JPS6296866A - 電流実効値測定方法および装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電流の実効値（ＲＭＳ値）測定に関するもので
、更に特定すれば、電流波形の一次微分波形からワン・
ステップで実効値を測定する方法および装置に関する。

〔発明の背景〕

交流および直流電流波形の実効値（ＲＭＳ値）測定は、
バープラウ：／　（ＢＵＲＲＢＲＯＶＮ）　４３４０と
か４３４１というような真正のＲＭＳ−ＤＣ変換用集積
回路の開発によって近年随分簡単化してきた。これ等集
積回路は、それぞれ単一のマイクロチップであって、入
力波形の実効値に等しい直流出力を提供する。測定を行
なっている時間が波形の個々の変動に比べ長いものであ
れば、平均をとる時間も相当長くなり、出力は非常に精
密な測定値となる。しかし、平均時間が短くなって、そ
れぞれの変動の持続時間が全測定時間にまでおよぶと、
８１！ｌ定値はより不正確なものとなる。

かつては、持続時間が短く、変動もほんのわずかな波形
の実効値測定は、特殊な専用の実効値測定回路を用いて
行なった。米国特許第３，２０１，６８８号および第３
，２８９，０７９号をここに参考のため引用すると、こ
れ等は、変動の基本周波数が既知で、固定している場合
の短期間の波形測定方式を開示している。この方式の回
路を用いることによって、単一の変動、すなわちパルス
に対して実効値の測定を行なうことが可能であり、また
一方、その測定された実効値は、同じ固定した基本周波
数で同じような変動が複数ある波形にも関連づけること
ができる。しかしながら、変動の基本周波数が未知であ
ったり、可変であったりした場合には、これらの特許に
開示された回路は適当ではない、加えて、これらの回路
が正しく動作するのは、被測定波形が正弦波またはこれ
に近い場合に限る。

大電流加熱および溶接回路における電流の実効値測定に
は、特別な考慮を必要とする。信号の測定には普通、大
電流用の分流器、ホール効果トランスジューサ、変流器
または空心環状コイル（ロゴウスキー・コイルまたはベ
ルトともいう）が用いられるが、これらの方法にはいず
れも限界がある。大電流用分流器は、高価であり、大半
のシステムにおいて、これを組込むことは困難であり、
また物理的に大きいという理由で、システム寸法の増大
をきたし１回路に阻害をきたす、ホール効果トランスジ
ューサは、姿勢と温度の影響をうけやすく、直線範囲に
制限がある。大電流用変流器は高価で、かさ張り９、直
線範囲に限度があり、回路に阻害をきたす、一方、空心
環状コイルは経済的で、小さく、回路への配置が容易で
１回路を阻害することが少なく、直線範囲も大きい。し
かしながらこの出力は、被測定回路電流の時間に関する
一次微分に比例したものである。従って、空心環状コイ
ルを用いる場合には、実効値算出前に電流波形を得るた
め、空心環状コイルが発生した一次微分波形を積分する
ことが普通必要である。

入力信号を得るため、空心環状コイルを用いて電力線周
波数における短時間の大電流交流パルスの実効値を測定
する装置は多数あるが、いずれも実効値を得るにあたっ
て、何等かの形の電気的積分を行なっている。空心環状
コイルから余弦波出力を生ずる純正弦波の場合のみが例
外である。この場合微分結果は１位相がずれること以外
初めの波形と同じである。

積分器は一般に、能動、受動の二つの形があり、それぞ
れに得失がある。受動形積分器は、安定であるが低出力
である。能動層積分器は、大出力で幾分かの直流ドリフ
ト、周波数範囲の限度があり、非常に低い周波数の信号
を積分する場合にはしばしば出力に低周波振動が発生し
、その結果“ロッキング出力となる。実効値測定にあた
っては。

まず能動層積分器を用い、そのあとに何等かの形゛　　
の専用ＲＭＳ集積回路をあてる。

現在使用されている大電流システムの大半が、電流レベ
ルを大電流用シリコン制御整流器（ＳＣＲ）を用いて制
御し、電力線電圧の各半サイクルが始まった後、短時間
で電流システムをターンオンしている。しかしこのシス
テムでは、電力線電圧の各半サイクルに対し、その全半
サイクルよりも短いサイクルの間しか電流出力がない。

測定された電流実効値は、回路の電流制御に使用するも
のであるから、電流実効値の発生装置は正確なものでな
ければならない。正確な電流実効値を得るには、電流が
Ｏでないサイクル部分だけではなく、全半サイクルに亘
って電流を測定すべきである。

もしも電流がＯでない半サイクル期間のみで電流実効値
を決定すると、得られた電流実効値は真の電流実効値よ
り大きなものとなり、これでは回路電流の正確な制御は
できない。

〔発明の概要〕

本発明によるワンステップの実効値測定方法では、空心
環状コイルを用いて、電流信号波形の時間に関する一次
微分を測定する。空心環状コイル（ロゴウスキー・コイ
ルまたはベルト）からの出力は、電流波形の時間に関す
る一次微分である故、この信号を積分して電流波形を得
る必要がある。

