(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は前記メモリ手段により記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて、各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する無効電力計測装置。
【請求項２】
交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は前記メモリ手段により記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて、各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算するとともに、前記疑似無効電力演算手段により演算された無効電力を積算することにより無効電力量を演算する無効電力量積算手段を具備する無効電力量計量装置。
【請求項３】
交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データの乗算を所定周期分行い、その平均から有効電力を演算する有効電力演算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は、前記メモリ手段に記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する電力計測装置。
【請求項４】
交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データの乗算を所定周期分行い、その平均から有効電力を演算する有効電力演算手段と、前記有効電力演算手段により演算された有効電力を積算することにより電力量を演算する電力量積算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段と、前記疑似無効電力演算手段により演算された無効電力を積算することにより無効電力量を演算する無効電力量積算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は、前記メモリ手段に記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する電力量計量装置。
【請求項５】
交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データの乗算を所定周期分行い、その平均から有効電力を演算する有効電力演算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから皮相電力を演算する皮相電力演算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段と、前記皮相電力演算手段により演算された皮相電力および前記有効電力演算手段により演算された有効電力および前記疑似無効電力演算手段により演算された無効電力の符号から力率を演算する力率演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は、前記メモリ手段に記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する力率計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電路の電圧および電流をサンプリングすることにより計測計量を行うデジタル式の無効電力計測装置、無効電力量計量装置、電力計測装置、電力量計量装置、力率計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、無効電力計測を行う場合は互いに９０°位相のずれた電圧、電流信号の積を取ることにより求めている。従来、この９０°の位相シフトを行うには、変圧器や積分回路を使用したもの、デジタル式のものがあるが、変圧器や積分回路を使用したものでは使用条件、周波数特性の補償等の問題があり、また近年のデジタル技術の進歩もあり、デジタル式が採用されるケースが多くなってきている。
【０００３】
図８および図９において、デジタル式の無効電力計測について、以下その動作を説明する。
【０００４】
図８において、２１は交流電路の電圧および電流を例えば、一定周期毎にサンプリングするサンプリング手段、２２はサンプリング手段２１によりサンプリングされた電圧データおよび電流データを記憶するメモリ手段、２３はメモリ手段２２により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する無効電力演算手段である。
【０００５】
