JPS627981B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電力を測定する方法及び装置に係
り、特に、測定される大きな電源電圧及び電流か
らインジケータ部を電気的に分離した電力監視装
置に係る。

馬力で表わすことのできる仕事量の別の尺度が
ワツト数である。ワツト数は電気量であるから、
電子的に計算して馬力の単位に変換することがで
きる。電気装置によつて消費されるワツト数を計
算するためには電力計を用いてその装置に流れる
電流をその装置間の電圧降下で乗算する。交流電
圧及び電流が存在する時には、この乗算を瞬時毎
に計算しなければならない。電気装置により消費
されたワツト数を馬力の値に変換するのは簡単な
数学乗算であり、これは換算又は増巾によつて達
成される。

馬力計及び電力計は一般に大型の電動機や旋盤
や工作機械等の如き電気負荷で消費された電力を
測定するのに用いられる。かゝる装置の速度制御
を行ない、運転パラメータを記録し、運転効率を
高め、そして予防的な保守を行なうためにはかゝ
る装置の電力需要を監視することが有用である。
これまでの電力計は検流計型のものであり、これ
はメータの針にある可動電磁石と固定電磁石との
間の磁気相互作用を用いたものである。電力を測
定するのに必要な電流と電圧の乗算は、これら２
つのコイルを互いの電磁界に機械的に通過させる
ことによつて達成される。この式の電力計には多
数の重大な欠点がある。その第１は、電磁界間に
完全な結合を得ることができず、従つて、電力計
の精度が悪いことである。第２に、この形式の電
力計は、当然ながら大電流が流されるために、プ
ロセス制御装置や記録器の様な電子装置に接続す
るのにあまり適していないことである。

第２のそしてより近代的な形式の電力計は、検
流計式電力計の場合と同じ形式の電磁石で包囲さ
れた集積回路に生じるホール効果の原理を用いた
ものである。この形式の電力計は電子装置に接続
することはできるが、検流計に伴なう別の欠点を
負うことになる。電力計は、電力を測定している
装置へと流れ込む電流を感知しなければならず、
そしてホール効果式電力計又は検流計式電力計の
場合はこの電流を計器内の大きな巻線（電磁石）
に流さねばならない。この電流が電力計の内部巻
線の電流容量に対してあまりに大き過ぎる時に
は、外部変流器を用いねばならず、これが著しく
コストを高め、相当の計器誤差を招き、そして交
流の場合しか使用できない様な制約を与える。そ
の上、計器の露出した端子に非常に高電圧がかゝ
り且つ大電流が流れるという点でこの電力計を使
用するのが危険であり、且つメータの倍率等を切
換える様な操作中の計器の取り扱いが非常に危険
なものとなる。この電力計の物理的な大きさも又
別の欠点である。計器筐体内に収容される電流コ
イルが大きなものであり且つ又メータのムーブメ
ント自身も物理的にかさばるために電力計が当然
大きなものとなる。最後に、或る電力計は調整及
び／又は修正なしでは交流及び直流の動作に共通
に適用できない。

本発明は、これまでの様に計器自身に含まれた
大きな巻線によつて負荷電流及び電圧を感知する
のではなく、それ以下の手段によつて負荷電流及
び電圧を感知する様な監視装置を提供することに
より、ホール効果及び検流計型電力計に伴なう上
記欠点を解消するものである。又、本発明の監視
装置は多数の使用目的に於いて考えられる非常に
高い電圧から電力計の“読み出し”部分を電気的
に分離する。これは利用者の安全性を助成するだ
けでなく、実際の負荷から離れた位置例えば中央
制御パネルで、電気負荷により費される電力を監
視できる様にもする。大電力用のシヤント回路が
負荷と直列に配線される。運転中は、このシヤン
ト回路間の電圧降下が負荷に流れる電流に比例す
る。本発明の監視装置は電圧分割回路網を用いて
負荷の電圧を感知し、その出力信号が上記シヤン
ト回路からの電流信号と電子的に乗算される。こ
の電子的な乗算は、コイルが機械的に相互作用す
るという形態及びそれらの本来的な不正確さを回
避する。出力信号の分離は分離装置によつて達成
され、そしてこの分離装置は出力回路と監視装置
の高圧側とを電気的に分離しつつもこれら２つを
磁気的に結合する。出力信号はこの分離段を通つ
た後にフイルタされそして使用できる形態で表示
される。

