JPH0472191B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は電子式無効電力量計の改良に関する。

［発明の背景技術及びその問題点］ 一般に、無効電力Ｑは、負荷電圧Ｖ、消費電流
Ｉ、力率角θとすると、 Ｑ＝VIsinθ ……(1) で表わせる。ここで、sinθ＝cos（θ−π/2）であ
るので、同式を(1)式に代入すると、 Ｑ＝VIcos（θ−π／２） ……(2) となる。従つて、この式より負荷電圧Ｖ又は消費
電流Ｉの何れか一方の信号（例えば負荷電圧Ｖ）
と位相をπ/2だけずらした他方の信号（例えば消
費電流Ｉ）とを乗算すれば、無効電力を得ること
ができる。また、この無効電力は、負荷電圧Ｖを
消費電流Ｉに対してπ/2だけ遅らせれば遅相用と
なり、逆に負荷電圧Ｖを消費電流Ｉに対してπ/2
だけ進ませれば進相用となる。このため、無効電
力量計としては進相用と遅相用の合つたものを使
用する必要がある。

第１図は上記理論に基づいて構成した従来の電
子式無効電力量計である。即ち、この電力量計
は、負荷電圧Ｖに比例した信号を計器用変圧器１
で、負荷電流Ｉに比例した信号を計器用変流器２
でそれぞれ取り出した後、これらの信号をそれぞ
れ移相回路３，４に入力して結果として位相を
π／２ずらした信号を得ている。そして、これらの
移相回路３，４で得た両信号を乗算部５で乗算
し、更に積分回路６で積分することにより、無効
電力量を得るようにしている。

しかし、以上のような無効電力量計は、進相用
又は遅相用の何れか一方の用にのみ供する構成で
あるので、例えば変電所や力率監視等のように進
相用と遅相用の両方を必要とする場合にはそれぞ
れ別々に無効電力量計を備える必要がある。しか
るに、一般に電力監視盤等には多数の計器が設置
されており、これに更に２つの無効電力量計を設
置した場合に設置規模が大きくなつて計装システ
ムの設計上多くの制約を伴なつてくる問題があ
る。また、進相用と遅相用とではそれぞれ別々の
計器用変流器を使用するため、比誤差や位相角誤
差が異なり無効電力量を高精度に測定できない欠
点がある。

［発明の目的］ 本発明は上記実情にかんがみてなされたもの
で、進相用と遅相用の両方の機能を１つの電力量
計で兼用させることにより、部品点数の削減およ
び設置規模の縮小化を図り、また進相と遅相との
誤差を同じにして高精度に無効電力量を測定する
電子式無効電力量計を提供することを目的とす
る。

［発明の概要］ 本発明は、給電線の負荷電圧に比例した信号を
移相回路でπ/2だけ位相をずらした後、パルス幅
変調回路でパルス幅デユーテイ・サイクル信号に
変換するとともに、前記給電線の負荷電圧および
消費電流に比例する両信号から位相の進み、遅れ
を判別し、この判別結果に基づいて前記パルス幅
デユーテイ・サイクル信号をそのまま又は反転し
て時分割乗算回路に入れて前記消費電流に比例す
る正・負の信号の取り込み順序を変えて時分割乗
算し、この乗算信号を前記判別結果の信号で進相
用と遅相用とに区別して表示する構成としたもの
である。

［発明の実施例］ 本発明は従来の無効電力量計と全く異なつた電
子式電力量計を利用して実現したものであり、以
下、その電子式電力量計について第２図ないし第
４図で述べた後、本発明に係る電子式無効電力量
計の一実施例について説明する。

第２図に示す電子式電力量計は、計器用変圧器
１で取り出した電力給電線の負荷電圧に比例した
信号によつてパルス幅変調しパルス幅デユーテ
イ・サイクル信号を得るパルス幅変調回路１１
と、計器用変流器２で取り出した電力給電線の消
費電流に比例した信号を電圧変換する電流−電圧
変換素子１２と、複数個のアナログスイツチで構
成され前記パルス幅デユーテイ・サイクル信号に
よつて同アナログスイツチを交互に選択閉成して
消費電流に比例した電圧信号を取り込んで時分割
乗算を実行する時分割乗算回路１３と、この時分
割乗算回路１３によつて乗算して得た信号を積分
回路１４で積分して電圧信号を得た後、この電圧
信号をパルス周波数に変換するＶ−Ｐ変換回路１
５と、このＶ−Ｐ変換回路１５のパルス周波数を
分周回路１６で分周後、電力量として表示する表
示部１７とを備えたものである。

