JPS6060565A - オフセツト量自動補償つき電子式電力量計 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明はマルチプライヤおよびその後段に接続された
積分器を備えた電子式電力量計に関する。

〔従来技術とその問題点〕

電子式電力量計はその適用範囲が最小電流と許答最太電
流との間に限定されるが、該最小電流は所定の測定精度
が維持される限界で定まる。それは小電流領域では測定
誤差が妨害量（はとんどがマルチプライヤや積分器を構
成する回路素子のオフセット電圧とオフセット電流）に
より増大するからである。通常の電子式電力量計の適用
範囲は原則として最大電流に対して１：１００の最小電
流までをカバーするものである。しかし上記適用範囲の
下限を例えば１　：　１０００まで拡大しようとすると
、温度変化に伴うオフセラミ！圧、オフセット電流なら
びに長時間ドリフトのような変動的な妨害量によって測
定精度が特に悪影響される。

〔発明の目的〕

この発明は、冒頭に述べた方式の電子式電力量計を測定
精度が変動的なオフセット諸量によってできるだけ影響
されないように構成することを目的とする。　− 〔発明の要点〕 この発明は上記の目的を、マルチプライヤの少なくさも
１個の入力端を可制御スイッチを介して基準′貼位に接
続可能に、また積分器の積分キャパシタンスを他の可制
御スイッチを介して橋絡可能に回路を得成し、かつマル
チプライヤならびに積分器のオフセラｉｔ）圧とオフセ
ット電流とを補償する補償装置を設けて、積分器の１切
端を零電圧比較器に、また該比較器の出力端を補償装置
の制御部の入力端にそれぞれ接続し、さらに該制御部に
より前記２個の可制御スイッチを一定時間ごとに時間△
ｔたけ閉路させるとともに、該閉路期間△ｔの間にイλ
分器の出力電圧を零にするように補償装置を制御するこ
とにより達成するものである。

上記の構成により、電子式電力量計のオフセット諸量は
一定時間ごとに規則正しく新たに補償しなおされる。し
たがってオフセット諸量が変動しても測定精度が本質的
な影響を受けることがなくなるので、電力量計の適用下
限を下方に拡張可能となる。補償装置には正逆カウンタ
を装備することができ、この際該カウンタの各出力端を
抵抗回路網に該回路網の総合抵抗がカウンタのカウント
状況に対応した値となるように接続し７、また該回路網
の一端を積分器の入力端に、そして正逆カウンタのタイ
ミングパルス入力端をインクロック回路を経山してタイ
ミングパルス発振器にそれぞれ接続し、かつ正逆カウン
タの正逆制御入力端に零電圧比較器から制御信号を入力
させるように回路を構成することができる。このような
回路イ１り成の可制御補償装置は通常の市販の回路素子
で構成可能である。

上記装置を構成するとき、柁１の７リツプフロツプをタ
イミングパルス発振器で一定時間ごとにセットして該ソ
リツブフロップのセント出力で２個の可制御スイッチな
らびにインクロック１０路を制御するように回路を構成
すると、該ノリツブフロップは補償プロセス期間中セッ
ト状態に置かれ。

したがって２個の可制御スイッチは閉路状態、インタロ
ック回路は開放状態をそれぞれ維持されるので有利であ
る。

回路構成をさらに、タイミングパルス発振器で第１の７
リツプ７０ツブを励起するとともに、零電圧比較器の後
段にシグナルエツジ検出器を連結し、第１のフリップ７
０ツノの出力端とシグナルエツジ検出器の出方端とをＡ
ＮＤゲートの各入力端にそれぞれ接続し、また該ＡＮＤ
ゲートの出力端を２個の可制御スイッチを制御する第２
の７リツプ７０ツブの入力端の一つに接続するように構
成すると、積分キャパシタがスイッチで橋絡されたとき
測定誤差が発生するのが防止されるので有利である。

