JPH0271162A - 電子式電力量計 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電子式電力量計に関し、特に軽負荷時における
オフセット電圧を自動的に除去する手段を設けた電子式
電力量計に関する。

（従来の技術） 第３図は従来の電子式電力量計の構成図である。

この電子式電力量計には、配′ｗＬ線の負荷電圧Ｖに比
例した第１の電圧信号Ｓｖを出力する補助変圧器（Ｐ、
Ｔ）１と、配電線に流れる消費電流ｉに比例した第２の
電圧信号ｅｉを出力する補助変流器（Ｃ０Ｔ）２とが設
けられており、これらＰ、ＴＩおよびＣ，Ｔ２から出力
される第１および第２の電圧信号ｅｖ　、　ｅｉはそれ
ぞれ電力−電圧変換用のパルス幅変調回路（乗算回路）
３に送られるように々っている。

このパルス幅変調回路３は、第１の電圧信号ｅｖｌ・！
ルス幅デユーティサイクル信号に変調し、このパルス幅
デユーティサイクル信号により第２の電圧信号ｅｉを選
択的に入力して配電線の電力に比例した第３の電圧信号
を出力するもので、具体的な構成は第４図に示す如くと
なっており、次のように作動する。そこで、第４図に示
す演算増幅器Ａｓ、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１から構成
される積分回路３−１に入力する第１の電圧信号ｅｖが
零の場合、この積分回路３−１の出力信号ｅｋと、自身
の出力信号ｅｒを反転し分圧した信号−（Ｓｒ／２　）
とを比較するコンパレータ回路３−２の出力信号ｅｒが
＋ｅｒと設定され、また分圧抵抗Ｒ２，＃　Ｒ３が同一
抵抗値に設定されているとする。この場合、コンパレー
タ回路３−２の演算増幅器Ａｅの反転入力端子にはヒス
テリシスにより生ずる比較電圧信号ｅｈつまり−（ｅｒ
／ｚ）が加わっており、また積分回路３−１の演算増幅
器Ａ８の反転入力端子には抵抗Ｒ４を通してｅｒが加わ
っている。この状態において積分回路３−１の出力信号
ｅｋは第５図に示す変化のうち減少すなわち負側方向へ
の積分傾斜を示すことになる。そして、この出力信号６
ｋが−（Ｓｒ／２）に達するとｅｋ≦ｅｈとなりコンパ
レータ回路３−２の出力信号ｅｒは反転して−ｅｒとな
る。

すると、演算増幅器Ａｃの反転入力端子には（Ｓｒ／２
）の電圧が加わり、また演算増幅器Ａ８の反転入力端子
には−ｅｒの電圧が加わることになる。よって、積分回
路３−１の出力電圧ｅｋは第５図に示すように上昇すな
わち正側方向への積分傾斜を示すことになる。そうして
、この出力電圧ｅｋが（Ｓｒ／２）の電圧に達すると（
ｅｋ≧ｅｈ）となりコンパレータ回路３−２の出力信号
−ｅｒは再び反転してｅｒとなる。このようにしてコン
パレータ回路３−２の出力信号ｅｒは第５図に示す如く
となる。そして第１の電圧信号ｅｖが入力されることに
より演算増幅器Ａｃの反転入力端子に加わる電圧が上昇
および下降し、これによりコンパレータ回路３−２の出
力信号上ｅｒのパルス幅が変化する。ここで、出力信号
ｅｒの・・イレベル期間すなわち＋〇ｒ期間をｔａ、ロ
ーレベル期間すなわち−ｅｒ期間をｔｂとすると、積分
回路３−１の出力信号ｅｋは。

８ｋ　（ｔａ　） ＝−ｅｒ ・・・（１） ６ｋ　（ｔｂ　） ＝＋ｅｒ ・・・（２） と表わされ、これら第（１）式、第（２）式を用いてＲ
１＝Ｒ４と設定した場合の各期間ｔａ　、　ｔｂを求め
ると。

ｔａ＝ｅｒ−ａｉ・ｃ１／（ｅｒ＋ｅｖ）　　−・・（
ａ）ｔｂ　＝ｅｒ−Ｒ１−Ｃ１／（ｅｒ　−ｅｖ　）　
　　　＝−（４）となる。さらに、これら第３式、第４
式を用いて演算増幅器Ａｃのパルス幅デユーティ・サイ
クルＤ。

