TWI427298B - 信號生成裝置、測量裝置、漏電檢測裝置及信號生成方法 - Google Patents

信號生成裝置、測量裝置、漏電檢測裝置及信號生成方法 Download PDF

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Description

信號生成裝置、測量裝置、漏電檢測裝置及信號生成方法
本發明係關於信號生成裝置及信號生成方法。
近年來，由於社會高度資訊化，使得無停電化的需求出現，因此針對電路及機器的絕緣不良之管理，已從伴隨停電之以絕緣電阻計來進行的方法，逐漸改採不需關掉機器就能進行測量的漏電流測量方法。
就藉由漏電流測量方法來測量機器的交流電流及相位差的產品而言，例如有漏電流監視裝置、漏電流測量裝置、漏電流檢測裝置(漏電斷路器)等。此外，就測量機器交流電流的測量儀器而言，有功率計、電流計等。這些裝置或測量儀器係進行下述的檢測和測量。
就使用裝置或測量儀器來進行檢測和測量而言，交流電流值測量為其一，藉由此測量求取輸入電流I[A]、有效電流Ir=Icos θ[A]、無效電流IL-IC=Isin θ[A]。除此之外還有交流功率測量，在上述交流電流值測量的結果乘上電壓測量值而得，可得到視在功率S=VI[VA]、有效功率P=VIcos θ[W]、無效功率Q =VIsin θ[Var]。此外，還有漏電流測量，藉由此測量求取合成漏電流I0 [A]、單相電阻成分漏電流Igr(I0 r)=I0 cos θ[A]、單相電容成分漏電流Igc(I0 c)=I0 sin θ[A]、三相△連接電阻成分漏電流Igr(I0 r)=I0 sin θ/cos30°[A]。
從上述檢測和測量所得結果可知，在測量電流值I(I0 )乘上測量相位差sin θ或相位差cos θ而得者，或是進一步再乘上電壓測量值或係數而求取漏電流。
此外，在漏電斷路器中，為了進行電阻成分漏電流的測量、監視，必須為電路體積小、高速且穩定者。一般的漏電斷路器產品已是小體積，而搭載在產品內部的電路規模有更小型化的需求。
就以往所用的漏電斷路器的運作方式而言，有測量電流值I0 與相位角並以微電腦(micro computer)進行計算者、不使用微電腦而採進行積分以獲得結果者。測量電流值I0 與相位角並以微電腦進行計算者係主要用在監視裝置和測量儀器，但以微電腦運算來獲得結果耗時，無法進行連續性的測量。此外，微電腦搭載高精度的A/D(Analog/Digital；類比/數位)單元，需要開發運算軟體。上述情形不僅只會出現在漏電流計上，在測量有效電流等數值的功率計上可以說也一樣。對測量而得的電流值進行積分以獲得結果者係主要被提出用在漏電斷路器。
在此，就以往的漏電檢測方法而言，有例如下述之專利文獻1至3所記載者。專利文獻1中所提出的漏電檢測方法及漏電檢測裝置，係自三相三線式的電路檢測所有的漏電流，對所檢測出的所有漏電流取預定的相位範圍的積分，藉此將漏電流 電容成分消除而只將漏電流電阻成分檢測出來。專利文獻2中係提出一種漏電流表，為了檢測流通於交流電路的電阻成分漏電流而使用兩個半波積分器。專利文獻3中係提出一種電阻成分漏電檢測電路，就算測量對象信號的頻率改變也能判斷漏電流。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本專利特開2011-15583號公報
專利文獻2：國際公開公報第2009/002120號公報
專利文獻3：日本專利特開平8-182180號公報
然而，專利文獻1至3所記載的漏電檢測方法，係在測量電流值及做為基準的電壓波形與電流波形的相位差後，進行向量運算之算出，於向量運算算出之值乘上係數或其他測量結果，或是取積分進行與臨限值間的比較。對檢測出的電流值取積分以獲得結果者，係需要用來取積分的積分電路，而使用該積分電路會產生較大偏差，需要進行校正來修正偏差。此外，在進行複數種電流值的同時測量和連續測量時，會需要複數個積分電路。由於合成漏電流值I0 一旦超過可測量範圍就無法成為正確的數值，因此較佳為與電阻成分漏電流Igr同時測量。
此外，在以往的裝置或測量儀器中，主流方式是分別測量電流值I0 、相位角cos θ及相位角sin θ再以微電腦算出漏電流。在該方式中，由於是以微電腦算出漏電流，所以輸出值達 到穩定需要費時間。由於輸出值達到穩定需要費時間，因此無法測量僅於短時間內發生的間歇漏電流，無法有響應良好的測量。因此，期待能有能夠進行良好響應之測量的產品。
