JPH0682273A - Fft解析データの補間方法 - Google Patents

Fft解析データの補間方法

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JPH0682273A
JPH0682273A JP4116886A JP11688692A JPH0682273A JP H0682273 A JPH0682273 A JP H0682273A JP 4116886 A JP4116886 A JP 4116886A JP 11688692 A JP11688692 A JP 11688692A JP H0682273 A JPH0682273 A JP H0682273A
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JP
Japan
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data
fft analysis
waveform
points
input waveform
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JP4116886A
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English (en)
Inventor
Motoyoshi Miyazaki
元義 宮崎
Toshiji Seki
智志路 関
Toshiaki Fusegawa
敏明 布施川
Eiji Kogure
英二 小暮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hioki EE Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hioki EE Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力波形の1周期についてFFT解析する
際、取り込んだデータがFFT解析に必要とする所定ポ
イント数に足りないとき、同取り込んだデータを利用し
て必要とするポイント数のデータを得、同取り込んだデ
ータを無駄なく用い、誤差の少ないFFT解析結果を得
る。 【構成】 入力波形をFFT解析するために同入力波形
のデータを取り込んだ際(ステップST1)、同入力波
形のデータy(i)が必要とする所定ポイント数nより
僅かに少ないでmポイントある場合、内分の公式を利用
した式Y(i)=(a・y(i)+b・y(i+1))
/nによってFFT解析データ(i)を計算し(ステッ
プST4)、かつその式Y(i)の係数a,bを計算チ
ェックするとともに(ステップST5,ST6,ST
7,ST10,ST11)、変数iを上記FFT解析デ
ータ(i)を得る毎に+1するようにしている(ステッ
プST9)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば分電盤を介して
使用する電力の供給停止(つまり停電)の原因を分析、
判断し、その使用電力の電圧、電流波形をFFT(高速
フーリエ変換)演算によって高調波解析する電源監視レ
コーダ等に用いられ、そのFFT解析に必要な数のデー
タを取り込むFFT解析データの補間方法に関するもの
である。
【0002】
【従来例】近年、電灯需要や業務用電力需要等を問わ
ず、分電盤を介して電力を使用するようになっており、
図6に示すように,例えば一般家庭で使用される分電盤
1には過負荷遮断器(電流制限器、配線用遮断器)2,
3および漏電遮断器4が設けられている。
【0003】ここに、上記使用する電力が上記電流制限
器2および各配線用遮断器3の許容範囲を越えると、そ
れら電流制限器2、各配線用遮断器3のリレーが作動
し、あるいは漏電が生じると、上記漏電遮断器4のリレ
ーが作動する。
【0004】したがって、定格オーバーや漏電等が生じ
ても、電力の供給が直ちに停止されることから、例えば
火災等の発生を未然に防止することができ、安全性が極
めて高くなっている。
【0005】ところで、上記分電盤1を介して使用する
電力の供給停止、つまり停電の原因を知るにはその電力
の交流電流や交流電圧波形等(図7に示す)を常に測定
(波形解析)する必要があり、この場合例えば電力計や
波形記録計等を用いればよい。
【0006】また、上記波形解析、つまり高調波測定に
おいては、例えば図8に示す入力波形の1周期について
フーリエ変換を行い、その入力波形の周波数成分を求め
るようになっている。このフーリエ変換では通常FFT
アルゴリズムを用いることにより演算の高速化を図るこ
とができるが、この演算を効率よくするためには入力波
形のデータ数、図8に示す入力波形の場合N個が2の累
乗に限られる。
【0007】例えば、入力波形の1周期について取り込
んでいるデータ数(ポイント数)が10000ポイント
である場合、この取り込んでいる総ポイント数を2の累
