JPH03279869A - 直流電流測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は交流電流に含まれる直流電流を測定する方法に
関し、特に、連続的に高精度の測定ができる直流電流測
定方法に関する。

〔背景技術〕

交流電流に含まれる直流電流を測定する方法として従来
、例えば、直流電流を含む交流電流をローパスフィルタ
に通し、そこで交流電流を除去して直流電流のみを通過
させ、それを測定装置で測定する方法がある。

一方、交流電流のゼロクロス点の時間差ｔ、周期Ｔおよ
び波高値Ｉ□を測定し、これらに基づいて直流電流１　
ｄｃを式 ％式％） から求める方法がある。

本発明者は特願平１−１４２６００号で、交流電流を交
流電圧に変換し、周期Ｔ、波高値■。、交流電圧信号の
ゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ４ｃの交流電圧に直流電
圧を加算し、交流電圧のゼロクロス点の時間差ｔをゼロ
にするような直流電圧値に基づき、上記と同様の式 ％式％） を用いて求める方法を従業した。この方法は、直流電流
成分が交流電流成分より大きい場合でも、直流電流成分
を測定できるという利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来の直流電流測定方法によると、ローパスフィ
ルタを通過させて直流電流を測定する方法では、交流電
流に単発的な雑音等が入っていたり、交流電流に非対称
的な歪がある場合には、それらがローパスフィルタを通
過してしまうため、測定結果に誤差が生じるという問題
がある。

交流電流のゼロクロス点の時間差、周期および波高値か
ら演算により直流電流を求める方法は、直流電流が交流
電流よりも大きい場合には、ゼロクロス点が検出できな
いため、用いることができない。

一方、交流電流を交流電圧に変換し、交流電圧に直流電
圧を加算し、交流電圧のゼロクロス点の時間差をゼロに
する直流電圧値に基づいて直流電流を測定する方法は、
上記の欠点をいずれも解消するものであるが、直流電流
に変動がある場合には、ゼロクロス点の時間差を零にす
るような直流電圧値を連続して求めることが困難である
。従って、直流電流が変動する場合に連続的に測定する
ことができない。

すなわち、従来は、直流電流が交流電流よりも大きい場
合をも含めて直流電流を、連続的に高い精度で測定でき
る方法がなかった。

従って本発明の目的は、交流電流に雑音等が入っていた
り、非対称的な歪がある場合でも、高い精度で測定でき
る直流電流測定方法を、提供することである。

本発明の他の目的は、直流電流成分が交流電流成分より
大きい場合でも直流電流成分を高い精度で測定すること
ができる、直流電流測定方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、直流電流に変動がある場合
にも連続測定ができる、直流電流測定方法を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、交流電流に雑音等が入っていたり、非対称
的な歪がある場合でも、また直流電流成分が交流電流成
分より大きい場合でも、高い精度で測定でき、直流電流
に変動がある場合にも連続測定ができる直流電流測定方
法を提供するため、■交流電流を交流電圧に変換して交
流電圧信号を住成し、 ■生成した交流電圧信号について正および負の時限をそ
れぞれ検出し、 ■交流電圧信号の正の時限と負の時限の差に対応した直
流電圧信号（以下、第一の直流電圧信号と言う）を住成
し、 ■交流電圧信号（正および負の時限を有する）に加算し
たとき第一の直流電圧信号を零にする直流電圧信号（以
下、第二の直流電圧信号と言う）を算出し、 ■この第二の直流電圧信号を交流電圧信号（正および負
の時限を有する）に加算し、 ■加算した結果第一の直流電圧信号が零となる第二の直
流電圧信号に基づいて、交流電流に含まれる直流電流を
測定するようにした。

第一の直流電圧信号（ＶＯ６１とする）は、交流電圧信
号■Ａｃについて検出された正の時限と負の時限の長さ
（以下、単に時限と言う）の差に基づき、次のように生
成される。例えば、交流電圧信号■＾Ｃが正である時限
の長さと負である時限の長さが等しければ、第一の直流
電圧信号ＶＤ（１は零となる。正である時限が負である
時限より長ければ、その差に応じた、例えば比例した大
きさ（絶対値）の正の信号が、また正である時限より負
である時限が長ければ、その差に応じた、例えば比例し
た大きさ（絶対値）の負の信号が、それぞれ生成される
。