シグナルエツジ検出器を第２の入力端が遅延回路を経由
して第２のフリップ７０ツブの出力端の一つにむすばれ
た第３の７リツプフロツプの第１の入力端に接続するこ
とができ、その際、第３の７リツプフロツプの第１の入
力端に従属した第１出力端の信号でインタロック回路を
制御するとともに・該フリップフロップの第２の入力端
に従属した第２の出力端を第１ならびに第２の７リツプ
フロツプの各リセット入力端にそれぞれ接続することが
できる。このように回路を構成すると、積分器の出力電
圧が零になると補償プロセスをただちに中断できるよう
になる。

〔発明の実施例〕

つぎにこの発明の実施例を第１図と第２図とを参照して
さらに詳細説明する。

第１図はオフセット自動補償つき電子式電力量計の実施
例のブロック回路図である。測定電流■は変流器ｌを介
して電力量計に導かれ、該電流器２次側にはダミー抵抗
２が接続されて、測定電流■が電力量計に適した電圧に
変換される。該２次電圧は切換スイッチ３の切換接点に
導かれるが、該スイッチの他の切換接点は抵抗４を経由
して基準電位に接続されている。切換スイッチ３はその
接点位置に応じて変流器１か、抵抗４のいずれかをマル
チプライヤ５の電流入力端に接続する。該マルチプライ
ヤ５の他の入力端には測定電圧Ｕが印加されている。切
換スイッチ３は通常状態においてほこの図に示す状態に
あって、マルチプライヤ５が電流と電圧との積カニら電
力を算出する。

マルチプライヤ５の出力端は積分器６に連結されるが、
該積分器６は演算増幅器６ｄおよびそのフィードバック
分路の抵抗６ａとキャパシタ６ｂとの直列回路で構成さ
れる。そして該フィードバック分路の抵抗６ａあるいは
キャパシタ６ｂはいずれも切換スイッチ６ｃで橋絡可能
である。測定プロセス中、切換スイッチ６ｃは抵抗６ａ
を橋絡して誤積分モジュールを純粋に積分器として機能
させる状態にある。積分器６の後段に計数表示器８を備
えた比較器７が連結され、該比較器７は積分器６ととも
に量子化モジュールを構成し、該モジュールがマルチプ
ライヤ５の電力に比例した出力信号を電力に比例した周
波数に変換する。

コ（７）マルチプライヤ５や量子化モジュール６゜７の
動作原理は定期刊行誌「テクニッシェスメッセａｔｍＪ
１９７８年、１１号、４ｏ７ないし４１１頁にほぼ説明
されているのでここでは詳述しない。また第１図のブロ
ック回路図は単相電力景計に関するものであるが、３相
電力量計ではこの回路図の入力端からマルチプライヤ５
までの部分が３組備えられる。

既述したようにマルチプライヤ５ならびに積分器６に包
含された演算増幅器はオフセット電圧ならびに電流をも
ち、これらが小電流領域における測定精度に悪影響する
。これらのオフセット］清を電子式電力量計の補償装置
で補償できるが、これらは温度に関連しかつ長時間にわ
たりドリフトするものである。したがってこの発明にお
いては。

該オフセット諸量を自動的にかつ絶えず繰り返して補償
する方式が採用された。この方式を実施するための装置
が第１図にブロック回路図で示されている。この補償装
置９は制御部１３により制御される。またタイミングパ
ルス発振器１２がパルスを一定時間ごとに制御部１３を
経由して出力し、該パルスによりスイッチ３および６ｃ
が図示の状態から切り換えられる。そうすると測定プロ
セスが中断されてマルチプライヤ５の電流入力端の電圧
は零になり、さらに演算増幅器６も比例増幅器として機
能するように切り換えられたことになる。