なお、前記パルス幅変調回路１１は、第３図の
ように負荷電圧evを抵抗Ｒ１を介して受ける積
分コンデンサＣ１を持つた積分回路Ａ１と、この
積分回路Ａ１の積分出力esを非反転入力端で受け
てヒステリシスの生じた信号を得、この信号と反
転入力端に入力される比較用基準電圧ehとの比
較で論理信号を出力するコンパレータＡ２とを持
つたものである。図中Ｘ１はインバータ、Ｒ２は
コンパレータＡ２の論理出力“１”を＋erとし、
“０”を−erとして積分回路Ａ１の入力側に帰還
する抵抗、Ｒ３，Ｒ４は分圧抵抗である。

次に、第３図のパルス幅変調回路１１の原理動
作を説明する。今、コンパレータＡ２の出力が第
４図に示すように論理信号“１”の時＋er、論理
信号“０”の時−erのレベル電圧を生じているも
のとする。従つて、負荷電圧ev＝０のとき、コ
ンパレータＡ２の出力は論理信号“１”に整定さ
れているとすると、同コンパレータＡ２の反転入
力端の電圧ehはＲ３＝Ｒ４において−er／２の電圧 が印加されることになる。更に、抵抗Ｒ２を介し
て＋erなる電圧が積分回路Ａ１の反転入力端に供
給されているので、同回路Ａ１の出力は負方向へ
積分傾斜している。従つて、このような動作によ
つて積分回路Ａ１の積分出力esが−er／２となると、 コンパレータＡ２の両入力はes≦ehとなつてコン
パレータＡの出力が反転して“０”の論理信号と
なる。そうすると、今度はコンパレータＡ２の反
転入力電圧ehは＋er／２となり、積分回路Ａ１の反 転入力端には抵抗Ｒ２を介して−erが導入され
る。この結果、積分回路Ａ１の積分出力esは正方
向への積分傾斜を示す。そして、積分出力esが＋
er／２に達すると、es≧ehとなつてコンパレータＡ ２の出力は正転して“１”の論理信号となり、以
後上述する動作をくり返すことになる。而して、
今、コンパレータＡ２の出力として、“１”の論
理信号の時間区間をta、“０”の論理信号の時間
区間をtbとすると、積分出力es（ta）は、 e_s（t_d）＝−（１／R1・C1∫t_d ｏe_vdt ＋１／R2・C1∫t_b ｏe_rdt）＝−e_r ……(1) となる。ここで、Ｒ１＝Ｒ２とすれば、 ta＝er・R1・C1／er＋ev ……(2) となるので、積分出力es（tb）は e_s（t_b）＝−（１／R1・C1∫t_b ｏe_vdt −１／R2・C1∫t_b ｏe_rdt）＝＋e_r ……(3) で表わすことができる。従つて、 tb＝er・R1・C1／er−ev ……(4) となる。この結果、パルス幅変調回路１１から、 Ｄ＝ta／ta＋tb＝er−ev／2er ……(5) ＝tb／ta＋tb＝er＋ev／2er ……(6) なるパルス幅デユーテイ・サイクル信号Ｄ、を
取り出すことができる。

次に、以上のような電子式電力量計の原理を利
用して実現した本発明に係る電子式無効電力量計
の一実施例について第５図および第６図を参照し
て説明する。

これらの図において、２１は計器用変圧器で、
電力給電線の負荷電圧をこれに比例した信号ev
に変換し、移相回路２２でこの信号evの位相を
π／２だけ移相する。

２３はパルス幅変調回路で、例えば第３図のよ
うに構成され、移相回路２２の信号をパルス幅変
調してパルス幅デユーテイ・サイクル信号を出力
する。２４は反転回路で、例えば排他的論理和回
路で構成され、パルス幅変調回路２３からのパル
ス幅デユーテイ・サイクル信号をそのまま又は反
転させて出力する。

２５は計器用変流器で、電力給電線の消費電流
をこれに比例した信号eiに変換し、電圧−電流変
換素子２６でこの信号を電圧信号に変換する。

２７は時分割乗算回路で、例えば複数のアナロ
グスイツチをもつて構成され、後述する第５図の
ｄ点の電圧信号e′vと消費電流に比例した信号ei
とを乗算する。

２８は進み・遅れ判別回路で、例えば第６図の
ように構成され、負荷電圧に比例した信号ev、
消費電流に比例した信号eiにより進相または遅相
を判別し、この出力信号により反転回路２４の出
力を制御する。２９は切換スイツチで、進み・遅
れ判別回路２８の出力信号により遅れ側無効電力
量表示部３４または進み側無効電力量表示部３５
側へ切換わる。

３１は積分回路で、時分割乗算回路２７の出力
を積分して電圧信号を得、Ｖ−Ｐ変換回路３２で
この電圧信号をパルス周波数に変換する。３３は
分周回路で、Ｖ−Ｐ変換回路３２からのパルス周
波数を分周し、これにより得られる遅れ無効電力
量、進み無効電力量を切換スイツチ２９を介して
遅れ側無効電力量表示部３４または進み側無効電
力量表示部３５にそれぞれ表示する。

