JP2949295B2 - Phase detector - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位相検出装置に係り、特に波形および波高値
が変化する３相正弦波からデジタルの位相を検出する位
相検出装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase detection device, and more particularly, to a phase detection device that detects a digital phase from a three-phase sine wave whose waveform and peak value change.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の装置は、特開昭60−3302号に記載のように３相
正弦波の各相瞬時値をU,V,Wとすると位相 となり、tanθだけを使用して求めていた。The conventional device is based on the assumption that the instantaneous value of each phase of a three-phase sine wave is U, V, W as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-3302. And it was determined using only tanθ.

このため、例えば０〜90度の範囲のtanθ値を考える
と０度で無限小となり90度で無限大となる。0.1度の精
度で検出しようとすると、0.1度＝tan-¹0.00174,89.9度
＝tan-¹572.957となり約７桁の精度が必要となる、とこ
ろが３相正弦波の瞬時値の検出精度は普通0.1％程度の
ため４桁の精度しか得られない。このため位相に変換す
る部分も４桁の精度で変換すると考えると約２度の精度
となる。（tan2度＝0.034,tan88度＝28.63） 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術の位相検出装置は、検出できる位相角の
精度が粗いという点に問題があった。本発明の目的は３
相正弦波の瞬時値の検出精度である0.1％程度の位相の
変換精度をもつ位相検出装置を提供することにある。Therefore, for example, considering a tan θ value in the range of 0 to 90 degrees, the angle becomes infinitesimal at 0 degrees and becomes infinite at 90 degrees. If you try to detect with 0.1 degree accuracy, 0.1 degree = tan- ¹ 0.00174,89.9 degree = tan- ¹ 572.957, which requires about 7 digits of accuracy. However, the detection accuracy of instantaneous value of three-phase sine wave is usually 0.1 %, Only four digits of precision can be obtained. For this reason, if it is considered that the part to be converted into the phase is also converted with four digits of precision, the precision is about two degrees. (Problem to be Solved by the Invention) The above-described conventional phase detection device has a problem in that the accuracy of the detectable phase angle is low. The purpose of the present invention is 3
An object of the present invention is to provide a phase detection device having a phase conversion accuracy of about 0.1%, which is the detection accuracy of an instantaneous value of a phase sine wave.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明の位相検出装置
は、３相交流の各瞬時値U,V,Wより、該瞬時値のサンプ
リング時点における位相θを検出する位相検出装置にお
いて、2UにマイナスＶとマイナスＷとを加算する第１の
加算手段と、マイナス を加算する第２の加算手段と、前記第１の加算手段の出
力信号を前記第２の加算手段の出力信号で除算する第１
の除算手段と、前記第２の加算手段の出力信号を前記第
１の加算手段の出力信号で除算する第２の除算手段と、
前記第１の加算手段の出力信号および前記第２の加算手
段の出力信号それぞれの極性の正負を判別し出力する極
性判別手段と、前記第１の除算手段の出力信号の絶対値
が１未満か１以上かを判断しそれぞれに応じて判断信号
を出力する比較手段と、該判断信号に応じて選択的に前
記第１の除算手段の出力信号をtan-¹で換算するかまた
は前記第２の除算手段の出力信号をcot-¹で換算して、
該換算により求めた値と前記極性判別手段からのそれぞ
れの極性とを用いて位相θを検出する検出手段とから構
成したことを特徴としている。In order to achieve the above object, the phase detection device of the present invention is a phase detection device that detects the phase θ at the sampling time of the instantaneous value from each instantaneous value U, V, W of the three-phase alternating current. First adding means for adding V and minus W, and minus A first adding means for dividing an output signal of the first adding means by an output signal of the second adding means.
Division means, and second division means for dividing the output signal of the second addition means by the output signal of the first addition means,
Polarity discriminating means for discriminating the polarity of each of the output signal of the first adding means and the output signal of the second adding means and outputting the signal; and whether the absolute value of the output signal of the first dividing means is less than one. A comparing means for judging whether it is 1 or more and outputting a judgment signal according to each of them; and selectively converting the output signal of the first dividing means by tan- ¹ or the second signal according to the judgment signal. Convert the output signal of the dividing means by cot- ¹ and
And a detecting means for detecting the phase θ using the value obtained by the conversion and the respective polarities from the polarity discriminating means.

