JPH0658384B2 - 電子式無効電力量計 - Google Patents

電子式無効電力量計

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JPH0658384B2
JPH0658384B2 JP63227469A JP22746988A JPH0658384B2 JP H0658384 B2 JPH0658384 B2 JP H0658384B2 JP 63227469 A JP63227469 A JP 63227469A JP 22746988 A JP22746988 A JP 22746988A JP H0658384 B2 JPH0658384 B2 JP H0658384B2
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俊一 小林
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Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、無効電力測定する電子式無効電力量計に関
する。
(従来の技術) 負荷電圧の瞬時値および実効値をそれぞれevおよびVで
表し、消費電流の瞬時値および実効値をそれぞれeiおよ
びIで表し、負荷電圧と消費電流の位相差をφとする
と、 電圧の瞬時値evおよび電流の瞬時値eiは次式で表され
る。
従って、この相の無効電力Qは次のようになる。
Q=VIsinψ 従来、この無効電力を得るのに、上式(1)で表される電
圧の移相器によってπ/2だけ位相をずらして を得、これを上式(2)で表される電流に掛けて、次式を
得ている。
ev′×ei=VIsinψ−VIcos(2ωt−π/2−ψ) そして、この式を積分することにより無効電力Q=VI
sinψを得ている。
ここで、位相をπ/2だけずらす移相器としては、主に
フィルタ、具体的には積分器等が使用されている。しか
しながら、このようにフィルタ等で位相をずらした場
合、振幅が周波数成分によって変動するということがあ
る。例えば、電圧evを積分回路に通すと、次式のように
なる。
この式からわかるように、積分回路を通った電圧evの最
大振幅は1/ωの制約を受け、高精度化を行なう場合、
周波数特性が問題になっている。
第3図は従来の電子無効電力量計の構成を示すブロック
図である。同図において、1は負荷電圧に比例した信号
に変換する補助変圧器(PT)であり、2は消費電流に
比例した信号に変換する補助変流器(CT)である。補
助変圧器1の2次側の出力信号を とし、補助変流器2の2次側の出力信号を とする。そして、補助変圧器1の出力信号evを移相器
(PH)3に通してπ/2だけ位相をずらすと、次のよ
うになる。
なお、この式において、kは移相器3の定数である。
この移相器3からの出力信号ev′と補助変流器2からの
出力信号eiとを乗算器(M)4に入力して乗算すると、
乗算器4から次式で示す出力信号が得られる。
ev′ei=(2kVI/ω)sin(ωt−π/2)sin(ωt−ψ) この乗算器4の出力信号はωによって変動を生ずる。
一方、補助変圧器1の出力信号evは、交流信号を波形整
形してパルス信号に変換する交流/パルス変換器5に供
給されて、交流/パルス変換器5から信号evの角周波数
ωに対応する信号が得られる。この角周波数信号は周波
数/電圧変換器(f/V)6に供給されて、周波数/電
圧変換器6からω=k′Vの出力が得られる。
この周波数/電圧変換器6の出力と前記乗算器4の出力
とは、乗算器(M)7に供給されて乗算され、次式で示
す出力が得られる。
ev′eiω=2kk′VIsin(ωt−π/2)sin(ωt−ψ) この結果、この式からわかるように、角周波数ω、すな
わち周波数に影響されない電力が求まるのである。
上式は次のように変形される。
ev′eiω=kk′VI{sinψ−cos(2ωt−π/2−ψ)} 従って、これを積分器(I)8に通すことにより、次式
で示す無効電力が得られるのである。
Q=kk′VIsinψ このようにして角周波数ωの影響を受けず、周波数特性
の優れた無効電力を得ることができるのである。
第4図は第1図の電子式無効電力量計に使用される乗算
器の回路図である。
この乗算器に供給される電圧信号evは抵抗Rを介して
積分器を構成するオペアンプAの反転入力に供給され
ている。オペアンプAの出力と入力との間には積分コ
ンデンサCが接続され、またオペアンプAの非反転
入力はアースに接続されている。オペアンプAからの
積分出力はコンパレータAの非反転入力に供給され、
他方の反転入力に供給されている比較電圧ehと比較され
ている。コンパレータAの出力は抵抗Rを介してオ
ペアンプAの反転入力に接続されるとともに、増幅率
が1のインバータIVを介してスイッチSおよびS
の制御入力に接続されている。また、インバータIVの
出力は直列に接続された2個の抵抗R,Rを介して
アースに接続されている。この直列に接続された2個の
抵抗Rの接続点はコンパレータAの反転入力に接続
されている。コンパレータAの出力はスイッチS
よびSの制御入力に接続されている。4個のスイッチ
〜Sはブリッジに接続され、スイッチSとS
との接続点に電流信号eiが供給され、スイッチSとS
との接続点に電流信号−eiが供給されている。また、
スイッチSとSとの接続点からは抵抗Rを介して
信号eopが出力され、スイッチSとSとの接続点か
らは別の抵抗Rを介して信号eonが出力されている。
