JP2005241305A - 電力量計の位相調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相補正量の調整とは関係なく、ゲインを一定にできる電力量計の位相調整回路を提供する。
【解決手段】 位相調整回路３ａは、オペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子−グランドレベル間に接続した抵抗Ｒ１と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に一端を接続したコンデンサＣ１と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−コンデンサＣ１の他端間に接続した抵抗Ｒ２と、オペアンプＯＰ１の出力端子−反転入力端子間に接続した抵抗Ｒ３から構成され、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の各値を調整することで、電圧検出信号Ｖ１に対する電圧検出信号Ｖ３ａの位相進み量（位相補正量）を調整し、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の各値を調整することで、オペアンプＯＰ１のゲイン（Ｖ３ａ／Ｖ１）を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変流器を用いて電流を検出する電力量計の位相調整回路に関するものである。

図２は入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとから電力量を計測する電力量計が具備する電力量演算機能のブロック回路を示しており、入力電圧Ｖｉｎを検出して電圧検出信号Ｖ１を出力する電圧検出部１と、入力電流Ｉｉｎを検出して電流検出信号Ｖ２を出力する変流器２と、電圧検出信号Ｖ１の位相を調整した電圧検出信号Ｖ３ａを出力する位相調整回路３ａと、電圧検出信号Ｖ３ａをＡ／Ｄ変換したデジタル電圧信号Ｖ４を出力する電圧Ａ／Ｄ変換部４と、電流検出信号Ｖ２をＡ／Ｄ変換したデジタル電流信号Ｖ５を出力する電流Ａ／Ｄ変換部５と、デジタル電圧信号Ｖ４とデジタル電流信号Ｖ５とを乗算して電力量を演算し、電力量信号Ｗを出力する掛算回路６とを備える。

ここで、電圧検出部１は入力電圧Ｖｉｎと同位相の電圧検出信号Ｖ１を出力し、変流器２は入力電流Ｉｉｎに対して進み位相となる電流検出信号Ｖ２を出力するため、電圧検出信号Ｖ１と電流検出信号Ｖ２との位相差と、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの位相差とは互いに異なり、電圧検出信号Ｖ１と電流検出信号Ｖ２とを乗算して求めた電力量には実際の電力量に対して誤差が生じる。そこで、位相調整回路３ａによって、電圧検出信号Ｖ１に対する電圧検出信号Ｖ３ａの位相進み量（位相補正量）が入力電流Ｉｉｎに対する電流検出信号Ｖ２の位相進み量と等しくなるように、電圧検出信号Ｖ１に対して位相補正を行うことで、電圧検出信号Ｖ３ａと電流検出信号Ｖ２との位相差を、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの位相差に等しくして、電流検出信号Ｖ２の進み位相によって電力量信号Ｗに生じる誤差をゼロにしている。

従来、位相調整回路３ａは図７に示すように、電圧検出部１の出力に一端を接続した抵抗Ｒ１０と、抵抗Ｒ１０の他端−グランドレベル間に接続した可変抵抗Ｒａと、抵抗Ｒ１０の他端−可変抵抗Ｒａの可変端子（摺動子）間に接続したコンデンサＣ１０とから構成され、抵抗Ｒ１０の一端に電圧検出信号Ｖ１を入力して、抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ１０との接続点から位相を調整した電圧検出信号Ｖ３ａを出力する。そして、可変抵抗Ｒａの摺動子を操作して抵抗比Ｒ１１／Ｒ１２を可変とすることで、位相補正量を調整する。（例えば、特許文献１参照）。

また、位相調整回路３ａの別の構成として、図８に示すように、電圧検出部１の出力に一端を接続した抵抗Ｒ１０と、抵抗Ｒ１０の他端−グランドレベル間に接続したコンデンサＣ１０とからなるものもあり、抵抗Ｒ１０の一端に電圧検出信号Ｖ１を入力して、抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ１０との接続点から位相を調整した電圧検出信号Ｖ３ａを出力する。この場合は、抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ１０の各値を予め設定しておくことで、位相補正量を予め調整している。
特開平５−１２６８７３号公報（段落番号［００１０］、［００１１］、図１，図２）

図７に回路構成を示す位相調整回路３ａは、［数１］に示されるように、位相補正量を調整するために抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２、コンデンサＣ１０の各値が変化すると、ゲイン（Ｖ３ａ／Ｖ１）も変化するので、ゲイン補正手段が別途必要であった。なお、電源角周波数ωとしている。

