JP2011169703A

JP2011169703A - 電力計

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Publication number: JP2011169703A
Application number: JP2010032928A
Authority: JP
Inventors: Akira Furuhira; 明古平
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】実際の測定電圧、測定電流の条件下における電力計の適切な結線方法を容易に確認することができる電力計を提供する。
【解決手段】電力計１０は、電圧入力部１で消費される電力と、電流入力部２で消費される電力と、を算出する計器損失算出部５１と、計器損失算出部５１により算出された両電力を比較して、該比較の結果に係る信号を出力する計器損失比較部５２と、その信号に基づいて、電圧入力部１を電流入力部２に対して負荷３０側に接続する第１の結線方法を採用すべき旨又は電圧入力部１を電流入力部２に対して電源２０側に接続する第２の結線方法を採用すべき旨の少なくとも一方を指示する指示手段７１、７２と、を有する構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力計に関するものであり、より詳細には、比較的微小な消費電力の測定に使用できる電力計などに好適に適用し得るものである。

従来、電力計は、電力管理、電源監視、電気用品の開発、評価、品質保証などの分野において広く用いられている。例えば、電気機器の開発、生産、検査などにおいては、微小な消費電力の測定が行われている。

電力計は、内部に電圧入力回路（電圧計）と電流入力回路（電流計）とが内蔵されており、電源と負荷とを接続して、負荷の消費電力を測定することができる。電圧入力回路及び電流入力回路には、それぞれ入力抵抗が存在しているため、電力計が表示する負荷の消費電力値には、電圧入力回路自体又は電流入力回路自体が消費する電力のいずれか、所謂、計器損失が必ず含まれている。

電力計に電源と負荷とを接続する結線方法としては、図８（ａ）に示すように電圧入力回路を電流入力回路よりも負荷側にする方法と、図８（ｂ）に示すように電圧入力回路を電流入力回路よりも電源側にする方法とがある。

一般に、測定電流が比較的大きい場合は、電圧入力回路を電流入力回路よりも負荷側に接続する結線方法を採用することが、計器損失が小さくなるため推奨される。つまり、この結線方法を採用する場合、電流入力回路は負荷に流れる電流と電圧入力回路に流れる電流の和を測定することになる。一般に電圧入力回路の入力抵抗は負荷の抵抗に比べて大きいので、電圧入力回路に流れる電流は小さい。従って、電圧入力回路に流れる電流が電力計の測定確度に与える影響は小さくなる。

一方、測定電流が比較的小さい場合は、電圧入力回路を電流入力回路よりも電源側に接続する結線方法を採用することが、計器損失が小さくなるため推奨される。つまり、この結線方法を採用する場合、電圧入力回路は、負荷による電圧降下と電流入力回路による電圧降下の和を測定することになる。一般に電流入力回路の入力抵抗は負荷の抵抗より小さいので、電流入力回路による電圧降下は小さい。従って、電流入力回路による電圧降下が電力計の測定確度に与える影響は小さくなる。

尚、計器損失を測定してこれをキャンセルするようにした回路を備えた電力計もある（特許文献１）。

特開２００５−６９８６０号公報

測定電圧、測定電流によって電圧入力回路自体又は電流入力回路自体が消費する電力は変化するため、測定の都度ユーザが計器損失を計算するのは手間がかかる。又、電力計の測定確度に比べて、一般に計器損失は小さいため、無視されることが多い。

しかしながら、近年は、省エネなどの観点から、電気機器のスタンバイモード、オフモードにおける消費電力、所謂、待機電力などのような微小な消費電力の測定が重要になっているが、このような場合には、計器損失が測定値に影響するため適切な結線が必要となる。

上述のように、計器損失をキャンセルする回路を備えた電力計もある。しかし、適切な結線方法を採用することにより、簡単な構成で電力計の測定確度に対する計器損失の影響を抑制し得るにも拘わらず、従来、実際の測定電圧、測定電流の条件下における計器損失に基づいて結線方法を容易に確認することのできる電力計はない。

