JP6199206B2 - Sampling energy meter - Google Patents
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Description
本発明は、サンプリング方式で形成したパルスを計量する電力量計に係り、とくにパルスの形成誤差をゼロにするものに関する。 The present invention relates to a watt-hour meter that measures a pulse formed by a sampling method, and more particularly to a device that makes a pulse formation error zero.
サンプリング電力量計は、入力された電圧および電流をA/D変換器でディジタル信号に変換し、乗算してディジタル値の電力値を得、この電力値を所定時間積算して電力量値を算出する。そして、算出された電力量値に応じた数のパルスを出力する。 The sampling watt-hour meter converts the input voltage and current into digital signals with an A / D converter, multiplies them to obtain digital power values, and integrates the power values for a predetermined time to calculate the power amount value. To do. Then, the number of pulses corresponding to the calculated electric energy value is output.
A/D変換は、サンプリングクロックを用いて行う。汎用の電力量計としては、サンプリングクロックが、測定すべき入力信号に同期していないタイプの電力量計が用いられている。このタイプのものは、回路構成が簡単でもあり、広く普及している。 A / D conversion is performed using a sampling clock. As a general-purpose watt-hour meter, a type of watt-hour meter whose sampling clock is not synchronized with an input signal to be measured is used. This type has a simple circuit configuration and is widely used.
しかし、サンプリングクロックが入力信号と同期していないと、形成されるパルスにジッタが生じ、短時間では誤差を生じるから高分解能の電力量測定を行うことができない。 However, if the sampling clock is not synchronized with the input signal, jitter will occur in the formed pulse, and an error will occur in a short time, making it impossible to measure the electric energy with high resolution.
そこで、短時間で高精度の電力量計測が必要とされる用途に向けて、サンプリングクロックを入力信号に同期して発生させる形式の、基準器としての電力量計が提供された。 Therefore, an watt-hour meter serving as a reference device has been provided, in which a sampling clock is generated in synchronization with an input signal for an application that requires high-precision power measurement in a short time.
図6は、従来の、入力信号に同期したサンプリングクロックを用いる、基準器レベルの高精度電力量計の構成を示している。これは、f[Hz]の入力電圧を矩形波変換器101に与え、電圧同期信号を形成してPLL回路102に与えることによりnf[Hz]のサンプリングクロックを形成し、A/D変換器103,104に与える。
FIG. 6 shows a configuration of a conventional high-accuracy watt-hour meter using a sampling clock synchronized with an input signal. This applies an input voltage of f [Hz] to the
これにより、A/D変換器103は電圧信号を、A/D変換器104は電流信号をそれぞれディジタル変換して電圧信号vmkおよび電流信号imkを形成し、乗算器105に与えて瞬時電力pmk[W]を求める。ここで、添え字m、kは、サンプルのm周期目におけるk番目のデータであることを示す(以下、同様)。
Thus, the A /
瞬時電力pmkは、瞬時電力積算器106、平均化回路107および周波数設定器108を有する電力算出器10に与えられて、測定電力に見合う周波数設定信号fm=pm/r[Hz]が形成され、ディジタル発振器109に与えられる。
The instantaneous power p mk is given to a power calculator 10 having an
ここで、電力算出器10では、周波数設定器108が瞬時電力積算器106に、1周期ごとに電力を測定するため1周期ごとにリセットしている。また、ディジタル発振器109では、水晶発振器110からのクロック信号を用いて、測定した電力に対応するパルス出力Fm[Hz]を形成する。
Here, in the power calculator 10, the frequency setter 108 resets the
そして、図7は、図6に示した回路各部の信号を示すタイミングチャートである。電圧信号波形の一定の周期が繰り返されるのに同期して、瞬時電圧vmk[V]、瞬時電流imk[A]、瞬時電力pmk[W]、瞬時電力積算値Σpmk[W]および平均電力Pm[W]が現れる。 FIG. 7 is a timing chart showing signals at various parts of the circuit shown in FIG. Synchronously with the repetition of a certain period of the voltage signal waveform, instantaneous voltage v mk [V], instantaneous current i mk [A], instantaneous power p mk [W], instantaneous power integrated value Σp mk [W] and Average power P m [W] appears.
しかしながら、図6に示した従来の電力量計は、汎用型と異なりかなり高精度ではあるが、リセット動作が、n回サンプルを得るごとに行われるものであるため、リセット動作とリセット動作との間に生じた入力急変には対応できず、パルス数の累積誤差を生じることがある。 However, unlike the general-purpose type, the conventional watt-hour meter shown in FIG. 6 is highly accurate. However, since the reset operation is performed every n samples, the reset operation and the reset operation are not performed. The system cannot cope with sudden input changes that occur in the meantime, and may cause an accumulated error in the number of pulses.