また、図８に回路構成を示す位相調整回路３ａも、［数２］に示されるように、位相補正量を調整するために抵抗Ｒ１０、コンデンサＣ１０の各値が変化すると、ゲイン（Ｖ３ａ／Ｖ１）も変化するので、ゲイン補正手段が別途必要であった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相補正量の調整とは関係なく、ゲインを一定にできる電力量計の位相調整回路を提供することにある。

請求項１の発明は、電圧の検出信号と変流器を用いて検出した電流の検出信号とに基づいて電力量を計測する電力量計の位相調整回路において、オペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とグランドレベル間に接続した抵抗と、前記オペアンプの非反転入力端子に一端を接続したコンデンサとを備え、前記コンデンサの他端に電圧の検出信号を入力し、前記オペアンプのゲインを負帰還によって所定値に設定したことを特徴とする。

この発明によれば、オペアンプの非反転入力端子に接続したコンデンサと抵抗の各値を調整することで、位相調整回路のゲインが変化することなく、入力された電圧検出信号に対して位相進み量（位相補正量）を調整でき、ゲイン一定で変流器の位相差特性を補正して電力量計の計測精度を向上させることができる。

請求項２の発明は、電圧の検出信号と変流器を用いて検出した電流の検出信号とに基づいて電力量を計測する電力量計の位相調整回路において、オペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とグランドレベル間に接続したコンデンサと、前記オペアンプの非反転入力端子に一端を接続した抵抗とを備え、前記抵抗の他端に前記変流器が出力する電流の検出信号を入力し、前記オペアンプのゲインを負帰還によって所定値に設定したことを特徴とする。

この発明によれば、オペアンプの非反転入力端子に接続したコンデンサと抵抗の各値を調整することで、位相調整回路のゲインが変化することなく、入力された電流検出信号に対して位相遅れ量（位相補正量）を調整でき、ゲイン一定で変流器の位相差特性を補正して電力量計の計測精度を向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記抵抗は並列接続された複数の抵抗素子からなり、各抵抗素子に直列にスイッチを接続して、各スイッチのオン・オフ状態を切り換えることで前記抵抗の値を切り換えることを特徴とする。

この発明によれば、各スイッチのオン・オフ状態を切り換えることで位相補正量を可変とすることができ、特性が異なる複数の変流器に容易に対応することができる。さらに、スイッチによって抵抗値を切り換える構成のほうが、従来のように可変抵抗の摺動子を操作して抵抗値を調整する構成より、温度特性、耐振動性の点で優れている。

以上説明したように、本発明では、オペアンプの非反転入力端子に接続したコンデンサと抵抗の各値を調整することで位相補正量を調整でき、さらにこの位相補正量の調整とは関係なく、ゲインを一定にできるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図２は入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとから電力量を計測する電力量計が具備する電力量演算機能のブロック構成を示しており、入力電圧Ｖｉｎを検出して電圧検出信号Ｖ１を出力する電圧検出部１と、入力電流Ｉｉｎを検出して電流検出信号Ｖ２を出力する変流器２と、電圧検出信号Ｖ１の位相を調整した電圧検出信号Ｖ３ａを出力する位相調整回路３ａと、電圧検出信号Ｖ３ａをＡ／Ｄ変換したデジタル電圧信号Ｖ４を出力する電圧Ａ／Ｄ変換部４と、電流検出信号Ｖ２をＡ／Ｄ変換したデジタル電流信号Ｖ５を出力する電流Ａ／Ｄ変換部５と、デジタル電圧信号Ｖ４とデジタル電流信号Ｖ５とを乗算して電力量を演算し、電力量信号Ｗを出力する掛算回路６とを備える。

位相調整回路３ａは図１に示すように、オペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子−グランドレベル間に接続した抵抗Ｒ１と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に一端を接続したコンデンサＣ１と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−コンデンサＣ１の他端間に接続した抵抗Ｒ２と、オペアンプＯＰ１の出力端子−反転入力端子間に接続した抵抗Ｒ３から構成され、コンデンサＣ１の他端に電圧検出信号Ｖ１を入力して、オペアンプＯＰ１の出力端子から位相を調整した電圧検出信号Ｖ３ａを出力する。このような位相調整回路３ａでは、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の各値を調整することで、電圧検出信号Ｖ１に対する電圧検出信号Ｖ３ａの位相進み量（位相補正量）を調整する。