従って、本発明の目的は、実際の測定電圧、測定電流の条件下における電力計の適切な結線方法を容易に確認することができる電力計を提供することである。

上記目的は本発明に係る電力計にて達成される。要約すれば、本発明は、電源及び負荷に接続される電圧入力部と、前記電源及び前記負荷に接続される電流入力部と、を有し、前記電圧入力部に入力される電圧と前記電流入力部に入力される電流とに基づいて前記負荷の消費電力を測定する電力計において；前記電圧入力部で消費される電力と、前記電流入力部で消費される電力と、を算出する計器損失算出部と；前記計器損失算出部により算出された、前記電圧入力部で消費される電力と前記電流入力部で消費される電力とを比較して、該比較の結果に係る信号を出力する計器損失比較部と；前記信号に基づいて、前記電圧入力部を前記電流入力部に対して前記負荷側に接続する第１の結線方法を採用すべき旨又は前記電圧入力部を前記電流入力部に対して前記電源側に接続する第２の結線方法を採用すべき旨の少なくとも一方を指示する指示手段と；を有することを特徴とする電力計である。

本発明によれば、実際の測定電圧、測定電流の条件下における電力計の適切な結線方法を容易に確認することができる。

本発明の一実施例に係る電力計の概略構成ブロック図である。測定時の電力計の接続状態を示す結線図であり、（ａ）は第１の結線方法、（ｂ）は第２の結線方法を示す。本発明に従う結線方法を指示する制御のための概略機能ブロック図である。本発明に従う結線方法を指示する制御のフローチャートである。結線方法を指示する指示手段の例を示す模式図である。電力計を電源及び負荷に接続する接続具の一例を示す模式図である。三相電力の測定における電力計の結線図である。電力計の結線方法を説明するための概念図である。

以下、本発明に係る電力計を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
本発明に係る電力計の一実施例について説明する。本実施例では、電力計は、電気機器の待機電力などの微小な消費電力の測定に使用できる単相用電力計である。図１は、本実施例の電力計１０の概略構成ブロック図である。又、図２は、測定時の電力計１０の接続状態を示す結線図である。

図１に示すように、電力計１０は、電圧入力部である電圧入力回路１と、電流入力部である電流入力回路２と、電圧入力回路１に対する第１の変換器３と、電流入力回路２に対する第２の変換器４と、制御手段としてのＣＰＵ５と、記憶手段としてのメモリ６と、測定値などを表示する表示部７と、を有する。

図２（ａ）、（ｂ）をも参照して、電圧入力回路１は、端子１１、１２によって、電源２０に対して負荷３０と並列に接続される。電圧入力回路１には、入力抵抗（内部抵抗）Ｒ_Vが存在する。又、電流入力回路２は、端子２１、２２によって、電源２０に対して負荷３０と直列に接続される。電流入力回路２には、入力抵抗（内部抵抗）Ｒ_Aが存在する。

第１の変換器３は、電圧入力回路１への入力をＡ／Ｄ変換及び実効値変換する。又、第２の変換器４は、電流入力回路２への入力をＡ／Ｄ変換及び実効値変換する。

ＣＰＵ５は、第１、第２の変換器３、４からそれぞれ入力された電圧の実効値、電流の実効値のデジタル信号に基づいて、負荷３０の消費電力を算出する。又、詳しくは後述するように、ＣＰＵ５は、電圧入力回路１の消費電力（以下「第１の計器損失」という。）Ｗ_V及び電流入力回路２の消費電力（以下「第２の計器損失」という。）Ｗ_Aの算出、その算出結果の比較、その比較結果に応じた信号の出力などを行う。

メモリ６は、ＣＰＵ５が実行するプログラムやデータなどを記憶している。ＣＰＵ５は、メモリ６に記憶されたプログラムやデータに基づいて、各種演算処理を行う。

表示部７は、ＣＰＵ５からの信号に基づいて、ＣＰＵ５によって算出された負荷３０の消費電力の測定値の表示などを行う。又、詳しくは後述するように、表示部７において、電力計１０の結線方法を指示する表示が行われる。

