(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波信号となる正弦波信号と，前記基本波信号と同相の同相信号と，前記基本波信号あるいは前記同相信号に対して位相角が進み90度あるいは遅れ90度の直角相信号を発生する多相交流信号発生器と，基本波信号を所定の電圧である基本波電圧に増幅する電圧増幅器と，前記同相信号から前記基本波電圧に対し同位相の電流である同相電流を発生する同相用トランスコンダクタンス増幅器と，前記直角相信号から前記基本波電圧に対し直角相の電流である直角相電流を発生する直角相用トランスコンダクタンス増幅器とからなり，前記基本波電圧と前記同相電流から有効電力を発生する標準器用の有効電力発生部と，前記基本波電圧並びに前記同相電流と前記直角相電流を重畳した試験電流から試験電力を発生する被試験器用の試験電力発生部を備え，標準器用と被試験器用の電力の発生を分離したことを特徴とする試験電力分離形標準電力発生装置。
【請求項２】
基本波信号となる正弦波信号，前記基本波信号と同一位相の同相信号，前記基本波信号あるいは前記同相信号に対して位相角が進み９０度あるいは遅れ９０度の直角相信号を発生する前記多相交流信号発生器と，前記基本波信号を所定の電圧である基本波電圧に増幅する前記電圧増幅器と，前記同相信号から前記基本波電圧に対し同位相の電流である同相電流を発生する前記同相用トランスコンダクタンス増幅器と，前記直角相信号から前記基本波電圧に対し直角相の電流である直角相電流を発生する前記直角相用トランスコンダクタンス増幅器とからなり，前記基本波電圧と前記直角相電流から無効電力を発生する標準器用の無効電力発生部と，前記基本波電圧並びに前記同相電流と前記直角相電流を重畳した試験電流から試験電力を発生する被試験器用の試験電力発生部とを備え，標準器用と被試験器用の電力の発生を分離したことを特徴とする試験電力分離形標準電力発生装置。
【請求項３】
基本波信号となる正弦波信号，前記基本波信号と同一位相の同相信号，これらの信号と周波数が異なる高調波信号を発生する複周波数多相交流信号発生器と，前記基本波信号から所定の電圧を発生する電圧増幅器と，前記同相信号から前記基本波信号と同相の電流を発生する同相用トランスコンダクタンス増幅器と，前記高調波信号から同信号に比例した電流である高調波電流を発生する高調波用トランスコンダクタンス増幅器とからなり，基本波電圧と同相電流から有効電力を発生する標準器用の有効電力発生部と，前記基本波電圧並びに前記同相電流と前記高調波電流を重畳した試験電流から試験電力を発生する被試験器用の電力発生部を備え標準器用と被試験器用の電力の発生を分離したことを特徴とする試験電力分離形標準電力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力（量）計を必要な試験条件で評価することのできる電力発生装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
標準電力(量)計の試験では試験電力を精密に設定することが可能な精密虚負荷試験電源が広く利用されてきている。
図４は、従来の精密虚負荷試験電源装置の構成図である。
精密虚負荷試験電源装置は、多相発振器、交流電圧増幅器、トランスコンダクタンス増幅器からなる。
多相発振器の電圧用信号は電圧増幅器を介して標準電力（量）計と被試験電力（量）計へ入力される。
電圧用信号に対して所定の位相差が設定された多相発振器の電流用信号はトランスコンダクタンス増幅器を介して電流出力として必要な試験台数（個数）の被試験電力（量）計へ入力される。
【０００３】
この電源装置の動作方式は，安定性に優れたシンセサイザ方式の多相発振器の出力信号を，安定，精密な電圧増幅器及びトランスコンダクタンス増幅器により増幅し，所定の試験電圧，電流を発生するものである。試験電力，電力量の精密さが，信号発生器としての発振器，電圧増幅器，トランスコンダクタンス増幅器の性能に直接依存するため，装置が複雑化し極めて高価なものになる。
同虚負荷試験電源で発生する試験電力の設定精度が，必要とする試験精度に比べ不十分な場合は，被試験電力(量)計の１台を，予め試験あるいは検査された標準電力（量）計に差し替え，全ての電力（量）計に同一の電力を入力し，標準電力(量)計と他の被試験電力(量)計の応答の差を比べる比較試験が実施される。使用される標準電力（量）計はより上位の標準によって校正されていなければならない。この校正試験の連鎖は，より高い精度あるいは性能の標準電力（量）計を必要とする。
