(57)【要約】      （修正有）【課題】虚負荷電源装置の出力電圧・電流波形の歪み率を１％以下とする交流電圧・電流波形の歪み補正方法を提供する。【解決手段】電源出力波形７から電源検出波形８を出力する電源出力波形検出ステップと、電源検出波形８から周波数を示すクロック信号３と、基準電圧信号４と、リセット信号５を生成する信号生成ステップと、正弦波形発生回路６にクロック信号３、基準電圧信号４、リセット信号５を入力し、電源検出波形８と位相差が１８０度となる位相反転正弦波形９を生成する位相反転正弦波形生成ステップと、歪み成分波形生成ステップと、歪み成分波形増幅ステップと、増幅歪み成分反転波形生成ステップと、電源出力補正波形生成ステップとからなる歪み補正方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスとスライドトランスとを備え三相市街電源を合成して虚負荷を生成する虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形に含まれる歪み成分を補正し、交流電圧・電流波形の歪み率を改善する交流電圧・電流波形の歪み補正方法であって、
虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形である電源出力波形を検出し電源検出波形として出力する電源出力波形検出ステップと、
電源検出波形から、電源検出波形の周波数を示すクロック信号と、電源検出波形の振幅を示す基準電圧信号と、電源検出波形の位相を示すリセット信号とを生成する信号生成ステップと、
クロック信号、基準電圧信号、および、リセット信号を正弦波形発生回路に入力することにより、電源検出波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形である位相反転正弦波形を生成する位相反転正弦波形生成ステップと、
電源検出波形と位相反転正弦波形とを加算回路に入力して加算することにより歪み成分波形を生成する歪み成分波形生成ステップと、
歪み成分波形を増幅し、増幅歪み成分波形を生成する歪み成分波形増幅ステップと、
増幅歪み成分波形の位相を反転し、増幅歪み成分反転波形を生成する増幅歪み成分反転波形生成ステップと、
電源出力波形と増幅歪み成分反転波形とを合成することで歪み成分が補正された電源出力補正波形を生成する電源出力補正波形生成ステップとからなることを特徴とする交流電圧・電流波形の歪み補正方法。
【請求項２】
信号生成ステップにおいて、電源検出波形を入力電圧波形としてオペアンプに入力することにより、矩形波形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応するように矩形波形を生成し、矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成し、分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力することにより矩形波パルス信号であるリセット信号を生成することを特徴とする請求項１記載の交流電圧・電流波形の歪み補正方法。
【請求項３】
入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形を出力電圧波形として出力する正弦電圧波形生成方法において、
入力電圧波形をオペアンプに入力することにより矩形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応する矩形波形を生成する矩形波形生成ステップと、
矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成する矩形波形分圧ステップと、
分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力して矩形波パルス信号を生成する矩形波パルス信号生成ステップと、
矩形波パルス信号を正弦波形発生回路に入力し、入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形を出力電圧波形として生成する出力電圧波形生成ステップとからなることを特徴とする正弦電圧波形生成方法。
【請求項４】
トランスとスライドトランスとを備え、三相市街電源を合成して虚負荷を生成する虚負荷電源装置であって、
虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形である電源出力波形を検出し電源検出波形として出力する電源出力波形検出手段と、
電源検出波形から、電源検出波形の周波数を示すクロック信号と、電源検出波形の振幅を示す基準電圧信号と、電源検出波形の位相を示すリセット信号とを生成する信号生成手段と、
クロック信号、基準電圧信号、および、リセット信号を正弦波形発生回路に入力することにより、電源検出波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形である位相反転正弦波形を生成する位相反転正弦波形生成手段と、
電源検出波形と位相反転正弦波形とを加算回路に入力して加算することにより歪み成分波形を生成する歪み成分波形生成手段と、
歪み成分波形を増幅し、増幅歪み成分波形を生成する歪み成分波形増幅手段と、
増幅歪み成分波形の位相を反転し、増幅歪み成分反転波形を生成する増幅歪み成分反転波形生成手段と、
電源出力波形と増幅歪み成分反転波形とを合成することで歪み成分が補正された電源出力補正波形を生成する電源出力補正波形生成手段とにより、
