專利名稱：電子式瓦時表及其誤差調(diào)整方法和功率運(yùn)算電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對電流和電壓進(jìn)行A/D變換以測量瓦時的電子式瓦時表及其誤差調(diào)整方法和根據(jù)變換成數(shù)字值的電流和電壓運(yùn)算功率的功率運(yùn)算電路。
背景技術(shù)：
圖22是示出專利公開平11-64402號公報所揭示的已有電子式瓦時表的組成圖，主要用于說明與主表的輸出作相對比較的主表法所進(jìn)行的誤差調(diào)整。
圖22中，1是電子式瓦時表，21是變流器，22是變壓器，23是對輸入電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流A/D變換器，24是對輸入電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓A/D變換器，25是調(diào)整起動開關(guān)，31是將均衡調(diào)整寄存器42的調(diào)整值與電壓A/D變換器24的A/D變換值相乘的均衡調(diào)整乘法器，32是將與電流A/D變換器23的各相電流成正比的輸出和與電壓A/D變換器24的各相電壓成正比的電壓分別相乘的功率乘法器，33是減法器，34是數(shù)字低通濾波器，35是對輕負(fù)載調(diào)整寄存器的調(diào)整值進(jìn)行相加的輕負(fù)載調(diào)整加法器，36是累加器，37是寄存器，38是振幅比較器，39是對振幅比較器38的輸出脈沖進(jìn)行相加的計(jì)數(shù)器，40是顯示作為計(jì)數(shù)器39的累加結(jié)果的瓦時的顯示器。
41是存儲相位調(diào)整值的相位調(diào)整檢測器(移位寄存器)，42是存儲均衡調(diào)整值的均衡調(diào)整檢測器，43是存儲輕負(fù)載校正值的輕負(fù)載調(diào)整檢測器4是存儲額定基準(zhǔn)值的額定基準(zhǔn)值檢測器。
45是運(yùn)算調(diào)整值的CPU，46是構(gòu)成包含CPU45的運(yùn)算控制部，47是控制測試電源裝置56用的通信接口(I/F)，48是EPROM，51是電源切換裝置，52是控制CPU，53是定時器，54是ROM，55是通信接口，56是由電源切換裝置51、控制CPU52、定時器53、ROM54、通信接口55和用于調(diào)整的虛負(fù)載測試電源60構(gòu)成的測試電源裝置。
用下面的方法進(jìn)行已有電子式瓦時表的調(diào)整。
(1)首先，對相位調(diào)整寄存器41、均衡調(diào)整寄存器42、輕負(fù)載調(diào)整寄存器43、額定基準(zhǔn)值寄存器44設(shè)定EPROM48中預(yù)先存儲的各調(diào)整初始值。
(2)其次，進(jìn)行額定負(fù)載調(diào)整的粗調(diào)。
CPU 45通過通信接口56控制測試電源裝置56。對全部相位施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率。將這時的計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值WO與(1)中在額定基準(zhǔn)值寄存器44設(shè)定的額定常數(shù)脈沖數(shù)值(WK)(設(shè)定值)對比，判斷對比值D＝WO/WK是否在以1.0為中心的規(guī)定范圍內(nèi)。由于是粗調(diào)，規(guī)定范圍的值大于后文說明的全調(diào)整時的規(guī)定范圍。對比值D在規(guī)定范圍外時，重復(fù)改變額定基準(zhǔn)值寄存器44的設(shè)定值WK，直到對比值D成為在規(guī)定范圍內(nèi)。把這稱為額定負(fù)載的粗調(diào)。
(3)接著，進(jìn)行均衡調(diào)整。
下面，把三相中的一相分別稱為A相、B相、C相。
首先，進(jìn)行B相的均衡調(diào)整。CPU45通過通信接口47控制測試電源裝置56，僅對A相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，測量一定時間的功率，并存儲一定時間內(nèi)的計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值WA。其次，僅對B相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，測量一定時間的功率，并同樣存儲計(jì)數(shù)值WB。對比WA、WB，判斷對比值E＝WB/WA是否在以1.0為中心的規(guī)定范圍內(nèi)。對比值E在規(guī)定范圍外時，往成為1.0的方向重復(fù)改變均衡調(diào)整寄存器42中設(shè)定的B相均衡調(diào)整值，直到成為規(guī)定范圍內(nèi)。
接著，進(jìn)行C相的均衡調(diào)整，僅對C相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，測量一定時間的功率，并同樣存儲計(jì)數(shù)值WC。其后，用與B相均衡調(diào)整相同的方法進(jìn)行C相的均衡調(diào)整。
(4)接著，進(jìn)行全調(diào)整。
CPU45通過通信接口47控制測試電源裝置56，對全部的相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，測量一定時間的功率測量，并存儲一定時間內(nèi)的計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值WO。對比計(jì)數(shù)值和(1)中設(shè)定的額定常數(shù)脈沖數(shù)值WK(設(shè)定值)，并判斷對比值F＝WO/WK是否在以1.0為中心的規(guī)定范圍內(nèi)。對比值F在規(guī)定范圍外時，進(jìn)行額定負(fù)載的粗調(diào)重復(fù)改變額定基準(zhǔn)值寄存器44的設(shè)定值WK，直到對比值F成為規(guī)定范圍內(nèi)。
(5)接著，進(jìn)行相位調(diào)整。
首先，進(jìn)行A相的相位調(diào)整。CPU45通過通信接口47控制測試電源裝置56，僅對A相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，測量一定時間的功率，并存儲一定時間內(nèi)的計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值WA。然后，進(jìn)行與(1)中設(shè)定的功率因數(shù)常數(shù)脈沖值WPK的對比，判斷對比值G＝WPK/WA是否在以1.0為中心的規(guī)定范圍內(nèi)。對比值G在規(guī)定范圍外時，往成為1.0的方向重復(fù)改變相位調(diào)整寄存器41的A相的相位調(diào)整值，直到成為規(guī)定范圍內(nèi)，并設(shè)定這時的移位級數(shù)。
其次，進(jìn)行B相的相位調(diào)整。僅對B相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)0.5的功率，測量一定時間的功率，并同樣存儲計(jì)數(shù)值WB。其后，用與A相相位調(diào)整相同的方法進(jìn)行B相的相位調(diào)整。
接著，進(jìn)行C相的相位調(diào)整。僅對C相施加額定電壓、額定電流、功率因數(shù)0.5的功率，測量一定時間的功率，并同樣存儲計(jì)數(shù)值WC。其后，用與A相相位調(diào)整相同的方法進(jìn)行C相的相位調(diào)整。
以上那樣的電子式瓦時表中，由于變流器21和變壓器22等的相位和振幅特性的差異，與電源線的電壓和電流產(chǎn)生相位和振幅誤差?？繙?zhǔn)確無誤差地測量瓦時用的專用定制芯片調(diào)整振幅和相位，不能使用通用的外裝A/D變換器，通用性差。
又，通過使電壓A/D變換器24的數(shù)據(jù)輸入定時延遲，即利用相位調(diào)整寄存器41的移位級數(shù)，進(jìn)行相位調(diào)整，因而使用輸出對輸入的相位偏移大的變壓器21和變流器22時，相位調(diào)整寄存器41的移位級數(shù)需要多級，即移位寄存器需要許多。移位寄存器由硬件構(gòu)成，因而芯片面積增大級數(shù)的份額，電路變大，而且耗電增加，同時隨著定時延遲時間變長，除相位以外，頻率和振幅對原值的誤差也變大。存在問題。
又，由于利用移位級數(shù)調(diào)整相位偏移，需要使用相位偏移納入該移位級數(shù)范圍內(nèi)的變流器21和變壓器22，需要單體相位偏移差小的高精度變流器21和變壓器22。
又，由于移位級數(shù)支配相位調(diào)整分辨率，需要移位級數(shù)多或內(nèi)置取樣頻率高的A/D變換器的定制芯片。
電子式瓦時表的誤差調(diào)整中，首先對全部的相輸入額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，進(jìn)行全調(diào)整的粗調(diào)，其次在均衡調(diào)整中，分別對每相輸入額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，各相依次進(jìn)行均衡調(diào)整，接著對全部的相輸入額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，進(jìn)行全調(diào)整，最后在相位調(diào)整中，輸入額定電壓、額定電流、功率因數(shù)0.5的功率，同樣需要各相依次調(diào)整，因而調(diào)整花費(fèi)時間。而且，想要特別更改所調(diào)整電子式瓦時表1的儀表常數(shù)時，由于振幅比較器38的門限值的初始值一定，還需要初始進(jìn)行的粗調(diào)時間。
已有例中，添加無功瓦時的測量功能時，需要又輸入額定電壓、額定電流、功率因數(shù)0.0的功率，進(jìn)行誤差調(diào)整。
又，上述的調(diào)整方法中，均衡調(diào)整、相位調(diào)整為了作為輸出的瓦時準(zhǔn)確，不管不均衡的主要原因是電壓電路、電流電路中的哪一個，都以模擬方式對各相的電壓變換電路的輸出乘系數(shù)，以調(diào)整均衡；不管相位偏移的主要原因是電源電路、電流電路中的哪一個，都以模擬方式選擇各相電壓變換電路的變換定時，從而調(diào)整相位。因此，不能使電子式瓦時表具有準(zhǔn)確測量各相的電壓和電流的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而誤差的，其目的為提供功率或瓦時測量精度高而且能廣泛應(yīng)對變流器和變壓器的相位和振幅偏移的電子式瓦時表和功率運(yùn)算電路。
又一目的為提供誤差調(diào)整時間短的電子式瓦時表及其誤差調(diào)整方法。
本發(fā)明的電子式瓦時表，具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、對所述電壓變換電路的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的第1電壓相位變換部、對所述電壓變換電路的輸出僅進(jìn)行第2角度相位變換的第2電壓相位變換部、對所述電流變換電路的輸出僅進(jìn)行所述第1角度相位變換的電流相位變換部、將所述第1電壓相位變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將所述第2電壓相位變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出包含無功功率分量的無功含有功率的無功含有功率運(yùn)算部、根據(jù)所述變壓器和所述變流器初級端的電壓對電流相位差與A/D變換后的電壓對電流相位差的相位偏移、所述有功功率和所述無功含有功率校正所述有功功率的相位并同時校正所述變壓器和所述變流器初級端電流和電壓與A/D變換后的電流和電壓的振幅偏移的振幅相位校正部、將該振幅相位校正部的輸出相乘以測量瓦時的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器。因此，瓦時的測量精度高，能廣泛應(yīng)對電壓變換器和電流變換器的相位和振幅偏移。