此外，在利用微電腦處理進行向量運算的算出中，進行電流值及做為基準的電壓波形與電流波形的相位差之測量，將結果進行向量運算、乘法運算，會有耗時、無法獲得每半波期間的測量結果、微電腦負荷大等問題。在對檢測出的電流值取積分的積分電路方式中，由於是固定相位差取積分，所以無法同時輸出三個項目，此外，在進行下一個測量時必須清除積分結果，為了要進行連續(每半波期間)的測量需要準備兩個積分電路。
本發明係鑒於上述課題而研創者，目的在於提供不需要進行相位差的向量計算就能容易且在短時間內同時檢測出穩定的輸入電流值I、經相位轉換的電流值Icos θ及Isin θ並自動將之輸出的信號生成裝置及信號生成方法。
本發明一實施形態的信號生成裝置係具備：第1比較器，其係接受在測量對象電路檢測出的電壓波形之輸入，生成和前述電壓波形的正負極性相應之第1邏輯信號；第2比較器，其係接受在前述測量對象電路檢測出的電流波形之輸入，生成和前述電流波形的正負極性相應之第2邏輯信號；第1運算部，其係輸出和前述第1邏輯信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和相應之第3邏輯信號；相位轉換部，在前述第1邏輯信號發生變化時，由零交叉檢測部生成零交叉點(zero cross point)，且該相位轉換部係記憶所生成之前述零交叉點間的時間，在離下一個零交叉 點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，將前述第1邏輯信號反轉，藉此進行前述第1邏輯信號的相位轉換，生成相位轉換信號；第2運算部，其係輸出和前述相位轉換信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和相應之第4邏輯信號；全波整流部，其係對所檢測出的前述電流波形進行全波整流；及轉換部，其係輸出將經前述全波整流部全波整流過的前述電流波形使用連續型△Σ ADC進行量化轉換而得之對應於該電流波形的預定期間的電流波形的平均值的量化值，做為根據前述基準CLK脈波於整個前述預定期間計數前述連續型△Σ ADC的輸出而得之計數值相對於前述預定期間的基準CLK脈波的CLK數的比率，前述第3邏輯信號、前述第4邏輯信號、及前述量化值係被輸出至用以輸出I計數值、Icos計數值、以及Isin計數值的測量部，其中該I計數值係將前述零交叉檢測部生成的前述下一個零交叉點至再下一個零交叉點的半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流I的計數值；該Icos計數值係以根據前述第3邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Icos θ的計數值；該Isin計數值係以根據前述第4邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Isin θ的計數值。
本發明一實施形態的信號生成方法係包含以下步驟：生成和在測量對象電路檢測出的電壓波形的正負極性相應之第1邏輯信號；生成和在前述測量對象電路檢測出的電流波形的正負極性相應之第2邏輯信號；輸出和前述第1邏輯信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和相應之第3邏輯信號；在前述第1邏 輯信號的變化時，由零交叉檢測部生成零交叉點，記憶所生成之前述零交叉點間的時間，在離下一個零交叉點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，將前述第1邏輯信號反轉，藉此進行前述第1邏輯信號的相位轉換，生成相位轉換信號；輸出和前述相位轉換信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和相應之第4邏輯信號；對所檢測出的前述電流波形進行全波整流；及輸出將經全波整流過的前述電流波形使用連續型△Σ ADC進行量化轉換而得之對應於該電流波形的預定期間的電流波形的平均值的量化值，做為根據前述基準CLK脈波於整個前述預定期間計數前述連續型△Σ ADC的輸出而得之計數值相對於前述預定期間的基準CLK脈波的CLK數的比率，將前述第3邏輯信號、前述第4邏輯信號、及前述量化值輸出至用以輸出I計數值、Icos計數值、以及Isin計數值的測量部，其中該I計數值係將前述零交叉檢測部生成的前述下一個零交叉點至再下一個零交叉點的半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流I的計數值；該Icos計數值係以根據前述第3邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Icos θ的計數值；該Isin計數值係以根據前述第4邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Isin θ的計數值。
