专利名称：交流功率测量装置的制作方法
技术领域：
这里讨论的实施例涉及ー种交流功率測量装置。
背景技术：
电装置等的负载的实际电功耗(有效功率)由表观功率和功率因数之间的积给出。为了获得功率因数，需要电压和电流之间的相差的信息。出于该原因，当获得有效功率时，通常通过将测量装置的端子直接连接到电缆导 线来进行測量。相关參考文献如下日本公开专利公布第2001-255342号；日本专利第4251961号；以及日本公开专利公布第平11-133065号。
发明内容
根据实施例的ー个方面，ー种交流功率测量装置，包括第一电容兀件，其一端电容性地耦合到用于将交流电提供给负载的电缆集合中的第一电缆的导线，其另一端电容性地耦合到电缆集合中的第二电缆的导线；第一电压测量部，用于测量第一电压，第一电压是第一电容兀件的两端的电压；第一电流测量部，用于测量在第一电缆中流动的第一电流；以及处理部，其通过进行施加到电缆集合的电压的指定电压值和第一电压的有效值之间的比例、第一电压以及第ー电流的乘法，计算将由所述电缆集合提供给负载的功率。根据实施例的另一方面，ー种交流功率测量装置，包括第一电容兀件，其一端电容性地耦合到用于将三相交流电提供给负载的电缆集合中的第一电缆的导线，其另一端电容性地耦合到电缆集合中的第二电缆的导线；第二电容元件，其一端电容性地耦合到电缆集合中的第三电缆的导线并且另一端电容性地耦合到第二电缆的导线；第一电压测量部，用于测量第一电压，第一电压是第一电容元件的两端的电压；第二电压测量部，用于测量第ニ电压，第二电压是第二电容元件的两端的电压；第一电流测量部，用于测量在第一电缆中流动的第一电流；第二电流测量部，用于测量在第二电缆中流动的第二电流；切換部，用于选择性地将第一电容元件的所述另一端和第二电容元件的所述另一端中的任一个电容性地耦合到第二电缆；以及处理部，该处理部通过在切換部将第一电容元件的所述另一端电容性地耦合到第二电缆的情况下测量第一电压和第一电流，通过进行施加到电缆集合的电压的指定电压值和第一电压的有效值之间的比例、第一电压以及第ー电流的乘法，来计算第一值，并且该处理部通过在切換部将第二电容元件的所述另一端电容性地耦合到第二电缆的情况下测量第二电压和第二电流，通过进行指定电压值和第二电压的有效值之间的比例、第二电压以及第ニ电流的乘法，来计算第二值，并且该处理部通过对第一值和第二值求和来计算电缆集合将提供给负载的功率。
借助于在权利要求中具体指出的元件和组合将实现和达到实施例的目的和优点。将理解，前面的一般描述和后面的详细描述是示例性和说明性的，而非要求保护的实施例的限制。
图I是根据一个实施例的交流功率測量装置的电路图；图2是钳部的示例的视图；图3是根据实施例的交流功率測量装置的电路的一部分的视图；图4A和4B是开关的接触位于a侧或b侧的情况的电路图；
图5是电容元件的一端分别接地的情况的电路图；图6是三个电容元件的端部彼此电连接的情况的电路图；以及图7是根据一个实施例的交流功率測量方法的流程图。
具体实施例方式当測量装置的測量端子连接到电缆导线时，存在如下情况负载的电源等出于保证安全等目的而断开。 将參照
