(57)【要約】【課題】電圧に対する電流の位相に拘わらず、アナログ乗算を用いて、使用された電力を計量できる電力量計及びこれに用いられる無効電力量の演算方法を提供する。【解決手段】外部から供給される電力の電流の位相を、判定信号が所定レベルのときはそのまま、他のレベルのときは反転して出力する位相反転部１２と、電力の電圧と位相反転部１２からの電流とのアナログ乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する電力演算部１３と、電力演算部１３からの演算パルス信号の周波数に応じて判定信号を生成して位相反転部１２に供給し、且つ判定信号が所定レベルの周波数が所定値以上であれば無効電力が遅れ状態にあり、判定信号が他のレベルの周波数が所定値以上であれば進み状態にあることを検出する制御部１４と、制御部１４で検出された無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂとを備える。【選択図】　　　図４
2004125589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第１演算パルス信号を出力する第１電力演算部と、
前記電流の位相を反転させる位相反転部と、
前記電圧と前記位相反転部で位相が反転された電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第２演算パルス信号を出力する第２電力演算部と、前記第１演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値以上である場合に前記電力の無効電力が進み状態にあることを検出する制御部と、
前記制御部で検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする電力量計。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１電力演算部からの前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２電力演算部からの前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値より小さいときは、該所定値以上になるまで前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２演算パルス信号の周波数を交互に調べて待機することを特徴とする請求項１記載の電力量計。
【請求項３】
外部から供給される電力の電流の位相を、判定信号が所定レベルのときはそのまま、他のレベルのときは反転して出力する位相反転部と、
前記電力の電圧と前記位相反転部からの電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する電力演算部と、
前記電力演算部からの前記演算パルス信号の周波数に応じて前記判定信号を生成して前記位相反転部に供給し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記無効電力が進み状態にあることを検出する制御部と、
前記制御部で検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする電力量計。
【請求項４】
前記制御部は、前記電力演算部からの前記演算パルス信号の周波数が所定値より小さいときは、前記判定信号が前記所定レベルと前記他のレベルとを交互に繰り返すように制御することを特徴とする請求項３記載の電力量計。
【請求項５】
外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する電力演算部と、
前記電力演算部からの前記演算パルス信号の周波数に応じて判定信号を生成して前記電力演算部に供給し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記無効電力が進み状態にあることを検出する制御部と、
前記制御部で検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部とを備え、
前記電力演算部は、前記乗算結果である電力を電圧に変換する電力−電圧変換部と、前記電圧を前記電力に応じた周波数に変換して前記演算パルス信号として前記制御部に出力する電圧−周波数変換回路部と、前記判定信号が所定レベルにあるとき前記電力−電圧変換部からの電圧をそのまま前記電圧−周波数変換回路部に出力し、前記判定信号が他のレベルにあるときに前記電力−電圧変換部からの電圧の極性を反転させて前記電圧−周波数変換回路部に出力する極性反転制御部とを有することを特徴とする電力量計。
【請求項６】
外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第１演算パルス信号を生成する第１演算パルス生成ステップと、
前記電圧と前記電流の位相が反転された電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第２演算パルス信号を生成する第２演算パルス生成ステップと、
前記第１演算パルス生成ステップで生成された前記第１演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記第２演算パルス生成ステップで生成された前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値以上である場合に前記電力の無効電力が進み状態にあることを検出する検出ステップと、
該検出ステップで検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力ステップと、
を備えることを特徴とする無効電力量の演算方法。
【請求項７】