依據本發明，能夠提供一種高精度且價格低廉之信號生成裝置及信號生成方法，能夠在短時間內同時對輸入電流值I與經相位轉換的電流值Icos θ及Isin θ進行測量、判定，能夠將 電路縮小，故能夠使用於漏電斷路器，並且藉由在電流計及功率計使用，能夠高速地進行輸入電流、經相位差轉換的有效電流、無效電流之測量。
1‧‧‧漏電檢測裝置
10‧‧‧電壓波形檢測部
20‧‧‧電流波形檢測部
30‧‧‧信號生成裝置
33‧‧‧參數輸出部
37‧‧‧量化輸出部
40‧‧‧測量部
50‧‧‧判定部
100‧‧‧第1比較器
200‧‧‧第2比較器
300‧‧‧全波整流部
400‧‧‧轉換部
500‧‧‧相位轉換部
600‧‧‧第1運算部
700‧‧‧第2運算部
800‧‧‧零交叉生成部
第1圖係顯示本發明實施形態的漏電檢測裝置的概略構成之圖。
第2圖係顯示本發明實施形態的漏電檢測裝置中的信號生成裝置的概略構成之圖。
第3圖(a)係顯示輸入至本發明實施形態的信號生成裝置的電壓波形及根據電壓波形轉換得的參數之圖，(b)係顯示輸入至本發明實施形態的信號生成裝置的電流波形及根據電流波形轉換得的參數之圖。
第4圖係顯示以本發明實施形態的信號生成方法生成的參數設定的一例之圖。
第5圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第6圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第7圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第8圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第9圖係顯示以本發明實施形態的信號生成方法生成的參數 設定的一例之圖。
第10圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第11圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第12圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第13圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
以下，針對本發明的實施形態，參照圖式詳細進行說明。另外，本發明並不僅限於以下的實施形態。
首先，針對本發明實施形態的漏電流檢測裝置，參照圖式詳細進行說明。
第1圖係顯示本發明實施形態的漏電流檢測裝置的概略構成之圖。第2圖係顯示本發明實施形態的漏電流檢測裝置的信號生成裝置的概略構成之圖。
如第1圖所示，本發明實施形態的漏電流檢測裝置1係具備：電壓波形檢測部10，係檢測施加在測量對象電路的電壓波形；電流波形檢測部20，係檢測流通測量對象電路的電流波形；信號生成裝置30，係將電壓波形檢測部10檢測出的電壓波形及電流波形檢測部20檢測出的電流波形分別進行預定的處理，由參數輸出部33輸出sin部位及cos部位的邏輯信號的參數信號，並且將電流波形檢測部20檢測出的電流波形藉由量化輸出部37 的全波整流部300進行全波整流，再將經全波整流的電流波形於轉換部400藉由連續型△Σ ADC進行量化轉換；測量部40，係對信號生成裝置30生成的sin部位及cos部位的為邏輯信號的參數與進行連續型△Σ ADC處理而求得的電流波形的平均值進行測量；及判定部50，係由測量部40進行預定的處理，接受基準計數值、Icos計數值、Isin計數值、I計數值之輸入，進行預定的處理，進行比較判斷。
電壓波形檢測部10係利用衰減器衰減施加在測量對象電路的電壓而檢測電壓波形。另外，不論測量對象電路是單相還是三相，電壓波形檢測部10都能檢測其電壓波形。
