JP5489331B2 - 電力計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出した電圧信号と電流信号を乗算することにより電力を計測する電力計測装置に関する。

従来、この種の電力計測装置として、電圧検出回路及び電流検出回路からそれぞれ出力される電圧信号及び電流信号のアナログ波形をそれぞれＡＤ（アナログデジタル）変換してデジタル値とし、これらデジタル値を乗算することにより、電力を計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

電圧信号と電流信号のアナログ波形をＡＤ変換する際、センサのばらつき、回路の処理方式（フィルタ定数）の違い、回路定数のばらつき等により、電圧信号と電流信号の位相ずれ（時間差）が発生し、電力演算誤差が大きくなることが知られている。

従来、このことを解決するために、位相ずれ（信号波形の時間ずれ）を補正する移相回路（位相調整回路）をハードウェアで設け、位相（時間）を調整することが行われている。図１２は従来の電力計測装置の構成を示す図である。この従来例の電力計測装置６５０は、電圧検出回路６１０、電流検出回路６２０及び電力演算部６３０から構成される。

電圧検出回路６１０は、電圧降圧回路６１１で検出に適した電圧に降圧し、フィルタ６１２でフィルタリングを行った後、位相調整回路６１３で位相ずれを調整した電圧信号を出力する。電流検出回路６２０は、回路切替部６２３で回路に接続された電流センサＣＴ１１あるいはＣＴ１２を切り替え、この切り替えられた電流センサＣＴ１１あるいはＣＴ１２でＲ相あるいはＴ相の電流を検知し、この検知した電流信号をゲイン切替部６２４で増幅して出力する。

電力演算部６３０は、電圧検出回路６１０及び電流検出回路６２０からそれぞれ出力される電圧信号及び電流信号の各アナログ波形をＡＤ変換部６３１、６３２でＡＤ変換する。また、電力演算部６３０は、ＡＤ変換された電流信号及び電圧信号のデジタル値を乗算部６３４で乗算し、乗算した値を電力値として伝送回路部６３５を通じて出力する。また、電力演算部６３０には、ゲイン切替部６２４に電流信号増幅時のゲインの切り替えを指示するゲイン切替制御部６３３が設けられている。位相調整回路６１３によって位相ずれが調整された電圧信号は、電力演算部６３０内のＡＤ変換部６３１に入力される。このような動作により、検出した電圧信号と電流信号の位相ずれが補正され、計測される電力の精度が向上する。

図１３は多回路の電力を計測する場合の電力計測装置の構成を示す図である。この電力計測装置７５０内の電流検出回路７２０には、回路１〜４のＲ相あるいはＴ相の電流を検知する複数の電流センサＣＴ１１〜ＣＴ１８を切り替える回路切替部７２３と、電流信号を所定ゲインにより増幅するゲイン切替部７２４とが設けられている。また、電圧検出回路７１０には、複数の電流センサに合わせて複数の位相調整回路７１４及び回路切替部７１５が設けられている。回路切替部７１５は、電流センサが切り替えられると、これに対応する位相調整回路７１４を切り替える。電力演算部７３０には、回路切替制御部７３６が設けられており、電圧検出回路７１０の回路切替部７１５に対し、回路の切り替えを指示する。

特許第３０４５７３９号公報

しかしながら、上記従来の電力計測装置では、電圧検出回路内にハードウェアで位相調整回路を設けなければならず、コストを上げる要因となっていた。特に、電流検知部として多種類の電流センサが電流検出回路に用いられる場合、電流センサの種類に合わせて多くの位相調整回路を電圧検出回路内に設けておかなければならない。このため、複数の位相調整回路及び回路切替部が必要であることから、より一層コストが上昇するという課題があった。

また、電流を検知する電流センサとして一般的に用いられている変流器（ＣＴ）は、電流が小さい領域で位相ずれが大きくなる。この電流が小さい領域では、大きな位相ずれ（時間差）により、計測される電力の精度が低下するといった課題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、多くの種類の電流センサが電流検出回路に用いられる場合でも、容易にコストを上げることなく位相ずれを補正し、測定精度を向上させることが可能な電力計測装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、電流が小さい領域であっても、電力測定の精度の低下を抑えることが可能な電力計測装置を提供することにある。

本発明は、測定対象回路の電圧を検出する電圧検出回路から出力される電圧信号を第１のデジタル値に変換する電圧変換部と、測定対象回路の電流を検知する電流検知部が設けられた電流検出回路から出力される電流信号を第２のデジタル値に変換する電流変換部と、前記電圧変換部によって変換された第１のデジタル値と前記電流変換部によって変換された第２のデジタル値とを乗算する乗算部とを備え、前記乗算部による乗算結果から測定対象回路における電力値を取得する電力計測装置であって、前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記電流検出回路から出力される電流信号との位相ずれに関する位相ずれ量を設定する位相ずれ量設定部と、前記設定された位相ずれ量に基づき、前記電圧変換部における前記電圧信号のデジタル変換を実行する第１のタイミングと、前記電流変換部における前記電流信号のデジタル変換を実行する第２のタイミングとの少なくとも一方をずらして時間調整を行う時間調整部とを備え、前記位相ずれ量設定部は、前記電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、異なる電流検知部により異なる測定対象回路の電流信号を時分割で取り込む場合、前記電流検知部ごとに前記位相ずれ量を設定し、前記時間調整部は、前記時間調整を行う際の前記電圧信号のデジタル変換を実行するタイミングと前記電流信号のデジタル変換を実行するタイミングとについて、前記位相ずれ量に応じて順序を変更する電力計測装置を提供する。
上記構成により、電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、この位相ずれ量に基づいて、電圧信号及び電流信号のデジタル変換を実行するタイミングに関する時間調整を行うことで、容易に精度良く位相ずれを補正することが可能となる。したがって、多くの種類の電流センサが電流検出回路に用いられる場合でも、コストを上げることなく位相ずれを補正し、電力測定の精度を向上することが可能である。
また、例えば位相ずれ量が大きい場合であっても、デジタル変換の実行タイミングの順序を変更することで、複数の測定対象回路の電流信号を時分割で取り込む際に全体の取り込み時間が短くなるようにできる。したがって、電力を計測する際のサンプリング周期を短くすることが可能となる。

