JPS62273464A - 無効電力計 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の技術分野］ 本発明は無効電力計の改良に関する。

［発明の技術的背Ｊ！！！］ 例えばｌａ電線に加わっている負荷電圧をＶ、給Ｎ線に
流れる消費電流をＩとし、その位相差をθとすると無効
電力Ｑは、 Ｑ＝ＶＩｓｉｎθ　　　　　　　・（１）で求められる
ことは周知である。ところで、前記負荷電圧■と消費電
流Ｉとをそのまま乗算すると有効電力Ｐ−ＶＩＣＯ８θ
が得られる。そこで、実際の無効電力計では、ｓｉｎθ
−ＣＯＳ　　（θ−π’２）なる関係により負荷電圧Ｖ
および負荷電流Ｉのいずれか一方をπ７／２だけ位相を
遅らして乗算し、無効電力Ｑを求めている。

第１図は従来の電子式無効電力計の構成図である。この
電子式無効電力計は、電圧検出部１により給電線に加わ
る負荷電圧Ｖを第２図に示すような電圧値に比例した電
圧信号Ｖに変換し、この電圧信号Ｖを遅延部２によりπ
／２だけ遅延して第２図に示す電圧信号Ｖａとして電力
乗降部３に供給する。一方、電流検出部４は、給電線に
流れる消費電流Ｉを第２図に示すような電流値に比例し
た電流信号ｌに変換して電力乗惇部３に供給し、ここで
電圧信＠ｖａと電流信号ｉとを乗算して無動電力を求め
ている。

［背景技術の問題点］ ところで、正確な無効電力Ｑを測定するには、特に遅延
部２において正確に電圧信＠Ｖをπ、／２だけ遅延しな
ければならない。しかし、従来の遅延部２はコイルやコ
ンデンサ、抵抗などで構成されているため、給電線に接
続された電源の周波数が変動するとコイルやコンデンサ
のインピーダンスが変化し、これにより遅延部２から送
出される電圧信号Ｖａの振幅が変動してしまう。例えば
遅延部２が積分回路として作動するＲＣフィルタにより
構成されていると、電圧信号Ｖａは、＝深ｖ、幀ωＬ−
Ｔ） ωＲＣ ・・・（２ により表わされる。したがって、電圧信号Ｖａの最大振
幅（Ｆ丁■／ωＲＣ）は（１／ω）により制限される。

このように遅延部２は、周波数の変動によりその振幅が
変動するので、精度の高い無効電力の測定が困難となる
。しかして、無効電力計は使用する地域に応じて周波数
５０Ｈ２用と６０Ｈ２用との２踵類のものを用意しなけ
ればならず、また無効電力計の設計にあっては煩雑さが
伴ない、さらにその製造にあっては製造工程を増やさな
ければならないなどの問題がある。

［発明の目的１ 本発明は上記実情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、周波数が変動しても正確に無効電力を
測定し１尋る無効電力計を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、負荷検出部で検出された電圧信号および電流
信号の何れか一方を所定の位相だけ遅延し、この遅延し
た信号および他方の非遅延信号と補正信号発生部によっ
て負荷電圧または前記消費電流の周波数を検出して得た
乗算補正信号とを電力乗算部に供給して無効電力を求め
る無効電力計である。

［発明の実施例］ 以下、本発明に係る無効電力計の一実施例について第３
図ないし第６図（ａ　＞　　（ｂ　）を参照して説明す
る。第３図は無効電力計の構成図である。

第３図において１０は給電線に接続された電源の電圧（
以下、負荷電圧と称す）■に比例した第１の電圧信号２
ｖを出力する電圧検出部であってこれは例えば変成器に
よって構成される。１１は給電線に流れる消費電流ｉに
比例した第２の電圧信号ｅｉを出力する電流検出部であ
って例えば変流器から構成される。そして、遅延部１２
は電圧検出部１０から出力された第１の電圧信号２ｖを
π／２だけ位相遅延して出力するものである。なお、こ
れら電圧検出部１０、Ｎ流検出部１１および遅延部１２
をもって負荷検出部が構成される。

