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待機時電力の測定と高調波電流の規制

解説

3.電力測定器の仕組み

 3.6.演算部
 演算部はDSP(Digital Signal Processor)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)で構成されています。ここでは、 図7に示すように、サンプリング毎に、数値化された瞬時電圧値、瞬時電流値を乗算器で掛け合わせて瞬時電力値を求め、 これをNサンプル分加算し、この加算値をNで割って平均値を求め、有効電力Pを算出します。このNの数は、ゼロクロス検出器の出力から 求めた入力信号のM周期分の時間のサンプル数です。原理的にはM=1の1周期分でも平均値は求められますが、複数個の周期から求めた方が 測定値が安定します。また、サンプリング周期ΔTsですが、これが小さい方がより急峻な波形でも再現性が上がりますが、 リアルタイムに加算処理を行う場合、この処理時間がネックになります。

瞬時電力値の演算

・DSPよる演算
 汎用のDSPで構成した場合、演算器の個数が1,2個しかないため、図8(a)に示すように、1回のサンプリング毎に、 ①ディジタルデータを数値に変換、②瞬時電圧値と瞬時電流値を乗算し瞬時電力値を算出、③今回の瞬時電力値を前回までの 瞬時電力値の合計値に加算、という処理を順番に行うため、次のサンプリングデータ(データ2)が入力できるのは、データ1の③の処理が 終わった後になります。
・FPGAによる演算
 一方、FPGAの場合、ハードウエアで各処理専用の演算器を構成できます。これにより、図8(b)に示すように、①、②、③の 処理を同時に行うことが可能になり、データ1の①の処理が終われば、次のデータ2を入力することができます。このようにすると、 サンプリング周波数を高くすることが可能になります。FPGAで演算を行っている電力計の例を図9に示します。
 また、演算部ではこのほかに、瞬時電圧値、瞬時電流値を加算した合計値から求める、電圧実効値Urms、電流実効値Irms、 電圧平均値Udc、電流平均値Idcなども演算しています。



DSPとFPGAの処理方法


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