交流電圧信号が正から負に、または負から正に、変わる
ゼロクロス点の前後で、上述のように交流電圧信号が正
である時限と負である時限に差があるとき、この差をゼ
ロクロス点の時間差と言う。

交流電圧信号ＶＡＣに加算したとき第一の直流電圧信号
ＶＤＣＩを零にする直流電圧信号、すなわち第二の直流
電圧信号Ｖ　、ｃ、の算出は、後述するように、それら
の間に近似的に比例関係が成立するものとして行われる
。実際に直流電流を測定する際にこの演算を行うために
は、予め、第一の直流電圧信号■ゎ、１の大きさと、交
流電圧信号■Ａｃに加算したとき第一の直流電圧信号Ｖ
ＤＣＩを零にする第二の直流電圧信号■ゎ、２の大きさ
の間の、比例定数を求めておく必要がある。それには上
述の比例関係を利用して次のように行う。

交流電圧信号■Ａｃについて正および負の時限を検出し
、検出した正の時限と負の時限の差（これは、前述のよ
うにゼロクロス点の時間差に相当する）に基づいて第一
の直流電圧信号ＶＤＣ，を生成させる。次いで、適宜の
既知の値の直流電圧信号（Ｖ　ｎｃｚとする）を交流電
圧信号ｖＡＣに加算し、第一の直流電圧信号ＶＤＣＩの
変化量（ΔＶ　ＤＣＩ　とする）を測定する。加算する
直流電圧信号は、第一の直流電圧信号が減少する符号の
ものとする。

第一の直流電圧信号の変化量ΔＶ　ＤＣＩ　と加算した
直流電圧信号■９，２の比を、第一の直流電圧信号Ｖ　
Ｄ　ＣＩ　の大きさと、交流電圧信号ｖＡｃに加算した
とき第一の直流電圧信号ＶＤＣＩを零にする第二の直流
電圧信号Ｖ　ＤＣ２の大きさとの間の比例定数にとして
用いる。このとき、第一の直流電圧信号■、、が零にな
るような第二の直流電圧信号Ｖ　Ｄ＋４そのものを求め
、それから比例定数を求めておけば、−層好ましい。

実際の測定ではこの比例定数ｋを利用して演算を行い、
第一の直流電圧信号Ｖ　ＤＣＩを零にするよう第二の直
流電圧値Ｖ　ＤＣ２を交流電圧信号■１に加算し、加算
した第二の直流電圧値■、。に基づいて、交流電流に含
まれる直流電流ＩＡＣを決定する。

〔作用〕

本発明では、まず交流電流を交流電圧に変換して交流電
圧信号を生成し、生成した交流電圧信号について交流電
圧信号の各周期における正および負の時限をそれぞれ検
出する。交流電圧信号の正の時限と負の時限の差に対応
した直流電圧信号（第一の直流電圧信号）を生成する。

ゼロクロス点の前後で交流電圧信号が正である時限と負
である時限の差は、前述の通りゼロクロス点の時間差で
ある。従って、交流電圧信号の正の時限と負の時限の差
に対応した直流電圧信号を生成することは、ゼロクロス
点の時間差に対応した直流電圧信号を生成することに相
当する。交流電圧信号のゼロレベルのシフト分の電圧Ｖ
ｄｃと、周期Ｔ、ゼロクロス点の時間差ｔ、波高値■□
との間には式％式％） で示される関係があることが知られている。ゼロクロス
点の時間差ｔが充分小であるとき、この式は返信的に Ｖａ−一（ｖｐｋ／　４　Ｔ　）　ｔ　＝　ｋ　ｔ（た
だし　ｋ＝Ｖｐｋ／４Ｔ） となる。交流電圧信号（正および負の時限を有する）Ｖ
Ａｃに直流分が含まれるときには、上式に従いゼロクロ
ス点の時間差ｔが生じる。交流電圧信号が正である時限
と負である時限の差を検出することは、この交流電圧信
号ＶＡＣに含まれる直流分に由来するゼロクロス点の時
間差ｔを検出することに相当する。交流電圧信号の正の
時限と負の時限の差に対応した第一の直流電圧信号を生
成させると、それは交流電圧信号のゼロクロス点の時間
差ｔに応した大きさをもつ。このように、本発明の方法
ではゼロクロス点の時間差の検出が交流電圧信号の波形
に関係なく行われるから、交流電流に雑音等が入ってい
たり、非対称的な歪があっても、影響されない。