電流波形檢測部20亦可具備檢測測量對象電路流通的漏電流成分所產生的磁力並從所檢測出的磁力生成電流的CT感測部(未圖示)，而從CT感測器檢測電流波形。
如第2圖所示，本發明實施形態的信號生成裝置30係具備參數輸出部33及量化輸出部37。參數輸出部33係含有：第1比較器100，係對電壓波形檢測部10檢測出的電壓波形進行邏輯處理，生成第1邏輯信號；第2比較器200，係對電流波形檢測部20檢測出的電流波形進行邏輯處理，生成第2邏輯信號；第1運算部600，係對第1邏輯信號及第2邏輯信號進行運算處理，輸出正負信號或Hi/Lo信號；零交叉生成部800，係在第1比較器100生成的第1邏輯信號發生變化時生成零交叉點；相位轉換部500，係記憶零交叉生成部800生成的零交叉點間的時間，在離下一個零交叉點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，令第1邏輯信號反轉，而進行第1邏輯信號的相位轉換；及 第2運算部700，係對經相位轉換部500進行相位轉換的電壓波形及第2邏輯信號進行運算處理，輸出正負信號或Hi/Lo信號。量化輸出部37係含有：全波整流部300，係對由測量對象電路檢測出的電流波形進行全波整流；及轉換部400，係將經全波整流部300進行全波整流的電流波形藉由連續型△Σ ADC進行量化轉換。
第1比較器100係對檢測出的電壓波形進行邏輯處理，生成正負波形或Hi/Lo波形。第2比較器200係對檢測出的電流波形進行邏輯處理，生成正負波形或Hi/Lo波形。在此，信號生成裝置30係具備在第1比較器100生成的邏輯信號的正負極性或Hi/Lo發生變化時生成零交叉點的零交叉生成部800。
第1運算部600係對第1比較器生成的第1邏輯信號及第2比較器生成的第2邏輯信號進行運算處理，輸出正負信號或Hi/Lo信號做為cos部位。
相位轉換部500係記憶零交叉生成部800生成的零交叉點間的時間，在離下一個零交叉點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，令第1邏輯信號反轉，進行第1邏輯信號的相位轉換。更詳言之，相位轉換部500係於零交叉點間(亦即電壓波形的半波期間)，計數基準CLK脈波總數並記憶起來，當下一個半波期間的基準CLK脈波的計數值為所記憶的計數值的一半以下時，將第1邏輯信號反轉，藉此進行第1邏輯信號的90度相位轉換。
第2運算部700係對經相位轉換部500進行電壓波形相位轉換的第1邏輯信號及第2比較器生成的第2邏輯信號進行運算處理，輸出正負信號或Hi/Lo信號做為sin部位。
所檢測出的電流波形會經全波整流部300進行全波整流，轉換部400係將經全波整流的電流波形藉由連續型△Σ ADC進行量化轉換。連續型△Σ ADC轉換係藉由做為基準計數值的基準CLK脈波於半波期間的CLK數與連續型△Σ ADC的計數值結果之比率來算出。另外，在連續型△Σ ADC中係對所測量得的電流值進行量化轉換，對其計數半波期間，藉此取得電流波形的平均值。藉由在該電流波形的平均值乘上係數(CT感測部的倍率、RMS化等)，便能夠求得各電流值。此外，藉由另行測量電壓值再乘上所求得的電流值，便能夠求得各功率值。其中，由於該些測量能夠取得每半波期間的測量結果且是半波期間內的平均值測量，因此消除高次諧波雜訊的效果優異，能夠獲得穩定之結果。
輸入電流值I與經相位轉換的電流值Icos θ及Isin θ的計數值係以與基準計數值的比率來求取測量結果，因此就算輸入的交流波形的頻率不同(不論是50Hz或60Hz)還是能夠自動獲得正確的結果。因此，不需要為頻率進行切換和校正，不易受頻率變動影響，因此能夠有精度佳且響應良好的輸出，並且因內部頻率產生器個體差之差異、溫度變化、劣化所引起的頻率變動會自動獲得修正，因此不需要高精度的產生器、比較基準、校正，能夠製造低廉更價格且高精度的產品。
測量部40係遵照信號生成裝置30中的參數設定部33所設定的參數之指示，進行量化輸出部37的計數，藉此便能夠取得所求之種類的電流值的平均值。就所求之種類的電流值而言，交流電流值測量為其一，能夠求取輸入電流I[A]、有效電流Ir=Icos θ[A]、無效電流IL-IC=Isin θ[A]；就交流功率測量而言， 在上述交流電流值測量的結果乘上電壓測量值，可求得視在功率S=VI[VA]、有效功率P=VIcos θ[W]、無效功率Q=VIsin θ[Var]；就漏電流測量而言，有合成漏電流I0 [A]、單相電阻成分漏電流Igr(I0 r)=I0 cos θ[A]、單相電容成分漏電流Igc(I0 c)=I0 sin θ[A]、三相△連接電阻成分漏電流Igr(I0 r)=I0 sin θ/cos30°[A]。