【０００４】
時分割形電力計，熱電形電力計，ディジタル乗算形電力計は，特に精密な国家標準から産業用，現場用計測器にまで極めて広く利用されてきている。その背景に，近年の電子回路集積技術の高精密化によりこれら電力計を構成する主要電子部品の性能が飛躍的に改善されてきていることがある。ただし，これら電子部品の性能に強く依存した電力(量)計を標準とした試験では，その試験の結果が含有する不確かさの大きさを見積もるために評価すべき項目が電子部品に及ぶため，極めて煩雑，困難を伴うものになる。
【０００５】
例えば、時分割形電力計について説明する。
図５は、従来の時分割形電力計の構成図である。
時分割形電力計は、パルス幅変調回路、アナログスイッチ、低域通過濾波器およびアナログ・パルス変換器、Ａ／Ｄ変換器などの機器からなる。
アナログスイッチには試験電流が入力されている。試験電圧はパルス幅変調回路に入力され，パルス幅が試験電圧の瞬時値に比例したパルス信号を出力する。このパルス信号によりアナログスイッチがスイッチングされる。
アナログスイッチの出力信号は、振幅が入力された試験電流の瞬時値に，幅が試験電圧の瞬時値に比例したパルス状の信号を出力する。交流電力は試験電圧あるいは試験電流の一周期について平均化して定義される量であるので，アナログスイッチの出力は低域通過濾波器を介して直流信号成分が選択され，検出電力として表示する。
【０００６】
この時分割形電力計は入力された電力に比例した直流信号を出力するが、試験電圧をパルス幅変調するとき、比例定数に相当する絶対値に関する情報を失ってしまう点に問題があった。
Ｄ／Ａ変換器等を利用したシンセサイザ方式の多相発振器を備えた虚負荷試験電源では，波形を合成する基の動作クロックに同期させた精密サンプリング電力計が実現可能であり，当初，鉄損の測定を目的として開発されたが，近年，電力の国家標準の構築，産業用機器での電力消費の評価に広く利用されてきている。
【０００７】
図６は従来のシンセサイザ方式の多相発振器を備えた虚負荷試験電源をのクロックを利用した電源同期形サンプリング電力（量）計である。
虚負荷試験電源部は，基準パルス発生器，ディジタルデータの形で波形パターンが記憶されたメモリからデータを取り出しＤ／Ａ変換によりアナログ信号に変換し出力するシンセサイズド多相交流電圧発生器，電圧増幅器，トランスコンダクタンス増幅器により構成されている。前記基準パルス発生器からのクロックはシンセサイズド多相交流電圧発生器のＤ／Ａ変換用のトリガとして利用されるのと同時に電源同期形サンプリング電力（量）計のサンプリング信号として利用される。
【０００８】
交流電圧増幅器からの試験電圧とトランスコンダクタンス電流増幅器からの試験電流は電圧信号サンプラー及び電流信号サンプラーで前記クロックにて同期してサンプリングされる。これらサンプリングされた電圧出力および電流出力はＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換され、ディジタル乗算部で積が算出され，試験電力として表示ないし出力される。
この電力計によれば、試験電圧と電流に対し，サンプリングされた試験電圧，試験電流が同期しているため位相の曖昧さは除かれている。ただしサンプリング電力(量)計で利用されるＡ／Ｄ変換器の性能評価，不確かさの評価は困難であり，産業用機器で利用されているスイッチングの周波数に追随させるためにはＡ／Ｄ変換器をより高速で稼動させなければならずその評価を一層難しくしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の各電力計はそれぞれ実用上の問題点を有していた。
近年、様々な形態，規模の発電により，より効率的，廉価な電力の供給が試みられている。その結果，電力の授受を精密に測定すること，供給される電力の質の評価，負荷力率の精密な評価，高調波電流により試験電流が大きく歪んだ条件での電力・電力量を正確に試験することが求められている。
また，近年，電力のより効率的な利用を目的としてスイッチングレギュレータが産業用機器，家電製品に広く利用され，機器に流入する電流の高調波含有率は増加し，またその次数も高くなっている。スイッチングレギュレータの開発目的が高効率化と小型化であり，その効率，消費電力の試験が重要になっている。この評価試験に対応するため，様々な形式の電力・電力量計が選択され利用されているが，評価結果の信頼性を確保するためにはこれら電力・電力量計そのものがより精密に試験されていることが不可欠である。
