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三相交流用測定器 - 横河電機株式会社
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発明の名称 三相交流用測定器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−41984(P2001−41984A)
公開日 平成13年2月16日(2001.2.16)
出願番号 特願2000−116190(P2000−116190)
出願日 平成12年4月18日(2000.4.18)
代理人
発明者 塩田 敏昭 / 川住 和雄 / 数見 昌弘 / 三宅 正二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】三相交流を測定する三相交流用測定器において、各相の相電流値を測定すると同時にデジタル変換し各相の少なくとも1周期分の相電流測定データを保存する電流入力回路と、各相間の相間電圧値を測定すると同時にデジタル変換し各相間の少なくとも1周期分の相間電圧測定データを保存する電圧入力回路と、表示部としてのディスプレイと、前記電流入力回路及び前記電圧入力回路を介して取り込まれた各測定データに高周波解析演算を施し、少なくとも各測定データの1次成分の大きさと位相角を算出すると共に、前記各測定データの1次成分の大きさと位相角を前記ディスプレイ上に定義された座標上にベクトル表示する演算制御部を備えたことを特徴とする三相交流用測定器。
【請求項2】前記演算制御部は、各相の相電流値をスター型にベクトル表示し、各相間の相間電圧値をデルタ型にベクトル表示するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
【請求項3】前記演算制御部は、三相三線式測定法によって測定を行う場合、第1相と第3相の線間電圧測定データU1と第2相と第3相の線間電圧測定データU2と第1相の相電流測定データI1と第2相の相電流測定データI2を用いて、前記ディスプレイ上に定義された座標の各座標点P1〜P6を下記の式によって求めるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
P1=(0,i1)
P2=(i2*sin(φi2u1i1u1), i2*cos(φi2u1i1u1))
P3=(-i2*sin(φi2u1i1u1), -i1-i2*cos(φi2u1i1u1))
P4=((-u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P5=((-u1*sin(-φi1u1)+2*u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)+2*u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P6=((2*u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (2*u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
但し、u1:U1の1次成分の大きさu2:U2の1次成分の大きさi1:I1の1次成分の大きさi2:I2の1次成分の大きさφi1u1:U1の1次成分とI1の1次成分との間の位相差φi2u1:U1の1次成分とI2の1次成分との間の位相差φu2u1:U1の1次成分とU2の1次成分との間の位相差である。
【請求項4】前記演算制御部は、三電圧三電流計法によって測定を行う場合、第1相と第3相の線間電圧測定データU1と第2相と第3相の線間電圧測定データU2と第1相と第2相の線間電圧測定データU3と第1相の相電流測定データI1と第2相の相電流測定データI2と第3相の相電流測定データI3を用いて、前記ディスプレイ上に定義された座標の各座標点P1〜P7を下記の式によって求めるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
P1=(0,i1)
P2=(i2*sin(φi2u1i1u1), i2*cos(φi2u1i1u1))
P3=(i3*sin(φi3u1i1u1), i3*cos(φi3u1i1u1))
P4=((-u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P5=((-u1*sin(-φi1u1)+2*u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)+2*u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P6=((2*u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (2*u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P7=((-u1*sin(-φi1u1)+2*u2*sin(φu2u1i1u1)+3*u3*sin(φu3u1i1u1))/3,(-u1*cos(-φi1u1)+2*u2*cos(φu2u1i1u1)+3*u3*cos(φu3u1i1u1))/3)
