ES2963551T3

ES2963551T3 - Dispositivo de medición de potencia y método de medición de potencia

Info

Publication number: ES2963551T3
Application number: ES20813140T
Authority: ES
Inventors: Yuka Miyake; Hiroshi Dohmae; Akio Suzuki; Jun Fujimoto
Original assignee: Daikin Industries Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Daikin Industries Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2024-04-01
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: US20220229096A1; JP7198447B2; CN113994221A; US12019103B2; EP3978938A4; EP3978938A1; JPWO2020241834A1; EP3978938B1; WO2020241834A1

Abstract

La presente invención proporciona un dispositivo de medición de potencia con alta precisión de medición que mide la potencia suministrada a través de una vía de conducción en un estado sin contacto con la vía de conducción. Un dispositivo de medición de potencia (1) está provisto de una unidad de detección de voltaje (3), una unidad de detección de corriente (4) y una unidad de cálculo de potencia (2). La unidad de detección de voltaje (3) detecta, en un estado sin contacto, un voltaje de CA de una ruta de conducción (100) a través del cual se suministra energía desde una fuente de energía de CA cuya magnitud de voltaje de CA se ha establecido en un valor prescrito. y genera primeros datos relacionados con una forma de onda de voltaje del voltaje de CA de la ruta de conducción (100). La unidad de detección de corriente (4) detecta una corriente CA que fluye a través del camino de conducción (100) en el estado sin contacto, y genera segundos datos relacionados con una forma de onda de corriente de la corriente CA del camino de conducción (100). La unidad de cálculo de potencia (2) acepta entradas de los primeros datos y los segundos datos, y calcula la potencia efectiva del camino de conducción (100) a partir de un producto de: un segundo voltaje instantáneo generado al convertir, sobre la base de un valor prescrito, un primer voltaje instantáneo de la forma de onda de voltaje indicada por los primeros datos; y una corriente instantánea de la forma de onda actual indicada por los segundos datos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de medición de potencia y método de medición de potencia

Un aparato de medición de potencia y un método de medición de potencia para medir la potencia suministrada desde una fuente de alimentación CA mediante una trayectoria conductora de tal manera que no entre en contacto con la trayectoria conductora.

Antecedentes de la técnica

Por ejemplo, según se describe en la PTL 1 (Publicación de solicitud de patente japonesa no examinada n.° 2006 343109), se conoce un aparato de medición de potencia en el que se dispone sin contacto un electrodo de detección cerca de un cable eléctrico al que se aplica una tensión de alimentación para detectar una forma de onda de tensión del cable eléctrico y medir la potencia. El aparato de medición de potencia descrito en la PTL 1 tiene una configuración en la que el cable eléctrico y una sonda se conectan mediante acoplamiento capacitivo para permitir la medición de la forma de onda de la tensión incluso sin contacto.

En los documentos de patente US2015145500A1 y JP2014044170A se describen otros ejemplos de dispositivos de medición de potencia conocidos.

Sumario de la invención

Sin embargo, en el aparato de medición de potencia descrito en la PTL 1, una distorsión de una tensión o de una corriente de la trayectoria conductora, que es el objetivo de la medición, provoca una reducción de la precisión de la medición de la potencia que se va a medir. Además, existe un caso en el que las fluctuaciones en la relación entre la tensión generada en el cable eléctrico y la tensión generada en la sonda con fluctuaciones en el acoplamiento entre el cable eléctrico y la sonda provocan una reducción en la precisión de la medición de la potencia en el aparato de medición de potencia en la PTL 1.

Un aparato de medición de potencia para medir la potencia suministrada mediante una trayectoria conductora de tal manera que no entre en contacto con la trayectoria conductora tiene que abordar la mejora de la precisión de la medición.

<Solución al problema>

La presente invención se define mediante un aparato de medición de potencia de acuerdo con las reivindicaciones independientes 1 y 3 y métodos de medición de potencia de acuerdo con las reivindicaciones independientes 8 y 9. Otras formas de realización se definen en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama esquemático que ilustra una visión general de la configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una primera forma de realización y una relación entre el aparato de medición de potencia de acuerdo con la primera forma de realización y una trayectoria conductora.

La Fig. 2 es un diagrama de circuito que ilustra un ejemplo de la configuración del aparato de medición de potencia de acuerdo con la primera forma de realización.

La Fig. 3 incluye vistas en sección transversal de tres sondas fijadas a la trayectoria conductora.

La Fig. 4 es una vista en planta de una sonda fijada a un primer cable eléctrico.

La Fig. 5 es una vista de perfil de la sonda fijada al primer cable eléctrico.

La Fig. 6 es un diagrama de circuito para describir la configuración de una parte de entrada.

La Fig. 7 es un gráfico para describir las magnitudes de las tensiones CA detectadas por las sondas.

La Fig. 8 es un diagrama de flujo que ilustra cómo se lleva a cabo un método de medición de potencia de acuerdo con la primera forma de realización.

La Fig. 9 es un diagrama de circuito que ilustra un ejemplo de configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una segunda forma de realización.

La Fig. 10 es un diagrama de flujo que ilustra cómo se lleva a cabo un método de medición de potencia de acuerdo con la segunda forma de realización.

La Fig. 11 es un diagrama de bloques que ilustra una visión general de la configuración de un aparato de medición de potencia.

La Fig. 12 es una vista esquemática en sección transversal para describir una relación entre las sondas y los cables eléctricos.

La Fig. 13 es un diagrama de circuito que ilustra la configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una tercera forma de realización.

La Fig. 14 es un diagrama conceptual para describir una visión general de la configuración de un circuito de medición de tensión sin contacto de la Fig. 11.

La Fig. 15 es un diagrama de circuito que ilustra la configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una Modificación 3A.

La Fig. 16 es un diagrama de circuito que ilustra la configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una cuarta forma de realización.

La Fig. 17 es un diagrama de circuito que ilustra la configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una Modificación 4B.

La Fig. 18 es un diagrama de circuito que ilustra la configuración de un aparato de medición de potencia de acuerdo con una quinta forma de realización.

Descripción de las formas de realización

(1) Configuración general

La Fig. 1 ilustra un aparato de medición de potencia 1. El aparato de medición de potencia 1 se conecta a un disyuntor 901 de una fuente de alimentación CA 900. La magnitud de tensión CA de la fuente de alimentación CA 900 se regula para que sea un valor predeterminado. El valor predeterminado es, por ejemplo, un valor eficaz de 200 V. Aunque en este caso se describirá utilizando un valor eficaz, la magnitud de tensión CA no se limita al valor eficaz. El valor predeterminado se puede regular, por ejemplo, mediante un valor pico. Por ejemplo, la magnitud de tensión CA de la fuente de alimentación CA 900 se puede regular para que sea un valor pico de 282 V. En una primera forma de realización, se describirá a modo de ejemplo un caso en el que la corriente alterna de la fuente de alimentación CA 900 es una corriente alterna trifásica. Sin embargo, la fuente de alimentación CA 900 se puede configurar para suministrar energía mediante cualquier otra corriente alterna, como por ejemplo una corriente alterna bifásica.

La fuente de alimentación CA 900 se conecta a una trayectoria conductora 100. La fuente de alimentación CA 900 suministra energía a un aparato de aire acondicionado 800 mediante la trayectoria conductora 100. Para ser más específicos, la trayectoria conductora 100 se conecta a una unidad exterior del aparato de aire acondicionado 800, y se suministra energía a la unidad exterior mediante la trayectoria conductora 100.

El aparato de medición de potencia 1 mide la potencia activa de la trayectoria conductora 100. Para la medición de la potencia de la trayectoria conductora 100, el aparato de medición de potencia 1 incluye un detector de tensión 3, un detector de corriente 4 y un calculador de potencia 2.

El detector de tensión 3 detecta sin contacto una tensión CA de la trayectoria conductora 100 a la que se suministra energía desde la fuente de alimentación CA 900 cuya magnitud de tensión alterna se regula para que sea un valor predeterminado, y envía una primera señal de datos da1 relativa a la forma de onda de la tensión de la trayectoria conductora 100. El detector de tensión 3 incluye sondas 5 que detectan sin contacto las tensiones CA de la trayectoria conductora 100. Un medidor de tensión 38 recibe las tensiones CA emitidas desde las sondas 5 y envía la primera señal de datos da1 correspondiente a la tensión CA de la trayectoria conductora 100. El detector de corriente 4 detecta sin contacto una corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora 100, y envía una segunda señal de datos da2 relativa a una forma de onda de la corriente. El detector de corriente 4 incluye un transformador de corriente 6 que detecta sin contacto una corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora 100. Un medidor de corriente 48 recibe la corriente CA, que ha sido transformada por el transformador de corriente 6, y envía la segunda señal de datos da2 correspondiente a la corriente CA que fluye por la trayectoria conductora 100.

El calculador de potencia 2 recibe la salida de la primera señal de datos da1 enviada desde el detector de tensión 3, y recibe la salida de la segunda señal de datos da2 enviada desde el detector de corriente 4. El calculador de potencia 2 puede no sólo recibir directamente la primera señal de datos da1 y la segunda señal de datos da2, sino también recibir indirectamente el contenido de la primera señal de datos da1 y la segunda señal de datos da2. Ejemplos del caso en el que el calculador de potencia 2 recibe indirectamente el contenido de la primera señal de datos da1 y la segunda señal de datos da2 incluyen el siguiente caso. La primera señal de datos da1 y la segunda señal de datos da2, que se envían como señales analógicas, se convierten en señales digitales mediante un convertidor AD, y el convertidor AD envía directamente la primera señal de datos da1 y la segunda señal de datos da2 como las señales digitales al calculador de potencia 2. El calculador de potencia 2 de acuerdo con la primera forma de realización tiene un convertidor AD 25 incorporado en el mismo. El calculador de potencia 2 que tiene una configuración de este tipo recibe directamente la primera señal de datos analógica da1 y la segunda señal de datos analógica da2 enviada desde el detector de tensión 3 y el detector de corriente 4, y la señal de datos analógica se convierte en señal de datos digital en el calculador de potencia 2.

El calculador de potencia 2 calcula la potencia activa a partir de la magnitud de corriente CA, la magnitud de tensión CA y la diferencia de fase entre la corriente CA y la tensión CA. El calculador de potencia 2 utiliza la magnitud indicada por la segunda señal de datos da2 como la magnitud de corriente CA de la forma de onda de la corriente. El calculador de potencia 2 utiliza el valor predeterminado de la fuente de alimentación CA 900 como la magnitud de tensión CA. El calculador de potencia 2 utiliza, como diferencia de fase, la diferencia de fase entre la componente fundamental de la forma de onda de tensión obtenida a partir de la primera señal de datos da1 y la componente fundamental de la forma de onda de corriente obtenida a partir de la segunda señal de datos da2.