また、本発明は、測定対象回路の電圧を検出する電圧検出回路から出力される電圧信号を第１のデジタル値に変換する電圧変換部と、測定対象回路の電流を検知する電流検知部が設けられた電流検出回路から出力される電流信号を第２のデジタル値に変換する電流変換部と、前記電圧変換部によって変換された第１のデジタル値と前記電流変換部によって変換された第２のデジタル値とを乗算する乗算部とを備え、前記乗算部による乗算結果から測定対象回路における電力値を取得する電力計測装置であって、前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記電流検出回路から出力される電流信号との位相ずれに関する位相ずれ量を設定する位相ずれ量設定部と、前記設定された位相ずれ量に基づき、前記電圧変換部における前記電圧信号のデジタル変換を実行する第１のタイミングと、前記電流変換部における前記電流信号のデジタル変換を実行する第２のタイミングとの少なくとも一方をずらして時間調整を行う時間調整部と、前記電流検出回路によって検出される電流値を判定する電流値判定部と、を備え、前記位相ずれ量設定部は、前記電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、前記電流値が所定値より小さい第１の領域と前記所定値以上の第２の領域とで異なる位相ずれ量を設定し、前記時間調整部は、前記電流値判定部によって判定された電流値に応じて、前記電流値が前記所定値より小さい場合は前記第１の領域で設定された位相ずれ量に基づいて時間調整を行い、前記電流値が前記所定値以上である場合は前記第２の領域で設定された位相ずれ量に基づいて時間調整を行う電力計測装置を提供する。
上記構成により、電流値が小さい領域において異なる位相ずれ量を設定して時間調整を行うことで、電流値が小さい領域における測定電力精度を改善することができる。

また、本発明は、測定対象回路の電圧を検出する電圧検出回路から出力される電圧信号を第１のデジタル値に変換する電圧変換部と、測定対象回路の電流を検知する電流検知部が設けられた電流検出回路から出力される電流信号を第２のデジタル値に変換する電流変換部と、前記電圧変換部によって変換された第１のデジタル値と前記電流変換部によって変換された第２のデジタル値とを乗算する乗算部とを備え、前記乗算部による乗算結果から測定対象回路における電力値を取得する電力計測装置であって、前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記電流検出回路から出力される電流信号との位相ずれに関する位相ずれ量を設定する位相ずれ量設定部と、前記設定された位相ずれ量に基づき、前記電圧変換部における前記電圧信号のデジタル変換を実行する第１のタイミングと、前記電流変換部における前記電流信号のデジタル変換を実行する第２のタイミングとの少なくとも一方をずらして時間調整を行う時間調整部と、前記電流検出回路によって検出される電流値を判定する電流値判定部と、を備え、前記位相ずれ量設定部は、前記電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、前記電流値に対応する所定の関数による前記位相ずれ量を設定し、前記時間調整部は、前記電流値判定部によって判定された電流値に応じて、前記電流値に対応する位相ずれ量に基づいて時間調整を行う電力計測装置を提供する。
上記構成により、電流値に対応する位相ずれ量に基づいて時間調整を行うことで、より細かい位相ずれの補正が可能となり、電力測定の精度をより一層向上させることができる。

本発明によれば、多くの種類の電流センサが電流検出回路に用いられる場合でも、容易にコストを上げることなく位相ずれを補正し、測定精度を向上させることができる。また、電流が小さい領域であっても、電力測定の精度の低下を抑えることができる。

第１の実施形態における電力計測装置の構成を示す図 電流センサの定格と位相ずれの関係の一例を示す図 本実施形態における電力計測の手順を示すフローチャート （Ａ）〜（Ｄ）は電力演算精度の改善を説明する図 第２の実施形態における電力計測装置の構成を示す図 第３の実施形態における電力計測装置の構成を示す図 （Ａ）〜（Ｃ）は複数の回路１〜４のＲ相、Ｔ相に亘って行われる電圧信号及び電流信号のＡＤ変換の順序を示す図 第４の実施形態における電力計測装置の構成を示す図 （Ａ）、（Ｂ）は通電電流に対する電力演算誤差率の変化を示すグラフ （Ａ）、（Ｂ）は通電電流の電流値に対する調整時間Δｔの値及び電力演算誤差率の変化を示すグラフ 第５の実施形態における電力計測装置の構成を示す図 従来の電力計測装置の構成を示す図 多回路の電力を計測する場合の電力計測装置の構成を示す図

以下の実施形態では、本発明に係る電力計測装置の一例として、商用交流電源に接続される配電用の回路に供給される電力を計測する電力計測装置の構成を示す。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における電力計測装置の構成を示す図である。この電力計測装置５０は、電圧検出回路１０、電流検出回路２０及び電力演算部３０を有して構成される。電圧検出回路１０は、測定対象回路である商用交流電源の２つの相の電圧であるＲ相、Ｔ相の線間電圧（電圧ＲＳ、電圧ＴＳ）を検出する。電圧検出回路１０には、線間電圧を検出し、この検出された線間電圧を検出に適した電圧信号に降圧する電圧降圧回路１１、及びこの降圧した電圧信号から電源ノイズなどを除去するフィルタ１２が設けられている。フィルタ１２を通過した電圧信号は電力演算部３０に入力される。

電流検出回路２０は、測定対象回路である商用交流電源のＲ相、Ｔ相の電源ラインに流れる各相電流を検出する。電流検出回路２０には、電流検知部として、Ｒ相、Ｔ相の電源ラインにそれぞれ設けられ、各相電流を検知する電流センサＣＴ１、ＣＴ２が設けられる。また、電流検出回路２０は、後述する選択信号に従って電流センサＣＴ１、ＣＴ２を切り替える回路切替部２３、電流センサＣＴ１、ＣＴ２によって検出される電流信号の増幅率（ゲイン）を切り替えるゲイン切替部２４を有している。

