JPS5819068B2 - デンシシキデンリヨクリヨウケイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力量計に係り、特に簡易な構成で高精度な測
定を行ない得る電子式電力量計に関する。

商用電力の電力量の測定には、現在誘導形などの積算電
力計が多く用いられているが、寿命の点で問題があり、
定期的に計器を交換する必要があった。

そこで高寿命化の要求に対し電力量計の電子化が考えら
れている。

この電子式電力量計の一方式としては、電圧波形と電流
波形とをアナログ的に掛算し、これをディジクル化し積
算する方式がまず考えられる。

しかしながらこの方式はアナログ掛算器として高精度な
ものが得られないため、実用には供し難い欠点があった
。

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、安価な構
成で高精度に電力量を算出できるようにした電子式電力
量計を提供することを目的とする。

ン まず、本発明の原理について述べる。

電圧をＶ、電流をＩとすると、電力ＰはＰ＝ＶＩであり
、電力量Ｑは次式のようにその時間積分値で表わされる
。

ここで電圧波形および電流波形の周波数ｆＶ、ｆＩはそ
の基本波周波数をｆとすると、 の成分を含んでいる。

但し、ｍｆ、ｎｆは電圧波形。および電流波形の最高次
周波数である。

一方、電力波形の周波数ｆ、は、 ｆｐ：ｆ、２ｆ、３ｆ、・・・、（ｍ十〇）ｆ・・・（
４）となる。

サンプリング定理によれば、ある波形についての情報を
完全に把えるには、その波形に含まれる最高次周波数の
２倍より高い周波数でサンプリングを行なえばよい。

したがって、電力波形につい才は２（ｍ＋ｎ）ｆより高
い周波数でサンプリングを行なえばよいが、電力波形を
得るには前述したようにアナログ的な掛算器が必要とな
る。

これを避けるため、本発明では電圧波形および電流波形
を個々にサンプリングする。

（１）式に示した電力量Ｑを得るには、上記サンプリン
グによって得られた電圧波形のサンプル値と電流波形の
サンプル値とを掛算し、その掛算値を積算すればよい。

なお、この掛算を直接性なうとアナログ掛算器を必要と
するので、実際には上記各サンプル値をディジタル値に
変換してから掛算を行なう。

この演算を式で示すと次のようになる。Ｑ−ΣＶＩ・Δ
Ｔ二ΔＴΣＶＩ ・・・（５）ここにΔＴは
サンプリング周期で である。

以下ΔＴを次のように表わす。但し、ｂは２より大きい
数（整数でなくともよい）である。

前記電圧波形のサンプル値と電流波形のサンプル値のＡ
ＤＤ変換操作および掛算操作は、次のサンプリングを行
なう前に終了しなければならない。

つまりΔＴより短い時間内に終了しなければならない。

ここで（力式におけるｂ （ｍ＋ｎ ）は最小でも４よ
り太きいから、例えばｆ ＝ ５０Ｈｚの場合、ΔＴは
５ｍｓより短くなる。

したがって、Ａ／Ｄ変換速度および掛算速度は非常に速
いことが要求される。

特に、掛算器はディジタルなものであっても高価である
ことにかわりはないから、例えば三相電力の測定の場合
は、各相の電力量の測定に掛算器を共用することが望ま
しいが、その場合にはＡ／Ｄ変換速度および掛算速度は
単相の場合に比べて３倍の速度が必要となる。

また多数の電力系統の電力量を別々に求める際にも、掛
算器を共用するためには、それだけ高速度のものを用い
なければならない。

このような高速動作のめ変換器や掛算器は現在の技術で
は実現困難であり、また実現できたとしても非常に高価
なものとなってしまう。

本発明は電圧波形および電流波形のサンプリングを（力
式に示した間隔より長い特定の時間間隔で行なうことに
より、Ａ／Ｄ変換器や掛算器に要求される動作速度を下
げようとするものである。

すなわち電力系統において、電圧および電流の波形は比
較的短い時間内ではほとんどの場合同一波形で繰返され
ると考えてよい。

この場合、サンプリングの時間間隔は次のように選ぶこ
とができる。

但し、ａは１以上の整数で。

ある。ここでａ−１のときは基本波周波数ｆの１サイク
ルにつき１回ずつサンプリングし、その位置を順次ΔＴ
ずつずらせることを意味する。

またａ ＝ ２以上のときは、２サイクル以上のサイク
ルごとにサンプリングを１１ない、同様にその位置を順
次ΔＴずつずらせることを意味する。

この場合電力量ＱはＱ−ΣＶＩ（−＋ΔＴ）−（−＋Δ
Ｔ）ΣＶＩ・・・（９）ｆ で表わされるが、これはサンプリング回数が減っただけ
で、実質的には（５）式と同−量吉なる。