El aparato de medición de potencia 1 envía la potencia activa, calculada por el calculador de potencia 2, como la potencia activa de la trayectoria conductora 100.

(2) Configuración detallada

La trayectoria conductora 100 incluye un primer cable eléctrico 101, un segundo cable eléctrico 102 y un tercer cable eléctrico 103. El primer cable eléctrico 101 corresponde a la fase R de la fuente de alimentación CA 900, el segundo cable eléctrico 102 corresponde a la fase S y el tercer cable eléctrico 103 corresponde a la fase T.

(2-1) Detector de tensión 3

Según se ilustra en la Fig. 2, el detector de tensión 3 incluye tres sondas 5r, 5s y 5t y el medidor de tensión 38. El medidor de tensión 38 incluye una parte de entrada 31 y una unidad amplificadora de ganancia ajustable 35. Para aclarar las relaciones de correspondencia entre las tres sondas 5 ilustradas en la Fig. 1 y las fases R, S y T, las sondas 5 reciben sufijos, como las sondas 5r, 5s y 5t ilustradas en la Fig. 2, para distinguirlas.

Según se ilustra en la Fig. 3, la sonda 5r se fija al primer cable eléctrico 101 de modo que el primer cable eléctrico 101 con un recubrimiento aislante 121 se rodea desde arriba. Además, la sonda 5s se fija al segundo cable eléctrico 102 de modo que el segundo cable eléctrico 102 con un recubrimiento aislante 122 se rodea desde arriba, y la sonda 5t se fija al tercer cable eléctrico 103 de modo que el tercer cable eléctrico 103 con un recubrimiento aislante 123 se rodea desde arriba. Un primer electrodo 51 de la sonda 5r, un segundo electrodo 52 de la sonda 5s y un tercer electrodo 53 de la sonda 5t se disponen en la periferia exterior de los recubrimientos aislantes 121, 122 y 123, respectivamente. Los recubrimientos aislantes 121, 122 y 123 se fabrican, por ejemplo, de plástico o caucho.

Las Fig.4 y 5 ilustran las formas de la sonda 5r vista desde arriba y desde un lado. Al igual que la sonda 5r, las formas de las sondas 5s y 5t son, en esencia, rectangulares vistas desde arriba y desde un lado. La sonda 5r se extiende en una dirección en la que se extiende el recubrimiento aislante 121. Una línea de cableado 55 conectada al primer electrodo 51 sale de la sonda 5r. Las líneas de cableado 56 y 57 ilustradas en las Fig. 1 y 2 también se conectan al segundo electrodo 52 y al tercer electrodo 53, respectivamente. El primer electrodo 51, el segundo electrodo 52 y el tercer electrodo 53 están incluidos en un electrodo 50 dispuesto de modo que no entre en contacto con un cable eléctrico al que se aplica una tensión de alimentación de CA.

Las sondas 5r, 5s y 5t incluyen el primer electrodo 51, el segundo electrodo 52, y el tercer electrodo 53 dispuestos de modo que no entren en contacto con el primer cable eléctrico 101, el segundo cable eléctrico 102, y el tercer cable eléctrico 103 de la trayectoria conductora 100, respectivamente. Las sondas 5r, 5s y 5t generan una impedancia que incluye una componente capacitiva entre la trayectoria conductora 100 y el primer cable eléctrico 101, entre la trayectoria conductora 100 y el segundo cable eléctrico 102 y entre la trayectoria conductora 100 y el tercer cable eléctrico 103, respectivamente.

Según se ilustra en la Fig. 2, las sondas 5r, 5s y 5t se conectan a la parte de entrada 31 mediante las líneas de cableado 55 a 57, respectivamente. La parte de entrada 31 se configura para que incluya, por ejemplo, condensadores Cr y Ct. Una tensión CA correspondiente a una tensión entre fases generada entre el primer cable eléctrico 101 y el segundo cable eléctrico 102 se produce a través del condensador Cr. Del mismo modo, una tensión CA correspondiente a una tensión entre fases generada entre el tercer cable eléctrico 103 y el segundo cable eléctrico 102 se produce a través del condensador Ct.

La Fig. 6 ilustra una visión general de otra configuración de la parte de entrada 31. La parte de entrada 31 ilustrada en la Fig. 6 incluye un primer circuito RC1 y un segundo circuito RC2, cada uno de los cuales incluye una resistencia y un condensador, y amplificadores operacionales de ganancia unitaria UA1 a UA4. El amplificador operacional de ganancia unitaria UA1 tiene terminales de entrada 311 y 312 a los que se introduce una tensión CA Vr generada entre una masa analógica AGND y la línea de cableado 55 de la sonda 5r. La tensión CA Vr generada entre la masa analógica AGND y la línea de cableado 55 de la sonda 5r se aplica entre los terminales de entrada 311 y 312 del amplificador operacional de ganancia unitaria UA1. Los amplificadores operacionales de ganancia unitaria UA2 y UA3 tienen terminales de entrada 313 y 314 a los que se aplica una tensión CA Vs generada entre la masa analógica AGND y la línea de cableado 57 de la sonda 5s. El amplificador operacional de ganancia unitaria UA4 tiene terminales de entrada 315 y 316 a los que se aplica una tensión CA Vt generada entre una masa analógica AGND y la línea de cableado 56 de la sonda 5t. El primer circuito RC1 produce una tensión CA Vrs que tiene una forma de onda de tensión similar a la de la tensión entre fases del primer cable eléctrico 101 y del segundo cable eléctrico 102 a partir de la tensión Vr de la salida de la sonda 5r enviada desde el amplificador operacional de ganancia unitaria UA1 y de la tensión Vs de la salida de la sonda 5s del amplificador operacional de ganancia unitaria UA2, y envía la tensión CA Vrs desde los terminales de salida 317 y 318. El segundo circuito RC2 produce una tensión CA Vts que tiene una forma de onda de tensión similar a la de la tensión entre fases del tercer cable eléctrico 103 y el segundo cable eléctrico 102 a partir de la tensión Vt de la salida de la sonda 5t enviada desde el amplificador operacional de ganancia unitaria UA4 y la tensión Vs de la salida de la sonda 5s del amplificador operacional de ganancia unitaria UA3, y envía la tensión CA Vts por los terminales de salida 319 y 320. Puesto que el primer circuito RC1 y el segundo circuito RC2 que tienen dichas configuraciones se pueden implementar mediante un circuito conocido de forma convencional, la descripción de las configuraciones de circuito del primer circuito RC1 y del segundo circuito RC2 se omitirán en este caso.

Las amplitudes de las formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts enviadas desde la parte de entrada 31 se ven afectadas por las áreas superficiales de las sondas 5r, 5s y 5t, los espesores de los recubrimientos aislantes 121, 122 y 123, los espesores de los cables de núcleo del primer cable eléctrico 101 al tercer cable eléctrico 103, la suciedad en las superficies de los cables eléctricos, el grado de adhesión de las sondas 5r, 5s y 5t, las temperaturas y humedades ambientales de las sondas 5r, 5s y 5t, etc.

Un circuito de detección de tensión que constituye la parte de entrada 31 es capaz de producir una forma de onda de tensión sin distorsión, pero es incapaz de detectar el valor absoluto de una forma de onda de tensión. Por consiguiente, las amplitudes de las formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts enviadas desde la parte de entrada 31 del aparato de medición de potencia 1 se manejan como valores especificados (por ejemplo, un valor eficaz de 200 V).

La Fig. 7 ilustra diversas formas de onda de tensión Vrs1, Vrs2 y Vrs3 como tensiones CA Vrs enviadas desde la parte de entrada 31, y una forma de onda de tensión VRS que tiene la misma magnitud que un valor de referencia (por ejemplo, 200 V CA). Según se ilustra en la Fig. 7, incluso si la forma de onda de tensión VRS se distorsiona debido a la superposición de armónicos, las formas de onda de tensión Vrs1, Vrs2 y Vrs3 enviadas desde la parte de entrada 31 son similares a la forma de onda de tensión distorsionada VRS.

Las formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts enviadas desde la parte de entrada 31 se amplifican mediante amplificadores 37a y 37b cuyas ganancias se pueden cambiar, respectivamente. Los amplificadores 37a y 37b son, por ejemplo, amplificadores de ganancia programable. Dado que el error de conversión AD es grande si las formas de onda de tensión enviadas desde la parte de entrada 31 son excesivamente pequeñas, los amplificadores 37a y 37b amplifican las formas de onda de tensión enviadas desde la parte de entrada 31 a magnitudes apropiadas para expandir las formas de onda de tensión. Los amplificadores 37a y 37b seleccionan el factor de amplificación de entre, por ejemplo, 2, 4, 8, 16, 32, etc. Si las formas de onda de tensión enviadas desde la parte de entrada 31 son excesivamente grandes, no es posible convertir correctamente las formas de onda. Por lo tanto, los amplificadores 37a y 37b amplifican las formas de onda a magnitudes apropiadas para comprimir las formas de onda. Los amplificadores 37a y 37b seleccionan el factor de amplificación de entre, por ejemplo, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, etc. Las salidas de los amplificadores 37a y 37b se introducen en los convertidores AD 23a y 23b.

(2-2) Detector de corriente 4

El detector de corriente 4 ilustrado en la Fig. 2 incluye los transformadores de corriente 6a y 6b y el medidor de corriente 48. El medidor de corriente 48 incluye las resistencias R11 y R12 y los amplificadores 61 y 62. El transformador de corriente 6a se dispone de modo que no entre en contacto con el primer cable eléctrico 101. El transformador de corriente 6a transforma una corriente CA que fluye en el primer cable eléctrico 101 y envía una corriente CA que tiene una magnitud diferente de la de la corriente CA del primer cable eléctrico 101. La resistencia R11 se conecta al transformador de corriente 6a, y la corriente CA enviada desde el transformador de corriente 6a fluye a través de la resistencia R11. A través de la resistencia R11 se produce una forma de onda de tensión que tiene la misma forma que la forma de onda de corriente de la salida de corriente CA enviada desde el transformador de corriente 6a. El amplificador 61 amplifica la forma de onda de tensión a través de la resistencia R11 a una magnitud de tal forma que la forma de onda de tensión se pueda manejar como la corriente CA del primer cable eléctrico 101.