前述のように、電力計１０に電源２０と負荷３０とを接続する結線方法としては、図２（ａ）に示すように電圧入力回路１を電流入力回路２よりも負荷側にする方法（以下「第１の結線方法」という。）と、図２（ｂ）に示すように電圧入力回路１を電流入力回路２よりも電源側にする方法（以下「第２の結線方法」という。）とがある。図２（ａ）に示す第１の結線方法を採用する場合、電圧入力回路１の消費電力が負荷３０の消費電力値に加算される。一方、図２（ｂ）に示す第２の結線方法を採用する場合、電流入力回路２の消費電力が負荷３０の消費電力値に加算される。一般に、測定電流が比較的大きい場合は、図２（ａ）に示す第１の結線方法を採用する方が、計器損失が小さく、測定確度に与える影響が小さい。又、一般に、測定電流が比較的小さい場合は、図２（ｂ）に示す第２の結線方法を採用する方が、計器損失が小さく、測定確度に与える影響が小さい。

しかしながら、測定電圧、測定電流によって電圧入力回路１自体又は電流入力回路２自体が消費する電力が変化するので、実際の測定電圧、測定電流の条件下における実際の計器損失に応じて電力計１０の結線方法を選択することが、高精度の測定のためには重要である。特に、電気機器の待機電力などのような微小な消費電力を測定する際には、計器損失が電力計１０の測定確度に与える影響が大きくなるため、適切な結線方法を選択することが非常に重要である。

そこで、本実施例では、電力計１０を電源２０及び負荷３０に接続した状態で、実際の測定電圧、測定電流の条件下で、電力計１０において第１の計器損失Ｗ_Vと第２の計器損失Ｗ_Aとを求め、これら第１の計器損失Ｗ_Vと第２の計器損失Ｗ_Aとを比較して、比較結果に基づいて第１の結線方法を採用すべき旨又は第２の結線方法を採用すべき旨の少なくとも一方を指示する。以下、更に詳しく説明する。

図３は、電力計１０の結線方法を指示する制御の概略機能ブロック図である。又、図４は、電力計１０の結線方法を指示する制御のフローチャートである。

先ず、ユーザは、例えば図２（ａ）の第１の結線方法によって、電力計１０を電源２０及び負荷３０に接続する。そして、所定の測定電圧、測定電流の条件として、当該測定系の回路に電力を供給する。尚、このとき、第２の結線方法によって、電力計１０を電源２０及び負荷３０に接続してもよい。

そして、電圧入力回路１に入力される電圧は、第１の変換器３において電圧の実効値のデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ５に入力される。そして、ＣＰＵ５の計器損失算出部５１において、電圧入力回路１で消費される第１の計器損失Ｗ_Vが算出される（ステップ１）。電圧の実効値をＶ、電圧入力回路１の既知の入力抵抗をＲ_Vとすると、第１の計器損失Ｗ_Vは、次式によって算出される。
Ｗ_V＝Ｖ²／Ｒ_V ・・・（１）

又、電流入力回路２に入力される電流は、第２の変換器４において電流の実効値のデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ５に入力される。そして、ＣＰＵ５の計器損失算出部５１において、電流入力回路２で消費される第２の計器損失Ｗ_Aが算出される（ステップ１）。電流の実効値をＩ、電流入力回路２の既知の入力抵抗をＲ_Aとすると、第２の計器損失Ｗ_Aは、次式によって算出される。
Ｗ_A＝Ｉ²×Ｒ_A ・・・（２）

計器損失算出部５１において第１の計器損失Ｗ_V及び第２の計器損失Ｗ_Aが算出されると、ＣＰＵ５の計器損失比較部５２が第１の計器損失Ｗ_Vと第２の計器損失Ｗ_Aとを比較し、比較結果に係る信号を出力する（ステップ２）。

Ｗ_V＞Ｗ_Aの場合は、電圧入力回路１の消費電力が大きいため、電流入力回路２の消費電力が電力計１０の表示する負荷３０の消費電力値に含まれるように、図２（ｂ）に示す第２の結線方法が望ましい。Ｗ_V＜Ｗ_Aの場合は、電流入力回路２の消費電力が大きいため、電圧入力回路１の消費電力が電力計１０の表示する負荷３０の消費電力値に含まれるように、図２（ａ）に示す第１の結線方法が望ましい。

