电力计量装置制造方法
电力计量装置制造方法
【专利摘要】AD变换器(15)在由切换控制部(19)设定的AD采样定时对电压和电流的信号进行采样并进行AD变换。在将AD采样周期m进行n分割时，例如设定m=电源周期的1/4、n=3。在期间A，在三个AD采样定时中的第一定时进行AD变换。在期间B，在三个AD采样定时中的第二定时进行AD变换。并且，在期间C，在三个AD采样定时中的第三定时进行AD变换。通过使三个AD采样定时逐一错开，能够等同于以三倍的AD采样频率进行采样的情况地高精度地检测电力。
【专利说明】电力计量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对电压和电流的信号进行采样并进行AD变换来对电力进行计量的电力计量装置。
【背景技术】
[0002]以往已知有如下一种采样式电表(例如参照专利文献I):利用将模拟信号变换为数字信号的AD (Analog Digital:模拟数字)变换器，对输入电压波形和输入电流波形进行采样，通过将各采样结果相乘来对有效电力进行计量。
[0003]参照图13说明以往的采样式电表。图13是表示以往的采样式电表的内部结构的框图。在米样式电表Iio中，输入到输入端子Tl的模拟电压信号e通过AD变换器131被变换为数字信号。另外，输入到输入端子T2的模拟电流信号i通过AD变换器132被变换为数字信号。
[0004]两个AD变换器131、132将由时钟发生器113输出的信号作为共通的时钟信号，与该时钟信号的发生定时同步地对模拟电压信号e、模拟电流信号i分别进行采样，变换为数
字信号。
[0005]因而,从两个AD变换器131、132输出作为同一时刻的米样值的电压信号e (t)、电流信号i(t)。此外，电压信号e(t)、电流信号i(t)是离散的时刻t时的值。
[0006]这样在每次产生时钟信号时将时刻t=tl、t2、...时的采样值的组合(e(tl)，i(tl))、(e(t2)，i(t2))、..?从两个 AD 变换器 131、132 输出到运算器 111。
[0007]运算器111根据被 输入的该数字值(e(t)，i(t))将电压值和电流值相乘，计算在时刻t时的瞬时电力W(t)。并且，运算器111进行对多个瞬时电力求平均的平均化运算来计算有效电力(平均电力)。此外，运算器111例如由DSP (Digital Signal Processor:数字信号处理器)或CPU (Central Processing Unit:中央处理单元)等构成。计算出的有效电力由显示器112显示。
[0008]专利文献1:日本特开平04-109173号公报
[0009]然而，在上述以往的电力计量装置中存在如下问题。在电力运算中，在取入高次谐波等高频率的信号的情况下，需要根据该频率成分缩短时钟信号的周期。因此，在电力运算中，采样频率变高，采样数增加。
[0010]为了进行这样的高速采样，针对AD变换器和CPU(微型计算机)必须使用高性能的设备，从而电力计量装置的制造成本增加。也就是说，在廉价地构成电力计量装置的情况下，很难高精度地对高频的电力进行计量。
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述以往的情形而完成的，提供一种不使采样数增加就进行高频率的信号的AD变换并高精度对电力进行计量的电力计量装置。
[0012]本发明的一个实施方式的电力计量装置对从电源向负载提供的电力进行计量，该电力计量装置具备:AD变换单元，其对被提供上述电力的负载的电压和电流的信号进行采样并进行AD变换；运算单元，其将由上述AD变换单元进行AD变换后的电压和电流的值相乘来运算电力；以及切换单元，其将上述AD变换单元的采样周期m分割成η等分，以m/n为间隔设定进行采样的定时，将在第一个定时进行采样的期间设为第一期间，将在第η个定时进行采样的期间设为第η期间，按规定的时间宽度对上述第一期间?第η期间进行切换，其中，上述AD变换单元在由上述切换单元切换后的期间的定时进行采样。
[0013]另外，优选的是，对上述运算单元用来运算电力的电压和电流中的任一个进行采样的期间至少是上述规定的时间宽度的η倍的期间。
[0014]另外，优选的是，上述规定的时间宽度是电源周期的自然数倍。
[0015]另外，优选的是，上述切换单元在以规定的顺序切换上述第一期间?第η期间之后，在下一次使切换上述第一期间?第η期间的顺序为与前次不同的顺序来进行切换。
[0016]另外，优选的是，上述切换单元按照排列改变上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0017]另外，优选的是，上述切换单元不规则地改变上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0018]另外，优选的是，上述η为2。
[0019]另外，优选的是，上述规定的时间宽度是上述电压和电流的各信号的半波期间。
[0020]另外，优选的是，上述切换单元以与对上述第一期间和第二期间进行了切换的顺序相反的顺序，在下一次对上述第一期间和第二期间进行切换。
[0021]另外，优选的是，上述AD变换单元按第二时间宽度将上述采样周期m的开始定时调整为上述信号从负向正变化或从正向负变化的零交叉定时。
[0022]另外，优选的是，在上述AD变换单元分时地进行上述电压和电流的信号的AD变换的情况下，上述切换单元按第三时间宽度替换AD变换的顺序，即对上述电压和电流的哪一个先进行。
[0023]另外，优选的是，不论电源频率如何都将一个周期的采样个数固定为规定的个数。
[0024]另外，优选的是，分时地对被至少一个电源提供电力的多个负载的电压和电流的信号进行采样，分别求出对上述多个负载提供的电力。
[0025]另外，优选的是，在按上述规定的时间宽度切换上述多个负载来对上述电压和电流的各信号进行采样时，上述切换单元针对每个上述负载改变上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0026]另外，优选的是，上述切换单元按排列改变每个上述负载的上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0027]另外，优选的是，上述切换单元不规则地改变每个上述负载的上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0028]发明的效果
[0029]根据本发明的一个实施方式，将采样周期m分割成η等分，按规定的时间宽度切换第一个定时的第一期间?第η个定时的第η期间，因此不使采样数增加就能够进行高频率的信号的AD变换，高精度地对电力进行计量。【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的目的和特征将通过如下的添附附图和优选的实施例的说明变得明确。
[0031]图1是表示第一实施方式的电力计量装置的内部结构的框图。
[0032]图2是表示针对信号波形的AD采样定时的时序图。
[0033]图3是表示用于调整AD采样周期m的开始点的零交叉脉冲信号的变化的时序图，(a)是零交叉脉冲信号，(b)是检测对象的信号。
[0034]图4是表示规定的期间W为半波期间(电源周期的1/2)时的AD采样定时的时序图。
[0035]图5是说明规定的期间W为半波期间时的AD采样定时的说明图，(a)是16个采样/周期的情况下的说明图，(b)是8个采样/周期的情况下的说明图。
[0036]图6是说明在规定的期间W为半波期间时的AD采样定时进行采样时的效果的说明图，(a)是一个波长期间存在信号、接下来的一个波长期间不存在信号那样的变化反复的间歇信号，(b)是在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按波长期间进行切换的例子，(c)是期间A和期间B按半波进行切换的例子。