そして、電圧検出部１は入力電圧Ｖｉｎと同位相の電圧検出信号Ｖ１を出力し、変流器２は入力電流Ｉｉｎに対して進み位相となる電流検出信号Ｖ２を出力するが、電圧検出信号Ｖ１に対する電圧検出信号Ｖ３ａの位相進み量が入力電流Ｉｉｎに対する電流検出信号Ｖ２の位相進み量と等しくなるように、位相調整回路３ａのコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の各値を調整して電圧検出信号Ｖ１に対して位相補正を行うことで、電圧検出信号Ｖ３ａと電流検出信号Ｖ２との位相差を、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの位相差に等しくする。したがって、電圧検出信号Ｖ３ａ及び電流検出信号Ｖ２を各々Ａ／Ｄ変換したデジタル電圧信号Ｖ４及びデジタル電流信号Ｖ５を乗算して求めた電力量信号Ｗは、電流検出信号Ｖ２の進み位相によって生じる誤差がゼロとなる。

さらに、オペアンプＯＰ１のゲイン（Ｖ３ａ／Ｖ１）は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とで設定されて、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とで設定される位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の各値を同一とすればオペアンプＯＰ１のゲインは１倍となる。

（実施形態２）
本実施形態は、図２に示す電力量演算機能のブロック構成において図３に示す位相調整回路３ａを用いたもので、本実施形態の位相調整回路３ａは、実施形態１で説明した位相調整回路３ａのコンデンサＣ１にスイッチＳＷ１を並列接続したものである。すなわち、スイッチＳＷ１がオンすることでコンデンサＣ１の両端を短絡して位相補正量をゼロとすることができ、位相補正が不要な変流器２にも対応できる。また、スイッチＳＷ１がオフすれば、実施形態１と同様に電圧検出信号Ｖ１に所定の位相補正を行った電圧検出信号Ｖ３ａを出力する。

また、本実施形態においても、オペアンプＯＰ１のゲイン（Ｖ３ａ／Ｖ１）は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とで設定されて、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とで設定される位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の各値を同一とすればオペアンプＯＰ１のゲインは１倍となる。。

なお、他の構成は実施形態１と同様であり、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

（実施形態３）
本実施形態は、図２に示す電力量演算機能のブロック構成において図４に示す位相調整回路３ａを用いたもので、本実施形態の位相調整回路３ａは、実施形態１で説明した位相調整回路３ａのオペアンプＯＰ１の非反転入力端子−グランドレベル間に、スイッチＳＷ１１と抵抗Ｒ１ａとの直列回路、スイッチＳＷ１２と抵抗Ｒ１ｂとの直列回路、スイッチＳＷ１３と抵抗Ｒ１ｃとの直列回路が並列接続されている。さらに、スイッチＳＷ１０がコンデンサＣ１に並列接続されている。ここで、スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１３はマルチプレクサＭに内蔵されており、マルチプレクサＭへ与える制御信号によってオンさせるスイッチを切り換えることで、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子−グランドレベル間に接続される抵抗を切り換えて、位相補正量を可変とすることができ、特性が異なる複数の変流器２にも容易に対応することができる。このときスイッチＳＷ１０をオンさせれば位相補正量はゼロとなる。このように、マルチプレクサＭを用いて抵抗値を切り換える構成のほうが、従来のように可変抵抗の摺動子を操作して抵抗値を調整する構成より、温度特性、耐振動性の点で優れている。

また、本実施形態においても、オペアンプＯＰ１のゲイン（Ｖ３ａ／Ｖ１）は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とで設定されて、位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の各値を同一とすればオペアンプＯＰ１のゲインは１倍となる。

なお、他の構成は実施形態１と同様であり、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

（実施形態４）
図５は入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとから電力量を計測する電力量計が具備する電力量演算機能のブロック構成を示しており、入力電圧Ｖｉｎを検出して電圧検出信号Ｖ１を出力する電圧検出部１と、入力電流Ｉｉｎを検出して電流検出信号Ｖ２を出力する変流器２と、電流検出信号Ｖ２の位相を調整した電流検出信号Ｖ３ｂを出力する位相調整回路３ｂと、電圧検出信号Ｖ１をＡ／Ｄ変換したデジタル電圧信号Ｖ４を出力する電圧Ａ／Ｄ変換部４と、電流検出信号Ｖ３ｂをＡ／Ｄ変換したデジタル電流信号Ｖ５を出力する電流Ａ／Ｄ変換部５と、デジタル電圧信号Ｖ４とデジタル電流信号Ｖ５とを乗算して電力量を演算し、電力量信号Ｗを出力する掛算回路６とを備える。