本発明によるワンステップ実効値測定方法では、電流波
形は電気的積分によらず、数学的な積分により得ており
、これによって、動作周波数範囲の制限も含め、能動お
よび受動の電気的積分器使用から起こるすべての欠陥を
除去している。空心環状コイルを使用することで、この
特殊トランスジユーザのすべての利点が得られる。電流
波形を得るための電気的積分過程を省略できるというこ
とは、システムのコストを低減し、短時間の直流信号や
、時間的に変化する直流信号、また如何なる周波数のＡ
Ｃ信号、如何なる波形に対する実効値測定をも可能とし
、かつ、能動形積分器の低周波動作で起きるロッキング
の問題をも解消する。

従って１本発明の実効値測定方法によれば、簡単で費用
のかからないシステムによって、低周波数、微小変動、
大振幅、あるいは短持続時間といったことのあり得るア
ナログ電流波形の実効値を得ることができる。更に、本
発明により、−次微分波形を電気的に積分する第２のス
テップなしで、−次微分波形から直接ワンステップで波
形の実効値を得ることができる。その上、得られる実効
値は被測定波形の時間軸とは関係ない。

これらの目的は他の目的も含め、本発明に則り。

次のようにすることにより達成される。即ち、電流波形
をまず電気的に得るということをしないで、空心環状コ
イルから発生した一次微分波形から直接実効値を求める
ことである。ある波形、あるいはその一部の実効値を求
める番ごは、信号をデジタル形式に変換し、空心環状コ
イルから発生する波形の一次微分をサンプリングする。

そのサンプリングと変換は、１個の波形あるいは分析中
の期間につきＮ回行なう。各サンプリングと変換が完了
する度に、微分波形振幅の瞬時値を示すデジタル数を用
いて、その時の電流の瞬時値を求める。この電流値は、
自乗してそれ迄の自乗値に加える。

各自乗値は、Ｎ回のサンプリングと変換が終了するまで
合計する。この時点で最終合計をＮで割り。

平方根をとって実効値を得る。この手順によれば。

Ｎの数には制限はなく、０から非常に大きな数に亘る範
囲のどれでも良い。その上、波形は形状や周波数が如何
なるものであっても良い。

本発明の一実施例では、単相抵抗溶接機の大電流を空心
環状コイルで測定する。コイルの出力は、マイクロコン
トローラとよばれる大規模集積回路中のアナログ−デジ
タル（Ａ／Ｄ）コンバータの入力に供給する。マイクロ
コントローラとは、内部タイマと入／出力（Ｉｌｏ）ポ
ートを持った完全なマイクロプロセッサ・システムであ
る。このマイクロコントローラの゛内部タイマは、予め
定めた時間間隔でＡ／Ｄコンバータの動作を起こさせる
。Ａ／Ｄコンバータが変換を終わる度に、デジタル語が
ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）に記憶される。

その値は、次に電流の瞬時値を求めるときに用いる。自
乗したあと、この値は、先に記憶しである自乗値合計に
加え、ＲＡＭに記憶させる。Ｎ回の変換が終わると、最
後の自乗値合計をＮで割って、平方根をとり、これが求
める電流実効値となる。単相溶接機の場合は、溶接機の
動作に用いる線間電圧にＮのカウントを同期させる。溶
接パルスの間、電流は一般に各半サイクルの一部分でし
か流れない故、各半サイクルの瞬時電流値中あるものは
０である。しかしながら、Ｎは全半サイクルをカバーす
るように選んであるので、求めた実効値は半サイクル期
間全部に亘るものであり、半サイクル期間の一部だけの
ものではない。このように全半サイクル期間を用いるこ
とによって、半サイクルの小部分のみで行なった測定が
、半サイクル以上の長い溶接パルスについて行なった測
定に対応することになる。

本発明のもう一つの特徴は、微分信号に対するサンプリ
ング数Ｎとサンプリング間隔とを特定の波形とは無関係
にできるということである。Ｎの選択如何で、計算値の
分解能は決定される。Ｎを増して、サンプリング間隔を
減らせば、実効値は短い算出期間の電流波形振幅に近づ
く。Ｎ回のサンプリングの間の周期を選ぶことで、実効
値を求める期間が決まる。かくして、長時間のパルスか
ら成る波形の如何なる部分の実効値も求められる。

上記した本発明の目的およびそれ以外の目的、さらには
本発明の特徴と利点については、本発明の好適実施例に
関する以下の詳細説明でより充分明らかにできよう。

〔実施例〕

第１図は、本発明のワンステップ実効値測定方法および
装置の実施例を図式的に表わしたもので、単相抵抗溶接
機、空心環状コイル、およびマイクロコントローラを用
いて１本発明の教えることを具現したものである１本発
明はこの外にも例えば、電気式加熱システムや電力線と
いった他のシステムの電流実効値の測定にも用いること
ができる。

第１図中で、単相抵抗溶接機１０は１対の電力線１２に
よって電力の供給を受ける。変圧器１４は電力線電圧を
逓降し、二次回路１６および被溶接物２０を加熱する電
極１８への電極電流を増大させる。二次回路１６を流れ
る電極電流が測定すべき電流であり。