前記検出ステップは、前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値より小さくなったときは、該所定値以上になるまで前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２演算パルス信号の周波数を交互に調べて待機することを特徴とする請求項６記載の無効電力量の演算方法。
【請求項８】
外部から供給される電力の電流の位相を、判定信号が所定レベルのときはそのまま、他のレベルのときは反転させて出力する位相制御ステップと、
前記電力の電圧と前記位相制御ステップで出力される電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を生成する演算パルス生成する演算パルス生成ステップと、
前記演算パルス生成ステップで生成された前記演算パルス信号の周波数に応じて前記判定信号を生成し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が進み状態にあることを検出する検出ステップと、
該検出ステップで検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力ステップと、
を備えることを特徴とする無効電力量の演算方法。
【請求項９】
前記検出ステップは、前記演算パルス信号の周波数が所定値より小さいときは、前記判定信号が前記所定レベルと前記他のレベルとを交互に繰り返すように制御することを特徴とする請求項８記載の無効電力量の演算方法。
【請求項１０】
外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する演算パルス生成ステップと、
前記演算パルス生成ステップからの前記演算パルス信号の周波数に応じて判定信号を生成し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記無効電力が進み状態にあることを検出する検出ステップと、
該検出ステップで検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力ステップとを備え、
前記演算パルス生成ステップは、前記乗算結果である電力を電圧に変換する変換ステップと、前記電圧を前記電力に応じた周波数に変換して前記演算パルス信号として出力する周波数変換ステップと、前記判定信号が所定レベルにあるとき前記変換ステップからの電圧をそのまま前記周波数変換ステップに出力し、前記判定信号が他のレベルにあるときに前記変換ステップからの電圧の極性を反転させて前記周波数変換ステップに出力する極性反転制御ステップとを有することを特徴とする無効電力量の演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば一般家庭で使用される電力の使用量を計量するための電力量計及びこれに用いられる無効電力量の演算方法に関し、特に位相の遅れ及び進みに拘らず無効電力量を算出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力会社から需要家に供給される交流電力の電圧及び電流から無効電力量を算出し、この算出された無効電力量と別途算出された有効電力量に基づいて、需要家が消費した電力量を算出する電力量計が知られている。
【０００３】
図７はこのような従来の電力量計の無効電力演算部を中心に示すブロック図である。この電力量計は、電圧信号作成部１０、電流信号作成部１１、電力演算部１３、中央演算部１４、表示部１５及び信号出力部１６から構成されている。
【０００４】
電圧信号作成部１０は、外部から供給される交流電力からアナログの電圧信号Ｖを取り出して電力演算部１３に供給する。電流信号作成部１１は、外部から供給される交流電力からアナログの電流信号Ｉを取り出して電力演算部１３に供給する。
【０００５】
電力演算部１３は、電圧信号作成部１０からの電圧信号Ｖと電流信号作成部１１からの電流信号Ｉとをアナログ乗算して電力を求め、この電力を積分・平滑化して電圧に変換して電圧信号として出力する電力−電圧変換部１３１と、この電圧を前記電力に応じた周波数に変換して演算パルス信号として中央演算部１４に出力する電圧−周波数変換回路部１３２とを有している。
【０００６】
中央演算部１４は、電力演算部１３から受け取った演算パルス信号に基づいて無効電力量を算出する。算出された無効電力量は、表示部１５に送られて表示されると共に、信号出力部１６を介して外部に送出される。
【０００７】
なお、上述した従来の技術に関連する技術として、例えば、特許文献１がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２８４００５
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の電力量計におけるアナログ乗算を行う電力演算部１３においては、電力−電圧変換部１３１から出力される電圧信号ａの極性は、無効の遅れ状態（電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合）において正であり、進み状態（電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合）において負となる。電圧−周波数変換回路部１３２は、入力電圧が正のときのみ動作し、入力電圧が負のときは動作せずゼロ出力を行う。このため、図７に示す従来の回路構成では無効の進み状態の演算は行なえなかった。
【００１０】
一方、近年は、電力の売買の自由化が進展して様々な形態での電力供給が可能になってきており、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている電力に対してのみならず、進んでいる電力に対しても計量できるような電力量計の開発が望まれている。このような要望に対して、位相の遅れ及び進みに関係なく無効電力量を計算し得るＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を搭載した電力量計が開発されているが、長年の実績や安定した特性から、従来のアナログ乗算を用いた電力量計の開発も望まれている。