ゲイン切替部２４は、後述するＡＤ変換の分解能を上げるために、後述する電力演算部３０内のゲイン切替制御部３３からの指示に基づき、検出される電流信号のレベルに応じて増幅率（ゲイン）を段階的に切り替える機能を有する。また、ゲイン切替部２４は、電力演算部３０内のゲイン切替制御部３３から、ゲインの切替信号及び電流センサＣＴ１、ＣＴ２の選択信号を受信する。ゲイン切替部２４は、この選択信号を回路切替部２３に出力する。ここで、電流センサとしては、一般的に、貫通型あるいは分割型の変流器（ＣＴ）等が用いられる。

電力演算部３０は、マイクロコンピュータ等の情報処理装置で構成されており、記憶媒体に格納された制御プログラム（ソフトウェア）を実行することにより、内蔵するハードウェアとともに、後述する各部の機能を実現する。すなわち、電力演算部３０は、ＡＤ変換部３１、３２、ゲイン切替制御部３３、乗算部３４、伝送回路部３５、時間調整部３６及び位相ずれ量設定部３７を有する。ＡＤ変換部３１は、電圧検出回路１０で検出された電圧信号のアナログ波形をデジタル値（電圧を示す第１のデジタル値）に変換する。ＡＤ変換部３２は、電流検出回路２０で検出された電流信号のアナログ波形をデジタル値（電流を示す第２のデジタル値）に変換する。ここで、第１のＡＤ変換部３１が電圧変換部の機能を実現し、第２のＡＤ変換部３２が電流変換部の機能を実現する。

ゲイン切替制御部３３は、前述したように、ゲイン切替部２４に対し、ゲインの切替信号及び電流センサＣＴ１、ＣＴ２の選択信号を出力する。

乗算部３４は、ＡＤ変換部３１、３２によってそれぞれ変換されたデジタル値（第１のデジタル値、第２のデジタル値）を乗算することにより電力値を算出し、この乗算結果として算出された電力値を伝送回路部３５に出力する。伝送回路部３５は、算出された電力値を外部に出力する。この出力された電力値は、例えば、表示器で表示可能であり、また、ネットワーク等の伝送線を介して外部機器に伝送可能である。

時間調整部３６は、位相ずれ量設定部３７に設定された位相ずれ量に基づき、ＡＤ変換部３１、３２のそれぞれに対し、電圧信号のＡＤ変換を実行する第１のタイミング、電流信号のＡＤ変換を実行する第２のタイミングを決定するトリガ信号を個別に出力する。ＡＤ変換を実行する第１及び第２のタイミングとしては、例えば、ＡＤ変換部３１、３２においてそれぞれ電圧信号、電流信号を取り込むタイミング、つまりＡＤ変換の開始タイミングなどを設定するものとする。これにより、後述するように、電圧信号と電流信号の位相ずれが調整される。

位相ずれ量設定部３７には、時間調整部３６によって位相ずれが調整される位相ずれ量（調整時間）Δｔが設定される。なお、時間調整部３６によって行われる、この時間調整は、電圧信号のＡＤ変換を実行する（電圧信号を取り込む）第１のタイミング、あるいは電流信号のＡＤ変換を実行する（電流信号を取り込む）第２のタイミングの一方あるいは双方に対して行われてもよい。また、ＡＤ変換を実行するタイミングとしては、ＡＤ変換部３１、３２における電圧信号及び電流信号の入力タイミング、あるいは、電圧変換後の第１のデジタル値及び電流変換後の第２のデジタル値の出力タイミングなどを用いることも可能である。

また、本実施形態では、後述するように、電圧信号に対して電流信号が遅れる場合を示すが、回路によっては電流信号に対して電圧信号が遅れる場合もあり、いずれの場合にも時間調整は可能である。

なお、位相ずれを調整する位相ずれ量（調整時間）Δｔには、力率０．５における測定電力精度を調整するために必要な分解能と調整範囲が必要である。例えば、力率０．５において電力演算誤差率を０．３％以下の誤差範囲にする場合、位相ずれ量（調整時間）Δｔを約５μｓｅｃ以下に調整する必要がある。

また、位相ずれ量（調整時間）Δｔは、電流センサの種別（貫通型、分割型など）、定格電流、個体差（センサ個体のばらつき）などを含む電流検知部の種類によって違ってくる。電流センサとして用いられる変流器（ＣＴ）の仕様には、品種ごとに検出電流に応じて検出可能な電流範囲を示す定格電流がある。定格電流が異なると、変流器の形状などが異なるので、位相ずれ量も異なる。したがって、位相ずれ量設定部３７には、電流センサの種別、定格電流、個体差などの電流検知部の種類に応じた位相ずれ量（調整時間）Δｔを設定する。この際、位相ずれ量（調整時間）Δｔは、上記電流検知部の種類を含む電流検出回路の要因だけでなく、電圧検出回路におけるフィルタ等の回路の処理方式（回路定数の違いなど）、回路定数のばらつき等による、電圧検出回路の要因を考慮して設定するのが好ましい。これにより、多くの種類の電流センサに対して、電圧検出回路１０及び電流検出回路２０を合せた装置全体としての位相ずれ量（調整時間）Δｔを設定できる。なお、ここでは１つの位相ずれ量（調整時間）Δｔのみを述べているが、実際にはＲ相（第１の回路）、Ｔ相（第２の回路）の各相の回路ごとに調整時間Δｔ１、Δｔ２をそれぞれ設定する。

