JPH02190769A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電力計に係り、特に、装置内の位相回転に基
づく測定誤差に対する補正手段を備えた電力計に関する
ものである。

〔従　来　例〕

電路の有効電力（以下、「電力」と言う、）ｗは、電路
の電圧及び電流が正弦波であれば、その実効値をそれぞ
れＥ、Ｉ、電圧、電流間の位相角をφとすると、 Ｗ＝Ｅ１ｃｏｓ　φ で表される。

この場合、電力計内部に例えば十〇の位相回転があると
、力率は見かけ上ｃｏｇ　（φ十〇）となって測定誤差
が生じ、このθによる誤差の影響は電路の力率が低い場
合はど大きくなって無視できなくなる。そこで、一般に
は位相補正回路などを設けて誤差の発生を防止するよう
にしている。

その−例が第３図に示されているが、例えば被測定電路
１の電圧Ｅ。ｓｉｎωｔと流れる電流工。５ｉｎ（ωを
十φ）の各成分をセンサ２にて取り出し、その電圧成分
に１Ｅ、ｓｉｎωｔを乗算器４に加える。

また、電流成分に、　Ｉ、５ｉｎ（ωｔ＋φ＋θ）は、
例えば上記センサ２を含む内部位相回転子〇を補正する
位相補正器３を介して乗算器４に加える。ここで、　ｋ
、、　ｋ、は適当な定数を表すものとする。

乗算器４の出力Ｐ′は２つの入力の積であるから。

Ｐ’＝に１Ｅ、ｓｉｎωｔ　Ｘｋ、１．５ｉｎ（ωｔ＋
φ）＝（ｋｘ　ｋｉＥａ　Ｉａ／　２）（ｃｏｇ（２（
ＩＩ　ｔ＋φ゛）十ｃｏｓφ） この出力Ｐ′を例えばフィルタ５に加えて第１項の交流
成分を除くと、同フィルタ５の出力ＰはＰ＝（ｋ、に、
Ｅ、Ｉ、／２）ｃｏｇφ＝に、に、（Ｅ、／ｖ’２）（
１，／ｖ’２）ｃｏｓφ＝に、に、ＥＩｅｏｓφ ＝ｋＷ となり、電路の電力Ｗに比例した出力が得られる。

ただし、に＝に、・ｋ２とする。

上式より Ｗ＝Ｐ／ｋ を求めれば、電力Ｗを表示器６にて読み取ることができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来装置における誤差発生防止方法は比較的簡単で
あり、５０／６０Ｈｚ用の電力計には好適である。

ところで、位相回転角θは１例えば電路側から見た装置
内の抵抗成分をＲ，リアクタンス成分をωＸとすると、 θ＝ｔａｎ　’（（ＩＩ　Ｘ／　Ｒ）、ただし、　ω＝
２πｆで表され、よく知られているように周波数ｆによ
って変化する。

したがって、インバータなどを用いて一般商用電源と異
なった周波数の電力を供給する電路については、従来の
アナログの位相補正回路では対応しきれないという問題
がある。

更に、測定範囲を広くするため多レンジ構成とした場合
には、各レンジにおける装置側の位相回転角θが一般に
は等しくならない。このためレンジごとに別個の位相補
正器が必要となり、測定系が複雑化する。

この発明は上記の点を考慮してなされたもので。

その目的は、装置側の位相回転角θをあらかじめ必要と
する各レンジの各周波数で測定しておき。

実際の電力測定時には測定値から算出した見かけ上の位
相角φ′（＝φ十〇）に対して例えばそのときの周波数
における上記位相回転角θによりφ＝φ′−〇 なるディジタル演算を施して真の位相角φを求め、広帯
域で、かつ、高精度の電力測定を可能とする電力計を提
供することにある。

〔補正原理の説明〕

単相電路の電力測定 内部の位相回転角θを補正しないで測定したときの電力
値をＰａとすると、 Ｐａ＝ＥＩｃｏｓ　φ’　　　　　　　　　　−・・・
−（１）＝ＥＩｃｏｇ（φ十〇） ＝　Ｅ　Ｉ　（ｃｏｓφｃｏｓ　０−ｓｉｎφｓｉｎ　
Ｏ）である。