【００１０】
すなわち，より高い周波数での電力の利用，より高い次数の高調波電流が流れる負荷での電力の利用は，それら電力（量）を精密に評価するための電力（量）計そのものを必要な試験条件で評価することが求められる。ただし，より高度な標準器の開発，研究には多大なコストと開発期間が必要になる。
また、電力の発電，受電にともなう計量，あるいは産業用機器，民生機器の設計，製造における消費電力の評価，製品の売買にともなう電力仕様の検証などに際し，国家標準に沿った標準器を使用した認定試験事業者における試験が，様々な局面で求められている。それら試験事業者では，所要の不確かさでの試験を実現するための標準器を購入，あるいは開発し試験，検査業務を実施するが，そこでは不確かさの合理的な評価が求められる。
【００１１】
電力(量)計は，多岐にわたる試験条件が設定され，試験・検査がされるが，試験・検査に使用される標準器はより高い性能，より高い信頼性，精密な不確かさの評価が求められる。例えば，高調波を含有した試験電流のもと，所定の力率での電力(量)計の試験では，使用する標準器は，そのような試験条件の下で計測の対象としている試験量のみを正しく測定しなければならないが，周波数特性，力率特性，高調波特性等々の諸性能を満足する標準器の開発には膨大な開発経費と期間を必要とする。
標準器となる電力(量)計と被試験電力(量)計に同一の電力を入力する比較試験法では，標準器は被試験電力(量)計よりも優れた性能を具備しなければならないが，様々な試験条件に対し，これを満足する標準器の開発は極めて困難である。
本発明の目的は、前記の問題点に鑑み、簡単な構成により、周波数特性，力率特性，高調波特性等々の諸性能を満足する電力(量)計の試験・検査を行う試験電力分離形標準電力発生装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は，上記課題を解決するために，以下の手段を採用する。
任意力率において被試験電力(量)計を試験する際に，標準器としての電力(量)計及び被試験器としての電力(量)計が指示しなければならないのは入力された電力の有効成分である。そこで標準器には有効電力のみ入力し，被試験器には試験条件としての力率を設定するために，前記有効電力に対して必要な大きさの無効電力を重畳させている。
任意力率において被試験無効電力(量)計を試験する際に，標準器としての無効電力(量)計及び被試験器としての無効電力(量)計が指示しなければならないのは入力された電力の無効成分である。そこで標準器には無効電力のみ入力し，被試験器には試験条件としての力率を設定するために，前記無効電力に大して必要な大きさの有効電力を重畳させている。
試験電流が歪んでいる条件において，被試験電力(量)計を試験する際に，標準器としての電力(量)計及び被試験器としての電力(量)計が指示しなければならないのは入力された電力の基本波成分である。そこで標準器には基本波成分の試験電流による有効電力を入力し，被試験器には前記有効電力に対して試験条件として必要な大きさの高調波電流を重畳させて試験を実施する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の試験電力分離形標準電力発生装置は，試験の対象となる量と試験条件を設定する量を分離し，試験対象となる量のみ標準器にて試験し，試験条件としての量は被試験器に先の試験対象量と重畳させて入力するように構成した点に特徴を有する。
【００１４】
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例の試験電力分離形標準電力発生装置による任意力率での電力計の試験状態を説明する構成図である。
第１実施例の試験電力分離形標準電力発生装置は、多相交流信号発生器１、電圧増幅器２、トランスコンダクタンス増幅器３−１、トランスコンダクタンス増幅器３−２とからなる。標準電力(量)計は標準器用有効電力発生部に，被試験電力(量)計は被試験器用試験電力発生部に接続される。
多相交流電圧発生器１は、内部クロックに基づいてメモリに記憶され波形データを逐次D/A変換するもので，多相の信号について任意の振幅，位相を設定することが可能であると共に、異なる周波数の高調波を同時に発生することが可能である。同図では，基本波信号，基本波信号とほぼ同相の同相信号，基本波信号に対しほぼ直角相の直角相信号を発生させている。