大型の誘導的な検流計式装置及びそれに組合わ
された大きな電流コイルに比べて、本発明に用い
られる集積回路は本来コンパクトなものでありそ
してコストも比較的安いということから本発明の
別の効果が得られる。これは電気負荷と完全に直
結して挿入することのできる非常にコンパクトな
電力計モジユールを製造できる様にする。

本発明の更に別の効果は乗算器の応答時間が非
常に速いということである。これまでのムーブメ
ントコイル型ユニツトはそれら自身が整別しそし
て安定するのに比較的時間がかゝる。それに対し
て、電流と電圧の積を電子的に計算することは実
質的に瞬間的である。フイードバツク制御系に適
用した場合にこの速かな応答時間が特に重要にな
る。

本発明の好ましい実施例に於けるなお別の効果
は、直流、単相交流、及び多相交流の各々の使用
目的に本装置を共通に適用できるということであ
る。これは電力計モジユールの同期変調及び復調
回路によつて達成される。電力監視装置を共通に
適用できる様にするのに加えて、の同期変調及び
復調は乗算器及び分離段が最適な効率及び小さな
物理的寸法を得ることができる様にする。

３相用に使用される電力監視装置の別の実施例
では、負荷の３つの枝路のうちの２つを介して電
源電流及び電圧を個々に読み取る様に２つの電力
計モジユールが負荷に電気的接続されて組み込ま
れる。これら２つの電力計モジユールの出力が加
算され、そして前記した様にフイルタへ送られそ
して表示される。

本発明のその他の種々の特徴及び効果は、添付
図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に
述べた以下の説明より明らかとなろう。

さて第１図を参照すれば、本発明による電力監
視装置１０のブロツク図が示されている。この監
視装置１０は電力計モジユール１２と、電源１４
と、出力デジタル表示モジユール１５とを備えて
いる。監視装置１０は電気負荷１６で消費される
電力を計算しそして表示する様に接続される。負
荷の電源電圧は導体１８を経て負荷１６に供給さ
れる。ここに示す例に於いては負荷１６が単相交
流電動機である。然し乍ら、どんな電気負荷で消
費される電力でも本発明によつて監視できる。
Ram Meter Inc.によつて製造された型式MSA−
XXXのシヤント回路２０が負荷１６と直列に電
気的に挿入される。このシヤント回路２０はこれ
を通して電動機１６又は他の負荷へ電流が流れる
ところの精密な大電流用抵抗である。このシヤン
ト回路２０はこれまでのシヤント回路より抵抗値
が若干大きいが、所与の設計パラメータの組を考
慮すれば当業者に分かるであろう標準の技術を用
いるものである。このシヤント回路２０間には負
荷に流れる電流に比例した電圧が発生される。シ
ヤント増巾器２２はこの電圧をその後の乗算器段
２４に有用なレンジまで増加する。シヤント増巾
器２２と乗算器２４との間には同期変調器段２６
が挿入され、これはシヤント増巾器２２の出力か
ら送られる増巾された信号の極性を発振器段２８
により決定された割合で効果的に逆転する。最大
の作動効率を得、そして一般に市場で入手できる
乗算器ユニツトに本来的に生じるエラー信号をな
くすために、ほゞ22KHzの変調周波数が用いら
れる。この同期変調は直流負荷に適用した場合の
信号分離変成器３０の作動に対しても必要であ
る。監視装置が交流負荷と共に作動する場合はこ
の同期変調プロセスが不要であることに注意され
たい。然し乍ら、監視装置１０を交流及び直流の
使用目的に共通に用いることができる様にし、交
流で動作する間の効率を最適にし且つ比較的小型
でコンパクトな分離変成器を使用できる様にする
ために同期変調プロセスが監視装置１０に含まれ
る。同期変調器２６は発振器２８により電力分離
変成器３２及び“ホツトサイド”電源３４を介し
て駆動される。本明細書で用いられる“変調”及
び“復調”という語はあらゆる既知の同期及び非
同期並びに検出技術を含むものと広く解釈された
い。好ましい実施例に同期変調及び復調を使用す
るのは技術的な観点から考えて単に便宜的なこと
であるに過ぎない。更に、電気以外の媒体例えば
光学的なもの又は機械的なものを介して変調を達
成できるということも意図される。分離変成器３
２及び３０は電力計モジユール１２から比較的安
全な出力信号を得るために絶対的に必要とされ
る。