さて、本発明の無効電力計には、補正信号発生部２０が
新たに設けられている。この補正信号発生部２０は、負
荷電圧■の周波数を検出し、この周波数に応じた乗算補
正信号２ｒを送出する機能を持ったもので、具体的には
第４図に示すように周波数検出部２１、基準電ｉ１！２
２および基準電源２２の電圧ＥＲを、周波数検出部２１
から送出される電圧信号ｅωにより除算して乗算補正信
号２ｒを得る除算部２３から構成されている。

電力乗算部３ｏは、遅延部１２から送出される第１の電
圧信号２ｖａと電流検出部１１から出力される第２の電
流信号ｅ１とを乗算し、この乗算して得たものを補正信
号発生部２０から送出されるｉｔｓ補正信号２ｒにより
除算して無効電力を求めるもので、例えば第５図に示す
ようなパルス幅変調型時分割乗算回路から構成されてい
る。すなわち、このパルス幅変調型時分割乗算回路は、
第１の電圧信号２ｖａをパルス幅変調回路３１によりパ
ルス幅変調信号に変換し、得られたパルス幅変調信号に
応じて第２の電圧信号ｅｊとこのｅＪを反転したーｅＪ
を時分割に取込んで積分することにより電圧信号２ｖａ
と電流信号ｅｌとの積に比例した直流信号ｅＯを得るも
のである。具体的な回路偶成を説明すると、演算増幅器
（オペアンプ）３２の反転入力端子に抵抗Ｒ１が接続さ
れ、この抵抗Ｒ１を介して負荷電圧信＠２ｖａが入力さ
れるようになっている。演算増幅器３２の出力端子と自
身の反転入力端子との間にはコンデンサＣ１が接続され
、また出力端子はコンパレータとして構成された演算増
幅器３３の非反転入力端子に接続されている。また、こ
の演算増幅器３３の反転入力端子には、同一抵抗値を持
つ抵抗Ｒ２゜Ｒ３から構成される抵抗分圧回路の分圧点
が接続されている。そして、演算増幅器３３の出力信号
は基準信号切換スイッチ（以下、切換スイッチと略す）
Ｓａおよび電流信号切換スイッチ（以下、切換スイッチ
と略す）Ｓｂに送られるように構成されている。切換ス
イッチＳａの端子ａは抵抗Ｒ４を介して演算増幅器３２
の反転入力端子に接続されるとともに、反転増幅器３４
を介して抵抗Ｒ３に接続されている。ざらに、切換スイ
ッチＳａの端子ａは除算部２３から送出される乗算補正
信号２ｒを入力する入力端子３５に接続され、また端子
すは反転増幅器３６を介して入力端子３５に接続されて
いる。一方、切換スイッチｓｂの端子ａは負荷電流信＠
ｅ１を入力する端子３７との間に反転増幅器３８を介し
て接続され、またｂｌ予は端子３７と接続されている。

そして、切換スイッチｓｂのｇ端子には、抵抗Ｒ５とコ
ンデンサＣ２とから構成されるＲＣローパスフィルタ回
路３つが接続されている。

次に上記の如く構成された電力計の動作について説明す
る。電圧検出部１０は給電線に加わる負荷電圧■を検出
し、その電圧値に比例した第１の電圧信＠ｅｖに変換し
て遅延部１２に供給し、ここで第１の電圧信号ｅｖをπ
／２だけ位相をずらして電力乗算部３０に供給する。ま
た、電流検出部１１は給電線に流れる消費電流Ｉを検出
し、その電流値に比例した第２の電圧信号ｅｌに変換し
て電力検出部３０に供給する。つまり、負荷電圧Ｖと負
荷電流１との位相差をθとすると、前記ｅＶ、ｅＪは ｅｖ　−ＣフＶ　ｓｉｎ　ｏｕ　ｔ　　　　　　　＝１
３）ｅｔ−ｒ丁１ｓｉｎ（ω【−θ）　　　・（４１で
表わされる。そして、遅延部１２により遅延されたｅｖ
すなわち遅延部１２から送出される第１の電圧信号２ｖ
ａは、遅延部１２の定数をに１とすると１ 、ｌ２ｊＫ１°ｖ　、。（ａｌｔ−７）ｖａ　　　　ω ・・・（５） となり、このｅｖａと第（４）式に示すｅＪとが電力乗
算部３０に送られる。

