(57)【要約】【課題】  高い計測精度、安定した温度特性を安価に実現できる電力量計測ユニットを提供する。【解決手段】  内部レジスタ３１に格納するオフセット及びオフセット温度係数、ゲイン及びゲイン温度係数の各データ（計測精度、温度特性データ）を、インターフェース部３２を介して予め最適に設定しておき、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉから各々出力される電圧計測信号及び電流計測信号の計測精度、温度特性の最適化を図る。そして、ＣＰＵ８は、計測精度、温度特性を最適に設定された電圧計測信号及び電流計測信号に基づいて負荷Ｚの電力及び電力量を算出する。【選択図】図１
2005214674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷電圧を検出する電圧検出部と、負荷電流を検出する電流検出部と、検出した負荷電圧に応じた電圧計測信号を出力する電圧計測部と、検出した負荷電流に応じた電流計測信号を出力する電流計測部と、前記電圧計測信号及び電流計測信号に基づいて電力及び電力量を算出する電力量算出部とを備え、
前記電圧計測部及び電流計測部は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、前記発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、前記電圧検出部または電流検出部が接続される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記電圧検出部または電流検出部の出力の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性を設定する特性設定手段とから各々構成されることを特徴とする電力量計測ユニット。
【請求項２】
前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性のデータを複数格納した不揮発性メモリを備え、前記特性設定手段は、前記不揮発性メモリに格納された前記複数のデータのうちいずれかのデータに基づいて前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性を設定することを特徴とする請求項１記載の電力量計測ユニット。
【請求項３】
外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部を備え、前記特性設定手段は、前記外部インターフェース部を介して外部から受け取ったデータに基づいて前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性を設定することを特徴とする請求項１記載の電力量計測ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧、電流を計測することで電力、電力量を計測する電力量計測ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、負荷の電圧、電流を計測することで負荷の電力及び電力量を計測する電力量計測ユニットがある。図７は従来の電力量計測ユニットの構成を示し、電力量計測ユニット１０１は、交流電源ＡＣ１の両端間に接続された負荷Ｚの電力及び電力量を計測するために、負荷Ｚの両端電圧（負荷電圧）を検出する電圧トランスＶｔと、負荷Ｚを流れる電流（負荷電流）を検出する電流トランスＣｔと、計測ユニット１０２とを備える。計測ユニット１０２は、電圧トランスＶｔの出力を増幅する増幅器１０３と、電流トランスＣｔの出力を増幅する増幅器１０４と、増幅器１０３，１０４の各出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０５と、Ａ／Ｄ変換された電圧トランスＶｔ及び電流トランスＣｔの各出力から電力及び電力量を算出するＣＰＵ１０６と、電圧トランスＶｔの出力端間に接続された抵抗Ｒ１０と、電流トランスＣｔの出力端間に接続された抵抗Ｒ１１とから構成される。
【０００３】
ここで電圧トランスＶｔは図８にその構成を示され、一般的な絶縁トランスと同様に絶縁構造を有し、一次巻線Ｖｔ１に接続した交流電源ＡＣ２の電圧に対する二次巻線Ｖｔ２の出力電圧の波形歪みが少ないトランスである。また電流トランスＣｔは図９にその構成を示され、１つの閉磁路Ｃｔ１に二次巻線Ｃｔ２を巻回し、被測定電路Ｙを閉磁路Ｃｔ１に貫通させ、被測定電路Ｙに流れる電流による磁束変化を電圧として二次巻線Ｃｔ２に出力するトランスである。そして、電力量計測ユニットが出力する計測結果の計測精度、温度特性は、電圧トランスＶｔ及び電流トランスＣｔの計測精度、温度特性に依存している。
【０００４】
また、負荷電圧、負荷電流を検出し、この検出結果を電圧信号として出力する電気量検出センサを備えた電力量計測ユニットもあり、これらの電気量検出センサには、電圧信号の検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の仕様が各々規定されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−１９６０２０号公報（段落番号［００１１］〜［００１５］、図１，図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の電力量計測ユニットにおいては、一般的に電圧トランスＶｔ及び電流トランスＣｔの計測精度、温度特性はよいとは言えず、高い計測精度、安定した温度特性を実現するためには高価な電圧トランスＶｔ及び電流トランスＣｔを使用する必要があり、電力量計測ユニットは必然的に高価格にならざるを得なかった。あるいは安価な電力量計測ユニットを使用する場合は計測精度、温度特性を犠牲にするしかなかった。例えば上記電力量計測ユニットの電流計測精度は、電流計測精度＝電流トランスＣｔの計測誤差＋電力量計測ユニット本体の計測誤差で表され、約３％ＦＳ程度である。
