を電力に比例した周
波数のパルスに変換するよう構成したものが知られてい
る。しかしながらこのよう虻構成さ゛れた電子式電力量
計においては、誘導形電力量計のような摩擦の影響が無
いため、軽負荷の特性は非常に良好となるが、逆に負荷
が０のときに出力すなわち電圧クリープを発生し易い。

しかるに、誘導形電力量計では、回転円板にクリープホ
ールを設けることによ、−リ、前述した電圧クリープを
防止しているが、電子式電力量計の場合は回路部品の経
年変化（特に演算増幅器のオフセットの変化）等により
電圧クリープが発生する。このため、従業におムては、
軽負荷の特性をマイナス状態に設定して演算増幅器のオ
フセット等が経年変化しても電圧クリープを発生しない
ように構成したものも知られているが、この場合特性面
において負荷特性を悪化させる難点があった°。

また、電子式電力量計は、一般に負荷電力に比例した頻
度で発光ダイオードの点滅もしくはステップモータの回
転動作等により動作表示が行われる。一方、誘導形電力
量計は、回転円板を有しているため、この円板を確認す
ることにより負荷の状態を確認することができるため、
例えば無負荷状態では円板が停止していること、また漏
電チ王ツク等では円板が回転しているか否かにより判定
可能である。しかしながら、前述した動作を行う電子式
電力量計では、定格負荷に近い場合に動作表示の頻度が
高いため、動作状態の確認が簡単であるが、無負荷もし
くはそれに近い状態では発光ダイオードの点滅ないしは
ステップモータの回転動作が数分ないしそれ以上の頻度
となシ、無負荷であるか微少電流が流れているかを判定
するのは非常に困難である。

そこで、本発明者は、前述した従来の電子式電力量計の
問題点を全て克服すべく種々検討を重ねた結果、負荷電
圧′と負荷電流とから電力を検出して電力に比例した周
波数のパルスを発生する電力−パルス変換部と、この電
力−パルス変換部からのパルスを計数しそ電力量として
表示するカウンタとを備えた電子式電力量計において、
電力−パルづ変換部から、のパルスの周期を所定の長さ
の周期と比較し、前記電カーパルス変侯部からのパルス
の周期の方が長くなった場合に電力−パルス変換部に微
少なマイナスオフセット電流を発生させるよう構成する
ことによシ、負荷電流がＯの場合にパルスの発生を防止
して電圧クリープによる誤計量を確実に防止し得ること
を突き止めた。

また、このように構成した一カーパルス変換部に載荷平
衡形ＡＣ−１）、Ｃコンバータを備えている場合、前記
ＡＣ−ＤＣコンバータの出力側に負荷電流が０もしくは
マイナスとなった時に達する飽和点と通常動作域との中
間に位置する基準レベル全設定したレベル判別回路を設
けることにより、無負荷の検出と表示とを簡便に達成す
ることができ、前記問題点を解消し得ることが判った。

従って、本発明の目的は、無負荷状態における場合、電
圧クリープの発生による誤計量を確実に防止し得ると共
に無負荷状態を判別して表示することができる電子式電
力量計を提供するにある。

前記の目的を連載するため、本発明においては、負荷電
圧と負荷電流とから電力を検出し、゛この電力に比例し
た周波数のパルスを発生する電力−周波数変換回路と、
前記パルスを計数し電力量として表示するカウンタと、
電力に比例した周波数のパルスの周期を所定長さの周期
と比較する周期比較回路と、この周期比較回路において
電力に比例した周波数のパルスの周期が設定周期よシ長
くなった際前記電カー周波数変侯回路に対しパルスの発
生を防止するオフセット信号を生じる微少信号発生回路
とから成ることを特徴とする。

前記の電子式電力量計において、周期比較回路は、微分
回路と、バイナリカウンタと、インバータとを備え、バ
イナリカウンタのクリヤ端子に電力−周波数変換回路の
出力パルスを入力してこれによシ所定のクロックパルス
を計数し、このクロックパルスの計数を完了した際所定
の出力をインバータに供給してオフセット信号を生じる
よう構成すれば好適である。