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、出力パルス数が入力信号に正確に対応したものとなるサンプリング電力量計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described points, and an object thereof is to provide a sampling watt-hour meter in which the number of output pulses accurately corresponds to an input signal.
上記目的達成のため、本発明では、
測定すべき電圧および電流を、前記電圧から取り出した電圧同期信号によってサンプリングすることによりディジタル変換し、入力電圧および入力電流を形成する入力回路と、
前記入力電圧および入力電流から瞬時電力を算出する乗算器と、
前記瞬時電力を積算および平均化し、かつ前記電圧同期信号に基づく周期でリセットして測定電力量を算出する電力量測定器と、
前記測定電力量および前記電圧同期信号が与えられて積算電力量を算出する積算器と、
電力量/パルス数設定値の設定を行う電力量/パルス数設定器と、
前記積算電力量および前記電力量/パルス数設定値に応じて周波数設定値を求める周波数設定器と、
クロックが与えられる度に、前記周波数設定値に基づく保持値を増していく一次レジスタおよび前記電圧同期信号に応じて前記一次レジスタの保持値を逐次的に記憶する二次レジスタを有し、前記一次レジスタの保持値と前記二次レジスタの保持値との差に応じて前記周波数設定値を修正しつつパルス出力を形成するパルス出力形成回路と、
をそなえたサンプリング電力量計、
を提供するものである。
In order to achieve the above object, in the present invention,
An input circuit that digitally converts the voltage and current to be measured by sampling with a voltage synchronization signal extracted from the voltage to form an input voltage and an input current;
A multiplier for calculating instantaneous power from the input voltage and input current;
An energy measuring device that integrates and averages the instantaneous power, and calculates a measured energy by resetting in a cycle based on the voltage synchronization signal;
An integrator for calculating an integrated electric energy given the measured electric energy and the voltage synchronization signal;
An electric energy / pulse number setting device for setting the electric energy / pulse number setting value;
A frequency setter for obtaining a frequency set value according to the integrated power amount and the power amount / pulse number set value;
A primary register that increases a holding value based on the frequency setting value each time a clock is applied, and a secondary register that sequentially stores the holding value of the primary register according to the voltage synchronization signal; A pulse output forming circuit that forms a pulse output while correcting the frequency setting value according to a difference between a holding value of a register and a holding value of the secondary register;
Sampling watt hour meter with
Is to provide.
本発明は上述のように、入力電圧に同期したサンプリングにより得た測定電力量を電圧の周期で修正しつつパルス出力を形成するようにしたため、測定電力量に正確に対応したパルスを出力することができる。そして、入力信号が急変してもパルス数の累積誤差が生じない。 In the present invention, as described above, the pulse output is formed while correcting the measured electric energy obtained by sampling synchronized with the input voltage in the period of the voltage, so that a pulse corresponding accurately to the measured electric energy is output. Can do. And even if the input signal changes suddenly, the accumulated error of the number of pulses does not occur.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。この図1では、図6に示した回路と共通する部分を同一符号で示し、異なる部分を異符号で示している。すなわち、入力回路である矩形波変換器101、PLL回路102、A/D変換器103,104、乗算器105、水晶発振器110は、図6の回路と同様の構成である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, parts common to the circuit shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and different parts are denoted by different numerals. That is, the
この図1における電力量測定器100は、瞬時電力積算器106、平均化回路107および電力量算出器113を有するもので、図6における電力算出器10と基本的機能は共通する部分もあるが、具体的には若干相違するものである。そして、異符号で表わしたフィードバック形ディジタル発振器(パルス出力回路)111、クロックカウンタ112は、本発明に係る要素である。
1 includes an
クロックカウンタ112は、水晶発振器110からのクロックfclk[Hz]が与えられて入力信号1周期のクロック数Cmを計数し、その後、電力量算出器113からのリセット信号によって計数値をリセットする。
The
クロックカウンタ112の出力であるクロック数Cmは、電力量算出器113に与えられて測定電力量ein m[Ws]の形成に用いられるとともに、フィードバック形ディジタル発振器111に与えられて電力量計算に用いられる。
The number of clocks C m that is the output of the
すなわち、測定すべき入力信号の周期Tmは、
Tm=Cm/fclk[s] (1)
ここで、fclk:クロック周波数。
That is, the period T m of the input signal to be measured is
T m = C m / f clk [s] (1)
Where f clk is the clock frequency.