Ｄを求めると、 Ｄ＝ｔａ／（ｔａ＋ｔｂ）＝（ｅｒ−ｅｖ）／２ｅｒ　
　　　−（５）Ｄ＝ｔｂ／（ｔａ＋ｔｂ）＝（ｅ３ｒ十
ｅｖ）／２ｅ３ｒ　　　・＝ｔ６）となる。

そして、このパルス幅デー−ティ・サイクルＤ。

Ｄをもって、トランジスタ等で構成されるアナログスイ
ッチ８１〜Ｓ４を開閉動作して第２の電圧信号ｅｉ　、
　−ｅｉを入力する。これら第２の電圧信号ｅｉ　、−
ｅｉはアナログスイッチ８１〜Ｓ４を通ってそれぞれ積
分回路３−３．３−４に送られ、これら積分回路３−３
．３−４からは、第１の電圧信号ｅｖと第２の電圧信第
ｅｉとの乗算結果である第３の電圧信号ｅＰ　＊　ａｎ
が出力される。そこで、これら第３の電圧信号ｅｐ、ｅ
ｎは。

ｅｐ＝ｅｆｆｌ（Ｄ）＋（−ｅｚ）Ｄ ＝ｅｖ−ｅｉ／ｅｒ　　　　　　　　　　・・・（７）
ｅｎ＝ｅｚ（Ｄ）＋（−ｅｊ）Ｄ ＝　−ｅｖ　−ｅｉ　／ｓｒ　　　　　　　　　　　　
　　・・・（８）と表わされる。

そうして、これら第３の出力信号ｅｐ　ｌ　ｅｎは電圧
−パルス周波数変換回路４に送られて、電圧に比例した
パルス周波数信号に変換される。

ここで、電圧−／４’ルス周波数変換回路４から出力さ
れる・！ルス周波数信号は、周知の積分回路から構成さ
れる軽負荷自動調整回路５により積分される。この積分
によって電圧−／４′ルス周波数変換回路４から出力さ
れる／！ルス周波数信号のうちオフセット電圧成分ｅ１
１のみが取出される。このオフセット電圧成分ｅｓは、
電圧−パルス周波数変換回路４の入力側に負帰還され、
オフセット電圧成分ｅｓを除去している。そうして、オ
フセット電圧成分ｅ３が除去されたパルス周波数信号は
分周回路６に送られ、この分周回路６により所定の分周
比でもって分周されて重みづけがなされ、表示回路７に
送られる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、オフセット電圧８ｇが除去されずに電力ｅｖ
・ｅｉに加わると、第６図に示すように電力ｅｖ−ｅｉ
全体がオフセット電圧０８分だけ上昇した値を示すこと
になる。なお、このオフセット電圧ｅ８は、実際には数
Ｉ　Ｑ　ｍ　Ｖｍａｘである。したがって、消費電流が
大きい重負荷時にはｅｖ　−ｅｉ　：＞　ｅｓとなって
影響はないが、消費電流が小さい軽負荷時には６ｖ−ｅ
ｉに対してｅｍの割合が大きくなり、求められた電力ｅ
ｖ−ｅｉは誤差を多く含んだものとなってしまう。

そこで、第４図に示すように軽負荷自動調整回路５によ
りオフセット電圧ｅ鶴を負帰還させて除去しているが、
このオフセット電圧ｅ３の除去は電圧−パルス周波数変
換回路４において発生したオフセット電圧のみである。

ところが、第４図に示すようにパルス幅変調回路３にも
演算増幅器が用いられており、これら演算増幅器にもオ
フセット電圧が発生する。しかしながら、これら演算増
幅器のオフセット電圧を除去する回路は設けられておら
ず、このため求められた電力、特に軽負荷時に求められ
た電力には、オフセット電圧分の誤差が大きな割合で含
まれてしまう。

そこで、本発明は、上記事情に基づいてなされたもので
、その目的とするところは、電圧−パルス周波数変換回
路のみでなく、ノ！ルス幅変調回路のオフセット電圧が
除去できて回路全体のオフセット電圧を除去できる電子
式電力量計を提供することにある。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、変圧器からの第１の電圧信号と変流器からの
第２の電圧信号とを乗算するパルス幅変調回路に、前記
変圧器および前記変流器の後段側で発生するオフセット
電圧を取出す軽負荷自動調整回路からのオフセット電圧
信号を入力するオフセット入力回路を設け、もってノ９
ルス幅変調回路はオフセット電圧成分を除去して電力に
比例した第３の電圧信号を出力し、さらに第３の電圧信
号を電圧−パルス周波数変換回路によりパルス周波数信
号に変換し、電力出力回路により電力を求める工うにし
た電子式電力量計である。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の電子式電力量計の構成図である。