判定部50係將測量部40所求得的值與以基準CLK脈波的計數比率設定的臨限值進行比較。亦可針對I值與Isin θ值或Icos θ值之兩值，設置比較判斷是否超過設定臨限值的裝置。進行比較判斷的裝置係為設想進行利用Isin θ值或Icos θ值檢測漏電之功能者，並且當I值超過可測量範圍時，Isin θ值或Icos θ值便無法正確檢測出來。為此，比較判斷之裝置係將I值的臨限值判定用以作為判斷I值是否在可測量範圍內者，在漏電斷路器中係判定為不同於Igr值判定的異常I0 值，以檔位之切換來判斷該判定結果。
就檢測判斷方法而言，係將測量部所求得的計數值與以基準CLK脈波的計數比率設定的臨限值進行比較以做判斷，然而，藉由以分割(1/2或1/4等)基準CLK脈波的計數值而得的計數值做為臨限值，會自動修正因內部頻率產生器個體差之差異、溫度變化、劣化所引起的頻率變動，因此不需要高精度的產生器、比較基準、校正，而能夠製造能精度良好的檢測判斷、更廉價且高精度的產品。
如上所述，本發明實施形態的漏電檢測裝置中的信號生成裝置30係將測量對象電路的電壓波形及電流波形分別透過第1及第2比較器生成邏輯信號，設定參數，並且將電流波形 進行全波整流，將經全波整流的電流波形藉由連續型△Σ ADC進行量化轉換，進行所設定參數及經量化轉換的量化值之計數，藉此求取預定的測量值，再將測量值與基準值進行比較來檢測漏電，藉此，能夠高速地進行測量、判定，能夠將電路規模縮小，故能夠使用於漏電斷路器，並且藉由使用電流計及功率計，能夠高速地進行輸入電流之測量、經相位差轉換的有效電流、無效電流之測量，能夠製造高精度且價格低廉的產品。
接著，針對藉由上述本發明實施形態的漏電檢測裝置1中的信號生成裝置30所進行之根據從測量對象電路檢測出的每半波期間的電壓波形及每半波期間的電流波形之信號生成方法，參照第3圖至第8圖進行說明。
第3圖(a)係顯示輸入至本發明實施形態的信號生成裝置的電壓波形及根據電壓波形轉換得的參數之圖。第3圖(b)係顯示輸入至本發明實施形態的信號生成裝置的電流波形及根據電流波形轉換得的參數之圖。
第3圖(a)、(b)中，「a」代表0°至90°、90°至180°，「b」代表180°至270°、270°至360°。此外，前一個半波期間的波形的相位設為-180°至-90°、-90°至0°。另外，亦可令前一個半波期間的波形預先記憶在記憶部(未圖示)。
第3圖(a)係顯示從測量對象電路檢測出的輸入電壓波形，並根據輸入電壓波形，設定由第1比較器100設定的V_PN輸出及由相位轉換部500設定的V_90輸出的Hi/Lo參數。
第3圖(a)係顯示：輸入電壓波形，係藉由電壓波形檢測部10從測量對象電路檢測出的正弦波波形；V_Pulse輸出， 係將輸入電壓波形透過第1比較器100生成Hi/Lo(+/-)的邏輯信號，根據所生成的邏輯信號，每半波期間生成邏輯信號變化時的零交叉點；V_PN輸出，係將輸入電壓波形透過第1比較器100生成Hi/Lo的邏輯信號，根據所生成的邏輯信號，每半波期間輸出Hi/Lo；及V_90輸出，係記憶由零交叉生成部800生成的零交叉點間的時間，在離下一個零交叉點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，令第1邏輯信號反轉，而進行第1邏輯信號的相位轉換。
第3圖(b)係顯示藉由電流波形檢測部20從測量對象電路檢測出的輸入電流波形，並根據輸入電流波形，設定I_PN輸出的Hi/Lo參數。
第3圖(b)係顯示：輸入電流波形，係從測量對象電路檢測出的正弦波波形；及I_PN輸出，係將輸入電流波形透過第2比較器200生成Hi/Lo(+/-)的邏輯信號，根據所生成的邏輯信號，每半波期間輸出Hi/Lo。
第4圖係顯示根據第3圖(a)所示的輸入電壓波形，對於V_PN輸出及V_90輸出的Hi/Lo參數，以及根據第3圖(b)所示的輸入電流波形，對於I_PN輸出的Hi/Lo參數進行邏輯計算，各所欲求取之值的計數方法。如第4圖所示，每半波期間設定Hi/Lo參數，使用所設定的參數算出計數方法(UP或DOWN)，藉此能夠容易地自由求取輸入電流、合成漏電流、有效電流、單相電阻成分漏電流、無效電流、單相電容成分漏電流、三相△連接電阻成分漏電流。