又，振幅相位校正部根據(jù)振幅偏移、相位偏移、有功功率運(yùn)算部輸出的有功功率和無功含有功率運(yùn)算部輸出的無功含有功率，校正有功功率的振幅和相位，因而運(yùn)算效率高。
又，振幅相位校正部在變壓器和變流器中從調(diào)整用電源輸入已知振幅和相位的電壓和已知振幅和相位的電流時，根據(jù)所述調(diào)整用電源的輸入求有功功率運(yùn)算部和無功含有功率運(yùn)算部所求的調(diào)整用的有功功率和無功含有功率，并且根據(jù)這些調(diào)整用的有功功率和無功含有功率、以及利用所述已知電壓、已知電流和第2角度求得的理論上的有功功率和無功含有功率，求相位偏移和振幅偏移的校正系數(shù)。因此，對變壓器和變流器的輸出進(jìn)行A/D變換的A/D變換器能用復(fù)用器型的，而且即使已知振幅和相位的電壓和已知振幅和相位的電流僅有一種，也能獲得相位偏移和振幅偏移的校正系數(shù)。
又，振幅相位校正部具有以下各部基準(zhǔn)電流存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電流相同的調(diào)整用電流時，存儲一個電流變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電流變換電路輸出的輸出值除其它電流變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；基準(zhǔn)電壓存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電壓相同的調(diào)整用電壓時，存儲一個電壓變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電壓變換電路輸出的輸出值除其它電壓變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；均衡調(diào)整部，在測量瓦時時，將所述其它電流變換電路的輸出與所述基準(zhǔn)電流存儲部存儲的系數(shù)相乘，將所述其它電壓變換電路的輸出與所述基準(zhǔn)電壓存儲部存儲的系數(shù)相乘，使各相輸出均衡。因此，能高速調(diào)整均衡，減小測量時振幅相位校正部的運(yùn)算負(fù)荷。
又，具有以下各部存儲由調(diào)整用電源輸入的調(diào)整用電流的調(diào)整用電流存儲部；基準(zhǔn)電流存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電流相同的調(diào)整用電流時，存儲一個電流變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電流變換電路輸出的輸出值除其它電流變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；電流測量部，在測量瓦時時，根據(jù)所述各相電流變換電路輸出的輸出值、所述調(diào)整用電流存儲部中存儲的調(diào)整用電流、所述基準(zhǔn)電流存儲部存儲的一個電流變換電路的輸出值、以及所述各相的系數(shù)，求所述各相的電流。因此，能準(zhǔn)確測量電流。
又，利用電流測量部下行方的電流進(jìn)行系數(shù)存儲后的微調(diào)整，因而微調(diào)整(下文簡稱微調(diào))后能準(zhǔn)確測量電流。
又，具有以下各部存儲由調(diào)整用電源輸入的調(diào)整用電壓的調(diào)整用電壓存儲部；基準(zhǔn)電壓存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電壓相同的調(diào)整用電壓時，存儲一個電壓變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電壓變換電路輸出的輸出值除其它電壓變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；電壓測量部，在測量瓦時時，根據(jù)所述各相電壓變換電路輸出的輸出值、所述調(diào)整用電壓存儲部中存儲的調(diào)整用電壓、所述基準(zhǔn)電壓存儲部存儲的一個電壓變換電路的輸出值、以及所述各相的系數(shù)，求所述各相的電壓。因此，能準(zhǔn)確測量電壓。
又，瓦時測量部對振幅相位校正部的輸出進(jìn)行時間積分，運(yùn)算瓦時，每當(dāng)該瓦時達(dá)到門限值，輸出脈沖，并且具有存儲額定電流、額定電壓、相線制式、規(guī)定對所測量的瓦時輸出的脈沖數(shù)的儀表常數(shù)和A/D變換的取樣頻率的額定存儲部、以及全調(diào)整值運(yùn)算部，該運(yùn)算部根據(jù)從所述額定存儲部輸入的額定電流、額定電壓、相線制式和儀表常數(shù)，求輸入額定功率時瓦時測量部產(chǎn)生的脈沖的理論周期，而且檢測出輸入額定功率時來自振幅相位校正部的每一取樣的輸出位數(shù)，將此位數(shù)與從所述額定存儲部輸入的取樣頻率和所述理論周期相乘所得的值設(shè)定為門限值。因此，能準(zhǔn)確測量電壓。
又，調(diào)整用電源輸出額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率，因而相位偏移和振幅偏移的調(diào)整效率高。
又，第1角度與第2角度的差為90度，而且無功含有功率是無功功率，因而運(yùn)算效率高。
又，具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、對所述電壓變換電路的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的電壓相位變換部、對所述電流變換電路的輸出僅進(jìn)行所述第1角度相位變換的第1電流相位變換部、對所述電流變換電路的輸出僅進(jìn)行第2角度相位變換的第2電流相位變換部、將所述電壓相位變換部和所述第1電流相位變換部的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將所述電壓相位變換部和所述第2電流相位變換部的輸出相乘以求出包含無功功率分量的無功含有功率的無功含有功率運(yùn)算部、根據(jù)所述變壓器和所述變流器初級端的電壓對電流相位差與A/D變換后的電壓對電流相位差的相位偏移、所述有功功率和所述無功含有功率校正所述有功功率的相位并同時校正所述變壓器和所述變流器初級端電流和電壓與A/D變換后的電流和電壓的振幅偏移的振幅相位校正部、將該振幅相位校正部的輸出相乘以測量瓦時的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器。因此，瓦時測量精度高，而且能廣泛應(yīng)對電壓變換器和電流變換器的相位和振幅偏移。
本發(fā)明的電子式瓦時表誤差調(diào)整方法，該電子式瓦時表具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、將電壓變換電路和電流變換電路的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將使所述電壓變換電路的輸出延遲90度的輸出與所述電流變換電路的輸出相乘以求出無功功率的無功功率運(yùn)算部、將所述有功功率運(yùn)算部的輸出相乘所得的值超過門限值時輸出脈沖的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器，該誤差調(diào)整方法包含以下各步驟額定功率輸入步驟，電子式瓦時表上連接調(diào)整用電源，從該調(diào)整用電源對全部的相輸入額定功率且功率因數(shù)為1.0；均衡調(diào)整步驟，求出所述一個電壓變換電路輸出的電壓與其它電壓變換電路輸出的電壓之比，并利用該比的倒數(shù)作為測量時使各相電壓均衡的系數(shù)加以存儲，又求出所述一個電流變換電路輸出的電流與其它電流變換電路輸出的電流之比，并利用該比的倒數(shù)作為測量時使各相電流均衡的系數(shù)加以存儲；相位調(diào)整變換步驟，根據(jù)從所述有功功率運(yùn)算部和所述無功功率運(yùn)算部獲得的有功功率和無功功率、所述調(diào)整用電源輸出的有功功率和無功功率，求出所述變壓器和所述變流器初級端的電壓對電流相位差與A/D變換后的電壓對電流相位差的相位偏移并加以存儲；輸入步驟，輸入額定電流、額定電壓、相線制式、規(guī)定所述瓦時測量部對所測量瓦時輸出的脈沖數(shù)的儀表常數(shù)和A/D變換的取樣頻率；全調(diào)整值運(yùn)算步驟，對所述瓦時運(yùn)算部設(shè)定門限值。因此，誤差調(diào)整時間短。
又，本發(fā)明的電子式瓦時表誤差調(diào)整方法，該電子式瓦時表為多相電子式瓦時表，具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、將電壓變換電路和電流變換電路的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將使所述電壓變換電路的輸出延遲90度的輸出與所述電流變換電路的輸出相乘以求出無功功率的無功功率運(yùn)算部、將所述有功功率運(yùn)算部的輸出相乘所得的值超過門限值時輸出脈沖的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器，該誤差調(diào)整方法包含以下各步驟額定功率輸入步驟，電子式瓦時表上連接調(diào)整用電源，使各相間單相2線連接，從該調(diào)整用電源輸入額定功率且為規(guī)定的功率因數(shù)；振幅相位調(diào)整步驟，根據(jù)所述功率運(yùn)算部和所述無功功率運(yùn)算部的輸出，求出利用旋轉(zhuǎn)矩陣的運(yùn)算調(diào)整得所述一個相的功率和無功功率與其它相的功率和無功功率一致的系數(shù)；額定負(fù)載調(diào)整步驟，所述電子式瓦時表的瓦時脈沖輸出為基準(zhǔn)，使來自各相單相2線連接地連接所述調(diào)整用電源的、準(zhǔn)確調(diào)整瓦時的脈沖輸出的主表的瓦時輸出與來自該電子式瓦時表的瓦時脈沖輸出一致；相位微調(diào)步驟，在所述振幅相位調(diào)整步驟和所述額定負(fù)載調(diào)整步驟的調(diào)整后，根據(jù)來自所述調(diào)整用電源的輸入，對所述電子式瓦時表的相位進(jìn)行微調(diào)。因此，能與單相2線式儀表相同地調(diào)整誤差，容易調(diào)整。
又，本發(fā)明的電子式瓦時表誤差調(diào)整方法，該電子式瓦時表為多相電子式瓦時表，具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、將電壓變換電路和電流變換電路的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將使所述電壓變換電路的輸出延遲90度的輸出與所述電流變換電路的輸出相乘以求出無功功率的無功功率運(yùn)算部、將所述有功功率運(yùn)算部的輸出相乘所得的值超過門限值時輸出脈沖的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器；主表也具有與所述電子式瓦時表同等的所述電壓變換部、電流變換部、有功功率運(yùn)算部、無功功率運(yùn)算部和瓦時測量部，并預(yù)先受到高精度調(diào)整；施加規(guī)定功率時，由所述電子式瓦時表的功率運(yùn)算部和無功功率運(yùn)算部輸入功率和無功功率，另一方面，從所述主表的功率運(yùn)算部和無功功率運(yùn)算部輸入這時的功率和無功功率，并調(diào)整電子式瓦時表的振幅相位系數(shù)，使所述電子式瓦時表的功率和無功功率與所述主表的功率和無功功率一致。因此，能高精度且高速地調(diào)整。