本发明的优选实施例。(一个实施例)将參照图I至7描述根据一个实施例的交流功率測量装置。图I是根据本实施例的交流功率測量装置的电路图。图2是例示钳部的视图。在本实施例中，如图I中所示，示出了包括三个输入电路IOa至IOc的交流功率测量装置。三个输入电路IOa至IOc被设置为使得不仅能够测量単相交流电，还能够测量三相交流电。当測量三相交流电时，三个输入电路用于测量，并且两个输入电路用于测量単相交流电。这里图示了在负载(未示出)上測量三相交流电的功率的情況。首先，将參照图2描述本实施例中使用的钳部11的示例。钳部11的主体(支承体)支承一对磁芯12a、12b。磁芯对12a、12b中的至少ー个磁芯是可移动的。例如,磁芯12a可以在图2中的箭头方向上移动。每个磁芯12a、12b被形成为例如半环形。钳部11用于钳住电缆(电カ电缆、绝缘电缆、绝缘导体)14，电缆14用于提供交流电源。电缆14具有导线(引线、电引线、导体)16，导线16涂覆有绝缘体18。图2示出了电缆14被磁芯对12a、12b钳住的状态。当电缆14被钳部11的磁芯对12a、12b钳住时，磁芯12a的两端和磁芯12b的两端分别彼此相対，并且电缆14被环形磁路所包围。作为磁芯12a、12b的材料，使用具有高导磁率的磁性材料。更具体地，作为磁芯12a、12b的材料，使用铁氧体、硅钢板、坡莫合金等。导线20围绕磁芯12b缠绕，由此形成线圈22。线圈22用于测量在电缆14中流动的电流。通过由线圈22检测在磁芯对12a、12b形成的环形磁路中流动的磁通量，可以检测电缆14中流动的电流。引出线(互连、信号线)24、25分别从线圈22的两端引出。
电极(导体)26设置在磁芯12a内部。电极26用于测量电缆14的电压。钳部11具有用于在钳部11钳住电缆14时将电极26压到电缆14的绝缘体18上的机构。因此，当钳部11钳住电缆14时电极26与电缆14的绝缘体18相邻或接触。作为电极26的材料，使用例如铜(Cu)。引出线(互连、信号线)28从电极26引出。如图I中所示，各个输入电路IOa至IOc包括钳部Ila至11c。作为钳部Ila至11c，使用例如如图2中所示的钳部11。各个输入电路IOa至IOc包括电容元件(电容器)30a至30c。钳部I Ia至Ilc的电极26和电容元件30a至30c的一端通过互连28a至28c电连接。当电缆14a至14c被钳部Ila至Ilc钳住时，电容元件30a至30c的一端分别电容性地耦合到电缆14a至14c。
通过后面描述的将开关42的接触设定在a侧，电容元件30a的端部经由电容元件 30c电容性地耦合到电缆14c的导线16c。另ー方面，通过后面描述的将开关42的接触设定在b侧，电容元件30b的端部经由电容元件30c电容性地耦合到电缆14c的导线16c。当电缆14a至14c的导线16a至16c和钳部Ila至Ilc的电极26之间的静电电容Ctl是例如约IOpF时，电容元件30a至30c的静电电容C1被设定为例如约10nF。优选地，电容元件30a至30c的静电电容C1不过度大于导线16a至16c和电极26之间的静电电容C。。这为了确保将施加到电容元件30a至30c的两端的电压是高的。电压信号測量部(电压信号检测部、电压测量部)32a至32c连接到各个电容元件30a至30c。电压信号测量部32a至32c分别测量电容元件30a至30c的两端的电压。电压信号測量部32a至32c以规定的时间间隔依次測量电容元件30a至30c的两端上的电压的瞬时值。就是说，电压信号測量部32a至32c可以以规定的时间分辨率依次測量电容元件30a至30c的两端的电压的瞬时值。交流源的频率是例如50Hz或60Hz。由电压信号测量部32a至32c测量电容元件30a至30c的两端的电压的时间间隔被设定在例如约200 U S。通过以该时间间隔测量电容元件30a至30c的两端的电压，可以给出具有足够时间分辨率的电压信号(电压信号数据)。