【００１１】
本発明は、上記要請に応えるためになされたものであり、その課題は、電圧に対する電流の位相に拘わらず、アナログ乗算を用いて、使用された電力を計量できる電力量計及びこれに用いられる無効電力量の演算方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１の発明に係る電力量計は、外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第１演算パルス信号を出力する第１電力演算部と、前記電流の位相を反転させる位相反転部と、前記電圧と前記位相反転部で位相が反転された電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第２演算パルス信号を出力する第２電力演算部と、前記第１演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値以上である場合に前記電力の無効電力が進み状態にあることを検出する制御部と、前記制御部で検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明に係る電力量計では、第１電力演算部及び第２電力演算部として、従来の電力演算部と同じものを使用できる。そして、外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算した結果、所定値以上の周波数を有する第１演算パルス信号が得られた場合は、従来と同様に、電流の位相が電圧の位相に対して遅れていることを検出する。一方、外部から供給された電圧と位相を反転させた電流とをアナログ乗算した結果、所定値以上の周波数を有する第２演算パルス信号が得られた場合は、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいることを検出する。即ち、電圧と位相が反転された電流とをアナログ乗算することにより、従来と同様の電力演算部を用いて、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量の演算が可能になる。
【００１４】
請求項２の発明に係る電力量計では、前記制御部は、前記第１電力演算部からの前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２電力演算部からの前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値より小さいときは、該所定値以上になるまで前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２演算パルス信号の周波数を交互に調べて待機するように構成できる。この構成によれば、電流の位相が電圧の位相に対して遅れ状態から進み状態、または進み状態から遅れ状態に移行する短時間の間は何れの状態であるかを検出しないので、確実な遅れ状態及び進み状態のみを検出できる。なお、短時間の間の無効電力は小さいので、無効電力量の演算には殆ど影響しない。
【００１５】
請求項３の発明に係る電力量計は、外部から供給される電力の電流の位相を、判定信号が所定レベルのときはそのまま、他のレベルのときは反転して出力する位相反転部と、前記電力の電圧と前記位相反転部からの電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する電力演算部と、前記電力演算部からの前記演算パルス信号の周波数に応じて前記判定信号を生成して前記位相反転部に供給し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記無効電力が進み状態にあることを検出する制御部と、前記制御部で検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明に係る電力量計では、電力演算部として、従来の電力演算部と同じものを使用できる。そして、外部から供給された電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合は電流の位相をそのまま、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合は電流の位相を位相反転部で反転して電圧とアナログ乗算する。これにより、上述した請求項１の発明に係る電力量計と同様に、従来と同様の電力演算部を用いて、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量の演算が可能になる。しかも、上述した請求項１の発明に係る電力量計と異なり、電力演算部は１つで済むので、電力量計をコンパクトに構成できる。
【００１７】
請求項４の発明に係る電力量計では、前記制御部は、前記電力演算部からの前記演算パルス信号の周波数が所定値より小さいときは、前記判定信号が前記所定レベルと前記他のレベルとを交互に繰り返すように制御するように構成できる。この構成によれば、電流の位相が電圧の位相に対して遅れ状態から進み状態、または進み状態から遅れ状態に移行する短時間の間は何れの状態であるかを検出しないので、確実な遅れ状態及び進み状態のみを検出できる。なお、短時間の間の無効電力は小さいので、無効電力の演算には殆ど影響しない。
【００１８】