図９において、サンプリング手段２１に入力される電圧および電流に対し周期あたり例えば８時分割のサンプリングを考えると、電圧および電流はグラフ上の黒点で表わされるポイントでサンプリングされ、電流はメモリ手段２２にｉ１からｉ８までアナログ・デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換と称す）されたデータが格納され、電圧は９０°位相ずらしたｖ３からｖ１０までＡ／Ｄ変換されたデータがメモリ手段２２に格納される。
【０００６】
そして無効電力演算手段２３でそれぞれ９０°位相がずれたｖ３とｉ１、ｖ４とｉ２、というふうにｖ１０とｉ８まで電圧と電流のサンプリングデータを乗算し、平均して無効電力を演算していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の計測では、特に負荷変動により変化する電流入力に対して精度良く計測するためにオートレンジ切替方式を採用する場合等、電圧と電流の９０°の位相をずらしてサンプリングするタイミングを取りながら無効電力演算を行うのが複雑で、メモリ手段２２の容量も電流の位相が９０°ずれた分であるｉ１、ｉ２またはｉ９、ｉ１０の分だけ多く必要であった。
【０００８】
以下、この演算が複雑になることを詳細に説明する。
【０００９】
サンプリングするにあたり、サンプリングの同期は電圧波形の零クロス信号を基準に周期時間を計測し、１時分割あたりのサンプリング間隔を求め、その間隔で電圧信号と電流信号をＡ／Ｄ変換器に入力してサンプリングを行い、そのＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータをメモリ手段の所定のエリアに格納する。
【００１０】
この格納された電圧データおよび電流データから無効電力を演算するのであるが、従来ではサンプリング周期と演算周期が同じである場合では、ｖ１からｖ８およびｉ１からｉ８までのデータを使って演算するのであれば、（数５）の計算式により、有効電力Ｗと皮相電力ＶＡから無効電力ｖａｒを求めることが可能である。
【００１１】
しかし、この場合は、サンプリング周期と演算周期が同じでずれがないため、両者の処理タイミングを取るのは容易であるが、無効電力ｖａｒの演算は（数１）から（数５）まで、次のようなステップを経て計算される。
【００１２】
すなわち、（１）電圧の実効値Ｖを（数１）により求める。
【００１３】
（２）電流の実効値Ｉを（数２）により求める。
【００１４】
（３）（数３）により電圧の実効値Ｖと電流の実効値Ｉを乗算して皮相電力ＶＡを求める。
【００１５】
（４）（数４）により有効電力Ｗを求める。
【００１６】
（５）（数５）により皮相電力ＶＡと有効電力Ｗとから無効電力ｖａｒを求める。
【００１７】
【数１】
0003669223.tif 000002
【００１８】
【数２】
0003669223.tif 000003
【００１９】
【数３】
0003669223.tif 000004
【００２０】
【数４】
0003669223.tif 000005
【００２１】
【数５】
0003669223.tif 000006
【００２２】
そして、この場合は、乗算，除算，平方根を多用することになり、特に平方根の演算は一般的に処理時間が非常にかかってしまう。さらに、平方根演算等で演算が複雑になるため演算誤差も大きくなってしまうことになる。
【００２３】
特に、デジタル式において処理が複雑になれば処理速度が遅くなる等のため、中央演算装置（以下、ＣＰＵと称す）を高性能にする必要があり、またメモリ手段２２の容量も多く必要となり、かかる場合それぞれのコストが高くなる。
【００２４】
また、（数６）における無効電力ｖａｒのように、時分割サンプリングされた電圧データと電流データから９０°移相により直接乗算してそれらを加算し、平均をすることにより求める場合では、９０°移相することによりサンプリング周期と演算周期のタイミングがずれるため、サンプリング周期の終了とそれに伴う演算周期の開始がどこになるのかがわかりにくくなり、その判定処理が複雑になり、その判定処理の分だけ処理が増加するので処理速度が落ちてしまう。
【００２５】
【数６】
0003669223.tif 000007
【００２６】
電流サンプリングの終了時にはまだ電圧サンプリングは終了していないので演算処理も行うことができないが、電流サンプリング処理部は次の周期の電流サンプリングを開始する。
【００２７】
そして、電圧サンプリングの終了時には今回の演算に必要なデータはメモリに格納されており、そのデータから演算処理を開始すると同時に、次の電圧データサンプリングを開始する。しかし、この時電流サンプリングはすでに進んでいるため、データを格納しておくメモリも９０°分多く必要となる。
【００２８】
図９において、電圧波形の零クロス信号を基準に処理を追っていくと、（１周期の）電流サンプリング周期開始、（１周期の）電圧サンプリング周期開始、（１周期の）電流サンプリング周期終了、（１周期の）電流サンプリング周期開始、（１周期の）電圧サンプリング周期終了、そして演算周期開始、という処理サイクルになる。
【００２９】
