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技術 電源回路装置、電流計測装置、電力監視システム、並びに電源回路装置の保護方法

出願人 富士電機株式会社
発明者 新井聡一太田英樹
出願日 2013年8月22日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2013-172736
公開日 2015年3月2日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2015-040799
状態 特許登録済
技術分野 電流・電圧の測定 静止型機器の保護 電池等の充放電回路
主要キーワード 許容電流容量 計測用抵抗 電源回路装置 データ収集タイミング フォトMOSリレー 電源レギュレータ 電流計測用 各加工設備
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

変流器を用いて電流計測を行う電流計測部と、前記変流器から得られる電力にて前記電流計測部を駆動する電源回路とを備えた電流計測装置において、変流器に生じる過電圧から前記電源回路を保護する。

解決手段

変流器を用いて電流計測する電流計測部と、前記変流器に生起された電力を整流・平滑して電気二重層コンデンサ充電し、該電気二重層コンデンサの充電電圧により前記電流計測部を駆動する電源回路と、前記変流器から得られる電力を前記電流計測部または前記電源回路に選択的に供給する入力切替回路と、前記電気二重層コンデンサが満充電状態で、且つ前記整流・平滑化した電力の電圧所定値を超えるとき、前記入切替回路の出力を前記電流計測部側に切り替え過電圧検出回路とを備える。

概要

背景

図8は、変流器カレントトランス)CTを用いて電源ラインLに流れる電流計測する電流計測装置1の概略構成例を示している。この電流計測装置1は、概略的には入力切替回路2を介して前記変流器CTの出力端子に択一的に接続される電流計測部10と電源回路20とを備える。前記電流計測部10は、前記変流器CTの出力端子間に介装されて該変流器CTの出力電流電圧に変換する電流・電圧変換器11、具体的には計測用抵抗電流検出素子として備える。更に前記電流計測部10は、前記電流・電圧変換器(計測用抵抗)11を介して求められる出力電圧増幅する増幅器12と、この増幅器12の出力電圧から前記電源ラインLに流れる電流を計測するマイクロプロセッサユニットマイコン;MPU)13とを備える。そして前記電流計測部10は、前記MPU13にて求めた前記電流の計測値を、例えば送信機14から所定の周期アンテナ15を介して図示しない上位機器無線送信するように構成される。

一方、前記電源回路20は、前記変流器CTから得られる電力整流平滑化する整流回路21と、この整流回路21の出力電圧を一定化する安定化電源22とを備える。そして前記電源回路20は、前記安定化電源22の出力電圧により蓄電素子である電気二重層コンデンサ23を充電し、該電気二重層コンデンサ23の充電電圧を前記電流計測部10を駆動する内部電源電圧として出力するように構成される。

具体的には前記電源回路20における前記整流回路21は、例えば図9に示すように前記変流器CTから得られる交流電力を整流するダイオードブリッジ回路21a、このダイオード・ブリッジ回路21aの整流出力を平滑化する平滑コンデンサ21bを備える。そしてこの平滑コンデンサ21bを介して平滑化された直流電圧を、例えば電源レギュレータICからなる前記安定化電源22に与えて一定の安定化直流電圧を得る。そして、この安定化直流電圧にて前記電気二重層コンデンサ23を充電するように構成される。

ここで前記電気二重層コンデンサ23が充電されてその充電電圧が上昇し、該電気二重層コンデンサ23が満充電状態になると、これに伴って前記安定化電源(電源レギュレータIC)22から前記電気二重層コンデンサ23への充電電流が流れ難くなる。すると前記変流器CTから供給される電力を整流する前記ダイオード・ブリッジ回路21aの出力電圧が高くなり、該ダイオード・ブリッジ回路21aおよび前記安定化電源22の定格電圧を超える事態が発生する。前記安定化電源22の入力部に設けた定電圧ダイオード24は、前記ダイオード・ブリッジ回路21aを介して前記安定化電源22に加えられる前記直流電圧の最大値を規定することで、前記変流器CTの出力端子間に生じる過電圧から前記ダイオード・ブリッジ回路21aおよび前記安定化電源22を保護する役割を担う。

このように構成された電流計測装置1によれば、電流計測を目的として前記電源ラインLに装着した前記変流器CTから得られる電力を利用して前記電流計測部10の駆動に必要な電力を生成し、この電力を自己給電して電流計測を実行することができる。

尚、上述した電流計測装置1とは異なるが、自己給電により動作して計測データを収集する装置については、例えば特許文献1に紹介される。ちなみにこの特許文献1に紹介される計測装置は、太陽光パネル等の自然エネルギーを利用した発電ステムを用いて発電した電力をバッテリ等の蓄電手段に蓄積し、この蓄電手段に蓄積した電力を用いて動作することで外部からの電源供給を不要としたものである。

概要

変流器を用いて電流計測を行う電流計測部と、前記変流器から得られる電力にて前記電流計測部を駆動する電源回路とを備えた電流計測装置において、変流器に生じる過電圧から前記電源回路を保護する。変流器を用いて電流を計測する電流計測部と、前記変流器に生起された電力を整流・平滑して電気二重層コンデンサを充電し、該電気二重層コンデンサの充電電圧により前記電流計測部を駆動する電源回路と、前記変流器から得られる電力を前記電流計測部または前記電源回路に選択的に供給する入力切替回路と、前記電気二重層コンデンサが満充電状態で、且つ前記整流・平滑化した電力の電圧が所定値を超えるとき、前記入切替回路の出力を前記電流計測部側に切り替え過電圧検出回路とを備える。

目的

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、前記定電圧ダイオードの電流容量を増大させることなく前記電源回路における前記ダイオード・ブリッジ回路や前記安定化電源(電源レギュレータIC)を過電圧から保護して安定に動作させることのできる電源回路装置、電流計測装置、電力監視システム、並びに電源回路装置の保護方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