但し、u1:U1の1次成分の大きさu2:U2の1次成分の大きさu3:U3の1次成分の大きさi1:I1の1次成分の大きさi2:I2の1次成分の大きさi3:I3の1次成分の大きさφi1u1:U1の1次成分とI1の1次成分との間の位相差φi2u1:U1の1次成分とI2の1次成分との間の位相差φi3u1:U1の1次成分とI3の1次成分との間の位相差φu2u1:U1の1次成分とU2の1次成分との間の位相差φu3u1:U1の1次成分とU3の1次成分との間の位相差である。
【請求項5】前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に前記ベクトルと前記測定データを同時表示するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
【請求項6】前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に前記ベクトルと不平衡率を同時表示するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
【請求項7】前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に各相のベクトルを色分けして表示するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
【請求項8】前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に表示されたベクトル図の表示スケールを変更することができるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の三相交流用測定器。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、三相交流の測定データをベクトル表示することが可能な三相交流用測定器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】三相交流の電力を測定する場合、図4に示す三相三線式測定法や図5に示す三電圧三電流計法が一般的に用いられる。
【0003】図4に示した三相三線式測定法は、三相交流電源200の第1相と第3相の相間電圧を測定する電圧計V1と第2相と第3相の相間電圧を測定する電圧計V2及び、第1相の相電流を測定する電流計A1と第2相の相電流を測定する電流計A2を同図のように接続し、これらから得られる測定値から演算によって、各相の電流実効値や電圧実効値及び三相交流の総電力値等、測定者が必要とする値を求める方法である。
【0004】図5に示した三電圧三電流計法は、三相交流電源200の第1相と第3相の線間電圧を測定する電圧計V1と第2相と第3相の線間電圧を測定する電圧計V2と第1相と第2相の線間電圧を測定する電圧計V3と第1相の相電流を測定する電流計A1と第2相の相電流を測定する電流計A2と第3相の相電流を測定する電流計A3を同図のように接続し、これらから得られる測定値から演算によって、各相の電流実効値や電圧実効値及び三相交流の総電力値等、測定者が必要とする値を求める方法である。
【0005】従来の三相交流用測定器は内蔵された電流測定手段及び電圧測定手段(図示せず。)によって上記電流計A1〜A3及び電圧計V1〜V3の位置に対応する各相の相電流値や各相間の相間電圧値等を測定し、これらから得られる測定値から演算によって、各相の電流実効値や電圧実効値及び三相交流の総電力値等、測定者が必要とする値を求め三相交流の測定値として表示手段に表示していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の三相交流用測定器は、上記の測定値を数値的に表示手段に表示していたため三相交流のベクトル図を描く場合、測定者がグラフ上に手書きで描くか、またはパーソナルコンピュータ等のデータ解析装置を用いて描かなければならないという問題点があった。
【0007】本発明は、上記問題を解決するもので、三相交流用測定器において三相交流のベクトル図を表示することが可能な三相交流用測定器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために請求項1に記載の発明では、三相交流を測定する三相交流用測定器において、各相の相電流値を測定すると同時にデジタル変換し各相の少なくとも1周期分の相電流測定データを保存する電流入力回路と、各相間の相間電圧値を測定すると同時にデジタル変換し各相間の少なくとも1周期分の相間電圧測定データを保存する電圧入力回路と、表示部としてのディスプレイと、前記電流入力回路及び前記電圧入力回路を介して取り込まれた各測定データに高周波解析演算を施し、少なくとも各測定データの1次成分の大きさと位相角を算出すると共に、前記各測定データの1次成分の大きさと位相角を前記ディスプレイ上に定義された座標上にベクトル表示する演算制御部を備えたことを特徴とするものである。
【0009】このような構成によれば、三相交流のベクトル図を測定器に備えられたディスプレイ上に直接表示することが可能となる。
【0010】請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記演算制御部は、各相の相電流値をスター型にベクトル表示し、各相間の相間電圧値をデルタ型にベクトル表示するように構成されたことを特徴とするものである。