El transformador de corriente 6b se dispone de modo que no entre en contacto con el tercer cable eléctrico 103. El transformador de corriente 6b transforma una corriente CA que fluye en el tercer cable eléctrico 103 y envía una corriente CA que tiene una magnitud diferente de la de la corriente CA del tercer cable eléctrico 103. La resistencia R12 se conecta al transformador de corriente 6b, y la corriente CA enviada desde el transformador de corriente 6b fluye a través de la resistencia R12. A través de la resistencia R12 se produce una forma de onda de tensión que tiene la misma forma que la forma de onda de corriente de la corriente CA enviada desde el transformador de corriente 6b. El amplificador 62 amplifica la forma de onda de tensión a través de la resistencia R12 a una magnitud de tal forma que la forma de onda de tensión puede ser manejada como la corriente CA del tercer cable eléctrico 103.

(2-3) Calculador de potencia 2

La calculador de potencia 2 incluye convertidores AD 22a, 22b, 23a y 23b y una unidad de cálculo de potencia 21. El calculador de potencia 2 se puede implementar, por ejemplo, mediante un ordenador que incluya un convertidor AD. Por ejemplo, el ordenador ejecuta un programa para formar la unidad de cálculo de potencia 21 en una CPU del ordenador. El convertidor AD 22a se conecta al amplificador 61, y el convertidor AD 22b se conecta al amplificador 62. El convertidor AD 22a convierte un valor instantáneo de una señal analógica que indica una corriente CA Ir enviada desde el amplificador 61 en una señal de datos digitales. El convertidor AD 22b convierte un valor instantáneo de una señal analógica que indica una corriente CA It enviada desde el amplificador 62 en una señal de datos digital. Las magnitudes de las corrientes CA Ir e It indicadas por las señales analógicas enviadas desde los amplificadores 61 y 62 son iguales a las magnitudes de las corrientes CA enviadas desde los transformadores de corriente 6a y 6b, respectivamente. Las señales analógicas enviadas desde los amplificadores 61 y 62 son la segunda señal de datos enviada desde el detector de corriente 4. La señal de datos digital relativa a las magnitudes y las formas de onda de corriente de las corrientes CA enviada a los transformadores de corriente 6a y 6b se envía a una memoria 211 de la unidad de cálculo de potencia 21 mediante los convertidores AD 22a y 22b.

El convertidor AD 23a se conecta al amplificador 37a, y el convertidor AD 23b se conecta al amplificador 37b. Los convertidores AD 23a y 23b convierten los valores instantáneos de las señales analógicas que indican las tensiones CA Vrs y Vts enviadas desde los amplificadores 37a y 37b en señales de datos digitales, respectivamente. Las señales analógicas enviadas desde los amplificadores 37a y 37b son la primera señal de datos de salida del detector de tensión 3. La señal de datos digital relativa a la forma de onda de la tensión generada entre el primer cable eléctrico 101 y el segundo cable eléctrico 102 y la forma de onda de la tensión generada entre el tercer cable eléctrico 103 y el segundo cable eléctrico 102 se envía a la memoria 211 de la unidad de cálculo de potencia 21 mediante los convertidores AD 23a y 23b.

Los determinadores de relación 212 y 213 de la unidad de cálculo de potencia 21 del calculador de potencia 2 determinan las relaciones a y P de los valores eficaces o valores pico indicados por las formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts con respecto al valor predeterminado. Por ejemplo, se supone que hay n datos digitales correspondientes a dos ciclos de la tensión CA Vrs, a saber, {Vrs(1), Vrs(2), Vrs(3), ..., Vrs(n-1), y Vrs(n)}. La raíz media cuadrática de estos n datos se calcula para determinar un valor eficaz Vrs<rms>de la tensión CA Vrs. Del mismo modo, se determina un valor eficaz Vts<rms>de la tensión CA Vts a partir de n datos digitales {Vts(1), Vts(2), Vts(3), ..., Vts(n-1), Vts(n)} correspondientes a dos ciclos de la tensión CA Vts. Por ejemplo, si el valor predeterminado es un valor eficaz de 200 V, el valor predeterminado se divide por el valor eficaz Vrs<rms>de la tensión CA Vrs para determinara(a = 200/Vrs<rms>), y el valor predeterminado se divide por el valor eficaz Vts<rms>de la tensión CA Vts para determinar b (b = 200/Vts<rms>).

Además, utilizando un coeficiente de conversión de corrientegdeterminado por los transformadores de corriente 6a y 6b, si los valores instantáneos de la corriente CA que fluye a través del primer cable eléctrico 101 son n datos {glr(1), glr(2), glr(n)} y los valores instantáneos de la corriente CA que fluye a través del tercer cable eléctrico 103 son n datos {glt(1), glt(2), glt(n)}, la potencia activa P viene determinada por la suma de P1 y P2 expresada por la ecuación (1) y la ecuación (2).

P1 = (1/n) x {aVr(1) x glr(1) aVr(2) x glr(2) ... aVr(n) x glr(n)} ... (1)

P2 = (1/n) x {bVt(1) x glt(1) bVt(2) x glt(2) ... bVt(n) x glt(n)} ... (2)

Aunque el valor eficaz se utiliza en el cálculo de la potencia activa P descrito anteriormente, se puede utilizar un valor pico (por ejemplo, 282 V) del valor predeterminado en lugar del valor eficaz (por ejemplo, 200 V) del valor predeterminado. Por ejemplo, a se determina por 282/(el valor pico de la tensión CA Vts).

Un multiplicador 214 ilustrado en la Fig. 2 multiplica un valor instantáneo de la tensión CA Vrs almacenada en la memoria 211 por la relación a enviada desde el determinador de relación 212. El multiplicador 214 recibe un valor de una primera tensión instantánea y envía un valor de una segunda tensión instantánea. Un multiplicador 215 multiplica un valor instantáneo de la tensión CA Vts almacenado en la memoria 211 por la relación P enviada desde el determinador de relación 213. El multiplicador 215 recibe un valor de una primera tensión instantánea y envía un valor de una segunda tensión instantánea. Una unidad de salida de coeficientes 216 envía el coeficiente de conversión de corrientegalmacenado en la memoria 211. Un multiplicador 217 multiplica un valor instantáneo de la corriente CA Ir almacenada en la memoria 211 por el coeficiente de conversión de corrientegenviado desde la unidad de salida de coeficientes 216. Un multiplicador 218 multiplica un valor instantáneo de la corriente CA It almacenada en la memoria 211 por el coeficiente de conversión de corrientegenviado desde la unidad de salida de coeficientes 216. Un multiplicador 219 multiplica el valor de la segunda tensión instantánea enviado desde el multiplicador 214 por el valor de la corriente instantánea enviado desde el multiplicador 217. Por ejemplo, el multiplicador 219 lleva a cabo el cálculo de aVr(n) x glr(n). Un multiplicador 220 multiplica el valor de la segunda tensión instantánea enviado desde el multiplicador 215 por el valor de la corriente instantánea enviado desde el multiplicador 218. Por ejemplo, el multiplicador 220 lleva a cabo el cálculo de bVt(n) x glt(n). Un acumulador 221 acumula los n datos de salida enviados desde el multiplicador 219 y los n datos enviados desde el multiplicador 220. Un multiplicador 223 multiplica la salida del acumulador 221 por un valor de 1/n enviado desde una unidad de salida de coeficientes 222, y el valor de la potencia activa P (= P1 P2) se envía desde el multiplicador 223.

(3) Visión general del método de medición de potencia

En la Fig. 8 se describirá una visión general de un método de medición de la potencia. En primer lugar, el aparato de medición de potencia 1 detecta sin contacto una forma de onda de tensión de una tensión CA de la trayectoria conductora 100 a la que se suministra potencia desde la fuente de alimentación CA 900 cuya magnitud de tensión CA se regula para que sea un valor predeterminado (etapa ST1). Según se ha descrito anteriormente, el detector de tensión 3 detecta la forma de onda de la tensión CA sin contacto utilizando las sondas 5r, 5s y 5t fijadas al primer cable eléctrico 101, al segundo cable eléctrico 102 y al tercer cable eléctrico 103.

Al mismo tiempo que se detecta la forma de onda de la tensión (etapa ST1), el aparato de medición de potencia 1 detecta sin contacto la forma de onda de la corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora 100 (etapa ST2). Según se ha descrito anteriormente, el detector de corriente 4 detecta la forma de onda de la corriente CA sin contacto utilizando los transformadores de corriente 6a y 6b fijados al primer cable eléctrico 101 y al tercer cable eléctrico 103.

El aparato de medición de potencia 1 convierte una primera tensión instantánea indicada por la forma de onda de tensión en función del valor predeterminado y genera una segunda tensión instantánea (etapa ST3). Según se ha descrito anteriormente, en la primera forma de realización, el valor proporcionado a los multiplicadores 214, 215 es el valor de la primera tensión instantánea. El valor de la primera tensión instantánea se multiplica por las relaciones a y P para calcular el valor de la segunda tensión instantánea, a y P son las relaciones de los valores eficaces o valores pico indicados por las formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts con respecto al valor predeterminado (valor eficaz o valor pico) de la tensión CA de la fuente de alimentación CA 900, respectivamente.

La unidad de cálculo de potencia 21 calcula la potencia activa de la trayectoria conductora 100 utilizando el producto de la segunda tensión instantánea y la corriente instantánea (etapa ST4). El aparato de medición de potencia 1 envía la potencia activa de la trayectoria conductora 100 calculada por la unidad de cálculo de potencia 21 (etapa ST5).

(4) Características

(4-1) En el aparato de medición de potencia 1 o el método de medición de potencia de acuerdo con la primera forma de realización, con la utilización de un valor predeterminado regulado para la fuente de alimentación CA 900, se puede suprimir la influencia de la detección sin contacto de una tensión CA utilizando las sondas 5r, 5s y 5t en el cálculo de la potencia. En el aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la primera forma de realización, además, dado que la potencia activa se calcula utilizando el producto de la segunda tensión instantánea y la corriente instantánea, se puede tener en cuenta la influencia de los armónicos. Por lo tanto, se mejora la precisión de la medición de potencia.

(4-2) En el aparato de medición de potencia 1 o en el método de medición de potencia de acuerdo con la primera forma de realización, un cambio ambiental alrededor de la trayectoria conductora 100 provoca un cambio en las relaciones a y P de los valores eficaces o valores pico indicados por las formas de onda de tensión con respecto al valor predeterminado. Por ejemplo, las magnitudes de las tensiones CA enviadas desde las sondas 5r, 5s y 5t cambian debido a las temperaturas y humedades ambientales de las sondas 5r, 5s y 5t o similares. Dado que las relaciones a y P se pueden reflejar incluso en los armónicos de la corriente CA, es posible mejorar la precisión de la medición de la potencia activa enviada desde el aparato de medición de potencia 1.