（７）式を（８）式と比較すると、 （−＋ΔＴ）＝（ａ−ｂ（ｍ＋ｎ）＋１）ΔＴで、サン
プリングの時間間隔は（ａ−ｂ（ｍ＋０）＋１）倍とな
っている。

ｂ（ｍ十口）は前述したように４より大きいから、ａ−
１としても、サンプリング時間間隔は少なくとも５倍と
なる。

すなわちＡ／Ｄ変換器および掛算器の動作速度を上に下
げることができる。

ａ、ｂの値を大きくすればさらに動作速度を下げること
ができることはもちろんである。

サンプリングの時間間隔は とすることもできる。

この場合サンプリングの位置はサンプリングごとにΔＴ
ずつ前にずれることになる。

このようにしても同様な効果が得られる。以下図面を参
照して本発明の一実施例を説明する。

第１図において１は電圧検出器で、所望の電力系統にお
ける電圧またはそれを分圧した電圧を検出し、第２図■
に示すような電圧波形信号を発生する。

２は電流検出器で、上記電力系統における電流またはそ
れを分流した電流を電圧として検出し、第２図■に示す
ような電流波形信号を発生する。

これら電圧検出器１および電流検出器２の出力はそれぞ
れサンプリングホールド回路３，４に導かれる。

５はサンプリングパルス発生回路で（８）式に示した時
間間隔のサンプリングパルスを発生し、サンプリングホ
ールド回路３，４に供給する。

例えば（８）式においてａ ＝＝ １とするさ、サンプ
リン／７”パルスは第２図ＳＰに示すようになる。

サンプリングホールド回路３，４はこのサンプリングパ
ルスを受けて、検出器１，２からの電圧波形信号および
電流波形信号をサンプリングし、かつ次段のＶＤ変換器
の変換動作が終了するまで一定時間ホールドする。

このサンプルホールド回路３．４の出力すなわちサンプ
リングはそれぞれＮΦ変換器６，７でディジタル値に変
換されたのち、掛算器８で掛は合わされる。

この掛算器８で算出された掛算値は刻々の電力Ｐを表わ
す。

そこでこの掛算値を積算器９で積算していくことにより
、電力量Ｑに応じたディジタル値が得られる。

この積算器９の出力値はディジタル表示器１０で表示さ
れる。

このような構成であれば掛算器８としてディジクル掛算
器を用いているため、電圧波形と電流波形とを直接アナ
ログ的に掛は合せる方式に比べ、高精度に電力量を求め
ることができる。

また電圧波形および電流波形のサンプリングを長い時間
間隔で行なっているため、Ａ／Ｄ変換器６，７および掛
算器８として動作速度の遅い安価なものを使用できる利
点がある。

なお、サンプリングの時間間隔は（８）式または１０式
を満足する範囲で種々変更できることはいうまでもない
。

また本発明は単相電力のみならず三相電力あるいは多数
の電力系統における電力量の測定にも応用することがで
き、その場合に掛算器を共用できることは前述した通り
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
は第１図の動作を説明するための波形図である。 １・・・・・・電圧検出器、２・・・・・・電流検出器
、３，４・・・・・・サンプリングホールド回路、５・
・・・・・サンプリングパルス発生回路、６，７・・・
・・・ＶＤ変換器、８・・・・・・ディジクル掛算器、
９・・・・・・積算器、１０・・・・・・ディジクル表
示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電圧波形および電流波形をそれぞれ は電圧波形および電流波形の基本波周波数、ｍｆはシミ
   圧波形の最高次周波数、ｎｆは電流波形の最高次周波数
   、ａは１以上の整数、ｂは２より大きい数）なる時間間
   隔で同時にサンプリングする手段と、この手段により得
   られた電圧波形および電流波形の各サンプル値をディジ
   タル値に変換する手シ段と、この手段により得られた電
   圧波形に対応するディジタル値と電流波形に対応するデ
   ィジタル値とを掛算する手段と、この手段により得られ
   た掛算値を積算して電力量を求める手段とを具備するこ
   とを特徴とする電子式電力量計。