図２は電流センサの定格と位相ずれの関係の一例を示すテーブルである。このテーブルは位相ずれ量設定部３７に登録されている。また、このテーブルには、電流センサの定格電流に対応する位相ずれ量として、定格電流ごとの位相ずれの中央値と個体差によるばらつきが示されている。例えば、定格５０Ａ用の電流センサ（ＣＴ）の場合、位相ずれの中央値が＋２°であり、個体差のばらつきが±１°であることが示されている。また、定格１００Ａ用の電流センサ（ＣＴ）の場合、位相ずれの中央値が＋１°であり、個体差によるばらつきが±１°であることが示されている。電流センサの定格ごとの位相ずれの中央値に、個体差によるばらつきを加えた値が、実際の電流センサによる位相のずれとなる。このように、電流センサは進み位相の特性を有しており、電流センサによって位相ずれの大きさは異なるが、０〜３°の範囲で調整できればよいことになる。

例えば、測定対象回路として、回路１のＲ相の電源ラインに定格５０Ａ用の電流センサが接続された場合、位相のずれとして中央値である＋２°が用いられる。また、上記と異なる測定対象回路として、回路１のＴ相の電源ラインに定格４００Ａ用の電流センサが接続された場合、位相のずれとして中央値である＋１°が用いられる。そして、これらの位相ずれに応じた位相ずれ量（調整時間）Δｔが実際に設定されることになる。

また、電流センサの個体差によるばらつきを考慮する場合、個々の電流センサを接続した場合の位相ずれを実際に測定することにより、位相ずれ量（調整時間）Δｔを設定するようにしてもよい。この場合、電流センサによる位相ずれをより正確に補正することができる。

また、電圧検出回路１０内のフィルタ１２の定数を変更することによって生じる位相ずれを考慮する必要がある場合、数式（１）に示すように、フィルタでの位相のずれによる調整時間Δｔ（ｆｉｌ）と電流センサ固有の位相ずれによる調整時間Δｔ（ＣＴ）との和を全体の位相ずれ量（調整時間）Δｔとして、位相ずれを調整するようにしてもよい。

Δｔ ＝ Δｔ（ｆｉｌ） ＋ Δｔ（ＣＴ） ……（１）
なお、フィルタによる位相ずれ量は、計算によって求められるが、製造工程において入力される電圧信号とフィルタ通過後の電圧信号の位相差を検出することにより求めるようにしてもよい。

図３は本実施形態における電力計測の手順を示すフローチャートである。この電力計測の処理は、所定時間（本実施形態では、サンプリング周期である１ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し行われる。電力計測を開始すると、まず、時間調整部３６は、電圧検出回路１０から常時出力されている電圧信号をサンプリングしてＡＤ変換を行うＡＤ変換部３１に対し、トリガ信号を送出し、ＡＤ変換を行わせる（ステップＳ１）。

時間調整部３６は、位相ずれ量設定部３７に設定された調整時間Δｔ待機し（ステップＳ２）、調整時間Δｔが経過した後、電流検出回路２０から常時出力されている電流信号をサンプリングしてＡＤ変換を行うＡＤ変換部３２に対し、トリガ信号を送出し、ＡＤ変換を行わせる（ステップＳ３）。

乗算部３４は、ＡＤ変換部３１から出力される電圧信号のデジタル値（第１のデジタル値）とＡＤ変換部３２から出力される電流信号のデジタル値（第２のデジタル値）を乗算することにより電力値を算出し、この算出された電力値を伝送回路部３５に出力する（ステップＳ４）。これにより、電力計測の処理は終了する。そして、前回の計測から所定時間（サンプリング周期である１ｍｓｅｃ）が経過すると、再び電力計測が開始される。

そして、伝送回路部３５には、所定時間（１ｍｓｅｃ）ごとに電力値が蓄積される。この蓄積された電力値は、あらかじめ設定された時間ごとに外部に出力され、表示や種々のデータ処理等に供される。

図４は電力演算精度の改善を説明する図である。図４（Ａ）は位相ずれがある場合の通電電流に対する電力演算誤差率を示すグラフである。図４（Ｂ）は電圧信号と電流信号の信号波形を示す時間波形図である。図４（Ｂ）には、電圧検出回路及び電流検出回路の少なくとも一方に起因する位相ずれが生じた信号波形が示されている。

図４（Ｃ）は位相ずれが調整された場合の通電電流に対する電力演算誤差率を示すグラフである。図４（Ｄ）は位相ずれが調整された場合の電圧信号と電流信号の信号波形を示す時間波形図である。図４（Ｄ）には、電圧検出回路及び電流検出回路の少なくとも一方に起因する位相ずれが調整された信号波形が示されている。

図４（Ａ）に示すように、電力測定装置に起因する位相ずれがある場合、点線枠ｇで示すように、電力演算誤差率は０．６〜０．８％の範囲にある。一方、電力測定装置に起因する位相ずれが調整された場合、点線枠ｈに示すように、電力演算誤差率は−０．２〜０．２％の範囲内に改善される。

第１の実施形態の電力計測装置では、電圧信号と電流信号を取り込むタイミングを位相ずれ量に基づいてずらすことで、時間調整を行い、電力演算精度の調整が可能である。電流信号と電圧信号との位相ずれには、電流検知部の電流センサによる位相ずれと、電圧検出回路内のフィルタ等の他の回路による位相ずれとがそれぞれ独立して存在する。このため、電流検知部の電流センサの種別による位相ずれ、電流センサの個体差による位相ずれ、回路内の部品のばらつきによる位相ずれ等を合わせて位相ずれ量を設定することで、電力測定の精度を向上させることができる。本実施形態では、ＡＤ変換部に取り込む電圧信号と電流信号の時間ずれを位相ずれ量としている。この際、ソフトウェアによってＡＤ変換の時間差を調整することによって、時間調整を実現しているため、個別に容易に調整することが可能であり、個々の装置に対して電力演算精度を向上させることができる。また、時間調整の調整量もソフトウェアの設定により行うため、製造工程上での調整が容易である。

