特許 6308981 抵抗負荷に供給する三相交流電流の電力測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6308981

(24)【登録日】2018年3月23日

(45)【発行日】2018年4月11日

(54)【発明の名称】抵抗負荷に供給する三相交流電流の電力測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 21/06 20060101AFI20180402BHJP

【ＦＩ】

   G01R21/06 Z

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-137417(P2015-137417)

(22)【出願日】2015年7月9日

(65)【公開番号】特開2017-20848(P2017-20848A)

(43)【公開日】2017年1月26日

【審査請求日】2016年6月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100097696

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 嘉昭

(74)【代理人】

【識別番号】100147072

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 裕通

(72)【発明者】

【氏名】高松 俊輔

【審査官】 越川 康弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２８０６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６６７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３５９２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８９０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１０９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００８７４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線において、Ｒ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間のそれぞれに接続されて独立してＯＮ／ＯＦＦされる複数個の抵抗のみからなる負荷について、その電力を得る電力測定方法であって、
Ｒ線の線電流と、Ｓ線の線電流と、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧と、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって前記負荷の電力を得るとき、
前記Ｒ線の線電流と前記Ｓ線の線電流は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けた電流センサによって検出するようにし、
前記Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｒ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる計算により得るようにし、その状態以外のときはこのように計算により得た電圧の波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、
前記Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｓ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる計算により得るようにし、その状態以外のときはこのように計算により得た電圧の波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにすることを特徴とする電力測定方法。

【請求項2】

Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線において、Ｒ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間のそれぞれに接続されて独立してＯＮ／ＯＦＦされる複数個の抵抗のみからなる負荷について、その電力を得る電力測定方法であって、
Ｒ線の線電流と、Ｓ線の線電流と、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧と、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって前記負荷の電力を得るとき、
前記Ｒ線の線電流と前記Ｓ線の線電流は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けた電流センサによって検出するようにし、
前記Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｒ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる第１の計算により得、その状態以外のときはＲ線−Ｔ線間の標準電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、
前記Ｒ線−Ｔ線間の標準電圧波形は、前記第１の計算により得た前記Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形においてその電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分または所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分について抽出したものであり、
前記Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｓ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる第２の計算により得、その状態以外のときはＳ線−Ｔ線間の標準電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、
前記Ｓ線−Ｔ線間の標準電圧波形は、前記第２の計算により得た前記Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形の電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分または所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分について抽出したものであることを特徴とする電力測定方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の方法において、前記負荷が複数の単相ヒータからなることを特徴とするヒータの電力測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三相交流電流によって抵抗のみからなる負荷に電力を供給するとき、負荷における電力を計算する電力測定方法に関するものであり、より詳しくは、三相３線式の三相交流電線において、複数の単相ヒータ等の抵抗負荷が設けられ、これらがＲ線、Ｓ線、Ｔ線のいずれか２線間に接続されて電力が供給されるとき、これらの抵抗負荷の合計電力を測定する電力測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

抵抗のみからなる負荷に三相３線式の三相交流電線によって電力を供給することは広く実施されている。例えば抵抗のみからなる負荷として、射出成形機の加熱シリンダに設けられている複数のヒータをあげることができる。加熱シリンダには複数のヒータが巻かれているが、これらのヒータはいわゆる単相ヒータからなり、三相交流電線を構成しているＲ線、Ｓ線、Ｔ線のいずれか２線間に接続されている。そしてこれらの各ヒータにはソリッドステートリレーあるいは電磁接触器が設けられ、ＰＷＭ制御によってＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。ＰＷＭ制御は、制御周期に対して電流を供給する通電時間の占める割合、すなわちデューティー比を調整する制御であり、ヒータへの電力供給を調整している。このようにして複数のヒータへ電力が供給されるとき、これらの合計の電力は、周知のように２組の線間における線間電圧と、２線における線電流を測定して、いわゆる２電力法によって計算することができる。この場合２個の電圧センサと、２個の電流センサとが必要になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−３５９２９７号公報

