JPH09318678A - 交流計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用交流の電圧または電流のサンプリング計
測において、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚを判別する周波数
判別回路が必要であった。周波数判別回路を必要としな
いで、しかも低いサンプリング周波数で精度よく、安価
に計測演算できる交流計測方法を得ることを目的とす
る。 【解決手段】 商用交流信号である５０Ｈｚと６０Ｈｚ
の電圧または電流を最小公倍周期の１００ｍ秒単位でサ
ンプリングデータの計測演算を行い、かつサンプリング
を１００ｍ秒を７以上の素数で分割した周期で行うこと
により、電圧または電流の実効値等を計測情報として出
力するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、５０Ｈｚまたは
６０Ｈｚの交流信号の電流、電圧、電力等の交流電気量
をサンプリングにより計測し、交流電気量の実効値や平
均値を演算し、計測情報として出力する、５０Ｈｚと６
０Ｈｚに共用可能な交流計測方法及び装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の交流計測装置のブロック図
である。図において、１は電流／電圧変換装置、１ａ乃
至１ｄは、それぞれ第１回路から第４回路までの交流入
力信号を電圧に変換する電流／電圧変換回路、２はアナ
ログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、
２ａ乃至２ｄは、それぞれ第１回路から第４回路までの
電流／電圧変換装置１のアナログ出力をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換回路、３は第１回路から第４回路
までのディジタル信号入力のうちから１つをサイクリッ
クに選択して出力するマルチプレクサ、４はマルチプレ
クサ３により得られた計測データを記憶演算処理し、出
力情報に変換するマイクロコンピュータ、５はマイクロ
コンピュータ４の動作速度及びタイミングを制御するク
ロック回路、６は交流入力信号の周波数が５０Ｈｚか６
０Ｈｚかを判別する周波数判別回路である。

【０００３】次に、上記従来の交流計測装置の動作につ
いて説明する。交流入力信号は電流／電圧変換装置１に
より電圧信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換装置２に入力
され、ここでディジタル信号に変換されてマルチプレク
サ３に入力される。マルチプレクサ３は、マイクロコン
ピュータ４から送られるサンプル信号により、第１から
第４の各ディジタル信号をサンプリングし、マイクロコ
ンピュータ４に入力する。マイクロコンピュータ４はク
ロック回路５から送られるクロックに同期して動作す
る。マイクロコンピュータ４はマルチプレクサ３と同期
を取りながらディジタル信号を読み取り、ディジタル信
号を記憶する。マイクロコンピュータ４は記憶したディ
ジタルデータを読み取り、計測出力として第１回路から
第４回路の電流の実効値等各種電気量の演算を実行す
る。

【０００４】サンプリングは、交流入力信号の１周期分
について行う。例えば、交流入力信号の周波数が５０Ｈ
ｚの場合、１回路あたり１周期分の入力を１０回サンプ
リングすると、１回路につきサンプリング周波数は、５
０×１０＝５００Ｈｚとなる。各サンプリングの時間間
隔は１／５００＝０．００２秒＝２ｍ秒である。入力回
路は４回路あるので、マイクロコンピュータ４から送ら
れるサンプル信号の周波数は５００×４＝２０００Ｈ
ｚ、サンプリング時間は１／２０００＝０．５ｍ秒とな
る。

【０００５】図７に示すように、マイクロコンピユータ
４はマルチプレクサ３でサンプリングされたデータ（ｉ
_1-1 、ｉ_2-1 、ｉ_3-1 、ｉ_4-1 、ｉ_1-2 、ｉ_2-2 、・・
・ｉ_4-1 ０・・・）を記憶し、演算を行う。

【０００６】入力信号の実効値を求める場合、第１回路
の実効値は 第２回路の実効値は 第３回路の実効値は 第４回路の実効値は となる。

【０００７】入力データのサンプリングは１周期分を整
数で除した周波数で行っているので、測定ポイントがず
れても１周期あたりのサンプリング個数は常に一定（本
例の場合常に１０個）となり、第１から第４各入力回路
間での測定誤差は小さい。また、１周期あたりのサンプ
リング数が多いほど計測誤差は小さくなる。

【０００８】サンプリングは、交流入力信号の１周期分
について行うので、例えば、交流入力信号の周波数が６
０Ｈｚの場合、１回路あたり１周期分の入力を１０回サ
ンプリングすると、１回路につきサンプリング周波数
は、６０×１０＝６００Ｈｚとなる。各サンプリングの
時間間隔は１／６００＝０．００１７秒＝１．７ｍ秒で
ある。