本發(fā)明的功率運(yùn)算電路，具有輸入數(shù)字變換后的電壓的電壓輸入部、輸入數(shù)字變換后的電流的電流輸入部、對所述電壓輸入部的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的第1電壓相位變換部、對所述電壓輸入部的輸出僅進(jìn)行第2角度相位變換的第2電壓相位變換部、對所述電流輸入部的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的電流相位變換部、將所述第1電壓變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將所述第2電壓變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出包含無功功率分量的無功含有功率的無功含有功率運(yùn)算部、以及根據(jù)對所述電流的所述電壓的理論值與運(yùn)算值的相位偏移、所述有功功率和所述無功含有功率校正所述有功功率的相位校正部。因此，功率測量精度高，而且能廣泛應(yīng)對電壓變換器和電流變換器的相位和振幅偏移。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1的電子式瓦時表的組成圖。
圖2是示出圖1的振幅相位校正器的組成圖。
圖3是示出圖1的振幅相位校正器的變換例的圖。
圖4是示出圖1的振幅相位校正器的變換例的圖。
圖5是說明圖1的振幅相位校正器的概念的圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施方式2的電子式瓦時表的組成圖。
圖7是說明圖6的自校正器的運(yùn)作的流程圖。
圖8是說明圖6的振幅相位校正的概念的圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施方式3的電子式瓦時表的組成圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施方式4的三相4線式的電子式瓦時表的組成圖。
圖11是示出圖10的電子式瓦時表的調(diào)整流程的圖。
圖12是示出圖10的電子式瓦時表的均衡調(diào)整流程的圖。
圖13是示出圖10的電子式瓦時表的相位調(diào)整流程的圖。
圖14是示出圖10的電子式瓦時表的全調(diào)整流程的圖。
圖15是表示圖10的電子式瓦時表在相位調(diào)整中的有功功率與無功功率的關(guān)系的矢量圖。
圖16是表示圖10的電子式瓦時表在瓦時測量中的有功功率與無功功率的關(guān)系的矢量圖。
圖17是表示圖10的電子式瓦時表的門限值與瓦時脈沖的關(guān)系的圖。
圖18是說明圖10的電子式瓦時表的電流測量的流程圖。
圖19是本發(fā)明實(shí)施方式5的電子式瓦時表的組成圖。
圖20是本發(fā)明實(shí)施方式6的電子式瓦時表的組成圖。
圖21是說明本發(fā)明實(shí)施方式7的電子式瓦時表的調(diào)整的圖。
圖22是示出已有電子式瓦時表的組成圖。
附圖中，100是電子式瓦時表，102是功率運(yùn)算電路，110是A/D變換器，112是A/D變換器，120是希耳伯特變換器(同相A)，122是希耳伯特變換器(正交)，124是希耳伯特變換器(同相B)，126是乘法器，128是乘法器，130是振幅相位校正器，132是外部校正部，134是功率測量儀，136是瓦時脈沖輸出器，138是瓦時顯示器，140是二元振幅相位校正器，150是自校正器，152是原值存儲部，170是有效值運(yùn)算器，174是通信緩存器，180是有效值運(yùn)算器，184是通信緩存器，191是通信緩存器，195是通信緩存器，200是電子式瓦時表，221是變流器，222是變壓器，223是電流變換電路，224是電壓變換電路，225是有效值電流運(yùn)算部，226是有效值電壓運(yùn)算部，231是電流均衡調(diào)整運(yùn)算部，232是電壓均衡調(diào)整運(yùn)算部，234是均衡調(diào)整值運(yùn)算部，241是有功功率乘法器，242是希耳伯特變換器，243是無功功率乘法器，244是相位調(diào)整值運(yùn)算部，245是數(shù)字低通濾波器，246是數(shù)字低通濾波器，247是加法器，248是加法器，251是有功瓦時/頻率變換器，252是無功瓦時/頻率變換器，253是全調(diào)整值運(yùn)算部，254是振蕩電路，255是運(yùn)算控制部，261是計(jì)數(shù)器，271是顯示器，272是調(diào)整開關(guān)，273是EEPROM，281是虛負(fù)載電源，290是V、I測量部，310是均衡微調(diào)部，312是電流均衡微調(diào)部，314是電壓均衡微調(diào)部，381是虛負(fù)載電源，382是通信接口，384是PC，386是主表，388是基準(zhǔn)多量程測量儀表。
最佳實(shí)施方式實(shí)施方式1下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式1。圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1的電子式瓦時表的組成圖。圖2是示出圖1的振幅相位校正器的組成圖。圖3、圖4示出圖1的振幅相位校正器的變換例。圖5說明圖1的振幅相位校正器的概念，橫軸為有功功率軸，縱軸為無功功率軸，順時針方向是電流相對于電壓超前的方向。
圖1中，100是電子式瓦時表，102是功率運(yùn)算電路，110是對來自未示出的變壓器的電壓V進(jìn)行A/D變換的A/D變換器(電壓變換電路)，112是對來自未示出的變流器的電流I進(jìn)行A/D變換的A/D變換器(電流變換電路)，A/D變換器110、112可用沒有移位寄存器的相位調(diào)整功能的通用變換器。
120是按照同相(第1角度)對電壓進(jìn)行希耳伯特變換的希耳伯特變換器(同相A)(第1電壓相位變換部)，122是按照與同相正交對電壓進(jìn)行希耳伯特變換的希耳伯特變換器(正交)(第2電壓相位變換部)，124是按照同相對電流進(jìn)行希耳伯特變換的希耳伯特變換器(同相B)(電流相位變換部)。這里，希耳伯特變換，作為使相位遲后90度的變換，已眾所周知，關(guān)于這些數(shù)字全通濾波器，《數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)》(式部干著，東海大學(xué)出版社發(fā)行)等中有記載。
126是將希耳伯特變換器(同相A)120和希耳伯特變換器(同相B)124的輸出相乘并輸出校正前有功功率x的乘法器(有功功率運(yùn)算部)，128是將希耳伯特變換器(正交)122和希耳伯特變換器(同相B)124的輸出相乘并輸出校正前無功功率y的乘法器(無功功率運(yùn)算部)。
130是校正有功功率x和無功功率y的振幅相位校正器，后文詳述。
132是從外部輸入校正成無相位偏移的相位系數(shù)(也稱為外部相位校正值)φ和校正成無振幅偏移的振幅系數(shù)(也稱為振幅外部校正值)A的外部校正部，實(shí)施方式1中預(yù)先知道相位系數(shù)φ和振幅系數(shù)A。這里，相位偏移因變壓器和變流器(未示出)等的相位和振幅特性而產(chǎn)生，是變壓器和變流器的初級電壓和電流相位差θ與變壓器和變流器的次級電壓和電流相位差(θ+φ)的相位偏移。振幅系數(shù)是變壓器和變流器的次級振幅對變壓器和變流器的初級電壓和電流的比率(振幅偏移)的倒數(shù)。實(shí)施方式1中，已知相位往電流對電壓遲后φ的方向偏移，振幅為1/A倍。
134是將校正后有功功率x’與校正后無功功率y’相乘以求出瓦時的功率測量儀，136是對從功率測量儀134輸入的有功瓦時和無功瓦時輸出數(shù)量隨其大小變化的脈沖的瓦時脈沖輸出部，138是顯示從功率測量儀134輸入的有功瓦時和/或無功瓦時的瓦時顯示部(瓦時顯示器)。
圖2中，140是利用從外部校正部132輸入的相位外部校正值φ和振幅外部校正值A(chǔ)對校正前有功功率x和校正前無功功率y進(jìn)行校正并輸出校正后有功功率x’和校正后無功功率y’的2維振幅相位校正器。
接著，說明進(jìn)行瓦時測量時的振幅和相位的校正運(yùn)作。
參考圖5，在利用從外部校正部132輸入的相位外部校正值φ和振幅外部校正值A(chǔ)校正相位偏移中，只要將校正前有功功率x和校正前無功功率y順時針方向旋轉(zhuǎn)φ并且使振幅為A倍即可。也就是說，2維振幅相位校正器140(圖2)從乘法器126和乘法器128輸入校正前有功功率x和校正前無功功率y時，用預(yù)先從外部校正器132輸入的相位外部校正值φ和振幅外部校正值A(chǔ)，由式1可得校正后有功功率x’和校正后無功功率y’。
x,y,=Acos(-φ)-sin(-φ)sin(-φ)cos(-φ)xy]]>=AcosφAsinφ-AsinφAcosφxy]]>(式1)=Acosφ·x+Asinφ·y-Asinφ·x+Acosφ·y]]>如圖3或圖4所示，可按照在2維振幅相位校正器140的前級或后級設(shè)置低通濾波器142、144、146、148的方式構(gòu)成圖2所示的振幅相位校正器130。由于設(shè)置低通濾波器142、144、146、148，能濾除高頻分量，而且利用相當(dāng)于電子式瓦時表100的功率測量儀132在電源1周期內(nèi)輸出的瓦時的脈沖，計(jì)算測量誤差，從而能抑制抖動產(chǎn)生的誤差。
因?yàn)橐陨夏菢咏M成，相位外部校正值φ精度無限，瓦時的測量精度高。
不是通過利用移位寄存器使時間移位，對相位偏移進(jìn)行校正，而是如式1和圖5所示，利用二元變換對運(yùn)算有功功率(校正前有功功率x)和無功功率(校正前無功功率y)的乘法器126、128的輸出進(jìn)行校正，因而A/D變換器110、112可用通用品，并且不存在隨著擴(kuò)大精度和相位的調(diào)整(校正)范圍，寄存器級數(shù)增多、芯片(電路板)占用面積加大的問題，不僅不需要對相位偏移進(jìn)行移位寄存器級數(shù)設(shè)定和調(diào)整，而且能應(yīng)對相位和/或振幅偏移及其偏差大的變流器和變壓器，又與使用移位寄存器的時間移位時隨著相位變大、誤差變大、其校正時間變長的情況相反，即使采用相位和/或振幅偏移大的變流器和變壓器，瓦時的測量精度也比使用移位寄存器的時間移位時高，能短時間完成其校正。
還由于利用希耳伯特變換器(同相A)120、希耳伯特變換器(正交)122、希耳伯特變換器(同相B)124作第1角度與第2角度的差為90度的希耳伯特變換，運(yùn)算速度快，而且能同時獲得有功功率和無功功率。
上述校正中，分別提供相位外部校正值φ和振幅外部校正值A(chǔ)，但將A cosφ和A sinφ作為外部校正值提供，則能同時校正振幅和相位，運(yùn)算效率高。
說明了利用希耳伯特變換器(正交)122對電壓進(jìn)行90度相位變換的例子，但也可對電流進(jìn)行90度相位變換。
實(shí)施方式2下面，說明實(shí)施方式2。圖6是本發(fā)明實(shí)施方式2的電子式瓦時表的組成圖。圖7是說明圖6的自校正器的運(yùn)作的流程圖。圖8是說明圖6的振幅相位校正器的概念的圖，橫軸為有功功率，縱軸為無功功率，順時針方向是電流對電壓超前的方向。
圖6中，150是保持相位系數(shù)和振幅系數(shù)等參數(shù)的自校正器，152是原值存儲部，存儲由調(diào)整用的虛負(fù)載電源(調(diào)整用電源)(未示出)注入到變壓器和變流器(未示出)的初級的已知振幅相位的電壓V、電流I。其它造成部分與實(shí)施方式1相同，因而省略其說明。
接著，說明運(yùn)作。
由調(diào)整用的虛負(fù)載電源(調(diào)整用電源)(未示出)注入到變壓器和變流器(未示出)的初級的已知振幅相位的電壓V、電流I。從該電壓V、電流I獲得的作為乘法器126、128的輸出的校正前有功功率x和校正前無功功率y因變壓器、變流器、模擬電路(未示出)等而振幅和相位都畸變。
另一方面，通過手動輸入或與調(diào)整用的虛負(fù)載電源通信，將調(diào)整用的虛負(fù)載電源注入的已知振幅相位的電源V、電流I存儲到原值存儲部152。
電子式瓦時表100在利用調(diào)整用的虛負(fù)載電源的調(diào)整模式的情況下，由不對校正前有功功率x”和校正前無功功率y”進(jìn)行振幅相位校正器130的校正的路徑150a供給自校正器150。
參考圖7，自校正器150從原值存儲部152輸入已知振幅相位的電壓V、電流I(S10)，對這些有功功率原值(理論值)X和無功功率原值(理論值)Y進(jìn)行運(yùn)算(S12)。
接著，從路徑150a輸入校正前有功功率x”和校正前無功功率y”(S14)，利用有功功率原值X、無功功率原值(理論值)Y、校正前有功功率x”和校正前無功功率y”，以下那樣地運(yùn)算包含校正角(相位系數(shù))ψ和振幅校正值B的后文說明的α和β，并利用路徑150b將自校正值α和β作為自校正值輸出到振幅相位校正器130(S16)。