電源ラインに装着された変流器生起された電力整流平滑化した電力の電圧にて蓄電素子充電し、該蓄電素子の充電電圧内部電源電圧として出力する電源回路と、前記蓄電素子が満充電状態で、且つ前記整流・平滑化した電力の電圧が所定値を超えるとき、前記変流器に生起された電力の前記電源回路への給電を停止させる過電圧検出回路とを具備したことを特徴とする電源回路装置

請求項2

前記過電圧検出回路は、前記変流器と前記電源回路との間に介装された入力切替回路を駆動して前記変流器に生起された電力を前記電源回路以外の回路部に出力させるものである請求項1に記載の電源回路装置。

請求項3

計測対象とする電源ラインに装着された変流器を介して検出される電流値から前記電源ラインに流れる電流計測する電流計測部と、前記変流器に生起された電力を整流・平滑化した電力の電圧にて蓄電素子を充電し、該蓄電素子の充電電圧により前記電流計測部を駆動する電源回路と、前記変流器から得られる電力を前記電流計測部または前記電源回路に選択的に出力する入力切替回路と、前記蓄電素子が満充電状態で、且つ前記整流・平滑化した電力の電圧が所定値を超えるとき、前記入切替回路の出力を前記電流計測部側に切り替える過電圧検出回路とを具備したことを特徴とする電流計測装置

請求項4

前記過電圧検出回路は、前記整流・平滑化した電力の電圧値が前記蓄電素子の満充電電圧の値を超過すると過電圧検出信号を出力し、前記入力切替回路は、前記過電圧検出信号を受けて前記変流器から得られる電力を前記電流計測部側に出力することを特徴とする請求項3に記載の電流計測装置。

請求項5

前記電流計測部は、前記変流器の出力に前記入力切替回路を介して接続される電流検出素子を用いて前記変流器に流れる電流を電圧変換し、該電圧から前記変流器に流れる電流を検出することを特徴とする請求項3に記載の電流計測装置。

請求項6

前記入力切替回路は、前記過電圧検出信号の入力時に導通駆動されて前記変流器の出力を前記電流計測部の電流検出素子に接続する接続素子を備え、該接続素子を介して前記変流器の出力に接続された前記電流検出素子による該変流器の出力電圧の低下を利用して前記電源回路への電力供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の電流計測装置。

請求項7

請求項3に記載の電流計測装置において、更に前記過電圧検出回路が出力する前記過電圧検出信号を入力して前記蓄電素子が満充電状態であることを提示する表示回路を備えることを特徴とする電流計測装置。

請求項8

計測対象とする複数の設備各電源ラインにそれぞれ流れる電流をそれぞれ計測する請求項3〜7のいずれかに記載の複数台の電流計測装置と、これらの各電流計測装置による計測値周期的に収集するデータ収集装置と、このデータ収集装置にて収集された前記各電流計測装置による計測値を分析し、該分析結果を出力する監視装置とを具備したことを特徴とする電力監視システム

請求項9

前記電流計測装置は、前記計測対象とする設備の電源ラインに流れる電流の計測値を前記データ収集装置に周期的に送信する送信機を備えたものであって、前記データ収集装置は、前記複数台の電流計測装置からそれぞれ送信された計測値を前記各電流計測装置に対応付けて記憶して前記監視装置による分析に供するものである請求項8に記載の電力監視システム。

請求項10

前記電流計測装置は、前記電流計測部による計測値と共に、前記過電圧検出回路により検出された前記過電圧検出信号を前記データ収集装置に送信するものである請求項8に記載の電力監視システム。

請求項11

電源ラインに装着された変流器に生起された電力を整流・平滑化して出力する整流回路と、この整流回路の出力電圧を入力して所定電圧を出力する安定化電源と、この安定化電源が出力する所定電圧により充電され、その充電電圧を所定の電子機器に給電して該電子機器を駆動する蓄電素子と、前記安定化電源に入力される電圧の最大値を規定する定電圧素子とを具備した電源回路装置の保護方法において、前記蓄電素子が満充電状態であり、且つ前記整流回路の出力電圧が前記定電圧素子により規定される電圧値よりも高い値に達しているとき、前記変流器に生起された電力を前記電源回路以外の回路部に出力して該整流回路への電力供給を停止させることを特徴とする電源回路装置の保護方法。

技術分野

0001

本発明は、電源ラインに流れる電流計測する電流計測装置、該電流計測装置における電源回路装置、該電流計測装置を用いて構築される電力監視システム、並びに前記電源回路装置の保護方法に関する。

背景技術

0002

図8は、変流器カレントトランス)CTを用いて電源ラインLに流れる電流を計測する電流計測装置1の概略構成例を示している。この電流計測装置1は、概略的には入力切替回路2を介して前記変流器CTの出力端子に択一的に接続される電流計測部10と電源回路20とを備える。前記電流計測部10は、前記変流器CTの出力端子間に介装されて該変流器CTの出力電流電圧に変換する電流・電圧変換器11、具体的には計測用抵抗電流検出素子として備える。更に前記電流計測部10は、前記電流・電圧変換器(計測用抵抗)11を介して求められる出力電圧増幅する増幅器12と、この増幅器12の出力電圧から前記電源ラインLに流れる電流を計測するマイクロプロセッサユニットマイコン;MPU)13とを備える。そして前記電流計測部10は、前記MPU13にて求めた前記電流の計測値を、例えば送信機14から所定の周期アンテナ15を介して図示しない上位機器無線送信するように構成される。