“比較的安全”とは、ほゞ接地電位にある電圧
レベルを意味するものとする。

負荷１６間の電圧降下は、負荷１６に並列に接
続された直列抵抗３４及び３６から成る電圧分割
回路網によつて測定される。この電圧分割器のタ
ツプは保護回路３８を経て乗算器２４に電気的に
相互接続され、保護回路３８は電動機１６間の電
圧に不当な乱れや高圧障害が生じた場合でも乗算
器に印加される電圧を所定の値に制限する。監視
されている電動機即ち負荷１６間の電圧に比例し
且つ乗算器の入力範囲内にある電圧信号が電圧分
割器によつて導出される。

乗算器２４は負荷１６に流れる電流の関数ｆ(i)
と負荷１６間の電圧降下の関数ｆ（ｖ）である２
つの入力信号に対して電子的な乗算動作を行な
う。本発明に於いては電子的な乗算が、半導体装
置によつて専用に演算操作される乗算関数として
定義され、これは公知の電気機械技術とは区別さ
れる。従つて乗算器２４の出力は２つの入力の
積、即ち負荷１６により消費された電力に比例し
た信号である。大型の電気装置に使用される電流
及び電圧は非常に大きなものであるから典型的に
乗算器２４の出力は読み出し装置に直接接続する
には危険である。従つて、負荷に関連した高電圧
レベルを阻止し然して電力計モジユール回路の低
電圧側に信号を磁気的に結合するため分離変成器
３０が挿入される。

この分離変成器３０の２次巻線は同期復調器４
０に電気的に接続され、この復調器４０は同期変
調器２６と同様に、発振器２８によつて制御され
る。復調された後、信号（Vo）は出力手段１５
に送られ、該出力手段はデジタル出力表示を作り
そして任意選択的にアナログ出力を作り出す。

分離された回路を作動するための電力と共に、
変調及び復調に必要とされる同期信号が、電力分
離変成器３２に結合される。出力セクシヨン即ち
デジタル表示モジユール１５には加算増巾器４２
があり、これは必要に応じて電力計モジユール１
２を２つ使用することができる様にする。ここに
示す例に於いては、単相負荷１６が馬力監視装置
１０によつて監視されているだけであるから、加
算増巾器４２の第２の入力は使用されない。又、
加算増巾器４２はワツト数や馬力に変換し、これ
は馬力とワツト数との対比関係（1HP＝746ワツ
ト）に基いた電気的な換算機能に過ぎない。又、
適当に目盛定めすることにより、この監視装置は
キロワツトの単位又はフルスケールのパーセント
で表示することもできる。表示モジユール１５
は、固有で且つ一定の60Hzの回路に電力監視装置
を用いた時に表示される値を安定化するため低域
フイルタ４４も備えている。この低域フイルタ４
４は表示のちらつきをなくし、そして馬力測定系
を馬力の変動に速かに応答させることができる様
にする。デジタル表示装置４６は馬力の読みを与
える電圧計に過ぎない。便宜上、アナログ出力信
号も与えられそして増巾器４８を経て接続され
る。

さて第１ａ図を参照すれば、監視装置５０の別
の応用例が示されている。電源５２によつて３相
誘導負荷５４が給電される。前記で述べた様に、
負荷５４の特定の枝路Ａ及びＢの各インピーダン
スに流れる電流を測定するため、２つの電力計モ
ジユール５６及び５６′並びにシヤント回路５７
及び５７′が負荷５４の３つの枝路のうちの２つ
に電気的に相互接続される。両モジユール５６及
び５６′への電圧入力は負荷５４の第３の枝路Ｃ
から供給される。２つのモジユールの出力Ｖ_p及
びＶ_p′は加算増巾器５８の入力へ電気的に接続さ
れる。加算増巾器５８の出力はフイルタ６０を経
て表示装置６２及び増巾器６４へ供給され、これ
らは第１図で参照番号４２，４４，４６及び４８
として説明したものと同様である。この構成によ
れば、加算増巾器５８の出力信号は負荷５４で消
費された全電力の関数となる。