接著，根據上述第3圖(a)、(b)所示之電壓波形、電 流波形，一邊參照參數設定方法及第4圖所示的計數方法，一邊參照第5至8圖針對以輸入電壓波形為基準下，輸入電流波形的相位角為0°、45°、60°、90°時的參數設定方法、及根據所設定之參數分別求得的I、Icos θ及Isin θ的計數值之結果進行說明。另外，關於第5至8圖的內容，與在第3圖(a)、(b)和第4圖時說明過的內容重複的部分不再贅述。
第5圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。第5圖所示的參數設定方法中，做為基準的輸入電壓波形，虛線為從測量對象電路檢測出的輸入電流波形，實線為從測量對象電路檢測出並經全波整流的輸入電流波形。
第5圖係顯示以輸入電壓波形為基準下，輸入電流波形的相位角為0°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第5圖所示，I為經全波整流的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為0°，所以求取面積為1。Isin θ係由於相位角為0°，所以求取面積為0。
第6圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。在第6圖所示的參數設定方法中，做為基準的輸入電壓波形，虛線為從測量對象電路檢測出的輸入電流波形，實線為從測量對象電路檢測出並經全波整流的輸入電流波形。
第6圖係顯示以輸入電壓波形為基準下，輸入電流波形的相位角為45°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第6圖所示，I為經全波整流的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為45°，所以求取面積為0.7。Isin θ係由於相位角為45°，所以求取面積為0.7。
第7圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。在第7圖所示的參數設定方法中做為基準的輸入電壓波形，虛線為從測量對象電路檢測出的輸入電流波形，實線為從測量對象電路檢測出並經全波整流的輸入電流波形。
第7圖係顯示以輸入電壓波形為基準下，輸入電流波形的相位角為60°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第7圖所示，I為經全波整流的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為60°，所以求取面積為0.5。Isin θ係由於相位角為60°，所以求取面積為0.9。
第8圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。在第8圖所示的參數設定方法中做為基準的輸入電壓波形， 虛線為從測量對象電路檢測出的輸入電流波形，實線為從測量對象電路檢測出並經全波整流的輸入電流波形。
第8圖係顯示以輸入電壓波形為基準下，輸入電流波形的相位角為90°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第8圖所示，I為經全波整流的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為90°，所以求取面積為0。Isin θ係由於相位角為90°，所以求取面積為1。
如上所述，本發明實施形態的信號生成方法係將測量對象電路的電壓波形及電流波形分別透過第1及第2比較器每半波期間生成邏輯信號，設定參數，並且將電流波形進行全波整流，將經全波整流的電流波形藉由連續型△Σ ADC進行量化轉換，進行量化轉換得的量化值之計數，藉此能夠高速地進行測量、判定，能夠將電路規模縮小，故能夠使用於漏電斷路器，並且藉由在電流計及功率計使用，能夠高速地進行輸入電流之測量、經相位差轉換的有效電流、無效電流之測量，能夠製造高精度且價格低廉的產品。
接著，針對藉由上述本發明實施形態的漏電檢測裝置1中的信號生成裝置30所進行之根據從測量對象電路檢測出的每一週期的電壓波形及每一週期的電流波形之信號生成方法，參照第9圖至第13圖進行說明。在此，每一週期信號生成方法係相較於全波整流轉換時的誤差、施加在輸入電流波形的直流偏移成 分消除等的每半波期間信號生成方法，更提升了精度。