0003

一方、前記電源回路20は、前記変流器CTから得られる電力整流平滑化する整流回路21と、この整流回路21の出力電圧を一定化する安定化電源22とを備える。そして前記電源回路20は、前記安定化電源22の出力電圧により蓄電素子である電気二重層コンデンサ23を充電し、該電気二重層コンデンサ23の充電電圧を前記電流計測部10を駆動する内部電源電圧として出力するように構成される。

0004

具体的には前記電源回路20における前記整流回路21は、例えば図9に示すように前記変流器CTから得られる交流電力を整流するダイオードブリッジ回路21a、このダイオード・ブリッジ回路21aの整流出力を平滑化する平滑コンデンサ21bを備える。そしてこの平滑コンデンサ21bを介して平滑化された直流電圧を、例えば電源レギュレータICからなる前記安定化電源22に与えて一定の安定化直流電圧を得る。そして、この安定化直流電圧にて前記電気二重層コンデンサ23を充電するように構成される。

0005

ここで前記電気二重層コンデンサ23が充電されてその充電電圧が上昇し、該電気二重層コンデンサ23が満充電状態になると、これに伴って前記安定化電源(電源レギュレータIC)22から前記電気二重層コンデンサ23への充電電流が流れ難くなる。すると前記変流器CTから供給される電力を整流する前記ダイオード・ブリッジ回路21aの出力電圧が高くなり、該ダイオード・ブリッジ回路21aおよび前記安定化電源22の定格電圧を超える事態が発生する。前記安定化電源22の入力部に設けた定電圧ダイオード24は、前記ダイオード・ブリッジ回路21aを介して前記安定化電源22に加えられる前記直流電圧の最大値を規定することで、前記変流器CTの出力端子間に生じる過電圧から前記ダイオード・ブリッジ回路21aおよび前記安定化電源22を保護する役割を担う。

0006

このように構成された電流計測装置1によれば、電流計測を目的として前記電源ラインLに装着した前記変流器CTから得られる電力を利用して前記電流計測部10の駆動に必要な電力を生成し、この電力を自己給電して電流計測を実行することができる。

0007

尚、上述した電流計測装置1とは異なるが、自己給電により動作して計測データを収集する装置については、例えば特許文献1に紹介される。ちなみにこの特許文献1に紹介される計測装置は、太陽光パネル等の自然エネルギーを利用した発電ステムを用いて発電した電力をバッテリ等の蓄電手段に蓄積し、この蓄電手段に蓄積した電力を用いて動作することで外部からの電源供給を不要としたものである。

先行技術

0008

特開2013−23857号公報

発明が解決しようとする課題

0009

ところで前述した如く構成された電流計測装置1においては、確かに前記定電圧ダイオード24を備えることにより前記ダイオード・ブリッジ回路21a、並びに安定化電源(電源レギュレータIC)22を保護することができる。しかし前記電気二重層コンデンサ23の満充電状態が長期間に亘って続いて前記電源回路20に供給される電力が減少するような場合、しかも前記変流器CTの電流容量が大きい場合、該変流器CTの出力端子間に生じる電圧が次第に大きくなることが否めない。この為、前記定電圧ダイオード24として許容電流容量の大きい大型のものが必要となる上、その放熱対策も必要になる。するとこれに伴って前記電流計測装置1が大型化し、またその製造コストも上昇すると言う問題が生じる。

0010

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、前記定電圧ダイオードの電流容量を増大させることなく前記電源回路における前記ダイオード・ブリッジ回路や前記安定化電源(電源レギュレータIC)を過電圧から保護して安定に動作させることのできる電源回路装置、電流計測装置、電力監視システム、並びに電源回路装置の保護方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

上述した目的を達成するべく本発明に係る電源回路装置は、
電源ラインに装着された変流器に生起された電力を整流・平滑化した電力の電圧にて蓄電素子を充電し、該蓄電素子の充電電圧を内部電源電圧として出力する電源回路と、
前記蓄電素子が満充電状態で、且つ前記整流・平滑化した電力の電圧が所定値を超えるとき、前記変流器に生起された電力の前記電源回路への給電を停止させる過電圧検出回路とを具備したことを特徴としている。

0012

好ましくは前記電源回路は、例えば電源ラインに装着された変流器に生起された電力を整流・平滑化して出力する整流回路と、この整流回路の出力電圧を入力して所定の電圧を生成して出力する安定化電源と、この安定化電源が出力する電圧により充電され、その充電電圧を所定の電子機器に給電して該電子機器を駆動する蓄電素子と、前記安定化電源に入力される電圧の最大値を規定する定電圧ダイオード(定電圧素子)とを具備して構成される。

0013

ちなみに前記蓄電素子は、例えば電気二重層コンデンサからなる。また前記過電圧検出回路は、過電圧検出信号を出力することで、例えば前記変流器と前記電源回路との間に介装された入力切替回路を駆動して前記変流器に生起された電力を前記電源回路以外の回路部に出力させ、これによって前記電源回路への給電を停止させるように構成される。

0014

また本発明に係る電流計測装置は、
計測対象とする電源ラインに装着された変流器を介して検出される電流値から前記電源ラインに流れる電流を計測する電流計測部と、
前記変流器に生起された電力を整流・平滑化した電力の電圧にて蓄電素子を充電し、該蓄電素子の充電電圧により前記電流計測部を駆動する電源回路と、
前記変流器から得られる電力を前記電流計測部または前記電源回に選択的に出力する入力切替回路と、
前記蓄電素子が満充電状態で、且つ前記整流・平滑化した電力の電圧が所定値を超えるとき、前記入切替回路の出力を前記電流計測部側に切り替える過電圧検出回路と
を具備したことを特徴としている。

0015

ちなみに前記過電圧検出回路は、前記整流・平滑化した電力の電圧が前記蓄電素子の満充電電圧の値を超えるときに過電圧検出信号を出力するように構成される。そして前記入力切替回路は、前記過電圧検出信号を受けて前記変流器から得られる電力を前記電流計測部側に出力するように構成される。