[0037]图7是表示按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时的AD采样定时的时序图。
[0038]图8是说明在按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时的AD采样定时进行采样的情况下的效果的说明图，(a)是在正侧和负侧不对称的信号波形，(b)是在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按半波长期间交替地切换的例子，(C)是按波长替换对期间A和期间B进行切换的顺序的例子。
[0039]图9是表示第二实施方式的电力计量装置的内部结构的框图。
[0040]图10是表示在电压和电流的情况下变更AD变换的切换顺序时的AD采样定时的时序图。
[0041]图11是表示每个电路的AD采样定时的说明图。
[0042]图12是表示针对每个电路改变切换AD采样定时的顺序的组合的表。
[0043]图13是表示以往的采样式电表的内部结构的框图。
【具体实施方式】
[0044]使用【专利附图】
【附图说明】本发明所涉及的电力计量装置的各实施方式。在所有附图中针对同一或类似的部分附加同一参照标记并省略说明。本实施方式的电力计量装置能够应用于采样式电表或多电路电表。
[0045](第一实施方式)
[0046]图1是表示第一实施方式的电力计量装置I的内部结构的图。电力计量装置I如图1所示那样是包括电压检测部11、电流检测部12、信号切换部13、信号放大器14、AD变换器15、电力运算部16、显示器17、时钟发生器18以及切换控制部19的结构。
[0047]电压检测部11检测从系统电源21向负载24提供的电压。
[0048]电流检测部12检测从系统电源21向负载24提供的电流。
[0049]信号切换部13将检测对象切换为电压检测部11或电流检测部12。
[0050]信号放大器14将通过信号切换部13输入的电压或电流的信号放大。[0051]时钟发生器18生成AD变换器15进行AD变换时作为基准的时钟信号。
[0052]AD变换器15在与从时钟发生器18输出的时钟信号同步的定时,对由信号放大器14放大后的信号进行采样，将进行该采样得到的信号的值变换为数字值。
[0053]切换控制部19将对作为检测对象的电压检测部11和电流检测部12进行切换的切换信号输出到信号切换部13，另外向AD变换器15输出用于设定进行采样的定时(AD采样定时)的信号。
[0054]另外，切换控制部19是包括变量设定部19a和顺序设定部19b的结构。
[0055]在变量设定部19a中设定AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y。
[0056]在顺序设定部19b中如后述那样对设定了不同的AD采样定时的期间的顺序进行设定。
[0057]电力运算部16将由AD变换器15进行AD变换得到的电流信号的数字值和电压信号的数字值相乘来计算瞬时电力值，将计算出的该瞬时电力值在整个规定的期间累积并进行平均化，计算出有效电力值。
[0058]显示器17显示从电力运算部16输出的有效电力值等。
[0059]在本实施方式中，电力运算部16和切换控制部19能够由比较廉价的通用微型计算机构成。通过该微型计算机内的输入接口来对变量设定部19a设定上述的各值(AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y)。
[0060]图2是表示针对信号波形的AD采样定时的时序图。由AD变换器15进行AD变换的AD采样定时如上述那样由切换控制部19设定。在此，能够将AD采样周期m分割成η等分，以m/n为间隔设定AD采样定时,作为其一例,示出设定为m=电源周期的1/4、n=3的情况。
[0061]另外，时间宽度(规定的期间)W被设定为采样周期m的自然数通过将时间宽度W设定为采样周期m的自然数k倍(W=mXk)，容易进行高次谐波成分的采样。
[0062]另外，对于对用于电力值累积(运算)的电压和电流的某一个进行采样的期间Tc，在将AD采样周期m分割成η等分的情况下是时间宽度W的至少η倍的期间(Tc=WXn)。另外，电力值累积期间Tt是对电压和电流分别进行采样的期间，因此是期间Tc的2倍(Tt=TcX2)。
[0063]在时间宽度W的期间A(第一期间)中，在三个AD采样定时中的第一个的第一定时进行AD变换。在时间宽度W的期间B (第二期间)中，在三个AD采样定时中的第二定时进行AD变换。并且，在时间宽度W的期间C(第η期间)中，在三个AD采样定时中的第三个(第η个)的第三定时进行AD变换。在此，由顺序设定部19b如重复第一定时、第二定时、第三定时的顺序那样设定AD采样定时的顺序。
[0064]这样，通过使三个AD采样定时逐一错开，能够等同于以3倍的AD采样频率进行采样的情况地高精度地检测电力。
[0065]在此，对于AD采样周期m的开始点，使用检测对象的信号定期地进行调整。图3是表示用于调整AD采样周期m的开始点的零交叉脉冲信号的变化的时序图。AD变换的采样开始定时例如是电压信号从负向正变化、或从正向负变化而横穿零的零交叉点，在H水平/L水平切换的零交叉脉冲信号的上升定时进行调整。
[0066]图3的(a)表示零交叉脉冲信号。图3的(b)表示检测对象的信号。AD变换器15按时间宽度Y (第二时间宽度)在零交叉脉冲信号的上升定时调整AD采样周期m的开始点，在从调整后的该开始点起的AD采样定时进行信号的采样。这样，通过使AD采样定时定期地与检测对象的信号同步，能够高精度地调整AD采样定时。
[0067]另外，如上述那样，按规定的期间W，以在顺序设定部19b中预先设定的顺序进行期间(期间A、B、C、...X)(第一期间?第η期间)的切换、即不同的AD采样定时的切换。
[0068]此外，也可以在顺序设定部19b中设置随机数产生器，利用由该随机数产生器生成的不规则的值(随机值)进行AD采样定时的切换。由此，能够防止与负载电流中出现的那样的间歇信号同步地进行采样，能够进行不依赖于间歇信号的电力计量。
[0069]图4是表示规定的期间W为半波期间(电源周期的1/2)时的AD采样定时的时序图。在此，AD采样周期m为电源周期的1/4，分割数η的值为3。
[0070]在正侧的半波期间，在期间A的第一定时进行两点的采样(两次采样)。在负侧的半波期间，在期间B的第二定时进行两点的采样(两次采样)。在下一个正侧的半波期间，在期间C的第三定时进行两点的采样(两次采样)。在下一个负侧的半波期间，在期间A的第一定时进行两点的采样(两次采样)。
[0071]图5是说明规定的期间W为半波期间时的AD采样定时的说明图。图5的(a)表示16个采样/周期的情况下的说明图，图5的(b)表示8个采样/周期的情况下的说明图。
[0072]在此，AD采样周期m为电源周期的1/8，分割数η的值为2。考虑为电源的信号波形在正(plus)侧和负(minus)侧是相同的。在这种情况下，如图5的(b)所示那样，在正侦U，在图5的(a)的16个采样中的奇数的采样点进行采样，在负侧，在图5的(a)的偶数的采样点进行采样。
[0073]将图5的(b)中在定时10采样的值作为与图5的(a)中在定时2采样的值仅符号相反的相同值进行处理。同样地，将图5的(b)中在定时12采样的值作为与图5的(a)中在定时4采样的值仅符号相反的相同值进行处理。
[0074]也就是说，当电源的信号波形在正(plus)侦_负(minus)侧相同时，能够在各定时得到两个采样值，因此即使通过8个采样/周期进行采样，也能够得到通过16个采样/周期进行采样那样的效果。
[0075]在图5的(a)和图5的(b)中以采样点为一个顶点的长方形的面积的和是与电力成比例的量，由此，即使是8个采样/周期，也能够得到与16个采样/周期相同的面积。因此，同样能够高精度地检测电力。另外，在规定的期间W为半波期间的情况下，电力运算变得容易。并且，由于分割数η的值为2，因此能够以一个周期完成采样。