一方、補正信号発生部２０の周波数検出部２１は、負荷
電圧■の周波数を検出し、この周波数に比例した電圧信
号ｅωを除算部２３に出力する。

除算部２３は基準電源２２の出力電圧ＥＲを、入力した
電圧信号ｅωにより除算して得た乗算補正信号ｅｒを電
力乗算部３０に送出する。すなわち周波数検出部２１の
比例定数をに２とすると、電圧信＠ｅωは、 ｅω＝に２・ω　　　　　　　　　　・・・（６）と表
わされる。したがって乗算補正信号２ｒは、となる。

しかして、電力乗算部３０は、入力した第１の電圧信号
ｅ■、第２の電圧信号ｅｉおよび乗算補正信号２ｒに基
づいて無効電力を求める。ここで電力乗算部３０での具
体的な動作について第６図（ａ　）　　（ｂ　）を参照
して説明する。パルス幅変調回路３１において例えば遅
延部１２から送出される第１の電圧信号２ｖａが零であ
り、演算増幅器３２の出力信号が論理「１」すなわちｒ
ＨＪレベルのときは、切換スイッチＳａが端子ａに接続
されるので、補正信号発生部２０から送出される乗算補
正信＠ｅｒは反転されずに切換スイッチ３ａを介して入
力される。これにより演算増幅器３３の反転入力端子に
は、乗算補正信号２ｒが反転ユ四幅器３４により反転さ
れて一２ｒとなり、さらに抵抗分圧回路Ｒ２，Ｒ３によ
り分圧されて（−ｅ　ｒ　／２）の信号となって入力す
る。また、演算増幅器３２の反転入力端子には、乗算補
正信＠ｅｒが抵抗Ｒ４を介して入力する。したがって演
算増幅器３２からは負方向に所定の減衰率をもってその
出力値が減衰する信号３２ａが演算増幅器３３の非反転
入力端子に出力される。そして、演算増幅器３３の非反
転入力に入力する信号３２ａが（２ｒ　ｙ’２）になる
と、演算増幅器３３の出力信号３３ａは反転し論理「０
」すなわちｒＬＪレベルの信号になる。すると切換スイ
ッチＳａは端子すに切換わり、これにより乗算補正信号
ｅｒが反転増幅器３６により反転され一２ｒとなって切
換スイッチＳａを介して入力される。よって演算増幅器
３３の反転入力端子には、乗算補正信号−２ｒが反転さ
れ２ｒとなり、この２ｒが抵抗分圧回路Ｒ２゜Ｒ３によ
り分圧され（ｅｒ　／２）となって入力する。また、演
算増幅器３２の反転入力端子には、乗算補正信号−ｅ「
が抵抗Ｒ４を介して入力するので、演算増幅器３２の出
力信号３２ａは正方向に所定の増加率をもって上昇して
いく。そして、この出力信号３２ａが上昇し演算増幅器
３３の反転入力端子に入力する（ｅｒ　／２＞に達する
と演算増幅器３３の出力信号３３ａは反転してｒＨＪレ
ベルとなる。

つまり、演算増幅器３３の出力信号３３ａは。

第６図（ａ　）に示すようにデユーティ比が１対１の方
形波となる。しかして、この出力信号３３ａにより切換
スイッチＳａが切換わり、乗算補正信号２ｒは第６図（
ａ　＞に示すような信号２ｒｓとなって入力される。そ
して、演算増幅器３３の反転入力端子には、入力した乗
算補正信＠ｅｒまたは一２ｒが分圧され第６図（ａ　）
に示す信号２ｒｏになって入力する。これにより、演算
増幅器３２の出力信号３２ａは、第６図（ａ）に示すよ
うな三角波の信号となる。