【特許文献2】特開２０００−２６６７８８号公報

【特許文献3】特開２００５−１８９０１２号公報

【0004】

抵抗のみからなる負荷に限定されないが、一般的な負荷に対して三相交流電流を供給するとき、その電力を測定する方法が、色々な特許文献において提案されている。特許文献１に記載の電力測定方法も、特許文献２に記載の電力測定方法も類似した方法であり、いずれにおいても線電流については２線において測定するが線間電圧は１組の線間しか測定しない。例えば、Ｓ線とＴ線のそれぞれにおいては線電流を測定するが、線間電圧はＴ線−Ｒ線間についてのみ測定する。そしてＴ線−Ｒ線間の線間電圧についてはこれを測定せず、Ｒ線−Ｓ線間の線間電圧が２／３πだけ位相がずれていると仮定して線間電圧を仮想的に定める。このように定めると、２組の線間における線間電圧と２線における線電流が得られるので、２電力法によって電力を計算することができる。

【0005】

特許文献３に記載の電力測定方法は、主系統の三相３線式の三相交流電線から複数の三相交流電線が分岐し、それらの分岐のそれぞれに負荷が設けられているとき、分岐のそれぞれについて電力を測定する方法を対象としている。特許文献３に記載の方法では、主系統の三相交流電線に設ける主装置と、それぞれの分岐の三相交流電線に設ける個別計測装置とによって電力を測定するようにしているが、線間電圧の測定は主装置においてのみ、つまり主系統の三相交流電線においてのみ実施し、それぞれの個別計測装置においては、その分岐の三相交流電線の線電流のみ測定する。そして主装置は測定した線間電圧の波形から、そのゼロクロス点のタイミングと正負の極性を抽出してそれぞれの個別計測装置に送信する。個別計測装置においてはこれを受信して、仮の実効値を与えて仮想的な線間電圧の電圧波形を計算し、この仮想的な電圧波形と、実際に測定した線電流とから仮想的な電力を計算する。そして最後に、主装置で検出される三相交流電圧の実効値をもとに、仮想的な電力から正確な電力を計算する。このようにすると、線間電圧については主系統でのみ測定すればいいので、電圧センサの個数が少なくて済み、コストが小さくなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の、２組の線間における線間電圧と２線における線電流とを測定して２電力法によって電力を計算する方法も、特許文献１または２に記載の電力測定方法も、特許文献３に記載の電力測定方法も、適切に電力を計算することができる。そして、いずれの方法も負荷の種類に拘わらずに電力を計算することができ、それぞれ優れている。しかしながら、特定の条件下においては解決すべき問題も見受けられる。具体的には、負荷が抵抗のみからなる場合において、電力計算に必要なコストをさらに小さくできる余地が見受けられる。例えば射出成形機の射出装置に設けられているヒータは、三相交流電線に接続されて電力が供給される負荷であり、抵抗のみからなる。このように負荷が抵抗のみからなる場合に、電力を測定するのに要するコストを小さくしたい。従来の電力測定方法においては、少なくとも２個の電圧センサと２個の電流センサが必要になり、センサ個数が多くコストは大きい。特許文献１または２に記載の電力測定方法では、１個の電圧センサと２個の電流センサだけで電力が測定できるので、センサの個数は従来の電力測定方法に比して１個少なくて済むが、さらにコストを小さくできる余地はありそうである。特許文献３に記載の電力測定方法では電圧センサは主装置にのみ設ければよく、個別計測装置では省略できるのでコストをある程度小さくすることはできるが、少なくとも主装置においては２組の線間電圧を測定するために２個の電圧センサは必要であるので、これもさらにコストを小さくできる余地がありそうである。