〔作用〕[Action]

３相正弦波の瞬時値の検出精度が0.1％とし、位相に
変換する精度もこの程度とすると正弦波の周期が360°
であるから360度/1000＝0.36度となりtan0.36度＝0.006
28となる。ΣＡ＝2U−Ｖ−W, として、位相角θを、θ＝tan-¹ΣA/ΣＢ、またはθ＝c
ot-¹ΣB/ΣＡの式を用いて求める。両式を交互に用いる
ことにより、ΣA/ΣＢまたはΣB/ΣＡの絶対値が１以内
で、全位相をカバーすることができ、ΣA/ΣＢまたはΣ
B/ΣＡが４桁の数（0.0001〜１）であれば、位相θへ変
換精度が0.1％を確保できる。If the accuracy of detecting the instantaneous value of a three-phase sine wave is 0.1% and the accuracy of conversion into a phase is also about this level, the period of the sine wave is 360 °
Therefore, 360 degrees / 1000 = 0.36 degrees, and tan 0.36 degrees = 0.006
It becomes 28. ΣA = 2U-V-W, And the phase angle θ is θ = tan− ¹ -A / ΣB, or θ = c
ot- ¹ Determined using the formula ΣB / ΣA. By using both formulas alternately, the absolute value of 位相 A / ΣB or ΣB / ΣA can be within 1 and all phases can be covered, and ΣA / ΣB or ΣB
If B / ΣA is a 4-digit number (0.0001 to 1), the conversion accuracy to the phase θ can be 0.1%.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第１〜４図により説明す
る。３相正弦波の瞬時値U,V,Wより位相θを求める基本
式は前述の通り、 で表される。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The basic equation for calculating the phase θ from the instantaneous values U, V, W of a three-phase sine wave is as described above. It is represented by

第１図において加算器１は（2U−Ｖ−Ｗ）＝ΣＡを求
め、加算器２は を求める。In FIG. 1, adder 1 calculates (2U−V−W) = ＷA, and adder 2 calculates Ask for.

除算器３はΣA/ΣＢすなわち、tanθ値を求め、除算
器４はΣB/ΣＡすなわち、cotθを求める。求めたtan
θ,cotθはそれぞれアナログ／デジタル変換器6,7によ
りデジタルに変換する。この変換は３相の瞬時値を検出
した点で変換して後はデジタルに変換しても良いし、ア
ナログのままで位相に変換しても良い。本発明の実施例
では出力の位相θをデジタルで出力させるため除算器3,
4の出力をデジタルに変換しこのデジタル値から換算器
９（例えばROM）により位相に変換している。The divider 3 calculates ΣA / ΣB, that is, the tan θ value, and the divider 4 calculates ΣB / ΣA, that is, cot θ. Sought tan
θ and cot θ are converted into digital signals by analog / digital converters 6 and 7, respectively. This conversion may be performed at the point where the instantaneous value of the three phases is detected, and then converted to digital, or may be converted to phase as it is. In the embodiment of the present invention, in order to output the output phase θ digitally, the divider 3,
The output of 4 is converted into a digital signal, and the digital value is converted into a phase by a converter 9 (for example, ROM).

除算器3,4から位相に変換する方法について、公知の
位相検出装置の例を第５図で説明する。Regarding a method of converting the phase from the dividers 3 and 4 to a phase, an example of a known phase detection device will be described with reference to FIG.

第５図において加算器1,2および除算器３は第１図と
同一である。位相θ＝tan-¹（ΣA/ΣＢ）の（ΣA/Σ
Ｂ）の値をみると、θが０〜90度の間は０〜無限大に変
化し、90〜180度の間はマイナス無限大〜０に変化し、1
80〜270の間は０〜無限大に変化し、270〜360の間はマ
イナス無限大〜０に変化する。このため加算器1,2それ
ぞれのΣA,ΣＢの極性により４象限のどこかを判断し、
各々の象限に対する換算器23〜26により位相を検出して
いる。この時の極性とtan-¹（ΣA/ΣＢ）と位相の関係
を第２図に示す。このように０〜無限大までの変化巾の
大きい値に対して位相に換算するため精度を上げようと
すると桁数の大きい換算機が必要となり又換算器の精度
に合わせた瞬時値データの収集が必要となり装置が大形
化する欠点がある。In FIG. 5, adders 1, 2 and a divider 3 are the same as those in FIG. (ΣA / Σ) of phase θ = tan- ¹ (1A / ΣB)
Looking at the value of B), θ changes from 0 to infinity during 0 to 90 degrees, changes from minus infinity to 0 during 90 to 180 degrees, and 1
It changes from 0 to infinity between 80 and 270, and changes from minus infinity to 0 between 270 and 360. For this reason, depending on the polarity of ΣA, ΣB of each of the adders 1 and 2, it is determined which of the four quadrants,
The phase is detected by the converters 23 to 26 for each quadrant. FIG. 2 shows the relationship between the polarity, tan- ¹ (ΣA / ΣB), and the phase at this time. In order to increase the precision in order to convert a value having a large variation range from 0 to infinity into a phase as described above, a converter having a large number of digits is required, and collection of instantaneous value data according to the accuracy of the converter is required. However, there is a disadvantage that the apparatus becomes large in size.

