JPH0676873U - 高調波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定機器に対する測定装置の出力インピー
ダンスを規定できるとともに被測定機器に対する供給電
圧を一定とし、しかも異常な供給電圧の供給を防止する
高調波測定装置を提供する。 【構成】 被測定機器１００に対する供給電圧および負
荷電流を読み取って供給電圧を安定化するとともに、供
給電圧の過不足電圧比率と負荷電流との整合性を判定
し、異常時には被測定機器に対する電圧供給を停止す
る。 【効果】 負荷電流の変動に拘らず被測定機器に対する
電源の出力インピーダンスが一定となり、また被測定機
器が過不足電圧から保護される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、商用電源に接続された機器が発生する高調波を測定する高調波測 定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、家電製品など商用交流電源を電源とする機器は、その動作状態におい て負荷電流にいくらかの高調波成分が生じる。特にインバータ回路を内蔵したモ ータ機器や照明機器などにおいては、比較的次数の高い高調波成分が生じる。こ のような高調波成分は電力系統およびその電力系統に接続された他の機器に対し 種々の悪影響を及ぼす。

【０００３】 電力系統に重畳される高調波成分は電力系統側で交流フィルタによって抑制さ れるが、根本的には高調波発生源である機器側の設計によって一定基準以下に減 少させなければならない。

【０００４】 このように機器から発生される高調波成分を正確に測定するために高調波測定 装置が用いられる。従来の高調波測定装置は試験用電源の基になる波形のディジ タルデータを順次ＤＡ変換器によってアナログ信号に変換し、これを増幅して系 統模擬用インピーダンス回路を介して被測定機器に供給するとともに、被測定機 器に対する供給電圧を検出して増幅回路のゲインを制御するフィードバック回路 を構成して、被測定機器に対する供給電圧の安定化を図っていた。前記系統模擬 用インピーダンス回路は、被測定機器から高調波測定装置をみたインピーダンス と、その被測定機器を実際に電力系統に接続した状態で被測定機器から電力系統 をみたときのインピーダンスとが略等しくなるようにして、被測定機器を実際の 使用状態に近似した状態で測定するために用いられる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 ところが、このような従来の高調波測定装置においては、ＤＡ変換器の精度お よび増幅回路の精度に応じて増幅回路の出力電圧が定まり、系統模擬用インピー ダンス回路により負荷供給電流に応じた電圧降下が生じる。この系統模擬用イン ピーダンス回路の出力側の電圧すなわち被測定機器に対する供給電圧を検出して 該供給電圧が一定になるようにフィードバック制御を行えば、前記系統模擬用イ ンピーダンス回路による電圧降下の問題は生じないが、このフィードバック動作 により被測定機器に対する負荷供給電流の変動によって高調波測定装置の出力イ ンピーダンスが変動することになる。そのため、高調波測定を行う試験方法のう ち測定装置の出力インピーダンスを規定している試験には使用できないことにな る。

【０００６】 また、被測定機器に対する供給電圧を安定化させるために、供給電圧を検出し てＡＤ変換し、ディジタルデータとしてモニタリングし、供給電圧の振幅を制御 する方法も考えられる。しかしこの方式ではアナログ回路によるフィードバック 系がないために測定装置の出力インピーダンスを規定できるが、ＡＤ変換器の入 出力部またはＡＤ変換器自体が故障した際に誤った測定を行うことになり、異常 な過電圧または不足電圧が被測定機器に供給されて被測定機器が故障するおそれ が生じる。