例えば、電圧入力回路１の入力抵抗が２ＭΩ、電流入力回路２の入力抵抗が２ｍΩの場合に、６００Ｖ、２０Ａを測定すると、上記式（１）より第１の計器損失Ｗ_Vは０．１８ＶＡ、上記式（２）より第２の計器損失Ｗ_Aは０．８ＶＡとなる。この場合、Ｗ_V＜Ｗ_Aとなるので、第１の結線方法が望ましい。一方、同様に電圧入力回路１の入力抵抗が２ＭΩ、電流入力回路２の入力抵抗が２ｍΩの場合に、６００Ｖ、１Ａを測定すると、上記式（１）より第１の計器損失Ｗ_Vは０．１８ＶＡ、上記式（２）より第２の計器損失Ｗ_Aは０．００２ＶＡとなる。この場合、Ｗ_V＞Ｗ_Aとなるので、第２の結線方法が望ましい。

表示部７は、計器損失比較部５２から入力された信号に基づいて、第１の結線方法を採用すべき旨又は第２の結線方法を採用すべき旨の少なくとも一方を指示する指示手段を有している。

本実施例では、計器損失比較部５２は、第１の計器損失Ｗ_Vと第２の計器損失Ｗ_Aとが次の関係を満たすか否かを判断し、その比較結果に応じて、上記指示手段にいずれの結線方法を指示すべきかを指定する信号を、比較結果に係る信号として出力する。
Ｗ_V＞Ｗ_A ・・・（３）

図５（ａ）をも参照して、本実施例では、表示部７には、上記指示手段として、第１の結線方法を識別し得る表示（「負荷側」、「結線１」などの文字）と関連付けられて点灯する第１のランプ７１と、第２の結線方法を識別し得る表示（「電源側」、「結線２」などの文字）と関連付けられて点灯する第２のランプ７２とが設けられている。そして、上記式（３）を満たす場合（Ｗ_V＞Ｗ_A）に第２のランプ７２が点灯して、第２の結線方法を採用すべき旨を指示する（ステップ４）。一方、上記式（３）を満たさない場合（即ち、Ｗ_V≦Ｗ_A）に第１のランプ７１が点灯して、第１の結線方法を採用すべき旨を指示する（ステップ３）。

尚、本実施例では、Ｗ_V＝Ｗ_Aの場合は第２の結線方法を採用すべき旨を指示するものとしたが、この場合に第１の結線方法を採用すべき旨を指示してもよいし、この場合には特に結線方法を指示しないようにしてもよい。又、別法として、第１の計器損失Ｗ_Vと第２の計器損失Ｗ_Aとの差が所定値以上である場合にのみ、いずれかの結線方法を指示するようにしてもよい。

又、上記指示手段として、本実施例では、第１、第２の結線方法をそれぞれ指示する第１、第２のランプ７１、７２を設けたが、第１、第２の結線方法を識別し得る表示と関連付けられて点灯するランプ７１、７２のうちいずれか一方を設けてもよい。例えば、第１の結線方法を識別し得る表示と関連付けられて点灯するランプを設ける場合、当該ランプの点灯が第１の結線方法を指示し、当該ランプの消灯が第２の結線方法を指示するものとすることができる。

即ち、指示手段は、（ｉ）入力された信号が第１の計器損失Ｗ_Vよりも第２の計器損失Ｗ_Aの方が大きいこと（Ｗ_V＜Ｗ_A）を示す場合に第１の結線方法を採用すべき旨を指示するか、（ｉｉ）入力された信号が第２の計器損失Ｗ_Aよりも第１の計器損失Ｗ_Vの方が大きいこと（Ｗ_V＞Ｗ_A）を示す場合に第２の結線方法を採用すべき旨を指示するか、又は（ｉｉｉ）入力された信号が第１の計器損失Ｗ_Vよりも第２の計器損失Ｗ_Aの方が大きいこと（Ｗ_V＜Ｗ_A）を示す場合に第１の結線方法を採用すべき旨を指示し、且つ、入力された信号が第２の計器損失Ｗ_Aよりも第１の計器損失Ｗ_Vの方が大きいこと（Ｗ_V＞Ｗ_A）を示す場合に第２の結線方法を採用すべき旨を指示するようにすることができる。