乗とするために、上記1周期の入力波形を512等分
(あるいは1024等分)して最も近接しているポイン
トをデータとし、つまり10000ポイントを間引いて
512(あるいは1024)個のデータを選び出してい
る。この選び出されたデータに基づいてFFT演算を行
うことにより、例えば図9に示すように、上記入力波形
のFFT解析結果(高調波解析結果)が得られる。
【0008】このように、入力波形の1周期について取
り込んでいるポイントを間引くことにより、2の累乗の
ポイントを作り出し、つまりFFT解析に必要なデータ
数を作り出すことができ、FFT演算を速く、コンパク
トに行うことができ、ひいてはリケージ誤差の少ない高
調波測定が可能となる。
【0009】
【発明が解決しょうとする課題】しかし、上記測定装置
による波形測定のFFT解析(高調波解析)において
は、サンプリングスピードが例えば40μs等に固定さ
れており、商用電源の50Hzの入力波形(1周期;2
0ms)をFFT解析する場合500(20ms/40
μs)ポイントとなり、512ポイントに12ポイント
だけ少なく、上記512ポイントでのFFT演算ができ
ない。
【0010】この場合、上記512ポイントより遥かに
少ない256ポイントでのFFT演算を行うことにな
り、取り込んでいるポイント数の半分近くが無駄である
だけなく、FFT演算結果の誤差に違いがでてしまうと
いう欠点がある。
【0011】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は入力波形の1周期についてFFT解析
データが必要とする数に僅かに足りないとき、その少な
いFFT解析データから必要とする数のデータを得るこ
とができ、入力波形のデータを無駄なく利用し、誤差の
少ないFFT演算結果を得ることができるようにしたF
FT解析データの補間方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のFFT解析データの補間方法は、入力波
形の1周期についてFFT解析するために同入力波形の
データを取り込んだ際、同入力波形のデータ(y
(i))が必要とする所定ポイント数(n)より僅かに
少ないポイント数(m)である場合、内分の公式を利用
した式(Y(i))によって前記入力波形のデータに基
づいて新たな所定ポイント数(m)のデータを算出する
ようにしたことを要旨とする。
【0013】
【作用】上記方法としたので、例えば取り込んだ波形デ
ータ(mポイント)が500であり、この500ポイン
トデータから512ポイントデータ(nポイントデー
タ)を作り出す場合について説明する。図5に示すよう
に、内分の公式によって、y(0)をスタートとする
と、Y(1)=(125・y(1)+3・y(0))/
(125+3)、Y(2)=(122・y(1)+6・
y(0))/(123+6)、つまりY(i)=(m・
y(i+1)+n・y(i))/(m+n)のm:nの
割合を表2にしたがって変えることにより、512ポイ
ントデータを作り出すことができる。
【0014】上記式Y(i)および表2によって、入力
波形の1周期について512ポイントデータが新たに作
り出されることから、例えばFFT解析データをほぼ半
分にせずともよく、つまりデータ全てを無駄なく利用す
ることができ、かつFFT解析結果の誤差を小さく抑え
ることができる。
【0015】
【実施例】この発明のFFT(高速フーリエ変換)解析
データの補間方法は、入力波形の1周期におけるポイン
トデータ数(FFT解析データ数)がFFT解析に必要
なポイントより僅かに少ないとき、入力データを補間し
てその必要なポイント数とする。
【0016】そのため、上記電源監視レコーダは図2に
示す構成をしている。なお、図中、図6と同一部分には
同一符号を付し重複説明を省略する。
【0017】図2において、この発明の電源監視レコー
ダは、少なくとも分電盤内で負荷電流、漏れ電流および
線間電圧を測定するため、同分電盤1内の所定被測定体
に接続可能とする少なくとも1つの電圧プローブ(セン
サ)10および複数の電流クランプ(センサ)11と、
これら電圧プローブ10および電流クランプ11による
各チャンネルの検出信号をそれぞれ入力可能とし、かつ
取り込み可能にディジタル変換する複数の入力ユニット
12と、これらディジタル変換した波形データを取り込
む波形取込部(メモリコントローラ)13と、上記分電
盤1を介している商用電源を監視する電源監視部14
と、上記波形取込部13で取り込んだ波形データを短時
間的にリング式に記録するとともに、上記取り込まれた
波形データに基づいて実効値データを算出し、その波形
データおよび実効値データに基づいて測定波形のFFT
解析し、かつこのFFT解析結果および測定実効値の表
示処理等を行うCPU15と、上記波形データを記録す
るための波形データ記録部16と、上記算出した実効値
データを記録するための実効値データ部17とを備えて
いる。
【0018】また、この電源監視レコーダは、測定結果
