JPS6319829B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静的電気計器を監視するモニタ回路
装置に関する。

通常静的電気計器は電圧に比例する電気信号を
形成する電圧測定回路と、電流に比例する電気信
号を形成する電流測定回路と、これらの電気信号
の一方によつて制御されるマークスペース変調器
と、他方の電気信号によつて制御されマークスペ
ース変調器によつて発生した矩形波信号を変調す
る振幅変調器と、振幅変調器に接続された電流周
波数変換器と、この周波数変換器からのパルスを
形成するパルスカウンタとから構成されており、
このような電気計器は例えば報告書SEV62
（1971）７、371〜377ページに記載されている。
このような静的電気計器はかなり広範囲の負加領
域で高精度を有することが特徴である。勿論この
ような電気計器では使用する電子部品が欠けてし
まうと大きな測定誤差を発生し電気計器が停止し
てしまうという危険ももつている。

このような欠陥は例えば測定信号と同時にある
いは交互に所定の振幅と周波数を有する基準信号
を電気計器に供給し基準信号により発生する積の
値を目標値と比較することにより検出することが
できることが知られている（ドイツ特許公開公報
第2738117号）。この基準信号を同時に測定信号と
共に供給すると基準信号による積の値と測定信号
による積の値を分離するのにかなりの技術的な労
力が必要となる。それに対して基準信号と測定信
号を交互に供給すると、測定が不本意ながら中断
されてしまう。いづれの場合にも基準信号を直接
電気計器の測定回路に供給することになり、測定
精度を害してしまうことになる。

従つて本発明の目的は、本来の測定回路になん
ら監視用信号を供給することなくそれぞれの用件
に従い確実な監視を行なうことができる静的電気
計器をモニタするモニタ回路装置を提供すること
にある。

次に添付図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図において２つの二次巻線２，３を有する
変圧器１が図示されており、この２つの二次巻線
には電圧Ｕに比例する電気信号U₁ないしU₂が発
生する。信号U₁はマークスペース変調器４を制
御し、この変調器によつてパルス期間とパルス休
止期間の和に対する差の比が電圧の瞬間値に比例
する矩形波信号が形成される。

測定すべき電流Ｉは変流器５に入力され、その
変流器の二次巻線には比例した電流I₁が流れる。
変流器５の二次巻線は極性切り換えスイツチ６を
介して電流周波数変換器７に接続される。この極
性切り換えスイツチ６はマークスペース変調器４
によつて次のように、すなわちマークスペース変
調器４のパルス期間中は二次巻線の上方巻端が極
性切り換えスイツチ６の出力端子８と、又下方巻
端が出力端子９と接続され、一方パルス休止期間
中は下方巻端が端子８と、又上方巻端が端子９と
接続されるように制御される。極性切り換えスイ
ツチ６は端子８ないし９に流れる矩形波電流i₁な
いしi₂の振幅が電流Ｉの瞬間値に比例するので、
振幅変調器として動作する。この電流i₁ないしi₂
の平均値が電力に対応する。

極性切り換えスイツチ６の端子８は、直接電流
周波数変換器７の入力と接続される。この変換器
７は電力に比例する周波数f₁を有するパルス電圧
を発生する。この電流周波数変換器７からのパル
スはパルスカウンタ１０によつて計数され、その
計数値がエネルギを表わす尺度となる。

上述したような電気計器をモニタするためにマ
ークスペース変調器４をモニタするモニタ回路１
１と、少なくとも電流周波数変換器７をモニタす
るモニタ回路１２が設けられる。これらのモニタ
回路１１，１２は故障表示回路１３と接続され
る。

モニタ回路１１は少なくともマークスペース変
調器４が何らかの理由で振動しなくなつた時に応
答する。一方モニタ回路１２は少なくとも電流周
波数変換器７の機能能力と直線性を監視する。こ
れによつて電気計器に重要な欠陥が発生したかど
うかを確実に識別することが可能になる。モニタ
回路１１，１２の一方が応答すると、故障表示回
路１３が駆動され、それによつて故障ないし欠陥
が表示され、場合によつては警告が発生される。
好ましくはモニタ回路１１もマークスペース変調
器４の直線性を監視し、又、モニタ回路１２は極
性切り換えスイツチ６の機能能力を監視する。