【0011】三相交流のベクトル図をディスプレイ上に表示するための座標点は請求項3と4に記載の演算式によって求めることが可能である。
【0012】また、請求項5のようにベクトル図と測定データを同時表示することによって同一画面上で相電流及び相間電圧の関係を視覚的に捉えると共に各測定データを数値的に捉えることが可能である。
【0013】請求項6に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に前記ベクトルと不平衡率を同時表示するように構成されたことを特徴とするものである。
【0014】請求項7に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に各相のベクトルを色分けして表示するように構成されたことを特徴とするものである。
【0015】請求項8に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記演算制御部は、前記ディスプレイ上に表示されたベクトル図の表示スケールを変更することができるように構成されたことを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図1は本発明に関わる三相交流用測定器の一例を示す構成図である。同図において、本発明の三相交流用測定器1は各相の相電流を入力する電流入力回路10〜30と、各相間の相間電圧を入力する電圧入力回路40〜60が備えられている。
【0017】電流入力回路10の入力端子11a、11bには、例えば三相交流の第1相の相電流が入力される。入力端子11a、11bに接続された増幅器12は入力された電流信号をA/D変換器13が処理可能なアナログ信号に正規化しA/D変換器14に出力する。
【0018】A/D変換器13は、入力されたアナログ信号をデジタル変換しバッファメモリ14に出力する。
【0019】バッファメモリ14は、入力されたデジタル信号の少なくとも1周期分の測定データを保存する。また保存された測定データはCPU110の要求に従ってバスライン100に出力される。
【0020】電流入力回路20は、例えば三相交流の第2相の相電流が入力され、電流入力回路10と同様の接続形態で入力端子21a,bと増幅器22とA/D変換器23とバッファメモリ24によって構成される。
【0021】同様に電流入力回路30は、例えば三相交流の第3相の相電流が入力され、電流入力回路10と同様の接続形態で入力端子31a,bと増幅器32とA/D変換器33とバッファメモリ34によって構成される。
【0022】電圧入力回路40の入力端子41a、41bには、例えば三相交流の第1相と第3相の線間電圧が入力される。入力端子41a、41bに接続された増幅器42は入力された電流信号をA/D変換器43が処理可能なアナログ信号に正規化しA/D変換器44に出力する。
【0023】A/D変換器43は、入力されたアナログ信号をデジタル変換しバッファメモリ44に出力する。
【0024】バッファメモリ44は、入力されたデジタル信号の少なくとも1周期分の測定データを保存する。また保存された測定データはCPU110の要求に従ってバスライン100に出力される。
【0025】電圧入力回路50は、例えば三相交流の第2相と第3相の線間電圧が入力され、電圧入力回路40と同様の接続形態で入力端子51a,bと増幅器52とA/D変換器53とバッファメモリ54によって構成される。
【0026】同様に電圧入力回路60は、例えば三相交流の第1相と第2相の線間電圧が入力され、電流入力回路40と同様の接続形態で入力端子61a,bと増幅器62とA/D変換器63とバッファメモリ64によって構成される。
【0027】CPU110は、バッファメモリ14〜64に保存された測定データをバスライン100を介して読み込み、これにFFT(高速フーリエ演算)演算処理を施し、例えばその実効値、位相角及びその極性等の演算データをメモリ120に書き込む。このバッファメモリ14〜64とメモリ120へのデータの書き込み、読み出し及びそのデータに基づくディスプレイ130への表示、操作部140から入力される命令の受付等、装置全体の制御はバスライン100を介してCPU110によって行われる。
【0028】また、CPU110は、バッファメモリ14〜64とメモリ120から読み出されたデータに基づきディスプレイ130にベクトル表示するための座標点を求める演算手段を備え、これによって得られた座標点に基づきディスプレイ130上に測定データのベクトル表示を行う。同時にCPU110は各相の相電流実効値や相間電圧実効値及び各相の位相差等を求める演算手段も備えている。
【0029】ディスプレイ130は、例えばCRT(陰極線管)またはLCD(液晶表示パネル)等から成る表示装置であり、操作部140からの指示によりCPU110はこのディスプレイ130上に例えば垂直上方を角度ゼロとして表現したベクトル座標面が定義される。
【0030】また、本発明に関わる三相交流用測定器は、従来例で説明した三相三線式測定法及び三電圧三電流法に対応するため、2種類のベクトル表示モードを備えている。