(5) Modificaciones

(5-1) Modificación 1A

En la primera forma de realización, se ha descrito un caso en el que la fuente de alimentación CA 900 se configura para suministrar una corriente alterna trifásica. Sin embargo, la aplicación de la técnica descrita en la primera forma de realización no se limita a una fuente de alimentación CA configurada para suministrar una corriente alterna trifásica. Por ejemplo, la técnica descrita en la primera forma de realización también se puede aplicar a una fuente de alimentación CA configurada para suministrar una corriente alterna bifásica.

(5-2) Modificación 1B

En la primera forma de realización, se ha descrito un método para determinar la magnitud de una tensión CA mediante el cálculo utilizando una señal de datos digital. Sin embargo, el método para determinar la magnitud de una tensión CA no se limita a dicho método. Por ejemplo, se puede utilizar un voltímetro rectificador para detectar la magnitud de una tensión CA. Alternativamente, simplemente, la magnitud de la componente fundamental de una tensión CA que incluye armónicos se puede determinar mediante análisis FFT, y la magnitud de la componente fundamental se puede considerar como la magnitud de tensión CA. FFT es una abreviatura de transformada rápida de Fourier.

(6) Visión general del aparato de medición de potencia

En la primera forma de realización, se ha dado una descripción de un caso en el que el calculador de potencia 2 calcula la potencia activa P utilizando el producto de una tensión instantánea y una corriente instantánea. Sin embargo, la configuración del calculador de potencia 2 se puede modificar como en una segunda forma de realización descrita a continuación. Según se ilustra en la Fig. 9, el calculador de potencia 2 del aparato de medición de potencia 1 incluye filtros 231 a 234, convertidores AD 235 a 238, calculadores de diferencia de fase 239 y 240, calculadores de amplitud de corriente 241 y 242 y una unidad aritmética 243. El calculador de potencia 2 se puede implementar mediante, por ejemplo, un ordenador que incluya un filtro y un convertidor AD. Por ejemplo, el ordenador ejecuta un programa para formar la unidad de cálculo de potencia 21 en una CPU del ordenador.

El detector de tensión 3 y el detector de corriente 4 de acuerdo con la segunda forma de realización son similares a los de la primera forma de realización. El detector de tensión 3 detecta sin contacto una tensión CA de la trayectoria conductora 100 a la que se suministra energía desde una fuente de alimentación CA cuya magnitud de tensión CA se regula para que sea un valor predeterminado. El detector de tensión 3 envía formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts, que son la primera señal de datos relativa a la forma de onda de tensión de la tensión de la trayectoria conductora 100. El detector de corriente 4 detecta sin contacto una corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora 100. El detector de corriente 4 envía señales analógicas que indican las corrientes CA Ir e It enviadas desde los transformadores de corriente 6a y 6b, que son las segundas señales de datos relativas a la forma de onda de la corriente.

Los filtros 231 y 232 filtran las señales analógicas que indican las formas de onda de tensión de las tensiones CA Vrs y Vts enviadas desde los amplificadores 37a y 37b del detector de tensión 3, respectivamente. Por ejemplo, si la tensión CA de la fuente de alimentación CA 900 tiene una frecuencia de 60 Hz, los filtros 231 y 232 atenúan las formas de onda de tensión que tienen frecuencias distintas de 60 Hz. En otras palabras, los filtros 231 y 232 envían señales analógicas que indican las formas de onda de tensión de las componentes fundamentales de las tensiones CA.

Los filtros 233 y 234 filtran las señales de salida de los amplificadores 61 y 62 del detector de corriente 4 que indican las corrientes de salida Ir e It de los transformadores de corriente 6a y 6b, respectivamente. Los filtros 233 y 234 atenúan las formas de onda de corriente que tienen frecuencias distintas de una frecuencia de 60 Hz de la fuente de alimentación CA 900. En otras palabras, los filtros 233 y 234 envían señales analógicas que indican las formas de onda de corriente de las componentes fundamentales de las corrientes CA y la magnitud de las corrientes.

Los convertidores AD 235, 236, 237 y 238 convierten las señales analógicas enviadas desde los filtros 231,232, 233 y 234 en señales digitales.

Los calculadores de amplitud de corriente 241 y 242 detectan las amplitudes de las corrientes CA a partir de las señales de salida de los convertidores AD 237 y 238, respectivamente. Los calculadores de amplitud de corriente 241 y 242 envían señales de salida que indican, por ejemplo, las magnitudes de los valores eficaces Ir<rms>e It<rms>de las corrientes CA a la unidad aritmética 243, respectivamente.

El calculador de diferencia de fase 239 detecta una diferencia de fase 01 entre la componente fundamental de la tensión CA Vrs indicada por la señal de salida del convertidor AD 235 y la componente fundamental de la corriente CA Ir indicada por la señal de salida del convertidor AD 237. El calculador de diferencia de fase 240 detecta una diferencia de fase 02 entre la componente fundamental de la tensión CA Vts indicada por la señal de salida del convertidor AD 236 y la componente fundamental de la corriente CA It indicada por la señal de salida del convertidor AD 238. Dado que las componentes fundamentales de las tensiones CA Vrs y Vts y las componentes fundamentales de las corrientes CA Ir e It son ondas sinusoidales simples, la detección de las diferencias de fase 01 y 02 se puede calcular fácilmente utilizando un método conocido convencionalmente y, por lo tanto, se omitirá en este caso una descripción detallada de los calculadores de diferencia de fase 239 y 240.

La unidad aritmética 243 calcula la potencia activa P utilizando las magnitudes Ir<rms>e It<rms>de las componentes fundamentales de las corrientes CA Ir e It enviadas desde los filtros 233 y 234, el valor especificado (en este caso, un valor eficaz de 200 V) de la magnitud de la tensión de la fuente de alimentación CA 900, y las diferencias de fase 01 y 02 entre las componentes fundamentales de las tensiones CA Vrs y Vts y las componentes fundamentales de las corrientes CA Ir e It. En concreto, la unidad aritmética 243 calcula la suma de P1 y P2 dada por la ecuación (3) y la ecuación (4) a continuación. Téngase en cuenta quegindica un coeficiente de conversión de corriente determinado por los transformadores de corriente 6a y 6b.

P1 = 200 x(gx Ir<rms>) x cos01 ... (3)

P2 = 200 x(gx It<rms>) x cos02 ... (4)

(7) Visión general del método de medición de potencia

Con referencia a la Fig. 10 se describirá una visión general de un método de medición de potencia. En primer lugar, el aparato de medición de potencia 1 detecta sin contacto una forma de onda de tensión de una tensión CA de la trayectoria conductora 100 a la que se suministra potencia desde la fuente de alimentación CA 900 cuya magnitud de tensión CA se regula para que sea un valor predeterminado (etapa ST11). Según se ha descrito anteriormente, el detector de tensión 3 detecta la forma de onda de la tensión CA sin contacto utilizando las sondas 5r, 5s y 5t fijadas al primer cable eléctrico 101, al segundo cable eléctrico 102 y al tercer cable eléctrico 103.

Al mismo tiempo que se detecta la forma de onda de la tensión (etapa ST11), el aparato de medición de potencia 1 detecta sin contacto una forma de onda de la corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora 100 (etapa ST12). Según se ha descrito anteriormente, el detector de corriente 4 detecta la forma de onda de la corriente CA sin contacto utilizando los transformadores de corriente 6a y 6b fijados al primer cable eléctrico 101 y al tercer cable eléctrico 103.

El aparato de medición de potencia 1 calcula la magnitud de corriente CA a partir de la forma de onda de la corriente (etapa ST13). Según se ha descrito anteriormente, en la segunda forma de realización, por ejemplo, los calculadores de amplitud de corriente 241 y 242 calculan las magnitudes del valor eficaz Ir<rms>e It<rms>de las corrientes CA, respectivamente. Además, el aparato de medición de potencia 1 calcula una diferencia de fase entre la componente fundamental de la forma de onda de corriente y la componente fundamental de la forma de onda de tensión (etapa ST14). En el aparato de medición de potencia 1, la unidad de cálculo de potencia 21 calcula la potencia activa de la trayectoria conductora 100 a partir del valor predeterminado que define la magnitud de la tensión de la fuente de alimentación CA 900, la magnitud de corriente CA de la forma de onda de corriente y la diferencia de fase entre la componente fundamental de la forma de onda de corriente y la componente fundamental de la forma de onda de tensión (etapa ST15). El aparato de medición de potencia 1 envía la potencia activa de la trayectoria conductora 100 calculada por la unidad de cálculo de potencia 21 (etapa ST16).

(8) Características

(8-1) En el aparato de medición de potencia 1 o el método de medición de potencia de acuerdo con la segunda forma de realización, con la utilización de un valor predeterminado regulado como la magnitud de la tensión de la fuente de alimentación CA 900, se puede suprimir la influencia de la detección sin contacto de una tensión CA utilizando las sondas 5r, 5s y 5t en el cálculo de la potencia. Por lo tanto, se mejora la precisión de la medición de potencia.

(9) Modificaciones

(9-1) Modificación 2A

En la segunda forma de realización, se ha dado una descripción de un caso en el que la fuente de alimentación CA 900 se configura para suministrar una corriente alterna trifásica. Sin embargo, la aplicación de la técnica descrita en la segunda forma de realización no se limita a una fuente de alimentación CA configurada para suministrar una corriente alterna trifásica. Por ejemplo, la técnica descrita en la segunda forma de realización también se puede aplicar a una fuente de alimentación CA configurada para suministrar una corriente alterna bifásica.

(9-2) Modificación 2B

Se ha dado una descripción de un caso en el que en el aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la segunda forma de realización, se utilizan los filtros 231 a 234 para detectar las componentes fundamentales de las formas de onda de corriente y las formas de onda de tensión. Sin embargo, el método para detectar las componentes fundamentales de las formas de onda de corriente y las formas de onda de tensión no se limita al método que utiliza los filtros 231 a 234. Por ejemplo, el aparato de medición de potencia 1 se puede configurar para utilizar el análisis FFT para detectar las componentes fundamentales de las formas de onda de corriente y las formas de onda de tensión.

(10) Configuración general

Según se ilustra en la Fig. 11, el aparato de medición de potencia 1 es un aparato para medir la potencia suministrada mediante la trayectoria conductora 100. En una tercera forma de realización, se dará una descripción de un caso en el que la trayectoria conductora 100 está constituida por un primer cable eléctrico 101 y un segundo cable eléctrico 102. En la presente descripción, el término "cable eléctrico" hace referencia a una parte formada únicamente por un conductor y no incluye un recubrimiento aislante dispuesto alrededor del conductor para aislarlo. Se aplica una tensión de alimentación de CA a la trayectoria conductora 100. Cuando un dispositivo conectado a la trayectoria conductora 100 consume energía, una corriente CA fluye a través de la trayectoria conductora 100.