第２図を参照すれば、電力計モジユールの回路
図が示されている。分離変成器１００及び１０２
を通して引かれた仮想線より左側にある接地記号
は一般のアース接地即ちシヤーシ接地形式のもの
であるという事に注意されたい。分離変成器１０
０及び１０２の右側に示された接地点は真の接地
点ではなくて“浮動”接地点の部分を表わしてお
り、これは負荷の比較的高い電源電圧にのせられ
る限り絶対電位が変化する。２つの直列抵抗１０
４及び１０６が負荷１０８に並列に接続される。
抵抗１０４及び１０６は電圧分割器を構成しそし
てそれらの値はその使用目的に基いてそのタツプ
が±10ボルトの範囲内に保たれる様に選択され
る。この電圧分割器のタツプは100K抵抗１１２
を通して乗算器１１０の端子に電気的接続さ
れる。この端子は68pキヤパシタ１１４を
経て浮動接地点にも相互接続される。キヤパシタ
１１４及び抵抗１１２は入力波形から高周波スパ
イク及びスプリアス変動を排除する低域フイルタ
を構成する。又、抵抗１１２は入力過電圧が生じ
た場合の電流制限器としても役立つ。

乗算器１１０の端子は逆バイアスされたダ
イオード１１６及び１１８を経て正の15V直流電
源及び負の15V直流電源にも各々電気的接続され
る。ダイオード１１６及び１１８は、いずれかの
ダイオードが順方向バイアス状態になつた場合に
電流に対して低インピーダンス路を与える過電圧
防護体として働く。通常の作動中は、乗算器１１
０の端子に印加される電圧が±10ボルトの範
囲内である。。乗算器１１０の端子は端子
と同様に浮動接地点に直結される。乗算器１１０
の端子は−15V電源に電気的接続されそして端
子は＋15V電源に電気的接続される。ダイオ
ード１１６及び１１８はGeneral Electric社によ
りモデルIN914Aとして販売されている形式のも
のである。乗算器１１０はAnalog Devices社に
よりモデルAD532として販売されている形式のも
のである。然し乍ら、これらは公知の等価回路と
置き換えすることができる。本明細書に於いて
は、ローマ数字により示された端子が前記装置の
実際の端子指称に対応している。乗算器の端子番
号を引用すれば、乗算器１１０の作動特性は次の
関係に従う。

Ｅ（出力）＝（Ｅ−Ｅ）（Ｅ−ＥXII）／１
０ 大電流シヤント回路１２０が、監視される負荷
１０８と直結して挿入される。シヤント回路１２
０と負荷１０８との共通接続点は浮動接地点に電
気的接続される。シヤント回路間の電圧降下は負
荷に流れる電流に比例し、そして演算増巾器
（OPアンプ）１２６に供給される。このOPアン
プ１２６の利得は直列の入力抵抗１２２とフイー
ドバツク抵抗１２４との比によつて決定される。
これらの抵抗はOPアンプ１２６の負入力に信号
を供給し、そしてこのOPアンプはNational
Semiconductor社により製造されたモデル
LM308Aである。OPアンプ１２６の正の入力端
子は1K抵抗１２８を経て浮動接地点に接続さ
れ、これは電圧基準点をなす。OPアンプ１２６
の端子及びは該OPアンプ１２６の周波数補
償を与える330pキヤパシタ１３０によつて橋
絡される。OPアンプ１２６の出力端子は5.6K
の直列抵抗１３２及び１３４を経て乗算器１１０
の端子及びへと各々電気的接続される。抵抗
１３２及び１３４は電流制限器として働く。例え
ば、監視される負荷１０８が単相交流60Hz電動機
であると仮定すれば、乗算器１１０の端子へ
送られる入力信号は第３図のＡに示された様な60
Hz正弦波である。その振巾は電圧分割器の抵抗１
０４及び１０６によつて制御され、そしてほぼ±
10ボルトピークである。乗算器１１０の端子XIIは
浮動接地点に接続され、それ故零入力である。

以下で詳細に述べる22KHz発振器は、電界効
果トランジスタ（FET）１３５及び１３８を導
通状態及び非導通状態に交互にバイアスする方形
波を発生する。これらの両FET１３６及び１３
８のソース端子は浮動接地点へ電気的接続されて
いる。それらのドレイン端子は各々乗算器１１０
の端子及びに電気的接続されている。FET
１３６が導通すると、端子が浮動接地点へ効果
的に接続され、そしてFET１３８が導通する
と、端子が浮動接地点へ電気的接続される。
FET１３６及び１３８が交互に導通状態でない
時は、端子及びへの各入力信号が各々第３図
のＢ及び第３図のＣに示した様な波形となる。
22KHz発振器からの方形波出力は増巾器１２６
の60Hz出力を効果的に変調する。乗算器１１０の
特性方程式を参照すれば、その端子がこの出力
電圧は端子の入力（波形Ａ）と端子の入力
（波形Ｂ）そして端子の入力（波形Ａ）と端
子の入力（波形Ｃ）との交互の積となる。乗算
器１１０はその端子に於いて正の入力を観察す
るが、これはその内部では負の値として解釈され
る。