第１図に図示したモニタ回路１１は、マークス
ペース変調器４の矩形波信号を受ける復調器１４
と、復調器１４の出力信号と電圧U₂とを比較す
る比較回路と、この比較回路に接続されたウイン
ドコンパレータ１５から構成される。復調器１４
はマークスペース変調器４の矩形波信号によつて
制御される切り換えスイツチ１６から構成され、
このスイツチ１６は一方の切り換え位置で復調器
の出力１７を正の基準電圧源＋Urに接続し、他
方の切り換え位置では出力１７を負の基準電圧源
−Urと接続させる。復調器の出力１７にはマー
クスペース変調器４が欠陥なく動作する場合に限
り平均値が電圧U₁に比例した矩形波電圧が発生
する。

変圧器１の二次巻線３と抵抗１８からなる直列
回路は復調器の出力１７と接続されると共にウイ
ンドコンパレータ１５の入力と接続される。この
直列回路によつて復調器１４の出力信号と電圧
U₂の差が形成され、従つてこの直列回路は比較
回路として動作する。ウインドコンパレータ１５
の入力とアース間にコンデンサ１９が接続され、
このコンデンサ１９は抵抗１８と共にフイルタを
形成する。コンデンサ１９には復調器の出力１７
の矩形波電圧の平均値と電圧U₂の差に対応する
直流電圧が形成される。この直流電圧は欠陥を示
す信号を示しており、マークスペース変調器４が
欠陥なく動作する時は０になる。一方その値が所
定の正あるいは負のしきい値を超えると、ウイン
ドコンパレータ１５が応答し、故障表示回路１３
が故障を表示する。

マークスペース変調器は通常直線性に関する欠
陥はないので、単にマークスペース変調器４が振
動するかどうかを監視すれば充分である。この目
的には第２図に図示されたモニタ回路２０が好適
である。このモニタ回路２０は第１図の回路にお
いてモニタ回路１１のかわりに用いられ、その入
力にコンデンサ２１を有し、このコンデンサ２１
はマークスペース変調器４の出力を２つのダイオ
ード２２，２３並びにコンデンサ２４からなる倍
電圧器と接続させる。コンパレータ２５によつて
コンデンサ２４の電圧がモニタされる。

マークスペース変調器４が振動する限り、コン
デンサ２４は矩形波電圧が正の電圧に変化する毎
にコンデンサ２１並びにダイオード２３を介して
充電される。一方マークスペース変調器４の振動
がなくなるとコンデンサ２４はそれと並列に接続
された抵抗２６を介して放電される。コンデンサ
２４の電圧がコンパレータ２５のしきい値U_S1よ
り小さくなると、コンパレータが応答して故障表
示回路１３に故障が発生したことを伝える。

電流周波数変換器７をモニタするためにモニタ
回路１２では周波数f₁と電流周波数変換器７の入
力電流i₁が比較される。この場合切り換えスイツ
チ６もモニタに用いモニタ回路１２において比較
素子を用い周波数f₁あるいはこれから得られる量
と端子９に流れる電流i₂あるいはこれから得られ
る量とを比較するのが好ましい。通常ｋを定数と
してi₂＝−i₁＝−ｋ・f₁、が成り立つており、切
り換えスイツチ６に障害が発生すると、i₂＝−i₁
という関係が満たされずモニタ回路１２が応答す
る。

変流器５の二次電流回路の遮断をひきおこす切
り換えスイツチ６の故障を識別するために変流器
５の二次巻線の両巻線端部をそれぞれコンパレー
タ２７，２８に接続するようにするのが好まし
い。変流器５の二次巻線の巻線端部の一方に現わ
れる電圧の瞬間値がコンパレータ２７ないし２８
のしきい値U_S2より小さくなると、コンパレータ
が応答し故障が起こつたことを報告する。

第３図には、i₂＝−ｋ・f₁の監視が極性切り換
えスイツチ６の端子９と接続された電流周波数変
換器３０並びに比較素子として構能する周波数比
較回路によつて行なわれるモニタ回路２９の原理
図が図示されている。電流周波数変換器７の出力
パルス（周波数f₁）はアツプカウント入力Ｖに入
力され、又電流周波数変換器３０の出力パルス
（周波数f₂）はアツプダウンカウンタ３１のダウ
ンカウント入力Ｒに入力される。この可逆カウン
タ３１はデコーダ３２とタイミングパルス発生器
３３と接続される。アツプダウンカウンタ３１は
タイミング発生回路３３によつてきめられる期間
に電流周波数変換器７，３０によつて発生した数
のパルスの差を計数する。各測定期間の終了時タ
イミングパルス発生器３３はデコーダ３２を動作
させる。それによつてアツプダウンカウンタ３１
の内容が所定の値を超えた場合に限り故障表示回
路１３に表示信号を発生する。その後回路３３は
アツプダウンカウンタ３３を０にもどし上述した
工程を繰り返す。

