JPH10170563A - 周波数検出装置 - Google Patents
周波数検出装置Info
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- JPH10170563A JPH10170563A JP32529196A JP32529196A JPH10170563A JP H10170563 A JPH10170563 A JP H10170563A JP 32529196 A JP32529196 A JP 32529196A JP 32529196 A JP32529196 A JP 32529196A JP H10170563 A JPH10170563 A JP H10170563A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の周波数検出装置は、コンピュータ以外
にＰＬＬ回路を用いた位相検出器や計数器といったＨ／
Ｗが必要で、装置が大型化、コスト高となった。 【解決手段】 ３相交流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶTを
基準角速度ω0で回転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧Ｖ
ｄ、Ｖｑに変換し（１０１）、その電圧ベクトルの角速
度ω′を演算し（１０３、１０４、１０５）、基準角速
度ω0に電圧ベクトルの角速度ω′を加算し（１０
６）、３相交流電源の周波数ｆを演算する（１０７）。
にＰＬＬ回路を用いた位相検出器や計数器といったＨ／
Ｗが必要で、装置が大型化、コスト高となった。 【解決手段】 ３相交流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶTを
基準角速度ω0で回転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧Ｖ
ｄ、Ｖｑに変換し（１０１）、その電圧ベクトルの角速
度ω′を演算し（１０３、１０４、１０５）、基準角速
度ω0に電圧ベクトルの角速度ω′を加算し（１０
６）、３相交流電源の周波数ｆを演算する（１０７）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源に接続
される電力変換装置等で使用される周波数検出装置に関
するものである。
される電力変換装置等で使用される周波数検出装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は例えば特公平４−５６５３６号公
報に示された従来の周波数検出装置を持つ電力変換装置
を本発明と同様の形式に書き改めた図であり、図におい
て、１は３相交流電源、６はサイリスタ整流器である。
サイリスタ整流器６は、例えば図１０に示すようにサイ
リスタのブリッジ接続されたものである。１１は３相交
流電源の電圧を検出する電圧センサ、３０はサイリスタ
整流器６を制御する制御回路である。３１はＣＰＵ、メ
モリ、Ａ／Ｄ変換回路などから構成されているコンピュ
ータ、３２はサイリスタに点弧パルスを与えるゲートロ
ジック、３３はフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路が
用いられ３相交流電源１の周波数に同期した位相信号θ
を取りだす位相検出器、３４は計数器、３５は一定の発
振を行う発振器である。
報に示された従来の周波数検出装置を持つ電力変換装置
を本発明と同様の形式に書き改めた図であり、図におい
て、１は３相交流電源、６はサイリスタ整流器である。
サイリスタ整流器６は、例えば図１０に示すようにサイ
リスタのブリッジ接続されたものである。１１は３相交
流電源の電圧を検出する電圧センサ、３０はサイリスタ
整流器６を制御する制御回路である。３１はＣＰＵ、メ
モリ、Ａ／Ｄ変換回路などから構成されているコンピュ
ータ、３２はサイリスタに点弧パルスを与えるゲートロ
ジック、３３はフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路が
用いられ３相交流電源１の周波数に同期した位相信号θ
を取りだす位相検出器、３４は計数器、３５は一定の発
振を行う発振器である。