乗算器１１０からの出力即ち積信号が第３図の
Ｄの波形で示されている。この波形Ｄはフルスケ
ール状態を表わす10ボルトピークで示されてい
る。この積信号は56オームの電流制限抵抗１４０
を通して信号分離変成器１０２の１次コイルの１
端に供給される。この分離変成器１０２の１次コ
イルの他端は浮動接地点に電気接続される。乗算
器１１０の端子は端子と電気的に相互接続さ
れる。

分離変成器１００及び１０２は、１次コイル−
２次コイルの被壊電圧が非常に大きなものとして
特別に構成されるが、所与の設計パラメータの組
を考慮すれば当業者に分かるであろう標準技術を
用いるものである。分離変成器１０２の１次コイ
ル対２次コイルの比はほぼ10対１変成器１０２の
２次コイルの各端は１対の電界効果トランジスタ
（FET）１４２及び１４４のドレインに電気的接
続される。これらのFET１４２及び１４４は
FET１３６及び１３８と同一でありそして
Motorola社により製造されたモデル2N5638であ
る。FET１４２及び１４４のソース端子はアー
ス接地点１４６に電気的接続される。FET１４
２及び１４４のゲート端子もダイオード１４８及
び１５０を各々経てアース接地点へ個々に電気的
接続される。ダイオード１４８及び１５０は
General Electric社により製造されたモデル
1N914Aである。分離変成器１０２の２次コイル
のセンタータツプは、アース接地された0.2m
キヤパシタ１５２と直列の可変5K抵抗１５４よ
り成る低域フイルタを通して外部出力手段へ接続
する様に意向されている。この低域フイルタは系
の内部での不整合により生じた高周波スプリアス
信号を排除する様に意図されている。又、抵抗１
５４は利得を校正するためのものである。

発振器は直列に電気的接続された３つの反転セ
クシヨン１５６，１５８及び１６０で構成され
る。これら３つのセクシヨンは、物理的には、
Motorola社により製造されているモデル
MC14584である単１デジタル16進インバータの
部分である。このインバータは、それに組合わさ
れた受動成分と共にシユミツトトリガを構成す
る。この発振器は＋15ボルト電源１６２から電力
を得、そしてこの電源は10mフイルタキヤパシ
タ１６４を経て接地点へと分路されている。この
電源１６２は接地に対して＋15ボルトであり、そ
して分離変成器１００及び１０２より左側にある
回路にのみ給電を行ない、これに対して分離変成
器より右側にある回路には±15ボルトの浮動電源
が給電を行なうということに注意されたい。±15
ボルト電源１６２はインバータ１５６のピン
に電気的接続され且つ又インバータ１５８及び１
６０にも内部で接続されている。インバータ１５
６のピンはインバータ１５８及び１６０並びに
アース接地点に内部的に接続されている。インバ
ータ１５６の出力端子はインバータ１５８の入
力端子に電気的接続される。又、インバータ
１５６の出力端子は分圧器を形成する２つの直
列抵抗１６６及び１６８を経てアース接地点へも
接続される。抵抗１６６は2.7Kでありそして抵
抗１６８は11Kである。これらの抵抗１６６及び
１６８により形成された分圧器のタツプは120K
抵抗１７０を経てインバータ１５６の入力端子
に電気的接続される。又、インバータ１５６の入
力端子は0.001mのキヤパシタ１７２を経て
アース接地点にも接続される。抵抗１７０及びキ
ヤパシタ１７２はRCタイミング回路網を形成
し、これは好ましい実施例に於いてはほぼ
22KHzである発振器の周波数を決定する。シユ
ミツトトリガの動作理論は当業者に良く知られて
いるので詳細に説明しない。