また、電力−周波数変換回路を電荷平衡形ＡＣ−１）Ｃ
コンバータによ多構成し、このＡＣ−１）Ｃコンバータ
に設けた積分回路の出力側に負荷電流が０あるいは逆方
向となった際に発生する飽和電圧と通常の動作領域との
中間に基準レベル全設定したレベル判別回路を設け、さ
らに前記レベル判別回路の出力に基づいて無負荷表示を
行う表示回路とを設けることによシ、無負荷の検出と表
示とを確実かつ簡便に達成す石ことができ好適で鼠る。

次に、本発明に係る電子式電力量計の実施例につき添付
図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る電子式電力量計の一実施例を示
すブロック回路図である寥−すなわち、第１図において
、参照符号１０は電力−周波数変換回路を示し、負荷電
圧Ｖと負荷電流■とを入力して電力を検出し、この電力
に比例したパルス列ｆｉ出力するよう構成される。この
電力−周波数変換回路１０から出力されるパルス列ｆは
分周回路１２で分周されカウンタ１４によシカラントさ
れて電力量の表示を行うことができる。しかるに１本発
明においては、前記電力−周波数変換回路１０の出力側
に周期比較回路１６を接続配置し、前記パルス列ｆが所
定の周期より大きい場合に微少信号発生回路１８を動作
させて、前記電力−周波数変換回路１０へ所定の微少信
号をパルス列ｆが小さくなる方向に印加するよう構成す
る。なお、周期比較回路１６で設定される周期は、負荷
電流■が０の場合でさらに微少信号を加えない場合に、
電力−周波数変換回路１０が出力するパルス列ｆの周期
よシ僅かに大きく設定する。また、微少信号発生回路１
８から電力−周波数変換回路１０．に印加さｎるマイナ
スの微少信号は、周期比較回路１６で設定される周期と
同じ周期のパルス列ｆを発生する電力が、電力−周波数
変換回路１０に入力している場合に微少信号発生回路し
たことによシ、パルス列ｆがＯとなるような値に略等し
く設定される。すなわち、電力−周波数変換回路１０に
大きなマイナス信号を印加すればパルス列ｆｉｄ発生し
なくなるが、この場合パルスが出るか出ないかの臨界状
態をいう。

このように回路構成した本実施例の電子式電力量計によ
れば、負荷電流が０の横、電カー訃波数変換回路１０は
マイナスオフセット電流を与えられ、パルス列ｆは全く
出力されなくなる。

この結果、分周回路１２およびカウンタ１４は機能せず
、電圧クリープによる誤計量は確実に防止さ力る。

第２図は、本発明に係る電子式電力量計の別の実施例を
示すブロック回路図である。すなわ、　　ち、第２図に
おいて、参照符号２０は電力検出回路、２１は周波数変
換回路をそれぞれ示す。

電力検出回路は、負荷電圧Ｖと負荷電流工とから電力を
検出し、この電力に比例した電流■（または電圧）を出
力するよう構成される。また１周波数変換回路２１は、
電力検出回路２゜の出カニ、をこの出力に比例したパル
ス列ｆに変換するよう構成さｎる。そこで、この周波数
変換回路２１で出力された。Ｎｏルス列ｆは分周回路２
２で分周されカウンタ（図示せず）にょシカウ・ントさ
れて電力量の表示が行われる。しかるに、本実施例にお
いては、前記周波数変換回路２１から出力されるパルス
列ｆを微分回路２４を介してバイナリカウンタ２６のク
リヤ入力端ＣＬに入力される。一方、バイナリカウンタ
２６のクロック入力端ＣＫには、発振回路２８からの信
号がＮＯＲ，ゲート３０を介して入力される。