优选地，电压信号測量部32a至32c的输入阻抗对于电容元件30a至30c的阻抗足够大。电压信号測量部32a至32c的输入阻抗被设定为足够大，以便防止在施加到电容元件30a至30c的两端的电压中出现相移，同时防止电压的过度增加，由此确保足够的测量精度。例如，电压信号測量部32a至32c的输入阻抗被设定在例如电容元件30a至30c的阻抗的两倍或更多。更优选地，电压信号測量部32a至32c的输入阻抗被设定在例如电容元件30a至30c的阻抗的五倍或更多。电压信号測量部32a至32c进行的电压测量由控制部34控制。电压信号測量部32a至32c根据来自控制部34的命令获得电压信号并且向控制部34输出获得的电压信号数据。控制部34将电压信号測量部32a至32c获得的电压信号数据输出到处理部(数据分析部、中央处理单元(CPU)) 36。在各个输入电路IOa至IOc中，设置电流信号測量部(电流信号检测部、电流测量部)38a至38c。连接到线圈22的两端的信号线24a至24c、25a至25c分别连接到电流信号測量部38a至38c。电流信号測量部38a至38c基于线圈检测的信号測量在电缆14a至14c中流动的电流。电流信号測量部38a至38c以规定的时间间隔依次測量在电缆14a至14c中流动的电流的瞬时值。因此，电流信号測量部38a至38c可以以规定的时间分辨率依次測量在电缆14a至14c中流动的电流的瞬时值。由电流信号測量部38a至38c測量在电缆14a至14c中流动的电流的时间间隔设定在例如约200 ii S。以该时间间隔测量在电缆14a至14c中流动的电流，由此可以获得具有足够时间分辨率的电流信号(电流信号数据)。电流信号测量部38a至38c进行的电流测量由控制部34控制。控制部34控制电压信号測量部32a至32c和电流信号測量部38a至38c，使得电压信号測量部32a至32c进行的电压测量和电流信号測量部38a至 38c进行的电流测量同歩。电流信号測量部38a至38c根据来自控制部34的命令获得电流信号数据，并且将获得的电流信号数据输出到控制部34。控制部34将电流信号測量部38a至38c获得的电流信号数据输出到处理部(数据分析部、功率计算部、计算部)36。处理部36将获得的电压信号数据和获得的电流信号数据存储在存储部(数据库)39中。作为存储部39，可以使用诸如例如RAM(随机存取存储器)、HDD(硬盘驱动器)等的存储器。如后面将描述的，处理部36通过使用获得的电流信号数据和获得的电压信号数据计算功率(有效功率)。处理部36计算的功率值的数据被存储在存储部39中。处理部36连接到通信部40。通信部40可以向其他装置(未示出)发送并且从其他装置接收处理部36计算的功率值的数据。例如，通信部40可以经由诸如LAN(局域网)、互联网等的网络与其他装置通信。在根据本实施例的交流功率測量装置中，设置用于切换測量电路的开关(切換部)42。图3是根据本实施例的交流功率測量装置的电路的一部分的视图。Ea表示电缆14a的导线16a的电位。Eb表示电缆14b的导线16b的电位。E。表示电缆14c的导线16c的电位。Eg表示连接到开关42的公共线44c的电位。Ctla表不钳部Ila的电极26和电缆14a的导线16a之间的电容。Ctlb表不钳部Ilb的电极26和电缆14b的导线16b之间的电容。Ccie表示钳部Ilc的电极26和电缆14c的导线16c之间的电容。Cla表示电容元件30a的电容。Clb表示电容元件30b的电容。