この状態になると、演算増幅器６の出力端でマル−チプ
ライヤ５ならびに演算増幅器６のオンセットに起因する
零点偏差量が検出可能になる。この演算増幅器出力端の
電圧は、零電圧比較器１４に送られて該電圧が零より大
きいか小さいか判定される。該比較器の判定結果、すな
わちその出力信号にもとづいて制御部１３がカウンタ１
０を正または逆に設定する。カウンタ１０のクイミ／グ
パルス入力端はタイミングパルス発振器１２に、またカ
ウンタ１０の各カウント出力端は抵抗回路網１１にそれ
ぞれ接続されるが、該抵抗回路網の総合抵抗値がカウン
タのカウント状況に対応して段階的に変化するように回
路が構成されている。この抵抗回路網を通じて電流が流
れて演算増幅器６の反転入力端に達するが、該電流は演
算増幅器６の出力端電圧が零になるまでカウンタ１０お
よび抵抗回路廁１１によって段階的に変化しながら流れ
つづける。その結果、マルチグライヤ５ならびに積分器
６のオフセット諸量は相殺される。制御部１３が切換ス
イッチ３および６Ｃを通常状態に復帰させるとふたたび
測定プロセスが始まる。次の補償プロセスまでの時間間
隔は、その間に温度変化やオフセットの長時間ドリフト
に起因して本質的な誤差が発生しない範囲１例えば測定
期間１０秒ごとに１回補償プロセスを織り込むことがで
きる。

また測定プロセスを中断したために無視できない程度の
誤差が発生するのを防ぐため、毎回の補償プロセス期間
は各測定プロセス期間に較べて短くなければならない。

第２図は前記のオフセット量自動補償装置９の構成例の
ブロック結線図である。この図において、タイミングパ
ルス発振器１２が分周器１３ａを介して第１の几Ｓ−フ
リップフロップ１３ｂのセット入力端にむすばれて、該
フリップフロップ１３ｂはパルス発振器１２の周波数と
分周器１３ａの分周比に関連した周期で周期的にセット
される。そして該７リツブフロツプ１３ｂがセットされ
るたびにオフセット量補償プロセスが始まる。しかしこ
のとき積分キャパシタ６ｂの短絡放電にもとづき発生す
る測定誤差を避けるために、積分器６の出力端電圧が零
になったときに始めて′補償プロセスをスタートさせな
ければならない。そのため。

スイッチ３ならびに６Ｃはクリップ７０ツブ１３ｂから
直接ではなく、中間に第２の７リツプフロツプ１３ｄを
介して制御される。この第２のフリップフロップは下記
の回路によりセットされる。その回路では、積分器６の
出力信号が演算増幅器１４の反転入力端に送られるが、
該増幅器１４の他の入力端は基準電位につながれている
ので、該増幅器１４は零電圧比較器として機能する。ま
たこの後段にシグナルエツジ検出器が連結される。該検
出器は２個のキャパシタ１３におよび１３Ｉで構成され
、両キャパシタの一端の相互接続点が演算増幅器１４の
出力端に、また２個の他端が排他的論理和（ＸＯＲ）ゲ
ー）１３ｇの各入力端にそれぞれ接続される。該ＸＯＲ
ゲー）１３ｇの入力端の一方は抵抗１３ｈを介して基準
電位にむすばれ、他方には抵抗１３ｉを経由して正電位
Ｕが印加されている。したがって該ＸＯＲゲート１３ｇ
の２個の入力端は静止状態において一方だけが１”であ
るので、その出力端は“１”を出力する。しかし演算増
幅器１４の出力信号が反転すると、キャノくシタ１３に
と１３Ｉとを経由して同じ信号がＸＯ几ゲート１３ｇの
両入力端に入力される。したがって演算増幅器（零電圧
比較機能）１４の出力信号が反転するたびに、つまり積
分器６の出力信号が零点を通過するたびにＸＯＲゲー）
１３ｇの出力端には短時間だけ”０”信号が現われる。

この゛０″信号ζまＡＮＤゲー）１３Ｃの否定入力端に
導かれる力３．該ＡＮＤグー）１３Ｃの他の入力端は第
１のフリップフロップ１３ｂのセット出力端に接続され
てｌ／）る。

また該ＡＮＤゲート１３Ｇの出力端は、タイミングパル
スにより制御される第２の７リツプフロツ７゜１３ｄの
セット入力端に接続されて、この第２の７リツプ７０ツ
ブ１３ｄのセット出力信号ζこよってスイッチ３ならび
に６Ｃが制御される。上記のような回路機能によって、
電力量計の補償プロセスへの切り換えが、タイミングノ
くルス発振器１２０周波数と分周器１３ａの分周比によ
り定めらｈた時間が経過し、しかも積分器６の出力端電
圧が零になったときに、実行されるようになる。積分器
６の出力端電圧は絶えず正と負との間を変動しているの
で、出力端電圧の零点通過は常時出現する。しかしこの
ことは場合によって、ドイツ特許明細書第２１２８８８
３号の第５および第６欄記載のような補償回路によって
補完するのがよい。