電圧増幅器２は前記多相交流信号発生器１の基本波信号を増幅し，所定の大きさの基本波電圧を発生させる。
【００１５】
トランスコンダクタンス増幅器３−１は、前記多相交流信号発生器１の同相信号から所定の試験電流を発生させるためのトランスコンダクタンス形の増幅器である。トランスコンダクタンス増幅器３−２は、前記多相交流電圧発生器１の直角相信号から所定の直角相電流を出力するトランスコンダクタンス形増幅器である。
増幅器１が出力する基本波電圧と，トランスコンダクタンス増幅器３−１が出力する同相電流が，虚負荷試験法に基づく標準器用の有効電力を発生する。
トランスコンダクタンス増幅器３−１の電流を，被試験電力(量)計の電流入力回路に並列に接続することで，直角相電流に同相電流を重畳させている。
増幅器１が出力する基本波電圧と，トランスコンダクタンス増幅器３−２が出力する直角相電流にトランスコンダクタンス増幅器３−１が出力する同相電流が重畳され，虚負荷試験法に基づく被試験器用の試験電力を発生する。
【００１６】
（第１実施例の効果）
標準器は力率１でその誤差が予め試験，評価されていることが求められるが，標準器に直角相成分の含まれた試験電流が流されないことから，被試験器に求められる様々な試験力率についての誤差は試験誤差として影響しない。よって，標準器には試験電圧と試験電流がほぼ同相の位相にある力率１付近の極めて限定された範囲についてのみ直線性，長期安定性に優れた電力(量)計を用意することが求められる。求められる性能が限定されることから電力(量)計の動作原理など機種選択の幅が広がり，必要条件が絞られたより高い性能の無効電力(量)計を使用することが可能になり，試験の精度，不確かさが改善される。
【００１７】
（第２実施例）
図２は本発明の第２実施例の試験電力分離形標準電力発生装置による無効電力計の試験状態を説明する構成図である。
第２実施例は、前記図１の第１実施例と比べると、標準器用虚負荷試験電力発生部が基本波電圧と直角相電流を出力している点が異なり，その他の構成は同じである。
【００１８】
（第２実施例の効果）
標準器は力率零でその誤差が予め試験，評価されていることが求められるが，標準器に同相成分の含まれた試験電流が流されないことから，被試験器に求められる様々な試験力率についての誤差は試験誤差として影響しない。よって，標準器には試験電圧と試験電流がほぼ直角の位相にある力率零付近の極めて限定された範囲についてのみ直線性，長期安定性に優れた電力(量)計を用意することが求められる。求められる性能が限定されることから電力(量)計の動作原理など機種選択の幅が広がり，必要条件が絞られたより高い性能の無効電力(量)計を使用することが可能になり，試験の精度，不確かさが改善される。
【００１９】
（第３実施例）
図３は本発明の第３実施例の試験電力分離形標準電力発生装置による高調波を含有した試験電流での電力計の試験状態を説明する構成図である。
第３実施例は、前記図１の第１実施例と比べると、多相交流信号発生器１に代えて複周波数多相交流信号発生器４が使用され，高調波用のトランスコンダクタンス増幅器３−３が利用されていることが異なる。ただしＤ／Ａ変換器を利用したシンセサイザ方式の多相信号発生器は，複数の出力信号に対し任意の振幅，位相角，周波数の信号を発生することが可能であるので，そのような場合，前記多相交流信号発生器を前記複周波数多相交流信号発生器として使用することは可能である。また，前記同相用トランスコンダクタンス増幅器，前記直角相用トランスコンダクタンス増幅器，前記高調波用トランスコンダクタンス増幅器は，必要な周波数帯域について性能が満たされていれば，同一機種のものを利用することが可能である。
【００２０】
前記複周波数多相交流信号発生器４は，基本波信号，同相信号，並びにこれら基本波，同相信号と異なる周波数の高調波信号を発生するものである。高調波用のトランスコンダクタンス増幅器３−３は前記高調波信号から必要な大きさの高調波電流を発生する。
第１実施例と同様に，標準器用有効電力発生部では基本波電圧と同相電流が虚負荷試験法に基づく電力を出力し標準電力(量)計に標準電力を供給する。
基本波電圧と同電流に高調波電流が重畳された試験電流が，虚負荷試験法に基づく電力を出力し被試験電力(量)計に試験電力を供給する。