である。したがって、測定電力量ein mは、平均電力Pmと時間Tmとを乗じることにより得られ、
ein m=PmTm=CmPm/fclk (2)
と表される。
It is. Therefore, the measured power amount e in m is obtained by multiplying the average power P m and the time T m ,
e in m = P m T m = C m P m / f clk (2)
It is expressed.
図2は、図1の回路の各部信号を示すタイミングチャートである。一定の周期T1,T2,T3,…が繰り返されるのに同期して、サンプリングクロックnf[Hz]が形成されてA/D変換器103,104に与えられ、また水晶発振器110からフィードバック形ディジタル発振器111、クロックカウンタ112にクロックfclkが与えられる。
FIG. 2 is a timing chart showing signals at respective parts of the circuit of FIG. The sampling clock nf [Hz] is formed and supplied to the A /
このクロックfclkのタイミングにしたがって、クロックカウンタ112がリセットを繰り返しながらクロック数をC1,C2,C3,…と更新していき、クロック数Cmとして電力量算出器113、フィードバック形ディジタル発振器111に与える。
In accordance with the timing of the clock f clk, C 1 the number of clocks while the
そして、入力信号の各周期T2,T3,T4,…で平均化回路107により平均電力PmがP1,P2,P3,…として算出され、電力量算出器113に与えられて測定電力量ein m[Ws]が求められる。 The average power P m is calculated as P 1 , P 2 , P 3 ,... By the averaging circuit 107 in each period T 2 , T 3 , T 4 ,. Thus, the measured electric energy e in m [Ws] is obtained.
なお、図2に示されたあと2つのデータ、パルス電力量eout m、積算電力量Emについては、図5に示すパルス出力形成回路に関連して後述する。 The following two data shown in FIG. 2, the pulse power amount e out m and the integrated power amount Em will be described later in connection with the pulse output forming circuit shown in FIG.
フィードバック形ディジタル発振器111
図3は、図1に示したフィードバック形ディジタル発振器111の内部構成を示しており、このフィードバック形ディジタル発振器111は、一次レジスタ111iを用いたパルス形成器Aおよび二次レジスタ111jを用いた修正器Bを主たる構成要素としたパルス出力形成回路(2点鎖線図示)をそなえる。
Feedback
FIG. 3 shows the internal configuration of the feedback
フィードバック形ディジタル発振器111は、さらに関連要素として積算器111a、周波数設定器111b、電力量/パルス設定器111c、乗算器111e,111l,111n、オーバーフロー値設定器111fおよびレジスタ111i,111jをそなえるものである。
The feedback
パルス出力形成回路は、この他に加算器111hおよび減算器111kをそなえる。
In addition, the pulse output forming circuit includes an
図4は、一次レジスタ111iおよび二次レジスタ111jのビット構成を示したもので、全ビット数は(x+y)ビットであって、最下位を図示右端の「0」ビットとすると最上位が「x+y−1」ビットであり、下位側が「0」から「x−1」ビットまでのxビット幅で、上位側が「x+y−1」ビットまでのyビット幅である。
FIG. 4 shows the bit configuration of the
本発明では、パルスの計数に(x+y)ビットのレジスタ値を利用し、レジスタの下位xビットをパルス数の小数部、上位yビットをパルス数の整数部として扱い、パルス数の分解能を2x倍に向上させている。 In the present invention, a register value of (x + y) bits is used for counting pulses, the lower x bits of the register are treated as a fractional part of the number of pulses, the upper y bits are treated as an integer part of the number of pulses, and the resolution of the number of pulses is 2 x It is improved twice.