[0076]图6是说明规定的期间W为半波期间时在AD采样定时进行采样时的效果的说明图。图6的(a)例如表示负载电流波形在一个波长期间存在信号、在下一个波长期间不存在信号那样的变化反复的间歇信号的情况。
[0077]针对这样的间歇信号，在图6的(b)中示出在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按波长期间进行切换的情形。在这种情况下，信号波形仅在期间A的第一定时被采样，在期间B的第二定时不进行采样，因此AD变换的精度下降。
[0078]在图6的(C)中，示出期间A和期间B按半波进行切换的情形。在这种情况下，正侧的信号波形在期间A的第一定时被采样，负侧的信号波形在期间B的第二定时被采样。[0079]在交流波形中很多的负载电流波形是正侧的波形和负侧的波形相同。因而，针对这样的负载电流波形，通过在一个波形中的期间A、B的两个定时进行采样，能够提高AD变换的精度，并能够高精度地检测电力。
[0080]接着，示出如下情况:切换控制部19按照在顺序设定部19b中设定的顺序，将按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换的信号输出到信号切换部13。图7是表示按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时的AD采样定时的时序图。在此，AD采样周期m为电源周期的1/8，规定的期间W为半波期间(电源周期的1/2)，分割数η的值为2。
[0081]针对正侧的信号波形(期间Α)，在图5的(a)的16个采样中的奇数点进行采样。针对负侧的信号波形(期间B)，在图5的(a)的16个采样中的偶数点进行采样。另外，按波长期间交替地切换期间A和期间B。
[0082]即，针对第一个的正侧的信号波形，在期间A的第一定时1、3、5、7进行采样。针对第二个的负侧的信号波形，在期间B的第二定时10、12、14、16进行采样。针对第三个的正侧的信号波形，在期间B的定时2、4、6、8进行采样。针对第四个的负侧的信号波形，在期间A的第一定时9、11、13、15进行采样。这样，按半波期间交替地切换期间A和期间B，通过两个周期进行16个采样。
[0083]图8是说明按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时在AD采样定时进行采样时的效果的说明图。图8的(a)示出负载电流波形中出现那样的在正侧和负侧不对称的信号波形。
[0084]针对该不对称的信号波形，在图8的(b)中，在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按半波长期间交替地进行切换。在这种情况下，正侧的信号波形仅在期间A的第一定时被采样，负侧的信号波形仅在期间B的第二定时被采样。因此，AD变换的精度下降。
[0085]在图8的(C)中，按波长替换对期间A和期间B进行切换的顺序。由此，针对正侧的信号波形，在第一个半波长期间在期间A的第一定时进行采样、在第三个半波长期间在期间B的第二定时进行采样的动作同样地重复。
[0086]另外，针对负侧的信号波形，在第二个半波长期间在期间B的第二定时进行采样、在第四个波长期间在期间A的第一定时进行采样的动作同样地重复。
[0087]因而,针对正负不对称的信号波形,在正侧和负侧分别在期间A、B的两个AD采样定时进行采样，因此AD变换的精度变高，能够高精度地检测电力。
[0088]这样，在正负不对称的信号波形中，也在前次和下一次替换期间A和期间B的顺序，由此只要相同的波形两次以上连续，就能够提高AD变换的精度。
[0089]根据第一实施方式的电力计量装置1，针对一个波形，通过使AD采样定时错开进行采样，即使是较少的采样数，也能够检测高次谐波成分，并能够提高AD变换的精度。也就是说，不使采样数增加就能够进行高频率的信号的AD变换，高精度地计量电力。
[0090]因而，即使不提高采样频率，也能够进行等同于使采样频率变为η倍时的电力运算。另外，不需要运算能力高的微型计算机，而能够通过通用微型计算机进行运算，成本降低。
[0091]在第一实施方式中，说明了对电压和电流中的任一个进行采样的情形，但是实际上交替地对电压和电流进行采样来进行电力运算。关于此，在接下来的第二实施方式中进行说明。
[0092](第二实施方式)
[0093]在第一实施方式中，示出了针对一个系统电源进行电压检测或电流检测的情况。在第二实施方式中，不出存在被至少一个系统电源提供电力的多个负载(电气回路)并分时地切换电气回路进行电力计量的情况。
[0094]图9是表示第二实施方式的电力计量装置Ia的内部结构的框图。针对与第一实施方式相同的结构要素附加相同的附图标记，由此省略其说明。在此，针对与第一实施方式不同的结构和动作进行说明。
[0095]第二实施方式的电力计量装置Ia检测多个电气回路(也简称为电路)各自的电压和电流来求电力。[0096]因此，在电力计量装置Ia中设置有分别检测第一电路的电压和电流的电压检测部I Ia和电流检测部12a。还设置有分别检测第二电路的电压和电流的电压检测部Ilb和电流检测部12b。同样地，设置有分别检测第三电路的电压和电流的电压检测部Ilc和电流检测部12c。在此，虽然示出到了第三电路，但是在存在第四以后的电路的情况下也相同。
[0097]为了检测每个电路的电压和电流，信号切换部33切换作为检测对象的信号。
[0098]切换控制部39向信号切换部33输出切换检测对象的切换信号，并且向AD变换器15输出设定AD采样定时的信号。另外，切换控制部39是包括变量设定部39a和顺序设定部39b的结构。
[0099]在变量设定部39a中除了与第一实施方式同样地设定AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y以外，还设定了时间宽度ζ(第三时间宽度)。
[0100]在顺序设定部39b中设定对AD采样定时进行了设定的期间(期间A、期间B、期间C、..?期间X)的切换顺序以及多个电路的切换顺序。
[0101]该切换顺序能够任意地设定。通过运算使用了作为切换对象的多个电路的信号数r和对AD采样定时进行设定的期间的个数(分割数η)的排列nPr，能够得到可切换的例数。或者，也可以将切换顺序设定为由随机数产生器生成的不规则的值。
[0102]此外，与第一实施方式同样地，切换控制部39和电力运算部16能够由通用微型计算机构成。通过该微型计算机内的输入接口，对变量设定部39a设定上述的各值(除了 AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y以外，还有时间宽度Z(第三时间宽度))。对顺序设定部39b设定由通用微型计算机的CPU执行保存在ROM中的程序所得到的顺序。
[0103]图10是表示替换AD变换的切换顺序使电压和电流的某一个先进行时的AD采样定时的时序图。切换控制部39按时间宽度Z替换AD变换的切换顺序使电压波形和电流波形的某一个先进行。该时间宽度Z被设定为时间宽度W的自然数j倍。
[0104]具体地说，在最初的时间宽度Z内，在期间A的第一定时先进行电压波形的AD变换、接着在期间B的第二定时进行电流波形的AD变换的动作重复。
[0105]当该时间宽度Z经过时，将AD变换的切换顺序替换为先进行电流波形。也就是说，在下一个时间宽度Z内，在期间A的第一定时先进行电流波形的AD变换、接着在期间B的第二定时进行电压波形的AD变换的动作重复。
[0106]这样，通过替换AD变换的切换顺序使电压和电流的某一个先进行，能够得到如下的效果。由于作为乘法的对象的电流和电压的AD变换分时依次进行，因此作为这些AD变换定时的时间差，产生几μ sec的时间差(图中参照At)。但是，通过定期地替换AD变换的切换顺序使某一个先进行，该几μ sec的时间差在运算中被抵消，电力的计量精度提高。
[0107]另外，通过如上述那样按照排列设定这样的切换顺序或将切换顺序设定为不规则的值，能够防止与间歇信号同步地进行采样，能够进行不依赖于间歇信号的电力运算。