上記第２の７リツプ７０ツブ１３ｄのセット出力端に遅
延回路１３ｅを経由して第３の７リツプフロツブ１３ｆ
のセット入力端が接続されて、該フリップフロップはタ
イミングパルスの立ち上がりで励起され、そのセット出
力端がＡＮＤゲート１３ｍの入力端の一つにむすばれて
いる。該ＡＮＤゲート１３ｍの他の入力端はタイミング
パルス発振器１３に、才たその出力端はカウンタ１０の
タイミングパルス入力端にそれぞれ接続されて、全回路
が構成される。以上の回路構成によって、スイッチ３お
よび６Ｃが切り換えられた後、僅かに遅れてカウンタ１
０にタイミングパルスが送られ始めてカウントが開始さ
れ、オフセット電圧の補償プロセスが次に述べるように
進行される。

カウンタ１０は正逆カウント制御入力端を備え、該制御
入力端が演算増幅器１４の出力端に接続されているので
、オフセット電圧が正にせよ、あるいは負にせよ偏差を
引き起こすたびに、カウンタ１０はパルス発振器１２の
パルスを正または逆にそれぞれカウントする。また別途
に抵抗群１１ｄで構成された直列回路が設けられており
、各抵抗ｌｉｄの各直列接続点がそれぞれ抵抗ｌｉｅを
経由してカウンタ１０の各カウント出力端に接続される
。該直列回路の一端は抵抗１１ｆを介して基準電位に、
またその他端は抵抗１１ａとｌｌｂとを経由して基準電
圧にそれぞれむすばれる。そして抵抗１１ｅならびにｌ
ｌｆの抵抗値は抵抗ｌｉｄの２倍とされている。抵抗１
１ａとｌｌｂとの接続点は抵抗１１Ｃを経由して積分器
６の入力端にむすばれているのでそこに電流秘が供給さ
れる。

しかし該電流与の大きさはカウンタ１０の各カウント出
力端の信号、すなわち、カラ／り１０のカウント状況に
対応して変化し、抵抗ｌｉｅとｌｌｆの値が上記のよう
に選定されているので、電流■２とカウント状態との間
に直線的な関係が成立する。

スイッチ３ならびに６Ｃが切り換わったあと、積分器６
の出力端に例えば正の偏差電圧が出現すると、カウンタ
１０は正にカウントし、カウント数が増加するにつれて
電流■、も該偏差電圧が零になるまで、すなわちオフセ
ット量が補償されるまで段階的に増大する。しかし偏差
電圧が零になったら、そこで補償プロセスは終了されな
ければならない。このことは第３のフリップ７０ツブ１
３ｆにより次のように実行される。この第３の７リツプ
７０ツブ１３ｆはそのリセット入力端がＸＯＲゲート１
３ｇの出力端に接続されているので、該ＸＯＲゲート１
３ｇの出力信号が“０″へ移行する、すなわち積分器６
の出力信号が零になるとただちにリセットされる。つま
りフリップフロップ１３ｆはオンセラ）！圧補償が完了
するとただちにリセットされてそのセット出力端の”１
″信号が消滅するので、　ＡＮＤゲート１３ｍがカウン
タ１０に対するタイミングパルスを阻止する。その結果
、カウンタ１０はオフセット電圧補償完了時のカウント
状態で停止する。またフリップフロップ１３ｆのリセッ
ト出力端がフリップフロップ１３ｂならびに１３ｄの各
リセット入力端につながっているので、これらのフリッ
プフロップも補償プロセス完了とともにリセットされる
。オフセッドル、圧の補償効果は、オフセラ）！圧が、
例えば温度変化や長時間ドリフトのためふたたび変化す
るまで持続される。しかも上記の補償プロセスは比較的
短い時間、例えば１０秒ごとに実行されるので、つぎの
補償プロセスまでの間にオフセット電圧はいずれにせよ
ごく僅かしか変化しない。