この場合、バイナリカウンタ２６の出力は、出力端Ｑｎ
より前記Ｎｏ几ゲート３０の入、刃端とインバータ３２
へそれぞれ入力される。従って、インバータ６２の出力
が低レベルＬの場合は、前記電力検出回路２０の出力点
Ｐ１からダイオードＤ２および抵抗Ｒ６を介してライン
（−Ｖｒ　ｅ　ｆ　）にオフセット電流■ｏが流れる。

この時、周波数変換回路２１の入力信号はＩ、　−Ｉ、
となる。

こ九に対しインバータ６２の出力が高レベルＨの場合は
、インバータ６２からの電流がダイオードＤ１および抵
抗１１１ｔ２を芥してライン（−Ｖｒｅｆ）に流れ込み
、ダイオードＤ２には逆電圧が印加されるためオフセッ
ト電流■。ＵＯとＺＣ周波数変換回路２１への入力信号
は工、のみとなる＠そこで、前記第２図に示す構成から
なる実施例回路の動作につき、第６図（１）〜（５）に
示すタイムチャートを参照゛しながら説明する。

甘ず、周波数変換回１ｆ６２１から所定のパルス列ｆ〔
第６図（１）参照〕が出力さ几ると、とのパルス列ｆは
微分回路２４を介してバイナリカウンタ２６へ入力上れ
て〔第６図（２）参照〕、バイナリカウンタ２６をクリ
ヤすると同時にＮ０ｋＬゲート６０を介して入力する発
振回路２８の出力信号ｆ　を計数する〔第６図（３１、
（４）参照〕。

このようにして５バイナリカウンタ２６において所定の
パルス数ｆ２を計数する−と、高レベルＨの出力ｆ４を
発生し〔第３図（４）参照）、Ｎ（ＪＲゲート６０を閉
じてその状態を保持すると共に、インバータ６２を介し
てオフセット電流■。を通流させる〔第６図（５）参照
〕。これによシ、周波数変換回路２１へ流入する電流は
Ｉ、−Ｉ。となシ、出力パルス列ｆの周期がオフセット
電流Ｉｏの無い場合よシ長くなるかもしくは全く出力さ
れなくなる（図示例では、便宜上パルス列ｆは変化して
いない）。

一方、パルス列ｆの周期が充分短かい場合は、バイナリ
カウンタ２６においてパルスを計数し〔第６図ら）参照
〕、出力ｆ４が高レベルとならないうちに、次のパルス
ｆ１によりクリヤされてしまうので、出力ｆ４は高レベ
ルとならず、従ってオフセット電流工。も通流せず、正
常の電力量の計量を達成することができる。

しかるに、バイナリカウンタ２６における計数パルス周
期〔第６図Ｂ）のｔ参照〕と、オンセット電流工。の関
係は次式によシ設定すれば好適である。

但し、ｆｎ：定格時のパルス列ｆの周波数この蒔、′覗
力検出回路２ｏの出力電流１ｐと周波数変換回路２１の
出力パルス列ｆとの関係は、電流Ｉ、とパルス列ｆが比
例するとした場合に第４図に示すようになる。ｊ：なゎ
ち、電流■、が次第に減少し、これに伴ってパルス列ｆ
も減少して〒＝ｔとなると、オフセット電流■ｏが逆流
する〔第４図のａ点参照〕。この結果、ｆ、−Ｉｏ−Ｑ
となり、周波数変換回路２１の出力は０の臨界状態とな
る〔第４図のｂ点参照〕。電流工、かさらに減少すると
、オフセット亀流■。のために周波数変換回路２１の入
力がマイナスとなシ、パルス列ｆは全く発生しなくなる
。また、逆に電流■が０から増加する場合は、逆の経過
をたどり、ｌ’ｐｌ　〉Ｉｌ、ｌではオフセット電流工
０は発生せず、正常計量を夾現できる。

前記式（１）で算出さｊ、るオフセット電流工。より、
実際のオフセット電流■。が小はい場合は、第５図に示
すようになる。すなわち、電流■。

が減少してパルス列ｆの周期がｔよ、！７長（なると〔
第５図のａ点参照〕、オフセット電流■。′が通流する
が、周波数変換回路２１への流入電流は■。−Ｉｏ〉０
となるから、パルス列ｆは周期が長くなるが出力する。

