(57)【要約】【課題】三相３線式の結線において、３電圧３電流計法で測定した線間電圧および相電流から相電圧を求めると同時に、各相の消費電力も求めること。【解決手段】三相３線式結線で３電圧３電流計法を用いた三相電力測定装置であって、三相それぞれに対応した３系統の入力部と、これら入力部の出力信号が入力される演算部と、この演算部の演算結果を表示する表示部を含むＣＰＵ部とで構成され、前記演算部には、各相の相電圧瞬時値と電流瞬時値を乗算する３系統の相電力乗算器と、これら相電力乗算器の乗算出力の平均値を演算する３系統の相電力平均値演算器と、これら相電力平均値演算器の相電力平均値出力を加算する相電力加算器、を設けたことを特徴とするもの。【選択図】  図１
2012173110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相３線式結線で３電圧３電流計法を用いた三相電力測定装置であって、
三相それぞれに対応した３系統の入力部と、これら入力部の出力信号が入力される演算部と、この演算部の演算結果を表示する表示部を含むＣＰＵ部とで構成され、
前記演算部には、
各相の相電圧瞬時値と電流瞬時値を乗算する３系統の相電力乗算器と、
これら相電力乗算器の乗算出力の平均値を演算する３系統の相電力平均値演算器と、
これら相電力平均値演算器の相電力平均値出力を加算する相電力加算器、
を設けたことを特徴とする三相電力測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、ＦＰＧＡで構成されていることを特徴とする請求項１記載の三相電力測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記電圧および電流を実効値で求めることを特徴とする請求項１または請求項２記載の三相電力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電力測定装置に関し、詳しくは、相電力の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、三相３線式結線の交流電力測定にあたっては、たとえば図２に示す３電圧３電流計法が用いられている。
【０００３】
図２において、三相交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各線には、それぞれ電流計Ｉ１〜Ｉ３が接続されている。Ｒ相とＴ相の線間には電圧計Ｕ１が接続され、Ｓ相とＴ相の線間には電圧計Ｕ２が接続され、Ｒ相とＳ相の線間には電圧計Ｕ３が接続されている。
【０００４】
これら電流計Ｉ１〜Ｉ３および電圧計Ｕ１〜Ｕ３から得られる測定値から所定の演算を行うことにより、各相の電流実効値、電圧実効値、三相交流の総電力値など、測定者が必要とする値を求めることができる。
【０００５】
図３は、従来の三相電力測定装置の一例を示すブロック図である。図３において、装置全体は、入力部１０〜３０と、演算部４０と、ＣＰＵ部５０とで構成されている。入力部１０〜３０の出力信号は演算部４０に入力され、演算部４０はバスを介してＣＰＵ部５０に接続されている。
【０００６】
入力部１０〜３０はそれぞれ同一に構成されたものであり、三相の各相出力を同時に並行して測定することができる。
【０００７】
入力部１０は、電圧入力部１１と、電圧入力部１１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２と、電流入力部１３と、電流入力部１３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４と、高電圧の測定時に電圧入力端子の外部に接続される分圧器１５と、大電流の測定時に電流入力端子の外部に接続される分流器１６とで構成されている。
【０００８】
電圧入力部１１は分圧抵抗１１ａと演算増幅器１１ｂとで構成され、分圧抵抗１１ａの分圧出力は演算増幅器１１ｂで正規化されてＡ／Ｄ変換器１２に入力される。高電圧の測定時に電圧入力端子の外部に接続される分圧器１５は、入力可能範囲を超える高電圧を入力可能範囲の電圧に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２から出力される電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）は、演算部４０に入力される。
【０００９】
電流入力部１３は分流抵抗１３ａと演算増幅器１３ｂとで構成され、分流抵抗１３ａの分流出力は演算増幅器１３ｂで正規化されてＡ／Ｄ変換器１４に入力される。大電流の測定時に電流入力端子の外部に接続される分流器１６は、入力可能範囲を超える大電流を入力可能範囲の電流に変換する。Ａ／Ｄ変換器１４から出力される電流瞬時値の変換データｉ１（ｎ）も、演算部４０に入力される。
【００１０】
同様に、入力部２０から電圧瞬時値の変換データｕ２（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ２（ｎ）が演算部４０に入力され、入力部３０から電圧瞬時値の変換データｕ３（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ３（ｎ）が演算部４０に入力される。
【００１１】
演算部４０は、たとえばＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)で構成されていて、実効値演算機能、平均値演算機能、乗算機能、加算機能などが設けられている。
【００１２】
図４は、従来の演算部４０の機能ブロック例図である。
電圧実効値演算器４０１ａは、（１）式により、電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）から電圧実効値Ｕｒｍｓ１を演算出力する。
【００１３】
2012173110.tif 000003
【００１４】
ここで、ｕ１（ｎ）はｎ番目のサンプリングの電圧瞬時値の変換データ、Ｎは入力アナログ信号の周期の整数倍の時間に含まれるサンプリング数である。
【００１５】
電圧実効値演算器４０１ｂ、４０１ｃは、電圧実効値演算器４０１ａと同様の演算を行い、それぞれ電圧実効値Ｕｒｍｓ２、Ｕｒｍｓ３を演算出力する。