C1。表示电容元件30c的电容。Vtla表不钳部Ila的电极26和电缆14a的导线16a之间的电压。Vtlb表不钳部Ilb的电极26和电缆14b的导线16b之间的电压。Vtle表示钳部Ilc的电极26和电缆14c的导线16c之间的电压。Vla表示电容元件30a的两端的电压。Vlb表示电容元件30b的两端的电压。V1。表示电容元件30c的两端的电压。图4A是开关42的接触位于a侧的情况的电路图。在开关42的接触位于a侧的情况下，与接触b相关联的电路断开电连接，并且在图4A中，与接触b相关联的电路被省略。
在开关42的接触位于a侧的情况下，电容元件30a的一端和电容元件30c的一端通过互连44a、44c彼此电连接。在该电路中，下述式(I)成立。C0aV0a = ClaVla = -ClcVlc = -C0cV0c(I)下述式⑵也成立。Ea-Ec = V0a+Vla-Vlc-V0c⑵从式(I)和式⑵可以得到下述式⑶。D0a是C0a的倒数；Dla是Cla的倒数；D0c是C0c的倒数；并且Dlc是Clc的倒数。Vla-Vlc = {(Dla+Dlc) / (D0a+Dla+D0c+Dlc)} X (Ea-Ec)(3)如式(3)中所见，(Vla-Vlc)和(Ea-Ec)具有比例关系。可见，由于(Vla-Vlc)和(Ea-Ec)之间的比例，开关42的接触位于a侧，由此可以基于(Vla-Vlc)给出功率。图4B是开关42的接触位于b侧的情况的电路图。在开关42的接触位于b侧的情况下，与接触a相关联的电路断开电连接，并且在图4B中，与接触a相关联的电路被省略。在开关42的接触位于b侧的情况下，电容元件30b的一端和电容元件30c的一端通过互连44b、44c彼此电连接。在该电路中，下述式⑷成立。 CobVob = ClbVlb = -ClcVlc = -C0cV0c (4)下述式(5)也成立。Eb-Ec = V0b+Vlb-Vlc-V0c(5)从式⑷和式(5)得到下述式(6)。Dob是Cob的倒数；Dlb是Clb的倒数；D0c是C0c的倒数；并且Dlc是Clc的倒数。Vlb-Vlc = {(Dlb+Dlc) / (D0b+Dlb+D0c+Dlc)} (Eb-Ec) (6)如式(6)中所见，(Vlb-Vlc)和(Eb-Ec)具有比例关系。可见，由于(Vlb-Vlc)和(Eb-Ec)之间的比例，开关42的接触位于b侦彳，由此可以基于(Vlb-Vlc)给出功率。在本实施例中，连接到互连44a至44c的电容元件30a至30c的端部未接地。换言之，连接到互连44a至44c的电容元件30a至30c的端部电浮动。在本实施例中电容元件30a至30c的端部出于以下原因未接地。图5是电容元件的一端分别接地的情况的电路图。在该电路中，下述式(7)至(14)成立。C0aV0a = ClaVla(7)CobVob = ClbVlb(8)C0cV0c = ClcVlc(9)Ea = V0a+Vla(10)Eb = Vob+Vlb(11)Ec = V0c+Vlc(12)Vla-Vlc = Dla/(D0a+Dla) XEa-Dlc/(D0c+Dlc) XEc (13)Vlb-Vlc = D1ン(Dob+Dlb) XEb-Dlc/(D0c+Dlc) XEc (14)如式(13)和式(14)中所见，在电容元件30a至30c的端部接地的情况下，(Vla-Vlc)和(Ea-E。)不具有比例关系，并且(Vlb-Vlc)和(Eb-E。)不具有比例关系.