さらに、電流工、が！ 減少してＩ、　−１゜＝０となると、パルス列ｆはＯと
なる〔第５図のｂ点参照〕。逆に戒流工。

が増加しても同じ？１イ過となる。

さらに、前記式（１）で算出さ几るオフセット電流■。

よシ実際のオフセット電流■。が大きい場合は、第６図
に示すようになる。すなわち、電流Ｉｐが減少してパル
ス列ｆの周期がｔＪニジも長くなると〔第６図のａ点参
照〕、オフセット電流Ｉ。′が通流するが、周波数変換
回路２１への流入電流はｉ、　−ｉｏ’＜　ｏとなるか
ら、直ちにパルス列ｆは出力しなくなる〔第６図のｂ点
参照〕。さらに、電流■　が増加してＩ　　−Ｉ。′ｐ
　　　　　　　　　　　　ｐ ＝０となると、パルスが出力さｎるが〔第６図のＣ点参
照〕、１パルス出るとオフセット電流■ｏが遮断され〔
第６図のｄ参照〕、正常計量を行うことができる。従っ
て、この場合、電流工、とパルス列ｆとの関係にヒステ
リシスを生じることが理解される。

前述したところから明らかなように、第４図乃至第６図
に示すいずれの場合にも、電流Ｉ二〇のときは、オフセ
ット電流■。が通流し、完全な電圧クリープ防止機能が
働くため、オフセット電流■。の設定は厳密に行う必要
はない。

また、オフセット電流工。の設定は、前記第２図に示す
実施例回路の場合、次式で与えられる。

但し、ＶＤ＝ダイオードＤ２の順方向電圧前記式〇）に
おいて、電圧ＶＤは温度により変化するが、実用上は殆
んど問題にならないレベルである−０しかし、高精度を
要する場合は、第７図に示すように、ＶｒｅｆＫＶＤ　
の変化を打消す補償を付加すれ鉦好適である。また、抵
抗Ｒ６も可変抵抗器で構成すれば高精度のオフセット電
流工。の設定を行うことができる。

さらに、第２図に示す実施例回路において、パイナリカ
ウンク２６、発振回路２８、ＮＯ几ゲート６０は、繰シ
返しトリガが可能なワンショットマルチバイブレータで
置換することもできる。

第８図は、本発明に係る電子表電力量計の別の実施例を
示すものであり、特に無負荷状態を判別してその表示を
行うよう構成した回路図を示すものである。すなわち、
第８図において、。

参照符号４０は電力検電回路４４２は演算増幅１０ＰＡ
とコンデンサＣとからなる積分回路、４４は第ルベル判
別回路、４６は一部幅ノ寸ルス発生回路、４８は定電流
回路、５０はスイッチをそれぞれ示す。電力検出回路４
０は、負荷電圧Ｖと負荷電流工とから電力全検出し、こ
の電力に比例した電流１ｐ（または電圧）を出力するよ
う構成される。また、前記積分回路４２と第ルベル判別
回路４４と一定幅パルス発生回路４６と定電流回路４８
とスイッチ５０とは、畦荷平衡形ＡＣ−ＤＣコンバータ
４１を構成している。こめ電荷平衡形ＡＣ−ＤＣコンバ
ータ４１においては、電力検出回路４０の出力電流■、
に応じて積分回路４２の演算増幅器ＯＰＡの出力点Ｐ１
における電圧波形は変化し、この結果前記ＡＣ−１）Ｃ
コンバータ４１の出力点Ｐ２に電力に比例′したパルス
列を出力するよう構成さｎる。