【0007】

本発明は、上記したような問題点を解決した、電力測定方法を提供することを目的としており、具体的には、三相交流電流によって抵抗のみからなる負荷に電力を供給するときに、小コストで電力を測定できる電力測定方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するために、Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線において、複数個の抵抗のみからなる負荷が接続されているときの電力測定方法として構成される。このような抵抗は、Ｒ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間のそれぞれに接続されて独立してＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。電力測定方法は、２電力法によって計算するようにし、まずＲ線の線電流とＳ線の線電流は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けた電流センサによって検出する。しかしながらＲ線−Ｔ線間の線間電圧、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧は、センサによってではなく計算によって得るようにする。具体的には、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通のときであってかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮのときに、Ｒ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じて電圧波形を得る。そしてそれ以外のときも該電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なす。Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧も同様に計算によって得るようにし、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通のときであってかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮのときはＳ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じて電圧波形を得る。そしてそれ以外のときも該電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なす。このようにして得られたＲ線の線電流とＳ線の線電流とＲ線−Ｔ線間の線間電圧とＳ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって負荷の電力を得る。

【0009】

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線において、Ｒ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間のそれぞれに接続されて独立してＯＮ／ＯＦＦされる複数個の抵抗のみからなる負荷について、その電力を得る電力測定方法であって、Ｒ線の線電流と、Ｓ線の線電流と、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧と、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって前記負荷の電力を得るとき、前記Ｒ線の線電流と前記Ｓ線の線電流は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けた電流センサによって検出するようにし、前記Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｒ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる計算により得るようにし、その状態以外のときはこのように計算により得た電圧の波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、前記Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｓ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる計算により得るようにし、その状態以外のときはこのように計算により得た電圧の波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにすることを特徴とする電力測定方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線において、Ｒ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間のそれぞれに接続されて独立してＯＮ／ＯＦＦされる複数個の抵抗のみからなる負荷について、その電力を得る電力測定方法であって、Ｒ線の線電流と、Ｓ線の線電流と、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧と、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって前記負荷の電力を得るとき、前記Ｒ線の線電流と前記Ｓ線の線電流は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けた電流センサによって検出するようにし、前記Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｒ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる第１の計算により得、その状態以外のときはＲ線−Ｔ線間の標準電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、前記Ｒ線−Ｔ線間の標準電圧波形は、前記第１の計算により得た前記Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形においてその電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分または所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分について抽出したものであり、前記Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｓ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる第２の計算により得、その状態以外のときはＳ線−Ｔ線間の標準電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、前記Ｓ線−Ｔ線間の標準電圧波形は、前記第２の計算により得た前記Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形の電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分または所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分について抽出したものであることを特徴とする電力測定方法として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の方法において、前記負荷が複数の単相ヒータからなることを特徴とするヒータの電力測定方法として構成される。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本願発明によると、Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線において、Ｒ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間のそれぞれに接続されて独立してＯＮ／ＯＦＦされる複数個の抵抗からなる負荷について、その電力を得る電力測定方法として構成されている。つまり本発明の電力測定方法は、三相３線式の三相交流電線によって、抵抗のみからなる負荷に電力を供給する場合を対象としている。そして本発明によると、Ｒ線の線電流とＳ線の線電流は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けた電流センサによって検出するようにしている。つまり電流センサは２個必要になる。しかしながら本発明によると、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通のときでありかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときはＲ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる計算により得るようにし、その状態以外のときはこのように計算により得た電圧の波形が同位相と同振幅で継続すると見なす。つまりＲ線−Ｔ線間の線間電圧を測定するために格別に電圧センサを必要としない。同様にＳ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときは前記Ｓ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる計算により得るようにし、その状態以外のときはこのように計算により得た電圧の波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにする。つまりＳ線−Ｔ線間の線間電圧も、格別に電圧センナを必要とせずに得られる。本発明は、このようにして得られたＲ線の線電流と、Ｓ線の線電流と、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧と、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって負荷の電力を得るように構成されているので、必要とするセンサは２個の電流センサだけで済む。電力測定に要するコストが小さいという本発明に特有の効果が得られる。