用圖8說明S16中的運(yùn)算。
用式2表示有功功率原值X、無功功率原值Y、校正前有功功率x”、校正其無功功率y”、校正角ψ和振幅校正值B的關(guān)系。
XY=BcosΨ-sinΨsinΨcosΨx′′y′′]]>(式2)式2中，設(shè)B cosψ＝α，B sinψ＝β，則可表示為式3XY=α-ββαx′′y′′]]>(式3)從式3求α和β，則α=x′′X+y′′Yx′′2+y′′2]]>β=x′′Y-y′′Xx′′2+y′′2]]>(式4)α和β包含振幅校正值B和校正角ψ兩者，所以能原樣作為校正值使用。希望由自校正器150獲知振幅校正值B和校正角ψ時，可用式5求出。
B=X2+Y2x′′2+y′′2]]>(式5)Ψ=arctan(x′′Y-y′′Xx′′X+y′′Y)]]>電子式瓦時表100在S16后，振幅相位校正器130存儲自校正值α和β，則使調(diào)整模式結(jié)束，成為常規(guī)測量模式。
測試模式中，從變壓器和變流器(未示出)輸入電壓V、電流I時，利用基于控制前有功功率x和校正前無功功率y的式6的校正，能獲得校正后有功功率x’和校正后無功功率y’。
x,y,=α-ββαxy]]>(式6)由于以上那樣組成，即使輸入電壓V和電流I的A/D變換器110、112不同時取樣的情況下，也能使校正變換A/D變換器110、112的取樣偏移，因而能用1部復(fù)用型A/D變換器代替A/D變換器110、112。
又由于對輸入的電壓進(jìn)行90度相位變換，并運(yùn)算校正前有功功率和校正前無功功率，不需要如已有技術(shù)那樣使用功率因數(shù)1.0和功率因數(shù)9.5等多種振幅相位的電壓、電流，調(diào)整用的虛負(fù)載電源僅輸入1種已知振幅相位的電壓V、電流I，就能獲得自校正值α和β，可使調(diào)整方便且時間短。
又由于利用自校正值α和β對校正前有功功率x和校正前無功功率進(jìn)行校正，運(yùn)算效率高。
說明了利用自校正值α和β對校正前有功功率x、校正前無功功率y進(jìn)行校正的例子，但與實(shí)施方式1相同，也可用振幅校正值B和校正角ψ對校正前有功功率x、校正前無功功率y進(jìn)行校正。
實(shí)施方式3下面，說明實(shí)施方式3。圖9是本發(fā)明實(shí)施方式3的電子式瓦時表的組成圖。實(shí)施方式3是實(shí)施方式1和實(shí)施方式的組合。校正首先由自校正器150如實(shí)施方式2所說明那樣算出校正值，進(jìn)而利用外部校正值進(jìn)行微調(diào)。
設(shè)校正前有功功率為x，校正前無功功率為y，自校正器150求出的振幅校正值為B(倍)，校正角為ψ，振幅外部校正值為A(倍)，角度外部校正值為φ，校正后有功功率為x’，校正后無功功率為y’，則利用式7進(jìn)行測量時的校正。
x,y,=Acosφ-sinφsinφcosφBcosΨ-sinΨsinΨcosΨxy]]>(式7)這時，式7中為了簡化運(yùn)算，預(yù)先運(yùn)算校正系數(shù)部分，則可為x,y,=α,-β,β,α,xy]]>(式8)其中，α’＝AB cosφcosψβ’＝AB sinφsinψ (式9)由于以上那樣組成，能同時進(jìn)行自校正和外部校正，效率高。
實(shí)施方式4下面說明本發(fā)明實(shí)施方式4。圖10是本發(fā)明實(shí)施方式4的三相4線式的電子式瓦時表的組成圖。圖11示出圖10的電子式瓦時表的調(diào)整流程。圖12示出圖10的電子式瓦時表中的均衡調(diào)整流程。圖13示出圖10的電子式瓦時表的相位調(diào)整流程。圖15是表示圖10的電子式瓦時表在相位調(diào)整中的有功功率與無功功率的關(guān)系的矢量圖。圖16是表示圖10的電子式瓦時表在瓦時測量中的有功功率與無功功率的關(guān)系的矢量圖。圖17是表示圖10的電子式瓦時表中的門限值與瓦時脈沖的關(guān)系的圖。圖18是說明圖10的電子式瓦時表中的電流測量的流程圖。
圖10中，200是電子式瓦時表，221是變流器，222是變壓器，223是將輸入電流A/D變換成與輸入電流成正比的數(shù)字值的電流變換電路，224是將輸入電壓A/D變換成與輸入電壓成正比的數(shù)字值的電壓變換電路，225是從電流變換電路223的輸出求出各相電流的有效值的有效值電流運(yùn)算部，226是從電壓變換電路224的輸出求出各相電壓的有效值的有效值電壓運(yùn)算部。
231是將電流均衡調(diào)整值與電流變換電路223的輸出相乘的電流均衡調(diào)整乘法器，232是將電壓均衡調(diào)整值與電壓變換電路224的輸出相乘的電壓均衡調(diào)整乘法器，234是求出B相電壓、C相電壓對A相電壓的均衡調(diào)整值以及B相電流、C相電流對A相電流的均衡調(diào)整值的均衡調(diào)整值運(yùn)算部(均衡調(diào)整部)。
241是有功功率乘法器(有功功率運(yùn)算部)，分別將與電流變換電路223的各相電流成正比的輸出和與電壓變換電路224的各相電壓成正比的輸出相乘，并對其運(yùn)算結(jié)果乘作為相位調(diào)整值運(yùn)算部224的輸出的相位調(diào)整值，以獲得有功功率。
242是輸入電流變換電路223的與各相電流成正比的輸出并是各相的電流相位延遲90度的希耳伯特變換器。實(shí)施方式4中，為了簡化說明，僅示出希耳伯特變換器242，作為與實(shí)施方式1～3中說明的希耳伯特變換器(同相)和希耳伯特變換器(正交)等效的結(jié)構(gòu)。即，該等效結(jié)構(gòu)為圖10中，希耳伯特變換器242被代之以設(shè)置實(shí)施方式1中說明的希耳伯特變換器(正交)，并且在電流變換電路223的輸出端、有功功率乘法器241前設(shè)置實(shí)施方式1中說明的希耳伯特變換器(同相)，在電壓變換器224輸出端后設(shè)置實(shí)施方式1中說明的希耳伯特變換器(同相)。
243是無功功率乘法器，將作為希耳伯特變換器242的輸出的與各相延遲90度的電流成正比的輸出和與各相的電壓成正比的輸出相乘，其結(jié)果乘作為相位調(diào)整值運(yùn)算部244的輸出的相位調(diào)整值，以獲得無功功率。244是求出調(diào)整各相電流對各相電壓的相位偏移的相位調(diào)整值的相位調(diào)整值運(yùn)算部，245是僅使有功功率乘法器241的各相輸出的DC分量通過的數(shù)字低通濾波器，246是僅使無功功率乘法器243的各相輸出的DC分量通過的數(shù)字低通濾波器，247是對數(shù)字低通濾波器245的各相輸出進(jìn)行相加的加法器，248是對數(shù)字低通濾波器246的各相輸出進(jìn)行相加的加法器。電流變換電路223的輸出相當(dāng)于第1電流相位變換部，希耳伯特變換器242相當(dāng)于第2電流變換部，電壓變換電路224的輸出相當(dāng)于電壓相位變換部。
251是在對加法器247的輸出進(jìn)行累加所得的有功瓦時大于全調(diào)整值運(yùn)算部253輸出的門限值時輸出脈沖的有功瓦時/頻率變換器，252是在對加法器248的輸出進(jìn)行累加所得的無功瓦時大于全調(diào)整值運(yùn)算部253輸出的門限值時輸出脈沖的無功瓦時/頻率變換器，253是求有功瓦時/頻率變換部251和無功瓦時/頻率變換器252的門限值的全調(diào)整值運(yùn)算部，254是按與電流變換電路223和電壓變換電路224的取樣頻率相同的周期產(chǎn)生振蕩的振蕩電路。
255是對均衡調(diào)整值運(yùn)算部234、相位調(diào)整值運(yùn)算部244和全調(diào)整值運(yùn)算部253進(jìn)行控制的運(yùn)算控制部，261是計(jì)量有功瓦時/頻率變換器251和無功瓦時/頻率報告期252的脈沖的計(jì)數(shù)器，271是顯示計(jì)數(shù)器261計(jì)量的有功瓦時和無功瓦時的計(jì)量值、有效值電流運(yùn)算部225測量的各相有效值電流和有效值電壓運(yùn)算部226測量的各相有效值電壓的顯示器，272是調(diào)整開關(guān)，273是EEPROM，274是瓦時運(yùn)算電路，281是用于調(diào)整的虛負(fù)載電源(調(diào)整用電源)。290是測量電壓和電流的V、I測量部(電流測量部、電壓測量部)，292是輸出測量所得的電壓和電流的端子。
接著，說明調(diào)整。
如圖11的流程圖所示，使電子式瓦時表200的測量精度為容許誤差范圍內(nèi)用的調(diào)整為以下的步驟。
(1)施加額定功率、功率因數(shù)(S100)，(2)設(shè)定額定值(額定值設(shè)定)(S200)，(3)調(diào)整各相的電壓、電流振幅的偏差(均衡調(diào)整)(S300)，(4)調(diào)整各相的電壓、電流相位差(相位調(diào)整)(S400)，(5)調(diào)整施加額定功率時的瓦時/頻率變換的門限值(全調(diào)整)(S500)。
下面，詳細(xì)說明S100～S500。
(1)施加額定功率、功率因數(shù)(S100)將調(diào)整用的虛負(fù)載電源281連接到調(diào)整對象電子式瓦時表200。虛負(fù)載電源281給電子式瓦時表200施加功率因數(shù)1.0的功率。
(2)額定值設(shè)置(S200)實(shí)施方式4中，將額定值作為相線制式是三相4線制、額定電壓是240V、額定電流是5A、儀表常數(shù)是10000脈沖/千瓦時(kWh)，進(jìn)行說明。預(yù)先在EEPROM(測量存儲部)273登記額定值。
利用按壓調(diào)整開關(guān)272起動調(diào)整。獨(dú)處EEPROM 273中存儲的電子式瓦時表200的額定值(相線制式、額定電源、額定電流、儀表常數(shù))，設(shè)定到運(yùn)算控制部255。根據(jù)運(yùn)算控制部255中設(shè)定的額定值，決定成為調(diào)整對象的相。即，在三相4線制的情況下，均衡調(diào)整、相位調(diào)整的對象為全部A相、B相、C相。單相3線制、三相3線制時，對象為A相、C相；單相2線時，僅為A相。
(3)均衡調(diào)整參照圖12說明均衡調(diào)整。
電流均衡調(diào)整校正對A相～C相輸入相同電流時電流變換電路223的輸出中B相電流對A相電流和C相電流對A相電流的基于變流器221和電流變換電路223的電路常數(shù)的偏差。電壓均衡調(diào)整校正對A相～C相輸入相同電壓時電壓變換電路224的輸出中B相電壓對A相電壓和C相電壓對A相電壓的基于變壓器222和電壓變換電路224的電路常數(shù)的偏差。
由S200(圖11)按壓調(diào)整開關(guān)272時，電子式瓦時表200成為調(diào)整模式，對變流器221、變壓器222的初級端施加功率因數(shù)1.0的功率，并從它們的次級端輸出到電流變換電路223和電壓變換電路224。電流變換電路223和電壓變換電路224對各相分別將輸入的模擬信號變換成數(shù)字信號后，進(jìn)行輸出。
有效值電流運(yùn)算部(Irms)225根據(jù)電流變換電路223的輸出，運(yùn)算A相有效值電流、B相有效值電流、C相有效值電流(S302、S304、S306)。
同樣，有效值電壓運(yùn)算部(Vrms)226根據(jù)電壓變換電路224的輸出，運(yùn)算A相有效值電壓、B相有效值電壓、C相有效值電壓(S312、S314、S316)。
均衡調(diào)整值運(yùn)算部234從有效值電流運(yùn)算部225輸入A相有效值電流、B相有效值電流、C相有效值電流，又從有效值電壓運(yùn)算部226輸入A相有效值電壓、B相有效值電壓、C相有效值電壓(S318)。
均衡調(diào)整值運(yùn)算電路234利用以下的計(jì)算求B相電流均衡調(diào)整值(S320)。
B相電流均衡調(diào)整值＝B相有效值電流÷A相有效值電流在乘法器231中將該B相電流均衡調(diào)整值與電流變換電路223的B相的A/D變換輸出相乘，從而校正B相電流的電路常數(shù)的偏差。
用同樣的方法求C相的電流均衡調(diào)整值(S322)。
均衡調(diào)整值運(yùn)算電路234利用以下的計(jì)算求B相電壓均衡調(diào)整值(S324)。