図3において、フィードバック形ディジタル発振器111は、入力信号として、図1に示した測定電力量ein m[Ws]、電圧同期信号f[Hz]、クロック数Cmおよびクロックfclk[Hz]、ならびに2つの設定器111c,111fからの1パルス当たり電力量r[Ws]および定数2xが与えられて、クロックfclk[Hz]に基づき動作するパルス形成器A(一点鎖線枠図示)でパルスを形成し、電圧同期信号f[Hz]に基づき動作する修正器B(一点鎖線枠図示)による修正を加えた上で、出力信号としてパルス出力Fmを送出する。
In FIG. 3, the feedback
このフィードバック形ディジタル発振器111には、測定電力量ein mが電力量算出器113(図1)から、またクロック数Cmがクロックカウンタ112(図1)から、さらに電圧同期信号が矩形波変換器101から、そしてクロックfclkが水晶発振器110から与えられる。
In this feedback
一方、1パルス当たり電力量rは電力量/パルス設定器111cから、定数2xはオーバーフロー値設定器111fから与えられる。
Meanwhile, the amount of power r per pulse from the electric energy /
このフィードバック形ディジタル発振器111において、積算器111aは、その加算入力端子(+)に測定電力量ein mが、減算入力端子(−)に出力パルス電力量eout mが、また同期入力端子に電圧同期信号f[Hz]が与えられることにより、測定電力量ein mおよび出力パルス電力量eout mに応じた積算電力量Em[Ws]を形成して周波数設定器111bに与える。
In the feedback
この周波数設定器111bは、その他にクロックfclk[Hz]、1パルス当たり電力量r[Ws]、クロック数Cmが与えられて、演算
Em[Ws]×fclk/(rCm)[Ws2]
を行うことにより周波数設定値fm、
fm=Emfclk/(rCm)[Hz]
を算出し、この周波数設定値fmをパルス形成器Aの乗算器111eに与える。
The
E m [Ws] × f clk / (rC m ) [Ws 2 ]
Frequency setting value f m ,
f m = E m f clk / (rC m ) [Hz]
It calculates and provides the frequency setting value f m to the
パルス形成器A
パルス形成器Aは、乗算器111e、加算器111hおよび一次レジスタ111iにより構成される。そして、乗算器111eでは、周波数設定値fmを、除算器111gがオーバーフロー値設定器111fの出力2xをクロックfclkで割って得た2x/fclk、と乗算する。そして得られた積Em2x/(rCm)を、加算器111hに与える。
Pulse former A
The pulse former A includes a
ここで、定数2xの「x」は、後述するが、一次レジスタ111iおよび二次レジスタ111jのビット数[(x+y)ビット]におけるxである。
Here, “x” of the constant 2 x is x in the number of bits [(x + y) bits] of the
加算器111hでは、積Em2x/(rCm)に一次レジスタ111iの出力qm-1(Cm-1)を加算して信号qm(Cm)を形成し、一次レジスタ111iに与える。
The
図5は、図3における2点鎖線で囲んだ部分、つまりパルス出力形成回路を示している。このパルス出力形成回路は、一次レジスタ111iおよび二次レジスタ111j、ならびにその関連要素である乗算器111e、加算器111hおよび減算器111kにより構成される。
FIG. 5 shows a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 3, that is, a pulse output forming circuit. This pulse output forming circuit includes a
一次レジスタ111iは、フィードバック形ディジタル発振器111のパルス出力Fmを形成するものであり、二次レジスタ111jと協働してパルス出力を形成するフィードバック形ディジタル発振器111の基本的構成要素であり、乗算器111e、加算器111h、減算器111kと組み合わせた形で示している。
The
この図5において、一次レジスタ111iは、クロックfclkが与えられる毎に、保持値を更新するもので、いま入力端DAに加算器111hの出力qm(1)が与えられているとき、出力端QAには一つ前の保持値qm-1(Cm-1)が出力されている。
In FIG. 5, the
一次レジスタ111iの入力側に配される加算器111hは、乗算器111eの出力
(Pm/r)・(2x/fclk)と一次レジスタ111iのフィードバック出力であるqm-1(Cm-1)とを加算して(x+y)ビット幅の出力qm(1)を形成し、一次レジスタ111iの入力端DAに与える。ここで、Pmは、平均電力であり、下記式(6)を用いて後述する。
An
一方、一次レジスタ111iの出力端QAに現れるフィードバック出力qm-1(Cm-1)は、二次レジスタ111jの入力端DBにも与えられる。二次レジスタ111jは、電圧同期信号f[Hz]が与えられる毎に保持値を更新するもので、更新されるまで出力端QBからは一つ前の保持値qm-2(Cm-2)を減算器111kに与える。
On the other hand, the feedback at the output terminal Q A of the
また、二次レジスタ111jの出力側に配される減算器111kは、二次レジスタ111jの出力qm-2(Cm-2)から一次レジスタ111iのフィードバック出力であるqm-1(Cm-1)を差し引いた差(qm-2(Cm-2)-qm-1(Cm-1))を形成する。
Furthermore,
これにより、一次レジスタ111iは、(x+y)ビット幅の出力qm-1(Cm-1)を形成し、そのうち(x−1)ビットまたは下位xビット中の最上位ビットをパルス出力Fmとして出力し、全ビットを加算器111hおよび二次レジスタ111jにフィードバックする。
As a result, the