９０°位相がなければ電圧および電流の両方のサンプリング周期終了、すなわち演算周期の開始であり、また次のサンプリング周期の開始でもあることが明白であるので、サンプリング周期終了ではその際の演算に必要なデータはメモリ手段２２に格納されており、そのデータから演算処理を開始すると同時に、次のデータサンプリングを行う。
【００３０】
これは、電圧波形の零クロス信号を基準に処理を追っていくと、電圧電流サンプリング周期開始、電圧電流サンプリング周期終了、演算周期開始、電圧電流サンプリング周期開始という処理サイクルになるため、タイミングは電圧の零クロスポイントのみで制御できる。
【００３１】
このことに着目して、従来の課題に対処すべく、本発明は、簡単な構成でできるだけ低コストで無効電力計測を行うことができる無効電力計測装置などを提供することを目的としている。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の無効電力計測装置は、交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は前記メモリ手段により記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて、各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する構成である。
【００３３】
この構成によって、前記疑似無効電力演算手段は前記メモリ手段により記憶された最初のポイントの電流データと９０°ずれたポイントからの電圧データを乗算し、電流データは続きから継続して電圧データが最終データとなると最初のポイントの電圧データへ戻り演算開始ポイントの９０°ずれたポイントまでのデータを乗算して平均を演算し、特に負荷変動により変化する電流入力に対して精度良く計測するためにオートレンジ切替方式を採用する場合等、電圧と電流の９０°の位相をずらしてサンプリングするタイミングを取りながら無効電力演算を行うのが単純化され、メモリも９０°ずれた分が不要となり、デジタル式において処理が単純化されればＣＰＵのグレードを落とすことができ、またメモリも少なくすることができればそれぞれコストを低く抑えることができるので、簡単な構成でできるだけ低コストで無効電力計測を行うことができる。
【００３４】
また、本発明の無効電力量計量手段は、交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は前記メモリ手段により記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて、各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算するとともに、前記疑似無効電力演算手段により演算された無効電力を積算することにより無効電力量を演算する無効電力量積算手段を具備する構成である。
【００３５】
この構成によって、簡単な構成で低コストに無効電力量を演算することができる。
【００３６】
また、本発明の電力計測装置は、交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データの乗算を所定周期分行い、その平均から有効電力を演算する有効電力演算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は、前記メモリ手段に記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する構成である。
【００３７】
この構成によって、簡単な構成でできるだけ低コストに無効電力を演算することができ、さらに同じ電流データおよび電圧データにより演算された有効電力から簡単な構成でできるだけ低コストに有効電力を演算することができる。
【００３８】
また、本発明の電力量計量装置は、交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データの乗算を所定周期分行い、その平均から有効電力を演算する有効電力演算手段と、前記有効電力演算手段により演算された有効電力を積算することにより電力量を演算する電力量積算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段と、前記疑似無効電力演算手段により演算された無効電力を積算することにより無効電力量を演算する無効電力量積算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は、前記メモリ手段に記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する構成である。
【００３９】
この構成によって、簡単な構成でできるだけ低コストに無効電力量を演算することができ、さらに同じ電流データおよび電圧データにより演算された有効電力から簡単な構成でできるだけ低コストに電力量を演算することができる。
【００４０】
