JPS5851224B2 - 交流電源の電力を測定するための静的測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流回路の電力を測定する静的測定装置に関す
る。

交流回路の電力を測定する静的測定装置は通常いわゆる
時分割測定法に従って作動する。

そのような測定装置はたとえばＣＨ−ＰＳ４６２９５３
より公知である。

この装置は電源電圧と電源電流を浮動させて供給するた
めに変圧器と変流器を有する。

変圧器の２次側でとられた測定電圧はパルスの持続期間
と休と期間との差の和に対する割合が測定電圧従って電
源電圧の瞬間値に比例するようなパルス電圧を発生する
いわゆるマーク、スペース変調器を制御する。

変流器の負荷でとらえられた、電源電流に比例する電圧
はマーク、スペース変調器で発生したパルス電圧に同期
して極性が変えられる。

このようにして得られた交流量の時間的平均値は電源電
圧と電源電流の積、すなわち交流電力に相当する。

変圧器と変流器は高品質材料からなる比較的大きな磁気
コアを必要とし従って高価になる。

そのほか変流器は位相誤差があり、その誤差は測定装置
の測定精度に不利に作用し、たとえば電流回路の電子誤
差補償によりあるいは電圧測定回路の逆方向に作用する
移相器により認容できる値まで小さくしなければならな
い。

また電圧測定回路において変圧器を用いないですませて
いるが、電子的に誤差を補償する変流器を必要とする時
分割掛算器付き測定装置が知られている。

また静的一致法に従って作動し、電源電圧により制御さ
れ電源電流により制御されるマーク、スペース変調器が
２つのパルス電圧を発生しその時間的一致が電力用の尺
度を表わす静的測定装置が知られている（ＣＨ−ＰＳ５
５１０１３および５３８１２２）。

最後に直接時間コード化した直流の浮動測定方法が知ら
れており（ＤＴ−Ｏ８２１１２３１５）、この方法では
少なくとも３つの異なる巻線を有する磁化可能な鉄心が
第一の巻線すなわち予備磁化巻線により飽和するまで制
御され、また第２の巻線、すなわち測定巻線は測定すべ
き電流を導き、−力筒３の巻線、すなわち誘導巻線は鉄
心の磁束密度変化を介して誘導電圧を供給する。

この誘導電圧は微分され、測定電流の影響により鉄心に
現われる微分誘導電圧の零連頂点の時間移動が測定すべ
き電流の強さと方向の尺度として利用される。

本発明の課題は高価な変圧器および変流器を省略した構
成の簡単な精度の高い交流回路の電力を測定する静的な
測定装置に関する。

この課題は特許請求の範囲に記載した特徴により解決さ
れる。

次に本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図において１はマーク・スペース変調器を示し、こ
の変調器は第１の巻線３と第２の巻線４を有する磁心２
、三角波電流発生器５、微分器６および零しきい値スイ
ッチ７から構成される。

交流電源の電流■は巻線３を通過する。

巻線４の一方の端子８は、リード線９により、コンデン
サ１０を介して零しきい値スイッチとして作動する演算
増幅器７の非反転入力に接続される。

演算増幅器７の反転入力はリード線１１を介して接地さ
れ、またリード線１２を介して巻線４の他方の端子１３
に接続される。

コンデンサ１０とともに微分器６を形成する抵抗１４は
、一方の端子を増幅器７の非反転入力に接続され、他方
の端子を接地される。

リード線１１に抵抗１５が、またリード線１２にコンデ
ンサ１６が挿入され、これらは第２の微分器１７を形成
する。

三角波電流発生器５はこの例では巻線４の端子８，１３
に接続される。

しかし三角波電流発生器５を磁心２の第３の巻線に接続
することも可能である。

第２の微分器１７は、第３図に図示した三角波電流発生
器の実施例の場合のように、発生器５の出力１９が零電
位と異なる電位を有するとき電位分離に必要である。

零しきい値スイッチ７の出力２０はマーク・スペース変
調器１の出力を表わし、その出力は一方ではトランジス
タ２１の制御電極に接続され、また他方では入力側の抵
抗２３とフィードバック線に接続された抵抗２４とを有
する反転増幅器２２を介してトランジスタ２５の制御電
極に接続される。

プッシュプルで制御されるトランジスタ２１．２５は振
幅変調器２６の極性変換器として作動する。

変流電源の電圧Ｕは抵抗２７を介して、フィードバーク
線に抵抗２９を有する増幅器２８に供給される。

入力側に抵抗３１とフィードバック線に抵抗３２を有す
る反転増幅器３０が増幅器２８の出力に接続される。

増幅器２８の出力は抵抗３３とトランジスタ２１とを介
してトランジスタ２１゜２５の出力の接続点３５に接続
され、反転増幅器３０の出力は抵抗３４およびトランジ
スタスイッチ２５を介して接続点３５に接続される。