第１図において１０は配電線の負荷電圧Ｖに比例した第
１の電圧信号ｅｖを出力する補助変圧器（Ｐ、Ｔ）であ
り、１ノは配電線に流れる消費電流ｉに比例した第２の
電圧信号ｅｉを出力する補助変流器Ｃ，Ｔである。これ
ら補助変圧器１０および補助変流器１１から出力される
第１および第２の電圧信号ｅｖ　、　ｅｉは、／４’ル
ス幅変調回路２０に送られるように構成されてφる。

さて、このノｆルス幅変調回路２０は、自身のオフセッ
ト電圧と電圧−パルス周波数変換回路１２のオフセット
電圧とを加えたオフセット電圧信号ｅｔを入力するオフ
セット入力回路が設けられ、このオフセット入力回路か
ら入力したオフセット電圧信号ｅｆを、第１の電圧信号
ｅｖを・！ルス幅デュティサイクル信号に変調し、この
後／４′ルス幅デユーティサイクル信号により第２の電
圧信号を選択的に入力し、これにより配電線に接続され
た負荷電力に比例した第３の電圧信号を出力する機能を
もったものである。具体的には第２図に示すような構成
となっている。すなわち、２ノはオフセット入力回路で
あって、このオフセット入力回路２１は、オフセット電
圧信号ｅｆを時分割に反転、非反転して出力するもので
、オフセラ）！圧信号ｅｆの入力抵抗ＲＩＯを演算増幅
器（以下、ＯＰアングと称す）Ａ１０の反転入力端子に
接続し、このＯＰアンプ１１０の出力端と反転入力端子
との間に抵抗Ｒ１１を接続しである。そして、ＯＰアン
プ１１０の出力端に抵抗Ｒ１２を介して増幅率１の反転
用ＯＰアンプＡｌｌの反転入力端子が接続され。

このＯＰアンプＡ１１の出力端と反転入力端子との間に
抵抗Ｒ１３が接続されている。そうして各ＯＰアンノ１
１０．Ａｌｌの出力端にトランジスタ等のアナログスイ
ッチ８１０，８１１が接続されている。

２２は積分回路であり、これは第１の電圧信号ｅｖにオ
フセット入力回路２１から出力される信号を加えた信号
を積分するもので、ＯＰアンプＡｌ２Ｏ反転入力端子に
増幅器Ａ１３、抵抗Ｒ１４を介してオフセット入力回路
２１の出力端が接続されている。ＯＰアンプｋ１２の反
転入力端子には入力抵抗Ｒ１５が接続されるとともに、
自身の出力端との間にコンデンサＣ１が接続されている
。

２３はコンパレータ回路であって、これはオフセット入
力回路２ノから出力される信号を基準信号として積分回
路２２の出力信号に応じた信号を出力するもので、ＯＰ
アングＡ１４の非反転入力端子Ｋ　ＯＰアンプＡ１２の
出力端が接続され５反転入力端子に抵抗分圧回路Ｒ１６
，Ｒ１７を介してオフセット入力回路２１の出力端が接
続されている。

そうして、ＯＰアンプＡ１４の出力信号によりアナログ
スイッチＳ１２．Ｓ１３が開閉動作し、またＯＰアン７
’ＡＪ４の出力信号がインバータ２４により反転されて
アナログスイッチＳ１４．Ｓ１５が開閉動作するように
なっている。これらアナログスイッチ８１２〜８１５の
うち、８１２と８１５との接続点に抵抗ＲＩＢ、コンデ
ンサＣ２から構成される積分回路２５が接続され、また
Ｓ１３と８１４との接続点に抵抗Ｒ１９、コンデンサＣ
３から構成される積分回路２６が接続され、各積分回路
２５．２６から出力される第３の電圧信号ｅｑ　、　ｅ
Ｂが電圧−パルス周波数変換回路１２に送られる構成と
なっている。

さて３０は軽負荷自動調整回路であって、これは電圧−
／４’ルス周波数変換回路１２から出力されるパルス周
波数信号を積分してオフセット電圧成分のみを求め、こ
のオフセット電圧信号ｅｔを前記パルス幅変調回路２０
のオフセット入力回路２１に負帰還するもので、具体的
には周知の積分回路から構成されている。