この電流の実効値を求めるものとする。変圧器１４に与
えられる電力線電圧は、ＳＣＲスイッチ２２、ＳＣＲ駆
動装置２４および溶接制御器２６によって制御される。

電力線１２、変圧器１４およびＳＣＲスイッチ２２が一
次回路を構成する。空心環状コイル３０（ロゴウスキー
・コイルまたはベルトともいう）は二次回路１６の一部
をとり囲んでおり、これは、二次回路１６のどの点に配
置しても良い。電極電流は普通固定した周波数と周期を
もつ。二次回路１６を通る電極電流の変化は、空心環状
コイル３０に起電力（ＥＭＦ）を誘起する。このＥＭＦ
は、空心環状コイル３０によって微分電流信号を発生し
、この信号は二次回路１６を流れる電極電流によって誘
起する磁界の変化率に比例する。従って、空心環状コイ
ル３０を流れる微分電流は、二次回路１６を流れる電極
電流の時間に関する一次微分に比例する。

−次微分電流信号を生ずる他の装置を空心環状コイルに
代わって使用することもできる。

空心環状コイル３０からの信号は、配線３２と３４を通
してマイクロコントローラ４０の入力側に加える。

基準システム４２はマイクロコントローラ４ｏに許容さ
れる入力信号範囲の半分に等しい電圧を提供する。マイ
クロコントローラ４０は、他のマイクロコントローラま
たは同一機能の他の装置も使用できることではあるが、
実例を示せば、カルフォルニア州、サンタクララのイン
テル社製ＭＣ８−９６（８０９６）またはＭＣ５−９７
（８０９７）マイクロコントローラである。マイクロコ
ントローラ４０の入力信号範囲は普通約Ｏから５ｖであ
る。従って、基準システム４２は約２．５ｖにセットし
、正負等しい振幅の信号がマイクロコントローラ４０で
測定できるようにする。配線３２と３４上の入力信号は
、択一的に整流して単一の極性とし、基準システム４２
の必要をなくすこともできる。しかしこの代替手段はア
ナログからデジタルへの変換範囲を１ビツト増加するこ
とになり、システムにある程度の不正確さと、ある程度
の直流ドラフトをもたらす可能性がある。

マイクロコントローラ４０の動作を助けるものとして、
電源装置４４と、これに関連するゼロクロス検出器４６
がある。ゼロクロス検出器４６は、電力線周波数の半サ
イクル時間長に等しい長さのパルスを提供する。この信
号は二次回路１６の電流実効値算出用の正しい時間軸を
開始するのに使用する。

デジタル・データ表示器４８は、マイクロコントローラ
４０が算出した電流実効値の表示に用いる。マイクロコ
ントローラのポート出力で動作することのできるデジタ
ル表示器の種類は多いが、デジタル表示器４８の分解能
は、マイクロコントローラ４０が収集したデータを解析
するのにふされしいものでなければならない。

ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）５０．および消
去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）
５２は、マイクロコントローラ４０の動作に必要なメモ
リを提供する。マイクロコントローラ４０を制御し、第
２図および第３図の流れ図に示しかつ以下に詳細説明す
るソフトウェア・システムは適宜ＥＰＲＯＭ５２に記憶
される。ＲＡＭ５０は、以下に詳細説明する如く、測定
計算した異なるパラメータによる進行中の値を適宜記憶
するのに用いる。ＲＡＭ５０とＥＰＲＯＭ５２は、制御
線５４およびデータ・アドレス・バス５６を経てマイク
ロコントローラ４０に接続する。マイクロコントローラ
４０はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、高速
の入力・出力（Ｉ　１０）ボート、タイマ。

その他の構成要素をもっている。Ａ／Ｄコンバータは、
下記説明でも述べるように、予め選んだ時間間隔で回線
３２と３４上で受信した入力信号のサンプリングを行な
い、その入力アナログ信号をデジタル信号に変換する。

このデジタル信号はそのあと、マイクロコントローラ４
０の他の構成要素に供給する。

第２図および第３図に示す流れ図は、本発明のワンステ
ップ実効値測定方法を実現し、電流実効値の測定を可能
とするソフトウェアを描いている。

第１図に示すハードウェア・システムは、第２図、第３
図に示すソフトウェアを実行するためのものである。特
にハードウェア・システムには、アナログ信号をデジタ
ル形式に変換し、パルス幅を測定し、時間による割り込
みを行ない、与えられた時間制限内での各種数学的計算
を行なう能力がなければならない。先に開示したインテ
ルＭＣ５Ｒ９７は、これらの能力を備えた典型的なハー
ドウェア・システムである。

第４図中、波形６０は時間の関数としてプロットした電
流波形の例である。波形６０は、既知の固定した周波数
および周期を持ったものではあるが、未知の周波数や周
期を持つ他の波形でも測定は可能である。空心環状コイ
ル３０によってもたらされた波形を波形６２として示す
。波形６２はしたがって、波形６０の時間に関する一次
微分である。マイクロコントローラ４０のＡ／Ｄコンバ
ータを通して、波形６２の大きさをサンプリングするこ
とにより、ソフトウェアは波形６０の実効値を予め定め
た間隔で計算する。この間隔は、電流の半周期、即ちパ
ルスの周期に等しく以下に記述するように（ＮＸｄｔ）
＋ｔｒｅ＋ｍに等しい。ここに説明するシステムは、一
定の時間間隔ｄｔで波形６２をサンプリングする。波形
６２をサンプリングする毎に、ソフトウェア・システム
はその時点の電流値（ＣＵＲＲＥＮＴＪ）を計算し、そ
の電流値の自乗をそれまでの合計（Ｔ　ＯＴ　Ａ　Ｌ　
Ｊ　）に加える。取ったサンプルの数Ｎがシステムの確
度を決定する。実効値を得るための個々の計算を、第２
図および第３図の流れ図を参考にして、以下詳細に説明
する。