0016

更に前記電流計測部は、前記変流器の出力端子に前記入力切替回路を介して接続される電流検出素子、例えば電流計測用抵抗を用いて前記変流器に流れる電流を電圧変換することで、該電圧から前記変流器に流れる電流を検出するように構成される。好ましくは前記入力切替回路は、前記過電圧検出信号の入力時に導通駆動されて前記変流器の出力端子を前記電流計測部における電流検出素子に接続する接続素子を備え、該接続素子を介して前記変流器の出力端子に接続された前記電流検出素子による該変流器の出力端子電圧の低下を利用して前記電源回路への電力供給を停止するように構成される。

0017

尚、前記電流計測装置は、更に前記過電圧検出回路が出力する前記過電圧検出信号を入力して前記蓄電素子が満充電状態であり、過電圧状態である旨を提示する表示回路を備えることが好ましい。ちなみに前記変流器が開放保護用の定電圧ダイオードを備えているような場合、前記過電圧検出回路において上記開放保護用の定電圧ダイオードよりも高い電圧を検出するように設定しておけば、上記表示回路を用いて前記開放保護用の定電圧ダイオードの故障報知することも可能となる。

0018

また本発明に係る電力監視システムは、計測対象とする複数の設備各電源ラインにそれぞれ流れる電流をそれぞれ計測する上述した構成の複数台の電流計測装置と、
これらの各電流計測装置による計測値を周期的に収集するデータ収集装置と、
このデータ収集装置にて収集された前記各電流計測装置による計測値を分析し、その分析結果を表示する等して前記複数の設備における電力使用状況監視する監視装置とを具備したことを特徴としている。

0019

好ましくは前記電流計測装置は、前記計測対象とする設備の電源ラインに流れる電流の計測値を前記データ収集装置に周期的に送信する送信機を備え、また前記データ収集装置は、前記複数台の電流計測装置からそれぞれ送信された計測値を前記各電流計測装置に対応付けて記憶して前記監視装置による分析に供するように構成される。この際、前記各電流計測装置は、前記電流計測部による計測値と共に、前記過電圧検出回路により検出された前記過電圧検出信号を前記データ収集装置に送信することが好ましい。

0020

また本発明に係る電源回路装置の保護方法は、電源ラインに装着された変流器に生起された電力を整流・平滑化して出力する整流回路と、この整流回路の出力電圧を入力して所定電圧を生成して出力する安定化電源と、この安定化電源が出力する所定電圧により充電され、その充電電圧を所定の電子機器に給電して該電子機器を駆動する蓄電素子と、前記安定化電源に入力される電圧の最大値を規定する定電圧素子とを具備した電源回路装置の保護方法において、
前記蓄電素子が満充電状態であり、且つ前記整流回路の出力電圧が前記定電圧素子により規定される電圧値よりも高い値に達しているとき、前記変流器に生起された電力を前記電源回路以外の回路部に出力して該整流回路への電力供給を停止させることを特徴としている。

発明の効果

0021

上記構成の電源回路装置、電流計測装置、並びに電源回路装置の保護方法によれば、例えば電気二重層コンデンサからなる蓄電素子が満充電状態であり、且つ変流器から得られる交流電力を整流する整流回路の出力電圧が過電圧である時、該変流器から得られる電力の前記電源回路への出力を停止させるので、該電源回路を上記過電圧から効果的に保護することができる。しかも前記電源回路に設けられる定電圧素子の電流容量を増やすことなく、また前記定電圧素子に対して格別な放熱対策を講じなくても前記過電圧の発生自体を抑えることができる。従って電源回路装置、および電流計測装置をコンパクトに、且つ安価に実現することが可能となる。

0022

また上記構成の電力監視システムによれば、計測対象とする複数の設備の各電源ラインに流れる電流の計測値を簡易にして効果的に収集し、その計測値を分析することで前記複数の設備における使用電力量を効率的に監視し、その状況を把握することが可能となる。しかも前記各電流計測装置がそれぞれ自己給電により動作するので、電源系を含むシステム全体の構成の簡素化を図ることができる。従ってその実用的利点が多大である。

図面の簡単な説明

0023

本発明の一実施形態に係る電流計測装置の要部概略構成図。
図1に示す電流計測装置における電源回路と過電圧検出回路の構成例を示す図。
図2に示す電源回路と過電圧検出回路の動作を示す波形図。
本発明の別の実施形態に係る電流計測装置の要部概略構成図。
図4に示す電流計測装置における入力切替回路とその周辺回路の構成例を示す図。
図1または図4に示す電流計測装置を用いて構築される電力監視システムの概略構成を示す図。
図6に示す電力監視システムにおけるデータ収集タイミングを示す図。
従来の電流計測装置の一例を示す要部概略構成図。
図8に示す電流計測装置における電源回路の構成例を示す図。

実施例

0024

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

0025

図1は本発明の一実施形態に係る電流計測装置1の要部概略構成図であり、図8に示した従来の電流計測装置1と同一部分には同一符号を付して示してある。本発明に係る電流計測装置1が特徴とするところは、前記電源回路20において前記安定化電源(電源レギュレータIC)22に加えられる直流電圧を監視し、蓄電素子である前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態であり、且つ前記整流回路21から出力される直流電圧が所定値を超えるとき、過電圧検出信号を出力する過電圧検出回路25を備える点にある。そしてこの過電圧検出回路25が出力する前記過電圧検出信号を前記入力切替回路2に与えて該入力切替回路2の出力を前記電流計測部10側に切り替え、これによって前記変流器CTに生起された電力の前記電源回路20への給電を停止させるようにしたことを特徴としている。