タイミングパルス発生器３３によつて定められ
る測定期間は一定あるいは電力に関係させるよう
にすることができるので周波数f₁及びf₂の許容偏
差に対する限界値は電力に関係した値あるいは一
定の値となる。第１の場合にはタイミング発生回
路３３として一定の周期を有するクロツク発生器
が用いられ、又第２の場合には電流周波数変換器
７のパルスを計数し、それぞれ所定のパルス数に
達した後テコーダ３２を解除し、その後アツプダ
ウンカウンタ３１をリセツトさせるパルスカウン
タが用いられる。

第４図には周波数f₁及びf₂を比例した電圧に変
換し続いて比較が行なわれるモニタ回路３４が図
示されている。極性切り換えスイツチ６の端子９
（第１図）は第２の電流周波数変換器３５と接続
され、両電流周波数変換器７，３５はそれぞれ周
波数電圧変換器３６，３７に接続される。比較素
子としては２つの抵抗３８，３９から成る電流比
較回路及びウインドコンパレータ４０が用いられ
る。周波数電圧変換器３６，３７は図示した例で
はスイツチ４１ないし４２から構成され、これら
のスイツチは電流周波数変換器７ないし３５によ
つて発生したパルスのパルス期間が一定の間は抵
抗３８ないし３９の一方の端子を基準電圧源＋
Urないし−Urと接続され、一方抵抗３８ないし
３９の他方の端子はウインドコンパレータ４０の
入力とこの入力とアース間に接続されたコンデン
サ４３に接続される。スイツチ４１ないし４２の
電圧の平均値は周波数f₁ないしf₂に比例する。コ
ンデンサ４３にはf₁−f₂の差に比例する電圧が発
生する。ウインドコンパレータ４０はコンデンサ
４３の電圧が所定の正又は負のしきい値を超えた
場合に故障信号を故障表示回路１３に発生する。

第５図には、電流周波数変換器３５並びに周波
数電圧変換器３７（第４図）を省略し切り換えス
イツチ１４（第１図）及び基準電圧源＋Ur及び
−Urをマークスペース変調器４の構成部分とし
た実施例が図示されている。第５図において第１
図と同一部分には同一参照符号が付されている。
マークスペース変調器４は抵抗４４，４５、増幅
器４６、コンデンサ４７、シユミツトトリガ回路
４８、切り換えスイツチ１６、基準電圧源＋Ur、
−Urから構成される。抵抗４４において電圧U₁
に比例した電流が発生し、この電流は増幅器４６
と増幅器４６の入出力間に接続されたコンデンサ
４７から成るミラー積分器に流れる。ミラー積分
器４６，４７の出力に接続されたシユミツトトリ
ガ回路４８は切り換えスイツチ１６と極性切り換
えスイツチ６を制御する。切り換えスイツチ１６
が一方の切り換え位置にあるとミラー積分器４
６，４７の入力は抵抗４５を介して基準電圧源＋
Urと接続され、他方の切り換え位置では基準電
圧−Urと接続される。

ミラー積分器４６，４７の出力には三角波形電
圧が発生し、この三角波形電圧はそれぞれシユミ
ツトトリガ回路４８の上方しきい値まで上昇し、
その後シユミツトトリガ回路４８は反転し切り換
えスイツチ１６が切り換わる。又抵抗４５を介し
てミラー積分器４６，４７に流れる基準電流はそ
の方向が変わり、三角波形電圧はシユミツトトリ
ガ回路４８の下方しきい値まで減少する。シユミ
ツトトリガ回路４８の出力に現われる矩形波電圧
のパルス期間とパルス休止期間の差と和の比は電
圧Ｕの瞬間値に比例する。

第１図に対応して第５図の回路において抵抗１
８と変圧器１の二次巻線から成る直列回路がスイ
ツチ１６とウインドコンパレータ１５の入力に接
続される。スイツチ１６と基準電圧源＋Ur、−
Urはマークスペース変調器４の構成部分である
と同時にモニタ回路１１の復調器１４でもある。

電流周波数変換器７は、第５図の回路では極性
切り換えスイツチ６の端子８に接続された増幅器
４９と、その入出力間に接続されたコンデンサ５
０と、コンパレータ５１と、タイミングパルス発
生器５２と、それにより制御されるスイツチ５３
と、スイツチ５３と直列に増幅器４９の入力と接
続されると共に基準電圧源−Urと接続された抵
抗５４とから構成される。