【0031】まず、図4に示したような三相三線式測定法を用いて測定された三相交流のベクトル図をディスプレイ130に描くモード(以後、三相三線式ベクトル表示モードという。)について説明する。この場合、同図における電流計A1の位置に図1の電流入力回路10を接続し第1相の相電流I1を入力する。同様に同図における電流計A2の位置に図1の電流入力回路20を接続し第2相の相電流I2を入力し、電圧計V1の位置に電圧入力回路40を接続し第1相と第3相の相間電圧U1を入力し、電圧計V2の位置に電圧入力回路50を接続し第2相と第3相の相間電圧U2を入力する。
【0032】このように接続された本発明の三相交流用測定器1は、操作部140より三相三線式ベクトル表示モードの選択を行うことにより、第1相の相電流I1と第2相の相電流I2と第1相と第3相の相間電圧U1と第2相と第3相の相間電圧U2を同時にサンプリングし、これを三相交流の1周期分の測定データを各バッファメモリ14〜54に保存し、これを読み出して例えばFFT等の高調波解析することによって下記の測定値(演算値)を求め、メモリ120に保存する。
U1の1次成分の大きさu1U2の1次成分の大きさu2I1の1次成分の大きさi1I2の1次成分の大きさi2U1の1次成分とI1の1次成分との間の位相差φi1u1U1の1次成分とI2の1次成分との間の位相差φi2u1U1の1次成分とU2の1次成分との間の位相差φu2u1【0033】次に三相交流用測定器1は、メモリ120に保存された上記の値を下記の式に代入し、ディスプレイ130上に定義された座標上の座標点P1〜P6を求める。
P1=(0,i1)
P2=(i2*sin(φi2u1i1u1), i2*cos(φi2u1i1u1))
P3=(-i2*sin(φi2u1i1u1), -i1-i2*cos(φi2u1i1u1))
P4=((-u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P5=((-u1*sin(-φi1u1)+2*u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)+2*u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P6=((2*u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (2*u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
【0034】三相交流用測定器1は、ここで得られた座標点P1〜P6によって、ディスプレイ130上に定義された座標上にベクトル図を描く。図2はここで描かれたベクトル図の一例である。同図において、座標点P1、P2、P3は原点Oと起点とした直線で結ばれ相電流のベクトルi1v、i2v、i3vを示し、座標点P4、P5、P6は座標点P4を起点に座標点P5、P6を直線で結び相間電圧のベクトルu1v、u2vを示す。また、このとき、図2において点P3は、ベクトルi1vとベクトルi2vの合成ベクトルの向きを反転させたベクトルを、原点Oを起点となるように平行移動させたベクトルの終点とする。更に、ベクトルu3vは、P5を起点、P6を終点としたベクトルとし、P4,P5,P6を頂点とする三角形の重心は原点Oと一致させる。
【0035】本発明の三相交流用測定器1は、このようにして三相三線式測定法によって測定された三相交流の測定データをディスプレイ130上にベクトル表示することが可能である。また、ディスプレイ130上には、ここで描かれたベクトル図と共に各相の相電流実効値や相間電圧実効値及び各相の位相差等を表示すること可能である。
【0036】次に、図5に示したような三電圧三電流計式測定法を用いて測定された三相交流のベクトル図をディスプレイ130に描くモード(以後、三電圧三電流計式ベクトル表示モードという。)について説明する。この場合、同図における電流計A1の位置に図1の電流入力回路10を接続し第1相の相電流I1を入力する。同様に同図における電流計A2の位置に図1の電流入力回路20を接続し第2相の相電流I2を入力し、電流計A3の位置に図1の電流入力回路30を接続し第3相の相電流I3を入力する。更に、電圧計V1の位置に電圧入力回路40を接続し第1相と第3相の相間電圧U1を入力し、電圧計V2の位置に電圧入力回路50を接続し第2相と第3相の相間電圧U2を入力し、電圧計V3の位置に電圧入力回路60を接続し第1相と第2相の相間電圧U3を入力する。
【0037】このように接続された本発明の三相交流用測定器1は、操作部140より三電圧三電流計式ベクトル表示モードの選択を行うことにより、第1相の相電流I1と第2相の相電流I2と第3相の相電流I3と第1相と第3相の相間電圧U1と第2相と第3相の相間電圧U2と第1相と第2相の相間電圧U3を同時にサンプリングし、これを三相交流の1周期分の測定データを各バッファメモリ14〜64に保存し、これを読み出して例えばFFT等の高調波解析することによって下記の測定値(演算値)を求め、メモリ120に保存する。
U1の1次成分の大きさu1U2の1次成分の大きさu2U3の1次成分の大きさu3I1の1次成分の大きさi1I2の1次成分の大きさi2I3の1次成分の大きさi3U1の1次成分とI1の1次成分との間の位相差φi1u1U1の1次成分とI2の1次成分との間の位相差φi2u1U1の1次成分とI3の1次成分との間の位相差φi3u1U1の1次成分とU2の1次成分との間の位相差φu2u1U1の1次成分とU3の1次成分との間の位相差φu3u1【0038】次に三相交流用測定器1は、メモリ120に保存された上記の値を下記の式に代入し、ディスプレイ130上に定義された座標上の座標点P1〜P7を求める。