これらの信号を出力する出力端間には直列に接続された
一対のコンデンサCが接続されている。この出力端に
接続されている抵抗RおよびコンデンサCからなる
回路はローパスフィルタを構成しているものである。
このように構成された乗算器において、まず入力電圧信
号ev=0の場合について考える。また、この時、コンパ
レータAの出力を論理「1」とし、これを反転したイ
ンバータIVの出力を−erとすると、この出力erは直列
に接続された抵抗Rによって分圧され、コンパレータ
の反転入力に供給される比較電圧はehは−er/2と
なっている。コンパレータAの出力erは抵抗Rを介
してオペアンプAの反転入力に供給されているので、
オペアンプAの積分出力は負方向への積分傾斜を示
す、そして、この積分値が比較電圧eh=−er/2に達す
ると、コンパレータAは反転して、論理「0」とな
る。
この結果、インバータIVの出力は+erとなるため、コ
ンパレータAの反転入力に供給される比較電圧ehはer
/2となる。そして、オペアンプAの反転入力には−
erが供給されるので、オペアンプAの積分出力は正方
向への積分傾斜を示す。オペアンプAの積分値が比較
電圧eh=er/2に達すると、コンパレータAは反転し
て論理「1」となる。
以上のように、入力電圧信号er=0の場合には、自励発
振を行ない、1対1のデューティを有するパルスが形成
される。
次に、入力電圧信号evが供給された場合について考え
る。コンパレータAの出力が論理「1」の時間区分を
taとし、論理「0」の時間区間をtbとすると、各区間に
おけるオペアンプからなる積分器の出力は次のようにな
る。
以上から、erによるta,tbの変化の比、デューティ・サ
イクルを調べると、次のようになる。
D=ta/(ta+tb)=(er−ev)/2er…(7) =tb/(ta+tb)=(er+ev)/2er…(8) この出力によってスイッチS〜Sが駆動され、この
スイッチを介して電流信号eiを出力し、これを抵抗R
およびコンデンサCからなるローパスフィルタを介し
て積分することにより次式に示すように電圧信号evと電
流信号eiとの積に比例した出力を得ることができるので
ある。
eop=ei()+(−ei)D=ev ei/er…(9) eon=ei(D)+(−ei)=ev ei/er…(10) このように構成される乗算器の駆動電源電圧をVdd,V
ssとすると、Vddはほぼ+er(Vdd≒+er)であり、V
ssはほぼ−er(Vss≒−er)であるので、入力信号ev
は、|Vdd|,|Vss|>|ev|および|Vdd|,|V
ss|>|−ev|でなければならないので、すなわち入力
信号は電源電圧よりも小さくなければならないので、上
式(9),(10)から出力eopおよびeonはev eiよりも小さく
なる。
すなわち、乗算器において信号レベルが低下することに
なる。これを第3図の無効電力量計で考えてみると、乗
算器4,7の直列に接続されているので、その分乗算器
7の出力信号レベルが低下することになり、この結果積
分器8の特性を悪化させ、調整が困難となる。
(発明が解決しようとする課題) 従来の電子式無効電力量計においては、乗算器において
信号レベルが低下するため、特性が悪化するという問題
がある。
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、特性を向上して高精度に無効電力を測定
することができる電子式無効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) 上記問題点を解決するため、負荷電圧および負荷に流れ
る消費電流による無効電力を算出する電子式無効電力量
計において、この発明は、前記負荷電圧に比例した電圧
信号の位相をシフトする移相手段と、該移相手段から出
力された電圧信号を該信号のレベルに応じたデューティ
サイクルを有するようにパルス幅変調したパルス幅変調
信号によって前記消費電流に比例した電流信号を取り出
すことにより無効電力を求める乗算手段と、前記電圧信
号の周波数に比例した電圧を出力する周波数−電圧変換
手段と、該変換手段からの出力電圧によって前記乗算手
段の駆動電源電圧を可変制御する電源電圧制御手段とを
有することを要旨とする。
(作用) この発明の電子式無効電力量計においては、位相シフト
した電圧信号をパルス幅変調したパルス幅変調信号によ
って電流信号を取り出して無効電力を求める乗算手段の
電源電圧を前記電圧信号の周波数に比例した電圧によっ
て可変制御している。
(実施例) 以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明する。
第1図はこの発明の一実施例に係る電子式無効電力量計
の構成を示すブロック図である。本実施例の電子式無効
電力量計において符号1〜6,8は前述した第3図にお
いて同じ符号で示す構成要素と同じものであり、補助変
圧器1、補助変流器2、移相器3、乗算器4、交流/パ
ルス変換器5、積分器8である。
補助変圧器1からの出力信号 は移相器3によってπ/2だけ位相をずらされて、次式
のようになり、乗算器4に供給される。
また、補助変流器2からの出力信号 は直接乗算器4に供給され、上式に示す移相器3の出力
信号ev′と掛けられ、両者の積が得られる。
一方、補助変圧器1の出力信号evは、交流/パルス変換
器5に供給されて、交流/パルス変換器5から信号evの
角周波数ωに対応する信号が得られる。この角周波数信
号は周波数/電圧変換器6に供給されて、周波数に比例