また、本発明の力率計測装置は、交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた電圧データおよび電流データをサンプリングポイント毎に記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データの乗算を所定周期分行い、その平均から有効電力を演算する有効電力演算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから皮相電力を演算する皮相電力演算手段と、前記メモリ手段により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段と、前記皮相電力演算手段により演算された皮相電力および前記有効電力演算手段により演算された有効電力および前記疑似無効電力演算手段により演算された無効電力の符号から力率を演算する力率演算手段とを備え、前記メモリ手段は前記電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、前記疑似無効電力演算手段は、前記メモリ手段に記憶された所定周期分の電圧データおよび電流データについて各サンプリングポイントの電流データと９０°位相がずれたサンプリングポイントの電圧データをそれぞれ循環的に乗算し、それらの乗算値の平均から無効電力を演算する構成である。
【００４１】
この構成によって、簡単な構成でできるだけ低コストに無効電力を演算することができ、さらに同じ電流データおよび電圧データにより演算された有効電力および皮相電力から簡単な構成でできるだけ低コストに有効電力および皮相電力を演算することができ、この無効電力と有効電力と皮相電力から力率を演算することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における無効電力計測装置のブロック図を示しており、図において、１１は交流電路の電圧を入力する電圧入力手段、１２は交流電路の電流を入力する電流入力手段で、１は交流電路の電圧および電流をサンプリングするサンプリング手段である。
【００４４】
サンプリング手段１は、電圧入力手段１１から入力した電圧および電流入力手段１２から入力した電流を、例えば一定周期毎にサンプリングしてそのデータを保持するサンプルホールド部１３とそのデータをアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部と称す）１４を具備する。
【００４５】
２はサンプリング手段１のＡ／Ｄ変換部１４によりサンプリングされた電圧データおよび電流データを記憶するメモリ手段、３はメモリ手段２により記憶された電圧データおよび電流データから無効電力を演算する疑似無効電力演算手段である。
【００４６】
１５はコントローラで、サンプリング手段１、メモリ手段２、疑似無効電力演算手段３で行われる処理を制御する。
【００４７】
また、メモリ手段２はランダム・アクセス・メモリ（以下、ＲＡＭと称す）等が用いられる。
【００４８】
また、図２は、サンプリング手段１とメモリ手段２との関係を示しており、１周期を８時分割した場合の電流，電圧の瞬時値を各サンプリングポイントに従い、電流データをそれぞれｉ１からｉ８、電圧データをそれぞれｖ１からｖ８までサンプリングしメモリ手段２に格納された状態を示している。
【００４９】
以上のように構成された無効電力計測装置について、図１と図２を用いてその動作を説明する。
【００５０】
まず、計測対象となる交流電路から電圧および電流がそれぞれ電圧入力手段１１，電流入力手段１２を経て、サンプリング手段１により入力された電圧および電流を図２のように、交流１周期を８均等周期で分割し、同時サンプリングする場合を説明する。
【００５１】
この場合、交流周期と同期をとり、交流１周期を均等に８時分割して同時サンプリングを行う場合を説明する。まず、サンプリング手段１のサンプルホールド部１３に入力された電圧データおよび電流データは、Ａ／Ｄ変換部１４でアナログデータからデジタルデータに変換され、このデジタルデータがメモリ手段２に格納される。
【００５２】
ここで、電圧データはサンプリング順にメモリ手段２のｖ１からｖ８まで、同様に電流データはサンプリング順にメモリ手段２のｉ１からｉ８まで格納することとする。
【００５３】
疑似無効電力演算手段３は、メモリ手段２に記憶された最初のポイントの電流データｉ１と９０°遅れたサンプリングポイント（以下、ポイントと称す）からの電圧データｖ３を乗算する。
【００５４】
一般に、無効電力の計算には電流と電圧を乗算するが、この電流と電圧の互いの位相は９０°ずれる。このことから、この９０°のずれを８時分割した時のサンプルポイントを求めると次のようになる。
【００５５】
９０°のずれは、１周期（＝３６０°）の１／４に相当するため、１周期を８時分割した場合の時分割のずれは、２となる。このことから、例えばサンプリングした電流ｉ１に対する電圧はｖ３となる。
【００５６】
以降、１周期分のデータを循環的にｉ２・ｖ４からｉ６・ｖ８まで乗算する。次に、電流データがｉ７の場合は電圧データの最終データがｖ８のため、最初のポイントの電圧データｖ１となり、ｉ７とｖ１とを乗算する。