【０００６】
また、電力量計測ユニット内で、電圧トランスＶｔ及び電流トランスＣｔが接続される電気量検出センサの計測精度、温度特性は予め所定値に設定されているため、電力量計測ユニットを設備内へ設置した後に、計測仕様を変更したい場合、変更後の計測仕様（電圧，電流計測仕様）を満足した新規の電力量計測ユニットを購入する必要があった。例えば電圧計測仕様の場合、ＡＣ１１０Ｖ計測をＡＣ２２０Ｖ計測に変更するためには、ＡＣ２２０Ｖ計測仕様の電力量計測ユニットを購入する必要がある。
【０００７】
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、高い計測精度、安定した温度特性を安価に実現できる電力量計測ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、負荷電圧を検出する電圧検出部と、負荷電流を検出する電流検出部と、検出した負荷電圧に応じた電圧計測信号を出力する電圧計測部と、検出した負荷電流に応じた電流計測信号を出力する電流計測部と、前記電圧計測信号及び電流計測信号に基づいて電力及び電力量を算出する電力量算出部とを備え、前記電圧計測部及び電流計測部は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、前記発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、前記電圧検出部または電流検出部が接続される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記電圧検出部または電流検出部の出力の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性を設定する特性設定手段とから各々構成されることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、特性設定手段によって、計測した電力及び電力量の精度及び温度特性を最適に設定することができ、高い計測精度、安定した温度特性を安価に実現することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性のデータを複数格納した不揮発性メモリを備え、前記特性設定手段は、前記不揮発性メモリに格納された前記複数のデータのうちいずれかのデータに基づいて前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性を設定することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、複数のデータから最適なデータを選択して、計測した電力及び電力量の精度及び温度特性を最適な特性に変更することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１において、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部を備え、前記特性設定手段は、前記外部インターフェース部を介して外部から受け取ったデータに基づいて前記同期検波回路の出力信号の精度及び温度特性を設定することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、計測した電力及び電力量の精度及び温度特性を外部からのデータに基づいて最適な特性に変更することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明では、計測した電力及び電力量の精度及び温度特性を最適に設定することができるので、高い計測精度、安定した温度特性を安価に実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１（ａ）は本実施形態の電力量計測ユニット１の構成を示し、電力量計測ユニット１は、交流電源ＡＣ１の両端間に接続された負荷Ｚの電力及び電力量を計測するために、負荷Ｚの両端電圧（負荷電圧）を検出する電圧検出部３と、負荷Ｚを流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出部４と、電圧検出部３及び電流検出部４の各出力から負荷Ｚの電力及び電力量を算出する計測ユニット２とを備える。電圧検出部３は、負荷Ｚの両端間に接続されて負荷電圧を分圧する抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列回路から構成され、電流検出部４は、負荷Ｚに直列接続されたシャント抵抗Ｒ１で構成される。なお電流検出部４は、計測ユニット２に対して専用の形状を有するセンサヘッドを介して接続される。
【００１７】
計測ユニット２は、抵抗Ｒ３の両端に発生する微小電圧を入力として負荷電圧に応じた電圧計測信号を出力する電圧計測部Ｋｖと、シャント抵抗Ｒ１の両端に発生する微小電圧を入力として負荷電流に応じた電流計測信号を出力する電流計測部Ｋｉと、電圧計測信号及び電流計測信号を各々増幅する増幅器５，６と、増幅器５，６が出力する各計測信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／Ｄ変換器７を内蔵し、Ａ／Ｄ変換された電圧計測信号及び電流計測信号から電力及び電力量を算出するＣＰＵ８とから構成される。
【００１８】