【００１６】
電圧平均値演算器４０２は、（２）式により、電圧実効値Ｕｒｍｓ１、Ｕｒｍｓ２、Ｕｒｍｓ３の平均値を演算して三相平均電圧実効値ＵｒｍｓΣを演算出力する。
【００１７】
2012173110.tif 000004
【００１８】
電流実効値演算器４０３ａは、（３）式により、電流瞬時値の変換データｉ１（ｎ）から電流実効値Ｉｒｍｓ１を演算出力する。
【００１９】
2012173110.tif 000005
【００２０】
ここで、ｉ１（ｎ）はｎ番目のサンプリングの電流瞬時値の変換データ、Ｎは入力アナログ信号の周期の整数倍の時間に含まれるサンプリング数である。
【００２１】
電流実効値演算器４０３ｂ、４０３ｃは、電流実効値演算器４０３ａと同様の演算を行い、それぞれ電流実効値Ｉｒｍｓ２、Ｉｒｍｓ３を演算出力する。
【００２２】
電流平均値演算器４０４は、（４）式により、電流実効値Ｉｒｍｓ１、Ｉｒｍｓ２、Ｉｒｍｓ３の平均値を演算して三相平均電流実効値ＩｒｍｓΣを演算出力する。
【００２３】
2012173110.tif 000006
【００２４】
電力乗算器４０５ａは電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ１（ｎ）を乗算して電力瞬時値ｐ１（ｎ）を演算出力し、電力乗算器４０５ｂは電圧瞬時値の変換データｕ２（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ２（ｎ）を乗算して電力瞬時値ｐ２（ｎ）を演算出力し、電力乗算器４０５ｃは電圧瞬時値の変換データｕ３（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ３（ｎ）を乗算して電力瞬時値ｐ３（ｎ）を演算出力する。
【００２５】
電力平均値演算器４０６ａは、（５）式により、電力瞬時値ｐ１（ｎ）の平均化処理を行い、有効電力値Ｐ１を演算出力する。
【００２６】
2012173110.tif 000007
【００２７】
電力平均値演算器４０６ｂ、４０６ｃは、電力平均値演算器４０６ａと同様の演算を行い、それぞれ有効電力値Ｐ２、Ｐ３を演算出力する。
【００２８】
電力加算器４０７は、（６）式により、有効電力値Ｐ１、Ｐ２の加算を行い、有効電力の総和ＰΣを加算出力する。
ＰΣ＝Ｐ１＋Ｐ２    (6)
【００２９】
相電圧演算器４０８ａは、（７）式により、電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）から相電圧瞬時値ｕｒ（ｎ）を演算出力する。
【００３０】
2012173110.tif 000008
【００３１】
相電圧演算器４０８ｂは、（８）式により、電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）から相電圧瞬時値ｕｓ（ｎ）を演算出力する。
【００３２】
2012173110.tif 000009
【００３３】
相電圧演算器４０８ｃは、（９）式により、電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）から相電圧瞬時値ｕｔ（ｎ）を演算出力する。
【００３４】
2012173110.tif 000010
【００３５】
相電圧実効値演算器４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃは、それぞれ電圧実効値演算器４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃと同様の演算を行い、相電圧瞬時値ｕｒ（ｎ）、ｕｓ（ｎ）、ｕｔ（ｎ）から相電圧実効値ＵｒｍｓＲ、ＵｒｍｓＳ、ＵｒｍｓＴを演算出力する。
【００３６】
相電圧平均値演算器４１０は、電圧平均値演算器４０２や電流平均値演算器４０４と同様の演算を行い、相電圧実効値ＵｒｍｓＲ、ＵｒｍｓＳ、ＵｒｍｓＴから、三相平均相電圧実効値ＵｒｍｓＲＳＴΣを演算出力する。
【００３７】
これら各部の演算出力はＣＰＵ部５０に入力され、ＣＰＵ５１を介して表示部５３に表示される。ＣＰＵ５１は、操作部５２からの操作入力に基づき、表示部５３の表示内容を変更する。
【００３８】
非特許文献１には、三相インバータの効率を１台で測定できる三相電力測定装置の構成が記載されている。
【００３９】
そして、特許文献１には、三相交流のベクトル図を表示できる三相交流用測定器の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００４０】
【非特許文献１】岩瀬  久、伊東  修、橘  勝也、「プレシジョンパワーアナライザＷＴ３０００」、横河技報、横河電機株式会社、２００５年１月２０日、Ｖｏｌ．４９  Ｎｏ．１（２００５）  ｐ．１７−２０
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開２００１−４１９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
しかし、図４の構成によれば、線間電圧から相電圧への変換（デルタ／スター変換）はできるものの、各相の消費電力を求めることができず、各相の負荷バランスを測定できないという問題がある。
【００４３】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、三相３線式の結線において、３電圧３電流計法で測定した線間電圧および相電流から相電圧を求めると同時に、各相の消費電力も求めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
三相３線式結線で３電圧３電流計法を用いた三相電力測定装置であって、
三相それぞれに対応した３系統の入力部と、これら入力部の出力信号が入力される演算部と、この演算部の演算結果を表示する表示部を含むＣＰＵ部とで構成され、
前記演算部には、
各相の相電圧瞬時値と電流瞬時値を乗算する３系統の相電力乗算器と、
これら相電力乗算器の乗算出力の平均値を演算する３系統の相電力平均値演算器と、
これら相電力平均値演算器の相電力平均値出力を加算する相電力加算器、
を設けたことを特徴とする三相電力測定装置である。
