JPS62266472A - デイジタル位相計 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、一定の周波数をもった電圧や電流等の交流電
気量の位相差を測定してディジタル値で表示するための
ディジタル位相計に関する。

（従来の技術） 従来、この種の位相測定方法としては、リサジュー図を
利用したブラウン管法、２現象形オシロスコープに比較
する両波形を描かせる２現象ブラウン管法、２つの正弦
波を方形波に整形してその時間的な重なりに相当する方
形波を生成し、平均して位相差を求める方形波法、その
他計数法、ベクトルメータ法（同期整流法）等が知られ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの方法には要求する位相差そのも
のを直接算出してディジタル表示できるものが少なく、
それぞれの測定値を数式等により種々加工しなくては位
相差を求めることができないため、多くの労力や時間が
必要であった。また。

データの読み取り誤差による測定ミス等が生じるおそれ
もあった。

更に、これらの方法においては専用の位相計を必要とし
、電力系統の交流電気量の位相差を測定するにあたって
はかかる位相計を電気所等に持参して対象に接続しなく
てはならない煩雑さを伴っていた。加えて１位相計の構
成部品の経年変化による性能低下等が測定精度を悪化さ
せる原因となる場合もあった。

本発明は上記の問題点を解決するべく提案されたもので
、その目的とするところは、２つの交流電気量の瞬時値
を示すディジタルデータを使用して種々の演算および処
理を行い、もって両型気量の位相差を算出することによ
り、位相差を正確、簡便かつ直接的に測定可能とし、し
かもディジタルリレーと共通のハードウェアを使用可能
としてコストの低減および測定作業の簡素化を図ったデ
ィジタル位相計を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため１本発明は、同一周波数で位相
の異なる電圧や電流等、２つの交流電気量の複数の瞬時
値をそれぞれサンプリングし、これらの瞬時値をＡ／Ｄ
変換して得たディジタルデータに基づいて２つの交流電
気量の位相差を求めて表示することを特徴とする。

また、この演算にあたっては、前記ディジタルデータか
ら２つの交流電気量の位相差の正弦値および余弦値を算
出し１次いで予め用意された正弦値テーブルを参照して
位相差を求めることが有効である。ここで正弦値テーブ
ルとしては、０°から４５°までの仮想位相角とこれら
に対応する正弦値とを備えたものを使用することが望ま
しく、演算によって算出した正弦値または余弦値に対応
する仮想位相角を正弦値テーブルから求め、その後、こ
の仮想位相角を真の位相差に変換する。

更に１以上の演算や処理を行なうハードウェアをディジ
タルリレーと兼用することを予定している。

（作用） 本発明においては、まず２つの交流電気量の複数の瞬時
値をそれぞれサンプリングし、Ａ／Ｄ変換によってディ
ジタルデータを得る０次いで、ディジタルリレーにおけ
る演算原理の積加算方式を応用して位相差の正弦値およ
び余弦値を算出する。

そして、これらの正弦値および余弦値に対応する仮想位
相角を正弦値テーブルから求める。しかる後に、正弦値
および余弦値の符号から判定される真の位相差の帰属象
限に応じて、所定の変換式により仮想位相角を真の位相
差に変換し、以後、周知の手段によってこの位相差をデ
ィジタル表示するものである。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

この実施例は、電力系統から電圧および電流を入力して
その位相差を求めるものであり、第１図に示す如く、ま
ず系統の電圧Ｖおよび電流ｉを処理ブロック１内に入力
する。ここで、同一周波数の交流電圧Ｖと電流ｉとは、
電流ｉが電圧Ｖよりもθ°だけ位相が遅れているとすれ
ば、一般に次式％式％ また、これらの波形は第２図に示すとおりである。

処理ブロック１では、■およびｉに対して系統周波数の
１２倍の周波数にてサンプリングしくサンプリング間隔
３０°）、これをＡ／Ｄ変換して■およびｉの瞬時値に
かかるディジタルデータ列ｖｎ。