[0108]此外，替换AD变换的切换顺序使电压和电流的某一个先进行在第一实施方式中也能够同样地应用。
[0109]接着，示出切换控制部39针对每个电路改变AD采样定时并且按时间宽度W改变电路和AD采样定时的组合的情况。并且，在按电路进行的AD变换中如上述那样变更电压波形和电流波形的AD变换的切换顺序。也就是说，如上述那样时间宽度W是采样周期m的自然数k倍，对用于电力值累积(运算)的电压和电流中的任一个进行采样的期间Tc在将AD采样周期m分割成η等分的情况下是时间宽度W的η倍的期间，电力值累积期间Tt是期间Tc的2倍。在此，当使用时间宽度Z时，通过在电力累积期间Tt按时间宽度Z交替地切换电压和电流来进行采样，能够更正确地测量电力值。
[0110]图11是表示每个电路的AD采样定时的说明图。切换控制部39以在顺序设定部39b中设定的顺序，按时间宽度W切换进行AD变换的电路。示出切换电路1、电路2、电路3这三个电路的情况。
[0111]在电路I中，以期间A的第一定时、期间B的第二定时这样的顺序进行AD变换。在电路2中，以期间B的第二定时、期间C的第三定时这样的顺序进行AD变换。在电路3中，以期间C的第三定时、期间A的第一定时这样的顺序进行AD变换。
[0112]具体地说，示出按电路改变切换期间A的第一定时、期间B的第二定时、期间C的第三定时这三个AD采样定时的顺序的情况。
[0113]图12是表示按电路改变切换AD采样定时的顺序的组合的表。
[0114]在第一次的时间宽度X中，按时间宽度W，在期间A切换为电路1、在期间B切换为电路2、在期间C切换为电路3，接着在期间B切换为电路1、在期间C切换为电路2、在期间A切换为电路3，最后在期间C切换为电路1、在期间A切换为电路2、在期间B切换为电路3。
[0115]在第二次的时间宽度X中，按时间宽度W，在期间A切换为电路1、在期间C切换为电路2、在期间B切换为电路3，接着在期间C切换为电路1、在期间B切换为电路2、在期间A切换为电路3，最后在期间B切换为电路1、在期间A切换为电路2、在期间C切换为电路3。
[0116]在第三次的时间宽度X中，按时间宽度W，在期间B切换为电路1、在期间A切换为电路2、在期间C切换为电路3，接着在期间A切换为电路1、在期间C切换为电路2、在期间B切换为电路3，最后在期间C切换为电路1、在期间B切换为电路2、在期间A切换为电路3。
[0117]这样，即使按电路变更期间的切换顺序，也能够使AD采样定时错开，得到同样的效果。
[0118]此外，在每个电路的期间的切换顺序中，也可以在顺序设定部39b中设定按排列的顺序或不规则的值。由此，能够防止与负载电流那样的间歇信号同步地进行采样，能够进行不依赖于间歇电流的计量。[0119]根据第二实施方式的电力计量装置la，在以多个电路计量电力的情况下，也能够高精度地对高次谐波那样高频率的信号波形进行AD变换。
[0120]此外，本发明不限于上述实施方式的结构，只要是能够达到权利要求书所示的功能、或者本实施方式的结构所具有的功能的结构，则无论什么样的结构都能够应用。
[0121]例如也可以将一个周期的采样个数固定为规定的个数、例如8个采样、16个采样，在这种情况下，即使电源频率变为50ΗΖ、55Ηζ、60Ηζ等，也不需要变更运算电力的算法，能够容易地实现。
[0122]另外，在上述实施方式中，由一个AD变换器分时地对电压和电流的信号进行采样并进行AD变换，但是也可以使用两个AD变换器分开进行采样并进行AD变换，通过将在相同时刻采样得到的电压值和电流值相乘，能够消除时间差。
[0123]上述的所有实施方式、实施方式中的说明例以及变形例能够相互组合进行。以上说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于这些特定的实施方式，能够进行不脱离权利要求范畴的多种变更以及变形，其也属于本发明的范畴内。
【权利要求】
1.一种电力计量装置，其对从电源向负载提供的电力进行计量，该电力计量装置具备: AD变换单元，其对被提供上述电力的负载的电压和电流的信号进行采样并进行AD变换； 运算单元，其将由上述AD变换单元进行AD变换后的电压和电流的值相乘来运算电力；以及 切换单元，其将上述AD变换单元的采样周期m分割成η等分，以m/n为间隔设定进行采样的定时，将在第一个定时进行采样的期间设为第一期间，将在第η个定时进行采样的期间设为第η期间，按规定的时间宽度对上述第一期间-第η期间进行切换， 其中，上述AD变换单元在由上述切换单元切换后的期间的定时进行采样。
2.根据权利要求1所述的电力计量装置，其特征在于， 对上述运算单元用来运算电力的电压和电流中的任一个进行采样的期间至少是上述规定的时间宽度的η倍的期间。
3.根据权利要求2所述的电力计量装置，其特征在于， 上述规定的时间宽度是电源周期的自然数倍。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元在以规定的顺序切换上述第一期间-第η期间之后，在下一次使切换上述第一期间-第η期间的顺序为与前次不同的顺序来进行切换。
5.根据权利要求4所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元按照排列改变上述第一期间-第η期间的切换顺序。
6.根据权利要求4所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元不规则地改变上述第一期间-第η期间的切换顺序。
7.根据权利要求1所述的电力计量装置，其特征在于， 上述η为2。
8.根据权利要求1所述的电力计量装置，其特征在于， 上述规定的时间宽度是上述电压和电流的各信号的半波期间。
9.根据权利要求7所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元以与对上述第一期间和第二期间进行了切换的顺序相反的顺序，在下一次对上述第一期间和第二期间进行切换。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 上述AD变换单元按第二时间宽度将上述采样周期m的开始定时调整为上述信号从负向正变化或从正向负变化的零交叉定时。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 在上述AD变换单元分时地进行上述电压和电流的信号的AD变换的情况下，上述切换单元按第三时间宽度替换AD变换的顺序，即对上述电压和电流的哪一个先进行。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 不论电源频率如何都将一个周期的采样个数固定为规定的个数。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 分时地对被至少一个电源提供电力的多个负载的电压和电流的信号进行采样，分别求出对上述多个负载提供的电力。
14.根据权利要求13所述的电力计量装置，其特征在于， 在按上述规定的时间宽度切换上述多个负载来对上述电压和电流的各信号进行采样时，上述切换单元针对每个上述负载改变上述第一期间-第η期间的切换顺序。
15.根据权利要求14所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元按排列改变每个上述负载的上述第一期间-第η期间的切换顺序。
16.根据权利要求14所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元不规 则地改变每个上述负载的上述第一期间-第η期间的切换顺序。
【文档编号】G01R21/133GK103460060SQ201280016635
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月18日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】宫村雄介, 盐川明实, 水野洋二, 汤浅裕明, 一村省互, 永利英昭 申请人:松下电器产业株式会社