【0011】

他の発明によると、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＲ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときはＲ線の線電流にＲ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる第１の計算により得、その状態以外のときはＲ線−Ｔ線間の標準電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、Ｒ線−Ｔ線間の標準電圧波形は、第１の計算により得たＲ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形においてその電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分または所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分について抽出したものであり、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧は、Ｒ線−Ｓ線間の抵抗がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通でありかつＳ線−Ｔ線間の抵抗がＯＮである状態のときはＳ線の線電流にＳ線−Ｔ線間のＯＮ状態の抵抗の抵抗値を乗じる第２の計算により得、その状態以外のときはＳ線−Ｔ線間の標準電圧波形が同位相と同振幅で継続すると見なして得るようにし、Ｓ線−Ｔ線間の標準電圧波形は、第２の計算により得たＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形の電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分または所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分について抽出したものであるように構成されている。このようにすると、少なくとも標準電圧波形について記憶するようにするだけで、仮想的に電圧波形を生成することができるので、さらに電力測定方法がシンプルになる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】複数の抵抗が接続された三相３線式の三相交流電線に設けられている、本発明の実施の形態に係る電力測定装置の一部を示す図で、その（ア）〜（エ）は、各抵抗のＯＮ／ＯＦＦ状態が異なる４種類のケースのそれぞれについて示す、電力測定装置の一部を示す回路図である。

【図2】複数の抵抗が接続された三相３線式の三相交流電線に設けられている、本発明の実施の形態に係る電力測定装置の一部を示す回路図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る電力測定方法において測定されるＲ線、Ｓ線の線電流と、計算によって得られるＲ線−Ｔ線間、Ｓ線−Ｔ線間の線間電流を示すグラフである。

【図4】本発明の実施の形態に係る電力測定方法において計算によって得られるＲ線−Ｔ線間の線間電流を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態に係る電力測定装置１は、図１の（ア）に示されているように、Ｒ線、Ｓ線、Ｔ線からなる三相３線式の三相交流電線に設けられている。そして、電力測定装置１が電力を測定する対象の負荷は、独立してＯＮ／ＯＦＦされる抵抗２、３、４のみからなる。本実施の形態において、抵抗２、３、４はいわゆるＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦされるヒータ２、３、４からなる。つまり、本実施の形態に係る電力測定装置１は複数個のヒータからなる負荷の電力を測定する電力測定装置になっている。これらのヒータ２、３、４はＲ線、Ｓ線、Ｔ線のそれぞれ２線間、つまりＲ線−Ｓ線間、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間に接続されている。ところで図１の（ア）においては、任意の２線間に接続されているヒータは１個のみから構成されているように示されている。もちろんそれぞれの２線間にヒータが１個のみ接続されるようにしてもいいが、一般的にはそれぞれの２線間に複数個のヒータが並列に接続されている。例えば図２に示されているように、Ｒ線−Ｓ線間に３個のヒータ２ａ、２ｂ、２ｃが並列に接続され、Ｓ線−Ｔ線間に３個のヒータ３ａ、３ｂ、３ｃが接続され、Ｔ線−Ｒ線間に２個のヒータ４ａ、４ｂが接続されている。図１の（ア）に示されているヒータ２、３、４は、それぞれ図２に示されているように並列に接続された複数個のヒータ２ａ、２ｂ、…４ａ、４ｂを簡略化して示したものになっている。これらのヒータ２ａ、２ｂ、…は、図に示されていないソリッドステートリレーによって独立してＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。図２において、ヒータ２ａ、２ｂ、２ｃ、３ｃ、４ｂはＯＦＦされている状態を、ヒータ３ａ、３ｂ、４ａはＯＮされている状態が示されているが、これによってＲ線−Ｓ線間が不導通の状態に、Ｓ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間は導通した状態になっている。この状態を簡略的に示した図が図１の（イ）である。つまり、ヒータ２がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通の状態に、ヒータ３、４がＯＮでＳ線−Ｔ線間、Ｔ線−Ｒ線間が導通の状態になっている。

【0014】

本実施の形態に係る電力測定装置１は、Ｒ線とＳ線のそれぞれに設けられている２個の電流センサ６、７と、図に示されていないコントローラとから構成されている。コントローラは、電流センサ６、７によって検出されるＲ線、Ｓ線の線電流が入力され、そしてヒータ２、３、４、つまりヒータ２ａ、２ｂ、…４ａ、４ｂのそれぞれの抵抗値が記憶されている。またコントローラは、ヒータ２ａ、２ｂ、…４ａ、４ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態が検出できるようになっている。本実施の形態においてはヒータ２ａ、２ｂ、…４ａ、４ｂをＰＷＭ制御しているのは、このコントローラでもあるので、コントローラは当然にＯＮ／ＯＦＦ状態を検出できる。