【００５７】
同様にｉ８とｖ２とを乗算して、これらｉ１・ｖ３からｉ８・ｖ２までを１周期のメモリ手段２に記憶された電流データおよび電圧データを循環的に演算する。そして、これらのｉ１・ｖ３、ｉ２・ｖ４、…、ｉ８・ｖ２の乗算値を加算して時分割数（この場合、８）で除算しての平均を演算する。
【００５８】
これらの処理制御は、コントローラ１５で行っている。
【００５９】
なお、疑似無効電力演算手段３は、メモリ手段２により記憶された最初のポイントの電流データｉ１と９０°進んだポイントからの電圧データｖ７を乗算し、以降同様にｉ２・ｖ８を乗算し、次に電流データは続きであるｉ３から継続して電圧データが最終データｖ８となると最初のポイントの電圧データｖ１へ戻り演算開始ポイントの９０°位相が進んだポイントまでのデータｖ６をｉ３・ｖ１、ｉ４・ｖ２、ｉ５・ｖ３、ｉ６・ｖ４、ｉ７・ｖ５、ｉ８・ｖ６と乗算してこれらの乗算値の平均を演算してもよい。また、進みと遅れの符号を調整することにより無効電力演算を行ってもよい。
【００６０】
一般的に、電流は負荷変動により変化が激しいため、このような周期データの前後を入替えることは波形データとして無理があり、結果として精度にかなり影響が出るが、電圧は変化するものの電流ほどの短期間における大きな変化はないと考えられる。
【００６１】
したがって、前述のようなサンプリングされた電流データと電圧データにおいて、電圧データの前後を入替えて疑似的に電圧波形データを作り出すことによって無効電力の演算処理を簡略化しても精度にはあまり影響が出ないと考えられ、デジタル式において処理が単純化されればＣＰＵのグレードを落とすことができる。
【００６２】
また、メモリ手段２も位相ずれの分を余計に用意する必要がなくなるので容量を少なくすることができると共に、簡単な構成でできるため、経済的に優れた無効電力計測装置を提供できる。
【００６３】
ここで、上記実施の形態を、発明が解決しようとする課題で述べた内容に沿って説明する。
【００６４】
すなわち、従来は、電圧波形の零クロス信号を基準に処理を追っていくと、（１周期の）電流サンプリング周期開始、（１周期の）電圧サンプリング周期開始、（１周期の）電流サンプリング周期終了、（１周期の）電流サンプリング周期開始、（１周期の）電圧サンプリング周期終了、演算周期開始、（１周期の）電圧サンプリング周期開始という処理サイクルになる。
【００６５】
９０°移相がなければ電圧と電流の両方のサンプリング周期終了、すなわち演算周期の開始であり、また次のサンプリング周期の開始でもあることが明白であるので、サンプリング周期終了で今回の演算に必要なデータはメモリに格納されており、そのデータから演算処理を開始すると同時に、次のデータサンプリングを行う。
【００６６】
電圧波形の零クロス信号を基準に処理を追っていくと、（１周期の）電圧電流サンプリング周期開始、（１周期の）電圧電流サンプリング周期終了、（１周期の）演算周期開始、（１周期の）電圧電流サンプリング周期開始という処理サイクルになる。タイミングは電圧の零クロスポイントのみで制御できる。
【００６７】
そこで（数７）による無効電力ｖａｒの演算は、サンプリング周期と演算周期のタイミングが同じになるので、（数５）におけるタイミングの明解さのメリットと、（数６）における演算処理の少なさのメリットを合わせ持つことになる。
【００６８】
【数７】
0003669223.tif 000008
【００６９】
また、同じメモリ内容のデータから電圧、電流、皮相電力、有効電力、無効電力、力率を演算でき、メモリ配置を変更すれば有効電力と同じ演算ルーチンで無効電力を演算することもできる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態１では、無効電力の演算をメモリ手段２に記憶された電流データ、電圧データを循環的に乗算してその平均から無効電力を演算することを説明したが、電流データ，電圧データを循環的に乗算することが重要であり、無効電力の演算については、特にこだわるものではない。
【００７１】
なお、計測周期は１周期としたが、複数周期としてもよく、計測回路も１回路としたが、複数回路としてもよく、さらに、サンプリングの時分割数を８としたが電流と電圧の位相差が９０°近辺になれば、何時分割にしても同様の効果が得られる。
【００７２】
なお、９０°のずれは、実際はハード的な構成を考慮すると数％の許容差を含むものとする。
【００７３】
また、上記説明の制御はコントローラ１５で説明したが、これに限るものでない。
【００７４】
（実施の形態２）
図３は本実施の形態における無効電力量計量装置のブロック図を示しており、図において、電圧入力手段１１、電流入力手段１２、サンプリング手段１、サンプルホールド部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、コントローラ１５、メモリ手段２および疑似無効電力演算手段３は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００７５】