位相調整回路３ｂは図６に示すように、オペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子−グランドレベル間に接続したコンデンサＣ１と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に一端を接続した抵抗Ｒ１と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−抵抗Ｒ１の他端間に接続した抵抗Ｒ２と、オペアンプＯＰ１の出力端子−反転入力端子間に接続した抵抗Ｒ３から構成され、抵抗Ｒ１の他端に電流検出信号Ｖ２を入力して、オペアンプＯＰ１の出力端子から位相を調整した電流検出信号Ｖ３ｂを出力する。このような位相調整回路３ｂでは、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の各値を調整することで、電流検出信号Ｖ２に対する電流検出信号Ｖ３ｂの位相遅れ量（位相補正量）を調整する。

そして、電圧検出部１は入力電圧Ｖｉｎと同位相の電圧検出信号Ｖ１を出力し、変流器２は入力電流Ｉｉｎに対して進み位相となる電流検出信号Ｖ２を出力するが、電流検出信号Ｖ２に対する電流検出信号Ｖ３ｂの位相遅れ量の絶対値が、入力電流Ｉｉｎに対する電流検出信号Ｖ２の位相進み量の絶対値と等しくなるように、位相調整回路３ｂのコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の各値を調整して電流検出信号Ｖ２に対して位相補正を行うことで、電圧検出信号Ｖ１と電流検出信号Ｖ３ｂとの位相差を、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの位相差に等しくする。したがって、電圧検出信号Ｖ１及び電流検出信号Ｖ３ｂを各々Ａ／Ｄ変換したデジタル電圧信号Ｖ４及びデジタル電流信号Ｖ５を乗算して求めた電力量信号Ｗは、電流検出信号Ｖ２の進み位相によって生じる誤差がゼロとなる。

さらに、オペアンプＯＰ１のゲイン（Ｖ３ｂ／Ｖ２）は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とで設定されて、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とで設定される位相補正量の調整とは関係なく一定となる。このとき、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の各値を同一とすればオペアンプＯＰ１のゲインは１倍となる。

なお、コンデンサＣ１にスイッチを直列接続してスイッチをオフにすれば、位相補正量をゼロとすることができる。

さらには、抵抗Ｒ１の代わりに、電流検出信号Ｖ２入力−オペアンプＯＰ１の非反転入力端子間にマルチプレクサが具備する各スイッチを介して複数の抵抗を各々並列接続すれば、マルチプレクサへ与える制御信号によってオンさせるスイッチを切り換えることで、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続される抵抗を切り換えて、位相補正量を可変とすることができる。

本発明の実施形態１の位相調整回路の構成を示す図である。 同上の電力量計が具備する電力量演算機能のブロック構成を示す図である。 本発明の実施形態２の位相調整回路の構成を示す図である。 本発明の実施形態３の位相調整回路の構成を示す図である。 本発明の実施形態４の電力量計が具備する電力量演算機能のブロック構成を示す図である。 同上の位相調整回路の構成を示す図である。 従来の位相調整回路の第１の構成を示す図である。 従来の位相調整回路の第２の構成を示す図である。

符号の説明

３ａ 位相調整回路
ＯＰ１ オペアンプ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｃ１ コンデンサ

Claims (3)

1. 電圧の検出信号と変流器を用いて検出した電流の検出信号とに基づいて電力量を計測する電力量計の位相調整回路において、オペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とグランドレベル間に接続した抵抗と、前記オペアンプの非反転入力端子に一端を接続したコンデンサとを備え、前記コンデンサの他端に電圧の検出信号を入力し、前記オペアンプのゲインを負帰還によって所定値に設定したことを特徴とする電力量計の位相調整回路。
2. 電圧の検出信号と変流器を用いて検出した電流の検出信号とに基づいて電力量を計測する電力量計の位相調整回路において、オペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とグランドレベル間に接続したコンデンサと、前記オペアンプの非反転入力端子に一端を接続した抵抗とを備え、前記抵抗の他端に前記変流器が出力する電流の検出信号を入力し、前記オペアンプのゲインを負帰還によって所定値に設定したことを特徴とする電力量計の位相調整回路。
3. 前記抵抗は並列接続された複数の抵抗素子からなり、各抵抗素子に直列にスイッチを接続して、各スイッチのオン・オフ状態を切り換えることで前記抵抗の値を切り換えることを特徴とする請求項１または２記載の電力量計の位相調整回路。

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