【０００９】入力回路は４回路あるので、マイクロコン
ピュータ４から送られるサンプル信号の周波数は６００
×４＝２４００Ｈｚ、サンプリング時間は１／２４００
＝０．４２ｍ秒となる。マイクロコンピュータ４から送
られるサンプリング信号の周波数を仮に５０Ｈｚと同じ
２０００Ｈｚにすると、１周期を８．３等分することに
なり、サンプリングポイントのずれによって１周期を８
回サンプリングする場合と７回サンプリングする場合が
発生することになる。従って、測定ポイントのずれによ
る計測精度の悪化、つまり各入力回路間での測定誤差が
大きくなる。

【００１０】従って、第１回路から第４回路に入力され
る交流信号が５０Ｈｚであるのか６０Ｈｚであるのかを
判定し、この結果をマイクロコンピユータ４に伝達する
ための周波数判別回路６が必要である。マイクロコンピ
ュータ４は、周波数判別回路の情報を基に、サンプル信
号の周波数を２０００Ｈｚにすべきか２４００Ｈｚにす
べきかを決定する。

【００１１】また、本例は、入力回路が第１から第４の
４回路について説明しているが、入力回路の回路数が多
くなるとサンプル信号の周波数を上げる必要がある。例
えば入力回路数が８となった場合は、４回路の場合の２
倍の周波数、すなわち入力信号の周波数が５０Ｈｚの場
合はサンプル信号の周波数を４ｋＨｚに、入力信号の周
波数が６０Ｈｚの場合はサンプル信号の周波数を４．８
ｋＨｚに設定する必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の交流計測装置
は、入力信号の１周期分を整数で除した周波数でサンプ
リングしているため、入力信号の周波数を判別する周波
数判別回路が必要であるという問題があった。

【００１３】また、サンプリング方式による計測におい
ては、そのサンプリング周波数は計測する入力信号の周
波数に対して十分高く取る必要があり、例えば入力信号
の周波数の少なくとも１０倍程度に設定する必要があ
る。このため、従来の交流計測装置では、入力回路全て
について１周期の間に１０回程度のサンプリングを行う
必要があり、入力回路数が多いときには、高速でマルチ
プレクサを動作させ、高速でそのデータを読み込む必要
があり、マイクロコンピュータが入力データを読み込む
作業が頻繁に行われ、演算等他の作業ができなくなり、
測定できる入力回路数が制限されるという問題があっ
た。

【００１４】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、周波数判別回路なしでも入力信
号の５０Ｈｚ及び６０Ｈｚどちらでも誤差なく測定で
き、しかも多回路の入力信号でも低いサンプリング周波
数で精度よく測定できる交流計測方法及び装置を得るこ
とを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る交流計測
方法は、商用交流電気量を、所定の時間を単位としてサ
ンプリングデータの計測演算を行い、かつサンプリング
は所定の時間を７以上の素数ｎで分割した周期で行うこ
とにより、交流電気量の実効値等を計測情報として出力
するようにしたものである。

【００１６】また、サンプリングデータの計測演算をす
る所定の時間は１００ｍ秒を単位とするものである。ま
た、被計測商用交流電気量が複数の場合、サンプリング
クロック周波数を１０×ｎ×被計測数にして各被計測交
流電気量の計測演算対象のサンプリングデータを１／被
計測数毎に取り出すようにしたものである。

【００１７】また、サンプリングにおいて、計測演算対
象の分割素数ｎマイナス１のデータ数に対して順次最新
のサンプリング値を採用し、最も古いサンプリング値を
廃却してサンプリングデータの計測演算を行うものであ
る。

【００１８】また、この発明に係る交流計測装置は、商
用交流電気量を電圧信号に変換する電圧変換装置、この
電圧変換装置で変換された電圧信号をディジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換装置、このＡ／Ｄ変換装置の出力を
サンプリングするマルチプレクサ、及びこのマルチプレ
クサの出力を演算処理し交流電気量の実効値等を計測情
報として出力するとともに、上記マルチプレクサのサン
プリング周期を決定するマイクロコンピュータを備え、
上記マイクロコンピュータは、１００ｍ秒単位でサンプ
リングデータの計測演算を行うとともに、上記マルチプ
レクサにおけるサンプリングを、１００ｍ秒を７以上の
素数ｎで分割した周期で行うようにしたものである。