第9圖顯示係對根據第10至13圖所示的輸入電壓波形，對於V_PN輸出及V_90輸出的Hi/Lo參數，以及根據輸入電流波形，對於I_PN輸出的Hi/Lo參數進行邏輯計算，各所欲求取之值的計數方法。如第9圖所示，每一週期設定Hi/Lo參數，使用所設定之參數算出計數方法(UP或DOWN)，藉此能夠容易地自由求取輸入電流、合成漏電流、有效電流、單相電阻成分漏電流、無效電流、單相電容成分漏電流、三相△連接電阻成分漏電流。
接著，根據上述第3圖(a)、(b)所示之電壓波形、電流波形，一邊參照參數設定方法及第9圖所示的計數方法，針對以輸入電壓波形為基準下，輸入電流波形的相位角為0°、45°、60°、90°時的參數設定方法、及根據所設定之參數分別求得的I、Icos θ及Isin θ的計數值之結果，參照第10至13圖進行說明。另外，關於第10至13圖的內容，係針對設定參數的輸入電壓波形及輸入電流波形為一週期的情形進行說明。
第10圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。第9圖所示的參數設定方法係根據輸入電壓波形及輸入電流波形進行設定。
第10圖係顯示以輸入電壓波形為基準的情況下，輸入電流波形的相位角為0°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定 的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第10圖所示，I為一週期的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為0°，所以求取面積為1。Isin θ係由於相位角為0°，所以求取面積為0。
第11圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第11圖係顯示以輸入電壓波形為基準的情況下，輸入電流波形的相位角為45°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第11圖所示，I為一週期的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為45°，所以求取面積為0.7。Isin θ係由於相位角為45°，所以求取面積為0.7。
第12圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第12圖係顯示以輸入電壓波形為基準的情況下，輸入電流波形的相位角為60°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第12圖所示，I為一週期的電流波形，求取面積 為1。Icos θ係由於相位角為60°，所以求取面積為0.5。Isin θ係由於相位角為60°，所以求取面積為0.9。
第13圖係顯示本發明實施形態的電壓波形及電流波形、分別根據電壓波形及電流波形而得的參數設定方法的一例之圖。
第13圖係顯示以輸入電壓波形為基準的情況下，輸入電流波形的相位角為90°的情形。另外，針對輸入電壓波形及輸入電流波形的參數設定方法，因為已參照第3圖(a)、(b)說明過了，所以此處不再贅述。對根據輸入電壓波形及輸入電流波形而設定的參數執行邏輯計算，求出I、Icos θ及Isin θ。
如第13圖所示，I為一週期的電流波形，求取面積為1。Icos θ係由於相位角為90°，所以求取面積為0。Isin θ係由於相位角為90°，所以求取面積為1。
如上所述，本發明實施形態的信號生成方法係將測量對象電路的電壓波形及電流波形分別透過第1及第2比較器每一週期生成邏輯信號，設定參數，並且將電流波形藉由連續型△Σ ADC進行量化轉換，進行量化轉換得的量化值之計數，藉此能夠高速地進行測量、判定，能夠將電路規模縮小，故能夠使用於漏電斷路器，並且藉由在電流計及功率計使用，能夠高速地進行輸入電流之測量、經相位差轉換的有效電流、無效電流之測量，能夠製造高精度且價格低廉的產品。
30‧‧‧信號生成裝置
33‧‧‧參數輸出部
37‧‧‧量化輸出部
100‧‧‧第1比較器
200‧‧‧第2比較器
300‧‧‧全波整流部
400‧‧‧轉換部
500‧‧‧相位轉換部
600‧‧‧第1運算部
700‧‧‧第2運算部
800‧‧‧零交叉生成部

Claims (4)