４は疑似無効電力演算手段３で演算された無効電力を積算して無効電力量を演算する無効電力量積算手段である。無効電力量積算手段４はＣＰＵ等で実現することができる。
【００７６】
以上のように構成された無効電力量計量装置について、図３を用いてその動作を説明するが、電力入力手段１１、電流入力手段１２から疑似無効電力演算手段３までの動作は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００７７】
疑似無効電力演算手段３で演算された無効電力は無効電力量積算手段４により積算されて無効電力量が演算される。
【００７８】
無効電力の積算から求める無効電力量において、無効電力の演算を簡潔にするすなわち処理スピードを上げることと誤差を少なくすることで無効電力量計量装置の実現難易度が決まるため、無効電力計測における効果は無効電力量計量における効果にそのままはねかえる。
【００７９】
（実施の形態３）
図４は本実施の形態における電力計測装置のブロック図を示しており、図において、電圧入力手段１１、電流入力手段１２、サンプリング手段１、サンプルホールド部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、コントローラ１５、メモリ手段２および疑似無効電力演算手段３は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００８０】
５はメモリ手段２により記憶された電圧データおよび電流データから有効電力を演算する有効電力演算手段である。有効電力演算手段５はＣＰＵ等で実現することができる。
【００８１】
以上のように構成された電力計測装置について、図２と図４と図５を用いてその動作を説明する。
【００８２】
まず、計測対象となる交流電路から電圧および電流がそれぞれ電圧入力手段１１，電流入力手段１２を経て、サンプリング手段１により入力された電圧および電流を図２のように、交流１周期を８均等周期で分割し、同時サンプリングする場合を説明する。
【００８３】
この場合、交流周期と同期をとり、交流１周期を均等に８時分割で同時サンプリングを行う場合を説明する。
【００８４】
サンプリングされた電圧および電流データはメモリ手段２に格納される。電圧データはサンプリング順にメモリ手段２のｖ１からｖ８まで、電流データはサンプリング順にメモリ手段２のｉ１からｉ８までのエリアに格納される。
【００８５】
有効電力演算手段５はメモリ手段２により記憶された最初のサンプリングポイント（以下、ポイントと称す）の電圧データｖ１と最初のポイントの電流データｉ１を乗算し、以降同様に最終データｉ８・ｖ８まで乗算してこれらの乗算値の平均を演算することにより有効電力を演算する。
【００８６】
次に、疑似無効電力演算手段３は、メモリ手段２により記憶された最初のポイントの電流データｉ１と９０°位相が遅れたポイントからの電圧データｖ３を乗算し、以降同様にｉ２・ｖ４からｉ６・ｖ８まで乗算し、次に電流データは続きであるｉ７から継続して電圧データが最終データｖ８となると最初のポイントの電圧データｖ１へ戻り演算開始ポイントの９０°遅れたポイントまでのデータｖ２をｉ７・ｖ１、ｉ８・ｖ２と乗算する。
【００８７】
このように１周期分の電圧データおよび電流データを循環的に乗算し、その結果、実施の形態１と同様にしてそれらの乗算値の平均を演算する。
【００８８】
なお、疑似無効電力演算手段３は、メモリ手段２により記憶された最初のポイントの電流データｉ１と９０°進んだポイントからの電圧データｖ７を乗算し、以降同様にｖ８・ｉ２を乗算し、次に電流データは続きであるｉ３から継続して電圧データが最終データｖ８となると最初のポイントの電圧データｖ１へ戻り演算開始ポイントの９０°進んだポイントまでのデータｖ６をｉ３・ｖ１、ｉ４・ｖ２、ｉ５・ｖ３、ｉ６・ｖ４、ｉ７・ｖ５、ｉ８・ｖ６と乗算する。
【００８９】
このように１周期分の電圧データおよび電流データを循環的に乗算し、その結果、実施の形態１と同様にしてそれらの乗算値の平均を演算する。また、進みと遅れの符号を調整することにより疑似的に無効電力演算を行ってもよい。
【００９０】
一般的に、電流は負荷変動により変化が激しいため、このような周期データの前後を入替えることは波形データとして無理があり、結果として精度にかなり影響が出るが、電圧は変化するものの電流ほどの短期間における大きな変化はないと考えられる。
【００９１】
したがって電圧データの前後を入替えて疑似的に電圧波形データを作り出し、処理を簡略化しても精度にはあまり影響が出ないと考えられ、デジタル式において処理が単純化されればＣＰＵのグレードを落とすことができる。
【００９２】
また、メモリ手段２も位相ずれの分を余計に用意する必要がなくなるので容量を少なくすることができると共に、簡単な構成でできるため、経済的に優れた無効電力計測装置を提供できる。