ここで、θが非常に小さいとすると、ｃｏｓ　０４１、
ｓｉｎθ弁θとおけるから、上式よりＰ　ａ　＝　Ｅ　
Ｉ　（ｅｏｓφ−Ｂ　ｓｉｎφ）　　　　　　−・−・
−・（２）”ＥＩｃｏｓφ（ｌ−θｔａｎφ）　　　　
　−・・−・（３）を得る。ただし、ｃｏｓφ≠０とす
る。

上式（２）、　（３）の第１項は真の電力値、第２項は
内部の位相回転角に基づく誤差を表している。

いま、真の電力値をｐｔとすると、Ｐｔ＝ＥＩｃｏｓφ
であるから、式（２）、　（３）はＰｔ＝Ｐａ＋θＥＩ
ｓｉｎφ　　　　　　　（２ａ）−＝Ｐａ／（１−θｔ
ａｎφ）　　　　　　　（３ａ）と変形することができ
る。

式（２ａ）又は（３ａ）において、θがわかればφ＝φ
′−〇によりφがわかる。Ｐａは誤差を含んだ測定値で
既知であるから、真の電力値ｐｔは計算にて求めること
ができる。

内部位相同転角の求め方 いま、この装置に例えば位相角φが＋９０°異なる電圧
、電流Ｅ、Ｉと、−９０°異なる電圧、電流Ｅ、Ｉを与
えてそれぞれ電力（零力率電力）を測定し、そのときの
測定値をＰ　ａ（ｇｚｘ）＊Ｐ　ａ（−Ｋｚｚｌとする
と、式（２）において φ＝π／２のとき ｅ０８φ＝　Ｏ、ｓｉｎφ；１ φ＝−π／２のとき ｃｏｓφ＝Ｑ、ｓｉｎφ＃−１ であるから、 Ｐ　ａ　ｔ　ｘ　ｉｓ　）　＝　−Ｅ　Ｉθ（ｇ／１）
Ｐａ（ｚ、２）＝ＥＩθ（−１Ｃｉ２）となる、この場
合、本来ならばθ（π７２）二〇（−π７ｍ）となるは
ずであるが１校正用信号発生器や測定条件などにより一
致しない場合には例えば両者の平均値をとり、 θ＝（θ（π７１十〇（−π／２））／２とすることが
望ましい。

このθの値を例えば第１図の実線で示されるように、測
定レンジごとに動作最低周波数ｆ１がら最高周波数ｆｎ
まで必要とする周波数間隔で測定しておけば、被測定電
路の電力は容易に計算で求めることができる。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の実施例が示されている第２図を参照すると１
例えばセンサ２１乗算器４．フィルタ５、表示器６は上
記第３図の従来装置とほぼ同様のユニットが用いられ、
したがってそれらと同一の参照符号が付されている。

更に、この実施例においては上記課題を解決するため、
例えば次に示すイないしホの手段を備えている。

イ、被測定電路１から取り込んだ電圧、電流成分の実効
値Ｅ、Ｉを検出する実効値検出器７，８゜口、上記実効
値Ｅ、Ｉと、内部位相回転角θによる誤差を含んだ被測
定電路の見掛は上の電力Ｐａとをそれぞれディジタル変
換して測定するＡ／Ｄコンバータ９及び測定部１０゜ ハ、上記第１図に例示した位相回転角θのデータを保持
する位相回転角テーブル１１゜二、上記実効値Ｅ、１と
電力Ｐａ及び位相回転角０とから、電路１における電圧
と電流間の位相角φを求める位相角演算手段１２゜ ホ、この求めたφと上記電力Ｐａ及び位相回転角０とか
ら電路１の真の有効電力ｐ　ｔ　（ｗ）を求める電力演
算手段１３゜ 〔作　　　用〕 上記手段を備えることにより装置側に発生する位相回転
角θがディジタル的に補正され、広帯域の電力測定が可
能となる。