請求項５の発明に係る電力量計は、外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する電力演算部と、前記電力演算部からの前記演算パルス信号の周波数に応じて判定信号を生成して前記電力演算部に供給し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記無効電力が進み状態にあることを検出する制御部と、前記制御部で検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力部とを備え、前記電力演算部は、前記乗算結果である電力を電圧に変換する電力−電圧変換部と、前記電圧を前記電力に応じた周波数に変換して前記演算パルス信号として前記制御部に出力する電圧−周波数変換回路部と、前記判定信号が所定レベルにあるとき前記電力−電圧変換部からの電圧をそのまま前記電圧−周波数変換回路部に出力し、前記判定信号が他のレベルにあるときに前記電力−電圧変換部からの電圧の極性を反転させて前記電圧−周波数変換回路部に出力する極性反転制御部とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明に係る電力量計では、電力演算部において、極性反転制御部は、判定信号が所定レベルにあるとき電力−電圧変換部からの電圧をそのまま電圧−周波数変換回路部に出力し、判定信号が他のレベルにあるときに電力−電圧変換部からの電圧の極性を反転させて電圧−周波数変換回路部に出力するので、電圧−周波数変換回路部が動作可能状態になる。このため、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量の演算が可能になる。しかも、上述した請求項１の発明に係る電力量計と異なり、電力演算部は１つで済むので、電力量計をコンパクトに構成できる。
【００２０】
請求項６の発明に係る無効電力量の演算方法は、外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第１演算パルス信号を生成する第１演算パルス生成ステップと、前記電圧と前記電流の位相が反転された電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する第２演算パルス信号を生成する第２演算パルス生成ステップと、前記第１演算パルス生成ステップで生成された前記第１演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記第２演算パルス生成ステップで生成された前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値以上である場合に前記電力の無効電力が進み状態にあることを検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力ステップとを備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明に係る無効電力量の演算方法では、前記検出ステップは、前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２演算パルス信号の周波数が前記所定値より小さくなったときは、該所定値以上になるまで前記第１演算パルス信号の周波数及び前記第２演算パルス信号の周波数を交互に調べて待機するように構成できる。請求項７の発明に係る無効電力量の演算方法によれば、上述した請求項１の発明の電力量計と同様の作用及び効果を奏する。
【００２２】
請求項８の発明に係る無効電力量の演算方法は、外部から供給される電力の電流の位相を、判定信号が所定レベルのときはそのまま、他のレベルのときは反転させて出力する位相制御ステップと、前記電力の電圧と前記位相制御ステップで出力される電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を生成する演算パルス生成する演算パルス生成ステップと、前記演算パルス生成ステップで生成された前記演算パルス信号の周波数に応じて前記判定信号を生成し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が進み状態にあることを検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力ステップとを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明に係る無効電力量の演算方法では、前記検出ステップは、前記演算パルス信号の周波数が所定値より小さいときは、前記判定信号が前記所定レベルと前記他のレベルとを交互に繰り返すように制御するように構成できる。請求項９の発明に係る無効電力量の演算方法によれば、上述した請求項４の発明に係る電力量計と同様の作用及び効果を奏する。
【００２４】
請求項１０の発明に係る無効電力量の演算方法は、外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算し、乗算結果に応じた周波数を有する演算パルス信号を出力する演算パルス生成ステップと、前記演算パルス生成ステップからの前記演算パルス信号の周波数に応じて判定信号を生成し、且つ前記判定信号が所定レベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記電力の無効電力が遅れ状態にあり、前記判定信号が他のレベルにあるときの前記演算パルス信号の周波数が所定値以上である場合に前記無効電力が進み状態にあることを検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された前記無効電力の遅れ状態及び進み状態を表す信号を出力する出力ステップとを備え、前記演算パルス生成ステップは、前記乗算結果である電力を電圧に変換する変換ステップと、前記電圧を前記電力に応じた周波数に変換して前記演算パルス信号として出力する周波数変換ステップと、前記判定信号が所定レベルにあるとき前記変換ステップからの電圧をそのまま前記周波数変換ステップに出力し、前記判定信号が他のレベルにあるときに前記変換ステップからの電圧の極性を反転させて前記周波数変換ステップに出力する極性反転制御ステップとを有することを特徴とする。請求項１０の発明に係る無効電力量の演算方法によれば、上述した請求項５の発明に係る電力量計と同様の作用及び効果を奏する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る電力量計を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、従来の技術の欄で図６を参照して説明した部分と同一又は相当部分には従来の技術の欄で用いた符号と同じ符号を用いて説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る電子式の電力量計の構成を、無効電力演算部を中心に示すブロック図である。