  1. 一種信號生成裝置，具備：第1比較器，其係接受在測量對象電路檢測出的電壓波形之輸入，生成和前述電壓波形的正負極性相應之第1邏輯信號；第2比較器，其係接受在前述測量對象電路檢測出的電流波形之輸入，生成和前述電流波形的正負極性相應之第2邏輯信號；第1運算部，其係輸出和前述第1邏輯信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和相應之第3邏輯信號；相位轉換部，在前述第1邏輯信號發生變化時，由零交叉檢測部生成零交叉點，且該相位轉換部係記憶所生成之前述零交叉點間的時間，在離下一個零交叉點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，將前述第1邏輯信號反轉，藉此進行前述第1邏輯信號的相位轉換，生成相位轉換信號；第2運算部，其係輸出和前述相位轉換信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和相應之第4邏輯信號；全波整流部，其係對所檢測出的前述電流波形進行全波整流；及轉換部，其係輸出將經前述全波整流部全波整流過的前述電流波形使用連續型△Σ ADC進行量化轉換而得之對應於該電流波形的預定期間的電流波形的平均值的量化值，做為根據前述基準CLK脈波於整個前述預定期間計數前述連續型△Σ ADC的輸出而得之計數值相對於前述預定期間的基準 CLK脈波的CLK數的比率，前述第3邏輯信號、前述第4邏輯信號、及前述量化值係被輸出至用以輸出I計數值、Icos計數值、以及Isin計數值的測量部，其中該I計數值係將前述零交叉檢測部生成的前述下一個零交叉點至再下一個零交叉點的半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流I的計數值；該Icos計數值係以根據前述第3邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Icos θ的計數值；該Isin計數值係以根據前述第4邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Isin θ的計數值。
  2. 一種測量裝置，具備申請專利範圍第1項之信號生成裝置；及前述測量部。
  3. 一種漏電檢測裝置，具備申請專利範圍第2項之測量裝置；及根據前述測量部輸出的值來檢測前述測量對象電路的漏電的判定部。
  4. 一種信號生成方法，包含下述步驟：生成第1邏輯信號，該第1邏輯信號係相應於在測量對象電路檢測出的電壓波形的正負極性；生成第2邏輯信號，該第2邏輯信號係相應於在前述測量對象電路檢測出的電流波形的正負極性；輸出第3邏輯信號，該第3邏輯信號係相應於前述第1邏輯信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和；在前述第1邏輯信號的變化時，由零交叉檢測部生成零交 叉點，記憶所生成之前述零交叉點間的時間，在離下一個零交叉點的時間為所記憶之時間的一半以下的期間中，將前述第1邏輯信號反轉，藉此進行前述第1邏輯信號的相位轉換，生成相位轉換信號；輸出第4邏輯信號，該第4邏輯信號係相應於前述相位轉換信號與前述第2邏輯信號的互斥邏輯和；對所檢測出的前述電流波形進行全波整流；及輸出將經全波整流過的前述電流波形使用連續型△Σ ADC進行量化轉換而得之對應於該電流波形的預定期間的電流波形的平均值的量化值，做為根據前述基準CLK脈波於整個前述預定期間計數前述連續型△Σ ADC的輸出而得之計數值相對於前述預定期間的基準CLK脈波的CLK數的比率，將前述第3邏輯信號、前述第4邏輯信號、及前述量化值係輸出至用以輸出I計數值、Icos計數值、以及Isin計數值的測量部，其中該I計數值係將前述零交叉檢測部生成的前述下一個零交叉點至再下一個零交叉點的半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流I的計數值；該Icos計數值係以根據前述第3邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Icos θ的計數值；該Isin計數值係以根據前述第4邏輯信號的計數方法，將前述半波期間中所輸出的前述量化值進行計數而得之對應於電流Isin θ的計數值。
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