【专利摘要】AD变换器(15)在由切换控制部(19)设定的AD采样定时对电压和电流的信号进行采样并进行AD变换。在将AD采样周期m进行n分割时，例如设定m=电源周期的1/4、n=3。在期间A，在三个AD采样定时中的第一定时进行AD变换。在期间B，在三个AD采样定时中的第二定时进行AD变换。并且，在期间C，在三个AD采样定时中的第三定时进行AD变换。通过使三个AD采样定时逐一错开，能够等同于以三倍的AD采样频率进行采样的情况地高精度地检测电力。
【专利说明】电力计量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对电压和电流的信号进行采样并进行AD变换来对电力进行计量的电力计量装置。
【背景技术】
[0002]以往已知有如下一种采样式电表(例如参照专利文献I):利用将模拟信号变换为数字信号的AD (Analog Digital:模拟数字)变换器，对输入电压波形和输入电流波形进行采样，通过将各采样结果相乘来对有效电力进行计量。
[0003]参照图13说明以往的采样式电表。图13是表示以往的采样式电表的内部结构的框图。在米样式电表Iio中，输入到输入端子Tl的模拟电压信号e通过AD变换器131被变换为数字信号。另外，输入到输入端子T2的模拟电流信号i通过AD变换器132被变换为数字信号。
[0004]两个AD变换器131、132将由时钟发生器113输出的信号作为共通的时钟信号，与该时钟信号的发生定时同步地对模拟电压信号e、模拟电流信号i分别进行采样，变换为数
字信号。
[0005]因而,从两个AD变换器131、132输出作为同一时刻的米样值的电压信号e (t)、电流信号i(t)。此外，电压信号e(t)、电流信号i(t)是离散的时刻t时的值。
[0006]这样在每次产生时钟信号时将时刻t=tl、t2、...时的采样值的组合(e(tl)，i(tl))、(e(t2)，i(t2))、..?从两个 AD 变换器 131、132 输出到运算器 111。
[0007]运算器111根据被 输入的该数字值(e(t)，i(t))将电压值和电流值相乘，计算在时刻t时的瞬时电力W(t)。并且，运算器111进行对多个瞬时电力求平均的平均化运算来计算有效电力(平均电力)。此外，运算器111例如由DSP (Digital Signal Processor:数字信号处理器)或CPU (Central Processing Unit:中央处理单元)等构成。计算出的有效电力由显示器112显示。
[0008]专利文献1:日本特开平04-109173号公报
[0009]然而，在上述以往的电力计量装置中存在如下问题。在电力运算中，在取入高次谐波等高频率的信号的情况下，需要根据该频率成分缩短时钟信号的周期。因此，在电力运算中，采样频率变高，采样数增加。
[0010]为了进行这样的高速采样，针对AD变换器和CPU(微型计算机)必须使用高性能的设备，从而电力计量装置的制造成本增加。也就是说，在廉价地构成电力计量装置的情况下，很难高精度地对高频的电力进行计量。
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述以往的情形而完成的，提供一种不使采样数增加就进行高频率的信号的AD变换并高精度对电力进行计量的电力计量装置。
[0012]本发明的一个实施方式的电力计量装置对从电源向负载提供的电力进行计量，该电力计量装置具备:AD变换单元，其对被提供上述电力的负载的电压和电流的信号进行采样并进行AD变换；运算单元，其将由上述AD变换单元进行AD变换后的电压和电流的值相乘来运算电力；以及切换单元，其将上述AD变换单元的采样周期m分割成η等分，以m/n为间隔设定进行采样的定时，将在第一个定时进行采样的期间设为第一期间，将在第η个定时进行采样的期间设为第η期间，按规定的时间宽度对上述第一期间?第η期间进行切换，其中，上述AD变换单元在由上述切换单元切换后的期间的定时进行采样。
[0013]另外，优选的是，对上述运算单元用来运算电力的电压和电流中的任一个进行采样的期间至少是上述规定的时间宽度的η倍的期间。
[0014]另外，优选的是，上述规定的时间宽度是电源周期的自然数倍。
[0015]另外，优选的是，上述切换单元在以规定的顺序切换上述第一期间?第η期间之后，在下一次使切换上述第一期间?第η期间的顺序为与前次不同的顺序来进行切换。
[0016]另外，优选的是，上述切换单元按照排列改变上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0017]另外，优选的是，上述切换单元不规则地改变上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0018]另外，优选的是，上述η为2。
[0019]另外，优选的是，上述规定的时间宽度是上述电压和电流的各信号的半波期间。
[0020]另外，优选的是，上述切换单元以与对上述第一期间和第二期间进行了切换的顺序相反的顺序，在下一次对上述第一期间和第二期间进行切换。
[0021]另外，优选的是，上述AD变换单元按第二时间宽度将上述采样周期m的开始定时调整为上述信号从负向正变化或从正向负变化的零交叉定时。
[0022]另外，优选的是，在上述AD变换单元分时地进行上述电压和电流的信号的AD变换的情况下，上述切换单元按第三时间宽度替换AD变换的顺序，即对上述电压和电流的哪一个先进行。
[0023]另外，优选的是，不论电源频率如何都将一个周期的采样个数固定为规定的个数。
[0024]另外，优选的是，分时地对被至少一个电源提供电力的多个负载的电压和电流的信号进行采样，分别求出对上述多个负载提供的电力。
[0025]另外，优选的是，在按上述规定的时间宽度切换上述多个负载来对上述电压和电流的各信号进行采样时，上述切换单元针对每个上述负载改变上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0026]另外，优选的是，上述切换单元按排列改变每个上述负载的上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0027]另外，优选的是，上述切换单元不规则地改变每个上述负载的上述第一期间?第η期间的切换顺序。
[0028]发明的效果
[0029]根据本发明的一个实施方式，将采样周期m分割成η等分，按规定的时间宽度切换第一个定时的第一期间?第η个定时的第η期间，因此不使采样数增加就能够进行高频率的信号的AD变换，高精度地对电力进行计量。【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的目的和特征将通过如下的添附附图和优选的实施例的说明变得明确。
[0031]图1是表示第一实施方式的电力计量装置的内部结构的框图。
[0032]图2是表示针对信号波形的AD采样定时的时序图。
[0033]图3是表示用于调整AD采样周期m的开始点的零交叉脉冲信号的变化的时序图，(a)是零交叉脉冲信号，(b)是检测对象的信号。
[0034]图4是表示规定的期间W为半波期间(电源周期的1/2)时的AD采样定时的时序图。
[0035]图5是说明规定的期间W为半波期间时的AD采样定时的说明图，(a)是16个采样/周期的情况下的说明图，(b)是8个采样/周期的情况下的说明图。
[0036]图6是说明在规定的期间W为半波期间时的AD采样定时进行采样时的效果的说明图，(a)是一个波长期间存在信号、接下来的一个波长期间不存在信号那样的变化反复的间歇信号，(b)是在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按波长期间进行切换的例子，(c)是期间A和期间B按半波进行切换的例子。