【０００３】次に従来の周波数検出装置に関する説明を
中心に行う。位相検出器３３から３相交流電源１の周波
数に同期したサンプリングパルスＳＰＬＳがデジタル位
相信号θの一信号としてそこから取り出せる。計数器３
４はコンピュータ３１のリセット信号ＲＳＴにより初期
化を行い、計数値ＦＣＮＴを零にし、新たに発振器３５
の出力である一定発振パルスＰＵＬＳを計数する。コン
ピュータ３１はサンプリングパルスＳＰＬＳ毎に制御演
算を行い、サイリスタ整流器６を制御する信号Ｅｃをゲ
ートロジック３２に与える。また、例えば１２０回のサ
ンプリングパルスＳＰＬＳ毎に計数器３４の計数値ＦＣ
ＮＴを読み込み、計数器３４にリセット信号を出力す
る。ここで、サンプリングパルスＳＰＬＳとして電気角
で３０度毎のパルスを使用する場合（１サイクルで１２
回）、計数器３４の計数値ＦＣＮＴは３相交流電源１の
１０サイクル毎に、一定の周期で発振する発振器３５か
らの発振パルスＰＵＬＳを計数した計数値ＦＣＮＴがコ
ンピュータ３１に読み込まれることになる。この計数値
ＦＣＮＴが３相交流電源１の周波数に相当する値とな
る。
中心に行う。位相検出器３３から３相交流電源１の周波
数に同期したサンプリングパルスＳＰＬＳがデジタル位
相信号θの一信号としてそこから取り出せる。計数器３
４はコンピュータ３１のリセット信号ＲＳＴにより初期
化を行い、計数値ＦＣＮＴを零にし、新たに発振器３５
の出力である一定発振パルスＰＵＬＳを計数する。コン
ピュータ３１はサンプリングパルスＳＰＬＳ毎に制御演
算を行い、サイリスタ整流器６を制御する信号Ｅｃをゲ
ートロジック３２に与える。また、例えば１２０回のサ
ンプリングパルスＳＰＬＳ毎に計数器３４の計数値ＦＣ
ＮＴを読み込み、計数器３４にリセット信号を出力す
る。ここで、サンプリングパルスＳＰＬＳとして電気角
で３０度毎のパルスを使用する場合（１サイクルで１２
回）、計数器３４の計数値ＦＣＮＴは３相交流電源１の
１０サイクル毎に、一定の周期で発振する発振器３５か
らの発振パルスＰＵＬＳを計数した計数値ＦＣＮＴがコ
ンピュータ３１に読み込まれることになる。この計数値
ＦＣＮＴが３相交流電源１の周波数に相当する値とな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の周波数検出装置
は以上のように構成されているので、コンピュータ以外
にＰＬＬ回路を用いた位相検出器、計数器といったＨ／
Ｗが必要であった。
は以上のように構成されているので、コンピュータ以外
にＰＬＬ回路を用いた位相検出器、計数器といったＨ／
Ｗが必要であった。
【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、位相検出器、計数器を用いる
ことなく周波数を検出する装置を得ることを目的とす
る。
めになされたものであり、位相検出器、計数器を用いる
ことなく周波数を検出する装置を得ることを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る周波数検
出装置は、３相交流電源の電圧を所定の基準角速度で回
転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３相／２相
変換手段、上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベクトルの
角速度を演算する手段、および上記基準角速度に上記電
圧ベクトルの角速度を加算して上記３相交流電源の周波
数を演算する手段を備えたものである。
出装置は、３相交流電源の電圧を所定の基準角速度で回
転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３相／２相
変換手段、上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベクトルの
角速度を演算する手段、および上記基準角速度に上記電
圧ベクトルの角速度を加算して上記３相交流電源の周波
数を演算する手段を備えたものである。
【０００７】請求項２に係る周波数検出装置は、３相交
流電源の電圧を第１の角速度で回転するｄ−ｑ軸回転座
標上の電圧に変換する３相／２相変換手段、上記ｄ−ｑ
軸回転座標上の電圧のベクトルの角速度を演算する手