【００２７】
この電力量計は、電圧信号作成部１０、電流信号作成部１１、位相反転部１２、第１電力演算部１３ａ、第２電力演算部１３ｂ、中央演算部１４、第１表示部１５ａ、第２表示部１５ｂ、第１信号出力部１６ａ及び第２信号出力部１６ｂから構成されている。第１電力演算部１３ａ及び第２電力演算部１３ｂの夫々の構成は、図７に示す電力演算部１３と同一構成である。
【００２８】
電圧信号作成部１０は、外部から供給される電力からアナログの電圧信号Ｖを取り出して第１電力演算部１３ａ及び第２電力演算部１３ｂに供給する。電流信号作成部１１は、外部から供給される電力からアナログの電流信号Ｉを取り出して第１電力演算部１３ａ及び位相反転部１２に供給する。
【００２９】
位相反転部１２は、電流信号作成部１１からの電流信号Ｉの位相を１８０゜ずらし、つまり反転し、電流信号Ｉ’として第２電力演算部１３ｂに供給する。従って、電流信号作成部１１からの電流信号Ｉの位相が電圧に対して進み方向に「θ」だけずれている場合は、図２に示すように、電流信号Ｉの位相を１８０°ずらした電流信号Ｉ’が第２電力演算部１３ｂに送られる。
【００３０】
第１電力演算部１３ａの構成は、従来の技術の欄で説明した電力演算部１３と同じである。第１電力演算部１３ａは、外部から供給される、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている電力の無効電力量を計算するために使用される。即ち、第１電力演算部１３ａは、電圧信号作成部１０からの電圧信号Ｖと電流信号作成部１１からの電流信号Ｉとをアナログ乗算する。具体的には、図２に示すように、電流の位相が電圧の位相に対してθだけ遅れている場合は、「無効電力量＝ＶＩｓｉｎθ」を計算する。そして、この計算結果に基づいて、使用電力に比例した周波数を有する第１演算パルス信号を生成し、中央演算部１４に送る。
【００３１】
なお、第１電力演算部１３ａは、従来の技術の欄で説明した電力演算部１３と同様に、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合は、パルスが存在しない第１演算パルス信号を生成して中央演算部１４に送る。
【００３２】
第２電力演算部１３ｂの構成は、第１電力演算部１３ａの構成と同じである。第２電力演算部１３ｂは、外部から供給される、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量を計算するために使用される。即ち、第２電力演算部１３ｂは、電圧信号作成部１０からの電圧信号Ｖと位相反転部１２からの電流信号Ｉ’とをアナログ乗算する。具体的には、電流の位相が電圧に対してθだけ進んでいる場合は、「無効電力量＝ＶＩ‘ｓｉｎθ」を計算する。そして、この計算結果に基づいて、使用電力に比例した周波数を有する第２演算パルス信号を生成し、中央演算部１４に送る。
【００３３】
なお、電流の位相が電圧の位相に対して遅れた電力が与えられた場合は、第２電力演算部１３ｂは、パルスが存在しない第２演算パルス信号を生成して中央演算部１４に送る。
【００３４】
中央演算部１４は、第１電力演算部１３ａからの第１演算パルス信号をサンプリングすることにより、該第１演算パルス信号の周波数を検出する。同様に、第２電力演算部１３ｂからの第２演算パルス信号をサンプリングすることにより、該第２演算パルス信号の周波数を検出する。そして、これら第１演算パルス信号及び第２演算パルス信号の周波数に基づいて、無効電力が遅れ状態にあるか進み状態にあるかを判定し、判定結果に応じて第１表示部１５ａに第１演算パルス信号又は第２表示部１５ｂに第２演算パルス信号を出力する。更に、中央演算部１４は、上記判定結果に応じて第１出力部１６ａに第１演算パルス信号又は第２出力部１６ｂに第２演算パルス信号を出力する。
【００３５】
第１表示器１５ａは、中央演算部１４からの第１演算パルス信号に基づいて、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合の使用電力を表示する。第２表示器１５ｂは、中央演算部１４からの第２演算パルス信号に基づいて、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合の使用電力を表示する。
【００３６】
第１信号出力部１６ａは、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合に、中央演算部１４からの第１演算パルス信号を外部に送出する。第２信号出力部１６ｂは、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合に、中央演算部１４からの第２演算パルス信号を外部に送出する。
【００３７】
次に、このように構成された本発明の第１の実施の形態に係る電力量計の動作を、図２に示したフローチャートを参照しながら説明する。このフローチャートに示した処理は、中央演算部１４により実行されるものである。
【００３８】
まず、中央演算部１４は、第１電力演算部１３ａから第１演算パルス信号を入力する（ステップＳ１０）。そして、入力された第１演算パルス信号をサンプリングして第１演算パルス信号の周波数ｆ１を検出する（ステップＳ１１）。次に、中央演算部１４は、第１演算パルス信号の周波数ｆ１が所定の閾値ａより小さいかどうかを判定する（ステップＳ１２）。所定の閾値ａとしては、ゼロに近い小さな値が使用される。
【００３９】