【００９３】
ここで、上記実施の形態を、発明が解決しようとする課題で述べた内容に沿っての説明は実施の形態１で説明したので省略する。
【００９４】
また、メモリ手段２に余裕がある場合は、図５のようにｖ３に格納されたデータをｖ１に格納し、順次つめて格納し、最後のデータまでいくとｖ１に格納されたデータをｖ７に格納し、同様にｖ２に格納されたデータをｖ８に格納する。
【００９５】
図５のａからｈはそれぞれ図２のｖ１からｖ８に対応している。従って、図５ではｃ（図２ではｖ３）をｖ１に記憶することを示している。以下同様にｈ（図２ではｖ８）を図５ではｖ６、ａ（図２ではｖ１）を図５ではｖ７に格納するがごとくである。
【００９６】
こうすることで、有効電力演算手段５と疑似無効電力演算手段３における電圧データと電流データとの乗算と平均の処理を、有効電力の演算処理と同様にすることができる。
【００９７】
従って、例えばマイコンでこの処理を行う場合にはＲＯＭ容量を低減することができる。
【００９８】
さらに、同時に同じ電圧データと電流データを利用して無効電力とともに有効電力まで演算できるので、１つの装置で有効電力と無効電力との同時計測ができる。
【００９９】
このため、有効電力と無効電力とを別の装置で計測した場合に発生する計測データのずれを低減できるため同時計測データが必要な場合には特に有効である。
【０１００】
また、１つの装置で有効電力と無効電力を計測できることは、装置が１／２ですむため省資源となり、電力消費も１／２となるため省エネとなり、有効電力計と無効電力計を設置することと比較すれば配線作業も１／２となるため省施工となり、その結果コストも１／２となり、近年重要視されている環境的にも有効な装置となり得る。
【０１０１】
なお、計測周期は１周期としたが、複数周期としてもよく、計測回路も１回路としたが、複数回路としてもよく、さらに、サンプリングの時分割数を８としたが電流と電圧の位相差が９０°近辺になれば、何時分割にしても同様の効果が得られる。
【０１０２】
なお、９０°のずれは、実際はハード的な構成を考慮すると数％の許容差を含むものとする。
【０１０３】
また、上記説明の制御はコントローラ１５で説明したが、これに限るものでない。
【０１０４】
（実施の形態４）
図６は本実施の形態における電力量計量装置のブロック図を示しており、図において、電圧入力手段１１、電流入力手段１２、サンプリング手段１、サンプルホールド部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、コントローラ１５、メモリ手段２、疑似無効電力演算手段３および有効電力演算手段５は実施の形態３、無効電力量積算手段４は実施の形態２と同様であるので説明は省略する。
【０１０５】
６は有効電力演算手段５で演算された有効電力を積算して電力量を演算する電力量積算手段である。電力量積算手段６はＣＰＵ等で実現することができる。
【０１０６】
以上のように構成された電力量計量装置について、図６を用いてその動作を説明する。
【０１０７】
計測対象となる交流電路から電圧および電流がそれぞれ電圧入力手段１１，電流入力手段１２を経て、有効電力演算手段５までの動作も実施の形態１および実施の形態３と同様であるので説明は省略する。
【０１０８】
有効電力演算手段５で演算された有効電力は電力量積算手段６により積算されて電力量が演算される。
【０１０９】
（実施の形態５）
図７は本実施の形態における力率計測装置のブロック図を示しており、図において、電圧入力手段１１、電流入力手段１２、サンプリング手段１、サンプルホールド部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、コントローラ１５、メモリ手段２、疑似無効電力演算手段３および有効電力演算手段５は実施の形態４と同様であるので説明は省略する。
【０１１０】
７はメモリ手段２により記憶された電圧データおよび電流データから皮相電力を演算する皮相電力演算手段、８は疑似無効電力演算手段３で演算された無効電力と有効電力演算手段５で演算された有効電力と皮相電力演算手段７で演算された皮相電力とから力率を演算する力率演算手段である。
【０１１１】
以上のように構成された力率計測装置について、図７を用いてその動作を説明する。
【０１１２】
計測対象となる交流電路から電圧および電流がそれぞれ電圧入力手段１１，電流入力手段１２を経て、有効電力演算手段５までの動作も実施の形態４と同様であるので説明は省略する。
【０１１３】
皮相電力演算手段７はメモリ手段２に格納された電圧データと電流データから皮相電力を演算する。
【０１１４】
この場合、電圧データから電圧の実効値を演算し、電流データから電流の実効値を演算し、電圧の実効値と電流の実効値を乗算して皮相電力を演算してもよく、また、電圧データと電流データの位相を一致させて乗算し、平均して演算してもよく、実施の形態４の図５のように位相のずれを考慮して乗算に対応した電圧と電流をメモリ手段２に格納して演算するようにしたものでもよい。
【０１１５】