【０００７】 この考案の目的は被測定機器に対する測定装置の出力インピーダンスを規定で きるとともに被測定機器に対する供給電圧を一定とし、しかも異常な供給電圧の 供給を防止する高調波測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案は、被測定機器に対して試験用電源を供給した状態で被測定機器に対 する供給電圧または供給電流に含まれる高調波成分を測定する装置であって、 前記試験用電源の基になる波形のディジタルデータを生成する波形データ生成 手段と、 この波形データ生成手段により生成されたディジタルデータをアナログ信号に 変換するＤＡ変換手段と、 このＤＡ変換手段により変換されたアナログ信号を増幅する増幅回路と、 この増幅回路の出力部と被測定機器に対する出力端子との間に挿入した系統模 擬用インピーダンス回路と、 被測定機器に対する供給電圧を検出してディジタルデータに変換する第１のＡ Ｄ変換手段と、 被測定機器に流れる負荷電流を検出してディジタルデータに変換する第２のＡ Ｄ変換手段と、 被測定機器に対し供給すべき定格電圧値と第１のＡＤ変換手段により求めた実 際の供給電圧値とから被測定機器に対する供給電圧の過不足電圧比率を求める過 不足電圧比率算出手段と、 第２のＡＤ変換手段により求めた負荷電流値と前記系統模擬インピーダンス回 路のインピーダンスとからその系統模擬インピーダンス回路による降下電圧値を 求める第１の降下電圧値算出手段と、 前記定格電圧値と前記過不足電圧比率とから前記系統模擬インピーダンス回路 による降下電圧値を求める第２の降下電圧値算出手段と、 前記第１の降下電圧値算出手段の求めた降下電圧値と、第２の降下電圧値算出 手段の求めた降下電圧値が所定の許容範囲内で一致するか否かを判定する電圧降 下状態正常／異常判定手段と、 前記電圧降下状態正常／異常判定手段が正常状態を判定しているとき前記過不 足電圧比率に応じて前記波形データ生成手段の生成するデータの振幅率を変えて 、被測定機器に対する供給電圧を定格電圧に一定化する定電圧化制御手段と、 前記電圧降下状態正常／異常判定手段が異常を判定したとき被測定機器に対す る電源電圧の供給を停止するとともにエラー報知を行う異常時制御手段とからな る。

【０００９】

【作用】

この考案の高調波測定装置では、波形データ生成手段は試験用電源の基になる 波形のディジタルデータを生成し、ＤＡ変換手段は波形データ生成手段により生 成されたディジタルデータをアナログ信号に変換し、増幅回路はそのアナログ信 号を増幅する。系統模擬用インピーダンス回路は増幅回路の出力部と被測定機器 に対する出力端子との間に挿入され、被測定機器から見たこの高調波測定装置の 電源出力部が配電線等を含む一般的な電力系統と等価なインピーダンスとなるよ うに作用する。第１のＡＤ変換手段は被測定機器に対する供給電圧を検出してデ ィジタルデータに変換し、第２のＡＤ変換手段は被測定機器に流れる負荷電流を 検出してディジタルデータに変換する。過不足電圧比率算出手段は被測定機器に 対し供給すべき定格電圧値に対する第１のＡＤ変換手段により求めた実際の供給 電圧値の比または定格電圧値に対する過不足電圧分の比を過不足電圧比率として 求める。第１の降下電圧値算出手段は第２のＡＤ変換手段により求めた負荷電流 値と系統模擬インピーダンス回路のインピーダンスとからその系統模擬インピー ダンス回路による降下電圧値を算出する。第２の降下電圧値算出手段は前記定格 電圧値と前記過不足電圧比率とから前記系統模擬インピーダンス回路による降下 電圧値を算出する。電圧降下状態正常／異常判定手段は第１の降下電圧値算出手 段の求めた降下電圧値と第２の降下電圧値算出手段の求めた降下電圧値が所定の 許容範囲内で一致するか否かによって前記系統模擬インピーダンス回路による電 圧降下状態が正常であるか異常であるかを判定する。すなわちＤＡ変換手段に対 し規定のデータを与えているにも拘らず、被測定機器に対する実際の供給電圧値 が定格電圧値とならない要因は、系統模擬インピーダンス回路による電圧降下で ある。この系統模擬インピーダンス回路による降下電圧はその系統模擬インピー ダンス回路のインピーダンスと負荷電流値に基づき前記降下電圧値算出手段によ り求められるが、被測定機器に対し供給すべき定格電圧値と過不足電圧比率とに よっても系統模擬インピーダンス回路による降下電圧値が定まる。被測定機器に 対する供給電圧および負荷電流を正しく測定していれば、系統模擬インピーダン ス回路のインピーダンスと負荷電流値により第１の降下電圧値算出手段が求めた 降下電圧値と、定格電圧値と過不足電圧比率により第２の降下電圧値算出手段が 求めた降下電圧値とは等しくなる。もしＡＤ変換手段の異常により供給電圧値ま たは負荷電流値が正しく測定されていなければ前者の降下電圧値と後者の降下電 圧値とは等しくならない。前記電圧正常／異常判定手段はその判定を行う。定電 圧化制御手段は前記判定手段が正常状態を判定しているとき過不足電圧比率に応 じて波形データ生成手段の生成する波形データの振幅率を変えて、被測定機器に 対する供給電圧を定格電圧に一定化する。そして、異常時制御手段は前記判定手 段が異常状態を判定したとき被測定機器に対する電源電圧の供給を停止するとと もにエラー報知を行う。