このステップＳ１２で、周波数ｆ１が所定の閾値ａ以上であると判定されると、電流の位相は電圧の位相より遅れているものと認識され、周波数ｆ１を有する第１演算パルス信号が、遅れ無効電力量として第１表示器１５ａ及び第１出力部１６ａに送られる。これにより、第１表示器１５ａは遅れ無効電力量を表示する。また、第１出力部１６ａは、周波数ｆ１を有する第１演算パルス信号を出力し、これは校正等に使用する。中央演算部は、第１演算パルス信号として送られてくる無効電力量と図示しない有効電力量演算部から送られる演算パルス信号に基づいて力率を算出し、課金等に使用する。その後、シーケンスはステップＳ１０に戻り、以下同様の処理が繰り返される。
【００４０】
一方、ステップＳ１２で、周波数ｆ１が所定の閾値ａより小さいと判定されると、中央演算部１４は、第２電力演算部１３ｂから第２演算パルス信号を入力する（ステップＳ１３）。そして、入力された第２演算パルス信号をサンプリングして該第２算パルス信号の周波数ｆ２を検出する（ステップＳ１４）。次に、中央演算部１４は、第２演算パルス信号の周波数ｆ２が所定の閾値ａより小さいかどうかを　　　　　判定する（ステップＳ１５）。
【００４１】
このステップＳ１５で、周波数ｆ２が所定の閾値ａより小さいと判定されると、電流の位相が電圧の位相に近接していることが認識され、無効電力量の表示及び出力は行わずに、シーケンスはステップＳ１０に戻る。
【００４２】
一方、ステップＳ１５で、周波数ｆ２が所定の閾値ａ以上であると判定されると、電流の位相は電圧の位相より進んでいるものと認識され、周波数ｆ２を有する第２演算パルス信号が、進み無効電力量として第２表示器１５ｂ及び第２出力部１６ｂに送られる。これにより、第２表示器１５ｂは進み無効電力量を表示する。また、第２出力部１６ｂは、周波数ｆ２を有する第２演算パルス信号を出力し、これは校正等に使用する。中央演算部は、第２演算パルス信号として送られてくる無効電力量と図示しない有効電力量演算部から送られる演算パルスに基づいて力率を算出し、課金等に使用する。その後、シーケンスはステップＳ１０に戻り、以下同様の処理が繰り返される。
【００４３】
このように第１の実施の形態に係る電力量計によれば、第１電力演算部１３ａ及び第２電力演算部１３ｂとして、従来の電力演算部と同じものを使用できる。そして、外部から供給された電圧と電流とをアナログ乗算した結果、所定値以上の周波数を有する第１演算パルス信号が得られた場合は、従来と同様に、電流の位相が電圧の位相に対して遅れていることを検出する。一方、外部から供給された電圧と位相を反転させた電流とをアナログ乗算した結果、所定値以上の周波数を有する第２演算パルス信号が得られた場合は、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいることを検出する。即ち、電圧と位相が反転された電流とをアナログ乗算することにより、従来と同様の電力演算部を用いて、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量の演算が可能になる。
【００４４】
また、中央演算部１４は、第１電力演算部１３ａからの第１演算パルス信号の周波数及び第２電力演算部１３ｂからの第２演算パルス信号の周波数が所定の閾値ａより小さいときは、該所定の閾値ａ以上になるまで第１演算パルス信号の周波数及び第２演算パルス信号の周波数を交互に調べて待機する。従って、電流の位相が電圧の位相に対して遅れ状態から進み状態、または進み状態から遅れ状態に移行する短時間の間は何れの状態であるかを検出しないので、確実な遅れ状態及び進み状態のみを検出できる。なお、この短時間の間の無効電力は小さいので、この無効電力の演算には殆ど影響しない。
【００４５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る電力量計は、電力演算部を、遅れ無効電力用と進み無効電力用とで共用したことを特徴とする。図４は本発明の第２の実施の形態に係る電子式の電力量計の構成を、無効電力演算部を中心に示すブロック図である。以下では、第１の実施の形態に係る電力量計と同一又は相当部分には、上述した第１の実施の形態に係る電力量計と同じ符号を付して説明する。
【００４６】
この電力量計は、電圧信号作成部１０、電流信号作成部１１、位相反転部１２、電力演算部１３、中央演算部１４、第１表示部１５ａ、第２表示部１５ｂ、第１信号出力部１６ａ及び第２信号出力部１６ｂから構成されている。
【００４７】
電圧信号作成部１０は、外部から供給される電力からアナログの電圧信号Ｖを取り出して電力演算部１３に供給する。電流信号作成部１１は、外部から供給される電力からアナログの電流信号Ｉを取り出して位相反転部１２に供給する。
【００４８】
位相反転部１２は、中央演算部１４からの判定信号に従って、電流信号作成部１１からの電流信号Ｉの位相をそのまま又は１８０゜ずらし（反転し）、電流信号Ｉ又はＩ’として電力演算部１３に供給する。従って、電流信号作成部１１からの電流信号Ｉの位相が電圧に対して進み方向に「θ」だけずれている場合は、図２に示すように、電流信号Ｉの位相を１８０°ずらした電流信号Ｉ’が電力演算部１３に送られる。
【００４９】
電力演算部１３の構成は、従来の技術の欄で説明した電力演算部と同じである。電力演算部１３は、外部から供給される、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている電力の無効電力量及び電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量を計算するために使用される。
【００５０】
即ち、電力演算部１３は、中央演算部１４からの判定信号が所定レベル（例えば低レベル）の場合に、電圧信号作成部１０からの電圧信号Ｖと位相反転部１２からの電流信号Ｉとをアナログ乗算する。具体的には、図２に示すように、電流の位相が電圧の位相に対してθだけ遅れている場合は、「無効電力量＝ＶＩｓｉｎθ」を計算する。そして、この計算結果に基づいて、使用電力に比例した周波数を有する演算パルス信号を生成し、中央演算部１４に送る。
【００５１】