[0037]图7是表示按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时的AD采样定时的时序图。
[0038]图8是说明在按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时的AD采样定时进行采样的情况下的效果的说明图，(a)是在正侧和负侧不对称的信号波形，(b)是在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按半波长期间交替地切换的例子，(C)是按波长替换对期间A和期间B进行切换的顺序的例子。
[0039]图9是表示第二实施方式的电力计量装置的内部结构的框图。
[0040]图10是表示在电压和电流的情况下变更AD变换的切换顺序时的AD采样定时的时序图。
[0041]图11是表示每个电路的AD采样定时的说明图。
[0042]图12是表示针对每个电路改变切换AD采样定时的顺序的组合的表。
[0043]图13是表示以往的采样式电表的内部结构的框图。
【具体实施方式】
[0044]使用【专利附图】
【附图说明】本发明所涉及的电力计量装置的各实施方式。在所有附图中针对同一或类似的部分附加同一参照标记并省略说明。本实施方式的电力计量装置能够应用于采样式电表或多电路电表。
[0045](第一实施方式)
[0046]图1是表示第一实施方式的电力计量装置I的内部结构的图。电力计量装置I如图1所示那样是包括电压检测部11、电流检测部12、信号切换部13、信号放大器14、AD变换器15、电力运算部16、显示器17、时钟发生器18以及切换控制部19的结构。
[0047]电压检测部11检测从系统电源21向负载24提供的电压。
[0048]电流检测部12检测从系统电源21向负载24提供的电流。
[0049]信号切换部13将检测对象切换为电压检测部11或电流检测部12。
[0050]信号放大器14将通过信号切换部13输入的电压或电流的信号放大。[0051]时钟发生器18生成AD变换器15进行AD变换时作为基准的时钟信号。
[0052]AD变换器15在与从时钟发生器18输出的时钟信号同步的定时,对由信号放大器14放大后的信号进行采样，将进行该采样得到的信号的值变换为数字值。
[0053]切换控制部19将对作为检测对象的电压检测部11和电流检测部12进行切换的切换信号输出到信号切换部13，另外向AD变换器15输出用于设定进行采样的定时(AD采样定时)的信号。
[0054]另外，切换控制部19是包括变量设定部19a和顺序设定部19b的结构。
[0055]在变量设定部19a中设定AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y。
[0056]在顺序设定部19b中如后述那样对设定了不同的AD采样定时的期间的顺序进行设定。
[0057]电力运算部16将由AD变换器15进行AD变换得到的电流信号的数字值和电压信号的数字值相乘来计算瞬时电力值，将计算出的该瞬时电力值在整个规定的期间累积并进行平均化，计算出有效电力值。
[0058]显示器17显示从电力运算部16输出的有效电力值等。
[0059]在本实施方式中，电力运算部16和切换控制部19能够由比较廉价的通用微型计算机构成。通过该微型计算机内的输入接口来对变量设定部19a设定上述的各值(AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y)。
[0060]图2是表示针对信号波形的AD采样定时的时序图。由AD变换器15进行AD变换的AD采样定时如上述那样由切换控制部19设定。在此，能够将AD采样周期m分割成η等分，以m/n为间隔设定AD采样定时,作为其一例,示出设定为m=电源周期的1/4、n=3的情况。
[0061]另外，时间宽度(规定的期间)W被设定为采样周期m的自然数通过将时间宽度W设定为采样周期m的自然数k倍(W=mXk)，容易进行高次谐波成分的采样。
[0062]另外，对于对用于电力值累积(运算)的电压和电流的某一个进行采样的期间Tc，在将AD采样周期m分割成η等分的情况下是时间宽度W的至少η倍的期间(Tc=WXn)。另外，电力值累积期间Tt是对电压和电流分别进行采样的期间，因此是期间Tc的2倍(Tt=TcX2)。
[0063]在时间宽度W的期间A(第一期间)中，在三个AD采样定时中的第一个的第一定时进行AD变换。在时间宽度W的期间B (第二期间)中，在三个AD采样定时中的第二定时进行AD变换。并且，在时间宽度W的期间C(第η期间)中，在三个AD采样定时中的第三个(第η个)的第三定时进行AD变换。在此，由顺序设定部19b如重复第一定时、第二定时、第三定时的顺序那样设定AD采样定时的顺序。
[0064]这样，通过使三个AD采样定时逐一错开，能够等同于以3倍的AD采样频率进行采样的情况地高精度地检测电力。
[0065]在此，对于AD采样周期m的开始点，使用检测对象的信号定期地进行调整。图3是表示用于调整AD采样周期m的开始点的零交叉脉冲信号的变化的时序图。AD变换的采样开始定时例如是电压信号从负向正变化、或从正向负变化而横穿零的零交叉点，在H水平/L水平切换的零交叉脉冲信号的上升定时进行调整。
[0066]图3的(a)表示零交叉脉冲信号。图3的(b)表示检测对象的信号。AD变换器15按时间宽度Y (第二时间宽度)在零交叉脉冲信号的上升定时调整AD采样周期m的开始点，在从调整后的该开始点起的AD采样定时进行信号的采样。这样，通过使AD采样定时定期地与检测对象的信号同步，能够高精度地调整AD采样定时。
[0067]另外，如上述那样，按规定的期间W，以在顺序设定部19b中预先设定的顺序进行期间(期间A、B、C、...X)(第一期间?第η期间)的切换、即不同的AD采样定时的切换。
[0068]此外，也可以在顺序设定部19b中设置随机数产生器，利用由该随机数产生器生成的不规则的值(随机值)进行AD采样定时的切换。由此，能够防止与负载电流中出现的那样的间歇信号同步地进行采样，能够进行不依赖于间歇信号的电力计量。
[0069]图4是表示规定的期间W为半波期间(电源周期的1/2)时的AD采样定时的时序图。在此，AD采样周期m为电源周期的1/4，分割数η的值为3。
[0070]在正侧的半波期间，在期间A的第一定时进行两点的采样(两次采样)。在负侧的半波期间，在期间B的第二定时进行两点的采样(两次采样)。在下一个正侧的半波期间，在期间C的第三定时进行两点的采样(两次采样)。在下一个负侧的半波期间，在期间A的第一定时进行两点的采样(两次采样)。
[0071]图5是说明规定的期间W为半波期间时的AD采样定时的说明图。图5的(a)表示16个采样/周期的情况下的说明图，图5的(b)表示8个采样/周期的情况下的说明图。
[0072]在此，AD采样周期m为电源周期的1/8，分割数η的值为2。考虑为电源的信号波形在正(plus)侧和负(minus)侧是相同的。在这种情况下，如图5的(b)所示那样，在正侦U，在图5的(a)的16个采样中的奇数的采样点进行采样，在负侧，在图5的(a)的偶数的采样点进行采样。
[0073]将图5的(b)中在定时10采样的值作为与图5的(a)中在定时2采样的值仅符号相反的相同值进行处理。同样地，将图5的(b)中在定时12采样的值作为与图5的(a)中在定时4采样的值仅符号相反的相同值进行处理。
[0074]也就是说，当电源的信号波形在正(plus)侦_负(minus)侧相同时，能够在各定时得到两个采样值，因此即使通过8个采样/周期进行采样，也能够得到通过16个采样/周期进行采样那样的效果。
[0075]在图5的(a)和图5的(b)中以采样点为一个顶点的长方形的面积的和是与电力成比例的量，由此，即使是8个采样/周期，也能够得到与16个采样/周期相同的面积。因此，同样能够高精度地检测电力。另外，在规定的期间W为半波期间的情况下，电力运算变得容易。并且，由于分割数η的值为2，因此能够以一个周期完成采样。