Según se ilustra en la Fig. 11, el aparato de medición de potencia 1 incluye un circuito de cálculo de potencia 20 correspondiente al calculador de potencia 2 de acuerdo con la primera y la segunda forma de realización, un circuito de medición de corriente sin contacto 10 correspondiente al detector de corriente 4 de acuerdo con la primera forma de realización y la segunda forma de realización, y un circuito de medición de tensión sin contacto 30 correspondiente al detector de tensión 3 de acuerdo con la primera forma de realización y la segunda forma de realización.

(10-1) Circuito de medida de corriente sin contacto 10

Según se ilustra en la Fig. 11, el circuito de medida de corriente sin contacto 10 incluye un transformador de corriente 6 y un medidor de corriente 48. El transformador de corriente 6 se dispone de modo que no entre en contacto con el primer cable eléctrico 101. El transformador de corriente 6 transforma una corriente CA que fluye por el primer cable eléctrico 101 y envía una corriente CA que tiene una magnitud de corriente diferente de la de la corriente CA que fluye en el primer cable eléctrico 101. El medidor de corriente 48 se conecta a un transformador de corriente 6. El medidor de corriente 48 recibe la corriente CA, que ha sido transformada por el transformador de corriente 6, y envía una señal analógica I1 correspondiente a la corriente CA que fluye por el primer cable eléctrico 101.

(10-2) Circuito de medida de tensión sin contacto 30

El circuito de medida de tensión sin contacto 30 incluye una sonda 5 y un medidor de tensión 38. La sonda 5 se dispone de modo que no entre en contacto con la trayectoria conductora 100. La sonda 5 se acopla de forma capacitiva a la trayectoria conductora 100. El medidor de tensión 38 incluye una parte de entrada 31, un amplificador diferencial 32 y un regulador 33, según se ilustra en la Fig. 13.

(10-2-1) Sonda 5

La Fig. 12 ilustra de forma esquemática una relación entre la trayectoria conductora 100 y la sonda 5. La sonda 5 tiene un electrodo 50. El electrodo 50 se dispone de modo que no entre en contacto con la trayectoria conductora 100. El electrodo 50 incluye un primer electrodo 51 dispuesto de modo que no entre en contacto con el primer cable eléctrico 101, y un segundo electrodo 52 dispuesto de modo que no entre en contacto con el segundo cable eléctrico 102.

Un recubrimiento aislante 120 se dispone alrededor de la trayectoria conductora 100 para aislarla. Alrededor del primer cable eléctrico 101 se dispone un primer recubrimiento aislante 121 fabricado, por ejemplo, de plástico o caucho. Un segundo recubrimiento aislante 122 fabricado, por ejemplo, de plástico o caucho se proporciona alrededor del segundo cable eléctrico 102. Por consiguiente, el caso en el que el electrodo 50 de la sonda 5 se dispone de modo que no entre en contacto con la trayectoria conductora 100 incluye un caso en el que el electrodo 50 entra en contacto con el recubrimiento aislante 120 alrededor de la trayectoria conductora 100 compuesta por un conductor. Más concretamente, el caso en el que el primer electrodo 51 se dispone de modo que no entre en contacto con el primer cable eléctrico 101 incluye un caso en el que el primer electrodo 51 entra en contacto con el primer recubrimiento aislante 121. El caso en el que el segundo electrodo 52 se dispone de modo que no entre en contacto con el segundo cable eléctrico 102 incluye un caso en el que el segundo electrodo 52 entra en contacto con el segundo recubrimiento aislante 122.

La Fig. 13 ilustra la configuración del aparato de medición de potencia 1 con más detalle. El condensador C1 ilustrado en la Fig. 13 es un condensador formado por el primer cable eléctrico 101, el primer electrodo 51 y el primer recubrimiento aislante 121. El primer recubrimiento aislante 121 sirve como dieléctrico. En otras palabras, el primer cable eléctrico 101 y el primer electrodo 51 se acoplan de forma capacitiva entre sí. Aunque sólo se ilustra el condensador C1, en realidad, entre el primer cable eléctrico 101 y el primer electrodo 51 no sólo se genera una componente capacitiva, sino también, por ejemplo, una componente resistiva. Bajo otro punto de vista, según se ilustra en la Fig. 14, la sonda 5 genera una impedancia Za que incluye una componente capacitiva entre el primer cable eléctrico 101 y el primer electrodo 51.

Un condensador C2 ilustrado en la Fig. 13 es un condensador formado por el segundo cable eléctrico 102, el segundo electrodo 52 y el segundo recubrimiento aislante 122. El recubrimiento aislante 122 sirve como dieléctrico. En otras palabras, el segundo cable eléctrico 102 y el segundo electrodo 52 se acoplan de forma capacitiva entre sí. Aunque sólo se ilustra el condensador C2, en realidad, entre el segundo cable eléctrico 102 y el segundo electrodo 52 no sólo se genera una componente capacitiva, sino también, por ejemplo, una componente resistiva. Bajo otro punto de vista, según se ilustra en la Fig. 14, la sonda 5 genera una impedancia Zb que incluye una componente capacitiva entre el segundo cable eléctrico 102 y el segundo electrodo 52.

(10-2-2) Parte de entrada 31

La parte de entrada 31 se conecta a la sonda 5. La parte de entrada 31 produce una señal de entrada SI correspondiente a la forma de onda de la tensión de alimentación de CA en función del potencial del electrodo 50. En el circuito de medida de tensión sin contacto 30 ilustrado en la Fig. 13, la diferencia de potencial entre el primer electrodo 51 y el segundo electrodo 52 es la señal de entrada SI.

(10-2-3) Amplificador diferencial 32

La señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 se introduce en el amplificador diferencial 32. El amplificador diferencial 32 amplifica la señal de entrada SI y envía una señal de salida SO. El amplificador diferencial 32 envía la señal de salida SO al circuito de cálculo de potencia 20.

(10-2-4) Regulador 33

El regulador 33 regula al menos uno de la ganancia del amplificador diferencial 32 y la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 en función de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado. El amplificador diferencial 32 de acuerdo con la tercera forma de realización es un amplificador diferencial cuya ganancia se puede cambiar mediante el regulador 33. El regulador 33 de acuerdo con la tercera forma de realización tiene una función de regulación de la ganancia del amplificador diferencial 32. La regulación de la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 se describirá en otra forma de realización.

El intervalo predeterminado se establece de antemano en un intervalo que es más pequeño que la salida a fondo de escala del amplificador diferencial 32 y que permite mantener una resolución adecuada. El intervalo predeterminado es un intervalo en el que la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 es una proporción específica de la salida a fondo de escala del amplificador diferencial 32. El intervalo predeterminado es, por ejemplo, un intervalo en el que el valor eficaz de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 es una proporción específica de la salida a fondo de escala del valor eficaz del amplificador diferencial 32. La proporción específica se determina de tal forma que, por ejemplo, el valor eficaz de la señal de salida SO se encuentre en el intervalo de 60 % ± 5 % o en el intervalo de 60 % a 50 % de la salida a fondo de escala del amplificador diferencial 32. Alternativamente, el intervalo predeterminado es, por ejemplo, un intervalo en el que el valor absoluto del valor pico de la señal de salida SO es una proporción específica de la salida a fondo de escala del valor absoluto del valor pico del amplificador diferencial 32.

El regulador 33 se configura preferiblemente de tal forma que se permite que la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 obtenida cuando la ganancia del amplificador diferencial 32 se regula al mínimo sea menor que la mitad de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 obtenida cuando la ganancia se regula al máximo. Esto se debe a que en un experimento se ha observado un ejemplo en el que la magnitud de la señal de entrada SI cambia aproximadamente dos veces en un día debido a un cambio en el entorno (como por ejemplo la humedad o la temperatura) incluso cuando la magnitud de la tensión de alimentación de CA es constante.

(10-3) Medición de potencia mediante un aparato de medición de potencia 1

El aparato de medición de potencia 1 retroalimenta una señal que indica la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 del circuito de medición de tensión sin contacto 30 al regulador 33 para regular la magnitud de la forma de onda de tensión que se va a medir mediante el circuito de medición de tensión sin contacto 30. El aparato de medición de potencia 1 determina que el valor eficaz de la tensión de alimentación de CA aplicada a la trayectoria conductora 100 es el valor predeterminado, y mide la potencia suministrada mediante la trayectoria conductora 100 en función de los resultados de medición del circuito de medición de tensión sin contacto 30 y del circuito de medición de corriente sin contacto 10. Por ejemplo, en el caso de una tensión de alimentación de CA comercial de 100 V, el valor predeterminado del valor eficaz es 100 V.

(11) Configuración detallada

(11-1) Circuito de cálculo de potencia 20

El circuito de cálculo de potencia 20 incluye una unidad de cálculo de potencia 21 y convertidores AD 22 y 23. La unidad de cálculo de potencia 21 está implementada por una CPU (unidad central de procesamiento) 90. La CPU 90 ejecuta un programa almacenado en una memoria (no ilustrada) para formar la unidad de cálculo de potencia 21. El circuito de cálculo de potencia 20 calcula un valor de potencia utilizando una valor de corriente enviado desde el convertidor AD 22 y un valor de tensión enviado desde el convertidor AD 23.

El convertidor AD 22 se conecta al medidor de corriente 48. El convertidor AD 22 convierte un valor instantáneo de la señal analógica I1 en una señal digital. El número de dígitos de la señal digital de salida enviado desde el convertidor AD 22 es el número de dígitos que se pueden introducir en la CPU 90 en la fase posterior. Por ejemplo, si la CPU 90 puede introducir una señal digital de 16 bits, 1 bit se utiliza para indicar positivo o negativo, y los 15 bits restantes (15 dígitos) se utilizan para representar la magnitud del valor instantáneo.

El convertidor AD 23 recibe la señal de salida SO del amplificador diferencial 32. El convertidor AD 23 convierte un valor instantáneo de la señal de salida SO, que es una señal analógica, en una señal digital y envía la señal digital a la CPU 90. El número de dígitos de la señal digital enviado desde el convertidor AD 23 es el número de dígitos que se pueden introducir en la CPU 90 en la fase posterior. Por ejemplo, si la CPU 90 puede introducir una señal digital de 16 bits, 1 bit se utiliza para indicar positivo o negativo, y los 15 bits restantes (15 dígitos) se utilizan para representar la magnitud del valor instantáneo.