また、電力演算部１３は、中央演算部１４からの判定信号が他のレベル（例えば高レベル）の場合に、電圧信号作成部１０からの電圧信号Ｖと位相反転部１２からの電流信号Ｉ’とをアナログ乗算する。具体的には、電流の位相が電圧の位相に対してθだけ進んでいる場合は、「無効電力量＝ＶＩ’ｓｉｎθ」を計算する。そして、この計算結果に基づいて、使用電力に比例した周波数を有する演算パルス信号を生成し、中央演算部１４に送る。
【００５２】
なお、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合は、位相反転部１２で電流の位相が反転された電流信号Ｉ’が電力演算部１３に与えられるので、電力演算部１３において、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力が電力演算部１３に与えられることはない。
【００５３】
中央演算部１４は、電力演算部１３からの演算パルス信号をサンプリングすることにより、該演算パルス信号の周波数を検出する。そして、この演算パルス信号の周波数に基づいて、無効電力が遅れ状態にあるか進み状態にあるかを判定し、判定結果を表す判定信号を生成して位相反転部１２に送る。また、判定結果に応じて第１表示部１５ａ又は第２表示部１５ｂに演算パルス信号を出力する。更に、中央演算部１４は、判定結果に応じて第１出力部１６ａ又は第２出力部１６ｂに演算パルス信号を出力する。
【００５４】
第１表示器１５ａは、中央演算部１４からの演算パルス信号に基づいて、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合の使用電力を表示する。第２表示器１５ｂは、中央演算部１４からの演算パルス信号に基づいて、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合の使用電力を表示する。
【００５５】
第１信号出力部１６ａは、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合に、中央演算部１４からの演算パルス信号を外部に送出する。第２信号出力部１６ｂは、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合に、中央演算部１４からの演算パルス信号を外部に送出する。
【００５６】
次に、このように構成された本発明の第２の実施の形態に係る電力量計の動作を、図５に示したフローチャートを参照しながら説明する。このフローチャートに示した処理は、中央演算部１４により実行されるものである。
【００５７】
初期状態では、電流の位相は電圧の位相に対して遅れている電力が供給されるものとする。また、電流の位相は電圧の位相に対して遅れているかどうかは位相フラグ（図示しない）により記憶されているものとする。この位相フラグは、電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合は「０」にクリアされ、進んでいる場合は「１」にセットされる。
【００５８】
まず、中央演算部１４は、電力演算部１３から演算パルス信号を入力する（ステップＳ１０）。そして、入力された演算パルス信号をサンプリングして該演算パルス信号の周波数ｆを検出する（ステップＳ２１）。次に、中央演算部１４は、演算パルス信号の周波数ｆが所定の閾値ａより小さいかどうかを判定する（ステップＳ２２）。この所定の閾値ａとしては、ゼロに近い小さな値が使用される。
【００５９】
ステップＳ２２で、周波数ｆが所定の閾値ａより小さいと判定されると、電流の位相が電圧の位相に近接していることが認識され、中央演算部１４は、位相を反転させる（ステップＳ２３）。具体的には、判定信号を反転させると共に、位相フラグを反転させる。その後、無効電力量の表示及び出力は行われずに、シーケンスはステップＳ２０に戻る。
【００６０】
ステップ２２で、周波数ｆが所定の閾値ａ以上であると判定されると、電流の位相が電圧の位相に近接していないことが認識され、次に、位相は遅れ状態にあるか進み状態にあるかが判定される（ステップＳ２４）。これは、位相フラグを調べることにより行われる。
【００６１】
ステップＳ２４で、電流の位相が電圧の位相より遅れていると判定されると、周波数ｆを有する演算パルス信号が、遅れ無効電力量として第１表示器１５ａ及び第１出力部１６ａに送られる。これにより、第１表示器１５ａは遅れ無効電力量を表示する。また、第１出力部１６ａは、周波数ｆを有する演算パルス信号を出力し、これは校正等に使用する。中央演算部は、第１演算パルス信号として送られてくる無効電力量と図示しない有効電力量演算部から送られる演算パルスに基づいて力率を算出し、課金等に使用する。その後、シーケンスはステップＳ２０に戻り、以下同様の処理が繰り返される。
【００６２】
一方、ステップＳ２４で、電流の位相は電圧の位相より進んでいると判定されると、周波数ｆを有する演算パルス信号が、進み無効電力量として第２表示器１５ｂ及び第２出力部１６ｂに送られる。これにより、第２表示器１５ｂは進み無効電力量を表示する。また、第２出力部１６ｂは、周波数ｆを有する演算パルス信号を出力し、これは校正等に使用する。中央演算部は、第２演算パルス信号として送られてくる無効電力量と図示しない有効電力量演算部から送られる演算パルスに基づいて力率を算出し、課金等に使用する。その後、シーケンスはステップＳ２０に戻り、以下同様の処理が繰り返される。
【００６３】
このように第２の実施の形態に係る電力量計によれば、電力演算部１３として、従来の電力演算部と同じものを使用できる。そして、外部から供給された電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合は電流の位相をそのまま、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる場合は電流の位相を位相反転部１２で反転して電圧とアナログ乗算する。これにより、上述した第１の実施の形態に係る電力量計と同様に、従来と同様の電力演算部を用いて、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量の演算が可能になる。しかも、上述した第１の実施の形態に係る電力量計と異なり、１つの電力演算部だけで無効電力量の遅れ及び進みを計量しそれぞれの信号を出力し、計量値を表示させることが可能となるので、電力量計の回路をコンパクトに構成できる。