二次レジスタ111jは、クロックf[Hz]が与えられる度に、記憶しているデータqm-2(Cm-2)を減算器111kに与える。減算器111kは、二次レジスタ111jの出力qm-2(Cm-2)と一次レジスタ111iのフィードバック出力qm-1(Cm-1)との減算を行い、差(qm-2(Cm-2)-qm-1(Cm-1))を得て乗算器111l(図3)に与える。
Each time the clock f [Hz] is given, the
一次レジスタ111 i および二次レジスタ111 j の保持値更新動作
まずデータの表記法は、上述の通り、m周期目のi番目のクロックにおける一次レジスタ111iの保持値をqm(i)のように表している。また、m周期目の1周期間のクロック数は、クロックカウンタ112により測定され、その値はCmで表している。
First, the stored value update operation of the
ここで、m-2周期目からm-1周期目に周期が切り替わる時、そして、それに同期した電圧同期信号が入力される時のクロックは、m-2周期目のCm-2番目のクロックである。そのとき、一次レジスタ111iは、このクロックに同期してqm-2(Cm-2)を出力する。
Here, when the cycle switches from the (m-2) th cycle to the (m-1) th cycle, and when the voltage synchronization signal synchronized with the cycle is input, the clock is the Cm-2th clock of the (m-2) th cycle. is there. At that time, the
次に、m-1周期目からm周期目に切り替わり、それと同時に電圧同期信号が入力されるとき、二次レジスタ111jは、電圧同期信号に同期して一次レジスタ111iの出力qm-2(Cm-2)をコピーして出力する。それと同時に、一次レジスタ111iは、qm-1(Cm-1)に更新される。図3,図5には、このときの状態を表している。
Next, when the voltage synchronization signal is input from the m-1 period to the m period, the
このように、二次レジスタ111jは、電圧同期信号に同期して、一次レジスタ111iの値を、q1 (C1),q2(C2),...、qm-2(Cm-2),qm-1(Cm-1),qm(Cm),...のように更新していく。
In this way, the
図5では、m-1周期目からm周期目に切り替わったときの状態を表しており、このとき、減算器111kの出力である、二次レジスタ111jと一次レジスタ111iとの保持値の差qm-2(Cm-2)-qm-1(Cm-1)は、m-1周期目の1周期間における一次レジスタ111iの増分を表す。そして、乗算器111lにより次式(3)で、その1周期間に出力されたパルス数が求められる。
In Figure 5, represents a state in which switching to m-th cycle from m-1-th cycle, this time, the
(qm-2(Cm-2)-qm-1(Cm-1)) / 2x (3)
通常、出力パルス数は1パルス単位でしか計数することができない。したがって、単位時間当たりのパルス計数の分解能を向上させるためには、パルスの周波数を高くする必要がある。
(q m-2 (Cm-2) -q m-1 (Cm-1) ) / 2 x (3)
Normally, the number of output pulses can be counted only in units of one pulse. Therefore, in order to improve the resolution of the pulse count per unit time, it is necessary to increase the pulse frequency.
しかし、比較的高い周波数のパルスを出力する電力量計でもその周波数は10 [kHz]程度であるから、1周期当たりに出力されるパルスは200程度であり、高分解能を望むことができない。 However, even a watt-hour meter that outputs a relatively high frequency pulse has a frequency of about 10 [kHz], so the number of pulses output per cycle is about 200, and high resolution cannot be desired.
そこで、本発明では、パルスの計数にレジスタの保持値を利用し、レジスタの上位yビットをパルス数の整数部、下位xビットをパルス数の小数部として扱い、パルス数の分解能を2x倍に向上させている。 Therefore, in the present invention, utilizing the value held in the register to the counting of pulses, treats upper y bits of the register integer part of the number of pulses, the lower x bits as the fractional part of the number of pulses, 2 x times the resolution of the pulse number It has been improved.
積算電力量の計算
ここで、m周期目における積算電力量Emを計算する方法を以下に示す。Emは、測定電力量ein mおよび出力パルス電力量eout mから、次式(4)で求められる。
Calculations here integral power consumption, shows a method of calculating the integrated electricity E m in the m-th cycle below. E m is obtained by the following equation (4) from the measured power amount e in m and the output pulse power amount e out m .