また、電力計測装置において、電流検知部は、測定対象回路で検出される電流範囲に応じて種類を変更して用いられる。そこで、電流検知部の電流センサの種類、あるいは個体差などによって位相ずれ量が異なるため、電流センサの種類に応じた位相ずれ量、あるいは電流センサ固有の位相ずれ量を設定することで、位相ずれの時間調整をより精度良く行える。さらに、電流検知部に固有の位相ずれ量と他の回路の位相ずれ量との和を算出し、この算出した値を位相ずれ量とすることで、電力測定の精度を向上できる。

このように、第１の実施形態によれば、電流信号及び電圧信号のＡＤ変換を行うタイミングの時間調整によって電力演算誤差率を改善することができ、計測される電力値の精度を上げることができる。特に、電流センサごとに調整時間Δｔを設定するので、種別、定格電流、個体差など異なる種類の電流センサが電流検出回路に設けられた場合でも、特別な回路を必要とせず、部品の追加などによるコストの上昇がなく、位相ずれを補正することができる。また、電圧検出回路のフィルタによる位相ずれを考慮することで、より正確に位相ずれを補正することができる。したがって、多くの種類の電流検知部が電流検出回路に設けられた場合でも、容易にコストを上げることなく位相ずれを補正することが可能である。

なお、本実施形態では、電流センサの種類として、主に定格電流ごとに異なる位相ずれ量が設定された場合を示したが、貫通型や分割型の種別ごとに異なる位相ずれ量についても同様に設定することが可能である。

また、本実施形態では、電圧信号と電流信号の位相ずれを調整する際に、ＡＤ変換を実行するタイミングとして、ＡＤ変換の開始タイミング（変換対象の信号を取り込むタイミング）をずらすことによって調整したが、この方法に限るものではない。例えば、ＡＤ変換の開始タイミングを揃え、逐次ＡＤ変換されたデジタル値を蓄積し、この蓄積されたデジタル値の読出しタイミングをずらすことによって調整することも可能である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、電源周波数に応じて位相ずれ量の設定値を切り替える例を示す。図５は第２の実施形態における電力計測装置の構成を示す図である。図５において、前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号が付されている。

第２の実施形態の電力計測装置１５０は、電力演算部１３０において、商用交流電源の周波数が５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚのいずれであるかを判定する電源周波数判定部１４１を有している。時間調整部１３６には、電源周波数判定部１４１による判定結果が入力される。時間調整部１３６は、位相ずれ量設定部１３７に設定された位相ずれ量と電源周波数判定部１４１による電源周波数判定結果とに基づき、ＡＤ変換部３１、３２におけるＡＤ変換を実行するタイミングをそれぞれ調整する。

電流センサでの位相ずれ量は、電源周波数が異なると違った値になる。フィルタ１２による調整時間Δｔ（ｆｉｌ）とし、電源周波数により異なる電流センサによる調整時間Δｔ（ＣＴ、Ｈｚ）とすると、数式（２）に示すように、全体の調整時間Δｔは、これらの和で求められる。位相ずれ量設定部１３７には、電源周波数に対応する全体の調整時間Δｔがテーブルとして登録されている。

Δｔ ＝ Δｔ（ｆｉｌ） ＋ Δｔ（ＣＴ、Ｈｚ） …… （２）
このように、第２の実施形態の電力計測装置によれば、電源周波数に応じた位相ずれ量を設定することで、電源周波数が異なる場合でも、正確に位相ずれを調整することができ、測定電力精度を向上できる。

（第３の実施形態）
上述した第１、第２の実施形態では、１つの回路（回路１）におけるＲ相及びＴ相の電力計測を示したが、第３の実施形態では、複数の測定対象回路（回路及び相）として、複数の回路（回路１〜４）に電力が供給される場合におけるＲ相及びＴ相の電力計測処理の例を示す。

図６は第３の実施形態における電力計測装置の構成を示す図である。図６において、前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号が付されている。第３の実施形態の電力計測装置２５０は、電流検出回路２２０において、回路切替部２２３には、回路１のＲ相、Ｔ相の電流をそれぞれ検出する電流センサＣＴ１、ＣＴ２、回路２のＲ相、Ｔ相の電流をそれぞれ検出する電流センサＣＴ３、ＣＴ４、回路３のＲ相、Ｔ相の電流をそれぞれ検出する電流センサＣＴ５、ＣＴ６、及び回路４のＲ相、Ｔ相の電流をそれぞれ検出する電流センサＣＴ７、ＣＴ８が接続されている。この回路切替部２２３は、電力演算部２３０内のゲイン切替制御部２３３から送信される選択信号をゲイン切替部２２４を介して受信することにより、複数の電流センサＣＴ１〜ＣＴ８を順に切り替える。

電流センサＣＴ１〜ＣＴ８の切り替えに応じて、電力演算部２３０は、回路１→回路２→回路３→回路４→回路１ …… の順に時分割で電力演算を繰り返し行う。このとき、電流検出回路２２０からの電流信号の位相ずれは、回路ごとに異なる。位相ずれ量設定部２３７には、回路１〜４のＲ相、Ｔ相ごとの調整時間Δｔがテーブルとして登録されている。時間調整部２３６は、ゲイン切替制御部２３３からの選択信号と位相ずれ量設定部２３７に設定された位相ずれ量とに基づき、ＡＤ変換部３１、３２におけるＡＤ変換を実行するタイミングをそれぞれ調整する。この際、時間調整部２３６は、ゲイン切替制御部２３３からの選択信号を入力すると、この選択信号によって切り替えられる回路の相に対応する調整時間Δｔを位相ずれ量設定部２３７から読み取る。そして、例えば、ＡＤ変換部３２に対し、この調整時間ΔｔだけずらしたＡＤ変換の開始タイミングでトリガ信号を出力する。このようにして、各回路の各相における電流信号のＡＤ変換が行われ、電力が演算される。