次に作用について説明する。

計器用変圧器２１、計器用変流器２５は、電力
給電線の負荷電圧、消費電流に比例した信号ev、
eiにそれぞれ変換する。信号evは移相回路２２と
進み・遅れ判別回路２８へ出力される。移相回路
２２では信号evの位相をπ/2だけ移相し、移相さ
れた信号はパルス幅変調回路２３でパルス幅デユ
ーテイ・サイクル信号Ｄ（第５式）に変換する。
一方、信号eiは時分割乗算回路２７、進み・遅れ
判別回路２８へ出力される。

進み・遅れ判別回路２８は、例えば第６図のよ
うに構成されており、入力するそれぞれの信号
ev、eiはパルス変換回路２８１，２８２でパルス
変換される。そして例えばＤ形フリツプ・フロツ
プ２８３は、Ｄ端子でパルス変換回路２８１から
のパルスをCK端子でパルス変換回路２８２から
のパルスを受け、遅相用（電圧信号が電流信号よ
りも立上るのが早い場合）のときはＱ端子より
“Ｈ”レベルの信号を、進相用（電圧信号が電流
信号よりも立上るのが遅い場合）のときはＱ端子
より“Ｌ”レベルの信号をそれぞれ出力する。こ
のＤ形フリツプ・フロツプ２８３のＱ端子からの
出力信号は切換スイツチ２９の切換えを行い、
端子からの出力信号は反転回路２４の一入力端へ
送出される。

反転回路２４は、進み・遅れ判別回路２８のＤ
形フリツプ・フロツプ２８３のＱ端子からの出力
信号に基づき、消費電流が負荷電圧より遅れてい
るときはパルス幅変調回路２３からのパルス幅デ
ユーテイ・サイクル信号をそのまま出力し、逆に
進んでいるときはパルス幅デユーテイ・サイクル
信号を反転させて出力する。反転回路２４の出力
信号は２分岐され、一方は時分割乗算回路２７の
第１のアナログスイツチ群（図示せず）へ供給さ
れ、他方はインバータ３０を介して第２のアナロ
グスイツチ群（図示せず）へ供給される。

ここで、これまでの動作を第７図および第８図
を参照して説明する。

計器用変圧器２１、計器用変流器２５からそれ
ぞれ第７図のａ，ｂのような信号ev、−eiが出力
されているとすると、第５図のｃ点には第７図の
ｃに示すような信号＋eiが現われ、また第５図の
ｄ点には第７図のａのような信号evを移相回路
２２でπ/2だけ位相を遅らせるので第７図のｄに
示すような信号e′vが現われる。

一方、進み・遅れ判別回路２８に第８図Ａのよ
うな信号ev、eiが入力されると、パルス変換回路
２８１からは第８図ｅのようなパルス信号、パル
ス変換回路２８２からは同図ｆのようなパルス信
号が出力される。この場合、信号evは信号eiより
立上りが早いので、これらのパルス信号をＤ形フ
リツプ・フロツプ２８３のＤ端子、CK端子にそ
れぞれ供給すれば、Ｑ端子から遅れ判別信号
“１”（第８図ｇ）が出力し、端子から“０”な
る信号（第８図ｈ）が出力する。この結果、切換
スイツチ２９は遅れ判別信号“１”を受けて分周
回路３３の出力端を遅れ側無効電力量表示部３４
側に接続する。また、Ｄ形フリツプ・フロツプ２
８３の端子より反転回路２４の他方入力端に
“０”が与えられているため、パルス幅変調回路
２３から出力されたパルス幅デユーテイ・サイク
ル信号はそのまま反転回路２４を通つて時分割乗
算回路２７に供給される。

一方、第８図Ｂのような信号ev、eiが入力され
ると、パルス変換回路２８１、パルス変換回路２
８２からは同図Ｂのような信号が出力される。こ
の場合、信号evは信号eiよりも立上るのが遅いの
で、進み・遅れ判別回路２８のＤ形フリツプ・フ
ロツプ２８３のＱ端子から“０”なる進み信号が
切換スイツチ２９に与えられ、これにより切換ス
イツチ２９は進む側無効電力量表示部３５側に接
続される。このとき、進み・遅れ判別回路２８か
ら反転回路２４の他方入力端に端子から“１”
が与えられるため、パルス幅デユーテイ・サイク
ル信号は反転回路２４で反転されて時分割乗算回
路２７へ与えられる。