B相電壓均衡調(diào)整值＝B相有效值電壓÷A相有效值電壓在乘法器232中將該B相電壓均衡調(diào)整值與電壓變換電路224的B相的A/D變換輸出相乘，從而校正B相電壓的電路常數(shù)的偏差。
用同樣的方法求C相的電壓均衡調(diào)整值(S326)。
將利用S320～S326獲得的各均衡調(diào)整值存到EEPROM 237(S328)。通過S328，控制運(yùn)算部255結(jié)束均衡調(diào)整，轉(zhuǎn)移到相位調(diào)整。
(4)相位調(diào)整參照圖13說明相位調(diào)整。
相位調(diào)整在對A相～C相的各相輸入相同的電壓、電流時校正電流變換電路223和電壓變換電路224的輸出中A相電流對A相電壓、B相電流對B相電壓、C相電流對C相電壓的相位差。此相位差由變流器221、變壓器222、電流變換電路223和電壓變換電路224產(chǎn)生。
下面說明相位調(diào)整的原理。
圖15是矢量圖，表示相位調(diào)整前對電子式瓦時表施加額定功率、功率因數(shù)1.0的功率時，作為加法器247和加法器248各自的運(yùn)算結(jié)果的有功功率W0和無功功率var0的關(guān)系。電流與電壓之間因變流器221、變壓器222、電流變換電路223、電壓變換電路224而發(fā)生相位差(相位偏移)，所以功率因數(shù)為1.0，但產(chǎn)生無功功率。
設(shè)在坐標(biāo)上取W0和var0時為X0(W0，var0)，則輸入額定功率、功率因數(shù)1.0的功率時，應(yīng)校正的角度為φ，用計(jì)算φ＝arctan(var0÷W0)求出角度φ。
圖16是表示瓦時測量中作為電子式瓦時表200的加法器247和加法器248各自的運(yùn)算結(jié)果的有功功率和無功功率的關(guān)系的矢量圖。相位調(diào)整前的有功功率W1、無功功率var1與相位調(diào)整后的有功功率W2、無功功率var2的相位差為上述的角度φ。
測量中，根據(jù)相位調(diào)整前的坐標(biāo)X1(W1，var1)和相位調(diào)整中求出的角度φ，用式10求相位調(diào)整后的坐標(biāo)X2(W2，var2)。
W2Var2=cosφsinφ-sinφcosφW1Var1]]>(式10)
因此，通過計(jì)算W2＝W1cosφ+var1sinφ和var2＝-W1sinφ+var2cosφ，可調(diào)整相位差。
根據(jù)圖13，按以下的步驟進(jìn)行相位調(diào)整。
對數(shù)字低通濾波器245輸入有功功率乘法器241的輸出，并從數(shù)字低通濾波器245輸出A相有功功率、B相有功功率、C相有功功率。
對數(shù)字低通濾波器246輸入無功功率乘法器243的輸出，并從數(shù)字低通濾波器246輸出A相無功功率、B相無功功率、C相無功功率。
相位調(diào)整值運(yùn)算部244從數(shù)字低通濾波器245、246輸入A相有功功率、B相有功功率、C相有功功率、A相無功功率、B相無功功率和C相無功功率(S402～S416)。
相位調(diào)整值運(yùn)算部244根據(jù)A相有功功率和A相無功功率，用以下的計(jì)算求出A相的相位調(diào)整值(S422)A相的相位調(diào)整值＝arctan(A相有功功率÷A相無功功率)。
同樣求出B相和C相的相位調(diào)整值(S424、S426)。這時，僅將“A相有功功率”和“A相無功功率”改為“B相有功功率”和“AB相無功功率”或“C相有功功率”和“C相無功功率”，就用與上述A相相同的方法求出。
將S422～S426獲得的相位調(diào)整值存儲到EEPROM273(S430)。通過S430，控制運(yùn)算部225使相位調(diào)整級數(shù)，轉(zhuǎn)移到全調(diào)整。
(5)全調(diào)整參照圖14說明全調(diào)整。
將作為加法器247的輸出的有功功率運(yùn)算結(jié)果輸入到有功功率/頻率變換器251。有功功率/頻率變換器251對輸入的值(有功功率)進(jìn)行時間積分，并且在積分結(jié)果超過全調(diào)整值運(yùn)算部253所設(shè)定的門限值時，輸出從振蕩電路254輸入的脈沖，從而對計(jì)數(shù)器261輸出與有功功率成正比的脈沖(參考圖17)。
同樣，無功功率/頻率變換器252對輸入的無功功率進(jìn)行時間積分，并且在積分結(jié)果超過全調(diào)整值運(yùn)算部253所設(shè)定的門限值時，輸出從振蕩電路254輸入的脈沖，從而對計(jì)數(shù)器261輸出與無功功率成正比的脈沖(參考圖17)。
例如，電流變換電路223和電壓變換電路224中使用的A/D變換器的取樣頻率為2kHz時，來自電流變換電路223和電壓變換電路224的數(shù)據(jù)0.5ms期間得到1次更新，因而有功功率/頻率變換器251和無功功率/頻率變換器252的瓦時運(yùn)算(門限值校驗(yàn))0.5ms期間進(jìn)行1次。因此，有功功率/頻率變換器251有功瓦時脈沖和無功功率/頻率變換器252的無功瓦時脈沖的最高頻率為2kHz，振蕩電路254需要對有功功率/頻率變換器251和無功功率/頻率變換器252輸出2kHz的脈沖。
全調(diào)整中，從虛負(fù)載電源281輸入額定功率、功率因數(shù)1.0的功率時，求出并使用有功功率/頻率變換器251輸出的有功瓦時脈沖的頻率等于儀表常數(shù)和額定功率所決定的頻率的門限值和無功功率/頻率變換器252輸出的無功瓦時脈沖的頻率等于儀表常數(shù)和額定功率決定的頻率的門限值。
根據(jù)運(yùn)算控制部255中設(shè)定的額定值，求額定功率輸入時有功功率/頻率變換器251輸出的有功瓦時脈沖的頻率(有功功率額定脈沖頻率)和無功功率/頻率變換器252輸出的無功瓦時脈沖的頻率(無功功率額定脈沖頻率)(S502)。
實(shí)施方式4中，輸入額定功率、功率因數(shù)1.0時，由于額定功率為3×240V×5A＝3.6kWh、儀表常數(shù)為10000脈沖/kWh，其有功瓦時脈沖的頻率(有功功率額定脈沖頻率)為10000×3.6÷3600＝10Hz。同樣，輸入額定功率、功率因數(shù)0.0時，由于額定功率為3×240V×5A＝3.6kvarh、儀表常數(shù)為10000脈沖/kvarh，其無功瓦時脈沖的頻率(無功功率額定脈沖頻率)為10000×3.6÷3600＝10Hz。因此，有功瓦時脈沖、無功瓦時脈沖都在輸入額定功率(有功瓦時的功率因數(shù)為1.0，無功瓦時的功率因數(shù)為0.0)時，100ms期間輸出1個脈沖。
用以下的方法求有功瓦時脈沖的門限值(S504)。有功瓦時/頻率變換器251對從加法器247輸入的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行時間積分。例如，設(shè)輸入額定功率且功率因數(shù)1.0時，每一次取樣從加法器247輸出的位數(shù)固定為0708h(h16進(jìn)制)，則100ms期間累加200次，因而累加值(位數(shù))為57E40h。因此，57E40h為門限值，并且每次有功瓦時/頻率變換器251中的時間積分結(jié)果超過57E40h，對計(jì)數(shù)器261輸出從振蕩電路254輸入的脈沖。
用以下的方法求無功瓦時脈沖的門限值(S506)。調(diào)整中對電子式瓦時表200輸入額定功率、功率因數(shù)1.0，因而無功功率為0。然而，由于來自電流變換電路223、電壓變換電路224的輸出受到均衡調(diào)整、相位調(diào)整，輸入額定功率、功率因數(shù)0.0時，加法器248的無功功率運(yùn)算結(jié)果與加法器247的有功功率運(yùn)算結(jié)果同值，均為每次取樣0708h。因此，無功瓦時的門限值也為與無功瓦時門限值相同的57E40h，并且無功瓦時/頻率變換器252中的時間積分結(jié)果超過57E40h，對計(jì)數(shù)器261輸出從振蕩電路255輸入的脈沖。
將S502～S506所獲得的門限值(調(diào)整值)存儲到EEPROM(S508)。通過S508，結(jié)束全調(diào)整，從而使電子式瓦時表200的測量角度為容許誤差范圍內(nèi)用的調(diào)整結(jié)束。
接著，說明電流和電壓的測量。
參考圖18，上述的S200(圖11)中，將運(yùn)算控制部255中設(shè)定的額定電流輸入并存儲到V、I測量部290(S610)。
接著，在均衡調(diào)整時，輸入并存儲S302(圖12)中的A相有效值電流(S612)。
接著，使S610和S612獲得的A相額定電流和A相有效值電流的大小對應(yīng)(S614)。例如，額定電流為5A，有效值為0960h，則使0906h時與5A對應(yīng)。
在電子式瓦時表200的瓦時測量模式時，將電流變換電路223的輸出輸入到有效值電流運(yùn)算部225。這時，有效值電流運(yùn)算部225對A相輸入原來的電流(輸出)，對其它的B相和C相輸入由均衡調(diào)整乘法器231加以均衡調(diào)整的電流。將有效值電流運(yùn)算部225運(yùn)算所得的有效值電流輸入到V、I測量部290。
輸入有效值電流的V、I測量部290利用作為有效值電流輸入的輸入電流以及S614中賦予對應(yīng)關(guān)系的額定電流和A相有效值電流，測量電流(S616)。例如，輸入電流為0900h，則電流＝0900h÷0906h×5A＝4.8A。此測量值由端子292輸出或在顯示器271上顯示。
電壓也能與上文所述相同地測量。
綜上所述，電子式瓦時表的誤差調(diào)整方法僅從虛負(fù)載電源輸入額定功率、功率因數(shù)1.0，就能進(jìn)行均衡調(diào)整、相位調(diào)整，因而自動縮短調(diào)整時間，使批量生產(chǎn)性提高。
即使作為額定功率輸入時的脈沖頻率的儀表常數(shù)受到的更改大，也能用短時間調(diào)整。
又，不用已有例那樣具有與電子式瓦時表通信以進(jìn)行通電控制、相位切換的功能的測試電源裝置，可僅用虛負(fù)載電源281，因而能廉價組成測試系統(tǒng)。
又，由于根據(jù)各相的電壓、電流測量結(jié)果，對成為偏差的主要因素的相的電壓信號和電流信號進(jìn)行均衡調(diào)整、相位調(diào)整，能準(zhǔn)確測量各相的電壓和電流。
還由于不是以往那樣使電壓時間移位，即由于不用移位寄存器，具有與實(shí)施方式1相同的效果。而且，電流變換電路223和電壓變換電路224中可用復(fù)用器型的A/D變換器，能使電子式瓦時表200小型化。
與實(shí)施方式1相比，能使均衡調(diào)整高速，減小測量時對有功功率乘法器241和無功功率運(yùn)算部243(振幅相位校正部)的運(yùn)算負(fù)荷。
均衡調(diào)整運(yùn)算部234的S302～S318(圖12)的運(yùn)算中，說明了以A相為基對電流和電壓調(diào)整均衡的例子，但也可在S318中輸入各相的執(zhí)行值時，該值的大小將中間的相作為基準(zhǔn)相。求S320～S328的均衡調(diào)整值。這時，需要預(yù)先將電流均衡調(diào)整運(yùn)算部231和電壓均衡調(diào)整部232設(shè)定為A相，但多數(shù)相位偏移小，測量角度高，而且能縮短相位調(diào)整運(yùn)算時間。
說明了從虛負(fù)載電源281輸入額定功率、功率因數(shù)1.0的例子，但輸入規(guī)定功率、規(guī)定功率因數(shù)，也能進(jìn)行調(diào)整時間稍微增加的誤差調(diào)整。
上述說明中闡述了用功率因數(shù)1.0進(jìn)行調(diào)整的例子，但從高精度調(diào)整的角度看，最好用功率因數(shù)0.5進(jìn)行調(diào)整。即，其原因在于，用功率因數(shù)0.5進(jìn)行調(diào)整時，相位變化帶來的有功功率變化比率大于功率因數(shù)1.0時，而且無功功率比用功率因數(shù)1.0進(jìn)行調(diào)整時大，因而能按更高的精度進(jìn)行相位調(diào)整。
實(shí)施方式5下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式5。圖19是本發(fā)明實(shí)施方式5的電子式瓦時表的組成圖。圖19中，310是均衡微調(diào)部，312是設(shè)在乘法器243的下行方的電流均衡微調(diào)值運(yùn)算部，314是設(shè)在乘法器241的下行方的電壓均衡微調(diào)值運(yùn)算部。其它組成部分與實(shí)施方式4相同，因而省略其說明。