【００６４】
また、中央演算部１４は、電流の位相が電圧の位相に対して遅れ状態から進み状態、または進み状態から遅れ状態に移行する短時間の間は何れの状態であるかを検出せず、無効電力の検出状態を一定周期で切り替えるだけであるので、確実な遅れ状態及び進み状態のみを検出できる。なお、この短時間の間の無効電力は小さいので、無効電力量の演算には殆ど影響しない。
【００６５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る電力量計は、電力演算部を遅れ無効電力用と進み無効電力用とで共用し、図４に示す位相反転部１２に代えて、電力演算部内に極性反転部を設けたことを特徴とする。図６は本発明の第３の実施の形態に係る電子式の電力量計の構成を、無効電力演算部を中心に示すブロック図である。以下では、第２の実施の形態に係る電力量計と同一又は相当部分には、上述した第２の実施の形態に係る電力量計と同じ符号を付して説明する。
【００６６】
この電力量計は、電圧信号作成部１０、電流信号作成部１１、電力演算部１３Ａ、中央演算部１４、第１表示部１５ａ、第２表示部１５ｂ、第１信号出力部１６ａ及び第２信号出力部１６ｂから構成されている。
【００６７】
電力演算部１３Ａは、電圧信号作成部１０からの電圧信号Ｖと電流信号作成部１１からの電流信号Ｉとをアナログ乗算して電力を求め、この電力を積分・平滑化して電圧に変換して電圧信号として出力する電力−電圧変換部１３１と、電圧を前記電力に応じた周波数に変換して演算パルス信号として中央演算部１４に出力する電圧−周波数変換回路部１３２と、電力−電圧変換部１３１からの電圧信号の極性を反転させる極性反転部１３４と、中央演算部１４からの判定信号が所定レベル（例えば低レベル）の場合に、端子ｂを介して電圧−周波数変換回路部１３２を選択し、中央演算部１４からの判定信号が他のレベル（例えば高レベル）の場合に、端子ｃを介して極性反転部１３４を選択する切換スイッチ１３３とを有している。極性反転部１３４と切換スイッチ１３３とで極性反転制御部を構成する。
【００６８】
中央演算部１４からの判定信号が所定レベル（例えば低レベル）の場合、具体的には、図２に示すように、電流の位相が電圧の位相に対してθだけ遅れている場合（電圧信号が遅れ状態の場合）には、電圧信号の極性（正極性）を反転させずに、電圧−周波数変換回路部１３２が、電力−電圧変換部１３１からの電圧を前記電力に応じた周波数に変換して演算パルス信号として中央演算部１４に出力する。
【００６９】
また、中央演算部１４からの判定信号が他のレベル（例えば高レベル）の場合、具体的には、電流の位相が電圧の位相に対してθだけ進んでいる場合（電圧信号が進み状態の場合）には、極性反転部１３４が、電圧信号の極性（負極性）を反転させて正極性に変更して電圧−周波数変換回路部１３２を動作可能状態にする。電圧−周波数変換回路部１３２は、極性反転部１３４で反転された電圧を前記電力に応じた周波数に変換して演算パルス信号として中央演算部１４に出力する。
【００７０】
なお、中央演算部１４、第１表示部１５ａ、第２表示部１５ｂ、第１信号出力部１６ａ、第２信号出力部１６ｂは、図４に示したものと同じであるので、ここではその詳細は省略する。
【００７１】
このように第３の実施の形態に係る電力量計によれば、中央演算部１４からの判定信号に応じて、電力−電圧変換部１３１からの電圧信号の極性を制御することにより、電圧信号が進み状態の場合には、極性反転部１３４が、電圧信号の極性を負から正極性に変更させるので、電圧−周波数変換回路部１３２が動作可能状態になる。このため、電流の位相が電圧の位相に対して進んでいる電力の無効電力量の演算が可能になる。しかも、上述した第１の実施の形態に係る電力量計と異なり、１つの電力演算部１３Ａだけで無効電力量の遅れ及び進みを計量しそれぞれの信号を出力し、計量値を表示させることが可能となるので、電力量計の回路をコンパクトに構成できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、電圧に対する電流の位相に拘わらず、アナログ乗算を用いて、使用された電力を計量できる電力量計及びこれに用いられる無効電力量の演算方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力量計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力量計の遅れ状態及び進み状態を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電力量計の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電力量計の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電力量計の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る電力量計の構成を示すブロック図である。
【図７】従来の電力量計を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　電圧信号作成部
１１　電流信号作成部
１２　位相反転部
１３，１３Ａ　電力演算部
１３ａ　第１電力演算部
１３ｂ　第２電力演算部
１４　中央演算部
１５ａ　第１表示部
１５ｂ　第２表示部
１６ａ　第１信号出力部
１６ｂ　第２信号出力部
１３１　電力−電圧変換部
１３２　電圧−周波数変換回路部
１３３　切換スイッチ
１３４　極性反転部
【図１】
2004125589.tif 000003
【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】
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