なお、進相の場合に反転回路２４でパルス幅デ
ユーテイ・サイクル信号を反転させるのは次の理
由による。すなわち、進相のときの無効電力は、 Ｑ＝VIsin（−θ）＝−VIsinθ である。電力量を測定するには、交流波形の正側
部分でないと測定できないので電圧信号を反転さ
せるのである。

この信号を受けて時分割乗算回路２７はアナロ
グスイツチを切換えてｂ点とｃ点の信号を入れ替
えて取り込んで乗算することになる。

時分割乗算回路２７の動作は次のように説明で
きる。無効電力は、ｄ点の信号ev′とｂ点、ｃ点
の信号−ei、＋eiとの積で求められる。従つて、
パルス幅デユーテイ・サイクル信号をそのまま又
は反転して時分割乗算を実行すれば、 −ev′・ei、ev′・eiという乗算結果（遅相）と、
ev′・ei、−ev′・eiという乗算結果（進相）とを得
ることができる。このことは、ｂ点の信号とｃ点
の信号とを入れ替えて乗算すればよいことを意味
する。なぜならば、ｂ点とｃ点との位相差が180°
であり、遅相と進相との関係にあるためである。
すなわち、ｄ点電圧（ev′）×ｃ点電圧（＋ei）、−
ｄ点電圧（−ev′）×ｂ点電圧（−ei）という計算
を行う。

そして、以上のようにして時分割乗算回路２７
で得た乗算結果の信号は積分回路３１で積分され
て電圧に変換された後、Ｖ−Ｐ変換回路３２でパ
ルス周波数に変換される。更に、このパルス周波
数は分周回路３３で分周された後、遅相、進相に
応じて予め切換スイツチ２９によつて選択されて
いる遅れ側無効電力量表示部３４又は進み側無効
電力量表示部３５に導入されて表示するものであ
る。従つて、表示部３４，３５を除けば、殆んど
実質的に一個の電子式電力量計の機能部品で足り
ることになる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
なく、例えば第９図のように電流−電圧変換素子
２６と時分割乗算回路２７との間に切換部４０を
設け、消費電流に比例する信号−ei、eiを入れ替
え遅相用を進相用としてもよい。また、第５図又
は第９図のような構成のものを２組で構成すれ
ば、３相用としても測定可能である。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、電力給電
線の負荷電圧および消費電流に比例する信号から
位相の遅れか進みかを判別し、この判別信号に基
づいて負荷電圧に比例する信号をπ/2ずらしかつ
パルス幅変調して得たパルス幅デユーテイ信号を
そのまま又は反転させることにより、消費電流に
比例する信号−ei、eiの取り込み順序を変えて時
分割乗算するようにしたので、実質的に１個の機
能部品で進相用と遅相用の無効電力量を測定で
き、システムの規模をコンパクト化することがで
きる。しかも、同じ計器用変流記を用いて進相と
遅相とを共用させているので、計量誤差が同じに
なり、高精度の無効電力量を測定できる電子式無
効電力量計を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無効電力量計のブロツク図、第
２図ないし第４図は従来の一般的な電子式電力量
計の原理を示す図で、第２図は全体構成のブロツ
ク図、第３図はパルス幅変調回路の具体的な構成
図、第４図は第３図の動作を説明する波形図、第
５図ないし第８図は本発明に係る電子式無効電力
量計の一実施例を示す図であつて、第５図は全体
構成のブロツク図、第６図は第５図の一部を具体
的に示す図、第７図および第８図は各部波形図お
よび動作波形図、第９図は本発明の他の構成例を
示す図である。 ２１……計器用変圧器、２２……移相回路、２
３……パルス幅変調回路、２４……反転回路、２
５……計器用変流器、２６……電流−電圧変換素
子、２７……時分割乗算回路、２８……進み・遅
れ判別回路、２９……切換スイツチ、３４……遅
相用無効電力量表示部、３５……進相用無効電力
量表示部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 給電線の負荷電圧に比例した第１の信号ev
   をπ/2だけ移相して、パルス幅デユーテイ・サイ
   クル信号に変換して出力するパルス幅変調手段
   と、前記負荷電圧に比例した第１の信号evと前
   記給電線の消費電流に比例した第２の信号ei、−
   eiのうち何れか一方に基づいて位相の進みまたは
   遅れを判別する判別回路と、この判別回路から出
   力される判別信号に基づいて前記パルス幅デユー
   テイ・サイクル信号をそのまま又は反転して出力
   する反転回路と、この反転回路の出力に応じて前
   記第２の信号eiおよび−eiの取り込み順序を変え
   て取り込んで時分割乗算を行なう時分割乗算手段
   と、前記判別回路から出力される判別信号に応じ
   て切換スイツチを切り換えて前記時分割乗算手段
   で得られる信号から無効電力量を進相用と遅相用
   とに分けて表示する表示手段とを具備したことを
   特徴とする電子式無効電力量計。