接続点３５に流れる電流は、抵抗３６とコンデンサ３７
で負帰還されたフィルタとして作用する演算増幅器３８
に達する。

この抵抗３６、コンデンサ３７、増幅器３８は電流−電
圧変換器を構成する。

この増幅器３８の出力には交流電力を表示するため直流
電圧測定器３９が接続され、また電力を表示するために
、パルスカウンタ４１を作動する電圧−周波数変換器４
０が接続される。

従って接続点３５は電流−電圧変換器３６．３７．３８
及び電圧−周波数変換器４０から威る電流−周波数変換
器の入力に直接接続される。

説明した測定装置の作動は次の通りである。

三角波電流発生器５により巻線４には三角形状の交流電
流■１（第２ａ図）が供給され、その周波数は電源周波
数より大きく、また交流電流■１は磁心２を磁化方向の
一方向また他方向に交互に制御し飽和させる。

電源電流■が零の値をもつとき、巻線４には対称な交流
電圧Ｕ１（第２ｂ図）が誘導され、その交流電圧は同じ
時間間隔を隔てて連続するはゾ正負の針状パルスからな
る。

微分器６の出力ないしは零しきい値スイッチ７の入力に
はそれぞれ電圧Ｕ１の最大値あるいは最小値となる時点
で時間軸ｔと交わる電圧Ｕ２（第２ｃ図）が発生する。

電圧Ｕ２が零を通過する毎に零しきい値スイッチ７はそ
の状態を変える。

その出力の三角波パルス電圧Ｕ３（第２ｄ図）は体上期
間Ｔｂと同じ大きさのパルス持続期間Ｔａを有する。

これに対して交流電流■の瞬間値ｉ１が零よりも大きい
ときは、電圧Ｕ１は第２ｂ図において点線で示したよう
に負の電圧パルスは左側にまた正の電圧パルスは右側に
移動するもので、交流電源電流■１は電流■１の磁化効
果を助ける。

この効果はパルス継続期間Ｔａを増加し体上期間Ｔｂを
減少して とすることである。

たゾしに１は定数である。パルス持続期間中はトランジ
スタスイッチ２１は導通し、トランジスタスイッチ２５
は遮断される。

抵抗３３には電源交流電圧Ｕの瞬間値に比例する電流−
ｉ２が流れる。

それに対して体上期間Ｔｂ中はトランジスタスイッチ２
１は遮断されトランジスタスイッチ２５は導通するので
、抵抗３４には電源交流電圧の瞬間値に比例する電流＋
ｔ２が流れる。

接続点３５の電流ｉ３の平均値は積１２・（−ｉ２’）
、したがって電力に相当する。

電圧−周波数変換器４０は電力に相当するパルス周波数
を発生するのでパルスカウンタ４１は電力を記録する。

説明した測定装置の利点は容易に理解される。

精密な測定変圧器のかわりに、飽和領域で作動し測定変
圧器に比較して非常に小さな断面を有する２つの巻線を
もった簡単な磁心が必要なだけである。

変流器を省略できることによりこれまで必要であった位
相誤差補償の問題は全然生じない。

三角波電流発生器５により発生した電流■１がが理想的
な対称三角波形を有するとき最もよい測定結果が得られ
る。

三角波形の電流カーブは第２ａ図に示したように好まし
くは角が丸められる。

それにより磁心２の電流工１の最大値と最小値の時点で
急速な磁束変化が生じその結果その時点で電圧Ｕ１に飛
躍が起り電圧Ｕ２の針状パルスが乱されることが防上さ
れる。

第３図はこれらの要件を簡単な方法で満足させる三角波
電流発生器の回路図を示す。

第３図において４２は発振器を示し、発振器４２は、増
幅器４３とこれに並列接続されたコンデンサ４４とを有
するいわゆるミラー積分器と、ミラー積分器４３．４４
の出力に接続されたしきい値スイッチ４５と、このスイ
ッチにより制御されるスイッチ４６とから構成され、ス
イッチ４６はミラー積分器の入力に接続された電流源の
極性を制御する。

図示されたスイッチ４６の位置では電流源４７からミラ
ー積分器４３．４４へ一定電流＋■、が流れ、積分器の
出力の電圧は直線的に負方向に減少する。

この電圧がしきい値スイッチ４５の下のしきい値に達す
ると、このスイッチは反転し、スイッチ４６は切り換わ
る。

今度はミラー積分器４３，４４の入力には一定電流−■
、が流れるので、この出力電圧は直線的に正に上昇する
。

ミラー積分器４３．４４の出力は、コンデンサ４８と抵
抗４９からなる微分器に接続され、この微分器の役目は
発振器４２によりつくられた三角波電圧を対称にするこ
と、すなわち存在する直流成分を眼上することである。