更に、上記指示手段は、ランプの点灯の有無によるものに限定されるものではなく、結線方法を文字（文書）で表示したり、結線図で表示したりしてもよく、ユーザに適切な結線方法を指示できるものであればよい。例えば、図５（ｂ）は、表示部７の指示手段としての液晶ディスプレイ７３上に文字で結線方法を表示する例、図５（ｃ）は、同液晶ディスプレイ７３上に結線図を表示する例を示す。

尚、本実施例では、ＣＰＵ５が、メモリ６に記憶されたプログラムを読み込むことで、負荷３０の消費電力を算出する消費電力算出部の機能を発揮する。又、本実施例では、このＣＰＵ５が、メモリ６に記憶されたプログラムを読み込むことで、第１の計器損失Ｗ_V及び第２の計器損失Ｗ_Aを算出する計器損失算出部５１の機能を発揮すると共に、第１の計器損失Ｗ_Vと第２の計器損失Ｗ_Aを比較する計器損失比較部５２の機能を発揮する。このように、本実施例では、ＣＰＵ５が、消費電力算出部の機能と、計器損失算出部５１の機能と、計器損失比較部５２の機能とを有するが、本発明は、これに限定されるものではなく、消費電力算出部、計器損失算出部５１、計器損失比較部５２は、それぞれ別個の回路や素子として構成されていてもよい。

ここで、ユーザは、上記指示手段による指示に従って、第１、第２の結線方法のいずれか適当な結線方法を採用すべく、必要に応じて電力計１０の電圧入力回路１の端子を負荷３０側又は電源２０側に接続し直すことができる。図６は、電力計１０の電源２０及び負荷３０に対する接続を容易にする接続具４０の一例を示す。図６（ａ）は第１の結線方法を採用する場合の接続具４０であって、商用電源などに接続されるプラグ４１と、待機電力などを測定すべき被測定機器（負荷）が接続されるプラグ受け４２と、プラグ４１とプラグ受け４２とを接続する電線４３と、電線４３の途中に接続された電圧入力回路１を接続するための端子４４、４４と、電線４３に接続された電流入力回路２を接続するための端子４５、４５とを有し、電圧入力回路１を接続するための端子４４、４４は、電流入力回路２を接続するための端子４５、４５よりもプラグ受け４２側に設けられている。図６（ｂ）は第２の結線方法を採用する場合の接続具４０であって、図６（ａ）と同様の構成であるが、電圧入力回路１を接続するための端子４４、４４は、電流入力回路２を接続するための端子４５、４５よりもプラグ４１側に設けられている。これらの接続具４０を用いることで、容易に所望の結線方法で電力計１０を電源２０及び負荷３０に接続することができる。尚、接続具４０が、電圧入力回路１を接続するための端子４４、４４を、電流入力回路２を接続するための端子４５、４５に対してプラグ受け４２側とプラグ４１側との両方に有し、いずれかを選択的に用いることができるようになっていてもよい。

以上、本実施例によれば、実際の測定電圧、測定電流の条件下における電力計の適切な結線方法を容易に確認することができる。そして、電力計の結線方法を容易に確認できることで、測定確度に対する計器損失の影響が小さい条件で、高精度の測定を行うことが可能となる。

実施例２
実施例１では、本発明を単相電力の測定に適用するものとして説明した。三相電力の測定においては、測定電流が比較的大きい場合が多く、測定確度に与える計器損失の影響が小さいことが多いが、所望により本発明は三相電力の測定にも応用することができる。

本実施例では、複数の電圧入力回路と電流入力回路との回路対（電力測定回路）を有する三相用電力計における結線方法を指示する方法を説明する。

例えば、三相３線の電力は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、２個の電力測定回路（即ち、２対の電圧入力回路と電流入力回路）を用いて、その和から求めることができる。図７（ａ）は電圧入力回路Ｕ１、Ｕ２を電流入力回路Ｉ１、Ｉ２よりも負荷側に接続した場合、図７（ｂ）は電圧入力回路Ｕ１、Ｕ２を電流入力回路Ｉ１、Ｉ２よりも電源側に接続した場合を示す。