電圧計測部Ｋｖ、及び電流計測部Ｋｉは、図１（ｂ）に構成を示す電気量検出センサＫで各々構成されており、電気量検出センサＫは、所定周波数のクロック信号Ａ１を発生するクロック発生回路２０と、クロック信号Ａ１に同期して発振信号Ａ２を発生する発振回路２１と、発振信号Ａ２をベースに入力されるトランジスタ２２と、アノードに抵抗２３を介して一定電圧が印加されるとともに、カソードがトランジスタ２２のコレクタに接続された発光ダイオード（発光素子）２４ａ、及び発光ダイオード２４ａと光学的に結合されるとともに電気的に絶縁されたフォトトランジスタ（スイッチ素子）２４ｂからなるフォトモスリレーのような光伝送素子２４と、電圧計測部Ｋｖまたは電流計測部Ｋｉが接続される入力端子間にフォトトランジスタ２４ｂを介して一次巻線２５ａが接続されたトランス２５と、トランス２５の二次巻線２５ｂが発生する電圧信号Ａ３を、基準となるクロック発生回路２０のクロック信号Ａ１により同期検波する同期検波回路２６と、同期検波回路２６の出力信号から不要な信号成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２７と、ローパスフィルタ２７が出力する電圧信号Ａ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定するオフセット可変回路２８と、オフセット可変回路２８の出力信号のゲイン及びゲイン温度係数を設定するゲイン可変回路２９と、ゲイン可変回路２９が出力する電圧信号を電圧計測信号または電流計測信号として出力する増幅器３０と、クロック発生回路２０、発振回路２１、ローパスフィルタ２７、オフセット可変回路２８、ゲイン可変回路２９の各動作を設定するデータを格納する内部レジスタ３１と、内部レジスタ３１に対してデータ授受を行うためのインターフェース部３２とから構成される。
【００１９】
次にこの電気量検出センサＫの動作を説明する。発振回路２１は所定周波数のクロック信号Ａ１を発生し、このクロック信号Ａ１に同期した発振信号Ａ２によってオン・オフを繰り返すトランジスタ２２を介して光伝送素子２４の発光ダイオード２４ａに断続的に電流が流れて発光ダイオード２４ａが点滅し、フォトトランジスタ２４ｂが所定周波数でオン・オフする。そして、負荷電圧に比例して電圧検出部３が出力する電圧または負荷電流に比例して電流検出部４が出力する電圧をフォトトランジスタ２４ｂでスイッチングすることによって、トランス２５の一次巻線２５ａに交流電流が流れ、二次巻線２５ｂにピーク値が負荷電圧または負荷電流に比例した交流の電圧信号Ａ３が発生する。そして、同期検波回路２６がこの電圧信号Ａ３をクロック信号Ａ１を基準として同期検波して、復調し、ローパスフィルタ２７が不要な信号成分を除去することによって、負荷電圧または負荷電流に比例した直流の電圧信号Ａ４を出力する。
【００２０】
そしてオフセット可変回路２８は、内部レジスタ３１に格納されているオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいてローパスフィルタ２７が出力する電圧信号Ａ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路２９は、内部レジスタ３１に格納されているゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ａ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器３０を介して電圧計測信号または電流計測信号を出力する。
【００２１】
ここで本実施形態では、内部レジスタ３１に格納するオフセット及びオフセット温度係数、ゲイン及びゲイン温度係数の各データ（計測精度、温度特性データ）を、インターフェース部３２を介して予め最適に設定している。したがって、予め最適に設定されて内部レジスタ３１に格納されている計測精度、温度特性データに基づいて、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉから各々出力される電圧計測信号及び電流計測信号の計測精度、温度特性の最適化が図られている。
【００２２】
そして、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉから各々出力される電圧計測信号及び電流計測信号は、増幅器５，６で各々増幅され、Ａ／Ｄ変換器７でアナログの電圧信号からデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ８は、Ａ／Ｄ変換された電圧計測信号及び電流計測信号から電力及び電力量を算出する。すなわち、安価な電圧検出部３、電流検出部４を用いた場合でも、上述のように電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉから各々出力される電圧計測信号及び電流計測信号の計測精度、温度特性が最適に設定されているので、ＣＰＵ８で算出された電力及び電力量に対して、高い計測精度、安定した温度特性を安価に実現することができる。
【００２３】
（実施形態２）
本実施形態の電力量計測ユニット１は図２に示すように、図１（ａ）に示す実施形態１のＣＰＵ８に不揮発性メモリ９ａを内蔵させたものであり、他の構成は実施形態１と同様であって、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００２４】
不揮発性メモリ９ａには、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉ内の電圧信号Ａ４に設定するオフセット及びオフセット温度係数、ゲイン及びゲイン温度係数の各データ（計測精度、温度特性データ）が複数、予め記憶されており、以下、図３のフローチャートに基づいて本実施形態の電力量計測ユニット１における計測精度、温度特性データの設定動作について説明する。まず、計測精度、温度特性データの設定処理が開始され（ステップＳ１）、計測ユニット２に設けられたスイッチ１０を任意のタイミングで操作して、トリガ信号がＣＰＵ８に入力されると（ステップＳ２）、ＣＰＵ８は、不揮発性メモリ９ａに記憶されている複数の計測精度、温度特性データから、最適な計測精度、温度特性データを読み出し（ステップＳ３）、読み出した計測精度、温度特性データを電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉの各内部レジスタ３１にインターフェース部３２を介して書き込み（ステップＳ４）、処理は終了する（ステップＳ５）。
【００２５】