【００１９】また、電圧変換装置及びＡ／Ｄ変換装置
は、計測されるべき交流電気量が複数の場合、それぞれ
の入力信号に対応する複数の電圧変換回路と複数のＡ／
Ｄ変換回路を備え、マイクロコンピュータにおけるサン
プリングクロック周波数を１０×ｎ×被計測数にし、マ
ルチプレクサで１／被計測数のクロック位置を順次演算
対象のデータとするものである。

【００２０】また、マイクロコンピュータは、サンプリ
ングにおいて、計測演算対象の分割素数ｎマイナス１の
データ数に対して順次最新のサンプリング値を採用し、
最も古いサンプリング値を廃却してサンプリングデータ
の計測演算を行うようにしたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示すブ
ロック図である。図において、１乃至５は上記従来装置
での説明と同様のものである。

【００２２】次に、上記構成の交流計測装置の動作につ
いて説明する。第１から第４までの入力信号は、電流／
電圧変換回路１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにおいて電圧信号
に変換された後、Ａ／Ｄ変換回路２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄによってディジタル信号（量）に変換され、マルチプ
レクサ３によって一定の周期でサンプリングされ、マイ
クロコンピュータ４に入力される。マイクロコンピュー
タ４は、サンプリングされた入力信号を記憶し、各回路
毎に入力信号の演算例えば実効値演算等を行い、計測情
報として出力する。マルチプレクサ３のサンプリング
は、マイクロコンピュータ４によって決定された周期に
従って行われる。

【００２３】入力信号である商用電源の周波数は５０Ｈ
ｚまたは６０Ｈｚに限定されているので、サンプリング
周期は次の通り決定される。５０Ｈｚの信号と６０Ｈｚ
の信号が共通して整数倍の周期となる時間を求めると、
１００ｍ秒、２００ｍ秒、３００ｍ秒、・・・となる。
このうち最も小さい値である１００ｍ秒を１つの単位と
して考えることができる。１００ｍ秒を整数で分割した
時間でサンプリングすれば、入力信号が５０Ｈｚの場合
も６０Ｈｚの場合も一定周期（５０Ｈｚの場合は５周
期、６０Ｈｚの場合は６周期）内のサンプル数が変わら
ない。従って、５０ＨＺを入力信号とした場合と６０Ｈ
ｚを入力信号とした場合でマイクロコンピュータ４の演
算結果に差異が出ることはない。従って、入力信号が５
０Ｈｚなのか６０ＨＺなのかを判別する必要なくサンプ
リングができる。

【００２４】次に、１００ｍ秒を何分割するかについて
説明する。図２に示すとおり、入力信号が５０Ｈｚの場
合、１００ｍ秒では入力信号が５周期存在するから、１
００ｍ秒を５等分した時間でサンプリングを行うと、常
に１周期の同一位置のサンプリングを行うのと同等とな
り、１周期を１点だけサンプリングしたことにしかなら
ない。また、１００ｍ秒を６等分した時間でサンプリン
グを行うと、１周期の６つのポイントをサンプリングし
たのと同等になり、見かけ上のサンプリング周波数は５
倍となる。１００ｍ秒を７等分した時間でサンプリング
を行うと、１周期の７つのポイントをサンプリングした
のと同等になり、見かけ上のサンプリング周波数は５倍
となる。同様に８等分、９等分、１１等分、１２等分、
１３等分、１４等分した場合の見かけ上のサンプリング
周波数は、実際のサンプリング周波数の５倍となる。

【００２５】入力信号の１周期目のゼロクロスポイント
（立ち上がりのゼロクロス）から分割を開始するものと
する。１００ｍ秒５周期分を７等分すると、図２に示す
ように分割される。各分割ポイントが立ち上がりのゼロ
クロス点からどれだけ離れているかを調べる。分割数を
周期の数で除すと、７／５＝１＋２／５になる。分割ポ
イントの長さを１とおくと、１周期は１と２／５の長さ
となる。従って、のポイントは立ち上がりのゼロクロ
ス点から１の長さとなる。のポイントは立ち上がりの
ゼロクロス点から１−２／５＝３／５の長さとなる。２
周期分の長さは７／５×２＝２＋４／５になる。従っ
て、のポイントはゼロクロス点から１−４／５＝１／
５の長さとなる。３周期分の長さは７／５×３＝４＋１
／５になり、のポイントは立ち上がりのゼロクロス点
から１／５の長さとなる。従って、のポイントは立ち
上がりのゼロクロス点から１−１／５＝４／５の長さと
なる。４周期分の長さは７／５×４＝５＋３／５にな
る。従って、のポイントは、立ち上がりのゼロクロス
点から１−３／５＝２／５となる。