第２図に示す流れ図は１本発明の実効値測定システムを
初期設定するために用いるソフトウェア・システムを表
わしている。この初期設定は、電源投入時にのみ必要な
ものであって、実効値測定計算の度に行なう必要はない
。ブロック７０は、電力線の基本周波数の半サイクル幅
を測定する。これは、半サイクルに等しい時間幅をもっ
たパルスを出力するゼロクロス検出器４６と結合してい
る、マイクロコントローラ４０の高速Ｉ１０ポートを用
いて容易に行なうことができる。パルスの周期、即ち電
流の半周期の間に、マイクロプロセッサ４０は測定すべ
き電力線１２の電力信号の基本周波数（これは従って二
次回路１６の電流のそれでもある）を判定することがで
きる。

判断ブロック７２では、電流の周波数が６０Ｈｚである
か５０土であるかを判定する。他の周波数に対しては、
こういった技能に習熟している人々にとっては明白な、
ソフトウェアの変更を適宜行なうことで対応できる。更
に、ソフトウェアに修正を行なって、二次回路１６での
電流測定が以下更に詳述するように、電流波形の周波数
または波形と無関係なものにすることもできる。ブロッ
ク７４は６０七動作に対し、時間軸に依存する変数の初
期改定を行ない、同様にブロック７６では５０七動作に
対して同じことを行なう。これらの変数を特定すれば、
パルス期間、即ち半サイクル当りにとるサンプル数Ｎ、
および特定動作周波数向けでＮに関連のある残余時間（
ｔｒｅｍ）である。Ｎは、１００マイクロ秒の固定した
サンプリング時間間隔に基づいて決定する。残余時間ｔ
ｒｅｅｓは、入力波形６０および６２に対しシステムの
同期を確保するためのものである。

かくして、５〇七で動作する場合には、Ｎは９９、ｔ７
゜は１００マイクロ秒に設定する。Ｎとｔ　ｒｅｍは、
パルス期間、即ち（Ｎ　Ｘｄｔ）＋ｔｒａ＋ｍ＝（９９
Ｘ１００マイクロ秒）＋ｌＯＯマイクロ１００フ４９０
周期の持続時間（ｉ０，０００マイクロ秒）は、もしＮ
＝１００であればｄｔ＝１００マイクロ秒で等分できる
ものであり、ｔ７。の必要はないわけであるが、ｔ　ｒ
ｅｍが必要になるようＮには９９を、ｔ　ｒｅｍには１
００マイクロ秒を選んである。こうすることによって、
サブルーチンは、次の説明によって更に明らかになるよ
うに、異なった電流、あるいは対応する電力線の周波数
に対しても動作するよう変換することが容易となる。

６〇七で動作する場合には、半サイクルの持続時間（８
，３３３マイクロ秒）がｄｔ＝１００マイクロ秒で等分
できないという理由で、ｔ７□の値が必要である。

システムを６０七と同期をとるため、最後のサンプル時
間を１３３マイクロ秒に延長する。Ｎとｔ　ｒａｍをこ
のように選択することによって、半サイクル即ちパルス
期間全体として（８２Ｘ　１００マイクロ秒）＋１３３
マイクロ秒＝８，３３３マイクロ秒をもたらすことにな
る。実は、このＮは８３に、そして残余時間を３３マイ
クロ秒に選ぶことも可能ではあるが、これは、プロセッ
サに３３マイクロ秒という短縮した時間でサンプル計算
を完了する能力を要求することになる。Ｎ＝８２とすれ
ば、この時間制約は緩められ、必要な全計算を完了する
のに、プロセッサには１００マイクロ秒を超える時間が
与えられる。次にＮとｔ　ｒｅｍの望ましい値がＲＡＭ
５０に適宜記憶され、マイクロコントローラ４０が、あ
とでこれを使用する。これ以外の周波数に対しては、他
の値をＮおよびｔｒａ＋ｗに選択する。

変数初期設定ブロック７８では、主プログラムで使用し
た変数は、その値をＯに初期設定して、適宜これらの値
をＲＡＭ５０に記憶させる。これら変数は、電流値の自
乗の現在合計値ＴＯＴＡＬ。、時刻０における電流波形
の値ＣＵＲＲＥＮＴ、、半サイクルの間、波形について
既にとったサンプル数を追跡するための計数値ｊ、時刻
０における一次微分波形の値ｄｉ／ｄｔ、である。

ブロック８０は１時間による割込み可能なことを表わす
。この割込みは、マイクロコントローラ４０のタイマと
Ｉ１０ボートによって決まる。タイマは計数器であって
、マイクロコントローラ４０内で。

常に動作している。ソフトウェアはタイマ内の計数値に
基づいて割込みを準備する。タイマが指定の計数値に達
すると割込みが起きる。タイマ内の計数値を読み１次に
これにあるオフセット値を加えることによって相対的時
間基準の割込みが発生する。ブロック８０内で可能とな
った割込みは、その可能となった時から１００マイクロ
秒後に発生する。