0026

尚、前記過電圧検出信号は、前記マイクロプロセッサユニット(マイコン;MPU)13にも与えられる。また前記過電圧検出信号は、例えばワイヤードオア回路26を介して前記MPU13から出力される入力切替信号と論理和処理されて前記入力切替回路2に与えられる。従って前記入力切替回路2は、前記入力切替信号が与えられたとき、および前記過電圧検出信号が与えられたとき、前記変流器CTに生起された電力を前記電源回路20に代えて前記電流計測部10における前記電流・電圧変換器11に出力する。

0027

図2は前記過電圧検出回路25を備えて構築される前記電源回路20の構成例を示している。この電源回路20は、基本的には図2に示すように前記変流器CTに生起された電力を整流・平滑化して出力するダイオード・ブリッジ回路21aと平滑コンデンサ21bとからなる整流回路21を備える。更に前記電源回路20は、前記整流回路21の出力電圧を入力して一定電圧を生成して出力する電源レギュレータICからなる安定化電源22を備える。そしてこの安定化電源22が出力する一定電圧により電気二重層コンデンサ23を充電し、該電気二重層コンデンサ23の充電電圧を前記電流計測部10に給電して該電流計測部10を駆動するように構成される。

0028

更に前記電源回路20は、前記安定化電源22の入力部に設けられて前記安定化電源22に加えられる前記直流電圧の最大値を規定し、これによって前記変流器CTの出力端子間に生じる過電圧から前記ダイオード・ブリッジ回路21aおよび前記安定化電源22を保護する定電圧ダイオード24を備える。そして前記過電圧検出回路25は、前記定電圧ダイオード24のアノード直列接続された過電圧検出用抵抗25aと、前記定電圧ダイオード24を介して流れる電流により前記過電圧検出用抵抗25aに生じる電圧を検出してオンオフ動作するトランジスタ25bとを備えて構成される。

0029

ちなみに前記トランジスタ25bは、エミッタ接地すると共に、コレクタを前記安定化電源22の電圧出力線に負荷抵抗プルアップ抵抗)25cを介して接続し、ベースに前記過電圧検出用抵抗25aに生じる電圧を入力して反転動作するエミッタ接地型の電圧検出回路を構成する。尚、図2において、25dは前記トランジスタ25bのベースと前記過電圧検出用抵抗25aとの間に介装されたベース電流制限用抵抗であり、25eは前記トランジスタ25bのベース・エミッタ間に並列接続されたベース電圧保証用抵抗である。また前記トランジスタ25bのコレクタ・エミッタ間に並列接続されたコンデンサ25fは、該トランジスタ25bの出力電圧(コレクタ電圧)の変化に所定の時定数を付与する役割を担う。

0030

ここで図3を参照して上述した如く構成された前記電源回路20の基本的な動作を説明すると、該電源回路20には前記変流器CTに生起された電力が図3(a)に示すように入力される。この交流電力は、周知のように前記電源ラインL(変流器CTの1次側)に流れる交流電流I1に比例して前記変流器CTの2次側、即ち、該変流器CTの出力端子間に生起される交流電流I2によって与えられる電力である。

0031

すると前記電源回路20の起動時には、前記変流器CTの出力端子間に生起された交流電力を前記ダイオード・ブリッジ回路21aを介して整流し、前記平滑コンデンサ21bにて平滑化した前記整流回路21の出力電圧は、図3(b)に示すように次第に上昇する。この結果、前記整流回路21の出力電圧を受けて前記安定化電源(電源レギュレータIC)22が動作し、該安定化電源22の安定化された出力電圧を受けて前記電気二重層コンデンサ23が充電される。そして前記電源回路20の起動から所定時間経過後(タイミングt1)において、上記充電により前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態に達する。

0032

その後、前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態に達した状態において前記変流器CTからの電力供給が続くと、満充電状態にある前記電気二重層コンデンサ23への前記安定化電源22からの出力電流が低下するので、これに伴って該安定化電源22の入力電圧、即ち、前記整流回路21の出力電圧が上昇する。そして該整流回路21の出力電圧が前記定電圧ダイオード24の降伏電圧(例えば6V)を超えると、該定電圧ダイオード24を介して電流が流れ出す。この結果、前記定電圧ダイオード24に直列接続された前記過電圧検出用抵抗25aに流れる電流によって該過電圧検出用抵抗25aに図3(d)に示すような電圧が生起される。ちなみに前記過電圧検出用抵抗25aとしては、例えば100Ω程度のものが用いられる。

0033

即ち、前記電気二重層コンデンサ23が満充電であり、且つ前記変流器CTからの電力供給を受けて前記整流回路21の出力電圧が上昇して過電圧になると、これに伴って前記定電圧ダイオード24を介して電流が流れ出す。そしてこの定電圧ダイオード24を介して流れる電流によって前記過電圧検出用抵抗25aの両端間に電圧が発生する。また前記整流回路21の出力電圧の更なる上昇に伴って前記定電圧ダイオード24を介して電流が更に増大し、これによって前記過電圧検出用抵抗25aの両端間に生起される電圧が図3(d)に示すように上昇する。

0034

すると前記過電圧検出用抵抗25aの両端間に生起された電圧を受け、図3においてタイミングt3として示すように前記トランジスタ25bがオン動作し、該トランジスタ25bのコレクタ電圧が接地電位まで急激に低下する。その後、前記トランジスタ25bのコレクタ・エミッタ間に並列接続された前記コンデンサ25fが前記負荷抵抗25cを介して充電されるので、前記トランジスタ25bのコレクタ電圧は次第に上昇する。このトランジスタ25bのコレクタ電圧の上昇速度は、前記コンデンサ25fの容量と前記負荷抵抗25cの抵抗値とにより規定される時定数により規定される。