【００１０】 以上のようにして、増幅回路に対するアナログ回路によるフィードバックを行 わずに被測定機器に対する供給電圧を一定化するようにしたため、負荷電流の変 化によっても被測定機器に対する電源の出力インピーダンスが変化せず、出力イ ンピーダンスが規定できる。このため出力インピーダンスを規定している高調波 測定試験に適用できるようになる。また、ＡＤ変換手段の誤動作などにより、被 測定機器に対する供給電圧または負荷電流が正しく測定されなくなったときであ っても被測定機器に対し過電圧または不足電圧などの異常な電源電圧が供給され ず、これにより被測定機器を保護することができる。

【００１１】

【実施例】

この考案の実施例である高調波測定装置の構成をブロック図として図１に示す 。図１においてＣＰＵ１はＲＯＭ２に予め書き込んだプログラムを実行して波形 データの生成、定電圧化制御、測定結果の正常／異常判定および高調波分析など 各種処理を行う。ＲＡＭ３はサンプリングデータのバッファリングや演算処理の ための各種ワーキングエリアとして用いる。ＡＤボード４はＡＤ変換処理を行う ボードであり、二つの入力回路４１，４２、マルチプレクサ４３、ＡＤ変換器４ ４およびＩ／Ｏポート４５から構成している。入力回路４１は被測定機器１００ に対する供給電圧を入力し、入力回路４２は被測定機器１００に流れる負荷電流 の検出信号を入力する。マルチプレクサ４３は入力回路４１または入力回路４２ のいずれか一方を選択してＡＤ変換器４４へ与える。ＡＤ変換器４４はこれをサ ンプリングするとともにディジタルデータに変換する。ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート ４５を介してＡＤ変換器４４とマルチプレクサ４３の制御を行うとともに変換さ れたディジタルデータを読み取る。ＤＡボード５はＤＡ変換処理を行うボードで あり、波形メモリ５１、メモリ制御回路５２およびＤＡ変換器５３から構成して いる。波形メモリ５１は被測定機器に与える試験用電源の基になる波形のディジ タルデータを記憶し、メモリ制御回路５２は波形メモリ５１の内容を順次繰り返 し読み出してＤＡ変換器５３へ与える。ＤＡ変換器５３はこれをアナログ信号に 変換する。従ってＣＰＵ１が波形メモリ５１に対し例えば基本周波数の１波長分 の波形データを書き込むことによって、対応する波形信号がＤＡボード５から増 幅回路６へ与えられることになる。増幅回路６は入力信号を一定ゲインで増幅し トランス７の一次側を駆動する。図１において８は系統模擬用インピーダンス回 路であり、トランス７の二次側と被測定機器１００に対する出力端子との間に設 けている。この系統模擬用インピーダンス回路８は抵抗８１とインダクタ８２の 直列回路から構成している。なお抵抗８１は負荷電流を検出するためのシャント 抵抗を兼ねている。分周回路１０はクロック信号発生回路９からのクロック信号 を分周してＡＤボード４およびＤＡボード５に対し所定のクロック信号を供給す る。ＣＰＵ１は分周回路１０に対し基本波周波数に応じた分周比を設定する。例 えば第２５６次までの高調波成分を求めるのであれば、基本波の一周期を５１２ 回サンプリングするためにＡＤボード４に対しては５１２×基本波周波数（５０ Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の周波数を有するクロック信号を与え、ＤＡボード５に対 しては例えば５１２×基本波周波数またはその２倍の１０２４×基本波周波数を 有するクロック信号をそれぞれ与えるように設定する。キー入力装置１１は被測 定機器１００に与えるべき試験用電源の基本波周波数、実効値、含有させる高調 波のデータ（試験用電源の波形としては純粋な正弦波形だけでなく、所定の高調 波を予め含有させておく場合がある。）などを設定するために用いられ、ＣＰＵ １はインタフェース１２を介してキー入力装置１１の操作内容を読み取る。プリ ンタ１３は測定結果などを記録する。ＣＰＵ１はインタフェース１４を介してプ リント制御を行う。