均衡微調(diào)部310僅用于按S100～S500(圖11)執(zhí)行誤差調(diào)整后需要與主表微調(diào)時，其組成與均衡調(diào)整值運(yùn)算部234相同，按照S302～S328(圖12)的步驟求B相和C相的均衡調(diào)整值。與均衡調(diào)整值運(yùn)算部234的不同點(diǎn)是構(gòu)成作瓦時測量時，將均衡調(diào)整值供給電流均衡微調(diào)運(yùn)算部312和電壓均衡微調(diào)運(yùn)算部314。進(jìn)行均衡微調(diào)時，通常也作相位微調(diào)和全微調(diào)，但與實(shí)施方式4相同，也利用相位調(diào)整運(yùn)算部244和全調(diào)整運(yùn)算部253進(jìn)行這些微調(diào)。
綜上所述，在運(yùn)算功率的乘法器241、243的下行方進(jìn)行均衡微調(diào)，因而能保持有效值電流運(yùn)算部225和有效值電壓運(yùn)算部226的精度，微調(diào)后利用V、I測量部290(僅示于圖10)也能準(zhǔn)確測量電流和電壓。
實(shí)施方式6下面，說明本發(fā)明實(shí)施方式6。圖20是本發(fā)明實(shí)施方式6的電子式瓦時表的組成圖，省略示出相2，但該相結(jié)構(gòu)與相1和相3相同。
具有對電壓信號進(jìn)行AD變化的AD變換器(電壓變換電路)110_1和110_3、對電流信號進(jìn)行AD變換的AD變換器(電流變換電路)112_1和112_3，還具有將所述電壓變換電路110_1、110_3的輸出和所述電流變換電路112_1、112_3的輸出相乘并輸出校正前有功功率x(x1，x3)的乘法器(有功功率運(yùn)算部)126_1、126_3、對電壓按相對于同相正交的方式進(jìn)行希耳伯特變換的希耳伯特變換器(正交)(電壓相位變換部)122_1、122_3、對電流進(jìn)行同相希耳伯特變換的希耳伯特變換器(同相)(電流相位變換部)124_1、124_3、將所述電壓相位變換部122_1、122_3的輸出和所述電流相位變換部124_1、124_3相乘并輸出校正前無功功率y(y1，y3)的乘法器(無功含有功率運(yùn)算部)128_1、128_3。又具有輸入校正前有功功率x和校正前無功功率y并輸出校正后有功功率x’和校正后無功功率y’的振幅相位校正器130_1、130_3。
通過在振幅相位校正器130_1、130_3的前級設(shè)置平均化處理(例如低通濾波器)127_1、127_3、129_1、129_3，使輸入到振幅相位校正器130_1、130_3的校正前功率x和校正前無功功率y穩(wěn)定，可作準(zhǔn)確的振幅校正和相位校正。
可從外部設(shè)定振幅相位校正器130_1、130_3的系數(shù)α和系數(shù)β(參考實(shí)施方式2)。
又具有對上述校正后有功功率x’和校正后無功功率y’進(jìn)行累加以求出瓦時的功率測量儀134、對從功率測量儀134輸入的有功瓦時和/或無功瓦時輸出數(shù)量隨其大小變化的脈沖的瓦時脈沖輸出部136。
各相還分別具有輸入上述校正后有功功率x’并使其平均化的瞬時值平均化部190_1、190_3、用通信輸出瞬時值平均化部190_1、190_3的輸出的功率通信緩存部191_1、191_3、將上述瞬時值平均化部191_1、191_3的輸出變換成物理量的功率物理量變換部192_1、192_3、輸入上述校正后無功功率y’并加以平均化的瞬時平均化部194_1、194_3、用通信輸出瞬時值平均化部194_1、194_3的輸出的無功功率通信緩存部195_1、195_3、將上述瞬時值平均化部194_1、194_3的輸出變換成物理量的功率物理量變換部196_1、196_3。
可從外部的設(shè)定部193_1、193_3、197_1、197_3設(shè)定所述功率物理量變換部192_1、192_3和無功功率物理量變換部196_1、196_3中使用的物理變換系數(shù)W1a、W3a、Var1a、Var3a。所述功率物理量變換部192_1、192_3和無功功率物理量變換部196_1、196_3中使用的物理變換系數(shù)W1a、W3a、Var1a、Var3a已在振幅相位校正部進(jìn)行振幅調(diào)整和相位調(diào)整時，可為各相共用的值，利用這點(diǎn)能減少存儲容量和設(shè)定項(xiàng)目。
功率物理量變換部192_1、192_3和無功功率物理量變換部196_1、196_3不必經(jīng)常工作，可僅在要求瞬時功率W(W1，W3)和無功瞬時功率Var(Var1，Var3)時工作，因而能減少運(yùn)算量。
各相又分別具有對電壓變換電路110_1、110_3的輸出進(jìn)行有效值運(yùn)算的有效值電壓運(yùn)算部170_1、170_3、對電流變換電路112_1、112_3的輸出進(jìn)行有效值運(yùn)算的有效值電流運(yùn)算部180_1、180_3、對所述有效值電壓運(yùn)算部170_1、170_3的輸出進(jìn)行平均化的瞬時值平均化部172_1、172_3、用通信輸出瞬時值平均化部172_1、172_3的輸出的有效值電壓通信緩存部174_1、174_3、將所述瞬時值平均化部172_1、172_3的輸出變換成物理量的有效值電壓物理量變換部178_1、178_3、對所述有效值電流運(yùn)算部180_1、180_3的輸出進(jìn)行平均化的瞬時值平均化部182_1、182_3、用通信輸出瞬時值平均化部182_1、182_3的輸出的有效值電壓通信緩存部184_1、184_3、將所述瞬時值平均化部182_1、182_3的輸出變換成物理量的有效值電壓物理量變換部188_1、188_3。
可從外部的設(shè)定部176_1、176_3、186_1、186_3設(shè)定所述有效值電壓物理量變換部178_1、178_3和有效值電流物理量變換部188_1、188_3中使用的物理量變換系數(shù)V1a、V3a、I1a、I3a。有效值的運(yùn)算中，不需要調(diào)整相位，有效值運(yùn)算中的振幅調(diào)整則在所述有效值電壓物理量變換部178_1、178_3和有效值電流物理量變換部188_1、188_3中進(jìn)行。
所述有效值電壓物理量變換部178_1、178_3和有效值電流物理量變換部188_1、188_3不必經(jīng)常工作，可僅在要求有效值電壓V1rms、V3rms時工作，因而能減少運(yùn)算量。
由于上述那樣組成，測量精度高，能廣泛應(yīng)對電壓變換電路和電流變換電路的振幅和相位偏移，經(jīng)常進(jìn)行的運(yùn)算量也減少，就連運(yùn)算能力低的硬件也能實(shí)現(xiàn)，而且調(diào)整值V1a、V3a、I1a、I3a、W1a、W3a、Var1a、Var3a全部從外部設(shè)定，因而與在內(nèi)部自調(diào)整相比，存儲器容量能減少。
實(shí)施方式7下面說明本發(fā)明實(shí)施方式7。圖21是說明本發(fā)明實(shí)施方式2的電子式瓦時表調(diào)整方法的圖。
實(shí)施方式7中，在多相儀表(例如電子式瓦時表)的情況下，也以單相2線制連接(使電壓各相并聯(lián)連接，使電流各相串聯(lián)連接)進(jìn)行調(diào)整。通過進(jìn)行單相2線制連接，輸入到各相的電壓和電流相同這一前提成立，因而各相中運(yùn)算的運(yùn)算值必須全部相同。不相同時，是電壓輸入電路部以及電流輸入電路部和AD變換部110、112的偏差造成的差異，需要校正。調(diào)整中使用的虛負(fù)載電源381只要能用單相2線輸出即可，與用實(shí)施方式4、5的虛負(fù)載電源281的設(shè)備相比，能廉價組成。又由于不必根據(jù)調(diào)整的電子式瓦時表100的相線制式改變連接方法，使調(diào)整設(shè)備價廉，調(diào)整準(zhǔn)備也容易。
下面，即使調(diào)整多相(例如三相4線制)電子式瓦時表100時，也作為進(jìn)行單相2線制連接的情況記述。調(diào)整取為全部通過通信接口382控制PC384，虛負(fù)載電源381的輸出可從PC384用通信接口382控制。仆從384與電子式瓦時表100可用通信接口382通信。
(1)首先調(diào)整各相的振幅均衡、相位均衡。
從PC 384通過通信接口382控制虛負(fù)載電源381，施加額定功率、功率因數(shù)0.5的功率。這里功率因數(shù)也可為0.5以外，但選擇相對于相位變化功率和無功功率的數(shù)據(jù)變化大的功率因數(shù)時，相位調(diào)整精度提高，因而相位功率因數(shù)為0.5。
這里，從電子式瓦時表100通過通信接口382把數(shù)據(jù)從各相的功率通信緩存部191(191_1、191_2(未示出)、191_3)和各相的無功功率通信緩存部195(195_1、195_2(未示出)、195_3)輸入到PC384。所述各相的功率通信緩存部191的數(shù)據(jù)為W1、W2、W3，所述無功功率通信緩存部195的數(shù)據(jù)為var1、var2、var3。由于進(jìn)行單相2線制連接，輸入的電壓、電流在各相中相同，(W1，var1)、(W2，var2)、(W3，var3)表示的坐標(biāo)必須相同。調(diào)整各相的振幅相位校正器130(130_1、130_2(未示出)、130_3)，使上述坐標(biāo)相同，例如使相1的坐標(biāo)與其它相的坐標(biāo)一致。這里，各相的振幅相位校正器的系數(shù)為α1、β1、α2、β2、α3、β3。
例如，使相1的坐標(biāo)與相2的坐標(biāo)一致時，進(jìn)行如下。把從電子式瓦時表100取得坐標(biāo)點(diǎn)的時刻的振幅相位校正器130的系數(shù)記載為α1、α2、α3＝1，β1、β2、β3＝0，但上述系數(shù)為其它值，也不難使坐標(biāo)一致。
相1的坐標(biāo)與相2的相比的相位差Δθ12為相位差Δθ12＝arctan(var2/W2)-arctan(var1/W1)(式11)相2的坐標(biāo)對相1的坐標(biāo)的振幅比Gain12為
(式12)因此，對相2的振幅相位校正器的α2、β2，從PC 384通過通信接口382在電子束瓦時表100中設(shè)定α2＝Gain12×cos(Δθ12)、β2＝Gain12×sin(Δθ12)。
又，利用式3，可化為α2=W1·W2+var1·var2W12+var12,]]>β2=W1·var2-var1·W2W12+var12]]>與上文所述相同，從PC384通過通信接口382設(shè)定需要校正的相的振幅相位校正器130的系數(shù)α1、β1、α2、β2、α3、β3，從而可調(diào)整各相的振幅偏差、相位偏差。
(2)其次，進(jìn)行瓦時額定負(fù)載調(diào)整。
從PC384通過通信接口382控制虛負(fù)載電源381，以施加額定功率、功率因數(shù)1.0的功率。利用電子式瓦時表100的瓦時脈沖輸出部136輸出的脈沖與主表386輸出的脈沖的相對比較，進(jìn)行瓦時額定負(fù)載調(diào)整。脈沖相對比較可用一定時間中輸出的電子式瓦時表100的輸出脈沖計(jì)數(shù)與主表386輸出的脈沖計(jì)數(shù)的比率調(diào)整，也可用電子式瓦時表100輸出的脈沖頻率與主表386輸出的脈沖頻率的比率調(diào)整。
實(shí)施方式7的電子式瓦時表100中，可根據(jù)上述(W1，var1)、(W2，var2)、(W3，var3)的坐標(biāo)以及瓦時額定基準(zhǔn)值(輸出瓦時脈沖的門限值)和無功瓦時額定基準(zhǔn)值(輸出無功瓦時脈沖的門限值)，計(jì)算瓦時脈沖輸出部136輸出的瓦時和無功瓦時。例如，相線制式為三相3線制的情況下，對每一取樣頻率用加法計(jì)算相1、相3的總功率、相1、相3的總無功功率，因而瓦時脈沖和無功瓦時脈沖的頻率為瓦時脈沖頻率＝{(W1+W3)×取樣頻率}/瓦時額定基準(zhǔn)值(式13)無功瓦時脈沖頻率＝{(var1+var3)×取樣頻率}/無功瓦時額定基準(zhǔn)值 (式14)因此，根據(jù)在通信接口383獲得的數(shù)據(jù)，用PC384計(jì)算電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的脈沖頻率，并可設(shè)定瓦時額定基準(zhǔn)值和無功瓦時額定基準(zhǔn)值，使主表386的脈沖頻率與電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的脈沖頻率相同。