Em = Em-1+ein m-eout m [Ws] (4)
ここで、Em-1は、1周期前の、(m-1)周期目の時点における積算電力量を表す。
E m = E m-1 + e in m -e out m [Ws] (4)
Here, E m−1 represents the integrated power amount at the time of the (m−1) cycle, one cycle before.
m周期目における出力パルス電力量eout mは、乗算器111nにより上式(3)で求めたパルス数に、1パルス当たりの電力量r[Ws]を乗じる次式(5)で求められる。
The output pulse power amount e out m in the m-th cycle is obtained by the following equation (5) obtained by multiplying the number of pulses obtained by the above equation (3) by the
eout m = r(qm-2(Cm-2)-qm-1(Cm-1)) / 2x [Ws] (5)
なお、出力パルス電力量eout m(の出力)および積算電力量Em(積算器111aの出力)を、図2に示している。
e out m = r (q m-2 (Cm-2) -q m-1 (Cm-1) ) / 2 x [Ws] (5)
Incidentally, an output pulse power amount e out m (output) and integrated electricity E m (output of the
積算電力量Emを入力信号の1周期の時間Tmで除して得られる平均電力Pmは、
Pm=Em/Tm=Emfclk/Cm (6)
であり、周波数設定値fmは、上記式(6)を用いて得た平均電力Pmと1パルス当たり電力量rとから、下記式(7)により、
fm=Pm/r=Emfclk/(rCm) (7)
として得られる。
The average power P m obtained by dividing the integrated power E m by the time T m of one cycle of the input signal is
P m = E m / T m = E m f clk / C m (6)
The frequency setting value f m is obtained from the average power P m obtained using the above formula (6) and the power amount r per pulse by the following formula (7):
f m = P m / r = E m f clk / (rC m ) (7)
As obtained.
このように、一次レジスタ111iの出力は、クロックが与えられる度に(Pm/r)・(2x/fclk)ずつ単純増加する。ただし、各レジスタ111i,111jは、(x+y)ビット構成であり、下位のxビット幅の部分はxビットのバイナリ形式の構成であるから、オーバーフロー値2xまではカウントアップできるが、これを超過するとオーバーフローする。オーバーフローするまでの限界クロック数は、
2x/{(Pm/r)・(2x/fclk)}=r/Pm・fclk
である。
In this way, the output of the
2 x / {(P m / r) · (2 x / f clk )} = r / P m · f clk
It is.
したがって、オーバーフローを起こす時間は、上記限界クロック数にクロックの周期1/fclkを乗じた、
r/Pm・fclk×1/fclk=r/Pm
となり、オーバーフローを起こす周波数は、その逆数である、
Pm/r
となり、周波数設定値fm(=Pm/r)と等しい。
Therefore, the time to cause overflow is the product of the above limit clock number multiplied by the
r / P m · f clk × 1 / f clk = r / P m
And the frequency causing the overflow is the reciprocal of it,
P m / r
And equal to the frequency set value f m (= P m / r).
なお、保持値が単純増加するバイナリレジスタの動作上の特徴であるが、最上位ビットはデューティ比が約50%であり、周波数がオーバーフローの周波数と一致する。このため、下位ビットの最上位である(x−1)ビットをパルス出力として利用することができる。 Note that, as a characteristic of the operation of the binary register in which the holding value simply increases, the most significant bit has a duty ratio of about 50%, and the frequency matches the overflow frequency. For this reason, the most significant (x−1) bits of the lower bits can be used as the pulse output.
パルス形成器Aと修正器Bとの連携動作
本発明の実施例の全体構成を示した図3に戻ると、一次レジスタ111iのビット構成は、上述のように(x+y)ビットである。この一次レジスタ111iでは、下位側のxビット部分を用いクロックfclkに同期して乗算器111eの出力(Pm/r)・(2x/fclk)ずつ順次増加させて、定数2xに達するとオーバーフローする。
Coordinated operation of pulse former A and corrector B Returning to FIG. 3 showing the overall configuration of the embodiment of the present invention, the bit configuration of the
オーバーフローの回数は、上位yビットに桁上げされて計数される。この桁上げされた上位ビットの数値が、出力されたパルス数である。 The number of overflows is counted in the upper y bits. The numerical value of the higher-order bits thus carried is the number of output pulses.