〔実　施　例〕 第２図を再び参照すると、装置側に発生する位相回転角
θは例えば各レンジの動作周波数帯域内における各所定
周波数について校正用信号発生器などを利用して測定し
、メモリで構成された位相回転角テーブル１１にあらか
じめ入力しておく、この位相回転角テーブル１１には、
例えば上記第１図の測定周波数ｆｌ＃ｆ２ｍ・・・・・
・に対応する各レンジの位相回転角θの値が保持される
ようになっている。

実際の測定にあたっては、例えば図示しない制御ボード
のスイッチにて測定レンジと周波数を指定すると、その
レンジのその周波数におけるθのデータが位相角演算手
段１２へ読み込まれるようになっている。以下、電路１
における電圧と電流の位相角φの計算（φ＝φ′±θ）
、及び電力Ｗの計算（Ｗ　＝　Ｅ　Ｉ　ｃｏｓφ）は下
記のとおりである。

上記第２図において、フィルタ５の出力Ｐａは、Ｐ　ａ
　＝Ｅ　Ｉｃｏｓ（φ＋θ） となる、ここで、φは電路１の位相角、θは装置内部の
位相回転角を表す。

上式を変形すると、 φ＝ｃｏｓ−１（Ｐ　ａ　／　Ｅ　Ｉ　）−〇となる０
位相角演算手段１２は、この式に測定値Ｐａ、Ｅ、Ｉ、
及びテーブルから読み出したデータ０を代入して位相角
φを求める。

電力演算手段１３は、求めた位相角φと上記電力Ｐａ、
データθ等を用い、前記式（３ａ）のＰｔ＝Ｐａ／（１
−８ｔａｎφ） を利用して電路１の真の電力ｐ　ｔ　（＝ｗ）を算出す
る。

あるいは、位相角φ、電力Ｐａ、電圧及び電流Ｅ、Ｉを
用い、前記式（２ａ）の Ｐｔ＝Ｐａ＋θＥＩｓｉｎφ を利用して算出してもよい。

上記説明は単相電路の補正についてなされたものである
が、三相電路の場合にはよく知られているように２電力
計法にて電力の測定ができる。したがってその補正も上
記と同様に各相ごとに行い。

補正後の２つの電力ｐｔ１．ｐｔ、の代数和を求めれば
三相電路の真の電力値Ｐｔ、が得られる。

なお、上記の例では位相回転テーブルを装置本体側のメ
モリに収納させているが、センサ側にメモリを備えてそ
れに収納し１本体側でそのデータを読み出すようにする
こともできる。

〔効　　　果〕

以上、詳細に説明したように、この実施例においては装
置の各レンジにおける動作周波数領域の所定周波数につ
いてあらかじめ測定系の内部位相回転角を測定し、その
データをテーブルとしてメモリ上に保持するようにして
いる。実際の電力測定時には使用レンジの周波数におけ
る内部位相回転角データを上記メモリから読み出し、電
路から検出した電圧、電流及び内部の位相回転による誤
差を含む見掛は上の電力と、上記テーブルから読み出し
た位相回転角データとから電路本来の位相角φを算出し
、この算出した位相角データに基づいて上記電路の真の
電力を求めるようになっている。

したがって、この発明による電力計によればアナログの
位相補正回路等は必要が無くなり、広い周波数帯域にわ
たって高精度の電力測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の実施例に係り、第１図は
測定系の内部位相回転角説明図、第２図は装置構成の一
例を示すブロック線図、第３図は従来装置のブロック線
図である。 図中、■は被測定電路、２はセンサ、９はＡ／Ｄコンバ
ータ、１０は測定部、１１は位相回転角テーブル、１２
は位相角演算手段、　１３は電力演算手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定電路の電圧、電流及びその位相角を検出し
   て同電路の電力を測定する電力計において、該電力計の
   動作周波数領域における所定の周波数についてセンサを
   含む測定系の内部位相回転角を測定レンジごとにあらか
   じめ測定し該測定データを保持するデータ保持手段と、 上記被測定電路から検出した電圧、電流及び内部位相回
   転角を含む見掛け上の電力と、当該測定レンジの当該測
   定周波数における上記内部位相回転角データとを用いて
   上記電路本来の位相角データを算出する位相角演算手段
   と、 該演算手段にて算算した位相角データに基づいて上記電
   路の真の電力を求める電力測定手段とを備えていること
   を特徴とする電力計。