專利名稱：電功率計算裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由被測定系統(tǒng)的交流電流、電壓來計算功率的電功率計算裝置。


圖1為示出現(xiàn)有的電功率計算裝置的框圖。
在圖1中，端子T1和T2用于輸入與被測定系統(tǒng)的電流、電壓成正比的電壓V1及電流A1。此電壓V1及電流A1分別由A/D變換器1及2變換為數(shù)字值。在CPU中，每隔一定的間隔對從上述A/D變換器1及2得到的數(shù)字值進行計算。
利用這種方式的電功率計算裝置對P=V1·A1進行計算并對固定時間求積就是功率表，另外，如對無限時間進行積分就成為電度表。
然而，在采用如此構(gòu)成的電功率計算裝置的場合，存在如下的問題。即(1)因為要利用軟件求得電壓V1和電流A1的乘積，需要時間來處理乘法命令。
(2)因為是利用軟件進行計算，處理復(fù)雜，由于忙而使軟件無法處理其他工作。
(3)因為是使用A/D變換器，而變換需要時間，難于加大采樣頻率。如要提高精度，雖然可以增加比特(位)數(shù)，但成本高昂。
本發(fā)明就是針對上述問題而作出的，其目的就是要提供一種處理乘法命令不需要時間、不存在由于處理復(fù)雜而使軟件難于處理其他工作、并且即使加大采樣頻率，也不會使成本變得高昂的電功率計算裝置。
為達到上述目標，根據(jù)本發(fā)明的第1種技術(shù)方案的電功率計算裝置的構(gòu)成包括用于檢測與被測定對象的電壓成正比的電壓的第1變化量和與上述被測定對象的電流成正比的電壓的第2變化量的檢測機構(gòu)，以及根據(jù)檢測出的上述第1變化量和檢測出的上述第2變化量計算上述被測定對象的電功率的電功率計算機構(gòu)。
上述用于檢測第1變化量和第2變化量的檢測機構(gòu)的構(gòu)成包括將與上述被測定對象的電壓成正比的電壓變換為表示與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的第1數(shù)字信號的第1A/D變換器、將與上述被測定對象的電流成正比的電壓變換為表示與上述被測定對象的電流成正比的電壓的第2數(shù)字信號的第2A/D變換器、根據(jù)上述第1數(shù)字信號輸出上述第1變化量的第1計數(shù)器和根據(jù)上述第2數(shù)字信號輸出上述第2變化量的第2計數(shù)器。
此電功率計算裝置還包括將上述第1變化量和第2變化量與時鐘信號同步輸出到上述電功率計算機構(gòu)的選擇器。
圖1為現(xiàn)有的電功率計算裝置的框圖。
圖2為示出本發(fā)明的第1實施形式的電功率計算裝置的示圖。
圖3為說明圖2所示的電功率計算裝置的動作的時序圖。
圖4為示出本發(fā)明的第2實施形式的電功率計算裝置的示圖。
下面參考附圖對本發(fā)明的實施形式進行說明。
圖2為示出本發(fā)明的第1實施形式的電功率計算裝置的示圖。
在圖2中，端子T1及T2是用來輸入與被測定系統(tǒng)的電壓、電流成正比的電壓V1及電流A1的輸入端子。此輸入端子T1及T2的輸出供給稱為增量調(diào)制器的1位(比特)A/D變換器11及12內(nèi)的比較器13及14的正輸入端。積分器15及16的輸出供給上述比較器13及14的負輸入端。另外，比較器13及14的輸出供給觸發(fā)器17及18的D輸入端子。
在上述A/D變換器11及12中，上述的電壓V1、A1分別編碼為1位的脈沖信號f(n)、g(n)而輸出。其定時，在A/D變換器11中由時鐘脈沖φ、在A/D變換器12中由時鐘脈沖φ的反轉(zhuǎn)確定。
在時鐘脈沖前沿，積分器14或16的輸出電壓F(n)或G(n)和輸入電壓V1或A1的大小由比較器13或14進行比較。此處，在V1＞F(n)或A1＞G(n)的場合，從A/D變換器11或12輸出高電平“H”，在積分器15或16中只對Δv積分。而在V1＜F(n)或A1＜G(n)的場合，輸出低電平“L”，在積分器15或16中只對-Δv積分。
A/D變換器11及12的輸出輸出到增減計數(shù)器19及20，在此對計數(shù)的增減進行控制。此處是對時鐘脈沖φ或時鐘脈沖φ的反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)進行計數(shù)。增減計數(shù)器19及20的輸出F(n)、G(n)就成為輸入電壓V1及A1的A/D變換值。