増幅器４９とコンデンサ５０はミラー積分器を
構成し、それによつて電流i₁の時間積分が形成さ
れる。ミラー積分器４９，５０の出力電圧がコン
パレータ５１のしきい値U_S3の値よりも小さくな
ると、コンパレータは反転し、タイミングパルス
発生器５２は期間T₀のパルスを発生する。又ス
イツチ５３はこの期間T₀の間閉じ、それにより
コンデンサ５０は抵抗５４を介して放電され、そ
の後コンパレータ５１は再び反転する。この工程
は周波数f₁で繰り返される。

第５図に図示された回路の第２のモニタ回路５
５は極性切り換えスイツチ６の端子９と接続さ
れ、負帰還抵抗５７と共に電流電圧変換器を構成
する増幅器５６と、電流周波数変換器７のタイミ
ングパルス発生器５２により制御されるスイツチ
５８と、抵抗５９，６０と、コンデンサ６１並び
にウインドコンパレータ６２とから構成される。
抵抗５９は基準電圧源−Urとウインドコンパレ
ータ６２の入力間でスイツチ５８と直列に接続さ
れ、抵抗６０が電流電圧変換器５６，５７の出力
とウインドコンパレータ６２の入力間に、又コン
デンサ６１がウインドコンパレータ６２の入力と
アース間に接続されている。

抵抗５９に流れる電流の平均値は周波数f₁に比
例し、抵抗６０に流れる電流は電流i₂に比例す
る。コンデンサ６１間の電圧はi₂＝−ｋ・f₁の条
件が満たされている時０となる。ウインドコンパ
レータ６２はコンデンサ６１の電圧が所定の正あ
るいは負のしきい値を超えた時エラー信号を故障
表示回路１３（第１図）に発生する。

増幅器５６及び抵抗５７，６０を除去し極性切
り換えスイツチ６の端子９を直接ウインドコンパ
レータ６２の入力と接続することも可能である。
回路はそれにより簡単になるが、適当な手段によ
りコンデンサ６１の電圧によつて電流i₁、i₂が影
響を受けないように対策をこうじなければならな
い。

第５図で点線で図示したように二次巻線３を省
略しウインドコンパレータ１５の入力を直接抵抗
１８に接続し更に抵抗６３を介して二次巻線２に
接続するようにすることもできる。その場合コン
デンサ１９には復調器１４の出力信号と電圧U₁
に比例し、抵抗６３に流れる電流との差が形成さ
れる。

第５図に図示したようにマークスペース変調器
４並びに電流周波数変換器７を監視するためにマ
ークスペース変調器４並びに電流周波数変換器７
にともかくも必要な基準電圧源を用いると、モニ
タするに必要な装置コストを特に低くおさえるこ
とができる。モニタに対する確実性はモニタに対
して適当な基準電圧源を用いるようにすれば大き
くすることができる。特にマークスペース変調器
４の基準電圧源を用いて電流周波数変換器７をモ
ニタし、又電流周波数変換器７の基準電圧源を用
いてマークスペース変調器４をモニタするように
すると好ましい。