ここで、演算増幅器３３の出力信＠３３ａのｒＨＪレベ
ル期間をｔａとし、ｒＬＪレベル期間をｔｂとし、また
演算増幅器３２の出力信＠３２ａのうち負方向に減衰す
ると出力を２ｋ（ｔａ）とし、正方向に上昇する出力を
ｅｋ（ｔｂ）とすると、これら２ｋ　　（ｔａ　）、　
ｅｋ　　（ｔｂ　）は、と表わされる。これら第（８）
式および第０式により期間ｔａ、ｔｂは、 となり、ざらに、これら第（１０）式および第（１１）
式により演算増幅器３３の出力信号３３ａのデユーティ
比りは、 となる。したがって、第１の電圧信号２ｖａが入力する
と、演算増幅器３３からは、このデユーティ比りが変化
した信号すなわち第１の電圧信号２ｖａのレベルに応じ
てパルス幅変調された信号３３ａが切換スイッチｓｂに
出力される。ここで。

第１の電圧信号２ｖａは第６図（ｂ）に示すようにその
微細な期間をみると直流に近似することができ、この第
１の電圧信号ｅｖａにより演算増幅器３３の出力信号３
３ａは、第６図（ｂ）に示すように第１の電圧信号２ｖ
ａのレベルが減衰するとデユーティ比りが大きくなった
ものとなる。

そこで切換スイッチｓｂは、信号３３ａがｒＨＪレベル
のときに端子ａに接続されて反転増幅器３８により反転
された負荷電流信号−ｅｌをＲＣローパスフィルタ回路
３つに送り、また信号がｒＬＪレベルのときに端子すに
接続して負荷電流信＠ｅｌをＲＣローパスフィルタ回路
３９に送る。

つまり、ＲＣローパスフィルタ回路３９には、第６図（
ｂ）に示すような信＠ｅｃが送られる。この結果、ＲＣ
ローパスフィルタ回路３つからは無効電力を示す直流の
乗算信号ｅＯが送出される。

ここで、この乗算信号ｅＯが無効電力を示すことについ
て説明する。この乗算信号ｅｏは、負荷電圧信号２ｖａ
と負荷電流信号ｅ１とを乗算し、この乗算したものを乗
算補正信号２ｒにより除算したものである。つまり乗算
信号ｅＯは、で表わされ、この第（１４）式に上記第（
４）式、第（５）式および第（７）式を代入すると、 となる。この第（１５）式により判るように最大振幅（
２・Ｋ１・Ｋ２・Ｖｌ／ＥＲ）は周波数ω−２πｆの影
響を受けていない。また、第（１５）式を変形すると となる。ここで、第（１６）式の右辺の　（Ｋｌ・Ｋ２
／ＥＲ）Ｖ−１ｃｏｓ　　（２ω℃−π／２−θ）は平
均値を求めると零となるので、ＲＣローパスフィルタ回
路３９を通過すると乗算信号ｅＯは、となり、この第（
１７）式によりｅＯは無効電力Ｑを示すことになる。