一次レジスタ111iの出力qm-1(Cm-1)は、パルス出力Fmとして送出されるとともに、フィードバック信号として二次レジスタ111jおよび減算器111kに与えられる。
The output q m−1 (Cm−1) of the
二次レジスタ111jのビット構成も、一次レジスタ111iと同一である。
The bit configuration of the
この二次レジスタ111jでは、一次レジスタ111iの出力qm-1(Cm-1)を、電圧同期信号が与えられる毎にqm-2(Cm-2),qm-1(Cm-1),qm(Cm),……のようにコピーし、減算器111kに出力する。
In the
減算器111kでは、二次レジスタ111jからのデータqm-2(Cm-2)を一次レジスタ111iからのデータqm-1(Cm-1)から減算して両データの差(qm-1(Cm-1)−qm-2(Cm-2))を求め、乗算器111lに与える。
The
乗算器111lでは、この差(qm-1(Cm-1)−qm-2(Cm-2))と1/2x演算器111mの設定値とを乗算して(qm-1(Cm-1)−qm-2(Cm-2))/2xを算出し、乗算器111nに与える。この乗算器111lの出力(qm-1(Cm-1)−qm-2(Cm-2))/2xは、電圧同期信号の1周期間に出力されたパルス数である。
The
乗算器111nでは、この出力パルス数(qm-1(Cm-1)−qm-2(Cm-2))/2xに、電力量/パルス設定器111cからの1パルス当たり電力量rを乗じて出力パルス電力量eout mを、
eout m=r(qm-1(Cm-1)−qm-2(Cm-2))/2x [Ws]
として求め、積算器111aの減算入力端子(−)に与える。
The
e out m = r (q m-1 (Cm-1) -q m-2 (Cm-2) ) / 2 x [Ws]
As determined, the subtraction input terminal of the integrator 111 a - give ().
上述したパルス形成器Aおよび修正器Bの連携動作において、1周期間のレジスタ保持値の増加分がqm-1(Cm-1)- qm-2(Cm-2)であるとき、その間に出力されたパルス数は、上式(3)により、
(qm-1(Cm-1)- qm-2(Cm-2))/2x
として表わされる。
In the above-described cooperative operation of the pulse former A and the corrector B, when the increment of the register holding value for one period is q m-1 (Cm-1) -q m-2 (Cm-2) , The number of pulses output to is given by the above equation (3)
(Q m-1 (Cm-1) -q m-2 (Cm-2) ) / 2 x
Is represented as
図5に関して上述したとおり、サンプリング電力量計で高分解能の計測を行うには、単位時間当たりのパルス計数の分解能を向上させる必要がある。そのためには、発生パルスの周波数を高くすることが考えられるが、それは実際的ではない。 As described above with reference to FIG. 5, in order to perform high-resolution measurement with the sampling watt-hour meter, it is necessary to improve the resolution of pulse counting per unit time. To that end, it is conceivable to increase the frequency of the generated pulse, but this is not practical.
そこで、本発明では、パルスの計数にレジスタの保持値を利用することにより、レジスタの上位yビットをパルス数の整数部、下位xビットをパルス数の小数部として扱い、パルス数の分解能を2x倍に向上させている。 Therefore, in the present invention, by using the value held in the register for counting pulses, the upper y bits of the register are treated as an integer part of the number of pulses, the lower x bits are treated as a fractional part of the number of pulses, and the resolution of the number of pulses is 2 It is improved x times.
出力パルスの形成と修正
上記のように、本発明に係る電力量計は、入力信号の1周期単位で電力の演算および周期測定を行い、測定電力量ein mを求める。同時に、出力パルス数を計数してパルス数に相当する電力量eout mを求める。
Formation and Correction of Output Pulse As described above, the watt-hour meter according to the present invention performs power calculation and period measurement in units of one cycle of the input signal to obtain the measured power amount e in m . At the same time, the number of output pulses is counted to obtain an electric energy e out m corresponding to the number of pulses.
これら測定電力量ein m、出力パルス電力量eout mで修正して得た周波数設定値fmを、フィードバック形ディジタル発振器111に設定する。これを、電圧同期信号f[Hz]にしたがって入力信号の1周期ごとに繰り返す。
The frequency set value f m obtained by correcting the measured power amount e in m and the output pulse power amount e out m is set in the feedback
この結果、入力信号の電力および周波数が一定であれば、1周期毎に一定の平均電力量が得られ、一定周波数のパルスが出力される。 As a result, if the power and frequency of the input signal are constant, a constant average power amount is obtained for each cycle, and pulses having a constant frequency are output.
また、入力信号が変動しても、出力パルス数を計数してフィードバックするため、パルス数の累積誤差が生じない利点がある。 Further, even if the input signal fluctuates, the number of output pulses is counted and fed back, so that there is an advantage that no cumulative error of the number of pulses occurs.