(11 -2) Parte de entrada 31

Según se ilustra en la Fig. 13, la parte de entrada 31 de acuerdo con la tercera forma de realización incluye un condensador C3 y resistencias R1 y R2. Un extremo del condensador C3 se conecta al primer electrodo 51 de la sonda 5, y el otro extremo del condensador C3 se conecta al segundo electrodo 52 de la sonda 5. Un extremo de la resistencia R1 se conecta al primer electrodo 51, y el otro extremo se conecta a tierra. Un extremo de la resistencia R2 se conecta al segundo electrodo 52, y el otro extremo se conecta a tierra. Además, un extremo de la resistencia R1 se conecta a un terminal de entrada del amplificador diferencial 32, y el otro extremo de la resistencia R2 se conecta al otro terminal de entrada del amplificador diferencial 32. El amplificador diferencial 32 amplifica la diferencia de potencial entre el potencial en un extremo de la resistencia R1 y el potencial en un extremo de la resistencia R2. La diferencia de potencial entre el potencial en el primer extremo de la resistencia R1 y el potencial en el primer extremo de la resistencia R2 es la señal de entrada SI.

Según se ilustra en al Fig. 14, se puede considerar que la parte de entrada 31 genera una impedancia Zi entre el primer electrodo 51 y el segundo electrodo 52 de la sonda 5. Según se puede observar en la Fig. 14, las tres impedancias Za, Zi y Zb se conectan en serie entre el primer cable eléctrico 101 y el segundo cable eléctrico 102. Por consiguiente, la tensión (diferencia de potencial) producida a través de la impedancia Zi es una tensión obtenida dividiendo la tensión de alimentación de CA aplicada entre el primer cable eléctrico 101 y el segundo cable eléctrico 102.

Puesto que Za » al valor de capacitancia del condensador C1, Zb » al valor de capacitancia del condensador C2, y Zi » al valor de capacitancia del condensador C3, la tensión es, en esencia, una tensión que se divide entre los condensadores C1, C2, y C3 conectados en serie. En otras palabras, la parte de entrada 31 de acuerdo con la tercera forma de realización incluye un circuito divisor de tensión.

(11-3) Regulador 33

El regulador 33 incluye una resistencia programable R3. La resistencia programable R3 funciona como una resistencia de ganancia que cambia la ganancia del amplificador diferencial 32. La Fig. 13 ilustra un caso en el que la resistencia programable R3 se fija externamente al amplificador diferencial 32. Sin embargo, la resistencia programable R3 que funciona como resistencia de ganancia puede estar incorporada en el amplificador diferencial 32. La resistencia programable R3 tiene un valor de resistencia que cambia de acuerdo con una señal de retroalimentación que indica la magnitud de la señal de salida SO.

(11-4) Circuito de retroalimentación 40

El aparato de medición de potencia 1 incluye un circuito de retroalimentación 40 que retroalimenta una señal que indica la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 al regulador 33. El circuito de retroalimentación 40 de acuerdo con la tercera forma de realización incluye un interruptor 41 y un determinador de señal de tensión 42.

El conmutador 41 cambia de forma selectiva a la unidad de cálculo de potencia 21 y al determinador de señal de tensión 42 para proporcionar la señal digital proporcionada desde el convertidor AD 23. El conmutador 41 se implementa mediante la CPU 90. La CPU 90 ejecuta un programa almacenado en la memoria (no ilustrada) para formar el conmutador 41. Aunque es este caso a modo de ejemplo se describe un caso donde el interruptor 41 se implementa mediante la CPU 90, el interruptor 41 se puede disponer como un componente físico.

El determinador de señal de tensión 42 se implementa mediante la CPU 90. La CPU 90 ejecuta un programa almacenado en la memoria (no ilustrada) para formar el determinador de señal de tensión 42. Aunque en este caso a modo de ejemplo se describe un caso donde el determinador de señal de tensión 42 se implementa mediante la CPU 90, el determinador de señal de tensión 42 se puede disponer como un componente físico.

El determinador de señal de tensión 42 determina la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 antes de que la unidad de cálculo de potencia 21 lleve a cabo el cálculo de potencia. Por consiguiente, el conmutador 41 se conmuta antes del cálculo de potencia para proporcionar la señal digital procedente del convertidor AD 23 al determinador de señal de tensión 42. El determinador de señal de tensión 42 envía una señal que indica la magnitud de la señal de salida SO al regulador 33, de modo que la magnitud de la señal de salida SO se pueda mantener dentro de un intervalo predeterminado. Cuando la magnitud de la señal de salida SO se mantiene dentro del intervalo predeterminado, el determinador de señal de tensión 42 conmuta el interruptor 41 de modo que la señal digital proporcionada desde el convertidor AD 23 se pueda suministrar a la unidad de cálculo de potencia 21.

Si la señal de salida SO es grande, el determinador de señal de tensión 42 envía una señal de retroalimentación para disminuir la ganancia del amplificador diferencial 32 a la resistencia programable R3. En otras palabras, la señal de retroalimentación para disminuir la ganancia del amplificador diferencial 32 es una señal que indica que la señal de salida SO es grande. Si la señal de salida SO es pequeña, el determinador de señal de tensión 42 envía una señal de retroalimentación para aumentar la ganancia del amplificador diferencial 32 a la resistencia programable R3. En otras palabras, la señal de retroalimentación para aumentar la ganancia del amplificador diferencial 32 es una señal que indica que la señal de salida SO es pequeña.

(12) Funcionamiento general

Por ejemplo, cuando un dispositivo como por ejemplo un aparato de aire acondicionado se conecta a la trayectoria conductora 100 y está en funcionamiento, el dispositivo conectado a la trayectoria conductora 100 consume energía.

En este momento, una corriente fluye a través de la trayectoria conductora 100 de acuerdo con la energía suministrada al dispositivo. Dado que la tensión de alimentación de CA se aplica a la trayectoria conductora 100, el cálculo de la potencia requiere no sólo los valores de la tensión y la corriente suministradas mediante la trayectoria conductora 100, sino también una forma de onda de tensión y una forma de onda de corriente para calcular el factor de potencia.

Dado que el proceso relacionado con la corriente que utiliza el circuito de medición de corriente sin contacto 10 y el circuito de cálculo de potencia 20 se lleva a cabo mediante un método conocido que se conoce convencionalmente, se omitirá en este caso una descripción del proceso relacionado con la corriente.

Se describirá a modo de ejemplo un caso en el que la trayectoria conductora 100 se conecta a una fuente de alimentación CA comercial de 100 V. En este caso, por ejemplo, el circuito de cálculo de potencia 20 almacena información que indica que la fuente de alimentación CA comercial es de 100 V en la memoria (no ilustrada). La unidad de cálculo de potencia 21 determina que el valor eficaz de la tensión CA relacionado con la potencia CA que se va a calcular es 100 V (un ejemplo del valor predeterminado) a partir del almacenamiento de la memoria.

La unidad de cálculo de potencia 21 calcula el valor eficaz de la corriente CA a partir de la señal digital relacionada con la corriente CA proporcionada desde el convertidor AD 22.

La unidad de cálculo de potencia 21 calcula el factor de potencia a partir de las señales digitales relacionadas con la corriente CA y la tensión CA proporcionadas por el convertidor AD 22 y el convertidor AD 23 utilizando la forma de onda de la corriente CA y la forma de onda de la tensión CA. En este cálculo, la unidad de cálculo de potencia 21 puede utilizar una forma de onda de tensión CA obtenida a partir de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 cuya magnitud se regula para que caiga dentro del intervalo predeterminado mediante el regulador 33.

La unidad de cálculo de potencia 21 calcula el consumo de potencia utilizando el valor eficaz de la corriente CA y el factor de potencia, que se calculan del modo descrito anteriormente, y el valor eficaz almacenado de la tensión CA. Aunque se ha dado una descripción de un caso en el que la unidad de cálculo de potencia 21 calcula el consumo de potencia utilizando el valor eficaz de la corriente CA, el valor eficaz de la tensión CA y el factor de potencia, el método para calcular el consumo de potencia no se limita a un método de este tipo. Por ejemplo, la unidad de cálculo de potencia 21 se puede configurar para calcular el consumo de potencia a partir de la media del producto de un valor instantáneo de la corriente CA y un valor instantáneo de la tensión CA. Por ejemplo, la configuración del circuito de cálculo de potencia 20 de acuerdo con la tercera forma de realización puede ser la misma que la configuración del calculador de potencia 2 de acuerdo con la primera forma de realización. Por ejemplo, la configuración del circuito de cálculo de potencia 20 de acuerdo con la tercera forma de realización puede ser la misma que la configuración del calculador de potencia 2 de acuerdo con la segunda forma de realización.

(13) Modificaciones

(13-1) Modificación 3A

En la tercera forma de realización, se ha dado una descripción de un caso en el que el aparato de medición de potencia 1 tiene una configuración en la que un periodo durante el cual el circuito de retroalimentación 40 genera una señal a retroalimentar y un periodo durante el cual la unidad de cálculo de potencia 21 calcula la potencia son diferentes. Sin embargo, según se ilustra en la Fig. 15, el aparato de medición de potencia 1 se puede configurar de tal forma que la unidad de cálculo de potencia 21 calcule la potencia mientras el circuito de retroalimentación 40 genera una señal para retroalimentar.

El circuito de retroalimentación 40 ilustrado en la Fig. 15 incluye, por ejemplo, una unidad de microprocesamiento (MPU) 43. La MPU 43 recibe una señal digital que indica una salida de tensión CA enviada desde el convertidor AD 23. La MPU 43 calcula la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 a partir de la señal digital del convertidor AD 23, y determina una resistencia de ganancia que puede mantener la señal de salida SO dentro de un intervalo predeterminado. La MPU 43 envía una señal de control para cambiar la resistencia de ganancia a un valor determinado a la resistencia programable R3.

(13-2) Modificación 3B

En la tercera forma de realización, se ha dado una descripción de un caso en el que el regulador 33 que regula la ganancia del amplificador diferencial 32 es la resistencia programable R3. Sin embargo, el método para regular la ganancia del amplificador diferencial 32 no se limita a cambiar un valor de resistencia que determina la ganancia. Por ejemplo, se puede utilizar un amplificador de ganancia programable que tenga una integración de las funciones de un regulador y un amplificador diferencial. Además, el amplificador diferencial que tiene una integración de las funciones de un regulador y un amplificador diferencial puede ser, por ejemplo, un amplificador diferencial cuya ganancia se cambia de acuerdo con la magnitud de una tensión proporcionada desde el exterior.