このように本発明の電力計においては、電圧検出部１０
から送出される第１の電圧信号ｅｖ＠遅延部１２により
π／２だけ位相をずらして電力乗算部３０に送り、また
電流検出部１１から電力乗算部３０に第２の電圧信号ｅ
１を送出し、ざらに補正信号発生部２０により負荷電圧
■の周波数を検出し、この周波数に反比例する乗算補正
信号２ｒを電力乗算部３０に送出し、この電力乗算部３
０により第１の電圧信号２ｖａと第２の電圧信号ｅ２と
を乗算したものを乗算ンｉｌ正信号ｅｒにより除算して
無効電力Ｑを求めるので、この求められる無効電力Ｑは
第（１７）式に示すように最大振幅（Ｋｌ・Ｋ２・■・
Ｉ／ＥＲ）に周波数成分ω−２πｆが含まれておらず、
したがって周波数の影響を受けないものとなる。つまり
、遅延部１２において生ずる最大振幅の変動を、補正信
号発生部２０から送出される周波数ωに反比例した乗算
補正信号ｅｒにより電力乗算部３０において除去できる
。したがって、負荷電圧■の周波数の変動の影響を受け
ずに、正確な無効電力Ｑを測定できる精度の高い電力計
となる。しかして、本発明の電力計を電源周波数が異な
る（５０Ｈ２、６０Ｈ２）地域に用いたとしても、周波
数の影響を受けないので両地域で正確な無効電力を測定
できる。

また、従来問題となっている無効電力計の設計における
煩唯さや、製造工程の増加などは、１台の電力計の設計
、製造ですむので容易に解決される。

なお、本発明は上記一実施例に限定されものではない。

第７図は本発明に係る無効電力計の変形例を示す構成図
であって、第３図と同一部分には同一符号を付しである
。すなわち、この無効電力計は、電流検出部１１から送
出される負荷Ｎ流信号ｅ　ｊ　＠’７１延部４０により
π／２だけ位相をずらして電力乗算部４１に送るように
したものである。

このように構成しても求められる無効電力Ｑの最大振幅
は周波数の影響を受けずに正確な無効電力Ｑを測定でき
る。したがって、上記一実施例と同様な効果を奏するこ
とができる。

また、補正信号発生部２０は負荷電圧Ｖの周波数を検出
して乗算補正信号２ｒを送出しているが、負荷電流Ｉの
周波数を検出して乗算補正信号を送出してもよい。

なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で変形する
ことが可能である。

［発明の効果１ 本発明によれば、負荷検出部から出力される第１の電圧
信号および第２の電圧信号の何れか一方の遅延信号およ
び他方の非遅延信号と補正信号発生部から送出される負
荷電圧または負荷電流の周波数に応じた乗算補正信号と
に基づいて電力乗算部により無効電力を求めるので、周
波数が変動しても正確に無効電力を測定し得る無効電力
計を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無効電力計の構成図、第２図は第１図に
示す電力計の動作を説明するための波形図、第３図は本
発明に係る無効電力計の一実施例を示す構成図、第４図
は第３図に示す補正信号発生部の具体的な構成図、第５
図は第３図に示す電力乗算部の具体的な回路構成図、第
６図（ａ　）（ｂ）は第５図に示す電力乗算部の動作を
説明するための図、第７図は本発切に係る無効電力計の
変形例を示す構成図である。 １ｏ・・・電圧検出部、１１・・・電流検出部、１２・
・・遅延部、２０・・・補正信号発生部、２１・・・周
波数検出部、２２・・・基準電源、２３・・・除算部、
３０・・・電力乗算部、３１・・・パルス幅変調回路、
３２・・・演算増ｔＩＡ器、３３・・・演算増幅器、３
４．３６．３８・・・反転増幅器、３つ・・・ＲＣロー
パスフィルタ回路、Ｓａ・・・基準信号切換スイッチ、
ｓｂ・・・電流信号切換スイッチ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｆｌｌｌ　　図 第２図 第３図 第５ｒ！！Ｊ ｒ ＩＩｓ図（ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷電圧に比例した第１の電圧信号および消費電流に比
   例した第２の電圧信号を得、この第１の電圧信号および
   第２の電圧信号の何れか一方を所定の位相角だけ遅延し
   て出力する負荷検出部と、前記負荷電圧または前記負荷
   電流の周波数に応じた乗算補正信号を送出する補正信号
   発生部と、この補正信号発生部から送出される乗算補正
   信号と前記負荷検出部から出力される第１の電圧信号お
   よび第２の電圧信号とに基づいて無効電力を求める電力
   乗算部とを具備したことを特徴とする無効電力計。