【００２６】このように分割数を周期数で除した値を分
数で求め、１倍、２倍、３倍、４倍し、整数部をのぞい
た値を求めると、２／５、４／５、１／５、３／５とな
り、各分割ポイントが立ち上がりのゼロクロス点から異
なった距離にあることがわかる。同様にして分数を求め
ると、８等分の場合は３／５、１／５、４／５、２／５
となり、各分割ポイントが立ち上がりのゼロクロス点か
ら異なった距離にある。

【００２７】入力信号が６０Ｈｚの場合を図３に示す。
１００ｍ秒では入力信号が６周期存在するから、１００
ｍ秒を６等分した時間でサンプリングを行うと、常に１
周期の同一位置のサンプリングを行うのと同等となり、
１周期を１点だけサンプリングしたことにしかならな
い。１００ｍ秒を７等分した時間でサンプリングを行う
と、１周期の７つのポイントをサンプリングしたのと同
等になり、見かけ上のサンプリング周波数は６倍とな
る。１００ｍ秒を８等分した時間でサンプリングを行う
と、１周期の４つのポイントをサンプリングしたのと同
等になり、見かけ上のサンプリング周波数は３倍とな
る。

【００２８】５０Ｈｚの場合と同様に、分割数を周期数
で除した分数を求め、１倍、２倍、３倍、４倍、５倍し
整数部を除いた値を求めると、７等分の場合、１／６、
２／６、３／６、４／６、５／６となり、各分割ポイン
トが立ち上がりのゼロクロス点から異なった距離にある
ことがわかる。８等分の場合、２／６、４／６、０／
６、２／６、４／６となり、各分割ポイントのうち立ち
上がりのゼロクロス点から同じ距離にあるものが存在す
ることがわかる。

【００２９】５０Ｈｚ、６０Ｈｚそれぞれの分割ポイン
トが立ち上がりのゼロクロス点から異なった距離にある
とき、見かけ上のサンプリング周波数は５０Ｈｚの場合
５倍、６０Ｈｚの場合は６倍となる。見かけ上のサンプ
リング周波数が５０Ｈｚ時は５倍でかつ６０Ｈｚ時は６
倍になるような分割を求めると、７、１１、１３、１
５、１７、１９、２３、２７、・・・（素 数）である
ことが判明する。

【００３０】実施の形態２．マイクロコンピュータ４は
素数のうちから適当な値をあらかじめ選定し、例えば素
数に７を選択して、１００ｍ秒を選択素数７で分割す
る。つまり一つの計測サンプリングには７０Ｈｚのサン
プリング周波数で入力信号をサンプリングすればよい。
そこで、複数の被計測がある場合、例えば被計測入力信
号が４回路から入力される場合は、クロック回路５から
のサンプリングクロックは最低７０×４＝２８０Ｈｚに
して、マルチプレクサ３で各１／４のクロック位置を順
次演算対象のデータとすることで、４回路の計測が同時
に可能である。即ち、分割素数ｎの１０倍掛ける被計測
回路数のサンプリング周波数で複数の被計測回路のサン
プリングができる。

【００３１】マイクロコンピユータ４は、入力信号の１
００ｍ秒間を単位に以下の電気量演算を行う。図４に示
すとおり、１００ｍ秒を７等分した場合のｎ＝７におい
て、第１回路の実効値は 第２回路の実効値は 第３回路の実効値は 第４回路の実効値は となる。