段、所定の基準角速度に、上記電圧ベクトルの角速度が
零となるよう上記電圧ベクトルの角速度を増幅してなる
第２の角速度を加算し上記第１の角速度として出力する
手段、および上記第１の角速度に上記電圧ベクトルの角
速度を加算して上記３相交流電源の周波数を演算する手
段を備えたものである。
流電源の電圧を第１の角速度で回転するｄ−ｑ軸回転座
標上の電圧に変換する３相／２相変換手段、上記ｄ−ｑ
軸回転座標上の電圧のベクトルの角速度を演算する手
段、所定の基準角速度に、上記電圧ベクトルの角速度が
零となるよう上記電圧ベクトルの角速度を増幅してなる
第２の角速度を加算し上記第１の角速度として出力する
手段、および上記第１の角速度に上記電圧ベクトルの角
速度を加算して上記３相交流電源の周波数を演算する手
段を備えたものである。
【０００８】また、請求項３に係る周波数検出装置は、
請求項１または２において、基準角速度を３相交流電源
の商用周波数に相当する値としたものである。
請求項１または２において、基準角速度を３相交流電源
の商用周波数に相当する値としたものである。
【０００９】また、請求項４に係る周波数検出装置は、
請求項１ないし３のいずれかにおいて、ｄ−ｑ軸回転座
標上の電圧に含まれる高次成分を除去するローパスフィ
ルタを備えたものである。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、ｄ−ｑ軸回転座
標上の電圧に含まれる高次成分を除去するローパスフィ
ルタを備えたものである。
【００１０】また、請求項５に係る周波数検出装置は、
請求項１ないし４のいずれかにおいて、ｄ−ｑ軸回転座
標上の電圧に含まれる、回転角速度の２倍の角速度に相
当する周波数のリップル成分を除去する移動平均演算手
段を備えたものである。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、ｄ−ｑ軸回転座
標上の電圧に含まれる、回転角速度の２倍の角速度に相
当する周波数のリップル成分を除去する移動平均演算手
段を備えたものである。
【００１１】また、請求項６に係る周波数検出装置は、
請求項１ないし５のいずれかにおいて、３相交流電源の
逆相電圧成分を演算する手段を備え、上記３相交流電源
の電圧から上記逆相電圧成分を減算した電圧を３相／２
相変換手段に入力するようにしたものである。
請求項１ないし５のいずれかにおいて、３相交流電源の
逆相電圧成分を演算する手段を備え、上記３相交流電源
の電圧から上記逆相電圧成分を減算した電圧を３相／２
相変換手段に入力するようにしたものである。
【００１２】また、請求項７に係る周波数検出装置は、
請求項６において、逆相電圧成分演算手段は、３相交流
電源の電圧の相順を逆にしてｄ−ｑ軸回転座標上の電圧
に変換することにより逆相電圧２相成分を演算する逆相
検出用３相／２相変換手段、および上記逆相電圧２相成
分をローパスフィルタを経て入力し３相交流電圧成分に
変換することにより逆相電圧成分を演算する逆相検出用
２相／３相変換手段からなるものである。
請求項６において、逆相電圧成分演算手段は、３相交流
電源の電圧の相順を逆にしてｄ−ｑ軸回転座標上の電圧
に変換することにより逆相電圧２相成分を演算する逆相
検出用３相／２相変換手段、および上記逆相電圧２相成
分をローパスフィルタを経て入力し３相交流電圧成分に
変換することにより逆相電圧成分を演算する逆相検出用
２相／３相変換手段からなるものである。
【００１３】
実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図に基
づいて説明する。図１は周波数検出装置を持つ高力率コ
ンバータ等の交流電源に接続される電力変換装置を示す
ブロック図であり、１は３相交流電源、２はリアクト
ル、３はインバータである。インバータ３は、例えば図
２に示すようにトランジスタとダイオードのブリッジ接
続されたものである。４は直流コンデンサ、５は直流負
荷である。１１は３相交流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶT
を検出する電圧センサ、１２はインバータ３の交流側電
流（インバータ電流）ＩR、ＩS、ＩTを検出する電流セ
ンサ、１３は直流コンデンサ４の電圧ＶDを検出する電