P1=(0,i1)
P2=(i2*sin(φi2u1i1u1), i2*cos(φi2u1i1u1))
P3=(i3*sin(φi3u1i1u1), i3*cos(φi3u1i1u1))
P4=((-u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P5=((-u1*sin(-φi1u1)+2*u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (-u1*cos(-φi1u1)+2*u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P6=((2*u1*sin(-φi1u1)-u2*sin(φu2u1i1u1))/3, (2*u1*cos(-φi1u1)-u2*cos(φu2u1i1u1))/3)
P7=((-u1*sin(-φi1u1)+2*u2*sin(φu2u1i1u1)+3*u3*sin(φu3u1i1u1))/3,(-u1*cos(-φi1u1)+2*u2*cos(φu2u1i1u1)+3*u3*cos(φu3u1i1u1))/3)
【0039】三相交流用測定器1は、ここで得られた座標点P1〜P7によって、ディスプレイ130上に定義された座標上にベクトル図を描く。図3はここで描かれたベクトル図の一例である。同図において、座標点P1、P2、P3は原点Oと起点とした直線で結ばれ相電流のベクトルi1v、i2v、i3vを示し、座標点P4、P5、P6は座標点P4を起点に座標点P5、P6を直線で結び相間電圧のベクトルu1v、u2vを示す。更に、座標点P5を起点に座標点P7を結ぶ直線はベクトルu3vを示す。また、このとき、図3においてP4,P5,P6を頂点とする三角形の重心は原点Oと一致させる。
【0040】本発明の三相交流用測定器1は、このようにして三電圧三電流計式測定法によって測定された三相交流の測定データをディスプレイ130上にベクトル表示することが可能である。また、ディスプレイ130上には、ここで描かれたベクトル図と共に各相の相電流実効値や相間電圧実効値及び各相の位相差等を表示すること可能である。
【0041】また、本発明の三相交流用測定器1は、CPU110によって三相交流の不平衡率を演算させることにより、ディスプレイ130上に前記ベクトルと共に不平衡率を同時表示することが可能となる。
【0042】また、本発明の三相交流用測定器1は、ディスプレイ130上に表示するベクトルを、各相毎に色分けして表示するように構成しても良い。このような構成によれば、ディスプレイ130上に表示されたベクトルがどの相の入力信号に対応しているか容易に確認することが可能となる。
【0043】また、本発明の三相交流用測定器1は、ディスプレイ130上に表示されたベクトル図の縦軸と横軸の表示スケールを変更できるように構成しても良い。このような構成によれば、ディスプレイ130上に表示されたベクトルが小さく見難い場合に、必要な部分を大きく拡大してベクトル図を観察するとが可能となる。
【0044】なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【0045】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。請求項1に記載の発明では、三相三線式測定法や三電圧三電流計法によって三相交流の測定を行った場合、各相の相電流と各相間の相間電圧をベクトル表示することが可能となり、三相交流の状態を視覚的に捉えることが可能となる。
【0046】請求項2に記載の発明では、請求項1に記載された発明において、各相の相電流値をスター型にベクトル表示し、各相間の相間電圧値をデルタ型にベクトル表示することによって、相電流及び相間電圧の関係を視覚的に捉えることが可能となる。特に、相間電圧のベクトルを3本表示することによって、ベクトルで作られた三角形の頂点と原点を結ぶ直線を考えれば、デルタ−スターの変換を行うことと等価となる。
【0047】請求項3と4に記載の発明では、請求項1に記載された発明において、ディスプレイ上に表示するための座標点は、三相三線式測定法や三電圧三電流計法によって得られた測定データを演算によって求めることが可能となる。
【0048】請求項5に記載の発明では、請求項1に記載された発明において、ベクトル図と測定データを同時表示することによって同一画面上で相電流及び相間電圧の関係を視覚的に捉えると共に各測定データを数値的に捉えることが可能である。
【0049】請求項6に記載の発明では、請求項1に記載された発明において、ディスプレイ上に前記ベクトルと不平衡率を同時表示することが可能となる。
【0050】請求項7に記載の発明では、請求項1に記載された発明において、ディスプレイ上に各相のベクトルを色分けして表示することが可能となる。
【0051】請求項8に記載の発明では、請求項1に記載された発明において、ディスプレイ上に表示されたベクトル図を拡大/縮小表示することが可能となる。




 

 


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