【0015】

一般的に、三相３線式の三相交流電線から負荷に電力を供給するとき、合計の電力はいわゆる２電力法によって計算することができ、この場合２線における線電流と２組の線間電圧とが必要になる。本実施の形態に係る電力測定方法も２電力法により電力を計算するが、２組の線間電圧は直接測定せず、計算によって得るようにする点に特徴がある。計算によって得ることが可能であるのは、電力を測定する対象の負荷が抵抗のみから、つまりヒータ２、３、４のみからなるからである。負荷が抵抗のみから構成されているので、抵抗のＯＮ／ＯＦＦが所定の状態になっているときに電流と電圧の位相が一致する。具体的には、図１の（イ）、図２に示されているように、Ｒ線−Ｓ線間のヒータ２、つまりヒータ２ａ、２ｂ、２ｃがＯＦＦされてＲ線−Ｓ線間が不導通の状態において、Ｒ線の線電流とＲ線−Ｔ線間の線間電圧、そしてＳ線の線電流とＳ線−Ｔ線間の線間電圧のそれぞれが完全に位相が一致する。その理由は、Ｒ線−Ｓ線間が不導通の状態においては、Ｒ線の線電流はＲ線−Ｔ線間にのみ、Ｓ線の線電流はＳ線−Ｔ線間にのみそれぞれ流れ、負荷には位相の進みや遅れを生じさせるコンデンサやリアクタンスが含まれないからである。本実施の形態に係る電力測定方法では、このようにＲ線−Ｓ線間が不導通の状態のときに、Ｒ線、Ｓ線のそれぞれの線電流からＲ線−Ｔ線間とＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形を計算で得るようにする。そしてＲ線−Ｓ線が導通状態になっているときには、計算で得た電圧波形が同位相と振幅で継続すると見なすようにする。これによって２電力法で電力を計算することができる。

【0016】

図３のグラフも参照して、本実施の形態に係る電力測定方法を詳しく説明する。本実施の形態に係る電力測定装置１では、電流センサ６、７によって常時Ｒ線の線電圧、Ｓ線の線電流がサンプリングされてコントローラに入力されている。サンプリングされているＲ線、Ｓ線の線電流は符号１１、１２のグラフで示されている。各ヒータ２、３、４は前記したようにＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦされているので、図１の（イ）、図２に示されているように、ヒータ２つまりヒータ２ａ、２ｂ、２ｃが全てＯＦＦされる状態が発生する。もし、ヒータ２ａ、２ｂ、２ｃが同時にＯＦＦされる状態が発生しなければ、強制的に所定の時間だけこれらをＯＦＦするようにする。このようにヒータ２つまりヒータ２ａ、２ｂ、２ｃがＯＦＦされているとき、Ｒ線−Ｓ線間が不導通の状態になる。図３のグラフにおいて、符号１４、１５の区間がＲ線−Ｓ線間が不導通の状態になっている。この区間においてはＲ線の線電圧とＲ線−Ｔ線間の線間電圧、そしてＳ線の線電圧とＳ線−Ｔ線間の線間電圧のそれぞれの位相が一致する。そこでこの区間１４、１５において、次式によって線間電圧を得る。
Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧＝Ｒ線の線電流×ヒータ４の抵抗値
Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧＝Ｓ線の線電流×ヒータ３の抵抗値
ただし、ヒータ４の抵抗値は、Ｒ線−Ｔ線間の全てのヒータ４ａ、４ｂのうちＯＮ状態のヒータの合成抵抗値であり、ヒータ３の抵抗値はヒータ３ａ、３ｂ、３ｃのうちＯＮ状態のヒータの合成抵抗値である。図３において、上の式で得たＲ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形が符号１８の実線のグラフで、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形が符号１９の実線のグラフで示されている。これらのグラフ１８、１９は曲線で示されているが、実際にはＲ線、Ｓ線の線電流はサンプリング値として検出されるので、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧もＳ線−Ｔ線間の線間電圧も図４に示されているような複数個のサンプリング値として得られることになる。