瓦時額定基準(zhǔn)值＝瓦時額定基準(zhǔn)值×
{電子式瓦時表脈沖頻率/主表脈沖頻率} (式15)無功瓦時額定基準(zhǔn)值＝無功瓦時額定基準(zhǔn)值×{電子式瓦時表脈沖頻率/主表脈沖頻率} (式16)這樣，算出瓦時額定基準(zhǔn)值和無功瓦時額定基準(zhǔn)值，并從PC 384通過通信接口382設(shè)定到電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100，從而能調(diào)整瓦時額定負(fù)載。
再者，利用希耳伯特變換器在瓦時額定基準(zhǔn)值和無功瓦時額定基準(zhǔn)值中保證90度相位差，則可使無功瓦時額定基準(zhǔn)值與瓦時額定基準(zhǔn)值相同，能減少運(yùn)算量。
(3)接著，進(jìn)行相位調(diào)整。
從PC 384通過通信接口382控制虛負(fù)載電源381，施加額定功率、功率因數(shù)0.5的功率。利用電子式瓦時表100的瓦時脈沖輸出部136輸出的脈沖與主表386輸出的脈沖的相對比較，進(jìn)行相位調(diào)整。脈沖相對比較可用一定時間中輸出的電子式瓦時表100的輸出脈沖計(jì)數(shù)與主表386輸出的脈沖計(jì)數(shù)的比率調(diào)整，也可用電子式瓦時表100輸出的脈沖頻率與主表386輸出的脈沖頻率的比率調(diào)整。
與上文所述相同，在PC384中獲得電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的脈沖頻率和主表386的頻率，并通過改變振幅相位校正器136的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使該脈沖頻率與主表386的頻率相同。上述的(1)中已調(diào)整各相的振幅相位校正器的系數(shù)，使各相的振幅和相位取得均衡，因而各相的系數(shù)改變，其相位調(diào)整量相同。
使各相的相位調(diào)整前的振幅相位校正系數(shù)為α_n_pre、β_n_pre，相位調(diào)整后的振幅相位校正系數(shù)為α_n_new、β_n_new，并且例如改變Δφ，作為相位調(diào)整，則α_n_newβ_n_new=α_n_pre-β_n_preβ_n_preα_n_precos(Δφ)-sin(Δφ)sin(Δφ)cos(Δφ)]]>(式17)其中n表示各相。
利用所輸入功率的功率因數(shù)為約0.5(由于虛負(fù)載電源381的精度問題，不準(zhǔn)確)這一點(diǎn)，就能估算相位調(diào)整量。設(shè)當(dāng)前電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的相位為θ，則(cos60o-cosθ)/cos60o＝(主表頻率-電子式瓦時表頻率)/主表頻率 (式18)
所以θ＝arcos{電子式瓦時表頻率/(主表頻率×2)} (式19)從而估算為Δφ＝60o-θ。
相位調(diào)整量的估算也可用其它方法進(jìn)行，上述估算方法不是唯一的。
(4)接著，設(shè)定物理量變換系數(shù)從PC 384通過通信接口382控制虛負(fù)載電源381，施加額定功率、功率因數(shù)1.0的功率。利用與高精度多量程測量儀表388的運(yùn)算結(jié)果比較，設(shè)定物理量變換系數(shù)(W1a、W2a、W3a、Var1a、Var2a、Var3a)。
由PC 384通過通信接口382從基準(zhǔn)多量程測量儀表388獲得有效值電壓V1rms、V2rms和V3rms、有效值電流I1rms、I2rms和I3rms、功率W1、W2、W3、Var1、Var2、Var3的運(yùn)算結(jié)果。由PC 384通過通信接口382從電子式瓦時表100輸入各相的有效值電壓通信緩存部174(174_1、174_2(未示出)、174_3)和各相的有效值電流通信緩存部184(184_1、184_2(未示出)、184_3)和各相的功率通信緩存部191(191_1、191_2(未示出)、191_3)的數(shù)據(jù)V1rms、V2rms和V3rms、I1rms、I2rms和I3rms、W1、W2、W3、Var1、Var2、Var3。
從PC384通過通信接口382在電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100設(shè)定物理變換系數(shù)，作為基準(zhǔn)多量程測量儀表的運(yùn)算結(jié)果/通信緩存器的數(shù)據(jù)。有效值電壓和有效值電流中，在各相分別設(shè)定此物理量變換系數(shù)，兼作振幅的均衡調(diào)整。功率中，各相的振幅的相位已受到調(diào)整，因而全部值相同，不必各相分別設(shè)定物理量變換系數(shù)。
無功功率的物理量變換系數(shù)最好由虛負(fù)載電源381輸入額定功率、功率因數(shù)0的功率實(shí)施，但如果利用希耳伯特變換保證電流與電壓的相位差為90度，就與功率的物理量變換系數(shù)相同，沒有問題。
因此，即使在多相儀表中，也能與單相儀表同樣地調(diào)整，因而能式調(diào)整程序共用化，與相線制式無關(guān)。多相儀表中，不必各相輸入額定功率、功率因數(shù)1.0和額定功率、功率因數(shù)0.5，能使設(shè)備簡化且縮短調(diào)整時間。
實(shí)施方式7的電子式瓦時表100構(gòu)成可從外部設(shè)定全部調(diào)整值，因而當(dāng)然可如專利公開平11-64402號公報所揭示那樣，各相輸入額定功率、功率因數(shù)1.0和額定功率、功率因數(shù)0.5，以進(jìn)行調(diào)整。
實(shí)施方式8
實(shí)施方式7中，記載了從主表386只能獲得瓦時脈沖和無功瓦時脈沖的情況，但主表386使用具有圖20所示的電路瓦時表時，調(diào)整進(jìn)一步簡化。
主表386事先利用另一高精度主表(未示出)加以調(diào)整。
從PC384通過通信接口382控制虛負(fù)載電源381，施加額定功率、功率因數(shù)0.5的功率。這里，功率因數(shù)也可為0.5以外，但相對于相位變化選擇功率和無功功率的數(shù)據(jù)變化大的功率因數(shù)時，相位調(diào)整的精度提高，因而希望功率因數(shù)為0.5。
這里，通過通信接口382，將電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的各相的功率通信緩存部191(191_1、191_2(未示出)、191_3)和各相的無功功率通信緩存部195(195_1、195_2(未示出)、195_3)的數(shù)據(jù)輸入到PC384。又通過通信接口382，從主表386將各相的功率通信緩存部191和各相的無功功率通信緩存部195的數(shù)據(jù)輸入到PC384。由于進(jìn)行單相2線值連接，所輸入的電壓、電流在各相中相同，所以(W1，var1)、(W2，var2)、(W3，var3)表示的坐標(biāo)必須相同，而且由于已事先調(diào)整主表386，上述坐標(biāo)相同。因此，調(diào)整電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的各相的振幅相位校正器130(130_1、130_2(未示出)、130_3)的系數(shù)，使電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100的坐標(biāo)與主表386的坐標(biāo)一致。系數(shù)的計(jì)算與實(shí)施方式7的(1)相同。
由于上述坐標(biāo)已經(jīng)與主表386一致，額定負(fù)載調(diào)整可讀出主表386的額定基準(zhǔn)值，將其原樣設(shè)定到電子式瓦時表(被調(diào)整儀表)100中。同樣，功率的物理量變換系數(shù)、無功功率的物理量變換系數(shù)也可原樣不變地設(shè)定到主表386的物理量變換系數(shù)。
有效值電壓和有效值電流，其調(diào)整與實(shí)施方式7的(4)相同。
利用以上的步驟，主表386中使用本發(fā)明的電路(圖20所示的電路)時的調(diào)整能非常精度高且高速地進(jìn)行。
主表386中使用本發(fā)明的電路(圖20所示的電路)時的調(diào)整還可使各相的坐標(biāo)與主表386一致，因而當(dāng)然不必是單相2線制連接，也可以是其它連接。
工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明可用于對電流和電壓進(jìn)行A/D變換后測量瓦時的電子式瓦時表及其誤差調(diào)整方法。而且，根據(jù)變換成數(shù)字值的電流和電壓運(yùn)算功率的功率運(yùn)算電路可用于運(yùn)算功率、無功功率、瓦時和無功瓦時中的至少一個的裝置以及根據(jù)功率和無功功率運(yùn)算相位和振幅的校正值的裝置。
權(quán)利要求
1.一種電子式瓦時表，其特征在于，包括對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路，對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路，對所述電壓變換電路的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的第1電壓相位變換部，對所述電壓變換電路的輸出僅進(jìn)行第2角度相位變換的第2電壓相位變換部，對所述電流變換電路的輸出僅進(jìn)行所述第1角度相位變換的電流相位變換部，將所述第1電壓相位變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部，將所述第2電壓相位變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出包含無功功率分量的無功含有功率的無功含有功率運(yùn)算部，根據(jù)所述變壓器和所述變流器初級端的電壓對電流相位差與A/D變換后的電壓對電流相位差的相位偏移、所述有功功率和所述無功含有功率，校正所述有功功率的相位并同時校正所述變壓器和所述變流器初級端電流和電壓與A/D變換后的電流和電壓的振幅偏移的振幅相位校正部，將該振幅相位校正部的輸出相乘以測量瓦時的瓦時測量部，以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器。
2.如權(quán)利要求1中所述的電子式瓦時表，其特征在于，振幅相位校正部根據(jù)振幅偏移、相位偏移、有功功率運(yùn)算部輸出的有功功率和無功含有功率運(yùn)算部輸出的無功含有功率，校正有功功率的振幅和相位。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的電子式瓦時表，其特征在于，振幅相位校正部在變壓器和變流器中從調(diào)整用電源輸入已知振幅和相位的電壓和已知振幅和相位的電流時，根據(jù)所述調(diào)整用電源的輸入求有功功率運(yùn)算部和無功含有功率運(yùn)算部所求的調(diào)整用的有功功率和無功含有功率，并且根據(jù)這些調(diào)整用的有功功率和無功含有功率、以及利用所述已知電壓、已知電流和第2角度求得的理論上的有功功率和無功含有功率，求相位偏移和振幅偏移的校正系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1中所述的電子式瓦時表，其特征在于，振幅相位校正部具有以下各部基準(zhǔn)電流存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電流相同的調(diào)整用電流時，存儲一個電流變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電流變換電路輸出的輸出值除其它電流變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；基準(zhǔn)電壓存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電壓相同的調(diào)整用電壓時，存儲一個電壓變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電壓變換電路輸出的輸出值除其它電壓變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；均衡調(diào)整部，在測量瓦時時，將所述其它電流變換電路的輸出與所述基準(zhǔn)電流存儲部存儲的系數(shù)相乘，將所述其它電壓變換電路的輸出與所述基準(zhǔn)電壓存儲部存儲的系數(shù)相乘，使各相輸出均衡。