10 電力算出器、100 電力量測定器。
101 矩形変換器、102 PLL回路、103,104 A/D変換器、
105 乗算器、106 瞬時電力積算器、107 平均化回路、
108 周波数設定器、113 電力量算出器、109 ディジタル発振器、
110 水晶発振器、111 フィードバック形ディジタル発振器、
112 クロックカウンタ、113 電力量算出器。
111a 積算器、111b 周波数設定器、111c 電力量/パルス設定器、
111e,111l,111k,111n 乗算器、
111f オーバーフロー値設定器、111g 除算器、111h 加算器、
111i,111j レジスタ、111k 減算器、 111m 1/2x演算器。
A パルス形成器、B 修正器。
10 power calculator, 100 power meter.
101 rectangular converter, 102 PLL circuit, 103, 104 A / D converter,
105 multiplier, 106 instantaneous power integrator, 107 averaging circuit,
108 frequency setting device, 113 electric energy calculator, 109 digital oscillator,
110 crystal oscillator, 111 feedback digital oscillator,
112 clock counter, 113 electric energy calculator.
111 a accumulator, 111 b frequency setting device, 111 c electric energy / pulse setting device,
111 e , 111 l , 111 k , 111 n multipliers,
111 f overflow value setter, 111 g divider, 111 h adder,
111 i , 111 j registers, 111 k subtractor, 111 m 1/2 x arithmetic unit.
A pulse shaper, B corrector.
Claims (4)
前記入力電圧および入力電流から瞬時電力を算出する乗算器と、
前記瞬時電力を積算および平均化し、かつ前記電圧同期信号に基づく周期でリセットして測定電力量を算出する電力量測定器と、
前記測定電力量および前記電圧同期信号が与えられて積算電力量を算出する積算器と、
電力量/パルス数設定値の設定を行う電力量/パルス数設定器と、
前記積算電力量および前記電力量/パルス数設定値に応じて周波数設定値を求める周波数設定器と、
クロックが与えられる度に、前記周波数設定値に基づく保持値を増していく一次レジスタおよび前記電圧同期信号に応じて前記一次レジスタの保持値を逐次的に記憶する二次レジスタを有し、前記一次レジスタの保持値と前記二次レジスタの保持値との差に応じて前記周波数設定値を修正しつつパルス出力を形成するパルス出力形成回路と、
をそなえたサンプリング電力量計。 An input circuit that digitally converts the voltage and current to be measured by sampling with a voltage synchronization signal extracted from the voltage to form an input voltage and an input current;
A multiplier for calculating instantaneous power from the input voltage and input current;
An energy measuring device that integrates and averages the instantaneous power, and calculates a measured energy by resetting in a cycle based on the voltage synchronization signal;
An integrator for calculating an integrated electric energy given the measured electric energy and the voltage synchronization signal;
An electric energy / pulse number setting device for setting the electric energy / pulse number setting value;
A frequency setter for obtaining a frequency set value according to the integrated power amount and the power amount / pulse number set value;
A primary register that increases a holding value based on the frequency setting value each time a clock is applied, and a secondary register that sequentially stores the holding value of the primary register according to the voltage synchronization signal; A pulse output forming circuit that forms a pulse output while correcting the frequency setting value according to a difference between a holding value of a register and a holding value of the secondary register;
Sampling watt hour meter with
前記一次レジスタおよび前記二次レジスタは、整数部に相当する上位ビットおよび小数部に相当する下位ビットを有することを特徴とするサンプリング電力量計。 The sampling watt-hour meter according to claim 1,
The primary power register and the secondary register each have an upper bit corresponding to an integer part and a lower bit corresponding to a decimal part.
前記一次レジスタは、前記クロックの周期で、また前記二次レジスタは、前記電圧同期信号の周期で記憶内容を更新することを特徴とするサンプリング電力量計。 The sampling watt-hour meter according to claim 1,
The sampling watt-hour meter, wherein the primary register updates the stored contents at the period of the clock, and the secondary register updates the stored contents at the period of the voltage synchronization signal.
前記一次レジスタの保持値と前記二次レジスタの保持値との差を設定値2xで割って求めた出力パルス数に、予め求められている1パルス当たり電力量を乗じて出力パルス電力量を求め、この出力パルス電力量により前記測定電力量を修正することを特徴とするサンプリング電力量計。 The sampling watt-hour meter according to claim 3,
The difference number of output pulses obtained by dividing the set value 2 x of the value held in the holding value and the secondary register of the primary registers is multiplied by one pulse per power amount obtained in advance an output pulse power amount A sampling watt-hour meter characterized by obtaining and correcting the measured power amount by the output pulse power amount.
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