【0017】

本実施の形態に係る電力測定方法では、このようにして計算で得られたＲ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形とＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形のそれぞれは、Ｒ線−Ｔ線間が導通状態になっても、同位相かつ同振幅で継続するものとみなす。そうすると、符号２１、２２の二点鎖線のグラフで示されているようにＲ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形とＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形が得られる。

【0018】

もちろん、このようにして符号２１、２２の二点鎖線のグラフのようなＲ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形とＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形を得てもいいが、本実施の形態に係る電力測定方法では、さらに工夫している。つまりこれらの符号２１、２２の電圧波形は、次のような標準電圧波形から得るようにする。標準電圧波形とはＲ線−Ｓ線間が不導通の期間において、Ｒ線−Ｔ線間の線間電圧やＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧値がゼロになる所定のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半周期分の電圧波形、もしくは所定のゼロクロス点から２個先のゼロクロス点までの１周期分の電圧波形のことをいう。まず、区間１４、１５において、符号１８、１９で示されているＲ線−Ｔ線間の線間電圧とＳ線−Ｔ線間の線間電圧のそれぞれの電圧波形から標準電圧波形を抽出する。図４のグラフは、Ｓ線−Ｔ線間の線間電圧の半周期分の標準電圧波形を示している。そして、本実施の形態に係る電力測定方法では、このような標準電圧波形が、Ｒ線−Ｓ線間が導通状態になっているときも同位相でかつ同振幅で継続するとみなし、符号２１、２２で示されているＲ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形とＳ線−Ｔ線間の線間電圧の電圧波形を得る。

【0019】

符号１６で示されているように、再びＲ線−Ｓ線間が不導通の状態になったら、前記した計算式によって、Ｒ線、Ｓ線の線電圧と、所定の抵抗値とからＲ線−Ｔ線間の線間電圧とＳ線−Ｔ線間の線間電圧とを得るようにし、それぞれの標準電圧波形を更新する。以後同様にしてＲ線−Ｔ線間の線間電圧とＳ線−Ｔ線間の線間電圧とを得る。このように繰り返し標準電圧波形を更新することによって、得られる線間電圧の精度を維持できることになる。

【0020】

本実施の形態に係る電力測定装置１は、電流センサ６、７から検出されるＲ線の線電流とＳ線の線電流と、上記のようにして得られるＲ線−Ｔ線間の線間電圧とＳ線−Ｔ線間の線間電圧とから２電力法によって負荷の電力を計算する。

【0021】

ところで、図１の（ウ）に示されているように、ヒータ４がＯＦＦでＲ線−Ｔ線間が不導通の状態のときには、Ｒ線−Ｓ線間が不導通であってもＲ線の線電流は検出できないのでＲ線−Ｔ線間の線間電圧はゼロになる。同様に図１の（エ）に示されているように、ヒータ３がＯＦＦでＳ線−Ｔ線間が不導通の状態のときには、Ｒ線−Ｓ線間が不導通であってもＳ線の線電流は検出できないのでＳ線−Ｔ線間の線間電圧はゼロになる。そうするとこれらのケースにおいては上で説明した標準電圧波形が得られないことになる。そこで、確実にＲ線−Ｔ線間の線間電圧の標準電圧波形を得るには、Ｒ線−Ｓ線間のヒータ２がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通状態であり、かつＲ線−Ｔ線間のヒータ４がＯＮでＲ線−Ｔ線間が導通状態において得るようにすればよく、同様にＳ線−Ｔ線間の線間電圧の標準電圧波形を得るには、Ｒ線−Ｓ線間のヒータ２がＯＦＦでＲ線−Ｓ線間が不導通状態であり、かつＳ線−Ｔ線間のヒータ３がＯＮでＳ線−Ｔ線間が導通状態において得るようにすればよい。

【符号の説明】

【0022】

１ 電力測定装置
２、３、４ ヒータ
６、７ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】