デジタル16進インバータの第２インバータ段１
５８はインバータ１５６の歪んだ波形出力を“方
形化”するために設けられている。インバータ１
５８の出力端子XIIはインバータ１６０の入力端子
に電気的接続される。又、インバータ１５８の
出力端子XIIは直列の2.7K抵抗１７６を経てトラ
ンジスタ１７４のベースにも電気的接続される。
インバータ１６０の出力端子も同様に直列の
2.7K抵抗１８０を経て別のトランジスタ１７８
のベースに電気的接続される。これらのトランジ
スタ１７４及び１７８はMotorola社により製造さ
れたモデル2N4402である。これらトランジスタ
１７４及び１７８のエミツタは両方共に＋15ボル
ト電源に接続される。これらトランジスタ１７４
及び１７８のコレクタは電源分離変成器１００の
１次巻線の１端に各々別々に電気的接続される。
１次巻線のセンタータツプはアース接地点に電気
的接続される。変成器１００の１次コイル対２次
コイルの巻回比はほぼ１対１である。インバータ
１５８からの出力信号は実質的に方形波であり、
トランジスタ１７４のベースに供給される。又、
この信号はインバータ１６０で反転されそしてト
ランジスタ１７８のベースに供給される。これら
のトランジスタは、それらのベース入力信号が
各々高状態及び低状態である時に交互に相対的に
導通状態及び非導通状態になる。

トランジスタ１７４のコレクタは100K抵抗１
８２及び33pキヤパシタ１８４の並列結合体を
経てFET１４４のゲートに電気的接続される。
トランジスタ１７８のコレクタも同様に100K抵
抗１８６及び33pキヤパシタ１８８の並列結合
体を経てFET１４２のゲートに接続される。
FET４２及び１４４は順方向バイアス状態では
ダメージを受け容いので、ダイオード１４８及び
１５０がFET１４２及び１４４の各ゲート端子
からアース接地点へと電気的接続され、順方向バ
イアス状態の場合に比較的低インピーダンスの電
流流出体として働く様になつている。通常の作動
状態では、信号分離変成器１０２の２次巻線に
かゝる電圧信号が第３図のＤに示す様に大きさ定
めされた複合波形となる。トランジスタ１７４及
び１７８が交互に導通状態になる時は、電力分離
変成器からのフライバツクによりFET１４２及
び１４４も同様に交互に導通（順方向バイアスさ
れた時）及び非導通（逆方向バイアスされた時）
状態となる。従つて信号分離変成器１０２の２次
コイルのセンタータツプは、所与の時間に導通す
るFET１４２又は１４４に電気的接続されたコ
イル端に対して常に正となる。それ故、出力信号
Ｖ_pは第３図のＥに示された波形の様になる。

電力分離変成器１００の２次コイルはFET１
３６及び１３８のゲート端子に給電する。従つて
FET１４２及び１４４のゲート並びにFET１３
６及び１３８のゲートは同期的に交互にパルス付
勢される。抵抗１８２及び１８６は順方向バイア
スモードの際に電流を制限する様に働き、そして
キヤパシタ１８４及び１８８はより鋭くて機敏な
スイツチング動作を与える“スピードアツプキヤ
バシタ”である。電力分離変成器１００の２次コ
イルの両端はブリツジ整流器１９０の交流入力に
給電を行ない、そしてこの整流器はMotorola社に
より製造されたモデル920A3である。ブリツジ整
流器及びその右側に直結された回路は一般の全波
整流器型の電源を構成し、これはここに示す場合
には方形波を整流する。この電源の動作について
以下に詳細に述べる。分離変成器１００の２次巻
線の両端は各々直列ダイオード１９２及び１９４
を経てFET１３６及び１３８のゲートにも電気
的接続される。これらFET１３６及び１３８の
ゲートは10Kの基準抵抗１９６及び１９８を経て
浮動接地点にも接続される。これらの抵抗はゲー
トに基準電圧を与えると共にそのスイツチング動
作を安定化する様に働く。

前記した様に、トランジスタ１７４及び１７８
が交互に導通及び非導通になる時は、FET１３
６及び１３８も同様に導通及び非導通になる。従
つてFET１３６が非導通であつて、FET１３８
が導通状態である時は、乗算器１１０の端子へ
の入力信号はあるが端子への入力信号はない。
或いは又、FET１３８が非導通であつてFET１
３６が導通状態である時は、乗算器１１０の端子
が接地されそして乗算器１１０の端子に入力
信号が印加される。