〔発明の効果〕

この発明によれば、切換スイッチで例えは１０秒ごとに
電子式電力量計のマルチプライヤの入力端を入力回路か
ら切り離すとともに、その積分器を比例増幅器として機
能させるように切り換えてオフセット電圧を検出し、か
つ補償装置を設けて該オフセット電圧が自動的に補償さ
れるように回路を構成したので、を子犬電力量計の適用
範囲の下限値を、測定誤差を許容範囲内に維持しながら
、例えば１桁下方に拡張することが可能になる。しかも
低負荷領域における電子式電力量計の長期間にわたる安
定性も改善されることも確認されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかわる電子式電力量計の実施例を
示すブロック回路図、第２図は該回路図中のオフセット
量補償装置部分をさらに詳細に示した回路図である。 ３．６Ｃ：可制御切換スイッチ、５：マルチプライヤ、
６：ｍ分モジュール、９：オフセット量補償装置、１０
：カウンタ、１１：抵抗回路網、１２：タイミングパル
ス発振器、１３：制御部、ＩＧ　１ Ｉ０２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マルチプライヤおよびその後段に接続された積分器
   を備えた電子式電力量計であって、マルチプライヤの少
   なくとも１個の入力端が可制御スイッチを介して基準電
   位に接続可能に、また積分器の積分キャパシタンスが他
   の可制御スイッチを介して橋絡可能に回路が構成され、
   マルチプライヤならびに積分器のオフセット電圧とオフ
   セット電流とを補償する補償装置が設けられて、積分器
   の出力端が零電圧比較器にまた該比較器の出力端が補償
   装置の制御部の入力端にそれぞれ接続され。 かつ該制御部により前記２個の可制御スイッチが一定時
   間ごとに時間△ｔだけ閉路されるとともに、該閉路期間
   △ｔの間に積分器の出力電圧を零にするように補償装置
   が制御されることを特徴とするオフセット自動補償つき
   電子式電力量計。 ２、特許請求の範囲第１ｍ記載の電力量計において、補
   償装置に正逆カウンタが備えられ、該カウンタの各出力
   端子が抵抗回路網に該回路網の総合抵抗がカウンタのカ
   ウント状況に対応した値となるように接続され、また該
   回路網の一端が積分器の入力端に、そして正逆カウンタ
   のタイミングパルス入力端がインタロック回路を経由し
   てタイミングパルス発振器にそれぞれ接続され、かつ正
   逆カウンタの正逆制御入力端に零比較器からの制御信号
   が入力されることを特徴とするオフセット量自動補償つ
   き電力量計。 ３）％許請求の範囲第１項才たは第２項記載の電力量針
   において、タイミングパルス発振器で一定時間ごとに第
   １のノリツブフロッグがセントされ、該フリップ７０ツ
   ノのセント出力信号により２個の可制御スイッチならび
   にインクロック回路が制御されることを特徴とするオフ
   セット自動補償つき電力量計。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の電力量計
   において、タイミングパルス発振器で一定時間ごとに第
   １のノリツブフロップがセットされ・零電圧比較器の後
   段にシグナルエツジ検出器が、また第１の７リツプフロ
   ツプの出方端と該シグナルエツジ検出器の出力端とがＡ
   ＮＤゲートの各入力端に、さらに該ＡＮＤゲートの出力
   端が２個の可制御スイッチを制御する第２の７リツプフ
   ロツプの入力端の一つにそれぞれ接続されたことを特徴
   とするオフセット量自動補償つき電力量計。 ５）特許請求の範囲第４項記載の電力量計において、シ
   グナルエツジ検出器が第３のフリップ７０ツブの第１の
   入力端に、そして該フリップフロップの第２の入力端が
   遅延回路を介して第２の７リツプフロツプの出力端の一
   つにそれぞれ接続され、前記第３の７リツプ７０ツブの
   第１の入力端に従属した第１出力端の信号がインタロッ
   ク回路を制御するとともに該７リツプフロツプの第２の
   入力端に従属した第２の出力端が第１ならびに第２の７
   リツプ７０ツブの各リセット入力端にそれぞれ接続され
   たことを特徴とするオフセット自動補償つき電力量計。