(14) Configuración general

Un aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con una cuarta forma de realización es diferente del aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la tercera forma de realización en la configuración del circuito de medición de tensión sin contacto 30 y el regulador 33. Por lo tanto, el aparato de medición de potencia 1 y el circuito de medición de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la cuarta forma de realización se describirán centrándose en los puntos modificados del circuito de medición de tensión sin contacto 30 y el regulador 33, mientras que se omitirá la descripción de las otras partes.

El regulador 33 de acuerdo con la cuarta forma de realización ilustrada en la Fig. 16 regula la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 en función de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado.

(15) Configuración detallada

(15-1) Parte de entrada 31

Según se ilustra en la Fig. 16, la parte de entrada 31 de acuerdo con la cuarta forma de realización incluye un condensador programable C4 y las resistencias R1 y R2. Un extremo del condensador programable C4 se conecta al primer electrodo 51 de la sonda 5, y el otro extremo del condensador programable C4 se conecta al segundo electrodo 52 de la sonda 5. Un extremo de la resistencia R1 se conecta al primer electrodo 51, y el otro extremo se conecta a tierra. Un extremo de la resistencia R2 se conecta al segundo electrodo 52, y el otro extremo se conecta a tierra. Además, un extremo de la resistencia R1 se conecta a un terminal de entrada del amplificador diferencial 32, y el otro extremo de la resistencia R2 se conecta al otro terminal de entrada del amplificador diferencial 32. El amplificador diferencial 32 amplifica la diferencia de potencial entre el potencial en un extremo de la resistencia R1 y el potencial en un extremo de la resistencia R2. La diferencia de potencial entre el potencial en el primer extremo de la resistencia R1 y el potencial en el primer extremo de la resistencia R2 es la señal de entrada SI.

Dado que Za » al valor de capacitancia del condensador Cl, Zb » al valor de capacitancia del condensador C2, y Zi » al valor de capacitancia del condensador programable C4, la tensión es, en esencia, una tensión que se divide por estos tres condensadores conectados en serie. En otras palabras, la parte de entrada 31 de acuerdo con la cuarta forma de realización incluye un circuito divisor de tensión.

(15-2) Amplificador diferencial 32

Una resistencia R4 que determina la ganancia del amplificador diferencial 32 de acuerdo con la cuarta forma de realización es una resistencia fija cuyo valor de resistencia no se puede modificar.

(15-3) Regulador 33

Según se ilustra en la Fig. 16, el regulador 33 de acuerdo con la cuarta forma de realización incluye el condensador programable C4. El condensador programable C4 es un condensador variable. El condensador programable C4 funciona como un condensador variable que regula la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31. El condensador programable C4 tiene un valor de capacitancia que cambia de acuerdo con una señal retroalimentada que indica la magnitud de la señal de salida SO.

El condensador programable C4 se configura preferiblemente de tal forma que se permita que la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 obtenida cuando la capacitancia se regula al mínimo sea menor que la mitad de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial obtenida cuando la capacitancia se regula al máximo.

(15-4) Circuito de retroalimentación 40

El determinador de señal de tensión 42 envía una señal que indica la magnitud de la señal de salida SO al regulador 33, de modo que la magnitud de la señal de salida SO se pueda mantener dentro de un intervalo predeterminado. Si la señal de salida SO es grande, el determinador de señal de tensión 42 envía una señal de retroalimentación para disminuir la señal de entrada SI del amplificador diferencial 32 al condensador programable C4. En otras palabras, la señal de retroalimentación para disminuir la señal de entrada SI es una señal que indica que la señal de salida SO es grande. Si la señal de salida SO es pequeña, el determinador de señal de tensión 42 envía una señal de retroalimentación para aumentar la señal de entrada SI al condensador programable C4. En otras palabras, la señal de retroalimentación para aumentar la señal de entrada SI es una señal que indica que la señal de salida SO es pequeña.

(16) Modificaciones

(16-1) Modificación 4A

También en el aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la cuarta forma de realización, como en el aparato de medición de potencia 1 según la Modificación 3A, el circuito de retroalimentación 40 se puede modificar de tal forma que se utilice la MPU 43 ilustrada en la Fig. 15.

(16-2) Modificación 4B

En el aparato de medición de potencia 1 y el circuito de medición de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la cuarta forma de realización, el regulador 33 se configura utilizando el condensador programable C4. Sin embargo, el regulador 33 para controlar la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 no se limita al que tiene una configuración que utiliza un condensador variable (el condensador programable C4).

Por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 17, se puede utilizar una resistencia variable R5 en lugar del condensador variable C4 de la Fig. 16. Un extremo de la resistencia variable R5 se conecta al primer electrodo 51 de la sonda 5, y el otro extremo de la resistencia variable R5 se conecta al segundo electrodo 52 de la sonda 5. La resistencia variable R5 es, por ejemplo, una resistencia programable. El regulador 33 puede regular la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 cambiando el valor de resistencia de la resistencia variable R5.

(17) Configuración general

Un aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con una quinta forma de realización es diferente del aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la tercera forma de realización en la configuración del circuito de medición de tensión sin contacto 30 y el regulador 33. Por lo tanto, el aparato de medición de potencia 1 y el circuito de medición de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la quinta forma de realización se describirán centrándose en los puntos modificados del circuito de medición de tensión sin contacto 30 y el regulador 33, mientras que se omitirá la descripción de las otras partes.

El regulador 33 de acuerdo con la quinta forma de realización ilustrada en la Fig. 18 regula la ganancia del amplificador diferencial 32 y la magnitud de la señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 en función de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado.

(18) Configuración detallada

(18-1) Parte de entrada 31

Según se ilustra en la Fig. 18, al igual que la parte de entrada 31 de acuerdo con la cuarta forma de realización, la parte de entrada 31 de acuerdo con la quinta forma de realización incluye un condensador programable C4 y resistencias R1 y R2.

(18-2) Amplificador diferencial 32

Como en la tercera forma de realización, el amplificador diferencial 32 de acuerdo con la quinta forma de realización se configura de tal forma que la ganancia se puede cambiar mediante la resistencia programable R3. La señal de entrada SI producida por la parte de entrada 31 se introduce en el amplificador diferencial 32. El amplificador diferencial 32 amplifica la señal de entrada SI y envía una señal de salida SO. El amplificador diferencial 32 envía la señal de salida SO al circuito de cálculo de potencia 20.

(18-3) Regulador 33

Según se ilustra en la Fig. 18, el regulador 33 de acuerdo con la quinta forma de realización está constituido por la resistencia programable R3 y el condensador programable C4.

La resistencia programable R3 y el condensador programable C4 se configuran preferiblemente de tal forma que se permite que la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 obtenida cuando el valor de la resistencia y la capacitancia se regulan al mínimo sea menor que la mitad de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial obtenida cuando el valor de la resistencia y la capacitancia se regulan al máximo.

(18-4) Circuito de retroalimentación 40

El determinador de señal de tensión 42 envía una señal que indica la magnitud de la señal de salida SO al regulador 33, de modo que la magnitud de la señal de salida SO se pueda mantener dentro de un intervalo predeterminado. Si la señal de salida SO es grande, el determinador de señal de tensión 42 envía una señal de retroalimentación a la resistencia programable R3 y al condensador programable C4 para disminuir la señal de entrada SI del amplificador diferencial 32. Si la señal de salida SO es pequeña, el determinador de señal de tensión 42 envía una señal de retroalimentación a la resistencia programable<r>3 y al condensador programable C4 para aumentar la señal de entrada SI.

(19) Modificaciones

(19-1) Modificación 5A

También en el aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la cuarta forma de realización, como en el aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la Modificación 3A, el circuito de retroalimentación 40 se puede modificar de tal forma que se utilice la MPU 43 ilustrada en la Fig. 15.

(19-2) Modificación 5B

En el aparato de medición de potencia 1 y el circuito de medición de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la quinta forma de realización, el regulador 33 se configura utilizando la resistencia programable R3 y el condensador programable C4. Sin embargo, el regulador 33 para controlar la magnitud de la señal de entrada S i producida por la parte de entrada 31 no se limita a el que tiene la configuración que utiliza la resistencia programable R3 y el condensador programable C4.

Por ejemplo, como en el aparato de medición de potencia 1 de acuerdo con la Modificación 4B, como se ilustra en la Fig. 17, el regulador 33 se puede configurar utilizando la resistencia variable R5 como una resistencia de la parte de entrada 31 de acuerdo con la quinta forma de realización.

(20) Características

(20-1) En el circuito de medición de tensión sin contacto 30 de acuerdo con las formas de realización y las modificaciones descritas anteriormente, la impedancia generada entre el electrodo 50 de la sonda 5 y la trayectoria conductora 100 puede cambiar en gran medida con un cambio en el entorno circundante. Más concretamente, la impedancia Za (un ejemplo de una primera impedancia) entre el primer electrodo 51 y el primer cable eléctrico 101 y la impedancia Zb (un ejemplo de una segunda impedancia) entre el segundo electrodo 52 y el segundo cable eléctrico 102, ilustrada en la Fig. 14, puede cambiar mucho con un cambio en el entorno circundante.

Si la impedancia generada entre el electrodo 50 y la trayectoria conductora 100 cambia mucho, la señal de entrada SI que se debe introducir en el amplificador diferencial 32 cambia mucho. Sin embargo, el regulador 33 puede regular la ganancia del amplificador diferencial 32 para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado, por ejemplo, dentro del intervalo de 80 % ± 5 %. Como resultado, la resolución de la forma de onda de tensión obtenida por la unidad de cálculo de potencia 21 del amplificador diferencial 32 se puede mantener dentro de un intervalo apropiado. Según se ha descrito anteriormente, incluso si la impedancia entre el electrodo 50 de la sonda 5 y la trayectoria conductora 100 cambia en función del entorno circundante, el circuito de medición de tensión sin contacto 30 puede suprimir una disminución de la resolución de la forma de onda de tensión de la tensión de alimentación de CA que se va a medir. De esta manera, dado que se suprime una disminución en la resolución de la forma de onda de tensión de la tensión de alimentación de CA que se va a medir mediante el circuito de medición de tensión sin contacto 30, el aparato de medición de potencia 1 puede medir la potencia con precisión.

(20-2) El regulador 33 se configura preferiblemente de tal forma que se permite que la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 obtenida cuando la ganancia se regula al mínimo sea menor que la mitad de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 obtenida cuando la ganancia se regula al máximo. Con una configuración de este tipo, incluso en un caso en el que la señal de entrada SI del amplificador diferencial 32 cambia en gran medida por un factor de dos o más en respuesta a un cambio en el entorno circundante, el regulador 33 puede mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado.