圧センサである。２０は制御回路であり、ＣＰＵ２１、
メモリ２２、ゲートパルス発生回路２３、Ａ／Ｄ変換回
路２４から構成されており、直流電圧ＶDが所望の値と
なるように、３相交流電源１の電圧に応じてインバータ
電流を制御する制御演算を行い、ゲートパルス発生回路
２３を介してインバータをスイッチングさせ、交流電力
を直流電力に変換する。
づいて説明する。図１は周波数検出装置を持つ高力率コ
ンバータ等の交流電源に接続される電力変換装置を示す
ブロック図であり、１は３相交流電源、２はリアクト
ル、３はインバータである。インバータ３は、例えば図
２に示すようにトランジスタとダイオードのブリッジ接
続されたものである。４は直流コンデンサ、５は直流負
荷である。１１は３相交流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶT
を検出する電圧センサ、１２はインバータ３の交流側電
流（インバータ電流）ＩR、ＩS、ＩTを検出する電流セ
ンサ、１３は直流コンデンサ４の電圧ＶDを検出する電
圧センサである。２０は制御回路であり、ＣＰＵ２１、
メモリ２２、ゲートパルス発生回路２３、Ａ／Ｄ変換回
路２４から構成されており、直流電圧ＶDが所望の値と
なるように、３相交流電源１の電圧に応じてインバータ
電流を制御する制御演算を行い、ゲートパルス発生回路
２３を介してインバータをスイッチングさせ、交流電力
を直流電力に変換する。
【００１４】通常このような電力変換装置では、３相交
流電源１の周波数を検出し、装置の運転条件として用い
たり、装置の運転・入出力の監視を行う装置盤面のモニ
タ部において表示を行っている。次に本発明の周波数検
出装置について説明する。
流電源１の周波数を検出し、装置の運転条件として用い
たり、装置の運転・入出力の監視を行う装置盤面のモニ
タ部において表示を行っている。次に本発明の周波数検
出装置について説明する。
【００１５】図３は、制御回路２０のＣＰＵ２１にて演
算する周波数検出のブロック図である。１０１は制御演
算にて用いているＡ／Ｄ変換回路から読み込んだ３相交
流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶTを式１の演算にてｄ−ｑ
軸回転座標上の値に変換する３相／２相変換回路であ
る。
算する周波数検出のブロック図である。１０１は制御演
算にて用いているＡ／Ｄ変換回路から読み込んだ３相交
流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶTを式１の演算にてｄ−ｑ
軸回転座標上の値に変換する３相／２相変換回路であ
る。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここで、式１に示した変換行列中のω0ｔ
は回転速度設定器１０２にて与える。基準角速度ω0は
例えば３相交流電源１の商用周波数が５０Ｈｚであれば
２π５０に、６０Ｈｚであれば２π６０とし、ｔはサン
プリグ時間毎に式２にて更新する。
は回転速度設定器１０２にて与える。基準角速度ω0は
例えば３相交流電源１の商用周波数が５０Ｈｚであれば
２π５０に、６０Ｈｚであれば２π６０とし、ｔはサン
プリグ時間毎に式２にて更新する。
【００１８】
【数２】
【００１９】例えば、ω0が２π５０、３相交流電源１
の周波数が丁度５０Ｈｚであれば、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸
電圧Ｖｑはともに直流量となるが、もし３相交流電源１
の周波数が５０．１Ｈｚであれば、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸
電圧Ｖｑは０．１Ｈｚの交流量を持ち、ｄ−ｑ座標上で
その電圧ベクトルＶは図４に示すように回転するものと
なる。３相交流電源１の周波数変動幅は、通常、商用電
源で０．１％程度、発電機でも３％以下と考えられるの
で、３％周波数変動時の電圧ベクトル回転周波数は、５
０Ｈｚであれば１．５Ｈｚ、６０Ｈｚでも１．８Ｈｚと
なる。従って、例えば１００μsecのサンプリングで、
電圧ベクトルの回転を処理した場合、５０Ｈｚで６６６
７回／１回転、６０Ｈｚで５５５６回／１回転の演算タ