初期設定のルーチンは、タイマ割込みが可能となったと
ころで完了する。タイマ割込みに対する割込みサービス
・ルーチンは、次回のタイマ割込みを可能とし、電流実
効値を求めるうえで必要な全計算を扱う９本システムは
、割込み制御によるものである故、実効値の統計を維持
するとか、データの表示といったフォアグラウンド・タ
スクの実施が可能である。第２図に示す次頁への連結ブ
ロック８２は、このようなフォアグラウンド・タスクへ
の入口を表わす。

第３図に示す流れ図は１時間基準の割込みに対する割込
みサービス・ルーチンを表わしている。

割込み発生の度に、データを空心環状コイル３０からサ
ンプリングし、以下に詳述するように計算に使用するこ
とができる。

第３図に示す割込みサービス・ルーチンの第１段階は、
次の割込みを可能とすることである。判断ブロック９０
で、ｊ＝Ｎであるかどうかを判定する。もしｊがＮに等
しければ、この割込みは最後の割込みであり、従って半
サイクルのデータ中、最後のサンプルを現在計測中であ
る。この状態は、次の割込みが、ｔｌ。に等しい時間計
数で可能にならなければならないことを示している。こ
れによってプロセッサは、電流波形６０の半サイクル時
間との同期を確保する。ブロック９４がこの動作を示す
。ブロック９２は、ｊがＮに等しくない場合のものであ
る。時間基準の割込みは１時間計数が１００マイクロ秒
のｄｔに等しくなった時に可能となる。

これは次の割込みが、前に起きた割込みの１［）０７４
９０秒後に起きることを意味する。

ブロック９６は、空心環状コイル３０からデータをサン
プリングするプロセスを表わす。このプロセスは、コイ
ル３０からのアナログ値をマイクロコントローラ４０の
Ａ／Ｄコンバータを用いて、デジタル形式に変換する三
とによって遂行する。変換が完了すると、データがＡ／
ＤコンバータからＲＡＭ５０に読取られる。

第３図のブロック９８．１００．１０２および１０４は
、測定システムを始動させる。プログラムは、空心環状
コイル３０から有効で、ゼロではない値が読取られるの
を待って、測定のプロセスを開始する。

こうすることによって、半サイクルの測定プロセスは電
流パルスの開始に同期する。

判断ブロック９８では、測定プロセスが既に開始された
かどうかをチェックする。プロセスが未だ始まってなけ
れば（ｊ＝ｏ）、判断ブロック１００は空心環状コイル
３０から読取ったばかりのデータ値でプロセスを開始さ
せるべきかどうかを判定する。

読取ったデータ値がＯであれば、電流パルスは未だ始ま
っておらず、出口１０４はプロセッサに対する制御をフ
ォアグラウンド・ルーチンに戻す。もしも読取ったデー
タ値がＯでなければ、測定プロセスを開始する。これは
ブロック１０２に、ＲＡＭ５０中のｊに対し、１の値を
あてることで示しである。このことは、現在の半サイク
ルの間に空心環状コイル３０から始めて有効データ値が
検出されたことを７意味する。

ブロック１０６では、測定プロセスの間、空心環状コイ
ル３０からデータをサンプリングする度に、実際の計算
を行なう。コイルから読取ったＤＡＴＡ値は、ｄｉ／ｄ
ｔｊにあてられ、 ｄｉ／ｄｔｊ＝ＤＡＴＡ となる。

これは、時刻ｊＸｄｔにおける微分波形６２の値で、後
の処理に使用するため適宜ＲＡＭ５０に記憶させておく
。次に第４図に示すように、ｊＸｄｔと（ｊ−１）Ｘｄ
ｔの間で、微分波形６２の下にある面積Ｓ　Ｕ　Ｂ　　
Ａ　ＲＥ　Ａ　Ｊが、数学的な積分で下記の如く近似的
に求められる： Ｓ　ＵＢ−ＡＲＥ　ＡＪ＝［（ｄｉ／ｄｔｊ＋ｄｉ／ｄ
ｔＪ−□）／２）Ｘｄｔこの値は適宜ＲＡＭ５０に記憶
され、下に示すような時刻（ｊ−１）Ｘｄｔにおける、
先の計算結果ＣＵ　ＲＲＥ　Ｎ　Ｔ　Ｊ−１の値に加算
される。

ＣＵ　ＲＲＥ　Ｎ　Ｔ　ｊ＝　ＣＵ　ＲＲＥ　Ｎ　Ｔ　
Ｊ−、＋　Ｓ　Ｕ　Ｂ　　Ａ　ＲＥ　Ａ　Ｊこの値は適
宜ＲＡＭ５０に記憶し、次回の処理に使用する。最後に
、ＣＵＲＲＥＮＴｊの自乗をＴＯＴＡＬＪ−ｘの値に加
算してＴＯＴＡＬｊを得るが、このＴＯＴＡＬｊは次に
示すように、ＣＵＲＲＥＮＴ自乗値の現在の合計である
： ＴＯＴＡＬｊ＝ＴＯＴＡＬｊ−１＋（ＣＵＲＲＥＮＴＪ
）”Ｔ　ＯＴ　Ａ　Ｌ　Ｊの値はこうして適宜ＲＡＭ５
０に記憶される。