數(shù)據(jù)選擇器21用于選擇將增減計數(shù)器19及20的何值賦予加減器22。此數(shù)據(jù)選擇器21，在時鐘脈沖φ為高電平“H”時選擇增減計數(shù)器19側(cè)的數(shù)據(jù)，而為低電平“L”時選擇增減計數(shù)器20側(cè)的數(shù)據(jù)。
在將上述數(shù)據(jù)選擇器21的輸出和閂鎖器24的輸出供給加減器22的同時，還將上述A/D變換器11、12的輸出電壓f(n)、g(n)及時鐘脈沖φ和此時鐘脈沖φ的反轉(zhuǎn)脈沖作為輸入的與門及或門構(gòu)成的門電路的輸出供給加減器22。
在此加減器22中，對A、B兩個輸入數(shù)字值，即閂鎖器24的輸出值W(n-1)和增減計數(shù)器19的輸出值F(n)或增減計數(shù)器20的輸出值G(n)順次進行加法計算或減法計算。關(guān)于B輸入，由(+/-)端子上的輸入信號確定是加還是減。
在上述(+/-)端子上輸入由A/D變換器11或12給出的輸出。此處，在時鐘脈沖φ為高電平“H”時選擇A/D變換器12側(cè)的數(shù)據(jù)，而在時鐘脈沖φ為低電平“L”時選擇A/D變換器11側(cè)的數(shù)據(jù)。于是，在上述(+/-)端子為高電平“H”時進行加法計算，而在上述(+/-)端子為低電平“L”時進行減法計算。此加減器22的輸出就成為與每個瞬時的V1×A1成正比的的值W(n)。
在閂鎖器24中，將加減器22的輸出W(n)的前1個W(n-1)鎖存。所以，其輸出為W(n-1)。
此閂鎖器24的輸出W(n-1)供給加法器25，在此，對到該加法器25自身的前一步為止的總合∫W(n)求和。結(jié)果就可得到每一瞬時的電壓V1、A1的積的積分值∫W(n)。
下面，參考示出圖3各部分的波形時序圖說明如上構(gòu)成的電功率計算裝置的動作。
V1、A1為與被測定系統(tǒng)的電壓、電流成正比的電壓，A/D變換器11及12的輸出分別為以圖3所示那樣的f(n)、g(n)表示的脈沖串。f(n)為在脈沖前沿，g(n)為在時鐘脈沖φ反轉(zhuǎn)時動作，其值只為+1或-1。F(n)、G(n)為A/D變換器11、12的輸出的積分，在F(n)時鐘脈沖φ被計數(shù)，在G(n)時鐘脈沖φ的反轉(zhuǎn)被計數(shù)。另外，F(xiàn)(n)等于電壓V1的A/D變換，G(n)等于電流A1的A/D變換。
本發(fā)明的目的，就是要求出V1×A1。此處，V1和F(n)的關(guān)系、A1和G(n)的關(guān)系如下述(1)式及(2)式所示。
V1F(n)…(1)A1G(n)…(2)因而，定義F(n)×G(n)=W(n)。
設(shè)A/D變換器11的輸出為f(1)、f(2)、…f(n)，則此時積分器15的輸出信號F(n)如下式所示F(n)=(f(1)+f(2)+…+f(n))×Δv…(3)另外，增減計數(shù)器19的輸出信號就成為F(n)的數(shù)字編碼值。
還有，G(n)同樣為G(n)=(g(1)+g(2)+…+g(n))×Δv…(4)還有，現(xiàn)在要求出的值F(n)×G(n)=W(n)如下式(5)所示W(wǎng)(n)=F(n)×G(n)=(f(1)+f(2)+…f(n))×(g(1)+g(2)+…g(n))…(5)因為F(n)由時鐘脈沖φ的前沿的定時確定，G(n)由時鐘脈沖φ的后沿的定時確定，所以W(n)分成2個考慮。
設(shè)確定電壓側(cè)的計數(shù)F(n)的定時為Wv(n)，確定電流側(cè)的計數(shù)G(n)的定時為Wa(n)，則上述的(5)式，由確定電壓側(cè)的計數(shù)F(n)的定時Wv(n)考慮Wv(n)=F(n)×G(n)=(f(1)+f(2)+…+f(n))×(g(1)+g(2)+…g(n))
=F(n)×(G(n-1)+g(n))因為其中的g(n)=±1，所以Wv(n)=F(n)×G(n-1)±F(n)=Wa(n-1)±F(n)另外，由確定電流側(cè)的計數(shù)G(n)的定時Wa(n)考慮Wa(n)=F(n)×G(n)=(f(1)+f(2)+…+f(n))×(g(1)+g(2)+…g(n))=(F(n-1)+f(n))×G(n)因為其中的f(n)=±1，所以Wa(n)=F(n)×G(n)±G(n)=Wv(n)±G(n)所以，借助加減器22，于確定電壓側(cè)的計數(shù)F(n)的定時，對閂鎖器24的保持值，根據(jù)由電流側(cè)的A/D變換器12的輸出確定的加或減來加上或減去電壓側(cè)增減計數(shù)器19的輸出數(shù)據(jù)F(n)，就可以得到作為加減器22的輸出V1×A1的各瞬時值，即W(n)。