【００３２】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３におけるサンプリング値の計測演算を行う状況を説
明する図である。この図では、１００ｍ秒を７分割する
場合を示す。７分割されたサンプリングタイミングの
内、後ろから７個のデータを演算対象とする。この７個
のデータは、被計測商用交流が５０Ｈｚ、６０Ｈｚに関
係なく１サイクルに相当する各部のサンプリングデータ
であり、演算処理することにより最初の１００ｍ秒間
（サンプリングタイミング〜）の計測値Ｄ１が得ら
れる。次のサンプリングにおいては、サンプリングタイ
ミング〜の７個のデータを演算対象にして計測値Ｄ
２を得る。このように、最も古いサンプリングタイミン
グのデータを捨てて、最新のサンプリングタイミングの
データを演算処理の対象に採用することで、被計測商用
交流の被計測値の変動に早く追従できる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、５０
Ｈｚまたは６０Ｈｚの入力信号を１００ｍ秒の単位で素
数に分割したサンプリングを行うので、５０Ｈｚと６０
ＨＺの判別を行う回路が不要となり、簡単な回路構成で
製品を構築できる。しかもサンプリング周波数を低く
（従来方式の１／５）することができるため、マイクロ
コンピュータのデータ読み込みに要する時間が短縮で
き、マイクロコンピュータが入力できる入力信号数を増
やすことができる効果がある。マイクロコンピュータの
入力回路数を増やさなくてよい場合はマイクロコンピュ
ータの処理速度を遅くできるため、安価な低速マイクロ
コンピュータとし、安価な計測装置にできる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る交流計測装置
を示すブロック回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の動作を説明する波
形図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の動作を説明する波
形図である。

【図４】 この発明の実施の形態２の動作を説明する波
形図である。

【図５】 この発明の実施の形態３の動作を説明する波
形図である。

【図６】 従来の交流計測装置を示すブロック回路図で
ある。

【図７】 従来の交流計測装置の動作を説明する波形図
である。

【符号の説明】

１ 電流／電圧変換装置、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 電
流／電圧変換回路、２ Ａ／Ｄ変換装置、２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄ Ａ／Ｄ変換回路、３ マルチプレクサ、４
マイクロコンピュータ、５ クロック回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電気量を、所定の時間を単位と
   してサンプリングデータの計測演算を行い、かつサンプ
   リングは上記所定の時間を７以上の素数ｎで分割した周
   期で行うことにより、交流電気量の実効値等を計測情報
   として出力するようにしたことを特徴とする交流計測方
   法。
2. 【請求項２】 サンプリングデータの計測演算をする所
   定の時間は１００ｍ秒を単位とすることを特徴とする請
   求項１記載の交流計測方法。
3. 【請求項３】 計測される商用交流電気量が複数の場
   合、サンプリングクロック周波数を１０×ｎ×被計測数
   にして各被計測交流電気量の計測演算対象のサンプリン
   グデータを１／被計測数毎に取り出すようにしたことを
   特徴とする請求項１または請求項２記載の交流計測方
   法。
4. 【請求項４】 サンプリングにおいて、計測演算対象の
   分割素数ｎマイナス１のデータ数に対して順次最新のサ
   ンプリング値を採用し、最も古いサンプリング値を廃却
   してサンプリングデータの計測演算を行うようにしたこ
   とを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載
   の交流計測方法。
5. 【請求項５】 商用交流電気量を電圧信号に変換する電
   圧変換装置、この電圧変換装置で変換された電圧信号を
   ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、このＡ／Ｄ
   変換装置の出力をサンプリングするマルチプレクサ、及
   びこのマルチプレクサの出力を演算処理し交流電気量の
   実効値等を計測情報として出力するとともに、上記マル
   チプレクサのサンプリング周期を決定するマイクロコン
   ピュータを備え、上記マイクロコンピュータは、１００
   ｍ秒単位でサンプリングデータの計測演算を行うととも
   に、上記マルチプレクサにおけるサンプリングを、１０
   ０ｍ秒を７以上の素数ｎで分割した周期で行うようにし
   たことを特徴とする交流計測装置。
6. 【請求項６】 電圧変換装置及びＡ／Ｄ変換装置は、被
   計測交流電気量が複数の場合、それぞれの入力信号に対
   応する複数の電圧変換回路と複数のＡ／Ｄ変換回路を備
   え、マイクロコンピュータにおけるサンプリングクロッ
   ク周波数を１０×ｎ×被計測数にし、マルチプレクサで
   １／被計測数のクロック位置を順次演算対象のデータと
   することを特徴とする請求項５記載の交流計測装置。
7. 【請求項７】 マイクロコンピュータは、サンプリング
   において、計測演算対象の分割素数ｎマイナス１のデー
   タ数に対して順次最新のサンプリング値を採用し、最も
   古いサンプリング値を廃却してサンプリングデータの計
   測演算を行うようにしたことを特徴とする請求項５また
   は請求項６記載の交流計測装置。