電力計モジユールの高電圧側（分離変成器１０
０の右側）は全波整流器電源によつて付勢され
る。分離変成器１００の２次コイルのセンタータ
ツプは浮動接地点に接続される。ブリツジ整流器
１９０の出力（プラス及びマイナス）端子は実質
的に直流±15ボルトである。これらの端子は２つ
の直列の0.22mフイルタキヤパシタ２００及び
２０２によつて橋絡される。これらキヤパシタ２
００及び２０２の直列結合体の中央結合点は浮動
接地点に接続される。ブリツジ整流器１９０の出
力は1Kの電流制限抵抗２０４及び２０６を経て
電源の出力端子２０１及び２０３にも各々接続さ
れる。ツエナーダイオード２０８及び２１０は電
源のプラス出力２０１及びマイナス出力２０３か
ら逆方向バイアス状態で浮動接地点へと電気的接
続されている。抵抗２０４及び２０６はツエナー
ダイオードに流れる電流を制限する様にも働く。
ツエナーダイオード２０８及び２１０はMotorola
社により製造されたモデル1N4744である。フイ
ルタキヤパンタ２１２及び２１４も電源のプラス
出力端子２０１及びマイナス出力端子２０３から
浮動接点に接続される。それ故、電源の出力２０
１及び２０３は各々実質的に定状態の直流±15ボ
ルトである。

第３図の波形は全てフルスケールの読みを考慮
したものであることに注意されたい。それ故、信
号Ｖ_pは常にＯボルト乃至＋２ボルトの範囲で変
動する。第３図の波形Ｂ，Ｃ及びＤは乗算器へ送
られる60Hz電流信号の22KHz変調を示すために
時間軸に於いて相当に誇張してある。

第４図を参照すれば、出力回路が示されてい
る。この回路は単極フイルタ、加算増巾器２１６
及び双極の低域フイルタ２１８から成る。第１図
の単相交流負荷の説明を続けると、入り信号Ｖ_p
は10K抵抗２２０を経て演算増巾器（OPアン
プ）２２２の負入力に電気的に接続される。この
OPアンプ２２２の正の入力は4.7Kの基準抵抗２
２４を経てアース接地点に電気的接続される。
OPアンプ２２２の出力は低域フイルタ２１８に
送られる。OPアンプのフイードバツク回路は
10K抵抗２２６及び50K可変抵抗２２８の直列結
合体を備えている。この結合体は0.47mのフイ
ルタキヤパシタ２３０に並列に接続されている。
これらのフイードバツク結合体はOPアンプ出力
からその負入力へと電気的に接続されている。第
２の10K抵抗２３２もOPアンプ２２２の負入力
に電気的接続される。この入力（Ｖ_p′）は３相の
使用目的の場合しか用いられない。かゝる場合に
は、追加合成される波形Ｖ_p及びＶ_p′がフイル
タ、加算増巾器２１６に供給される。又、OPア
ンプはその入力信号を馬力の単位、キロワツト又
はフルスケール負荷のパーセントに変換するため
にその入力信号を増巾する様にも働く。フイル
タ、加算増巾器２１６は電力計モジユールからの
出力Ｖ_pを取り出しそしてそれを平均化する。OP
アンプ２２２の出力は実質的に直流の値である
が、若干の交流リツプル成分が重畳されている。
それ故、フイルタ加算増巾器２１６からこの出力
信号は、この様なリツプル成分を除去して表示を
一定に保つために双極の低域フイルタ２１８へ供
給される。フイルタ２１８は良く知られた標準構
造のものである。その入力は２つの直列の33K抵
抗３３２及び３３４を備え、これら抵抗は演算増
巾器（OPアンプ）３３６の正入力に接続され
る。OPアンプ３３６及び２２２はNational
Semiconductor社によつて製造された型式741で
ある。OPアンプ３３６の正入力は0.3mキヤパ
シタ３３８を経てアース接地点にも接続される。
OPアンプ３３６のフイードバツク回路網はその
出力とその負入力との直接的な電気接続である。
更に、このOPアンプの正及び負の入力は0.47m
キヤパシタ３４０と抵抗３３４との直列結合体
によつて橋絡されている。フイルタ２１８の出力
は電圧計の様なメータ式或いは数字式の表示手段
に電気的に送られ、そして任意選択的に増巾器を
通してアナログ出力を与える様にしてもよい。

さて第５図を参照すれば、装置の応答時間がグ
ラフで示されている。本発明の装置はほゞ100ミ
リ秒で最終的な読みの値の97.6％まで立ち上がる
が、典型的な検流計式装置は650ミリ秒以上を要
する。検流計式装置はその機械的な特性により、
安定状態に達するまでに入力ニズムの慣性によつ
て行き過ぎて戻るという性質があることに注意さ
れたい。