(停電の原因、分析結果)等を表示、印字するモニタ
(LCD)18およびプリンタ19と、キーボード20
とからなる入出力装置21を備えている。
【0019】さらに、上記各チャンネルの入力ユニット
12は電流および電圧を入力可能とするアンプ、A/D
変換器およびフォトカプラで構成されている。さらにま
た、上記電源監視部14は分電盤1を介した電力(商用
電源)と基準値(スレッショルド電圧;例えば60V乃
至70V)とを比較し、同商用電源が基準値以下になっ
たときにトリガを発生する構成になっており、かつ当該
電源監視レコーダの測定器内部に設けられている。
【0020】次に、上記構成の電源監視レコーダに適用
されるFFT解析データ補間方法の作用を図1のフロー
チャート図、図3のFFT解析のための波形図、図4お
よび図5の内分の公式を説明する図を参照して詳しく説
明する。
【0021】まず、上記分電盤1内で負荷電流、漏れ電
流および線間電圧を検出するために、上記電圧プローブ
10や電流クランプ11を分電盤1の所定箇所に接続す
る。
【0022】すると、各チャンネルの検出信号が上記各
入力ユニット12に入力され、所定サンプリング周期で
当該電源監視レコーダの処理可能な波形データとされ、
この各チャンネルの波形データが波形取込部13に取込
まれる。
【0023】この場合、上記入出力装置21において任
意の測定項目(測定パターン)が選択され、また各チャ
ンネルのレンジ設定が行われて当該電源監視レコーダが
測定状態にされていると、上記取込まれた波形データが
短時間的にリング式に波形データ記録部16に記録さ
れ、かつその波形データにより算出した実効値データが
長時間的に実効値データ記録部17に記録され、上記分
電盤を介して使用する電力の測定が行われる。
【0024】ここで、例えば図3に示すように、上記分
電盤1を介して使用する商用電源100V、50Hzの
FFT解析にあっては、その入力波形の1周期について
2ms/DIVで測定したとき、ポイント数が500ポ
イントになり、512ポイントのFFT解析プログラム
を利用することができず、256ポイントのFFT解析
プログラムでは入力波形のデータの半分が無駄になるだ
けなく、誤差が大きくなる。
【0025】そこで、mポイント(例えば500ポイン
ト)からnポイント(例えば512ポイント)へデータ
を作りかえるが、例えば図4に示すように、内分の公式
で線分ABを分ける座標がc=((n−m)・a+m・
b)/nであることから、スタートのデータy(0)と
データy(1)との間にあるデータY(1)は((n−
m)・y(0)+m・y(1))/n式で表すことがで
きる。すなわち、1つのデータの間隔はm点で1/m、
n点で1/nとなり、その比率が(1/n):(1/
m)で、よってm:nとなるからである。
【0026】また、上記式のy(0)およびy(1)の
係数部分(n−m)およびmを下記表1に示すように変
化させることにより、mポイントデータからnポイント
データを作成するための式をY(i)=(a・y(i)
+b・y(i+1))/nで表すことができる。
【0027】
【表1】 続いて、上記波形(1周期分の波形データ)が入力され
ていると(ステップST1)、内部記憶装置に記憶され
ているFFT解析のプログラムがロードされる(ステッ
プST2)。
【0028】上記FFT解析のプログラムによる演算に
先だっては、上記CPU15にて初期設定、i=0,a
=n,b=0の初期値が設定され(ステップST3)、
上記式Y(i)=(a・y(i)+b・y(i+1))
/nによる内分計算が行われる(ステップST4)。最
初は上記初期設定によってY(0)=(n・y(0))
/n=y(0)、つまり最初のデータy(0)がそのま
まFFT解析データにされる。
【0029】続いて、上記式の係数a,bの計算チェッ
クが行われ、上記式の係数aを(a−n)とし、係数b
を(b−s)とし(ステップST5)、この計算結果が
a≦nであり、b≧0であり(ステップST6,ST
7)、かつ上記入力波形の1周期についての全FFT解
析データが得られていなければ(ステップST8)、上
記変数iをi+1としてステップST4に戻されて上記
ステップが繰り返される(ステップST9)。なお、上
記定数Sは(n−m)である。
【0030】上記係数の計算チェックを説明すると、上
記係数aが(a+S)とされるため、最初の係数aは、
a+S=n+(n−m)=2n−mとなり、例えばnを
512ポイントとし、mを500ポイントとすると、1
024−500=524になる。この場合、ステップS
T5からST10に進み、上記係数aが(a−n)にさ
れるため、同係数aは(a−n+S)にされ、したがっ
て表1に示すようにSになる。
【0031】また、上記係数bについても同様の処理が
行われ、上記同係数bが(b−S)とされるため、最初
の係数bは、b−S=0−(n−m)=m−nとなり、
例えばnを512ポイントとし、mを500ポイントと
すると、500−512=−12になる。この場合、ス