本実施例では，有効電力(量)計について試験電流に高調波が含まれている条件で試験する場合について記載しているが，任意力率において同様の試験が求められる場合は，第１実施例と同様，直角相用のトランスコンダクタンス増幅器を用意し，直角相電流を被試験電力(量)計に重畳して入力することで実現される。
【００２１】
（第３実施例の効果）
標準器は基本波でその誤差が予め試験，評価されていることが求められるが，標準器には高調波の含有した試験電流は流されないことから，被試験器に求められる様々な高調波が含有する試験電流場合についての誤差は試験誤差として影響しない。よって，標準器には極めて限定された周波数範囲についてのみ直線性，長期安定性に優れた電力(量)計を用意することが求められる。求められる性能が限定されることから電力(量)計の動作原理など機種選択の幅が広がり，必要条件が絞られたより高い性能の無効電力(量)計を使用することが可能になり，試験の精度，不確かさが改善される。
以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明の試験電力分離形標準電力発生装置は、高調波電流を含んだ試験電流において電力あるいは無効電力計を試験する場合は，基本波電力を発生させるための試験電圧源，それと同周波数の同相あるいは直角相の電流源，周波数が必要な次数で高次の電流源，基本波電流と高次電流を重畳させる回路接続により，試験対象の電力（量）をその他の電力成分から分離することで，試験量を精密に評価することを可能にする。
また、交流の有効電力計，無効電力計，有効あるいはまた無効電力量計を，任意の負荷力率，任意の高調波含有率の試験電流において試験することを可能にする。
【００２２】
本発明は、前記実施態様に限定されず、本発明の要旨である、試験電力分離形標準電力発生装置が，試験の対象となる量と試験条件を設定する量を分離し，試験対象となる量のみ標準器にて試験し，試験条件としての量は被試験器に先の試験対象量と重畳して入力するように構成するものであれば、いかなる実施態様も可能である。
なお、認定試験事業者において，本発明に基づく電力標準システムを導入した場合，当該の試験量と，試験条件を設定するための他の成分を分離した結果，校正証明書等に記載される不確かさの評価結果が伴う校正値と試験条件を分離することになるため，不確かさの評価を簡便に行うことが可能になり，また標準の管理と試験条件を設定する装置を分離することも可能になり，標準器管理，試験・校正用機器管理が合理化され，これにより併せて，品質管理マニュアル，試験手順を記載した技術マニュアルの作成を簡素化，合理化することが可能になる。
【００２３】
【発明の効果】
本考案では試験対象電力と試験条件を設定するための他の電力成分を分離することにより，より精密，より簡便に被試験電力(量)計を試験，検査することが可能になる。
標準器として特別な開発を必要としない。更に，不確かさの評価が求められる試験対象量が分離されているため，関係業務が飛躍的に簡素化される。この結果，高調波対応については従来の技術，考え方では強い制限があったが，それら技術的な課題が一掃され，併せて不確かさの評価業務，試験・検査所の品質の維持が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の試験電力分離形標準電力発生装置による任意力率での電力計の試験状態を説明する構成図である。
【図２】本発明の第２実施例の試験電力分離形標準電力発生装置による任意力率での無効電力計の試験状態を説明する構成図である。
【図３】本発明の第３実施例の試験電力分離形標準電力発生装置による高調波を含有した試験電流での電力計の試験状態を説明する構成図である。
【図４】従来の精密虚負荷試験電源装置の構成図である。
【図５】従来の時分割形電力計の構成図である。
【図６】従来のシンセサイザ方式の多相発振器を備えた虚負荷試験電源からの動作クロックを利用した電源同期形サンプリング電力（量）計である。
【符号の説明】
１  多相交流信号発生器
２  電圧増幅器
３−１、３−２，３−３トランスコンダクタンス増幅器
４  複周波数多相交流信号発生器
【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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