ここで、回路数が回路１〜４と４つに増えた場合、つぎのような検討が必要になる。上述したように、本実施形態においては、電力を計測する時間（サンプリング周期）を１ｍｓｅｃに設定している。回路１〜４における個々の回路の調整時間Δｔが長い場合、全回路の電流信号をＡＤ変換する際に要する時間（最大周期）が長くなり、設定された時間（サンプリング周期）を超えることが予想される。

そこで、第３の実施形態では、複数の回路１〜４のＲ相、Ｔ相に亘って行われる電圧信号及び電流信号のＡＤ変換の順序を、個々の回路の調整時間Δｔに応じて変更することにより、全てのＡＤ変換に要する時間を短くする制御を行う。

図７は複数の回路１〜４のＲ相、Ｔ相に亘って行われる電圧信号及び電流信号のＡＤ変換の順序を示す図である。図７（Ａ）は従来の位相ずれを考慮せずにＲ相、Ｔ相の順に行われるＡＤ変換のタイミングを示す。図７（Ａ）では、位相ずれが考慮されていないので、Ｒ相の電流信号及び電圧信号のＡＤ変換が同時に行われた後、Ｔ相の電流信号及び電圧信号のＡＤ変換が同時に行われる。このように、時間調整が無い分、全回路に亘っても、最大周期はサンプリング周期内に収まる。

図７（Ｂ）は位相ずれを考慮してＲ相、Ｔ相の順に行われるＡＤ変換のタイミングを示す。図７（Ｂ）では、Ｒ相の電流信号のＡＤ変換が行われた後、調整時間Δｔ１の経過後にＲ相の電圧信号のＡＤ変換が行われ、さらに、Ｔ相の電流信号のＡＤ変換が行われた後、調整時間Δｔ２の経過後にＴ相の電圧信号のＡＤ変換が行われる。調整時間Δｔ１、Δｔ２が長い場合、全回路に亘る最大周期はサンプリング周期を超え、サンプリングが間に合わなくなることが生じ得る。

図７（Ｃ）は、本実施形態における回路ごとに調整時間Δｔに応じて順序が変更された電圧信号及び電流信号のＡＤ変換のタイミングを示す。図７（Ｂ）に示すような最大周期がサンプリング周期を超えることを回避するために、図７（Ｃ）の例では、調整時間Δｔに応じて電圧信号及び電流信号のＡＤ変換を行う順序を変更することが行われる。

図７（Ｃ）には、２０通りの順序の変更例が示されている。ここで、値ｎ，ｍは調整時間Δｔを表し、ｎ＜ｍの関係を有するものとする。以下に、具体的にいくつかの例について説明する。

Ｎｏ１の場合、Ｒ相側及びＴ相側の調整時間Δｔはともに値＋ｎで等しい。この場合、まず、Ｒ相、Ｔ相の電流信号のＡＤ変換を行う。そして、調整時間Δｔとして値ｎが経過した後、Ｒ相、Ｔ相の電圧信号のＡＤ変換を行う。このように、Ｒ相、Ｔ相で調整時間Δｔの待機が同時に行われるので、１回路の周期は短くなり、２５０μｓｅｃ以下に抑えられる。

Ｎｏ２の場合、Ｒ相側の調整時間Δｔ１は値＋ｎであり、Ｔ相側の調整時間Δｔ２は値＋ｍである。この場合、まず、Ｒ相、Ｔ相の電流信号のＡＤ変換を行う。そして、調整時間Δｔ１として値ｎが経過した後、Ｒ相の電圧信号のＡＤ変換を行う。さらに、時間Δｔ２−Δｔ１が経過した後、Ｔ相の電圧信号のＡＤ変換を行う。このように、調整時間Δｔ１分の待機が同時に行われるので、１回路の周期は抑えられる。

Ｎｏ４の場合、Ｒ相側の調整時間Δｔ１は値＋ｎであり、Ｔ相側の調整時間Δｔ２は値−ｎである。Ｔ相側では、電流信号より電圧信号のＡＤ変換を先に行う必要がある。この場合、Ｒ相の電流信号とＴ相の電圧信号のＡＤ変換を行う。そして、調整時間Δｔとして値ｎが経過した後、Ｒ相の電圧信号とＴ相の電流信号のＡＤ変換を行う。

Ｎｏ７の場合、Ｒ相側の調整時間Δｔ１は値＋ｎであり、Ｔ相側の調整時間Δｔ２は値０である。Ｔ相側では、電流信号と電圧信号のＡＤ変換を略同時に行う必要がある。この場合、Ｒ相の電流信号のＡＤ変換を行い、Ｔ相の電流信号とＴ相の電圧信号のＡＤ変換を行う。そして、調整時間Δｔ１として値ｎが経過した後、Ｒ相の電圧信号のＡＤ変換を行う。

Ｎｏ１８の場合、Ｒ相側の調整時間Δｔ１及びＴ相側の調整時間Δｔ２はいずれも値０である。この場合、位相ずれが無いので、考慮しない場合と同様、Ｒ相及びＴ相の電流信号とＲ相及びＴ相の電圧信号のＡＤ変換をそれぞれ略同時に行う。

このように、第３の実施形態の電力計測装置では、調整時間Δｔに応じてＡＤ変換の順序を変更し、図７のＮｏ１〜Ｎｏ２０のいずれかの順序で、全回路について短時間でＡＤ変換を行うようにする。これにより、位相ずれ量が大きい場合であっても、ＡＤ変換の実行タイミングの順序を変更することで、複数の測定対象回路の電流信号を時分割で取り込む際に全体の取り込み時間が短くなるようにできる。この場合、個々の回路の周期が２５０μｓｅｃ以下となるので、全回路に亘る最大周期をサンプリング周期である１ｍｓｅｃ内に収めることができ、電力を計測する時間を短くできる。