【００１２】 次に、ＲＯＭ２に予め書き込まれているプログラムに従ってＣＰＵ１が実行す る動作手順をフローチャートとして図２に示す。まず被測定機器に与えるべき試 験用電源の基本波電圧実効値および基本波周波数および含有させる高調波のデー タ（その次数と基本波に対する振幅比および位相のデータ）をそれぞれキー入力 装置から読み取る（ｎ１）。続いて設定された基本波周波数に応じて分周回路の 分周比を設定し、波形データを生成しこれを波形メモリ５１に書き込む（ｎ２→ ｎ３）。この波形データは、基本波と各次数の高調波のレベルと位相データを逆 フーリエ変換することによって求める。その後、ＤＡボードへ波形出力を開始す る指示信号を出力する（ｎ４）。これにより増幅回路６に対し波形信号が与えら れ、被測定機器１００に対し試験用電源が供給される。この状態で被測定機器に 対する供給電圧および負荷電流をＡＤボード４から読み取る。具体的には、まず １周期分の供給電圧と負荷電流のサンプリングデータをそれぞれ読み取り、実効 電圧値と実効電流値をそれぞれ算出し、さらに一定時間の平均実効電圧値と平均 実効電流値を算出し、これをそれぞれ供給電圧値と負荷電流値とする（ｎ５→ｎ ６→ｎ７→ｎ８→ｎ９→ｎ１０）。続いて被測定機器に対し供給すべき定格電圧 値と実際に読み取った供給電圧値とから過不足電圧比率を算出する（ｎ１１）。