本発明では、交流電圧信号（正および負の時限を有する
）に加算したとき第一の直流電圧信号を零にする直流電
圧信号（第二の直流電圧信号）を算出し、この第二の直
流電圧信号を交流電圧信号（正および負の時限を有する
）に加算する。第二の直流電圧信号を算出するに際して
は、上記の弐Ｖｄｃ＝ｋｔ　　（ただし　ｋ＝Ｖｐｋ／
４Ｔ）において交流電圧信号の波高４１ｖ−におよび周
期Ｔカ一定なら、ゼロレベルのシフト分の電圧■。とゼ
ロクロス点の時間差ｔとの間には近似的に比例関係 ■４ｃ＝ｋｔ（ｋは比例定数） が成り立つことを利用する。この近似的な比例関係は、
交流電圧信号のゼロレベルのシフ）Ｖ、Ｃの変化量ΔＶ
　４　（とゼロクロス点の時間差ｔの変化量Δｔとの間
にも成り立つ（比例定数は同じ＜ｋ）。

第一の直流電圧信号を零にする第二の直流電圧信号を算
出するための前記演算には、予め両者の間の比例定数を
求めておく必要があるが、それにはこの比例関係（ゼロ
レベルのシフト■６ｃの変化量ΔＶｄｃとゼロクロス点
の時間差ｔの変化量Δｔとの間の）を利用することがで
きる。交流ｔｉから変換して得た交流電圧信号の波高値
■□および周期Ｔが一定である限り、一定の比例定数ｋ
を用いて上記の演算に基づき第二の直流電圧信号が算出
されるので、交流電流に含まれる直流電流に変動がある
場合にもそれを連続的に測定できる。

本発明では、上述のような、交流電圧信号（正および負
の時限を有する）ＶＡＣに加算した結果第一の直流電圧
信号Ｖ、ｃ、を零にする第二の直流電圧信号Ｖ　ＤＣ２
に基づき、交流電流ＩＡｃに含まれる直流電流■ゎ、を
決定する。交流電圧信号■、、の正の時限と負の時限の
差に対応した第一の直流電圧信号■。、を零にすること
は、交流電圧信号Ｖ　４　（のゼロクロス点の時間差ｔ
を零にすることを意味するから、それは取りも直さず交
流電圧信号■Ａｃのゼロレベルのシフト分の電圧を零に
することに相当する。それ故、本発明の方法において、
交流電圧信号■Ａｃの正の時限と負の時限の差に対応し
た第一の直流電圧信号ＶＤＣＩを零にするように加算し
た第二の直流電圧信号　■０，２は、加算することによ
り交流電圧信号ＶＡＣのゼロレベルのシフト分の電圧■
。を零にする直流電圧（信号）に相当する。それは同時
に、ゼロレベルのシフト分の電圧■。そのものに相当す
る。交流電圧信号ＶＡＣは交流を流ＩＡＣから変換して
生成したものであるから、交流電圧信号ＶＡＣのゼロレ
ベルのシフト分の電圧■。を零にする第二の直流電圧信
号■ゎｃ２は、交流電流ＩＡＣのゼロレベルのシフト分
、つまり含まれる直流分に対応するものであり、前者に
基づき後者が決定される。

交流電圧信号が正および負いずれかの時限を有しない、
つまりゼロクロス点が存在しない場合にも、正および負
いずれかの時限かが判定できるため、ゼロクロス点が存
在する方向に第２の直流電圧信号■ゎ６．を加えること
によって、ゼロクロス点を存在させることができ、上記
同様、交流電圧信号■＾Ｃの正の時限と負の時限の差に
対応した第一の直流電圧信号ＶＤＣＩを零にする第二の
直流電圧信号Ｖ　ＤＣ！に基づき、交流電流ＩＡＣに含
まれる直流電流Ｉ。Ｃを決定することができる。