また、複数の測定対象回路の電力を時系列に切り替えて測定する場合、それぞれに対応する位相ずれ量を設定し、位相ずれ量を切り替えて時間調整を行うことで、個々の回路における電力測定の精度を向上させることができる。また、個々の測定対象回路に対応する電圧検出回路及び電流検出回路には、従来のような位相調整回路が不要となるので、低コスト化が図れる。

なお、本実施形態では、同一の電圧で複数の回路に電力が供給される場合を示したが、複数の回路に異なる電圧で電力が供給される場合にも同様に適用が可能である。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、電流検知の精度が悪くなる通電電流値が所定値（例えば、１２Ａ）より小さい領域（第１の領域）と、所定値以上の領域（第２の領域）とで、位相ずれ量の設定値を切り替える例を示す。

図８は第４の実施形態における電力計測装置の構成を示す図である。図８において、前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号が付されている。第４の実施形態の電力計測装置３５０は、電力演算部３３０において、検出される電流値が通電電流の小さい領域であるか否かを判定する電流値判定部３４５を有している。また、位相ずれ量設定部３３７には、通電電流が所定値より小さい第１の領域での調整時間Δｔｓと所定値以上の第２の領域での調整時間Δｔｂとの２つの値が登録されている。

電流値判定部３４５は、ＡＤ変換部３２によって変換された電流信号のデジタル値を基に、通電電流が所定値より小さい領域であるかどうかを判定し、その判定結果を時間調整部３３６に出力する。時間調整部３３６は、電流値判定部３４５による判定結果を基に、ＡＤ変換部３１、３２におけるＡＤ変換を実行するタイミングをそれぞれ調整する。この際、時間調整部３３６は、位相ずれ量設定部３７に登録された調整時間Δｔ（ΔｔｓまたはΔｔｂ）を読み出す。そして、例えば、ＡＤ変換部３２に対し、この調整時間Δｔが経過した後のタイミングでトリガ信号を出力し、電流信号のＡＤ変換を行わせる。

図９は通電電流に対する電力演算誤差率の変化を示すグラフである。図９（Ａ）は領域を分けずに同じ位相ずれ量が設定された場合を示す。つまり、全領域において、調整時間Δｔは同じ値Δｔｂに設定されている。電流センサの特性として、通電電流値が小さい領域では、位相ずれが大きくなり、力率が良くない（例えば、力率０．５）電流の場合、計測される電力値の精度が低下する。図示例では、通電電流が小さい領域（第１の領域）では、通電電流が小さいほど、電力演算誤差率が悪くなっており、値−１．０％近くまで下がっていることが分かる。

図９（Ｂ）は通電電流が所定値より小さい第１の領域と所定値以上の第２の領域とで異なる位相ずれ量が設定された場合を示す。つまり、第１の領域における調整時間は、第２の領域における値Δｔｂより大きな値Δｔｓに設定される。この場合、第１の領域では、電力演算誤差率が改善されており、値±０．６％の範囲に収まっていることが分かる。

このように、第５の実施形態の電力計測装置によれば、通電電流値が小さい領域において大きい領域とは異なる適切な位相ずれ量（例えば大きな調整時間）を設定して時間調整を行うことで、通電電流値が小さい領域において顕著に生じる位相ずれを適正に補正できる。これにより、電流値が小さい領域であっても、電力測定の精度の低下を抑えることができ、電流値の広い範囲において測定電力精度を改善することができる。

なお、本実施形態では、電流領域を２つに分けた場合を示したが、さらに、２つ以上に細かく分割して位相ずれ量の設定値（調整時間）を設定することも可能である。その場合、さらなる測定電力精度の改善が期待される。

また、調整時間Δｔを通電電流の電流値に対応する所定の関数として定義してもよい。図１０は通電電流の電流値に対する調整時間Δｔの値及び電力演算誤差率の変化を示すグラフである。

通電電流の電流値を変数ｉ（Ａ）とすると、調整時間Δｔ（ｉ）は、図１０（Ｂ）に示すように定義される。なお、図１０（Ｂ）では、調整時間Δｔとして設定される値は、値１．０〜−１．０の範囲で設定されている。この調整時間Δｔ（ｉ）は、数式としてあるいはテーブルとして、位相ずれ量設定部３３７に登録されている。この場合、時間調整部３３６は、電流値判定部３４５によって検出された電流値（ｉ）を基に、位相ずれ量設定部３３７から電流値（ｉ）に対応する調整時間Δｔ（ｉ）を読み出し、位相ずれ量を調整する。

この結果、図１０（Ａ）に示すように、調整時間Δｔ（ｉ）を用いた場合、電力演算誤差率は、図９の例のように第１と第２の領域間で段差を生じることなく、連続的に±０．２％の範囲内で変化する。したがって、より細かい位相ずれの調整が可能となり、測定電力精度をより改善することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、電流センサ部において位相ずれ情報を保持する例を示す。図１１は第５の実施形態における電力計測装置の構成を示す図である。図１１（Ａ）は電力計測装置の全体構成を示し、図１１（Ｂ）は電流センサ部の構成を示す。図１１において、前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号が付されている。

第４の実施形態の電力計測装置４５０は、電流検出回路４２０において、電流センサ部４２１、４２２が交換可能に接続される。電流センサ部４２１、４２２には、それぞれ電流センサＣＴ１、ＣＴ２及び位相ずれ情報記憶部４２１ａ、４２２ａが設けられている。位相ずれ情報記憶部４２１ａ、４２２ａは、例えば不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）からなり、電流センサＣＴ１、ＣＴ２のそれぞれの位相ずれ量の情報を保持する。

電力演算部４３０は、電流センサ部４２１、４２２内の位相ずれ情報記憶部４２１ａ、４２２ａに記憶された各位相ずれ量の情報を入力する位相ずれ情報入力部４４８を有している。位相ずれ量設定部４３７には、位相ずれ情報入力部４４８から電流センサＣＴ１の位相ずれ量及び電流センサＣＴ２の位相ずれ量が入力される。時間調整部３６によるＡＤ変換の時間調整は前述した実施形態と同様である。