１ｎ（ｎ＝ｏｅ　１，２，３．・・・・・・）を得る。

これらのデータ順序を第２図に示すように規定すると、
例えば。

Ｖ、　＝　Ｖ＋ｎ　５ｉｎ（ωｔ） ｖ、＝Ｖｍ　５ｉｎ（ωｔ＋ｚ／６） ｖ２＝＝Ｖｍ　５ｉｎ（ωｔ＋２７Ｃ／　６）ｉ、＝　
Ｉ＋＊　５ｉｎｌ：ωを一〇）ｉ１＝Ｉｍｓｉｎ（ωを
一θ＋π／６）ｉ２＝　Ｉ＋ｍ　５ｉｎ（ωを一〇＋２
　ｆｃ／　６　）となり、一般に ｖｎ＝Ｖｍｓｉｎ（ω　ｔ＋ｎ　　π　／　６　）　　
　・・・　・・・　・・−・・−（３）ｉｎ＝　Ｔｙａ
　５ｉｎ（ωを一〇＋ｎｓ／６）　　−・＝（４）とな
る。

いま、ディジタルリレーの演算原理としての積加算方式
により、１／４周期隔てた各データの間では。

Ｖｍ”　＝　（ｖｎ）”　＋　（ｖｎ−ｓ　）”Ｉ＋ｍ
２＝（ｉｎ）”＋（ｉｎ−１）”すなわち Ｖｎ＋＝　ａ了刀票〒　・・・・・・・・・・・・・・
・・（５）ｘｍ＝、ｑ−Ｆη丁石層下・・・・・・・・
・・・・・・・・・（６）であり、また。

ｖｎｌ　ｉｎ＋ｖｎ−３ａ　ｉｎ−＊＝Ｖｍ０　Ｉｎ　
ｃｏｓθ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
ｖｎ−１ｎ−ｓ＋ｖｎ−３・　１ｎ＝Ｖ＠・　Ｉｍ　　
ｓｉｎθ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
の関係があることが知られている。従って、（５）〜（
８）式から。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・（９）・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１０）となる。このｃ
Ｏ３θ、　ｓｉｎθを求める（９）式、　（１０）式の
演算は、第１図における処理ブロック２において行なわ
れるが、１ｃｏｓθｌ≦１，１ｓｉｎθ１≦１であるか
ら固定小数点演算しかできないマイクロコンピュータで
は演算結果が０になってしまうため。

実際には２°ｃｏｓｅｔ　２’ｓｉｎθの値を計算する
。

こうしてｃｏｓθおよびｓｉｎθの値を求めた後、処理
ブロック３にてｌ　ｃｏｓθ１，１ｓｉｎθ１に対応す
る仮想位相角θ′（０＠≦θ″≦４５°）を求める。す
なわち、　ｃｏｓθおよびｓｉｎθの間には１周知のよ
うに１）　　ｓｉｎθ＝ｃｏｓ（９０’−〇）＝ｃｏｓ
θ″（なお、０°≦θ≦３６０°） ２）　　Ｏ’≦θ＜４５１の範囲では ｃｏｓθ）ｓｉｎθ≧０ θ＝４５ａでは　　ｃｏｓθ＝　ｓｉｎθ４５′〈θ≦
９０″の範囲では ０≦ｃｏｓθ＜ｓｉｎθ という関係がある。つまり、　ｃｏｓθ、　ｓｉｎθが
いかなる値でも、　１ｃｏｓθｌ　、　１ｓｉｎθ）は
０°≦θ１≦４５″の範囲における仮想位相角θ′の余
弦ｃｏｓθ′または正弦ｓｉｎθ′の値によって表わす
ことができるから、処理ブロック２にて求めたｃｏｓθ
、　ｓｉｎθ（２６ＣｏＳθ、　２”ｓｉｎθ）をＣｏ
ｇθ’（２”ｃｏｓθ″）またはｓｉｎθ’（２”ｓｉ
ｎθ′）と見なしてこれに対応するθ′を求め、次いで
ｃｏｓθ、　ｓｉｎθの符号に応じた変換式によりθ′
から真の位相差θを算出すればよい。