第３図に見るように、ブロック１０２において、新しい
半サイクルに対し、空心環状コイル３０から初めて有効
データ値が検出されると（ブロック１０２ではｊに１の
値が割り当てられている）、ブロック１０６では、ｊ＝
１である故、ＳＵＢ−ＡＲＥＡｌが次式により計算され
る： ＳＵＢ−ＡＲＥＡ、＝［：（ｄｉ／ｄｔ１＋ｄｉ／ｄｔ
、）／　２）Ｘｄｔ＝（（ｄｘ／ｄｔｘ　＋　Ｏ）／　
２　］　Ｘ　ｄｔ＝　（（ｄｉ／ｄｔ１　）／　２　）
　Ｘｄｔｊｈ＜Ｈに等しいときには、判断ブロック１０
８は測定中の波形に対しＮ値全部が処理済みかどうかを
判定する。もしもｊがＮに等しくないときは、ブロック
１１０が示すように、ｊを１だけ逓増し、プロセッサの
制御をフォアグラウンド・ルーチンに戻す。前にも述べ
たように、フォアグラウンド・ルーチンの処理に対し、
ブロック９２または９４で設定した時刻に割込みを行な
う。この割込みが起きると、割込みサービス・ルーチン
ではブロック９０から始まる処理が行なわれる。

もしもｊがＮに等しければ、波形に対する測定はすべで
処理し終わっている。最後の計算がブロック１１２でな
され、電流自乗値合計ＴＯＴＡＬｊをとって実効値を求
める。これはＴＯＴＡＬをＮで割ってそれの平方根をと
ったＴＯＴＡＬＮに等しい。この計算の結果、電流実効
値である。

ＩＲＭＳ＝　（ＴＯＴＡＬＮ／Ｎ）” が求まる。

ブロック１１２においては、次の半サイクルでの測定に
備えて、変数もまたリセットされ、Ｏに再初期設定され
る。更に詳しくは、ｊ、ＴＯＴＡＬ、ＣＵＲＲＥＮＴ、
ｄｉ／ｄｔはすべてゼロに設定し、これらの値をＲＡＭ
５０に記憶させる。この時点で。

プロセッサの制御は上に述べた如くフォアグラウンド・
ルーチンに戻し、電流実効値はデジタル表示器４８に表
示し、次の半サイクルの引き続く測定は、次の非ゼロ・
データ値が空心環状コイル３０から読込まれるや、開始
される。

特定の実施例と関連づけて、この発明を説明してきたが
、数多くの代替手段、修正、変更および利用法は今迄の
説明で、技能に習熟した人々にとっては明白である。例
えば、被測定の特定波形によってはサンプリング間の時
間ｄｔを変更し、より高い、あるいはより低いサンプリ
ングレートとすることができ、それにより広範囲の波形
の実効値測定が可能となる。異なる周波数をもった波形
の実効値は、Ｎとｔｒｅｅｓの値を適当に選ぶことによ
って測定できる。

本発明による実効値測定方法を実施するために用いたソ
フトウェア・プログラムを修正して、単一パルスのみの
電流波形、あるいはいくつかの異なる長さのパルスから
成る波形の実効値を容易に求めることができる。例えば
、電流波形を３種のパルスから構成できる（これは周期
的な繰返しであってもなくても良い）、ここに、第１パ
ルスは正極性で持続時間０．５秒、第２パルスは負極性
で持続時間１．０秒、第３パルスは正極性で持続時間０
．５秒である。この電流波形は、数パルスの平衡した波
形ではあるが、第４図に示した波形６０のような対称的
周期的なものではない。

更に、上にも述べた如く、第２図の流れ図で説明した初
期設定のソフトウェアを修正して、二次回路１６中の電
流測定が電流波形の周波数や形状とは無関係なものとす
ることができる。この修正は例えば、被？ＩＩＩＩ定電
流波形が電力線の半サイクルに等しいか、これより大き
いパルスであるときに有用である。もしも被測定波形が
数秒間のパルスのいくつかからできているときは、パル
ス毎に２回以上実効値を求めることが望ましい。という
のは、電流実効値をより頻繁に監視することが望まれる
であろうからである。そのような場合、ソフトウェアは
実際には長いパルスをいくつかの部分に分割して、各部
分毎に実効値を求める。これは、電流波形の形状または
周波数に必ずしも依存する必要のないＮとｔｙｅ＋ｗに
特定の値を選ぶことで達成できる。更に、第３図の流れ
図で説明した割込みサービス・ルーチンを任意に修正し
て長いパルスの部分すべてについて求めた実効値を平均
し、各長時間パルスの平均実効値を求めることもできる
。

ソフトウェアのこのような修正によって、周波数コンバ
ータや直流溶接機によくある電流波形の実効値測定が可
能となる。これらの機器の電流パルスは、単相抵抗溶接
機のそれより長時間であり。