出力回路並びにデジタル表示装置は監視されて
いる負荷及び電力計モジユールから離れた位置で
用いることができる。電力計モジユールはシヤン
ト回路の近くに位置される。この構成は負荷の給
電線から相当量の電源電流又は電圧を転用する必
要性をなくすものである。装置の操作者は非常に
低電圧（Ｖ_p及びＶ_p′）に曝されるに過ぎない。
従つて本発明の装置は公知の装置に比べて非常に
多方面に利用され且つ取り扱いが比較的安全であ
る。

本発明の別の効果は、１つの施設又は複合施設
に多数の電気負荷がありそして各負荷の電力消費
を定期的に監視することが望ましいと考えられる
様な場合に明らかとなろう。この様な場合には、
適当なシヤント回路及び電力計モジユールを各々
の負荷に結合し、そしてそれらの出力を１つの位
置に集めそして単１出力のデジタル表示モジユー
ルで交互に又は選択的に監視を行なう様にするこ
とができる。

前記した特徴及び効果をもたらす特定の実施例
を参照して本発明が説明する、そして当業者に明
らかな様に本発明の範囲から逸脱せずにかゝる特
定実施例を変型できるということを理解された
い。最後に、前記説明は解説のためのものであつ
て本発明を限定するものではないということを理
解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電力監視装置の好ましい実施
例を示すブロツク図、第１ａ図は電力監視装置の
別の実施例のブロツク図、第２図は電力計モジユ
ールの回路図、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは
それぞれ乗算器へ送られる電圧信号波形を示した
グラフ、乗算器へ送られる変調された電流信号波
形を示したグラフ、乗算器へ送られる別の変調さ
れた電流信号波形を示したグラフ、乗算器からの
変調された積即ち電力信号を示したグラフおよび
電力計モジユールの復調された出力信号Ｖ_pを示
したグラフ図、第４図は電力監視装置の出力セク
シヨンにある加算増巾器及び低域フイルタを示し
た回路図、第５図は本発明の好ましい実施例を典
型的な公知装置と比較した応答時間のグラフであ
る。 １０……電力監視装置、１２……電力計モジユ
ール、１４……電源、１５……出力デジタル表示
モジユール、１６……電気負荷、２０……シヤン
ト回路、２２……シヤント増巾器、２４……乗算
器、２６……同期変調器、２８……発振器、３０
……信号分離変成器、３２……電力分離変成器、
３４……電源、３８……保護回路、４０……同期
復調器、４２……加算増巾器、４４……低域フイ
ルタ、４６……デジタル表示装置、４８……増巾
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気負荷によつて消費された瞬時電力を、上
   記負荷端の電圧降下と上記負荷に流れる電流との
   積として計算する電力監視装置に於いて、此の装
   置が、 上記負荷と直列に電気的に接続されたシヤント
   抵抗、 このシヤント抵抗を流れる電流値に関係する電
   圧信号を発生する増幅器、 上記負荷に並列に接続され、上記負荷端の電圧
   降下に比例する電圧基準信号を発生する抵抗回路
   網、 上記負荷に流れる電流値および上記負荷端の電
   圧降下に関係する信号を読み取り、これら２つの
   信号の積に比例する関数で変調する時間変動信号
   を発生する乗算変調手段、 上記乗算変調手段の出力と接続され、上記時間
   変動信号に比例する安全電圧レベルの出力を発生
   する降圧信号分離変成器手段、および 上記変成器手段の出力を復調する復調器回路手
   段からなり、上記負荷からの信号を変調および復
   調することにより、ACおよびDCのいずれにおい
   ても、上記負荷の消費電力を測定できる電力監視
   装置。 ２ 上記乗算変調手段が、上記負荷に流れる電流
   値に関係する信号を受け取る変調器回路手段、お
   よびこの変調器回路手段からの出力信号と上記負
   荷端の電圧降下に関係する信号とを読み取り、こ
   れら信号の積に比例する積信号を瞬時的に発生す
   る電子的乗算器から構成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 上記変調器回路手段と復調器回路手段とを同
   期して駆動する発振器を更に有する特許請求の範
   囲第２項記載の装置。 ４ 上記復調器回路手段の出力に接続され、上記
   負荷によつて消費された電力を視覚表示する表示
   手段を更に有する特許請求の範囲第１項記載の装
   置。