另外，借助加減器22，于確定電壓側(cè)的計數(shù)G(n)的定時，對閂鎖器24的保持值，根據(jù)由電流側(cè)的A/D變換器11的輸出確定的加或減來加上或減去電流側(cè)增減計數(shù)器20的輸出數(shù)據(jù)G(n)，就可以得到作為加減器22的輸出V1×A1的各瞬時值，即W(n)。
另外，在實用上，再由加法器25對此W(n)進行積分而用作功率及電度(電能)數(shù)據(jù)。
下面，對本發(fā)明的第2實施形式進行說明。
作為A/D變換器的增量調(diào)制器，由于調(diào)制器內(nèi)的積分器的性能的影響，上行和下行之間的ΔV的積分寬度有時略有不同。因此，如長時間動作，增減計數(shù)器的“0”點會與本來該是“0”的點有偏離。
圖4示出的就用來改善這種偏離的本發(fā)明的第2實施形式的電功率計算裝置構(gòu)成的框圖。另外，圖中與上述圖2的第1實施形式相同的部分采用同一標號，其說明則省略。
端子T1及T2與比較器31及32連接，在此檢測輸入的交流電壓V1、A1的過零。單觸發(fā)電路33及34，每當上述比較器31及32過零，就生成單觸發(fā)信號而使增減計數(shù)器19、20及加減器22(在同實施形式中只在V1過零時)清零。
單觸發(fā)電路33及34的輸出供給定時電路35、36。此定時電路35、36的輸出，在供給A/D變換器11、12內(nèi)的積分器15、16的同時，通過或門37、38供給增減計數(shù)器19及20。
另外，上述定時電路35、36，在上述V1、A1長時間不發(fā)生過零時，比如在1秒間不發(fā)生過零的場合，就生成單觸發(fā)信號使A/D變換器11、12內(nèi)的積分器15、16和增減計數(shù)器19、20清零。
這樣，根據(jù)第2實施形式，每過一定時間，增減計數(shù)器19、20和A/D變換器11、12內(nèi)的積分器15、16同時清零。所以就可以改善上述的偏離“0”點而不能準確進行測定的問題。
另外，構(gòu)成上述A/D變換器的調(diào)制器也可采用增量總和調(diào)制器。即根據(jù)本實施形式，其構(gòu)成包括用于將與被測定對象的電壓、電流成正比的電壓變換為1位編碼的2個1位A/D變換器、對由上述2個1位A/D變換器輸出的上述的1位編碼進行控制的2個增減計數(shù)器、對其前一次的輸出數(shù)據(jù)和上述增減計數(shù)器的輸出數(shù)據(jù)進行加減的加減電路以及對此加減電路的前一次的數(shù)據(jù)取樣輸出到該加減電路的閂鎖器；上述加減電路，根據(jù)上述2個1位A/D變換器的輸出數(shù)據(jù)，可在加法處理和減法處理之間切換。
據(jù)此，提高取樣速度時可降低模擬信號編碼時的分辨率(比特數(shù))。另外，可提供緊湊低價的電功率計算裝置。此外，可通過使利用CPU的軟件處理最小化而簡化軟件的處理?；蚴菢?gòu)成與軟件無關(guān)的電功率計算裝置、功率表或電度表。此外，也可得到適于LSI(大規(guī)模集成)化的電路。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，因為模擬單元只是個1位A/D變換器，是非常少的，所以即使LSI化也是小型的，可以做到低成本。另外，也可完全由硬件構(gòu)成功率表和電度表。此外，因為可以提高取樣速度，所以可以做到高精度化。
權(quán)利要求
1．一種電功率計算裝置，其構(gòu)成包括用于檢測與被測定對象的電壓成正比的電壓的第1變化量和與上述被測定對象的電流成正比的電壓的第2變化量的檢測機構(gòu)，以及根據(jù)檢測出的上述第1變化量和檢測出的上述第2變化量計算上述被測定對象的電功率的電功率計算機構(gòu)。