本発明の一実施例を示す第１図ではtan-¹（ΣA/Σ
Ｂ）の他にcot-¹（ΣB/ΣＡ）の２方法により位相の検
出ができる構成とし従来と同じ４象限のどの象限かの区
別をするための加算器1,2より極性を求め、更に除算器
３（除算器４でも良い）の値が１以上か以下で区別して
比較部５により位相の換算をtan-¹（ΣA/ΣＢ）を使用
するかcot-¹（ΣA/ΣＢ）を使用するか判断し、いずれ
かの方法を用いて換算器９によりデジタル位相を求め
る。第２図は以上のことを図にしたもので換算器1,2
（ΣA/ΣＢ）の極性と除算器３（ΣA/ΣＢ）が１より大
きいか小さいかによりtan-¹（ΣA/ΣＢ）の換算曲線を
使用するかcot-¹（ΣA/ΣＢ）の曲線を使用するかを選
択する。両曲線の交差する±１の点で換算曲線を切換え
実線の０〜±１の範囲を使用する。In FIG. 1 showing one embodiment of the present invention, tan- ¹ (ΣA / Σ
In addition to B), the phase can be detected by the two methods of cot- ¹ (ΣB / ΣA), and the polarities are obtained from the adders 1 and 2 for discriminating which of the four quadrants as in the prior art. using the divider 3 or to use a value in terms of the phase by the comparator 5 are distinguished by the following one or more (or a divider ^{4) tan- 1 (ΣA / ΣB} ) cot- 1 (ΣA / ΣB) Then, the digital phase is obtained by the converter 9 using one of the methods. Figure 2 illustrates the above, with converters 1,2
Depending on the polarity of (ΣA / ΣB) and whether the divider 3 (ΣA / ΣB) is larger or smaller than ¹ , use the conversion curve of tan- ¹ (ΣA / ΣB) or change the curve of cot- ¹ (ΣA / ΣB). Select whether to use. The conversion curve is switched at the point of ± 1 where both curves intersect, and the range of 0 to ± 1 of the solid line is used.

第３図は本発明の別の一実施例を示すブロック図であ
る。除算部11,12は第１図と異るのは絶対値を取る。極
性判別部10は加算器1,2の極性よりどの象限にあるかを
検知し加算部へ0,90度,180度,270度を出力する。例えば
加算器１（ΣＡ）が正で加算器２（ΣＢ）が正の時は第
１象限であるので０度を出力する。第２象限で90度、第
３象限で180度、第４象限で270度を出力する。比較部15
は除算部11が１より大か小かを検出して第４図の条件の
ように切換スイッチ13,14を切換えて除算部11,12の値を
アナログ／デジタル変換器で変換し変換器18,19で位相
に変換し加算部20へ出力する。位相への換算部18はtan
θを遣い０〜45度の換算を換算部19はcotθを遣い45〜9
0度までの換算をする。加算部20は入力されるデータを
加算すると位相となるように構成する。FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. The difference between the division units 11 and 12 shown in FIG. 1 is an absolute value. The polarity discriminating unit 10 detects which quadrant is located on the basis of the polarities of the adders 1 and 2, and outputs 0, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees to the adding unit. For example, when the adder 1 (ΣA) is positive and the adder 2 (ΣB) is positive, it is in the first quadrant and outputs 0 degrees. It outputs 90 degrees in the second quadrant, 180 degrees in the third quadrant, and 270 degrees in the fourth quadrant. Comparison section 15
Detects whether the division unit 11 is larger or smaller than 1, switches the changeover switches 13 and 14 as shown in the condition of FIG. 4, converts the values of the division units 11 and 12 with an analog / digital converter, and , 19, and outputs the result to the adder 20. The phase conversion unit 18 is tan
Using θ, the conversion unit 19 uses cotθ to convert 0 to 45 degrees.
Convert to 0 degrees. The adder 20 is configured to add input data to have a phase.