[0076]图6是说明规定的期间W为半波期间时在AD采样定时进行采样时的效果的说明图。图6的(a)例如表示负载电流波形在一个波长期间存在信号、在下一个波长期间不存在信号那样的变化反复的间歇信号的情况。
[0077]针对这样的间歇信号，在图6的(b)中示出在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按波长期间进行切换的情形。在这种情况下，信号波形仅在期间A的第一定时被采样，在期间B的第二定时不进行采样，因此AD变换的精度下降。
[0078]在图6的(C)中，示出期间A和期间B按半波进行切换的情形。在这种情况下，正侧的信号波形在期间A的第一定时被采样，负侧的信号波形在期间B的第二定时被采样。[0079]在交流波形中很多的负载电流波形是正侧的波形和负侧的波形相同。因而，针对这样的负载电流波形，通过在一个波形中的期间A、B的两个定时进行采样，能够提高AD变换的精度，并能够高精度地检测电力。
[0080]接着，示出如下情况:切换控制部19按照在顺序设定部19b中设定的顺序，将按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换的信号输出到信号切换部13。图7是表示按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时的AD采样定时的时序图。在此，AD采样周期m为电源周期的1/8，规定的期间W为半波期间(电源周期的1/2)，分割数η的值为2。
[0081]针对正侧的信号波形(期间Α)，在图5的(a)的16个采样中的奇数点进行采样。针对负侧的信号波形(期间B)，在图5的(a)的16个采样中的偶数点进行采样。另外，按波长期间交替地切换期间A和期间B。
[0082]即，针对第一个的正侧的信号波形，在期间A的第一定时1、3、5、7进行采样。针对第二个的负侧的信号波形，在期间B的第二定时10、12、14、16进行采样。针对第三个的正侧的信号波形，在期间B的定时2、4、6、8进行采样。针对第四个的负侧的信号波形，在期间A的第一定时9、11、13、15进行采样。这样，按半波期间交替地切换期间A和期间B，通过两个周期进行16个采样。
[0083]图8是说明按波长期间对期间A和期间B的顺序进行切换时在AD采样定时进行采样时的效果的说明图。图8的(a)示出负载电流波形中出现那样的在正侧和负侧不对称的信号波形。
[0084]针对该不对称的信号波形，在图8的(b)中，在第一定时进行采样的期间A和在第二定时进行采样的期间B按半波长期间交替地进行切换。在这种情况下，正侧的信号波形仅在期间A的第一定时被采样，负侧的信号波形仅在期间B的第二定时被采样。因此，AD变换的精度下降。
[0085]在图8的(C)中，按波长替换对期间A和期间B进行切换的顺序。由此，针对正侧的信号波形，在第一个半波长期间在期间A的第一定时进行采样、在第三个半波长期间在期间B的第二定时进行采样的动作同样地重复。
[0086]另外，针对负侧的信号波形，在第二个半波长期间在期间B的第二定时进行采样、在第四个波长期间在期间A的第一定时进行采样的动作同样地重复。
[0087]因而,针对正负不对称的信号波形,在正侧和负侧分别在期间A、B的两个AD采样定时进行采样，因此AD变换的精度变高，能够高精度地检测电力。
[0088]这样，在正负不对称的信号波形中，也在前次和下一次替换期间A和期间B的顺序，由此只要相同的波形两次以上连续，就能够提高AD变换的精度。
[0089]根据第一实施方式的电力计量装置1，针对一个波形，通过使AD采样定时错开进行采样，即使是较少的采样数，也能够检测高次谐波成分，并能够提高AD变换的精度。也就是说，不使采样数增加就能够进行高频率的信号的AD变换，高精度地计量电力。
[0090]因而，即使不提高采样频率，也能够进行等同于使采样频率变为η倍时的电力运算。另外，不需要运算能力高的微型计算机，而能够通过通用微型计算机进行运算，成本降低。
[0091]在第一实施方式中，说明了对电压和电流中的任一个进行采样的情形，但是实际上交替地对电压和电流进行采样来进行电力运算。关于此，在接下来的第二实施方式中进行说明。
[0092](第二实施方式)
[0093]在第一实施方式中，示出了针对一个系统电源进行电压检测或电流检测的情况。在第二实施方式中，不出存在被至少一个系统电源提供电力的多个负载(电气回路)并分时地切换电气回路进行电力计量的情况。
[0094]图9是表示第二实施方式的电力计量装置Ia的内部结构的框图。针对与第一实施方式相同的结构要素附加相同的附图标记，由此省略其说明。在此，针对与第一实施方式不同的结构和动作进行说明。
[0095]第二实施方式的电力计量装置Ia检测多个电气回路(也简称为电路)各自的电压和电流来求电力。[0096]因此，在电力计量装置Ia中设置有分别检测第一电路的电压和电流的电压检测部I Ia和电流检测部12a。还设置有分别检测第二电路的电压和电流的电压检测部Ilb和电流检测部12b。同样地，设置有分别检测第三电路的电压和电流的电压检测部Ilc和电流检测部12c。在此，虽然示出到了第三电路，但是在存在第四以后的电路的情况下也相同。
[0097]为了检测每个电路的电压和电流，信号切换部33切换作为检测对象的信号。
[0098]切换控制部39向信号切换部33输出切换检测对象的切换信号，并且向AD变换器15输出设定AD采样定时的信号。另外，切换控制部39是包括变量设定部39a和顺序设定部39b的结构。
[0099]在变量设定部39a中除了与第一实施方式同样地设定AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y以外，还设定了时间宽度ζ(第三时间宽度)。
[0100]在顺序设定部39b中设定对AD采样定时进行了设定的期间(期间A、期间B、期间C、..?期间X)的切换顺序以及多个电路的切换顺序。
[0101]该切换顺序能够任意地设定。通过运算使用了作为切换对象的多个电路的信号数r和对AD采样定时进行设定的期间的个数(分割数η)的排列nPr，能够得到可切换的例数。或者，也可以将切换顺序设定为由随机数产生器生成的不规则的值。
[0102]此外，与第一实施方式同样地，切换控制部39和电力运算部16能够由通用微型计算机构成。通过该微型计算机内的输入接口，对变量设定部39a设定上述的各值(除了 AD采样周期m、分割数η、时间宽度W以及时间宽度Y以外，还有时间宽度Z(第三时间宽度))。对顺序设定部39b设定由通用微型计算机的CPU执行保存在ROM中的程序所得到的顺序。
[0103]图10是表示替换AD变换的切换顺序使电压和电流的某一个先进行时的AD采样定时的时序图。切换控制部39按时间宽度Z替换AD变换的切换顺序使电压波形和电流波形的某一个先进行。该时间宽度Z被设定为时间宽度W的自然数j倍。
[0104]具体地说，在最初的时间宽度Z内，在期间A的第一定时先进行电压波形的AD变换、接着在期间B的第二定时进行电流波形的AD变换的动作重复。
[0105]当该时间宽度Z经过时，将AD变换的切换顺序替换为先进行电流波形。也就是说，在下一个时间宽度Z内，在期间A的第一定时先进行电流波形的AD变换、接着在期间B的第二定时进行电压波形的AD变换的动作重复。
[0106]这样，通过替换AD变换的切换顺序使电压和电流的某一个先进行，能够得到如下的效果。由于作为乘法的对象的电流和电压的AD变换分时依次进行，因此作为这些AD变换定时的时间差，产生几μ sec的时间差(图中参照At)。但是，通过定期地替换AD变换的切换顺序使某一个先进行，该几μ sec的时间差在运算中被抵消，电力的计量精度提高。
[0107]另外，通过如上述那样按照排列设定这样的切换顺序或将切换顺序设定为不规则的值，能够防止与间歇信号同步地进行采样，能够进行不依赖于间歇信号的电力运算。
[0108]此外，替换AD变换的切换顺序使电压和电流的某一个先进行在第一实施方式中也能够同样地应用。