このようにして、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ４１によっ
て得られた出力パルス列は、前記実施例と同様にして、
分局回路５２で分周されカウンタ５４によりカウントさ
れて電力量の表示が行わｎる。この場合、前記パルス列
は、周期比較回路５６に供給され、この周期比較回路５
６でパルス列の周期を比較して所定のパルス周期ｔより
もパルス列の周期が大きくなった場合、微少電流発生回
路５８を動作させて微少オフセット１流■。を発生させ
、前記実施例と同様にしてＡＣ−１）Ｃコンバータ４１
からパルス列が全く出力されないようにし、電圧クリー
プによる誤計量を防止する。なお、参照符号６ｏは、前
記同期比較回路５６卦よび一定幅パルス発生回路４６へ
供給する信号を発生するための発振回路である。

しか−るに、本実施例回路においては、前記ＡＣ−１）
Ｃコンバータ４１を構成する演算増幅器ＯＰＡの出力端
に第２レベル判別回路６２を介して無負荷表示回路６４
を接続したことを特徴とする。この場合の回路動作につ
き、第９図（１）〜（４）ニ示すタイムチャートを参照
し７ｘがら説明する。

ます、ＡＣ−１）Ｃコンバーク４１に電流工。

の入力があって、所定のパルス列出力があった後Ｃ第９
図（１）　、　（２）　、　（３）参照〕、負荷電流１
　カＯすなわち電流Ｉｐが０となると〔第９図Ｃ）のａ
点参照〕、演算増幅器ＵＰＡの出力は変化せ肇その電圧
値を保持する〔第９図（２）のｄ点参照〕。

次いで、前記パルス列の最後のパルス発生時点から所定
時間を経過すると〔第９図Ｃ）のｄ点参照〕、周期比較
回路５６からの信号により微少電流発生回路５８におい
てオフセント電流工。

が発生する。このオフセラ）［流■。は、電流■　と方
向が逆であるため、演算増幅器ＯＰＡの出力はオフセッ
ト電流工。により上昇し、遂には演算増幅器（１’Ａの
飽和電圧に達する〔第９図（２）のＣ点参照〕。この時
、この飽和電圧と通常時の動作領域〔レベルＩ〕との中
間に比較レベル〔レベル■〕を設定しておき、この比較
レベルと演算増幅器ＯＰＡの出力との比較を第２レベル
判別回路６２で行う。従って、第２１／ベベル別回路６
２は、演算増幅ｆｉＯＰＡの出力が比較レベルを超えた
際に出力信号を発生し〔第９図（４）径間〕、この信号
全無負荷表示回路６４へ供給することによ勺、無負荷状
態を適正に表示する゛ことができる。

なお、第８図に示す実施例回路において、周期比絞量Ｍ
５６および微少信号発生回路５８を設けない構成とした
場合でも、負荷電流の流れる方向が逆になった際には電
流工、の極性が変゛わり、第９図に示す特性と同様に演
算増幅器ＵＰＡの出力電圧は上昇して飽和してしまうが
、−負荷電流が００時には演算増幅器ＯＰＡの出力が変
化しない状態となる〔第９図（２）のａ、ｂ。

ｄ点参照〕。この場合、演算増幅器ＯＰＡの内部オフセ
ットにより出力電圧が次第に上昇して比較レベル〔レベ
ル■〕を超えて飽和電圧に達することもあるが、逆に内
部オフセットにより下降して通常時の動作領域〔レベル
■〕に達し、ＡＣ−ＤＣコンバータ４１がパルスを発生
Ｌ、電圧クリープを生じてしまう惧れがある０このため
、本発明においては、周期比−回路５６および微少信号
発生回路５８を付加して、電圧クリープの発生を防止す
ることが極めて重要である。

また、本実施例回路において、負荷電流が０と゛なって
から、演算増幅器ＩＪＰＡの出力電圧が上昇して無負荷
表示回路６４が作動した後に、負荷車流が流ｎるとパル
ス発生までに時間を要し・その間の実電力はパルスとし
て出力されない。しかし、このように切捨てられる電力
は僅かであるため無視することができる。