力率演算手段８は有効電力演算手段５で演算された有効電力を皮相電力演算手段７により演算された皮相電力で除算して、疑似無効電力演算手段３で演算された無効電力の符号をつけて進みまたは遅れの判定を行い演算する。
【０１１６】
以上の構成により、メモリ手段２に格納された限られた同じデータから無効電力と有効電力と皮相電力と力率と、さらには電圧と電流までを演算することができる。
【０１１７】
なお、上記実施の形態１から５において、ＣＰＵによって制御する場合が考えられるが、これに限るものではない。
【０１１８】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明は、メモリ手段が電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、疑似無効電力演算手段を設けることにより、特に負荷変動により変化する電流入力に対して精度良く計測するためにオートレンジ切替方式を採用する場合等、電圧と電流の９０°の位相をずらせてサンプリングするタイミングを取りながら無効電力演算を行うのが単純化され、メモリ手段の容量も９０°ずれた分が不要となる。特に、デジタル式において処理が単純化されればＣＰＵのグレードを落とすことができると共に、メモリ手段の容量も少なくすることができるため、コストを低く抑えることができる。また、簡単な構成でできるため低コストとすることができる。
【０１１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載に加えて無効電力量積算手段を設けることにより請求項１記載の効果を持った優れた無効電力量計量装置を実現できるものである。
【０１２０】
請求項３記載の発明は、メモリ手段が電圧データおよび電流データを同位相で１周期分記憶し、疑似無効電力演算手段を設けることにより、特に負荷変動により変化する電流入力に対して精度良く計測するためにオートレンジ切替方式を採用する場合等、電圧と電流の９０°の位相をずらしてサンプリングするタイミングを取りながら無効電力演算を行うのが単純化され、メモリ手段の容量も９０°ずれた分が不要となる。特に、デジタル式において処理が単純化されればＣＰＵのグレードを落とすことができると共に、メモリ手段の容量も少なくすることができるためコストを低く抑えることができる。また、簡単な構成でできるため低コストとすることができる。
【０１２１】
さらに、有効電力演算手段を設けることにより、同時に同じ電圧データと電流データを利用して有効電力まで演算できるので、１つの装置で有効電力と無効電力との同時計測ができ、有効電力と無効電力とを別の装置で計測する場合に生じる計測データのずれが低減するため、同時計測データが必要な場合には優れた効果が得られる。
【０１２２】
また、１つの装置で有効電力と無効電力を計測できることは、装置が１／２ですむため省資源、省スペースとなり、電力消費も１／２となるため省エネとなり、有効電力計と無効電力計を設置することと比較すれば配線作業も１／２となるため省施工となり、その結果コストも１／２となり、近年重要視されている環境的にも優れた電力計測装置を実現できるものである。
【０１２３】
請求項４記載の発明は、メモリ手段が電圧データおよび電流データを１周期分記憶し、請求項３記載に加えて電力量積算手段および無効電力量積算手段を設けることにより請求項３記載の効果を持った優れた電力量計量装置を実現できるものである。
【０１２４】
請求項５記載の本発明は、請求項３記載に加えて皮相電力演算手段および力率演算手段を設けることにより請求項３記載の効果を持ち、さらに限られた同時に同じ電圧データと電流データを利用して無効電力と有効電力と皮相電力と力率とさらには電圧と電流までを演算することができる優れた力率計測装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における無効電力計測装置のブロック図
【図２】同実施の形態１における無効電力計測装置の説明図
【図３】同実施の形態２における無効電力量計量装置のブロック図
【図４】同実施の形態３における電力計測装置のブロック図
【図５】同実施の形態３における電力計測装置の説明図
【図６】同実施の形態４における電力量計量装置のブロック図
【図７】同実施の形態５における力率計測装置のブロック図
【図８】従来における無効電力計測方法のブロック図
【図９】従来における無効電力計測方法の説明図
【符号の説明】
１  サンプリング手段
２  メモリ手段
３  疑似無効電力演算手段
４  無効電力量積算手段
５  有効電力演算手段
６  電力量積算手段
７  皮相電力演算手段
８  力率演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003669223.tif 000015
【図８】
0003669223.tif 000016
【図９】
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