2．權(quán)利要求1所述的電功率計算裝置，其特征在于上述檢測機構(gòu)的構(gòu)成包括將與上述被測定對象的電壓成正比的電壓變換為表示與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的第1數(shù)字信號的第1A/D變換器、將與上述被測定對象的電流成正比的電壓變換為表示與上述被測定對象的電流成正比的電壓的第2數(shù)字信號的第2A/D變換器、根據(jù)上述第1數(shù)字信號輸出上述第1變化量的第1計數(shù)器、和根據(jù)上述第2數(shù)字信號輸出上述第2變化量的第2計數(shù)器。
3．權(quán)利要求1所述的電功率計算裝置，其特征在于此裝置還包括將上述第1變化量和第2變化量與時鐘信號同步輸出到上述電功率計算機構(gòu)的選擇器。
4．權(quán)利要求2所述的電功率計算裝置，其特征在于在預(yù)定定時將上述第1計數(shù)器清零。
5．權(quán)利要求2所述的電功率計算裝置，其特征在于在預(yù)定定時將上述第2計數(shù)器清零。
6．權(quán)利要求1所述的電功率計算裝置，其特征在于在預(yù)定定時將上述電功率計算機構(gòu)清零。
7．權(quán)利要求2所述的電功率計算裝置，其特征在于上述第1A/D變換器包括在預(yù)定定時被清零并輸出基準電壓的積分器。
8．權(quán)利要求2所述的電功率計算裝置，其特征在于上述第2A/D變換器包括在預(yù)定定時被清零并輸出基準電壓的積分器。
9．權(quán)利要求4所述的電功率計算裝置，其特征在于上述預(yù)定定時和與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的過零的定時同步。
10．權(quán)利要求5所述的電功率計算裝置，其特征在于上述預(yù)定定時和與上述被測定對象的電流成正比的電壓的過零的定時同步。
11．權(quán)利要求6所述的電功率計算裝置，其特征在于上述預(yù)定定時和與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的過零的定時同步。
12．權(quán)利要求7所述的電功率計算裝置，其特征在于上述預(yù)定定時和與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的過零的定時同步。
13．權(quán)利要求8所述的電功率計算裝置，其特征在于上述預(yù)定定時和與上述被測定對象的電流成正比的電壓的過零的定時同步。
14．權(quán)利要求9所述的電功率計算裝置，其特征在于還包括在預(yù)定定時未檢測到與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的過零的場合將上述第1計數(shù)器清零的裝置。
15．權(quán)利要求10所述的電功率計算裝置，其特征在于還包括在預(yù)定定時未檢測到與上述被測定對象的電流成正比的電壓的過零的場合將上述第2計數(shù)器清零的裝置。
16．權(quán)利要求11所述的電功率計算裝置，其特征在于還包括在預(yù)定定時未檢測到與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的過零的場合將上述電功率計算機構(gòu)清零的裝置。
17．權(quán)利要求12所述的電功率計算裝置，其特征在于還包括在預(yù)定定時未檢測到與上述被測定對象的電壓成正比的電壓的過零的場合將上述積分器清零的裝置。
18．權(quán)利要求13所述的電功率計算裝置，其特征在于還包括在預(yù)定定時未檢測到與上述被測定對象的電流成正比的電壓的過零的場合將上述積分器清零的裝置。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明,可提供一種其構(gòu)成包括用于檢測與被測定對象的電壓成正比的電壓的第1變化量和與上述被測定對象的電流成正比的電壓的第2變化量的機構(gòu),以及根據(jù)檢測出的上述第1變化量和檢測出的上述第2變化量計算上述被測定對象的電功率的機構(gòu)。
文檔編號G01R21/00GK1230688SQ9910395
公開日1999年10月6日 申請日期1999年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月10日
發(fā)明者丸山亮司 申請人:株式會社東芝