三相市街電源の交流波形に含まれる歪み成分を補正し、交流電圧・電流波形の歪み率を改善することを特徴とする虚負荷電源装置。
【請求項５】
信号生成手段において、電源検出波形をオペアンプに入力電圧波形として入力することにより、矩形波形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応するように矩形波形を生成し、矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成し、分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力することにより矩形波パルス信号であるリセット信号を生成することを特徴とする請求項３記載の虚負荷電源装置。
【請求項６】
入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形からなる出力電圧波形として出力する正弦電圧波形生成装置において、
入力電圧波形をオペアンプに入力することにより矩形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応する矩形波形を生成する矩形波形生成手段と、
矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成する矩形波形分圧手段と、
分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力して矩形波パルス信号を生成する矩形波パルス信号生成手段と、
矩形波パルス信号を正弦波形発生回路に入力し、入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形を出力電圧波形として生成する出力電圧波形生成手段とを備えることを特徴とする正弦電圧波形生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、虚負荷電源装置が出力する電圧・電流の歪み率を１％以下とする交流電圧・電流波形の歪み補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精密な電力量計を試験する際において、虚負荷電圧・電流は歪み率１．０％以下であることが求められる。従来の電力量計虚負荷電源装置においては、歪み率が１％以下となる電圧・電流波形を出力するために、主としてリニアアンプ方式が採用されている。リニアアンプ方式による電力量計虚負荷電源装置の構成を、図５に示す。以下、図５に示す電源装置について説明する。正弦波形発生回路（５０）に対して、クロック信号（５１）、基準電圧信号（５２）、および、リセット信号（５３）を入力することにより、歪み率が極めて小さい正弦波形（５４）を出力する。ここで、クロック信号（５１）とは、発生される正弦波形（５４）の周波数を制御するための信号であり、基準電圧信号（５２）とは、発生される正弦波形（５４）の振幅を制御するための信号であり、また、リセット信号（５３）とは、発生される正弦波形（５４）の位相を制御するための信号である。そして、出力された正弦波形（５４）をリニアアンプ回路（５５）により増幅して得られる増幅正弦波形（５６）を、トランス（５７）により虚負荷として必要な電圧（電流）を有するように変換する。ここまでの過程で、虚負荷の電圧（電流）波形である虚負荷増幅正弦波形（５８）においては、歪み率が増大してしまうため、波形に補正を掛け、歪み率を改善する必要がある。そこで、虚負荷増幅正弦波形（５８）を検出し、反転回路（５９）により、検出された波形の位相を、反転することにより位相反転波形（６０）を生成する。そして位相反転波形（６０）と正弦波形（６１）とを加算回路（６２）に入力することで、歪み成分波形（６３）を生成する。この歪み成分波形（６３）を、加算回路（６４）によりリニアアンプ回路に入力する正弦波形（５４）に加算することで、歪み補正が行われる。（上記した歪み補正方法に関する先行特許文献はない。）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
リニアアンプ方式による電力量計虚負荷電源装置においては、数多くのトランジスタを利用するため、出力容量を大きく設定した場合には、抵抗の作用により大きな発熱が発生する。このため、電力の出力効率が悪く、また、ヒートシンクやファンなど冷却装置を設置する必要があることから装置のサイズが大きくなってしまうという問題があった。現在、最大定格２５０Ａのリニアアンプ方式による電力量計虚負荷電源装置が実用化されているが、実用性を鑑みた場合、大きさの限界に達している。近年の電力量計の大容量化の進展により２５０Ａ用の電力量計が実用されているため、実用的なサイズで２５０Ａの電流を出力し、かつ、電圧・電流波形の歪み率が１％以下とすることが可能な虚負荷電源装置の開発が求められているが、前述の通り、従来のリニアアンプ方式においてはこれ以上サイズを小さくすることが困難である。
【０００４】