〔実施例１〕 本発明の方法の実施例を、以下図面に従って説明する。

第１図に本発明による直流電流測定に適用される構成を
示す。電流電圧変換回路１は、被測定交流電流（直流電
流を含む）を入力して交流電圧信号に変換する。電流電
圧変換回路１の出力は、後述する演算回路６により算出
されたレベルの直流電圧を交流電圧信号に加算させるた
めの直流電圧加算回路２に接続され、直流電圧加算回路
２の出力はコンパレータ３に接続されている。コンパレ
ータ３は交流電圧信号をゼロレベルと比較し、図示しな
いタイミングパルス発生回路からのタイミングパルスに
同期して、正または負のパルスを発生する。コンパレー
タ３の出力はフィルタ４に接続されている。フィルタ４
はコンパレータ３からの正および負のパルスを所定の期
間積算し、積算値に応した直流電圧に変換する。フィル
タ４からの直流電圧出力は、Ａ／Ｄ変換回路５を通して
演算回路６に入力される。演算回路６の出力はＤ／Ａ変
換回路７を通して直流電圧加算回路２に接続されている
。

第１図の構成による直流電流測定方法のタイミングチャ
ートを第２図に、フローチャートを第３図に示す。以下
に、第１図の構成による直流電流測定方法を、第２図の
タイミングチャートおよび第３図のフローチャートを適
宜参照しつつ説明する。

被測定交流電流（直流電流および雑音を含む）ＩＡＣが
ｔ流電正変換回路１に入力されると、電流電圧変換回路
１はそれを交流電圧信号ＶＡｃ（第２図（ａ））に変換
する（第３図のステップｉ）。交流電圧信号ＶＡＣは、
直流電圧加算回路２を経てコンパレータ３に入力され、
コンパレータ３において所定のタイミングでゼロレベル
と比較される。ゼロレベルより大きい信号ならば正パル
スＰ１が、ゼロレベルより小さい信号ならば負パルスＰ
、が、所定のタイミング毎に発生する（第２図（ｂ）　
）。これらのパルスＰ＋、Ｐｇはフィルタ４に入力され
、フィルタ４により、正負のパルスｐ、、Ｐ、が所定の
期間計数される（第２図（Ｃ））、フィルタ４における
計数の結果、正パルスＰ、と負パルスＰ８の差分■、が
得られる（第２図（Ｃ））、前記所定の期間としては、
例えば交流電圧の１周期、あるいはその整数倍が選ばれ
る。フィルタ４による計数はこの期間の経過毎にリセッ
トされる。この計数差■、に基づいて第一の直流電圧信
号ＶＤＣＩ（第２図（ｄ））が得られる（第３図のステ
ップｉｉに相当）、第一の直流電圧信号ＶＤＣＩは交流
電圧信号■１の正および負の時限の差に対応した電圧値
を有する。正および負の時限の差は、ゼロクロス点の時
間差（先に定義した）に等しい、従って、第一の直流電
圧信号Ｖ　ＤＣＩは交流電圧信号ｖＡＣのゼロクロス点
の時間差に対応した値を有する（第３図ステップ■で　
Ｖｎｃ、＝　Ｏ：　Ｎ　Ｏの場合に相当する）、第一の
直流電圧信号■。３．はＡ／Ｄ変換回路５を通して演算
回路６に入力される。演算回路６では、交流電圧信号■
Ａｃに加算すると直流電圧■。、１が零になるような第
二の直流電圧信号Ｖ　ＤＣＺが算出され（第３図のステ
ップｉｖに相当する。Ｖｂｃｚ　＝　ｋ　・ＶＤＣＩ）
、この演算出力はＤ／Ａ変換回路７を通して直流電圧加
算回路２に第二の直流電圧ＶＥＩＣ！　　（第２図（ｅ
））として入力され、直流電圧加算回路２で交流電圧信
号■Ａｃに加算される（第３図のステップＶの実行に相
当する）。