0035

このように動作する前記トランジスタ25bのコレクタ電圧が、過電圧検出信号として出力される。そしてこの過電圧検出信号が前記入力切替回路2に与えられ、図3(d)に示すように該入力切替回路2の出力を前記電流計測部10側に切り替えることで、前記変流器CTから入力される電力の前記電源回路20への供給が停止される。この電源回路20への電力供給の停止は、前記トランジスタ25bのコレクタ電圧が元の電圧レベル、即ち、前記電気二重層コンデンサ23の出力電圧に達し、前記過電圧検出信号が消滅するまでの期間に亘って行われる。

0036

そして図3においてタイミングt4に示すように前記過電圧検出信号が消滅すると、該過電圧検出信号による前記入力切替回路2に対する強制的な切替制御が終了し、これに伴って前記入力切替回路2は前記変流器CTから入力される電力を再び前記電源回路20に供給する。そして前記過電圧検出回路25は、前記変流器CTからの前記電源回路20への電力供給に伴って上述した過電圧が検出される都度、前記過電圧検出信号を出力して前記入力切替回路2を介する当該電源回路20への電力供給を禁止する。

0037

尚、前記電源回路20への電力供給を禁止している期間においては、前記変流器CTに生起された電力は前記入力切替回路2を介して前記電流計測部10における電流・電圧変換器(計測用抵抗)11に出力される。そして前記変流器CTから与えられる電力は、前記電流・電圧変換器(計測用抵抗)11において前記電源ラインLに流れる電流に相当した電圧に変換される。但し、このようにして前記電流・電圧変換器11において求められる電圧を検出するか否かは、前記電流計測部10に委ねられる。ちなみに前記電流計測部10においては、上述した過電圧検出信号とは独立して、前述した周期の下で前記入力切替回路2を切替制御して前記電流・電圧変換器11に生起される電圧から電流計測を実行する。従って前記過電圧検出信号に基づく前記入力切替回路2の切り替え制御は、前記電源回路20の保護を目的として実行される。

0038

ちなみに前記定電圧ダイオード24の導通により前記過電圧検出用抵抗25aの両端間に生起される電圧が上昇して前記トランジスタ25bのオン動作閾値電圧に達するまでの応答時間は、例えば1ms程度に設定される。また前記トランジスタ25bがオン動作した後、前記負荷抵抗25cを介する前記コンデンサ25fの充電により該トランジスタ25bのコレクタ電圧が内部電源電圧まで復帰するまでの時間(時定数)は、例えば10ms程度に設定される。従ってこの場合には、前記安定化電源22による前記電気二重層コンデンサ23の充電は、10msの休止期間を経て1msずつ繰り返される。

0039

しかしこのような前記電気二重層コンデンサ23の間欠的な充電によっても前記電流計測部10の機能が損なわれることがないように、前記電流計測部10においては、例えば3秒毎にウェイクアップして0.5秒間動作し、その他の期間は休止することでその電力消費が抑えられている。また前記送信機14を介する計測データ等の送信処理についても、例えば1分間に1回だけ実行することで、その消費電力が抑えられている。この結果、前記電流計測部10の上述した間欠的な動作によっても、前記電気二重層コンデンサ23に蓄電された電圧は、前記電流計測装置1の動作期間に亘って略一定に保持されるようになっている。

0040

かくして上述した如く構成された電源回路20によれば、前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態であり、且つこの満充電状態において前記整流回路21の出力電圧が前記定電圧ダイオード24の降伏電圧を超える都度、前記過電圧検出回路25においてその過電圧状態を検出する。そして前記過電圧検出回路25が出力する過電圧検出信号を用いて前記入力切替回路2を制御し、これによって該入力切替回路2が前記変流器CTの電力を前記電源回路20から前記電流計測部10側へと変更するものとなっている。

0041

従って前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態であることに起因する電圧の上昇によって前記定電圧ダイオード24を介して流れる電流が過度に増大することが効果的に抑制される。この結果、前記定電圧ダイオード24に要求される電流容量を低減することができ、また該定電圧ダイオード24での電力消費を抑えることが可能となる。故に前記定電圧ダイオード24として大電流容量のものを用いる必要がなくなり、また該定電圧ダイオード24に対する格別な放熱対策も不要となる。

0042

しかも前記電気二重層コンデンサ23の満充電に起因する電流の低下に伴って前記変流器CTの出力端子に生じる過電圧の発生を、該変流器CTから出力される電流を前記電流計測部10における前記電流・電圧変換器(計測用抵抗)11に流すことにより簡易にして効果的に防止することができる。特に前記過電圧検出回路25において前記整流回路21の出力電圧を監視し、該過電圧検出回路25が出力する前記過電圧検出信号により前記入力切替回路2を制御するだけで、簡易に上述した制御を実行することが可能となる。従って上述した過電圧検出回路25を備えるだけで、前記定電圧ダイオード24に要求される電流容量を低減し、その小型化を図ることができる。故に前記電源回路20での不本意な電力消費を抑えることが可能となり、該電源回路20自体の小型化・低消費電力化、ひいては電流計測装置1の小型を図ることが可能となる。

0043

尚、ここでは電流計測装置1に組み込まれる電源回路20について説明したが、前記変流器CTから得られる電力から各種の電子回路に対する内部電源電圧を生成して供給する電源回路装置においても、上述した技術を同様に適用することができる。この場合には、例えば前記過電圧検出回路25において過電圧が検出されたとき、前記入力切替回路2を介して前記変流器CTから得られる電力を該電源回路20以外の、例えばダミー抵抗等に出力するようにすれば良い。