従ってパルスの部分測定のための上述したソフトウェア
の修正は、パルス持続時間が如何に変わろうとも、また
１パルスでなくなろうともこれらパルスの実効値測定を
可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単相抵抗溶接機に適用した本発明によるワン
ステップ実効値測定方法および装置の実施例の概略図； 第２図は、本発明によるワンステップ実効値測定方法の
実施例で用いた初期設定手順を説明する流れ図； 第３図は、本発明によるワンステップ実効値測定方法の
実施例で用いた時間による割込みサービス・ルーチンの
流れ図； 第４図は、代表的な入力波形の１サイクルと、本発明の
ワンステップ実効値測定方法により解析を行なったこの
波形の一次微分とをグラフ化した図である。 １０・・・単相抵抗溶接機　　　１２・・・電力線１４
・・・変圧器　　　　　　　１６・・・二次回路１８・
・・電極　　　　　　　　２０・・・被溶接物ｚ２・・
・ＳＣＲスイッチ　　　ｚ４・・・ＳＣＲ駆動装置２６
・・・溶接制御器　　　　　３０・・・空心環状コイル
３２．３４・・・配線 ４０・・・マイクロコントローラ ４２・・・基準システム　　　　４４・・・電源装置４
６・・・ゼロクロス検出器 ４８・・・デジタル・データ表示器 ５０・・・ＲＡ　Ｍ　　　　　　　　５２・・・ＥＰＲ
ＯＭ５４・・・制御線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気回路中の電流の実効値を測定する方法（ここに
   前記電流は少なくとも一つのパルスから成る）であって
   、下記（ａ）〜（ｄ）の各段階から成る電流実効値測定
   方法。 （ａ）前記電気回路中の前記電流の時間に関する一次微
   分に対応する微分電流信号を測定する； （ｂ）前記微分電流信号を一定のサンプリング時間間隔
   で周期的にサンプリングし、多くのＤＡＴＡ値を得る；
   （上記サンプリング時間間隔には、サンプリングする時
   間を含む）（ｃ）前記ＤＡＴＡ値を周期的に積分し、多
   くのＣＵＲＲＥＮＴ値を得る； （ｄ）前記電気回路中の前記電流の実効値を前記ＣＵＲ
   ＲＥＮＴ値から計算する。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において：前記サ
   ンプリング段階（ｂ）ではＮ個のＤＡＴＡ値を得ること
   を含み； 前記積分段階（ｃ）では、前記Ｎ個のＤＡＴＡ値を用い
   て前記微分電流信号を積分し、Ｎ個のＣＵＲＲＥＮＴ値
   を得ることを含む（前記周期的積分は、サンプリングの
   時間間隔の度に行なう）ことを特徴とする電流実効値測
   定方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の方法において、前記計
   算段階（ｄ）には下記（ｉ）（ｉｉ）の手順を含むこと
   を特徴とする電流実効値測定方法。 （ｉ）前記Ｎ個のＣＵＲＲＥＮＴ値を自乗し、そのＮ個
   のＣＵＲＲＥＮＴ自乗値を合計してＴＯＴＡＬ値を得る
   ； （ｉｉ）前記ＴＯＴＡＬ値を、ＣＵＲＲＥＮＴ値の前記
   数Ｎで割り、その平方根を求め、これによって前記電気
   回路中の前記電流の前記実効値に対応する値を求める。 ４、特許請求の範囲第３項記載の方法において、前記積
   分段階（ｃ）には下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の手順を含む
   ことを特徴とする電流実効値測定方法。 （ｉ）前記サンプリング時間間隔中に得られた前記ＤＡ
   ＴＡ値を、先のサンプリング時間間隔中に得られたＤＡ
   ＴＡ値と平均する； （ｉｉ）前記各ＤＡＴＡ平均値に、前記サンプリング時
   間間隔の長さに対応する数を掛けて、Ｎ個のＳＵＢ−Ａ
   ＲＥＡ値を求める； （ｉｉｉ）前記各サンプリング時間間隔中のＳＵＢ−Ａ
   ＲＥＡ値をこれまでのＳＵＢ−ＡＲＥＡ値の合計に加え
   て、前記ＣＵＲＲＥＮＴ値を得る。 ５、特許請求の範囲第４項記載の方法において、段階（
   ａ）から（ｄ）までを引き続き繰返すことを特徴とする
   電流実効値測定方法。 ６、特許請求の範囲第４項記載の方法において、段階（
   ａ）で測定した前記微分電流信号は、アナログからデジ
   タル形式に変換されることを特徴とする電流実効値測定
   方法。 ７、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記サ
   ンプリング時間間隔の長さは１００マイクロ秒であるこ
   とを特徴とする電流実効値測定方法。 ８、特許請求の範囲第７項記載の方法において、前記電
   気回路中の前記電流の周波数は５０Ｈｚであり、得られ
   たＤＡＴＡ値の数Ｎは９９であることを特徴とする電流
   実効値測定方法。 ９、特許請求の範囲第７項記載の方法において、前記電
   気回路中の前記電流の周波数は６０Ｈｚであり、得られ
   たＤＡＴＡ値の数Ｎは８２であることを特徴とする電流
   実効値測定方法。 １０、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記