【００１３】 この過不足電圧比率が予め定めた許容範囲内に達していなければ読み取った負荷 電流と既知として与えられている系統模擬用インピーダンスとから系統模擬用イ ンピーダンス回路による降下電圧値を算出するとともに、被測定機器に供給すべ き定格電圧値と過不足電圧比率とからも系統模擬用インピーダンス回路による降 下電圧値を算出し、両降下電圧値が所定の許容範囲内で一致するか否かによって 電圧降下状態の正常／異常を判定する（ｎ１２→ｎ１３→ｎ１４）。前記二つの 降下電圧値が予め定めた許容範囲内で一致すれば、過不足電圧比率に応じてその 過不足分が０になる方向に波形メモリ内の波形データの振幅を変更する（ｎ１５ ）。もし前記二つの降下電圧値が予め定めた許容範囲内で一致しなければ、直ち に被測定機器に対する電源電圧の供給を停止するとともにその旨のエラー出力を 行う（ｎ１６→ｎ１７）。通常はステップｎ５〜ｎ１５の処理を繰り返し、過不 足電圧比率に応じて波形データの振幅を変更することによって、負荷電流の変動 に拘らず供給電圧を定格電圧に安定化する。この過不足電圧比率が予め定めた許 容範囲内であれば測定開始指示を待つ（ｎ１８）。測定開始指示が行われたなら 、１周期分の供給電圧と負荷電流のサンプリングデータをそれぞれ読み取ってＦ ＦＴ（高速フーリエ変換）してスペクトラム分析を行う（ｎ１９→ｎ２０→ｎ２ １）。そしてその結果の内必要な次数までをプリントアウトする（ｎ２２）。ス テップｎ１９〜ｎ２２の処理は測定指示が行われるごとに実行する。なお、供給 電圧と負荷電流のサンプリングおよびスペクトラム分析を自動的に順次繰り返し 行い、その平均値を求めるようにしてもよい。

【００１４】

【考案の効果】

この考案によれば、被測定機器に流れる負荷電流の変動に拘らず被測定機器に 対する電源の出力インピーダンスが変化しないため、出力インピーダンスを規定 している高調波測定試験にも適用可能となる。また、ＡＤ変換手段の異常などに より供給電圧または負荷電流を正しく測定できなくなった場合でも、被測定機器 に対し過電圧または不足電圧などの異常電圧が供給されず、被測定機器を保護す ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例である高調波測定装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】この考案の実施例である高調波測定装置の処理
手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

４４−ＡＤ変換器 ５３−ＤＡ変換器 ８−系統模擬用インピーダンス回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定機器に対して試験用電源を供給し
   た状態で被測定機器に対する供給電圧または供給電流に
   含まれる高調波成分を測定する装置であって、 前記試験用電源の基になる波形のディジタルデータを生
   成する波形データ生成手段と、 この波形データ生成手段により生成されたディジタルデ
   ータをアナログ信号に変換するＤＡ変換手段と、 このＤＡ変換手段により変換されたアナログ信号を増幅
   する増幅回路と、 この増幅回路の出力部と被測定機器に対する出力端子と
   の間に挿入した系統模擬用インピーダンス回路と、 被測定機器に対する供給電圧を検出してディジタルデー
   タに変換する第１のＡＤ変換手段と、 被測定機器に流れる負荷電流を検出してディジタルデー
   タに変換する第２のＡＤ変換手段と、 被測定機器に対し供給すべき定格電圧値と第１のＡＤ変
   換手段により求めた実際の供給電圧値とから被測定機器
   に対する供給電圧の過不足電圧比率を求める過不足電圧
   比率算出手段と、 第２のＡＤ変換手段により求めた負荷電流値と前記系統
   模擬インピーダンス回路のインピーダンスとからその系
   統模擬インピーダンス回路による降下電圧値を求める第
   １の降下電圧値算出手段と、 前記定格電圧値と前記過不足電圧比率とから前記系統模
   擬インピーダンス回路による降下電圧値を求める第２の
   降下電圧値算出手段と、 前記第１の降下電圧値算出手段の求めた降下電圧値と、
   第２の降下電圧値算出手段の求めた降下電圧値が所定の
   許容範囲内で一致するか否かを判定する電圧降下状態正
   常／異常判定手段と、 前記電圧降下状態正常／異常判定手段が正常状態を判定
   しているとき前記過不足電圧比率に応じて前記波形デー
   タ生成手段の生成するデータの振幅率を変えて、被測定
   機器に対する供給電圧を定格電圧に一定化する定電圧化
   制御手段と、 前記電圧降下状態正常／異常判定手段が異常を判定した
   とき被測定機器に対する電源電圧の供給を停止するとと
   もにエラー報知を行う異常時制御手段とからなる高調波
   測定装置。