0044

ところで前述した実施形態においては、前記過電圧検出回路25が出力する過電圧検出信号と電流計測動作に同期して前記MPU13が出力する入力切替信号とを前記ワイヤード・オア回路26を介して前記入力切替回路2に与えるように構成した。しかし、例えば図4に示すように前記過電圧検出信号と前記入力切替信号と各別に前記入力切替回路2に与えるように構成しても良い。またこのように構成した場合、例えば前記過電圧検出信号が出力されたとき、これを表示する表示回路27を設けることも有用である。

0045

図5は前記表示回路27および前記入力切替回路2とその周辺回路の構成例を示している。この図5に示すように前記表示回路27は、電流制限抵抗27aを直列に接続した発光ダイオードLED)27bにより構成される。そして前記過電圧検出信号を受けてオン動作するトランジスタ(FET)27cを介して前記電気二重層コンデンサ23から出力される内部電源電圧Vccを受けて発光点灯)駆動されるように設けられる。即ち、前記表示回路27は、前記過電圧検出信号が出力されている期間に亘って前記発光ダイオード(LED)27bを点灯駆動する。

0046

一方、前記入力切替回路2は、前記過電圧検出信号または前記入力切替信号を受けて導通動作する2つのフォトMOSリレー31,32を備える。前記電流・電圧変換器(計測用抵抗)11は、これらのフォトMOSリレー31,32間に接続され、該フォトMOSリレー31,32を介して前記変流器CTの出力端子間に接続される。ちなみに前記各フォトMOSリレー31,32は、一対の端子間にスイッチ素子をなす直列接続されたMOS-FET33,34、MOS-FET35,36をそれぞれ介装したものである。前記MOS-FET33,34、および前記MOS-FET35,36は、前記フォトMOSリレー31,32の各制御端子に加えられる前記過電圧検出信号または前記入力切替信号を受けて発光駆動される発光ダイオード37,38からの光を受けてそれぞれオン動作する。

0047

前記電流・電圧変換器(計測用抵抗)11は、前記入力切替回路2を構成する前記フォトMOSリレー31,32のオン動作によって前記変流器CTに接続される。そして前記入力切替回路2を介して前記変流器CTに生起された電力を前記電流・電圧変換器11に出力することで該変流器CTの出力端子間の電圧が抑えられ、これに伴って前記ダイオード・ブリッジ回路21aを介する前記電源回路20への電力供給が停止される。

0048

ちなみに前記電流・電圧変換器11を構成する計測用抵抗(電流検出素子)は、例えば5Ω程度の抵抗値を有するものからなり、前記変流器CTからの出力電流が100mAのときに0.5Vの電圧を生起する。これに対して前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態にあるときの前記平滑コンデンサ21bの充電電圧は略5Vである。従って前記変流器CTから得られる電流を前記電流・電圧変換器11に出力したとき、該変流器CTの出力端子電圧は前記電流・電圧変換器11に生起される電圧となるので前記ダイオード・ブリッジ回路21aが逆バイアスされる。この結果、前記変流器CTから得られる電力の前記電源回路20への給電が阻止されることになる。

0049

そして前述したように前記過電圧検出信号の消失に伴って前記変流器CTから得られる電流の前記電流・電圧変換器11への出力が停止されると、これによって前記変流器CTの出力端子電圧が上昇する。すると前記ダイオード・ブリッジ回路21aを介して前記電源回路20への電力供給が再開される。以降、このような前記入力切替回路2の切り替え動作が前記安定化電源22に加わる電圧の変化に応じて繰り返されることになる。

0050

またこのようにして前記入力切替回路2の動作を制御する前記過電圧検出信号は、前記安定化電源22に加わる電圧が前記定電圧ダイオード24の降伏電圧を超える都度、一定期間(例えば1ms)に亘って出力される。この結果、前記表示回路27を構成する前記発光ダイオード27bは、例えば10ms毎に1msずつ点灯駆動される。すると前記発光ダイオード27bの点滅状態視覚的には前記発光ダイオード27bの点灯状態から前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態であり、これに伴って前記安定化電源22に加わる電圧が前記定電圧ダイオード24の降伏電圧を超えることのある高電圧状態であることが提示される。概略的には前記電気二重層コンデンサ23が満充電状態であることが提示される。

0051

尚、前記変流器CTが図5に示すように開放保護用の定電圧ダイオードZDを備えているような場合、前記定電圧ダイオード24の降伏電圧を前記開放保護用の定電圧ダイオードZDの動作電圧よりも若干高く設定しておくことが望ましい。このような動作条件を設定しておけば、前記変流器CTに開放保護用の定電圧ダイオードZDが設けられているにも拘わらず、前記定電圧ダイオード24に電流が流れて前記過電圧検出信号が出力されていることを把握することができる。換言すれば前記開放保護用の定電圧ダイオードZDが故障しており、この結果、前記過電圧検出信号が出力されていることを前記発光ダイオード27bの点灯から知ることが可能となる。

0052

図6は上述した如く構成された電流計測装置1を複数台用いて構築される電力監視システム100の概略構成を示している。この電力監視システム100は、例えば工場における製品加工ラインに沿って順に設けられる複数の加工設備51,52,53および検査設備54の各電力消費量を監視するものである。前記複数台の電流計測装置1(1a,1b〜1n)は、上記各加工設備51,52,53および検査設備54の電源供給ラインにそれぞれ前記変流器CTを装着し、これらの各変流器CTを介して前記加工設備51,52,53および前記検査設備54にそれぞれ給電される電力の電流量を計測するように設けられる。

0053

前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)は、それぞれ所定の周期毎に計測した電流値(計測値)を、前記送信機14から前記アンテナ15を介してその上位の受信機61に向けて定期的に無線送信する。この無線送信は、例えば920MHz・10mWの特定小電力無線通信を利用して、例えば1分間に1回の割合で、且つ前記複数の電流計測装置1(1a,1b〜1n)間において送信タイミングを互いに異ならせて周期的に行われる。