マークスペース変調器４をモニタするためにモ
ニタ回路２０（第２図）の代わりにパルス発生器
のパルスを計数し、マークスペース変調器４のパ
ルスをそれぞれ０にリセツトするパルスカウンタ
を用いるようにすることもできる。マークスペー
ス変調器４の振動がなくなると、パルスカウンタ
の計数値はすぐに所定の限界値に達し、その後ア
ラームが発生される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる静的電気計器の原
理を説明した電気回路図、第２図から第４図はそ
れぞれ種々のモニタ回路の構成を示した電気回路
図、第５図は本発明による静的電気計器のモニタ
回路の他の実施例を示した電気回路図である。 １……変圧器、２，３……二次巻線、４……マ
ークスペース変調器、５……変流器、６……極性
切り換えスイツチ、７……電流周波数変換器、１
０……パルスカウンタ、１１，１２……モニタ回
路、１３……故障表示回路、１４……復調器、１
５……ウインドコンパレータ、２０……モニタ回
路、２９……モニタ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電圧に比例する電気信号を形成する電圧測定
   回路と、電流に比例する電気信号を形成する電流
   測定回路と、電力に対応する信号を発生する回路
   と、この電力信号発生回路に接続される電流周波
   数変換器と、前記電流周波数変換器からのパルス
   をを形成するパルスカウンタとから構成される静
   的電気計器に使用される回路の機能能力と直線性
   をモニタし、故障表示回路に、接続される第１の
   モニタ回路を備えた静的電気計器のモニタ回路に
   おいて、 前記電力信号発生回路は、前記両電気信号の一
   方によつて制御されるマークスペース変調器と、
   他方の前記電気信号によつて制御されマークスペ
   ース変調器によつて発生した矩形波信号を変調す
   る振幅変調器から構成され、 前記第１のモニタ回路１１，２０はマークスペ
   ース変調器４の出力に接続されてマークスペース
   変調器４の振動をモニタし、 また前記故障表示回路１３に接続される第２の
   モニタ回路１２，２９，３４，５５が設けられ、
   この第２のモニタ回路の入力は電流周波数変換器
   ７並びに電流Ｉに比例する信号ｉ２，ｆ２を導く
   信号線９と接続されて電流周波数変換器７の機能
   能力と直線性をモニタすることを特徴とする静的
   電気計器のモニタ回路。 ２ 前記第１のモニタ回路２０を矩形波信号を受
   ける倍電圧器２１，２２，２３，２４とその後段
   に接続されたコパレータ２５とから構成するよう
   にした特許請求の範囲第１項に記載の静的電気計
   器のモニタ回路装置。 ３ 前記第１のモニタ回路１１は、矩形波信号を
   受ける復調器１４と、復調器１４の出力信号と前
   記マークスペース変調器４を制御する信号Ｕ１と
   比例する第３の電気信号Ｕ２とを比較する比較回
   路３，１８と、前記比較回路３，１８に接続され
   るウインドコンパレータ１５とから構成される特
   許請求の範囲第１項に記載の静的電気計器のモニ
   タ回路装置。 ４ 前記復調器１４に正及び負の基準電圧源（＋
   Ur、−Ur）に接続され矩形波信号によつて制御
   される切り換えスイツチ１６を設けるようにした
   特許請求の範囲第３項に記載の静的電気計器のモ
   ニタ回路装置。 ５ 前記切り換えスイツチ１６と基準電圧源（＋
   Ur、−Ur）をマークスペース変調器４の構成要
   素とした特許請求の範囲第４項に記載の静的電気
   計器のモニタ回路装置。 ６ 前記電圧測定回路を変圧器から構成し、その
   第１の二次巻線をマークスペース変調器の制御入
   力に接続し、変圧器１の第２の二次巻線３と抵抗
   １８から成る直列回路を切り換えスイツチ１６を
   介して基準電圧源（＋Ur、−Ur）と接続すると
   共にウインドコンパレータ１５に接続するように
   した特許請求の範囲第４項又は第５項に記載の静
   的電気計器のモニタ回路装置。 ７ 前記電流測定回路を変流器から構成し、又そ
   の振幅変調器を極性切り換えスイツチから構成
   し、前記変流器の二次巻線を極性切り換えスイツ
   チを介して電流周波数変換器と接続すると共に極
   性切り換えスイツチの第１の出力端子を直接電流
   周波数変換器の入力に接続し、更に前記電流周波
   数変換器７の出力周波数f₁あるいはこの出力周波
   数から得られる量と前記極性切り換えスイツチ６
   の第２の出力端子９に流れる電流i₂あるいはこの
   電流から得られる量f₂を比較する比較回路３１，
   ３２，３３，３８，３９，４０，５９，６０，６
   ２を前記第２のモニタ回路１２，２９，３４，５
   ５に設けるようにした特許請求の範囲第１項から
   第６項までのいずれか１項に記載の静的電気計器
   のモニタ回路装置。 ８ 前記極性切り換えスイツチ６の第２の出力端
   子９を他の電流周波数変換器３０と接続し、前記
   比較回路３１，３２，３３に周波数比較回路を設
   けるうにした特許請求の範囲第７項に記載の静的
   電気計器のモニタ回路装置。 ９ 前記極性切り換えスイツチ６の第２の出力端
   子９を他の電流周波数変換器３５と接続し、前記
   両電流周波数変換器７，３５をそれぞれ周波数変
   換器３６，３７と接続し、前記比較回路に電流比
   較回路３８，３９並びにその後段に接続されたウ
   インドコンパレータ４０を設けるようにした特許
   請求の範囲第７項に記載の静的電気計器のモニタ
   回路装置。 １０ 前記極性切り換えスイツチ６の第２の出力
   端子９を電流電圧変換器５６，５７と、又前記電
   流周波数変換器７を周波数電圧変換器５８と接続
   し、比較回路に電流比較回路５９，６０並びにそ
   の後段に接続されたウインドコンパレータ６２を
   設けるようにした特許請求の範囲第７項に記載の
   静的電気計器のモニタ回路装置。 １１ 前記周波数電圧変換器３６，３７は基準電
   圧源（＋Ur、−Ur）に接続され、電流周波数変
   換器７，３５のタイミングパルス発生器５２によ
   つて制御されるスイツチ４１，４２，５８を有す
   る特許請求の範囲第９項又は第１０項に記載の静
   的電気計器のモニタ回路装置。