イミングがあり、ＣＰＵ２１によるＳ／Ｗにて十分な精
度で計測することができる。
の周波数が丁度５０Ｈｚであれば、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸
電圧Ｖｑはともに直流量となるが、もし３相交流電源１
の周波数が５０．１Ｈｚであれば、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸
電圧Ｖｑは０．１Ｈｚの交流量を持ち、ｄ−ｑ座標上で
その電圧ベクトルＶは図４に示すように回転するものと
なる。３相交流電源１の周波数変動幅は、通常、商用電
源で０．１％程度、発電機でも３％以下と考えられるの
で、３％周波数変動時の電圧ベクトル回転周波数は、５
０Ｈｚであれば１．５Ｈｚ、６０Ｈｚでも１．８Ｈｚと
なる。従って、例えば１００μsecのサンプリングで、
電圧ベクトルの回転を処理した場合、５０Ｈｚで６６６
７回／１回転、６０Ｈｚで５５５６回／１回転の演算タ
イミングがあり、ＣＰＵ２１によるＳ／Ｗにて十分な精
度で計測することができる。
【００２０】図３に戻り、１０３はローパスフィルタで
あり、３相交流電源１が高次の電圧歪みを含んでいる場
合に、３相／２相変換後のｄ−ｑ軸上に変換した成分に
も含まれる高次の成分を除去する。そして、位相差演算
回路１０４により、ローパスフィルタ１０３の出力Ｖｄ
ｆ、Ｖｑｆから式３により、図５に示すように、ｄ軸と
電圧ベクトルとの位相差ψを求める。
あり、３相交流電源１が高次の電圧歪みを含んでいる場
合に、３相／２相変換後のｄ−ｑ軸上に変換した成分に
も含まれる高次の成分を除去する。そして、位相差演算
回路１０４により、ローパスフィルタ１０３の出力Ｖｄ
ｆ、Ｖｑｆから式３により、図５に示すように、ｄ軸と
電圧ベクトルとの位相差ψを求める。
【００２１】
【数３】
【００２２】この位相差を微分回路１０５にて微分する
ことにより、単位時間当たりの位相変化量、即ち角速度
ω′を得る。この角速度ω′は、３相交流電源１の角速
度ωと回転座標の角速度ω0との差の角速度であるの
で、加算器１０６にてω′とω0とを加算してωを求
め、これを計数器１０７にて１／（２π）倍し、３相交
流電源１の周波数ｆを得ることができる。
ことにより、単位時間当たりの位相変化量、即ち角速度
ω′を得る。この角速度ω′は、３相交流電源１の角速
度ωと回転座標の角速度ω0との差の角速度であるの
で、加算器１０６にてω′とω0とを加算してωを求
め、これを計数器１０７にて１／（２π）倍し、３相交
流電源１の周波数ｆを得ることができる。
【００２３】このように、位相検出器、計数器等のＨ／
Ｗを用いることなく周波数を検出することができるの
で、制御回路の小型化・低コスト化が図れる。
Ｗを用いることなく周波数を検出することができるの
で、制御回路の小型化・低コスト化が図れる。
【００２４】実施の形態２．上記実施の形態１では３相
交流電圧１に高次の電圧歪みが含まれている場合を考慮
していたが、実施の形態２では電圧不平衡がある場合の
周波数検出方法を説明する。図６は制御回路２０のＣＰ
Ｕ２１にて演算する実施の形態２の周波数検出装置のブ
ロック図であり、実施の形態１との違いは、移動平均演
算回路１０８によりローパスフィルタ１０３の出力の移
動平均演算を行い、移動平均後の信号Ｖｄｆａ、Ｖｑｆ
ａから位相差ψを求めている点である。
交流電圧１に高次の電圧歪みが含まれている場合を考慮
していたが、実施の形態２では電圧不平衡がある場合の
周波数検出方法を説明する。図６は制御回路２０のＣＰ
Ｕ２１にて演算する実施の形態２の周波数検出装置のブ
ロック図であり、実施の形態１との違いは、移動平均演
算回路１０８によりローパスフィルタ１０３の出力の移
動平均演算を行い、移動平均後の信号Ｖｄｆａ、Ｖｑｆ
ａから位相差ψを求めている点である。
【００２５】ところで、３相交流電源の電圧ＶR、ＶS、
ＶTに電圧不平衡があると、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖ
ｑに基本周波数の２倍周波のリップル成分が存在する。
今、３相交流電圧ＶR、ＶS、ＶTが、式４に示すよう
に、例えば、その振幅に関して不平衡がある場合を想定