0054

そして上位側システムにおいては、前記受信機61を介して前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)からそれぞれ送られてきた情報を、データ収集装置(データ収集用パーソナルコンピュータ;PC)62にて収集し、これを前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)に対応付けて収集時刻情報と共に記憶する。この際、前記電流計測装置1(1a,1b〜1n)から前述した過電圧検出信号等の動作状態を示すフラグ情報が送られてくる場合には、監視装置(監視用のパーソナルコンピュータ;PC)63では、前記データ収集装置62に収集された情報を統計処理する等して分析し、その分析結果を、例えば前記加工設備51,52,53および前記検査設備54におけるエネルギー使用量64、エネルギーコスト65、エネルギー単価66等の管理データとしてグラフ化して表示する。

0055

このように構築される前記電力監視システム100によれば、前記各加工設備51,52,53および検査設備54の電源供給ラインにそれぞれ前記変流器CTを装着するだけで良いので監視対象とする設備に対する工事負担が殆ど掛からない。また前述したように前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)は、それぞれ自己給電により動作して電流計測を実行するので、これらの電流計測装置1(1a,1b〜1n)に対する給電ラインの敷設が不要である。しかも前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)は、前述したように前記過電圧検出回路25を備えて前記変流器CTに生じる過電圧から簡易に、且つ効果的にその電源回路20を保護するので、該電流計測装置1(1a,1b〜1n)の構成の小型化、簡素化を図り得る。従って前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)の設置が容易であり、その設置スペースの確保や、放熱対策に煩わされることがない。

0056

その上で、前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)と前記受信機61との間で無線通信により定期的にデータ送信するだけで前記データ収集装置62において前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)における計測データを効率的に収集することができる。そして収集した計測データを前記監視装置63において分析し、その分析結果を提示することができるので、前記製品加工ラインを構築する前記複数の加工設備51,52,53および前記検査設備54の各電力消費量を、簡易に、且つ効率的に把握することができる。故にシステムコストを最小限に抑えることができ、その実用的利点が多大である。

0057

図7は上述した電力監視システム100における動作タイミングを示しており、前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)は、図7(a)に示すように所定の周期T1(例えば1分)毎に前記受信機61に対して計測データを送信する。計測データを得る前記各電流計測装置1における前記MPU13は、図7(b)に示すように所定の周期T2(例えば3秒)毎にウェイクアップして動作し、その他の期間は動作休止することで、その消費電力を極力抑えるものとなっている。

0058

そして前記MPU13は、図7(c)に示すように所定の周期T3(例えば0.5秒)だけ動作し、前記周期T1中の特定の動作タイミングにおいて図7(d)に示すように所定の周期T4(例えば0.1秒)毎に電流計測を20回に亘って繰り返し実行する。そして前記MPU13は、例えば20回に亘って繰り返し計測した電流の平均値を求め、その平均電流値図7(e)に示すように前記受信機61に向けて送信するように構成される。このように前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)は、前述した電源回路20における前記過電圧検出回路25による保護動作とは独立に動作して計測対象の電流を計測し、その計測データ(平均電流値)を求める。

0059

そして前記データ収集装置62は、これらの電流計測装置1(1a,1b〜1n)により計測された電流値を前記電流計測装置1(1a,1b〜1n)毎に記憶する。この際、前記データ収集装置62は、前記各電流計測装置1(1a,1b〜1n)の動作状態を示す前記過電圧検出信号の発生状況を示すフラグ情報等も記憶する。その上で前記データ収集装置62にて収集した計測データを前記監視装置63にて集計・分析することで、前述したように前記製品加工ラインにおける電力使用状況を監視するものとなっている。

0060

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前記電源回路20において生成する内部電源電圧Vcc、即ち、前記電気二重層コンデンサ23の充電電圧については前記電流計測部10の仕様に応じて設定すれば良く、例えば5Vとして定められる。この場合、前記過電圧検出用の前記定電圧ダイオード24の降伏電圧としては、例えば6V程度に設定しておけば十分である。また前述した如く過電圧検出信号を用いて前記入力切替回路2の動作を制御し、これによって過電圧時における前記電源回路20への電力供給を停止させるので、前記定電圧ダイオード24の電流容量としては100mA程度のもので十分である。

0061

その他、各部の回路定数等については前記変流器CTの仕様や、電流計測装置1に要求される仕様に応じて適宜定めればよいものである。更には前記電気二重層コンデンサ23に代えてリチウムイオン電池等の二次電池を用いることも可能である。要は本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

0062

CT変流器(カレントトランス)
ZD開放保護用の定電圧ダイオード
L電源ライン
1(1a,1b〜1n)電流計測装置
2入力切替回路
10電流計測部
11電流・電圧変換器(計測用抵抗)
12増幅器
13マイクロプロセッサユニット(マイコン;MPU)
14送信機
15アンテナ
20電源回路
21整流回路
21aダイオード・ブリッジ回路
21b平滑コンデンサ
22安定化電源(電源レギュレータIC)
23電気二重層コンデンサ(蓄電素子)
24 定電圧ダイオード(定電圧素子)
25過電圧検出回路
25a過電圧検出用抵抗
25bトランジスタ
25c負荷抵抗(プルアップ抵抗)
25dベース電流制限用抵抗
25eベース電圧保証用抵抗
25fコンデンサ
27表示回路
27a電流制限抵抗
27b発光ダイオード
27c トランジスタ(FET)
31,32フォトMOSリレー
33,34,35,36MOS-FET
37,38 発光ダイオード
61受信機
62データ収集装置(データ収集用のパーソナルコンピュータ;PC)
63監視装置(監視用のパーソナルコンピュータ;PC)

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