テップST5からST11に進み、上記係数bが(b+
n)にされるため、同係数bは(b+n−S)にされ、
したがって表1に示すように(n−S)になる。
【0032】上記係数a,bによる式Y(i)=(a・
y(i)+b・y(i+1))/nにしたがってFFT
解析データY(1)が計算された後、再び上記係数の計
算チェックが行われるが、上記係数aが(a+S)とさ
れるため、次の係数aは、(S+S)=2S=2(n−
m)となり、同様にnを512ポイントとし、mを50
0ポイントとすると、24になる。この場合、上記ステ
ップST6からST10に進まず、上記係数aが(a+
S)のままにされ、同係数aは(S+S)のままとさ
れ、したがって表1に示すように2Sになる。
【0033】また、上記係数bについても同様の処理が
行われ、同係数bが(b−S)とされるため、次の係数
bは、b−S=(n−S)−S=n−2S=n−2(n
−m)となり、上記同様にnを512ポイントとし、m
を500ポイントとすると、512−24=488にな
る。この場合、ステップST7からST11に進まず、
上記係数bは(b−S)のままとされ、したがって表1
に示すように(n−2S)になる。
【0034】そして、上記係数a,bによる式Y(i)
=(a・y(i)+b・y(i+1))/nにしたがっ
てFFT解析データY(2)が計算された後、再び上記
係数の計算チェックが行われる。
【0035】上記係数の計算チェックを500ポイント
のデータから512ポイントのデータを作り出す場合を
例とし、図5および下記表2を参照して説明する。
【0036】
【表2】 この場合、y(0)をスタートとすると、既に説明した
ように内分の公式によってY(1)=(125y(1)
+3y(0))/(125+3)、Y(2)=(122
y(1)+6y(0))/(122+6)、以下同様に
てデータを得ることができ、またこれはY(i)=(m
y(i+1)+ny(i))/(m+n)の式で表わす
ことができる。
【0037】なお、上記mが500ポイントを表わし、
nが512ポイントを表わしていることから、上記FF
T解析データを計算する一般式と形が異なっており、ま
た上記係数m:nの割合は上記表2となるが、この表2
からも1回目のFFT解析データの計算と2回目のFF
T解析データの計算とでは500ポイントのデータのう
ち同一データが用いられる。すなわち、その計算が「足
踏み」している部分であり、このような部分が入力波形
の1周期(500ポイント)について12回あり、これ
によって500ポイントデータを512ポイントデータ
を作り出している。
【0038】したがって、上記一般式Y(i)=(a・
y(i)+b・y(i+1))/nにあっては、上記
「足踏み」している部分をステップST10,ST11
で係数a,bを変えるようにしている。
【0039】続いて、上記ステップST4乃至ST11
が繰り返され、上記FFT解析にひつようとするデータ
が得られると、ステップST12に進み、nポイントデ
ータに基づいて入力波形のFFT解析が実行される。
【0040】そして、上記算出されたFFT解析結果が
当該装置のLCD18に表示され、例えば図9に示すよ
うに、基本波(1次)から所定の高次(n次)までのF
FT解析が表示され(ステップST13),あるいは当
該装置のプリンタ19でプリントアウトされる。
【0041】このように、上記分電盤を介して使用する
電力の電圧波形、電流波形のデータを取り込み、この取
り込んだデータに基づいてFFT解析を行う際、この取
り込んだデータがFFT解析に必要とする所定数より僅
かに少ないとき、その入力波形のデータに基づいて必要
とする所定数のデータを作り出すようにしたので、取り
込んだデータを無駄なく利用することができ、またFF
T解析データが極端に少なくならず、例えば半分になら
ないため、FFT解析結果の誤差を小さく抑えることが
でき、さらにこのFFT解析(高調波解析)によって商
用電源(家庭用電圧)の測定に有用な力率点のずれを知
ることができる。
【0042】ここで、当該電源監視レコーダの測定中に
あって、なんらかの原因(例えば停電)により分電盤1
のブレーカ(電流制限器2あるいは配線用遮断器3)が
降りると、同分電盤1を介している電力の商用電源が基
準値以下となるため、上記電源監視部14からは信号
(トリガ)が発生される。
【0043】すると、上記トリガにより当該電源監視レ
コーダにおける測定が停止されるが、上記波形データ記
録部16には上記停電までの320msの波形分の波形
データが記録されている。
【0044】したがって、上記停電の後、当該電源監視
レコーダの電源が再投入されることにより、停電原因の
分析、表示ルーチンが実行され、上記波形データ記録部
16には入力波形の所定波形数分の波形データが記録さ
れていることから、各チャンネルについてそれぞれ1波
形分の波形データにより停電時までの1波形分における
実効値が演算される。
【0045】続いて、上記演算した各チャンネルの実効