そこで、本発明は、最大定格電流が２５０Ａ以上であり、かつ、実用的なサイズを有する虚負荷電源装置の出力電圧・電流波形の歪み率を１％以下とする交流電圧・電流波形の歪み補正方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明の電圧・電流波形歪み補正方法は、トランスとスライドトランスとを備え三相市街電源を合成して虚負荷を生成する虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形に含まれる歪み成分を補正し、交流電圧・電流波形の歪み率を改善する交流電圧・電流波形の歪み補正方法であって、虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形である電源出力波形を検出し電源検出波形として出力する電源出力波形検出ステップと、電源検出波形から、電源検出波形の周波数を示すクロック信号と、電源検出波形の振幅を示す基準電圧信号と、電源検出波形の位相を示すリセット信号とを生成する信号生成ステップと、クロック信号、基準電圧信号、および、リセット信号を正弦波形発生回路に入力することにより、電源検出波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形である位相反転正弦波形を生成する位相反転正弦波形生成ステップと、電源検出波形と位相反転正弦波形とを加算回路に入力して加算することにより歪み成分波形を生成する歪み成分波形生成ステップと、歪み成分波形を増幅し、増幅歪み成分波形を生成する歪み成分波形増幅ステップと、増幅歪み成分波形の位相を反転し、増幅歪み成分反転波形を生成する増幅歪み成分反転波形生成ステップと、電源出力波形と増幅歪み成分反転波形とを合成することで歪み成分が補正された電源出力補正波形を生成する電源出力補正波形生成ステップとからなるようにしたものである。
【０００６】
この本発明によれば、最大定格電流が２５０Ａ以上であり、かつ、実用的なサイズを有する虚負荷電源装置の出力電圧・電流波形の歪み率を１％以下とする交流電圧・電流波形の歪み補正方法が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、トランスとスライドトランスとを備え三相市街電源を合成して虚負荷を生成する虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形に含まれる歪み成分を補正し、交流電圧・電流波形の歪み率を改善する交流電圧・電流波形の歪み補正方法であって、虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形である電源出力波形を検出し電源検出波形として出力する電源出力波形検出ステップと、電源検出波形から、電源検出波形の周波数を示すクロック信号と、電源検出波形の振幅を示す基準電圧信号と、電源検出波形の位相を示すリセット信号とを生成する信号生成ステップと、クロック信号、基準電圧信号、および、リセット信号を正弦波形発生回路に入力することにより、電源検出波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形である位相反転正弦波形を生成する位相反転正弦波形生成ステップと、電源検出波形と位相反転正弦波形とを加算回路に入力して加算することにより歪み成分波形を生成する歪み成分波形生成ステップと、歪み成分波形を増幅し、増幅歪み成分波形を生成する歪み成分波形増幅ステップと、増幅歪み成分波形の位相を反転し、増幅歪み成分反転波形を生成する増幅歪み成分反転波形生成ステップと、電源出力波形と増幅歪み成分反転波形とを合成することで歪み成分が補正された電源出力補正波形を生成する電源出力補正波形生成ステップとからなることを特徴とするもので、実用的なサイズを有する虚負荷電源装置が出力する電圧・電流の歪み率を１％以下とすることが可能となる作用を有する。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、信号生成ステップにおいて、電源検出波形をオペアンプに入力することにより、矩形波形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応するように矩形波形を生成し、矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成し、分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力することにより矩形波パルス信号であるリセット信号を生成することを特徴とするもので、入力信号である電源検出波形に対して１８０度の位相差を有する矩形パルス信号をリセット信号として簡便に生成することが可能となる作用を有する。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形からなる出力電圧波形として出力する正弦電圧波形生成方法において、入力電圧波形をオペアンプに入力することにより矩形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応する矩形波形を生成する矩形波形生成ステップと、矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成する矩形波形分圧ステップと、分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力して矩形波パルス信号を生成する矩形波パルス信号生成ステップと、矩形波パルス信号を正弦波形発生回路に入力し、入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形を出力電圧波形として生成する出力電圧波形生成ステップとからなることを特徴とするもので、入力信号である正弦波形に対して１８０度の位相差を有する正弦波形を簡便に生成することが可能となる作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、トランスとスライドトランスとを備え、三相市街電源を合成して虚負荷を生成する虚負荷電源装置であって、虚負荷電源装置が出力する交流電圧・電流波形である電源出力波形を検出し電源検出波形として出力する電源出力波形検出手段と、電源検出波形から、電源検出波形の周波数を示すクロック信号と、電源検出波形の振幅を示す基準電圧信号と、電源検出波形の位相を示すリセット信号とを生成する信号生成手段と、クロック信号、基準電圧信号、および、リセット信号を正弦波形発生回路に入力することにより、電源検出波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形である位相反転正弦波形を生成する位相反転正弦波形生成手段と、電源検出波形と位相反転正弦波形とを加算回路に入力して加算することにより歪み成分波形を生成する歪み成分波形生成手段と、歪み成分波形を増幅し、増幅歪み成分波形を生成する歪み成分波形増幅手段と、増幅歪み成分波形の位相を反転し、増幅歪み成分反転波形を生成する増幅歪み成分反転波形生成手段と、電源出力波形と増幅歪み成分反転波形とを合成することで歪み成分が補正された電源出力補正波形を生成する電源出力補正波形生成手段とにより、三相市街電源の交流波形に含まれる歪み成分を補正し、交流電圧・電流波形の歪み率を改善することを特徴とするもので、実用的なサイズを有する虚負荷電源装置が出力する電圧・電流の歪み率を１％以下とすることが可能となる作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、信号生成手段において、電源検出波形をオペアンプに入力することにより、矩形波形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応するように矩形波形を生成し、矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成し、分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力することにより矩形波パルス信号であるリセット信号を生成することを特徴とするもので、入力信号である電源検出波形に対して１８０度の位相差を有する矩形パルス信号をリセット信号として簡便に生成することが可能となる作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の発明は、入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形からなる出力電圧波形として出力する正弦電圧波形生成装置において、入力電圧波形をオペアンプに入力することにより矩形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応する矩形波形を生成する矩形波形生成手段と、矩形波形を分圧して分圧矩形波形を生成する矩形波形分圧手段と、分圧矩形波形をワンショットマルチバイブレータに入力して矩形波パルス信号を生成する矩形波パルス信号生成手段と、矩形波パルス信号を正弦波形発生回路に入力し、入力電圧波形に対する位相差が１８０度となる正弦波形を出力電圧波形として生成する出力電圧波形生成手段とを備えることを特徴とするもので、入力信号である正弦波形に対して１８０度の位相差を有する正弦波形を簡便に生成することが可能となる作用を有する。
【００１３】
【実施例】
図１に、本発明の交流電圧・電流波形の歪み補正方法の構成を示す。
【００１４】
本発明の交流電圧・電流波形の歪み補正方法が適用可能な虚負荷電源装置は、主として、スライドトランス（１）とトランス（２）とから構成される。この虚負荷電源装置においては、三相市街電源を合成して、虚負荷電圧・電流を生成することから、市街電源と同程度の歪み率を有する電圧・電流波形が出力される。
【００１５】
本発明の交流電圧・電流波形の歪み補正方法においては、まず、虚負荷電源装置の出力波形である電源出力波形（７）を検出した電源検出波形（８）を元に、電源検出波形の周波数を示すクロック信号（３）と、電源検出波形の振幅を示す基準電圧信号（４）と、電源検出波形の位相を示すリセット信号（５）とが生成される。そして、クロック信号（３）、基準電圧信号（４）、および、リセット信号（５）を正弦波形発生回路に入力することにより、正弦波形発生回路（６）から電源検出波形（８）に対する位相差が１８０度となる正弦波形である位相反転正弦波形（９）が生成される。
【００１６】
以下に、位相反転正弦波形（９）の生成過程について、具体的に説明する。図２に、位相反転正弦波形の生成過程の流れ図を示す。
【００１７】
クロック信号（１７）は、電源検出波形（２１）をクロック信号生成回路（２２）に入力することにより生成される。具体的には、クロック信号生成回路（２２）においては、ＰＬＬ（フェイズロックドループ）を用い市街電源と同期が取られ、６０Ｈｚの３６００倍である２１６ｋＨｚの矩形波が生成される。
【００１８】
また、リセット信号（１８）は、正弦波形発生回路（２３）のカウンタ（２４）をリセットするための信号であり、電源検出波形（２１）をリセット信号生成回路（２５）に入力することにより生成される。カウンタ（２４）に保持される値は、クロック信号（１７）が正弦波形発生回路（２３）にクロック信号の１周期分が入力されるごとに１ずつ増加していき、ここでは、リセット信号（１８）の矩形パルス波の間隔に対応する３６００まで増加することでゼロとなるようにリセットされる。