また、電圧−／ヤルス周波数変換回路１２の出力端には
、電力出力回路１３を構成する分周回路１４および表示
回路１５が接続されている。

次に上記の如く構成された電力蓋計の動作について説明
する。Ｐ、Ｔ１０から配電線の負荷電圧に比例した第１
の電圧信号ｅｖが出力され、またＣ、Ｔ１１から配電線
に流れる消費電流に比例した第２の電圧信号ｅｉが出力
されると、これら第１および第２の電圧信号ｅｖ　、　
ｅｉはパルス幅変調回路２０に送られる。このパルス幅
変調回路２０では、軽負荷自動調整回路３０からのオフ
セラ）１圧信号ｅｆを入力し、このオフセット電圧信号
ｅｆを、第１の電圧信号（３ｖをパルス幅デユーティサ
イクル信号に変換する積分回路２２およびコンパレータ
回路２３に供給し、これら回路２２．２３により得られ
た／ぞルス幅デユーティサイクル信号により第２の電圧
信号ｅｉ　、−ｅｉを入力して電力に比例した第３の電
圧信号ｅＱ　、　ｅ、を出力する。

ここで、パルス幅変調回路２０の動作を具体的に説明す
る。オフセット電圧信号ｅｆは、オフセット入力回路２
１のＯＰアンプｋｌＯにより増幅され〔第２図、ｅｘ　
］、またこのＯＰアンプｋｌＯで増幅された後、ＯＰア
ンプＡ７Ｊにより反転される〔第２図、−ｅｘ〕。これ
ら非反転、反転されたオフセット電圧信号ｅｘ、−ｅｘ
は、それぞれアナログスイッチＳ１０．Ｓ１１の開閉動
作により積分回路２２およびコンパレータ回路２３に供
給される。

ところで、積分回路２２の出力信号は、第５図に示す出
力信号８にと同様に変化し、コンパレータ回路２３の出
力信号ｅｒ１は第５図に示す出力信号ｅｒと同様に変化
する。よって、アナログスイッチ８１０はコンパレータ
回路２３の出力信号のローレベル期間に開き、一方のア
ナログスイッチＳ１１はハイレベル期間に開く。そこで
、これらハイレベルおよびローレベル期間にそれぞれ入
力したオフセット電圧信号−ｅｘ　、　ｅｘは、ＯＰア
ンプＡ１３を介してＯＰアングｋ１２の反転入力端子に
送られるとともに、抵抗分圧回路ＲＩ６．Ｒ１７により
（−ｅｘ／２　）　、　（ｅｘ／２　）にそれぞれ分圧
されてＯＰアンｆＡ１４の反転入力端子に送られる。こ
れＫより、コンパレータ回路２３からは、パルス幅変調
回路２０および電圧−パルス周波数変換回路１２におい
て発生するオフセット電圧成分だけ下降した信号が出力
される。

そこで、コンパレータ回路２３の出力信号のハイレベル
期間をｔＡ、ローレベル期間ｔｎとし、さらに各抵抗Ｒ
１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７を同一抵抗値としてＲ８
で示すと、積分回路２２の出力信号ｅＫは、 ＝（ｔＡ／Ｒｏ＠　Ｃ４）　　（ｅｖ　＋ｅｘ　）＝−
ｅｘ ・・・（９） ｅｘ　（ｔｍ　） （ｔＢ／Ｒｏ−Ｃ４）　　（ｅｖ−ｅｘ）＝ｅｘ ・・・（１０） と表わされる。また各期間ｔＡ＋　ｔＢは、ｔＡ＝ｅｘ
−Ｒｏ−Ｃ４／（ｅｘ＋ｅｖ）・・・ａυ ｔＢ＝ｅｘ−Ｒｏ−Ｃ４／（ｅｘ−ｅｖ）・・・ａ４ となる。そして、これら第住υ式および第←り式からコ
ンパレータ回路２３の出力信号のパルス幅デー−ティサ
イクルＤ、Ｄを求めると、これらり、Ｄは。

Ｄ＝ｔＡ（ｔＡ＋ｔ、） ＝　（ｅｘ−ｅｖ　）　／２８Ｘ　　　　　　　　　　
・・・α国り＝ｔＢ（ｔＡ＋ｔＢ） ＝　（ｅｘ＋ｅｖ　）／２ｅｘ　　　　　　　　　　・
・・α荀となる。そこで、このパルス幅デユーティサイ
クルＤ、Ｄをもって、アナログスイッチ８１２　。

Ｓ１３，８１４，８１５が開閉動作する。これにより、
第２の電圧信号ｅｉ　、−ｅｉが選択的に入力し。

この結果、各積分回路２５．２６からは電力に比例した
第３の電圧信号ｅｑ　、　ｅＢが出力される。以上のよ
うにして電圧−ノ４ルス周波数変換回路１２から出力さ
れる・母ルス周波数信号に含まれるオフセット電圧成分
ｅｍのみが軽負荷自動調整回路３０により取出されてパ
ルス幅変調回路２０に送られ、これによってオフセット
電圧成分が除去される。