この際、θ′を求めるためのテーブルは、以下の第１表
のように４６組の数値からなるものでよい。

しかして、ｃｏｓθまたはｓｉｎθの値から位相差θを
求める場合には、　１ｃｏｓθ１，１ｓｉｎθ１を比較
して小さい方の値を使ってテーブルサーチする。すなわ
ち、ｌ　ｓｉｎθ１を使う場合には、このｌ　ｓｉｎθ
１の値を表１における２　”　ｓｉｎθ’＝２’ｃｏｓ
θ″の欄の上の値から比較していき、ｌ　ｓｉｎθ１の
値の方が大きくなった時点の何番目かの角度がθ′とな
る。また、１ｃｏｓθ１を使う場合には同様にして求め
たθ″を９０°から引いてθ１を求める。

一方、（９）式、　（１０）式の演算を行なう際にＣｏ
ｇＯ，５ｉｎＯの符号を認識しておき、処理ブロック４
では第３図に基づいてθの属する象限を判定すると共に
１次の第２表における各象限毎の変換式により位相角度
処理を実行し、仮想位相角θ′から真の位相差θ（０°
≦θ≦３６０°）を求める。

第２表 こうして算出された位相差θは、第１図の処理ブロック
５により周知のディジタル表示器を介して表示されるこ
ととなる。

この実施例によれば、正弦値テーブルとして仮想位相角
θ′のＯ″〜４５″分をもつだけでＯ°〜３６０°の範
囲の位相差θを測定することができるから、マイクロコ
ンピュータのプログラム容量が少なくて済むという利点
がある。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、ディジタルデータ
に基づいて位相差を算出して表示するものであるため、
位相差の迅速な測定および表示が可能であり、ｍ定に要
する労力や時間を大幅に削減することができる。

また、位相差の直読が可能であるから読み取り誤差を生
じる余地がなく、構成部品の経年変化等による誤差が発
生する可能性も極めて少ないため、常に正確な測定を行
なうことができる。

更に、本発明はその原理上、ディジタルリレーと共通の
ハードウェアを使用できるため、別個に位相計を用意す
る必要がなくコストの低減が可能であると共に、既設の
ディジタルリレーを利用すれば、位相差測定の度に電力
系統に接続するような煩雑な作業からも開放されるとい
う利点を有する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図はデータ処
理手順を示すブロック図、第２図は測定対象たる電圧お
よび電流の波形図、第３図は正弦値および余弦値の符号
に応じた位相差の帰属象限を示す説明図である。 １〜５・・・処理ブロック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一周波数で位相の異なる２つの交流電気量の複
   数の瞬時値をそれぞれサンプリングし、これらの瞬時値
   をＡ／Ｄ変換して得たディジタルデータに基づいて前記
   ２つの交流電気量の位相差を求めて表示することを特徴
   としたディジタル位相計。
2. （２）ディジタルデータを用いて２つの交流電気量の位
   相差の正弦値および余弦値を算出し、これらの正弦値ま
   たは余弦値から、複数の正弦値とこれらに対応する位相
   角とを備えた正弦値テーブルを参照して位相差を求めて
   なる特許請求の範囲第１項記載のディジタル位相計。
3. （３）正弦値テーブルは、０°から４５°までの仮想位
   相角とこれらの仮想位相角に対応する正弦値とを備えて
   なる特許請求の範囲第２項記載のディジタル位相計。
4. （４）ハードウェアをディジタルリレーと兼用してなる
   特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のディ
   ジタル位相計。
5. （５）固定小数点方式のマイクロコンピュータにて２つ
   の交流電気量の位相差を求めてなる特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項または第４項記載のディジタル位相
   計。