前述した種々の実施例から明らか・なように、本発明に
よれば、電力−周波数変換回路の出力周波数と所定の周
期とを比較し、前記出力周波数の周期が長くなった際に
電カー周波数変−回路に微少なマイナスオフセット電流
もしくは電圧を発生させることにより、負荷電流がＤの
場合にも電圧クリープの原因となるパルスの発生を防止
し、誤計量を確実に防止することができる。

また、電力−周波数変換回路に電荷平衡形ＡＣ−ＤＣコ
ンバータを使用した場合、前記電圧クリープ防止回路を
設け、さらに前記ＡＣ−Ｌ）Ｃコンバータを構成する積
分回路の出力側に負荷電流が０あるいは逆方向となった
際に発生する飽和電圧と通常の動作領域との中間に基準
レベルを設定したレベル判別回路を設けることによシ、
積分回路の出力レベルの判別を行って無負荷の検出と表
示とを簡便に達成することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲内において植々の設計変更を
なし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子式電力量計の一実施例を示す
ブロック回路図、第２図は本発明に係る電子式電力量計
の別の実施例を示すブロック回路図、第６図（１）〜（
５）は第２図に示す実施例し路の動作波形図、第４図乃
至第６図は第２図に示す実施例回路の動作特性線図、第
７図は第２図に示す実施例回路の変形例を示す要部回路
図、第８図は本発明に係る電子式電力量計のさらに別の
実施例を示すブロック回路図、第９図（１）〜い）は第
８図に示す実施例回路の動作波形図である。 １０・・・電力−周波数変換回路 １２・・・分局回路 １４・・・カ　ウ　ン　タ　　１６・・・周期比較回路
１８・・微少信号発生回路　２０・・・電力検出回路２
１　・・・周波数変換回路　　２２・・・分　周回　路
２４・・・微　分　回　路　　２６・・・バイナリカウ
ンタ２８・・・発振回路　６０・・・ＮＯ几ゲート６２
・・・インバータ　　４０・・・電力検出回路４１・・
・電荷平衡形ＡＣ−ＤＣコンバータ４２・・・積分回路 ４４・・・第ルベル判別回路 ４６・・・一定幅パルス発生回路 ４８・・・定電流回路　５０・・・スイ　ッチ５２・・
・分周回路　５４・・・カウンタ５６・・・周期比較回
路 ５８・・・微少電流発生回路 ６０・・・発振回路 ６２・・第２レベル判別回路 ６４・・・無負荷表示回路 「１０１ ８ ＦＩｏ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　負荷電圧と負荷電流とから電力を検出し、こ
   の電力に比例した周波数のパルスを発生す。 る電力−周波数変換回路と、前記パルスを計に比例した
   周波数のパルスの周期を所定長さの周期と比較する周期
   比較回路と、この周期比較回路において電力に比例した
   周波数のパルスの周期が設定周期よシ長くｋつだ際前記
   電力−周波数変換回路に対しパルスの発生を防止するオ
   フセント信号を生じる微少信号発生回路とから成ること
   を特徴とする電子式電力量計。 （２、特許請求の範囲第１項記載の電子式電力量計にお
   いて、周期比較回路は、微分回路と、バイナリカウンタ
   と、インバータとを備え、バイナリカウンタのクリヤ端
   子に電力−周波数変換回路の出力パルスを入力してこれ
   によ一ル所定のクロックパルスを、計数し、このクロッ
   クパルスの計数を完了した際所定の・出力をインバータ
   に供給してオフセット信号を生じるよう構成してなる電
   子式電力量計。 （６）特許請求の範囲第１項記載の電子式電力量計にお
   いて、電力−周波数変換回路を電荷平衡形ＡＣ−ＤＣコ
   ンバータにょ多構成し、このＡＣ−Ｌ）Ｃコンバータに
   設けた積分回路の出力側に負荷電流が０あるいは逆方−
   向となった際に発生する飽和電圧と導常の動作領域との
   中間に基準レベルを設定したレベル判別回路を設け、さ
   らに前記レベル判別回路の出力に基づいて無負荷表示を
   行う表示回路とを設けてなる電子式電力量計。