このように、第５の実施形態の電力計測装置によれば、個々の電流センサ部に位相ずれ量の情報が格納されているので、電流センサ毎の個体差によるばらつきも含めた調整時間Δｔの設定が容易に可能となり、測定電力精度を向上させることができる。また、電流センサ部の製造メーカあるいはアセンブリメーカが、電流センサ部を製造する際、個々の電流センサに対して位相ずれ量を記憶することができる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上記各実施形態では、Ｖ結線方式の商用交流電源に接続される回路に供給される電力を計測する場合を示したが、その他の方式の三相交流の電源からの電力を計測する場合、単相交流の電源からの電力を計測する場合などにも、本発明は同様に適用可能である。

１０ 電圧検出回路
２０、２２０、４２０ 電流検出回路
２３、２２３ 回路切替部
２４、２２４ ゲイン切替部
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ 電力演算部
３１、３２ ＡＤ変換部
３３、２３３ ゲイン切替制御部
３４ 乗算部
３６、１３６、２３６、３３６ 時間調整部
３７、１３７、２３７、３３７、４３７ 位相ずれ量設定部
５０、１５０、２５０、３５０、４５０ 電力計測装置
１４１ 電源周波数判定部
３４５ 電流値判定部
４２１、４２２ 電流センサ部
４２１ａ、４２２ａ 位相ずれ情報記憶部
４４８ 位相ずれ情報入力部
ＣＴ１〜ＣＴ８ 電流センサ

Claims (3)

1. 測定対象回路の電圧を検出する電圧検出回路から出力される電圧信号を第１のデジタル値に変換する電圧変換部と、
   測定対象回路の電流を検知する電流検知部が設けられた電流検出回路から出力される電流信号を第２のデジタル値に変換する電流変換部と、
   前記電圧変換部によって変換された第１のデジタル値と前記電流変換部によって変換された第２のデジタル値とを乗算する乗算部とを備え、前記乗算部による乗算結果から測定対象回路における電力値を取得する電力計測装置であって、
   前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記電流検出回路から出力される電流信号との位相ずれに関する位相ずれ量を設定する位相ずれ量設定部と、
   前記設定された位相ずれ量に基づき、前記電圧変換部における前記電圧信号のデジタル変換を実行する第１のタイミングと、前記電流変換部における前記電流信号のデジタル変換を実行する第２のタイミングとの少なくとも一方をずらして時間調整を行う時間調整部とを備え、
   前記位相ずれ量設定部は、前記電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、異なる電流検知部により異なる測定対象回路の電流信号を時分割で取り込む場合、前記電流検知部ごとに前記位相ずれ量を設定し、
   前記時間調整部は、前記時間調整を行う際の前記電圧信号のデジタル変換を実行するタイミングと前記電流信号のデジタル変換を実行するタイミングとについて、前記位相ずれ量に応じて順序を変更する電力計測装置。
2. 測定対象回路の電圧を検出する電圧検出回路から出力される電圧信号を第１のデジタル値に変換する電圧変換部と、
   測定対象回路の電流を検知する電流検知部が設けられた電流検出回路から出力される電流信号を第２のデジタル値に変換する電流変換部と、
   前記電圧変換部によって変換された第１のデジタル値と前記電流変換部によって変換された第２のデジタル値とを乗算する乗算部とを備え、前記乗算部による乗算結果から測定対象回路における電力値を取得する電力計測装置であって、
   前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記電流検出回路から出力される電流信号との位相ずれに関する位相ずれ量を設定する位相ずれ量設定部と、
   前記設定された位相ずれ量に基づき、前記電圧変換部における前記電圧信号のデジタル変換を実行する第１のタイミングと、前記電流変換部における前記電流信号のデジタル変換を実行する第２のタイミングとの少なくとも一方をずらして時間調整を行う時間調整部と、
   前記電流検出回路によって検出される電流値を判定する電流値判定部と、を備え、
   前記位相ずれ量設定部は、前記電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、前記電流値が所定値より小さい第１の領域と前記所定値以上の第２の領域とで異なる位相ずれ量を設定し、
   前記時間調整部は、前記電流値判定部によって判定された電流値に応じて、前記電流値が前記所定値より小さい場合は前記第１の領域で設定された位相ずれ量に基づいて時間調整を行い、前記電流値が前記所定値以上である場合は前記第２の領域で設定された位相ずれ量に基づいて時間調整を行う電力計測装置。
3. 測定対象回路の電圧を検出する電圧検出回路から出力される電圧信号を第１のデジタル値に変換する電圧変換部と、
   測定対象回路の電流を検知する電流検知部が設けられた電流検出回路から出力される電流信号を第２のデジタル値に変換する電流変換部と、
   前記電圧変換部によって変換された第１のデジタル値と前記電流変換部によって変換された第２のデジタル値とを乗算する乗算部とを備え、前記乗算部による乗算結果から測定対象回路における電力値を取得する電力計測装置であって、
   前記電圧検出回路から出力される電圧信号と前記電流検出回路から出力される電流信号との位相ずれに関する位相ずれ量を設定する位相ずれ量設定部と、
   前記設定された位相ずれ量に基づき、前記電圧変換部における前記電圧信号のデジタル変換を実行する第１のタイミングと、前記電流変換部における前記電流信号のデジタル変換を実行する第２のタイミングとの少なくとも一方をずらして時間調整を行う時間調整部と、
   前記電流検出回路によって検出される電流値を判定する電流値判定部と、を備え、
   前記位相ずれ量設定部は、前記電流検知部の種類に応じた位相ずれ量を設定し、前記電流値に対応する所定の関数による前記位相ずれ量を設定し、
   前記時間調整部は、前記電流値判定部によって判定された電流値に応じて、前記電流値に対応する位相ずれ量に基づいて時間調整を行う電力計測装置。

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