5.如權(quán)利要求1或4中所述的電子式瓦時表，其特征在于，包括存儲由調(diào)整用電源輸入的調(diào)整用電流的調(diào)整用電流存儲部；基準(zhǔn)電流存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電流相同的調(diào)整用電流時，存儲一個電流變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電流變換電路輸出的輸出值除其它電流變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；電流測量部，在測量瓦時時，根據(jù)所述各相電流變換電路輸出的輸出值、所述調(diào)整用電流存儲部中存儲的調(diào)整用電流、所述基準(zhǔn)電流存儲部存儲的一個電流變換電路的輸出值、以及所述各相的系數(shù)，求所述各相的電流。
6.如權(quán)利要求5中所述的電子式瓦時表，其特征在于，利用電流測量部下行方的電流進(jìn)行系數(shù)存儲后的微調(diào)整。
7.如權(quán)利要求1、4～6中任一項(xiàng)所述的電子式瓦時表，其特征在于，包括存儲由調(diào)整用電源輸入的調(diào)整用電壓的調(diào)整用電壓存儲部；基準(zhǔn)電壓存儲部，在由調(diào)整用電源輸入各相電壓相同的調(diào)整用電壓時，存儲一個電壓變換電路輸出的輸出值，同時存儲用所述一個電壓變換電路輸出的輸出值除其它電壓變換電路輸出的輸出值所得的系數(shù)；電壓測量部，在測量瓦時時，根據(jù)所述各相電壓變換電路輸出的輸出值、所述調(diào)整用電壓存儲部中存儲的調(diào)整用電壓、所述基準(zhǔn)電壓存儲部存儲的一個電壓變換電路的輸出值、以及所述各相的系數(shù)，求所述各相的電壓。
8.如權(quán)利要求1中所述的電子式瓦時表，其特征在于，瓦時測量部對振幅相位校正部的輸出進(jìn)行時間積分，運(yùn)算瓦時，每當(dāng)該瓦時達(dá)到門限值，輸出脈沖，并且具有存儲額定電流、額定電壓、相線制式、規(guī)定對所測量的瓦時輸出的脈沖數(shù)的儀表常數(shù)和A/D變換的取樣頻率的額定存儲部、以及全調(diào)整值運(yùn)算部，該運(yùn)算部根據(jù)從所述額定存儲部輸入的額定電流、額定電壓、相線制式和儀表常數(shù)，求輸入額定功率時瓦時測量部產(chǎn)生的脈沖的理論周期，而且檢測出輸入額定功率時來自振幅相位校正部的每一取樣的輸出位數(shù)，將此位數(shù)與從所述額定存儲部輸入的取樣頻率和所述理論周期相乘所得的值設(shè)定為門限值。
9.如權(quán)利要求3中所述的電子式瓦時表，其特征在于，調(diào)整用電源輸出額定電壓、額定電流、功率因數(shù)1.0的功率。
10.如權(quán)利要求1中所述的電子式瓦時表，其特征在于，第1角度與第2角度的差為90度，而且無功含有功率是無功功率。
11.一種電子式瓦時表，其特征在于，包括對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路，對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路，對所述電壓變換電路的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的電壓相位變換部，對所述電流變換電路的輸出僅進(jìn)行所述第1角度相位變換的第1電流相位變換部，對所述電流變換電路的輸出僅進(jìn)行第2角度相位變換的第2電流相位變換部，將所述電壓相位變換部和所述第1電流相位變換部的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部，將所述電壓相位變換部和所述第2電流相位變換部的輸出相乘以求出包含無功功率分量的無功含有功率的無功含有功率運(yùn)算部，根據(jù)所述變壓器和所述變流器初級端的電壓對電流相位差與A/D變換后的電壓對電流相位差的相位偏移、所述有功功率和所述無功含有功率，校正所述有功功率的相位、同時校正所述變壓器和所述變流器初級端電流和電壓與A/D變換后的電流和電壓的振幅偏移的振幅相位校正部，將該振幅相位校正部的輸出相乘以測量瓦時的瓦時測量部，以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器。
12.一種電子式瓦時表誤差調(diào)整方法，其特征在于，該電子式瓦時表具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、將電壓變換電路和電流變換電路的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將使所述電壓變換電路的輸出延遲90度的輸出與所述電流變換電路的輸出相乘以求出無功功率的無功功率運(yùn)算部、將所述有功功率運(yùn)算部的輸出相乘所得的值超過門限值時輸出脈沖的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器，該誤差調(diào)整方法包含以下各步驟額定功率輸入步驟，電子式瓦時表上連接調(diào)整用電源，從該調(diào)整用電源對全部的相輸入額定功率且功率因數(shù)為1.0；均衡調(diào)整步驟，求出所述一個電壓變換電路輸出的電壓與其它電壓變換電路輸出的電壓之比，并利用該比的倒數(shù)作為測量時使各相電壓均衡的系數(shù)加以存儲，同時求出所述一個電流變換電路輸出的電流與其它電流變換電路輸出的電流之比，并利用該比的倒數(shù)作為測量時使各相電流均衡的系數(shù)加以存儲；相位調(diào)整變換步驟，根據(jù)從所述有功功率運(yùn)算部和所述無功功率運(yùn)算部獲得的有功功率和無功功率、所述調(diào)整用電源輸出的有功功率和無功功率，求出所述變壓器和所述變流器初級端的電壓對電流相位差與A/D變換后的電壓對電流相位差的相位偏移并加以存儲；輸入步驟，輸入額定電流、額定電壓、相線制式、規(guī)定所述瓦時測量部對所測量瓦時輸出的脈沖數(shù)的儀表常數(shù)和A/D變換的取樣頻率；全調(diào)整值運(yùn)算步驟，對所述瓦時運(yùn)算部設(shè)定門限值。
13.一種電子式瓦時表誤差調(diào)整方法，其特征在于，該電子式瓦時表為多相電子式瓦時表，具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、將電壓變換電路和電流變換電路的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將使所述電壓變換電路的輸出延遲90度的輸出與所述電流變換電路的輸出相乘以求出無功功率的無功功率運(yùn)算部、將所述有功功率運(yùn)算部的輸出相乘所得的值超過門限值時輸出脈沖的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器，該誤差調(diào)整方法包含以下各步驟額定功率輸入步驟，電子式瓦時表上連接調(diào)整用電源，使各相間單相2線連接，從該調(diào)整用電源輸入額定功率且為規(guī)定的功率因數(shù)；振幅相位調(diào)整步驟，根據(jù)所述功率運(yùn)算部和所述無功功率運(yùn)算部的輸出，求出利用旋轉(zhuǎn)矩陣的運(yùn)算調(diào)整使得所述一個相的功率和無功功率與其它相的功率和無功功率一致的系數(shù)；額定負(fù)載調(diào)整步驟，所述電子式瓦時表的瓦時脈沖輸出為基準(zhǔn)，使來自各相單相2線連接地連接所述調(diào)整用電源的、準(zhǔn)確調(diào)整瓦時的脈沖輸出的主表的瓦時輸出與來自該電子式瓦時表的瓦時脈沖輸出一致；相位微調(diào)步驟，在所述振幅相位調(diào)整步驟和所述額定負(fù)載調(diào)整步驟的調(diào)整后，根據(jù)來自所述調(diào)整用電源的輸入，對所述電子式瓦時表的相位進(jìn)行微調(diào)。
14.一種電子式瓦時表誤差調(diào)整方法，其特征在于，該電子式瓦時表為多相電子式瓦時表，具有對用變壓器變壓后的電壓進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電壓變換電路、對用變流器變流后的電流進(jìn)行A/D變換成數(shù)字值的電流變換電路、將電壓變換電路和電流變換電路的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部、將使所述電壓變換電路的輸出延遲90度的輸出與所述電流變換電路的輸出相乘以求出無功功率的無功功率運(yùn)算部、將所述有功功率運(yùn)算部的輸出相乘所得的值超過門限值時輸出脈沖的瓦時測量部、以及顯示所述瓦時測量部測量的瓦時的瓦時顯示器；主表也具有與所述電子式瓦時表同等的所述電壓變換部、電流變換部、有功功率運(yùn)算部、無功功率運(yùn)算部和瓦時測量部，并預(yù)先受到高精度調(diào)整；施加規(guī)定功率時，由所述電子式瓦時表的功率運(yùn)算部和無功功率運(yùn)算部輸入功率和無功功率，另一方面，從所述主表的功率運(yùn)算部和無功功率運(yùn)算部輸入這時的功率和無功功率，并調(diào)整電子式瓦時表的振幅相位系數(shù)，使得所述電子式瓦時表的功率和無功功率與所述主表的功率和無功功率一致。
15.一種功率運(yùn)算電路，其特征在于，包括輸入數(shù)字變換后的電壓的電壓輸入部，輸入數(shù)字變換后的電流的電流輸入部，對所述電壓輸入部的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的第1電壓相位變換部，對所述電壓輸入部的輸出僅進(jìn)行第2角度相位變換的第2電壓相位變換部，對所述電流輸入部的輸出僅進(jìn)行第1角度相位變換的電流相位變換部，將所述第1電壓變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出有功功率的有功功率運(yùn)算部，將所述第2電壓變換部和所述電流相位變換部的輸出相乘以求出包含無功功率分量的無功含有功率的無功含有功率運(yùn)算部，以及根據(jù)對所述電流的所述電壓的理論值與運(yùn)算值的相位偏移、所述有功功率和所述無功含有功率，校正所述有功功率的相位校正部。
全文摘要
僅對電子式瓦時表施加功率因數(shù)1.0的額定功率就能調(diào)整振幅、相位均衡。通過按壓調(diào)整開關(guān)(272)，給電子式瓦時表(200)輸入功率因數(shù)1.0的額定功率，對電流變換電路(223)和電壓變換電路(224)的各相輸出振幅偏差進(jìn)行均衡調(diào)整，根據(jù)有功功率和無功功率的值調(diào)整各相的相位，根據(jù)設(shè)定的額定值和瓦時運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行全調(diào)整，并將調(diào)整值存放到EEPROM(273)。測量時，利用EEPROM(273)存放的調(diào)整值進(jìn)行調(diào)整，可獲得準(zhǔn)確的瓦時。
文檔編號G01R22/00GK1620613SQ0282804
公開日2005年5月25日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月9日
發(fā)明者黑田淳文, 新土井賢, 近藤桂州 申請人:三菱電機(jī)株式會社