よって第３の電圧信号ｅＱ、６Ｂが電圧−パルス周波数
変換回路１２により゛変換されて出力されるパルス周波
数信号にはオフセット電圧が含まれないものとなる。つ
まり、分周回路１４に送られる信号にはパルス幅変調回
路２０および電圧−パルス周波数変換回路１２において
発生するオフセット電圧が除去されており、そうして、
分周回路１４により分周された信号は表示回路１５に送
られて電力量が表示される。

この一実施例においては、・母ルス幅変調回路２０にオ
フセット入力回路２１を設け１．このオフセット入力回
路２１から入力したパルス幅変調回路２０および電圧−
パルス周波数変換回路１２のオフセット電圧信号ｅｘを
積分回路２２およびコンパレータ回路２３に与えてオフ
セット電圧を除去するようにしたので、ノ９ルス幅変調
回路２０および電圧−・臂ルス周波数変換回路１２にお
ける各ＯＰアンプに発生するオフセット電圧つまり電力
量計全体のオフセット電圧が除去できる。特に従来軽負
荷時にあっては、オフセット電圧の影響が大きくなり正
確な電力量の測定が不可能であったが、この一実施例の
電力量計では軽負荷時のオフセット電圧が除去でき、軽
負荷時にも正確な電力量が測定できる。

したがって、この一実施例の電力量計は、特別精密クラ
スを必要とする電力設備、例えば発電所に適用すること
ができる。

また、ＯＰアンプＡＩＯの増幅率を設定変更することに
よりＰ、ＴＩＯ，Ｃ，Ｔｌｌに発生する誤差電圧分が除
去できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力に比例した第３の電圧信号を得る
パルス幅変調回路にオフセット入力回路を設け、この回
路にパルス幅変調回路および電圧−パルス周波数変換回
路のオフセット電圧信号を入力し、もって、オフセット
電圧分を除去させて第３の電圧信号を出力して電力を求
めるようにしたので、電圧−パルス周波数変換回路のみ
でなくパルス幅変調回路のオフセット電圧も除去できて
回路全体のオフセット電圧が除去できる電子式電力量計
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子式電力量計の一実施例を示す
構成図、第２図は第１図に示す電力量計におけるパルス
幅変調回路の具体的な構成図、第３図は従来の電子式電
力量計の構成図、第４図は第３図に示す電力量計におけ
るパルス幅変調回路の具体的な構成図、第５図は第４図
に示すパルス幅変調回路の動作タイミング図、第６図は
電子式電力量計におけるオフセット電圧による誤差を説
明するための図である。 １０・・・補助変圧器、１１・・・補助変流器、１２・
・・電圧−パルス周波数変換回路、１３・・・電力出力
回路、１４・・・分周回路、１５・・・表示回路、２０
・・・パルス幅変調回路、２１・・・オフセット入力回
路、２２・・・積分回路、２３・・・コンパレータ回路
、２５゜２６・・・積分回路、８１０〜８１５・・・ア
ナログスイッチ、３０・・・軽負荷自動調整回路。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第５図 ｒ 第１図 １゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 配電線の負荷電圧に比例した第１の電圧信号に変換する
   変圧器および前記配電線に流れる消費電流に比例した第
   ２の電圧信号に変換する変流器と、これら変圧器および
   変流器の後段側で発生するオフセット電圧信号を入力す
   るオフセット入力回路を有し、このオフセット入力回路
   から入力するオフセット電圧信号により前記変圧器から
   出力される第１の電圧信号をパルス幅デューテーサイク
   ルに変調し、この後このパルス幅デューティーサイクル
   信号により前記変流器から出力される第２の電圧信号を
   選択的に入力して電力に比例した第３の電圧信号を出力
   するパルス幅変調回路と、このパルス幅変調回路から出
   力される第３の電圧信号をパルス周波数信号に変換する
   電圧−パルス周波数変換回路と、この電圧−パルス周波
   数変換回路から出力されるパルス周波数信号を積分して
   前記オフセット電圧信号を取出し、このオフセット電圧
   信号を前記パルス幅変調回路の入力側に加える軽負荷自
   動調整回路と、前記電圧−パルス周波数変換回路から出
   力される第３の電圧信号を分周して電力を求める電力出
   力回路とを具備したことを特徴とする電子式電力量計。