この場合も、実施例１と同様にして、実際の測定電圧、測定電流の条件下で、各電圧入力回路Ｕ１、Ｕ２と各電流入力回路Ｉ１、Ｉ２の消費電力を求め、回路Ｕ１と回路Ｉ１、回路Ｕ２と回路Ｉ２のそれぞれについて消費電力の大小関係を比較する。そして、実施例１と同様にして、回路Ｕ１と回路Ｉ１、回路Ｕ２と回路Ｉ２のそれぞれについて、電圧入力回路よりも電流入力回路の方が消費電力が大きい場合には、当該回路対において電圧入力回路を負荷側に接続する第１の結線方法を採用すべき旨を指示し、電流入力回路よりも電圧入力回路の方が消費電力が大きい場合には、当該回路対において電圧入力回路を電源側に接続する第２の接続方法を採用すべき旨を指示する。

又、三相３線の電力は、図７（ｃ）に示すように、３個の電力測定回路（即ち、３対の電圧入力回路と電流入力回路）を用いて３つの相の電圧、電流を測定することによっても測定することができる。この場合も、各電圧入力回路Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３と各電流入力回路Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の消費電力を求め、回路Ｕ１と回路Ｉ１、回路Ｕ２と回路Ｕ２、回路Ｕ３と回路Ｉ３とのそれぞれについて消費電力の大小関係を比較し、その比較結果に応じて、上記２個の電力測定回路を用いる場合と同様にして、各回路対について第１の結線方法、第２の結線方法のいずれを採用すべきかを指示するようにすればよい。

以上、本実施例によれば、三相電力の測定の場合にも、実際の測定電圧、測定電流の条件下における電力計の適切な結線方法を容易に確認することができ、測定確度に対する計器損失の影響が小さい条件で高精度の測定を行うことが可能となる。

１電圧入力回路（電圧入力部）
２電流入力回路（電流入力部）
５ＣＰＵ
７表示部
１０電力計
５１計器損失算出部
５２計器損失比較部
７１第１のランプ（指示手段）
７２第２のランプ（指示手段）

Claims

電源及び負荷に接続される電圧入力部と、前記電源及び前記負荷に接続される電流入力部と、を有し、前記電圧入力部に入力される電圧と前記電流入力部に入力される電流とに基づいて前記負荷の消費電力を測定する電力計において、
前記電圧入力部で消費される電力と、前記電流入力部で消費される電力と、を算出する計器損失算出部と、
前記計器損失算出部により算出された、前記電圧入力部で消費される電力と前記電流入力部で消費される電力とを比較して、該比較の結果に係る信号を出力する計器損失比較部と、
前記信号に基づいて、前記電圧入力部を前記電流入力部に対して前記負荷側に接続する第１の結線方法を採用すべき旨又は前記電圧入力部を前記電流入力部に対して前記電源側に接続する第２の結線方法を採用すべき旨の少なくとも一方を指示する指示手段と、
を有することを特徴とする電力計。
前記指示手段は、
（ｉ）前記信号が前記電圧入力部で消費される電力よりも前記電流入力部で消費される電力の方が大きいことを示す場合に前記第１の結線方法を採用すべき旨を指示するか、
（ｉｉ）前記信号が前記電流入力部で消費される電力よりも前記電圧入力部で消費される電力の方が大きいことを示す場合に前記第２の結線方法を採用すべき旨を指示するか、又は
（ｉｉｉ）前記信号が前記電圧入力部で消費される電力よりも前記電流入力部で消費される電力の方が大きいことを示す場合に前記第１の結線方法を採用すべき旨を指示し、且つ、前記信号が前記電流入力部で消費される電力よりも前記電圧入力部で消費される電力の方が大きいことを示す場合に前記第２の結線方法を採用すべき旨を指示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力計。
前記指示手段は、前記第１の結線方法及び／又は前記第２の結線方法のうち採用すべき結線方法を、ランプの点灯の有無、文字の表示、又は結線図の表示によって指示することを特徴とする請求項２に記載の電力計。