このようにすると換算器が簡単になる利点がある。第
４図は第３図で説明したことを図にしたものである。例
えば加算器１の極性が正で加算器２の極性が負の90〜18
0度の第２象限とする。除算器11の値が１より大きい時
は90°＋tan-¹｜（ΣB/ΣＡ）|,（90〜135度の範囲）、
１より小さい時は90°cot-¹｜（ΣA/ΣＢ）|,（135〜18
0度の範囲）で位相を求めることができる。This has the advantage that the converter is simplified. FIG. 4 illustrates what was described in FIG. For example, the polarity of the adder 1 is positive and the polarity of the adder 2 is negative 90-18.
It is the second quadrant of 0 degrees. When the value of the divider 11 is larger than 1, 90 ° + tan- ¹ | (ΣB / ΣA) |, (range of 90 to 135 degrees),
When it is smaller than 1, 90 ° cot- ¹ | (ΣA / ΣB) |, (135-18
(A range of 0 degrees).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、位相検出精度が向上する、また換算
桁数が少なくなるため換算器を小形化できる効果もあ
る。According to the present invention, the phase detection accuracy is improved, and the number of conversion digits is reduced, so that the converter can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の位相の換算方法の説明図、第３図は本発明の他
の実施例を示すブロック図、第４図は第３図の位相の換
算方法の説明図、第５図は公知の位相検出装置の例を示
すブロック図である。 1,2…加算器、3,4…除算器、５…比較部、6,7…A/D変換
器、８…極性判別部、９…変換部、10…位相判別部、1
1,12…除算部、13,14…切換スイッチ、15…比較部、16,
17…A/D変換器、18,19…換算器、20…加算部、21…極性
判別部、22…切換スイッチ、23〜26…換算器。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the phase conversion method of FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a phase conversion method shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a block diagram showing an example of a known phase detecting device. 1,2 ... adder, 3,4 ... divider, 5 ... comparator, 6,7 ... A / D converter, 8 ... polarity discriminator, 9 ... converter, 10 ... phase discriminator, 1
1,12… Division part, 13,14… Changeover switch, 15… Comparison part, 16,
17: A / D converter, 18, 19: converter, 20: adder, 21: polarity discriminator, 22: changeover switch, 23 to 26: converter.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−33062（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−13468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−56481（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 25/00 H02H 3/32 - 3/52 Continuation of front page (56) References JP-A-60-33062 (JP, A) JP-A-64-13468 (JP, A) JP-A-54-56481 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. ⁶ , DB name) G01R 25/00 H02H 3/32-3/52

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】３相交流の各瞬時値U,V,Wより、該瞬時値
のサンプリング時点における位相θを検出する位相検出
装置において、2UにマイナスＶとマイナスＷとを加算す
る第１の加算手段と、マイナス を加算する第２の加算手段と、前記第１の加算手段の出
力信号を前記第２の加算手段の出力信号で除算する第１
の除算手段と、前記第２の加算手段の出力信号を前記第
１の加算手段の出力信号で除算する第２の除算手段と、
前記第１の加算手段の出力信号および前記第２の加算手
段の出力信号それぞれの極性の正負を判別し出力する極
性判別手段と、前記第１の除算手段の出力信号の絶対値
が１未満か１以上かを判断しそれぞれに応じて判断信号
を出力する比較手段と、該判断信号に応じて選択的に前
記第１の除算手段の出力信号をtan-¹で換算するかまた
は前記第２の除算手段の出力信号をcot-¹で換算して、
該換算により求めた値と前記極性判別手段からのそれぞ
れの極性とを用いて位相θを検出する検出手段とから構
成したことを特徴とする位相検出装置。1. A phase detecting device for detecting a phase θ at the instant of sampling of an instantaneous value from each instantaneous value U, V, W of a three-phase alternating current, wherein a minus V and a minus W are added to 2U. Addition means and minus A first adding means for dividing an output signal of the first adding means by an output signal of the second adding means.
Division means, and second division means for dividing the output signal of the second addition means by the output signal of the first addition means,
Polarity discriminating means for discriminating the polarity of each of the output signal of the first adding means and the output signal of the second adding means and outputting the signal; and whether the absolute value of the output signal of the first dividing means is less than one. A comparing means for judging whether it is 1 or more and outputting a judgment signal according to each of them; and selectively converting the output signal of the first dividing means by tan- ¹ or the second signal according to the judgment signal. Convert the output signal of the dividing means by cot- ¹ and
A phase detecting device configured to detect a phase θ using the value obtained by the conversion and the respective polarities from the polarity discriminating unit.