このように本実施形態では、不揮発性メモリ９ａに記憶されている複数の計測精度、温度特性データからいずれか最適な計測精度、温度特性データを電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉの各内部レジスタ３１に任意のタイミングで格納することができ、オフセット可変回路２８のオフセット及びオフセット温度係数、ゲイン可変回路２９のゲイン及びゲイン温度係数が最適に設定される。すなわち、安価な電圧検出部３、電流検出部４を用いた場合でも、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉから各々出力される電圧計測信号及び電流計測信号の計測精度、温度特性の最適化が図られており、ＣＰＵ８で算出される電力及び電力量に対して、高い計測精度、安定した温度特性を安価に実現することができる。
【００２６】
また、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉの各内部レジスタ３１に格納する計測精度、温度特性データを任意のタイミングで変更することで、ＣＰＵ８で算出される電力及び電力量に対する計測精度、温度特性を変更可能としている。したがって、電力量計測ユニット１を設備内へ設置した後であっても、計測仕様を容易に変更することができる。
【００２７】
なお、ＣＰＵ８に内蔵する不揮発性メモリ９ａの代わりに、図４に示すようにＣＰＵ８の外部に実装された不揮発性メモリ９ｂを備えてよい。
【００２８】
（実施形態３）
本実施形態の電力量計測ユニット１は図５に示すように、図１（ａ）に示す実施形態１のＣＰＵ８に外部機器４０を接続するための外部インターフェース部１１を設けたものであり、他の構成は実施形態１と同様であって、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００２９】
外部機器４０は外部インターフェース部１１を介してＣＰＵ８に接続し、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉのインターフェース部３２を介して内部レジスタ３１との間で、例えばシリアル通信を用いてデータの授受を行うもので、以下、図６のフローチャートに基づいて本実施形態の電力量計測ユニット１における計測精度、温度特性データの設定動作について説明する。まず、計測精度、温度特性データの設定処理が開始され（ステップＳ１１）、外部機器４０から計測精度、温度特性データの書換え要求がＣＰＵ８に入力されると（ステップＳ１２）、ＣＰＵ８は、外部機器４０から計測精度、温度特性データを読み出し（ステップＳ１３）、読み出した計測精度、温度特性データを電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉの各内部レジスタ３１にインターフェース部３２を介して書き込み（ステップＳ１４）、処理は終了する（ステップＳ１５）。
【００３０】
このように本実施形態では、外部機器４０から最適な計測精度、温度特性データを電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉの各内部レジスタ３１に任意のタイミングで格納することができ、オフセット可変回路２８のオフセット及びオフセット温度係数、ゲイン可変回路２９のゲイン及びゲイン温度係数が最適に設定される。すなわち、安価な電圧検出部３、電流検出部４を用いた場合でも、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉから各々出力される電圧計測信号及び電流計測信号の計測精度、温度特性の最適化が図られており、ＣＰＵ８で算出される電力及び電力量に対して、高い計測精度、安定した温度特性を実現することができる。
【００３１】
また、外部機器４０を接続して、電圧計測部Ｋｖ及び電流計測部Ｋｉの各内部レジスタ３１に格納する計測精度、温度特性データを任意のタイミングで任意のデータに変更することで、ＣＰＵ８で算出される電力及び電力量に対する計測精度、温度特性を変更可能としている。したがって、電力量計測ユニット１を設備内へ設置した後であっても、計測仕様を容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す図であり、（ａ）は電力量計測ユニットのブロック構成、（ｂ）は電気量検出センサの回路構成である。
【図２】本発明の実施形態２の電力量計測ユニットのブロック構成を示す図である。
【図３】同上の計測精度、温度特性データの設定動作を示すフローチャート図である。
【図４】同上の電力量計測ユニットの別のブロック構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３の電力量計測ユニットのブロック構成を示す図である。
【図６】同上の計測精度、温度特性データの設定動作を示すフローチャート図である。
【図７】従来の電力量計測ユニットのブロック構成を示す図である。
【図８】従来の電圧トランスの構成を示す図である。
【図９】従来の電流トランスの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  電力量計測ユニット
２  計測ユニット
３  電圧検出部
４  電流検出部
８  ＣＰＵ
Ｋｖ  電圧計測部
Ｋｉ  電流計測部
２０  クロック発生回路
２１  発振回路
２４  光伝送素子
２５  トランス
２６  同期検波回路
２８  オフセット可変回路
２９  ゲイン可変回路
３１  内部レジスタ
Ｚ  負荷
【図１】
2005214674.tif 000003
【図２】
2005214674.tif 000004
【図３】
2005214674.tif 000005
【図４】
2005214674.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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