した電圧が周波数/電圧変換器6から得られる。
周波数/電圧変換器6からの出力電圧は、電源電圧変換
回路9に供給される。この電源電圧変換回路9は入力と
して前記乗算器4に供給するための電源電圧Vddおよび
Vssが供給されている。これらの電源電圧VddおよびV
ssは、周波数/電圧変換器6の出力電圧によって可変制
御されている。詳しくは、周波数/電圧変換器6の出力
電圧は周波数に比例しているので、電源電圧Vddおよび
Vssは周波数に比例して可変制御されることになる。こ
のように可変制御された後、電源電圧変換回路9から乗
算器4に電源電圧として供給されるようになっている。
そして、このように電源電圧を制御された乗算器4の出
力信号が積分器8によって積分され、無効電力が得られ
るのである。
更に詳しく説明すると、移相器3の位相をn/2だけず
らされた補助変圧器1の電圧信号evと補助交流器2から
の電流信号eiとを乗算して、乗算器4から出力される電
力は前述した式(7)からeop=ev ei/erであるが、この
式中の電圧信号evは移相器3でπ/2、すなわち90°
位相シフトされた結果、ev′=ko ev/ωとなって、周
波数の影響を受けている。従って、この周波数の影響を
補償することが必要であるが、そのため、式(7)で定義
される電力eopの分母を構成している電圧erを同様に周
波数に比例して可変すればよいことになる。そして、こ
の電圧erは前述したように電源電圧Vddにほぼ等しいも
のである(Vdd≒er)ので、このerの代りにVddおよび
Vssを電源電圧変換回路9において周波数に比例して可
変制御しようとするものである。このように周波数によ
って可変制御された電源電圧、すなわち電圧er′はer′
=ker/ωとなる。従って、電力eopはeop=ev ei/e
rにおいてevとしてev′=ko ev/ωおよびerとしてer′
=ker/ωを代入することにより次のようになる。
eop=(ko ev/ω)ei/(ker/ω) =Koev ei/(ker) この式からわかるように、電力eopを周波数の影響を受
けないのである。
このような可変制御を電源電圧変換回路9において行な
うために、交流/パルス変換器5において補助変圧器1
の電圧信号evの周波数をパルスに変換して周波数を検出
し、これを周波数/電圧変換器6において電圧、すなわ
ち周波数に比例した電圧に変換し、この周波数に比例し
た電圧に基づいて電源電圧変換回路9において電源電圧
VddおよびVssを制御し、この可変制御された電源電圧
Vdd′およびVss′によって乗算器4を作動することに
より上述したように周波数の影響による変動を除去する
ことができるのである。なお、このような構成にするこ
とにより第3図に示す従来の電子式無効電力量計に比較
して乗算器7も不要となっている。
第2図はこの発明の別の実施例を示すブロック図であ
る。同図に示す実施例は、第1図の実施例において乗算
器4の電源電圧を制御する代りに、積分器8の電源電圧
を制御している点が異なるのみで、このため電源電圧変
換回路9の出力電圧を積分器8に供給している。なお、
この実施例におけるその他の構成および作用は第1図の
ものと同じである。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、位相シフトし
た電圧信号をパルス幅変調したパルス幅変調信号によっ
て電流信号を取り出して無効電力を求める乗算手段の電
源電圧を前記電圧信号の周波数に比例した電圧によって
可変制御しているので、電圧信号を位相シフトしたこと
による周波数の影響が乗算手段の電源電圧を周波数に対
応して可変制御することによって除去されるため、従来
のように乗算器の信号レベルの低下による特性の悪化が
なく、また移相器による周波数変動もなく、高精度に無
効電力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る電子式無効電力量計
の構成を示すブロック図、第2図はこの発明の他の実施
例のブロック図、第3図は従来の電子式無効電力量計の
構成を示すブロック図、第4図は乗算器の回路図であ
る。 1…補助変圧器、2…補助変流器、3…移相器、4…乗
算器、5…交流/パルス変換器、6…周波数/電圧変換
器、8…積分器、9…電源電圧変換回路、A…オペア
ンプ、A…コンパレータ、C…積分用コンデンサ、
〜S…スイッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷電圧および負荷に流れる消費電流によ
    る無効電力を算出する電子式無効電力量計において、前
    記負荷電圧に比例した電圧信号の位相をシフトする移相
    手段と、該移相手段から出力される電圧信号を該信号の
    レベルに応じたデューティサイクルを有するようにパル
    ス幅変調したパルス幅変調信号によって前記消費電流に
    比例した信号を取り出すことにより無効電力を求める乗
    算手段と、前記電圧信号の周波数に比例した電圧を出力
    する周波数−電圧変換手段と、該変換手段からの出力電
    圧によって前記乗算手段の駆動電源電圧を可変制御する
    電源電圧制御手段とを有することを特徴とする電子式無
    効電力量計。
JP63227469A 1988-09-13 1988-09-13 電子式無効電力量計 Expired - Lifetime JPH0658384B2 (ja)

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