微分器４８．４９の出力の電圧は、ダイオード回路５１
に属する増幅器５０に印加される。

増幅器５０は抵抗５２を介して電流源５３を制御する。

電流源５３は増幅器５４からなり、その出力は出力１８
であり、また抵抗５５を介して接地されたその反転入力
は三角波電流発生器５の出力１９である。

ダイオード回路５１はダイオード５６．５７およびツェ
ナーダイオード５８．５９からなる直列回路を有し、そ
の直列回路は抵抗５２と増幅器５４の非反転入力との接
続点と接地との間に接続される。

ダイオード５６とツェナーダイオード５８との接続点は
抵抗６０を介して電圧源−Ｕ。

に接続され、ダイオード５７とツェナーダイオード５９
との接続点は抵抗６１を介して電圧源＋Ｕｏに接続され
る。

増幅器５４の入力の三角波電圧がツェナーダイオード５
９の破壊電圧を越えたとき、ダイオード５７は導通し、
それより電圧は制限される。

同様に、三角波電圧がツェナーダイオード５８の破壊電
圧より下がるときはダイオード５７と逆極性に接続され
たダイオード５６が導通する。

第４図において１′および１“は２つのマーク・スペー
ス変調器を示し、その内部構成は第１図のマーク・スペ
ース変調器１に対応する。

交流電源電流■は変調器１′の巻線３′に供給され交流
電源電圧Ｕは高抵抗６０を介して変調器１“の巻線３“
に接続される。

両度調器の出力２０’、２０“は一致回路６１に接続さ
れる。

サンプル回路６２は一致回路６１の出力およびサンプル
発生器６３に接続され、その発生器はパルス周波数Ｆｒ
の狭いサンプルパルスを発生する。

サンプル回路６２の出力は可逆カウンタ６４の前進カウ
ンタ入力に接続され、その逆算カウンタ入力は周波数分
割器６５を介してサンプル発生器６３に接続される。

周波数分割器６５の分割比は、一致回路６１がパルスの
一致を確認するだけのものかあるいはその両入力に印加
されたパルス電圧のパルス中断の一致を確認するかによ
って４＝１あるいは２：１である。

両マーク・スペース変調器１′および１“の三角波電流
発生器を対応させて設計することにより、そのパルス電
圧が互いに異なるパルス周波数を持つようにすると、可
逆カウンタ６４は電力を記録し、その出力周波数Ｆａの
平均値は電力に相当する。

【図面の簡単な説明】

第１図は時分割掛算器を有する測定装置の原理回路図、
第２図は波形図、第３図は三角波電流発生器の回路図、
第４図は静的一致法により作動する掛算器を有する測定
装置の原理回路図である。 １・・・・・・マーク・スペース変調器、５・・・・・
・三角形電流発生器、６・・・・・・微分器、７・・・
・・・零しきい値スイッチ、３９・・・・・・直流電圧
測定器、４０・・・・・・電圧周波数変換器、４１・・
・・・・パルスカウンタ、４２・・・・・・発振器、５
１・・・・・・ダイオード回路、６１・・・・・・一致
回路、６２・・・・・・サンプル回路、６３・・・・・
・サンプル発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源の電流又は抵抗を介して前記交流電源の電
   圧が印加される第１の巻線と、第２の巻線とを有する磁
   心と、 前記交流電源の周波数より大きい周波数の出力信号を発
   生して前記磁心に与え、前記磁心を飽和制御する発振器
   と、 前記磁心の前記第２巻線に入力が接続された微分器と、 前記微分器の出力を入力しパルス電圧を発生する零しき
   い値スイッチと、 一方の入力が前記零しきい値スイッチの出力に接続され
   、他方の入力が前記交流電源に接続されて前記交流電源
   の電圧又は電流を入力する積分器とを備え、 前記磁心と、発振器と、微分器と、零しきい値スイッチ
   とはマークスペース変調器を構成し、前記零しきい値ス
   イッチからのパルス電圧はその持続期間と体上期間との
   差の和に対する割合が前記交流電源の電流又は電圧の瞬
   時値に比例し、前記積分器は前記零しきい値スイッチの
   出力パルス電圧に応答して前記交流電源の電圧又は電流
   の導通を制御して前記交流電源の電圧と電流の積を示す
   信号を出力することを特徴とする交流電源の電力を測定
   するための静的測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記発振器は前記
   磁心の前記第２の巻線に直接接続された電流源を制御し
   て三角波電圧を発生し、前記発振器と前記電流源との間
   に前記三角波電圧の角を丸めるダイオード回路を接続し
   たことを特徴とする前記静的測定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記零しきい値ス
   イッチの出力に時分割掛算器の振幅変調器の極性切変器
   が接続されていることを特徴とする前記静的測定装置。