(20-3) En el circuito de medida de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la tercera forma de realización, el regulador 33 está constituido por la resistencia programable R3. La resistencia programable R3 cambia un valor de resistencia que determina la ganancia del amplificador diferencial 32 en función de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32. Por consiguiente, la resistencia programable R3 está configurada de tal forma que una señal relativa a la magnitud de la señal de salida SO se retroalimenta a la resistencia programable R3 desde el circuito de retroalimentación 40. Con la utilización de la resistencia programable R3, el circuito de medición de tensión sin contacto 30 puede llevar a cabo fácilmente el control para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado.

(20-4) En el circuito de medición de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la cuarta forma de realización, el regulador 33 está constituido por el condensador programable C4. El condensador programable C4 es un condensador variable que cambia un valor de capacitancia determinando la magnitud de la señal de entrada SI de la parte de entrada 31 en función de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32. Por consiguiente, el condensador programable C4 está configurado de tal forma que una señal relativa a la magnitud de la señal de salida SO se retroalimenta al condensador programable C4 desde el circuito de retroalimentación 40. Con la utilización del condensador programable C4, el circuito de medición de tensión sin contacto 30 puede llevar a cabo fácilmente el control para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado.

(20-5) En el circuito de medida de tensión sin contacto 30 de acuerdo con la quinta forma de realización, el regulador 33 está constituido por la resistencia programable R3 y el condensador programable C4. La resistencia programable R3 y el condensador programable C4 son una resistencia variable y un condensador variable que cambian un valor de resistencia que determina la ganancia del amplificador diferencial 32 y un valor de capacitancia que determina la magnitud de la señal de entrada SI de la parte de entrada 31 en función de la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32. Por consiguiente, la resistencia programable R3 y el condensador programable C4 se configuran de tal forma que una señal relativa a la magnitud de la señal de salida SO se retroalimenta a la resistencia programable R3 y al condensador programable C4 desde el circuito de retroalimentación 40. Con la utilización de la resistencia programable R3 y el condensador programable C4, el circuito de medición de tensión sin contacto 30 puede llevar a cabo fácilmente el control para mantener la magnitud de la señal de salida SO del amplificador diferencial 32 dentro de un intervalo predeterminado.

Lista de símbolos de referencia

1 aparato de medición de potencia

2 calculador de potencia

3 detector de tensión

4 detector de corriente

5, 5r, 5s, 5t sonda

10 circuito de medición de corriente sin contacto (ejemplo de detector de corriente)

30 circuito de medición de tensión sin contacto (ejemplo de detector de tensión)

31 parte de entrada

32 amplificador diferencial

33 regulador

50 electrodo

51 primer electrodo

52 segundo electrodo

100 trayectoria conductora

101 primer cable eléctrico

102 segundo cable eléctrico

R3 resistencia programable

R5 resistencia variable

C4 condensador programable (ejemplo de condensador variable)

Lista de citas

Literatura de patentes

PTL 1: Publicación de solicitud de patente japonesa no examinada n.° 2006-343109

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de medición de potencia (1) que comprende:

un detector de tensión (3, 30) que detecta sin contacto una tensión CA de una trayectoria conductora (100) a la que se suministra energía desde una fuente de alimentación CA cuya magnitud de tensión CA se regula para que sea un valor predeterminado y que envía una primera señal de datos relativa a una forma de onda de tensión de la tensión CA de la trayectoria conductora;

un detector de corriente (4, 10) que detecta sin contacto una corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora y que envía una segunda señal de datos relativa a una forma de onda de la corriente CA de la trayectoria conductora; y

un calculador de potencia (2) que recibe la primera señal de datos y la segunda señal de datos y que calcula la potencia activa de la trayectoria conductora a partir de un producto de una segunda tensión instantánea y una corriente instantánea de la forma de onda de corriente indicada por la segunda señal de datos, generándose la segunda tensión instantánea mediante la conversión de una primera tensión instantánea de la forma de onda de tensión indicada por la primera señal de datos en función del valor predeterminado, en donde

el detector de tensión incluye una sonda (5, 5r, 5s, 5t), una parte de entrada (31), un amplificador diferencial (32) y un regulador (33),

la sonda incluye un electrodo (50) dispuesto de modo que no entre en contacto con la trayectoria conductora, y genera una impedancia que incluye una componente capacitiva entre la trayectoria conductora y el electrodo,

la parte de entrada se conecta a la sonda y produce una señal de entrada correspondiente a una forma de onda de la tensión CA de la trayectoria conductora en función de un potencial del electrodo,

el amplificador diferencial amplifica la señal de entrada producida por la parte de entrada y envía una señal de salida, siendo la señal de salida la primera señal de datos, y

el regulador regula al menos una de una ganancia del amplificador diferencial y una magnitud de la señal de entrada producida por la parte de entrada en función de una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial, y mantiene la magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial dentro de un intervalo predeterminado, en donde

el regulador se configura de tal forma que se permita que una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial obtenida cuando la ganancia se regula a un mínimo sea menor que la mitad de una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial obtenida cuando la ganancia se regula a un máximo.

2. El aparato de medición de potencia (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde

el valor predeterminado es un valor eficaz o un valor pico de la tensión CA de la fuente de alimentación CA, y en el cálculo de la potencia activa de la trayectoria conductora, el calculador de potencia convierte la primera tensión instantánea en la segunda tensión instantánea en función de una relación entre un valor eficaz o un valor pico indicado por la forma de onda de tensión y el valor predeterminado.

3. Un aparato de medición de potencia (1) que comprende:

un calculador de potencia (2) que recibe la primera señal de datos y la segunda señal de datos y que calcula la potencia activa de la trayectoria conductora a partir de una magnitud de una corriente CA de la forma de onda de corriente indicada por la segunda señal de datos, el valor predeterminado y una diferencia de fase entre una componente fundamental de la forma de onda de tensión obtenida a partir de la primera señal de datos y una componente fundamental de la forma de onda de corriente obtenida a partir de la segunda señal de datos,

en donde

4. El aparato de medición de potencia (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria conductora incluye un primer cable eléctrico (101) y un segundo cable eléctrico (102),

la sonda incluye, como electrodo, un primer electrodo (51) dispuesto de modo que no entre en contacto con el primer cable eléctrico y un segundo electrodo (52) dispuesto de modo que no entre en contacto con el segundo cable eléctrico, genera una primera impedancia que incluye una componente capacitiva entre el primer cable eléctrico y el primer electrodo, y genera una segunda impedancia que incluye una componente capacitiva entre el segundo cable eléctrico y el segundo electrodo, y

la parte de entrada produce una señal de entrada correspondiente a una forma de onda de una diferencia de potencial entre el primer electrodo y el segundo electrodo.

5. El aparato de medición de potencia (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el regulador es una resistencia programable (R3) que cambia un valor de resistencia que determina la ganancia del amplificador diferencial en función de la magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial.

6. El aparato de medición de potencia (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la parte de entrada incluye un circuito divisor de tensión conectado al electrodo para dividir la tensión CA de la trayectoria conductora, y

el circuito divisor de tensión incluye al menos uno de un condensador variable (C4) y una resistencia variable (R5) que se regulan mediante el regulador para cambiar la magnitud de la señal de entrada.

7. El aparato de medición de potencia (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la parte de entrada incluye un circuito divisor de tensión conectado al electrodo para dividir la tensión CA de la trayectoria conductora,

el circuito divisor de tensión incluye al menos uno de un condensador variable y una resistencia variable que se regulan mediante el regulador para cambiar la magnitud de la señal de entrada, y

el regulador incluye una resistencia programable que cambia un valor de resistencia que determina la ganancia del amplificador diferencial en función de la magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial, y se configura para cambiar el valor de resistencia de la resistencia programable y un valor del al menos uno del condensador variable y la resistencia variable en función de la magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial.

8. Un método de medición de potencia (1) que comprende:

mediante un detector de tensión (3, 30), detectar sin contacto una forma de onda de tensión de una tensión CA de una trayectoria conductora (100) a la que se suministra energía desde una fuente de alimentación CA cuya magnitud de tensión CA se regula para que sea un valor predeterminado;

detectar, sin contacto, la forma de onda de una corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora; convertir una primera tensión instantánea indicada por la forma de onda de tensión en función del valor predeterminado para generar una segunda tensión instantánea; y

calcular la potencia activa de la trayectoria conductora a partir de un producto de la segunda tensión instantánea y una corriente instantánea indicada por la forma de onda de la corriente,

dotar al detector de tensión de una sonda (5, 5r, 5s, 5t), una parte de entrada (31), un amplificador diferencial (32) y un regulador (33),

disponer un electrodo (50) de la sonda de modo que no entre en contacto con la trayectoria conductora, generar una impedancia por medio del electrodo (50), incluyendo la impedancia una componente capacitiva entre la trayectoria conductora y el electrodo, que conecta la parte de entrada a la sonda,

mediante la parte de entrada, producir una señal de entrada correspondiente a una forma de onda de la tensión CA de la trayectoria conductora en función de un potencial del electrodo,

mediante el amplificador diferencial, amplificar la señal de entrada producida por la parte de entrada, mediante del amplificador diferencial, enviar una señal de salida, siendo la señal de salida la primera señal de datos, y

mediante el regulador, regular al menos una de una ganancia del amplificador diferencial y una magnitud de la señal de entrada producida por la parte de entrada en función de una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial,

mediante el regulador, mantener la magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial dentro de un intervalo predeterminado, en donde

el regulador funciona de tal forma que se permite que una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial obtenida cuando la ganancia se regula a un mínimo sea menor que la mitad de una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial obtenida cuando la ganancia se regula a un máximo.

9. Un método de medición de potencia (1) que comprende:

detectar, sin contacto, la forma de onda de una corriente CA que fluye a través de la trayectoria conductora; calcular una magnitud de corriente CA a partir de la forma de onda de corriente;

calcular una diferencia de fase entre una componente fundamental de la forma de onda de corriente y una componente fundamental de la forma de onda de tensión; y

calcular la potencia activa de la trayectoria conductora a partir del valor predeterminado, la magnitud de corriente CA de la forma de onda de corriente, y la diferencia de fase entre la componente fundamental de la forma de onda de corriente y la componente fundamental de la forma de onda de tensión,

mediante el amplificador diferencial, amplificar la señal de entrada producida por la parte de entrada, mediante el amplificador diferencial, enviar una señal de salida, siendo la señal de salida la primera señal de datos, y mediante el regulador, regular al menos una de las ganancias del amplificador diferencial y una magnitud de la señal de entrada producida por la parte de entrada en función de una magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial,

mediante el regulador, mantener la magnitud de la señal de salida del amplificador diferencial dentro de un intervalo predeterminado,

en donde