【００１９】
本発明の電圧・電流波形の歪み補正方法においては、位相反転正弦波形（２６）は、電源検出波形（２１）に対して１８０度の位相差を有するように生成される必要があることから、リセット信号の発生は、以下に説明するとおりに行われる。
【００２０】
図３は、リセット信号の発生の手順を示した流れ図である。電源検出波形が、入力電圧波形（３１）としてオペアンプ（３２）に入力されることにより矩形の立ち上がり点が入力電圧波形の立ち下がりゼロクロス点に対応するように矩形波形（３３）が生成される。そして、矩形波形（３３）は分圧手段（３４）により分圧されることにより分圧矩形波形（３５）としてワンショットマルチバイブレータ（３６）に入力され、矩形波パルス信号であるリセット信号（３７）が生成される。リセット信号（３７）における矩形波パルスの位置は、電源検出波形の半波長分、すなわち、位相にして１８０度ずれた位置であるから、位相反転正弦波形（２６）の発生タイミングも位相にして１８０度分だけ遅れることになる。
【００２１】
また、基準電圧信号（１９）は、電源検出波形（２１）を基準電圧信号生成回路（２７）に入力することにより生成される。基準電圧信号（１９）は直流電圧信号であり、この直流電圧信号の大きさが、位相反転正弦波形（２６）の振幅に対応する。すなわち、基準電圧信号（１９）は正弦波形発生回路（２３）のＤ／Ａコンバータ（２８）に入力され、位相反転正弦波形（２６）の振幅が電源検出波形（２１）の振幅に対応するように、位相反転正弦波形（２６）が生成される。
【００２２】
正弦波形発生回路を構成するメモリ（２９）の各アドレスには、正弦波形データが格納されており、カウンタ（２４）の値と対応する正弦波形データの値がＤ／Ａコンバータ（２８）に入力され、アナログ値に変換される。
【００２３】
図４は、以上で示した位相反転正弦波形の生成に用いられる各信号の位相を示したものである。図４より、リセット信号は、電源検出波形の立ち下がりゼロクロス時に、パルスが出力されており、これをトリガーとして、基準電圧信号の持つ電圧値によって振幅が決定された位相反転正弦波形が出力されていることがわかる。
【００２４】
次いで、この出願の発明である電圧・電流波形の歪み補正方法においては、電源検出波形（８）と位相反転正弦波形（９）とが加算回路（１４）に入力して加算されることにより歪み成分波形（１０）が生成する。そして、歪み成分波形（１０）がリニアアンプ回路（１５）により増幅され、増幅歪み成分波形（１１）が生成される。さらに、増幅歪み成分波形（１１）の位相がトランス（１６）により反転され、増幅歪み成分反転波形（１２）が生成される。
そして、電源出力波形（７）と増幅歪み成分反転波形（１２）とを合成することで歪み成分が補正された電源出力補正波形（１３）が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、本発明によれば、最大定格電流が２５０Ａ以上であり、かつ、実用的なサイズを有する虚負荷電源装置の出力電圧・電流波形の歪み率を１％以下とすることを可能とする。すなわち、本発明によれば、従来技術であるリニアアンプ方式の虚負荷電源装置において問題となっていた発熱が発生しないことから、装置の小型化が可能となり、さらには、電源の供給効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電圧・電流波形の歪み補正方法を構成するステップについて示した概要図である。
【図２】本発明の電圧・電流波形の歪み補正方法を構成するステップについて示した概要図である。
【図３】本発明の電圧・電流波形の歪み補正方法を構成するステップについて示した概要図である。
【図４】本発明の電圧・電流波形の歪み補正方法において取り扱われる信号の波形について示したグラフである。
【図５】従来のリニアアンプ方式の虚負荷電源装置の構成ついて示した概要図である。
【符号の説明】
１  スライドトランス
２  トランス
３  クロック信号
４  基準電圧信号
５  リセット信号
６  正弦波形発生回路
７  電源出力波形
８  電源検出波形
９  位相反転正弦波形
１１  増幅歪み成分波形
１２  増幅歪み成分反転波形
１３  電源出力補正波形
１４  加算回路
１５  リニアアンプ回路
１６  トランス
１７  クロック信号
１８  リセット信号
１９  基準電圧信号
２１  電源検出波形
２２  クロック信号生成回路
２３  正弦波形発生回路
２４  カウンタ
２５  リセット信号生成回路
２６  位相反転正弦波形
２７  基準電圧信号生成回路
２８  Ｄ／Ａコンバータ
２９  メモリ
３１  入力電圧波形
３２  オペアンプ
３３  矩形波形
３４  分圧手段
３５  分圧矩形波形
３６  ワンショットマルチバイブレータ
３７  リセット信号
５０  正弦波形発生回路
５１  クロック信号
５２  基準電圧信号
５３  リセット信号
５４  正弦波形
５５  リニアアンプ回路
５６  増幅正弦波形
５７  トランス
５８  虚負荷増幅正弦波形
５９  反転回路
６０  位相反転波形
６１  正弦波形
６２  加算回路
６３  歪み成分波形
６４  加算回路
【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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