[0109]接着，示出切换控制部39针对每个电路改变AD采样定时并且按时间宽度W改变电路和AD采样定时的组合的情况。并且，在按电路进行的AD变换中如上述那样变更电压波形和电流波形的AD变换的切换顺序。也就是说，如上述那样时间宽度W是采样周期m的自然数k倍，对用于电力值累积(运算)的电压和电流中的任一个进行采样的期间Tc在将AD采样周期m分割成η等分的情况下是时间宽度W的η倍的期间，电力值累积期间Tt是期间Tc的2倍。在此，当使用时间宽度Z时，通过在电力累积期间Tt按时间宽度Z交替地切换电压和电流来进行采样，能够更正确地测量电力值。
[0110]图11是表示每个电路的AD采样定时的说明图。切换控制部39以在顺序设定部39b中设定的顺序，按时间宽度W切换进行AD变换的电路。示出切换电路1、电路2、电路3这三个电路的情况。
[0111]在电路I中，以期间A的第一定时、期间B的第二定时这样的顺序进行AD变换。在电路2中，以期间B的第二定时、期间C的第三定时这样的顺序进行AD变换。在电路3中，以期间C的第三定时、期间A的第一定时这样的顺序进行AD变换。
[0112]具体地说，示出按电路改变切换期间A的第一定时、期间B的第二定时、期间C的第三定时这三个AD采样定时的顺序的情况。
[0113]图12是表示按电路改变切换AD采样定时的顺序的组合的表。
[0114]在第一次的时间宽度X中，按时间宽度W，在期间A切换为电路1、在期间B切换为电路2、在期间C切换为电路3，接着在期间B切换为电路1、在期间C切换为电路2、在期间A切换为电路3，最后在期间C切换为电路1、在期间A切换为电路2、在期间B切换为电路3。
[0115]在第二次的时间宽度X中，按时间宽度W，在期间A切换为电路1、在期间C切换为电路2、在期间B切换为电路3，接着在期间C切换为电路1、在期间B切换为电路2、在期间A切换为电路3，最后在期间B切换为电路1、在期间A切换为电路2、在期间C切换为电路3。
[0116]在第三次的时间宽度X中，按时间宽度W，在期间B切换为电路1、在期间A切换为电路2、在期间C切换为电路3，接着在期间A切换为电路1、在期间C切换为电路2、在期间B切换为电路3，最后在期间C切换为电路1、在期间B切换为电路2、在期间A切换为电路3。
[0117]这样，即使按电路变更期间的切换顺序，也能够使AD采样定时错开，得到同样的效果。
[0118]此外，在每个电路的期间的切换顺序中，也可以在顺序设定部39b中设定按排列的顺序或不规则的值。由此，能够防止与负载电流那样的间歇信号同步地进行采样，能够进行不依赖于间歇电流的计量。[0119]根据第二实施方式的电力计量装置la，在以多个电路计量电力的情况下，也能够高精度地对高次谐波那样高频率的信号波形进行AD变换。
[0120]此外，本发明不限于上述实施方式的结构，只要是能够达到权利要求书所示的功能、或者本实施方式的结构所具有的功能的结构，则无论什么样的结构都能够应用。
[0121]例如也可以将一个周期的采样个数固定为规定的个数、例如8个采样、16个采样，在这种情况下，即使电源频率变为50ΗΖ、55Ηζ、60Ηζ等，也不需要变更运算电力的算法，能够容易地实现。
[0122]另外，在上述实施方式中，由一个AD变换器分时地对电压和电流的信号进行采样并进行AD变换，但是也可以使用两个AD变换器分开进行采样并进行AD变换，通过将在相同时刻采样得到的电压值和电流值相乘，能够消除时间差。
[0123]上述的所有实施方式、实施方式中的说明例以及变形例能够相互组合进行。以上说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于这些特定的实施方式，能够进行不脱离权利要求范畴的多种变更以及变形，其也属于本发明的范畴内。
【权利要求】
1.一种电力计量装置，其对从电源向负载提供的电力进行计量，该电力计量装置具备: AD变换单元，其对被提供上述电力的负载的电压和电流的信号进行采样并进行AD变换； 运算单元，其将由上述AD变换单元进行AD变换后的电压和电流的值相乘来运算电力；以及 切换单元，其将上述AD变换单元的采样周期m分割成η等分，以m/n为间隔设定进行采样的定时，将在第一个定时进行采样的期间设为第一期间，将在第η个定时进行采样的期间设为第η期间，按规定的时间宽度对上述第一期间-第η期间进行切换， 其中，上述AD变换单元在由上述切换单元切换后的期间的定时进行采样。
2.根据权利要求1所述的电力计量装置，其特征在于， 对上述运算单元用来运算电力的电压和电流中的任一个进行采样的期间至少是上述规定的时间宽度的η倍的期间。
3.根据权利要求2所述的电力计量装置，其特征在于， 上述规定的时间宽度是电源周期的自然数倍。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元在以规定的顺序切换上述第一期间-第η期间之后，在下一次使切换上述第一期间-第η期间的顺序为与前次不同的顺序来进行切换。
5.根据权利要求4所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元按照排列改变上述第一期间-第η期间的切换顺序。
6.根据权利要求4所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元不规则地改变上述第一期间-第η期间的切换顺序。
7.根据权利要求1所述的电力计量装置，其特征在于， 上述η为2。
8.根据权利要求1所述的电力计量装置，其特征在于， 上述规定的时间宽度是上述电压和电流的各信号的半波期间。
9.根据权利要求7所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元以与对上述第一期间和第二期间进行了切换的顺序相反的顺序，在下一次对上述第一期间和第二期间进行切换。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 上述AD变换单元按第二时间宽度将上述采样周期m的开始定时调整为上述信号从负向正变化或从正向负变化的零交叉定时。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 在上述AD变换单元分时地进行上述电压和电流的信号的AD变换的情况下，上述切换单元按第三时间宽度替换AD变换的顺序，即对上述电压和电流的哪一个先进行。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 不论电源频率如何都将一个周期的采样个数固定为规定的个数。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的电力计量装置，其特征在于， 分时地对被至少一个电源提供电力的多个负载的电压和电流的信号进行采样，分别求出对上述多个负载提供的电力。
14.根据权利要求13所述的电力计量装置，其特征在于， 在按上述规定的时间宽度切换上述多个负载来对上述电压和电流的各信号进行采样时，上述切换单元针对每个上述负载改变上述第一期间-第η期间的切换顺序。
15.根据权利要求14所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元按排列改变每个上述负载的上述第一期间-第η期间的切换顺序。
16.根据权利要求14所述的电力计量装置，其特征在于， 上述切换单元不规 则地改变每个上述负载的上述第一期间-第η期间的切换顺序。
【文档编号】G01R21/133GK103460060SQ201280016635
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月18日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】宫村雄介, 盐川明实, 水野洋二, 汤浅裕明, 一村省互, 永利英昭 申请人:松下电器产业株式会社
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1