   微分電流信号は、空心環状コイルにより測定することを
   特徴とする電流実効値測定方法。 １１、特許請求の範囲第４項記載の方法において：前記
   測定段階（ａ）は、 （ｉ）前記電気回路中の前記電流のパルス周期を求める
   手順； （ｉｉ）前記パルス周期の長さに基づいて、Ｎの値を選
   択する手順； を含み、 前記サンプリング段階（ｂ）は更に、前記電気回路中の
   電流のパルス開始に対応して始めての非ゼロＤＡＴＡ値
   が得られた時から前記ＤＡＴＡ値を求める手順を含み； 前記積分段階（ｃ）は、前記非ゼロＤＡＴＡ値が得られ
   た後に積分操作を行なう手順を含むことを特徴とする電
   流実効値測定方法。 １２、電気回路中の電流の実効値を測定する装置（ここ
   に前記電流は少なくとも一つのパルスから成る）であっ
   て、 前記電気回路中の電流の、時間に関する一次微分に対応
   する微分電流信号を発生する手段と、前記微分電流信号
   発生手段により発生した微分電流信号を受信し処理する
   手段とから成り、該処理手段は、 前記微分電流信号を一定のサンプリング時間間隔で周期
   的にサンプリングし、多くのＤＡＴＡ値を得る手段（こ
   こにサンプリング時間間隔にはサンプリング時間を含む
   ）と、 前記ＤＡＴＡ値を周期的に積分し、多くのＣＵＲＲＥＮ
   Ｔ値を得る手段と、 前記ＣＵＲＲＥＮＴ値から、前記電気回路中の電流の実
   効値を計算する手段とを含んで成る電流実効値測定装置
   。 １３、特許請求の範囲第１２項記載の装置において：前
   記サンプリング手段は、Ｎ個のＤＡＴＡ値を求め； 前記ＤＡＴＡ値を周期的に積分する前記手段は、前記Ｎ
   個のＤＡＴＡ値を用いて、前記微分電流信号を積分し、
   Ｎ個のＣＵＲＲＥＮＴ値を得るための手段を含む（ここ
   に前記周期的積分手段は、各サンプリング時間間隔毎に
   動作するものである）ことを特徴とする電流実効値測定
   装置。 １４、特許請求の範囲第１３項記載の装置において、前
   記処理手段は更に下記の手段を含むことを特徴とする電
   流実効値測定装置。 前記Ｎ個のＣＵＲＲＥＮＴ値を自乗し、前記Ｎ個の自乗
   したＣＵＲＲＥＮＴ値を合計して、ＴＯＴＡＬ値を得る
   手段； 前記ＴＯＴＡＬ値を、得られたＣＵＲＲＥＮＴ値の数Ｎ
   で割り、その平方根をとり、それによって前記電気回路
   中の電流の前記実効値に対応する値を得る手段。 １５、特許請求の範囲第１４項記載の装置において、前
   記ＤＡＴＡ値を積分する前記手段は、下記の手段を含む
   ことを特徴とする電流実効値測定装置。 前記各サンプリング時間間隔中に得られた前記ＤＡＴＡ
   値を、先のサンプリング時間間隔中に得られたＤＡＴＡ
   値と平均する手段； 前記平均ＤＡＴＡ値に、前記サンプリング時間間隔に対
   応する数を掛け、Ｎ個のＳＵＢ−ＡＲＥＡ値を得る手段
   ； 前記各サンプリング時間間隔の前記ＳＵＢ−ＡＲＥＡ値
   を、これまでのＳＵＢ−ＡＲＥＡ値の合計に加算し、前
   記ＣＵＲＲＥＮＴ値を得る手段。 １６、特許請求の範囲第１５項記載の装置において：前
   記微分電流信号発生手段は、前記電気回路の一部をとり
   囲むような空心環状コイルを含むことを特徴とする電流
   実効値測定装置。 １７、特許請求の範囲第１５項記載の装置において、前
   記微分電流信号発生手段によって発生する前記微分電流
   信号はアナログ形式であり、前記処理手段は更に下記の
   手段を含むことを特徴とする電流実効値測定装置。 前記微分電流信号発生手段により発生した前記アナログ
   微分電流信号を、前記サンプリング手段が前記微分電流
   信号を受信する前に、アナログからデジタル形式に変換
   する手段。１８、特許請求の範囲第１５項記載の装置に
   おいて、前記サンプリング時間間隔は、１００マイクロ
   秒であることを特徴とする電流実効値測定装置。 １９、特許請求の範囲第１８項記載の装置において、前
   記電気回路の前記電流の周波数が５０Ｈｚであり、得ら
   れたＤＡＴＡ値の前記数Ｎは９９であることを特徴とす
   る電流実効値測定装置。 ２０、特許請求の範囲第１８項記載の装置において、前
   記電気回路の前記電流の周波数が６０Ｈｚであり、得ら
   れたＤＡＴＡ値の前記数Ｎは８２であることを特徴とす
   る電流実効値測定装置。 ２１、特許請求の範囲第１５項記載の装置において、更
   に前記電気回路中の電流の前記実効値を視覚的に表示す
   る手段を含むことを特徴とする電流実効値測定装置。 ２２、特許請求の範囲第１５項記載の装置において、更
   に、前記電気回路中の電流のパルス周期を求める手段と
   ； 前記パルス周期の時間長に基づいてＮの値を選択する手
   段と； 前記電気回路中の電流のパルス開始に対応して、初めて
   の非ゼロＤＡＴＡ値が得られた時から前記ＤＡＴＡ値を
   求める手段とを含み； 前記積分手段は、前記非ゼロＤＡＴＡ値が得られた後に
   、前記ＤＡＴＡ値の積分操作を行なうようになっている
   ことを特徴とする電流実効値測定装置。