例如，当发生钳部Ila至Ilc的电极26和电缆14a至14c的导线16a至16c之间的电容Ctla至C&的20%散布时，出现以下結果。就是说，当C0a = I. 2C。；Cob = 0. 8C。；C0c = I. OC0 和 Cla = Clb = Clc = C1 吋，出现
如下结果。
Via- Vic = Dla/(D0a + Dla)xEa - Dlc/(D0c + Dlc)xEc
N C0/Ci(1.2Ea - 1.0EC)(15 )
Vib - Vic = Dlb/(D0b + Dib)xEb - Dlc/(D0c + Dlc)xEc
N C0/Ci(0.8Eb - 1.0EC)(16 )如式(15)和(16)中所见，(Vla-Vlc)和(Vlb-Vlc)的值极大地散布，对应于钳部Ila至Ilc的电极26和电缆14a至14c的导线16a至16c之间的电容Ccia至Ccie的散布。因此，在电容元件30a至30c的一端分别接地的情况下，难于基于(Vla-Vle)和(Vlb-Vlc)给出功率。出于该原因，在本实施例中，电容元件30a至30c的端部未接地。在本实施例中，三个电容元件30a至30c的端部未共同电接地，并且出于如下原因通过开关42切换连接的电路。图6图示了三个电容元件的端部共同电连接的情况的电路图。在该电路中，式(17)至(24)成立。C0aV0a = ClaVla(17)CobVob = ClbVlb(18)C0cV0c = ClcVlc (19)
_4] Ea-Eg = V0凡 (20)Eb-Eg = Vob+Vlb (21)Ec-Eg = V0c+Vlc (22)Vla-Vlc = [(Dla+Dlc) (Dob+Dlb) XEa+{Dlc(D0a+Dla)-Dla (D0c+Dlc)} Eb-Dlc (D0a+Dla+D0b+Dlb)EJ/S (23)S 如下。S = (D0a+Dla) (Dob + D lb) + (Dob + D lb) (D0c + D lc) + (D0c + D lc) (D0a+Dla)
(24)如式(23)中所见，在三个电容元件30a至30c的端部共同连接并且电浮动的情况下，(Vla-Vlc)不具有与(Ea-E。)的比例关系，也不具有与(Eb-E。)的比例关系，并且也不具有与(Ea-Eb)的比例关系。例如，当发生钳部Ila至Ilc的电极26和电缆14a至14c的导线16a至16c之间的20%散布吋，出现以下結果。就是说，当Ctla = I. 2C。；Cob = 0. 8C。和 Ctlc = I. OC0 以及 Cla = Clb = Clc = C1 吋，出现如下结果。权利要求
1.一种交流功率测量装置，包括 第一电容元件，其一端电容性地耦合到用于将交流电提供给负载的电缆集合中的第一电缆的导线，其另一端电容性地耦合到所述电缆集合中的第二电缆的导线； 第一电压测量部，用于测量第一电压，所述第一电压是所述第一电容元件的两端的电压； 第一电流测量部，用于测量在所述第一电缆中流动的第一电流；以及处理部，其通过进行施加到所述电缆集合的电压的指定电压值和所述第一电压的有效值之间的比例、所述第一电压以及所述第一电流的乘法，计算将由所述电缆集合提供给所述负载的功率。
2.一种交流功率测量装置，包括 第一电容元件，其一端电容性地耦合到用于将三相交流电提供给负载的电缆集合中的 第一电缆的导线，其另一端电容性地耦合到所述电缆集合中的第二电缆的导线； 第二电容元件，其一端电容性地耦合到所述电缆集合中的第三电缆的导线并且另一端电容性地耦合到所述第二电缆的导线； 第一电压测量部，用于测量第一电压，所述第一电压是所述第一电容元件的两端的电压； 第二电压测量部，用于测量第二电压，所述第二电压是所述第二电容元件的两端的电压； 第一电流测量部，用于测量在所述第一电缆中流动的第一电流； 第二电流测量部，用于测量在所述第二电缆中流动的第二电流； 