値と予め設定した定格値(測定前に入力している定格
値)とがそれぞれ比較される。この定格値は各ブレーカ
2,3の定格電流値、漏電遮断器4の感度電流値および
固定の線間定格電圧値(120V)である。
【0046】例えば、上記電圧プローブ10による検出
波形の波形データの実効値(線間電圧の測定値)と上記
線間電圧値(120V)とが比較され、上記複数の電流
クランプ11による検出波形データ(漏れ電流および負
荷電流)の実効値と感度電流値および定格電流値とがそ
れぞれ比較される。
【0047】上記比較の結果により、上記線間電圧の測
定値(実効値)が120Vを越えている場合には欠相と
判断され、上記漏れ電流の測定値(実効値)が感度電流
を越えている場合には漏電と判断され、上記負荷電流の
測定値(実効値)が定格電流を越えている場合には過負
荷と判断され、同判断結果がLCD18に表示されるた
め、上記停電の原因を容易に知ることができる。
【0048】また、上記波形データ記録部16に記録し
ている波形データに基づいて、目的に応じた波形の分
析、例えば高調波解析を行うことができ、かつ実効値デ
ータ記録部17に記録している実効値データに基づいて
実効値の表示、印字処理を行うことができ、例えば各家
庭における長期的な使用電力をLCD18に表示、プリ
ンタ19でプリントアウトすることにより、その家庭の
長期的な電力使用状況を容易に知ることができる。
【0049】なお、上記実施例では、電源監視レコーダ
に適用した場合を例にして説明したが、入力波形のFF
T解析結果を表示(プリントアウトを含む)する他の測
定装置等に適用しても、同じ作用、効果を得ることがで
きる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のFFT
解析データの補間方法によれば、入力波形の1周期につ
いてFFT解析するために同入力波形のデータを取り込
んだ際、同入力波形のデータy(i)が必要とする所定
ポイント数nより僅かに少ないでmポイントある場合、
内分の公式を利用した式Y(i)によって前記入力波形
のデータに基づいて新たなmポイントのデータを算出す
るようにしたので、入力波形のFFT解析あたって、同
FFT解析データが僅かに少なくとも、同FFT解析デ
ータを無駄なく全て利用することができ、例えばFFT
解析データを半分にせずとも、誤差の少ないFFT解析
結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示し、電源監視レコーダ
に適用されるFFT解析データの補間方法の作用を説明
するフローチャート図である。
【図2】この発明のFFT解析結果の表示方法が適用さ
れる電源監視レコーダの概略的ブロック線図である。
【図3】この発明のFFT解析が適用される入力波形を
説明する概略的波形図である。
【図4】この発明のFFT解析データの補間方法の式を
得るための内分の公式を説明する図である。
【図5】この発明のFFT解析データの補間方法の式を
得るための内分の公式を説明する図である。
【図6】分電盤の概略的ブロック線図である。
【図7】図6に示す分電盤を介して使用する電力の電
圧、電流の概略的波形図である。
【図8】従来のFFT解析が適用される入力波形を説明
する概略的波形図である。
【図9】従来のFFT解析結果の表示状態を説明するグ
ラフ図である。
【符号の説明】
1 分電盤 2 電流制限器 3 配線用遮断器 4 漏電遮断器 10 電圧プローブ(センサ) 11 電流クランプ(センサ) 12 入力ユニット 13 波形取込部(メモリコントローラ) 14 電源監視部 15 CPU 16 波形データ記録部 17 実効値データ記録部 18 モニタ(LCD) 19 プリンタ 20 キーボード 21 入出力装置
フロントページの続き (72)発明者 布施川 敏明 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 小暮 英二 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力波形の1周期についてFFT解析す
    るために同入力波形のデータを取り込んだ際、同入力波
    形のデータ(y(i))が必要とする所定ポイント数
    (n)より僅かに少ないポイント(m)である場合、内
    分の公式を利用した式(Y(i))によって前記入力波
    形のデータに基づいて新たな所定ポイント数(n)のデ
    ータを算出するようにしたことを特徴とするFFT解析
    データの補間方法。
JP4116886A 1992-04-09 1992-04-09 Fft解析データの補間方法 Pending JPH0682273A (ja)

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Cited By (2)

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