第２図の例では交流電圧信号ＶＡＣのゼロレベルは正に
シフトしており、このときフィルタ４からの第一の直流
電圧信号Ｖ　Ｄ　ＣＩ　は正となるが、演算回路６で算
出され直流電圧加算回路２に供給される第二の直流電圧
信号Ｖ　ＤＣＺは負とされる。直流電圧加算回路２で加
算される直流電圧信号■。、２は、フィルタ４の時定数
に見合う時間だけ印加され、この間に第一の直流電圧信
号■１，１および第二の直流電圧信号■。、ｔは徐々に
減少し、零になる（第３図ステップ出で　ＶＤＣＩ　＝
　Ｏ：　Ｙ　Ｅ　Ｓ　　となることに相当）。このとき
の第二の直流電圧信号■。、２の値ｖ　、ｃ、’から直
流電流分が測定される（第３図のステップｖｉ、　ｖｉ
に相当する）。

直流電流成分が交流電流成分より大きい場合には、第２
図（ｆ）に示すように、電流電圧変換回路１から出力さ
れる交流電圧信号ＶａＣはゼロクロス点を示さず、この
場合、第２図（８０に示すように、交流電圧信号の１周
期の間にコンパレータ３から正または負のパルスのみが
発生し、これがフィルタ４で所定の期間計数されると一
定レベルの出力を与える。この一定レベルの出力に基づ
いて同じように第一および第二の直−ｉｔ圧信号Ｖ　Ｄ
　ＣＩおよびＶＤ４Ｋが得られ、第二の直流電圧信号Ｖ
　ＤＣＺが交流電圧信号ＶＡＣに加算される。その結果
、交流電圧信号ＶＡＣがゼロクロス点を有するようにな
る。

従って、第２図（ａ）ないしくｅ）で示したと同じ方法
により直流分の検出が可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によると、ゼロクロス点の検出が交流電圧信号の
波形や雑音の存在に関係なく行われるから、交流電流に
雑音等が入っていたり、非対称的な歪があっても、被測
定電流に含まれる直流電流を高い精度で測定できる。ま
た、直流電流分が交流電流より大きい場合でも、直流電
流の測定が可能である。

さらに、被測定電流に含まれる直流電流が変動するよう
な場合でも、それに応じて第二の直流電圧信号を演算し
て交流電圧信号に加算するので、被測定電流に含まれる
直流電流をその変動に追従して精度よく測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例に用いた構成を示すブ
ロック図、第２図（ａ）〜（ｇ）は本発明の方法の一実
施例のタイミングチャート、第３図は本発明の方法の一
実施例のフローチャートである。 符号の説明 １−−−−−−一電流電圧変換回路　５−−−−−−−
Ａ　／　Ｄ変換回路２−・−−一−−直流電圧加算回路
　６・・・・・・−演算回路３−−−−−−−コンパレ
ータ　　　７−・−・−Ｄ／Ａ変換回路４−・−・・フ
ィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電流に含まれる直流電流を測定する方法にお
   いて 前記交流電流を交流電圧に変換して交流電圧信号を生成
   し、 前記交流電圧信号の正および負の時限をそれぞれ検出し
   、 前記交流電圧信号の前記所定の期間における正の時限と
   負の時限の差に応じた第一の直流電圧信号を生成し、 前記交流電圧信号に加算したとき前記第一の直流電圧信
   号を零にする第二の直流電圧信号を算出し、 前記第二の直流電圧信号を前記正および負の時限を有す
   る交流電圧信号に加算し、 加算の結果前記第一の直流電圧信号が零となる前記第二
   の直流電圧信号に基づいて前記直流電流を決定すること
   を特徴とする直流電流測定方法。
2. （２）前記交流電圧信号に加算したとき前記第一の直流
   電圧信号を零にする第二の直流電圧信号の前記算出は、
   前記正および負の時限を有する交流電圧信号に所定の大
   きさの第二の直流電圧信号を加算したとき生じる前記第
   一の直流電圧信号の変化量と、前記加算した所定の第二
   の直流電圧信号の大きさの比に基づいて行われる、請求
   項第１項の直流電流測定方法。