切换部，用于选择性地将所述第一电容元件的所述另一端和所述第二电容元件的所述另一端中的任一个电容性地耦合到所述第二电缆；以及 处理部，其借助于在所述切换部将所述第一电容元件的所述另一端电容性地耦合到所述第二电缆的情况下测量所述第一电压和所述第一电流，通过进行施加到所述电缆集合的电压的指定电压值和所述第一电压的有效值之间的比例、所述第一电压以及所述第一电流的乘法，来计算第一值，并且其借助于在所述切换部将所述第二电容元件的所述另一端电容性地耦合到所述第二电缆的情况下测量所述第二电压和所述第二电流，通过进行所述指定电压值和所述第二电压的有效值之间的比例、所述第二电压以及所述第二电流的乘法，来计算第二值，并且其通过对所述第一值和所述第二值求和来计算所述电缆集合将提供给所述负载的功率。
3.根据权利要求I所述的交流功率测量装置，进一步包括 第一钳部，包括第一电极、第一磁芯和围绕所述第一磁芯缠绕的第一线圈，并且使所述第一电极与所述第一电缆的绝缘体相邻；以及 第二钳部，包括第二电极、第二磁芯和围绕所述第二磁芯缠绕的第二线圈，并且使所述第二电极与所述第二电缆的绝缘体相邻， 所述第一电容元件的所述一端经由所述第一电极电容性地耦合到所述第一电缆的导线，所述第一电容元件的所述另一端经由所述第二电极电容性地耦合到所述第二电缆的导线，以及所述第一电流测量部基于由所述第一线圈或所述第二线圈检测的信号，检测在所述第一电缆中或者在所述第ニ电缆中流动的电流。
4.根据权利要求2所述的交流功率測量装置，进ー步包括 第一钳部，包括第一电极、第一磁芯和围绕所述第一磁芯缠绕的第一线圈，并且使所述第一电极与所述第一电缆的绝缘体相邻；以及 第二钳部，包括第二电极、第二磁芯和围绕所述第二磁芯缠绕的第二线圈，并且使所述第二电极与所述第二电缆的绝缘体相邻， 所述第一电容元件的所述一端经由所述第一电极电容性地耦合到所述第一电缆的导线， 所述第一电容元件的所述另一端经由所述第二电极电容性地耦合到所述第二电缆的导线，以及 所述第一电流测量部基于由所述第一线圈或所述第二线圈检测的信号，检测在所述第一电缆中或者在所述第ニ电缆中流动的电流。
5.根据权利要求2所述的交流功率測量装置，进ー步包括 第三钳部，包括第三电极、第三磁芯和围绕所述第三磁芯缠绕的第三线圈，并且使所述第三电极与所述第三电缆的绝缘体相邻， 所述第二电容元件的所述一端经由所述第三电极电容性地耦合到所述第三电缆的导线，以及 所述第二电流测量部基于由所述第二线圈或所述第三线圈检测的信号，检测在所述第ニ电缆中或者在所述第三电缆中流动的电流。
6.根据权利要求I所述的交流功率測量装置，其中 所述第一电压测量部的输入阻抗是所述第一电容元件的阻抗的两倍或更多。
7.根据权利要求2所述的交流功率測量装置，其中 所述第一电压测量部的输入阻抗是所述第一电容元件的阻抗的两倍或更多。
8.根据权利要求6所述的交流功率測量装置，其中 所述第一电压测量部的输入阻抗是所述第一电容元件的阻抗的五倍或更多。
9.根据权利要求7所述的交流功率測量装置，其中 所述第一电压测量部的输入阻抗是所述第一电容元件的阻抗的五倍或更多。
全文摘要
本发明涉及一种交流功率测量装置，其包括第一电容元件，其一端电容性地耦合到用于将交流电提供给负载的电缆集合中的第一电缆的导线，其另一端电容性地耦合到电缆集合中的第二电缆的导线；第一电压测量部，用于测量第一电压，第一电压是第一电容元件的两端的电压；第一电流测量部，用于测量在第一电缆中流动的第一电流；以及处理部，其通过进行施加到电缆集合的电压的指定电压值和第一电压的有效值之间的比例、第一电压以及第一电流的乘法，计算将由电缆集合提供给负载的功率。
文档编号G01R21/06GK102735919SQ201210096489
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月1日 优先权日2011年4月6日
发明者伊藤昭夫, 大岛弘敬, 安部贵之 申请人:富士通株式会社