【００４５】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の三相電力測定装置において、
前記演算部は、ＦＰＧＡで構成されていることを特徴とする。
【００４６】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の三相電力測定装置において、
前記演算部は、前記電圧および電流を実効値で求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
これにより、三相３線式の結線において、各相の負荷バランスを測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】三相３線式結線の交流電力測定における３電圧３電流計法の説明図である。
【図３】従来の三相電力測定装置の一例を示すブロック図である。
【図４】従来の演算部４０の機能ブロック例図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の相違点は、演算部４０に破線で囲って示すように、相電力乗算器４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃと、相電力平均値演算器４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃと、相電力加算器４１３を設けていることである。
【００５０】
図１において、相電力乗算器４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃは、電力乗算器４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃと同様の演算を行う。すなわち、相電力乗算器４１１ａは相電圧瞬時値ｕｒ（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ１（ｎ）を乗算して相電力瞬時値ｐｒ（ｎ）を演算出力し、相電力乗算器４１１ｂは相電圧瞬時値ｕｓ（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ２（ｎ）を乗算して相電力瞬時値ｐｓ（ｎ）を演算出力し、相電力乗算器４１１ｃは相電圧瞬時値ｕｔ（ｎ）と電流瞬時値の変換データｉ３（ｎ）を乗算して相電力瞬時値ｐｔ（ｎ）を演算出力する。
【００５１】
相電力平均値演算器４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、電力平均値演算器４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃと同様の演算を行う。すなわち、相電力平均値演算器４１２ａは相電力瞬時値ｐｒ（ｎ）から相電力平均値ＰＲを演算出力し、相電力平均値演算器４１２ｂは相電力瞬時値ｐｓ（ｎ）から相電力平均値ＰＳを演算出力し、相電力平均値演算器４１２ｃは相電力瞬時値ｐｔ（ｎ）から相電力平均値ＰＴを演算出力する。
【００５２】
相電力加算器４１３は、（１０）式により、相電力平均値ＰＲ、ＰＳ、ＰＴの加算を行い、相電力の総和ＰＲＳＴΣを演算する。
ＰＲＳＴΣ＝ＰＲ＋ＰＳ＋ＰＴ    (10)
【００５３】
このように、図４に示す従来の三相３線式結線の交流電力測定で使用している電力乗算器４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃと同様な電力乗算器４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃと、電力平均値演算器４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃと同様な相電力平均値演算器４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃと、電力加算器４０７と同様な相電力加算器４１３を追加することにより、３電圧３電流計法で測定した電圧瞬時値の変換データｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）から相電圧瞬時値ｕｒ（ｎ）、ｕｓ（ｎ）、ｕｔ（ｎ）を求めることができるとともにさらに電流瞬時値の変換データｉ１（ｎ）、ｉ２（ｎ）、ｉ３（ｎ）に基づいて各相の消費電力瞬時値ｐｒ（ｎ）、ｐｓ（ｎ）、ｐｔ（ｎ）を求めて相電力平均値ＰＲ、ＰＳ、ＰＴを求めることができ、これら相電力平均値ＰＲ、ＰＳ、ＰＴを加算することにより相電力の総和ＰＲＳＴΣを求めることもできて、各相の負荷バランスを測定できる。
【００５４】
なお、上記実施例では、電圧、電流を実効値（ＲＭＳ値）で求めているが、ＦＰＧＡ４０内部の演算器を変更することにより、電圧、電流を単純平均値（ＤＣ値）や平均値整流実効値（ＭＥＡＮ値）で求めることができ、相電圧もＤＣ値やＭＥＡＮ値で求めることができる。
【００５５】
また、ＲＭＳ値とＤＣ値の両方の演算器を搭載すれば、それらの結果から、
ＡＣ値（＝√｛（ＲＭＳ値）２−（ＤＣ値）２｝）
を求めることもできる。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、三相３線式の結線において、３電圧３電流計法で測定した線間電圧および相電流から相電圧を求めると同時に各相の消費電力も求めることができ、これら測定値に基づいて各相の負荷バランスを適正に調整できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０、２０、３０  入力部
４０  演算部(ＦＰＧＡ)
４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ  相電力乗算器
４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ  相電力平均値演算器
４１３  相電力加算器
５０  ＣＰＵ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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