すると、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｑ、Ｖｄは式１を適用する
ことにより、それぞれ式５、式６で示される。
ＶTに電圧不平衡があると、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖ
ｑに基本周波数の２倍周波のリップル成分が存在する。
今、３相交流電圧ＶR、ＶS、ＶTが、式４に示すよう
に、例えば、その振幅に関して不平衡がある場合を想定
すると、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｑ、Ｖｄは式１を適用する
ことにより、それぞれ式５、式６で示される。
【００２６】
【数４】
【００２７】
【数５】
【００２８】
【数６】
【００２９】式５、式６から判るように、電圧不平衡が
あると、電圧Ｖｄ、Ｖｑに基本周波数の２倍周波のリッ
プル分が存在し、このまま位相差ψの変化速度を求めて
も正しい角速度を得ることができない。そこで、この実
施の形態２においては、移動平均演算回路１０８を設
け、Ｔ0＝１／ω0の周期で移動平均を演算する。実施の
形態１で述べたように、３相交流電源１の周波数変動幅
は多い場合でも３％以下と考えられるので、上記の移動
平均をとることにより、移動平均の周期Ｔ0の整数分の
１の（周波数が整数倍の）高調波は平均化されほぼ零と
なって上述したリップル分をほぼ除去することができ
る。
あると、電圧Ｖｄ、Ｖｑに基本周波数の２倍周波のリッ
プル分が存在し、このまま位相差ψの変化速度を求めて
も正しい角速度を得ることができない。そこで、この実
施の形態２においては、移動平均演算回路１０８を設
け、Ｔ0＝１／ω0の周期で移動平均を演算する。実施の
形態１で述べたように、３相交流電源１の周波数変動幅
は多い場合でも３％以下と考えられるので、上記の移動
平均をとることにより、移動平均の周期Ｔ0の整数分の
１の（周波数が整数倍の）高調波は平均化されほぼ零と
なって上述したリップル分をほぼ除去することができ
る。
【００３０】このように、位相検出器、計数器等のＨ／
Ｗを用いることなく周波数を検出することができるのに
加え、３相交流電源に電圧不平衡があっても正確に周波
数を検出することができる。
Ｗを用いることなく周波数を検出することができるのに
加え、３相交流電源に電圧不平衡があっても正確に周波
数を検出することができる。
【００３１】実施の形態３．上記実施の形態２では電圧
不平衡に対する影響を移動平均により除去していたが、
実施の形態３では、３相交流電源１の逆相電圧を求め、
これを３相交流電源電圧１の各相電圧より減じ、不平衡
のない正相電圧を作成し、この正相電圧を基に上記実施
の形態１と同一の方法で、電圧不平衡の影響を受けない
周波数検出を行っている。
不平衡に対する影響を移動平均により除去していたが、
実施の形態３では、３相交流電源１の逆相電圧を求め、
これを３相交流電源電圧１の各相電圧より減じ、不平衡
のない正相電圧を作成し、この正相電圧を基に上記実施
の形態１と同一の方法で、電圧不平衡の影響を受けない
周波数検出を行っている。
【００３２】図７は制御回路２０のＣＰＵ２１にて演算
する実施の形態３の周波数検出ブロック図であり、実施
の形態１との違いは逆相検出用３相／２相変換回路１１
１、ローパスフィルタ１１２、逆相検出用２相／３相変
換回路１１３、減算器１１４〜１１６を追加した点であ
る。逆相検出用３相／２相変換回路１１１は、式７に示
すように相順を逆にした変換行列により、ｄ軸、ｑ軸上
で逆相電圧成分を直流量として含んでいる信号Ｖｄｒ、
Ｖｑｒを作成する。
する実施の形態３の周波数検出ブロック図であり、実施
の形態１との違いは逆相検出用３相／２相変換回路１１
１、ローパスフィルタ１１２、逆相検出用２相／３相変
換回路１１３、減算器１１４〜１１６を追加した点であ
る。逆相検出用３相／２相変換回路１１１は、式７に示
すように相順を逆にした変換行列により、ｄ軸、ｑ軸上
で逆相電圧成分を直流量として含んでいる信号Ｖｄｒ、
Ｖｑｒを作成する。
【００３３】
【数７】
【００３４】従って、この信号をローパスフィルタ１１
２に入力し、逆相電圧に相当した直流成分Ｖｄｒｆ、Ｖ
ｑｒｆを取りだすことができる。これを式８に示す逆相
検出用２相／３相変換回路１１３により３相座標上の信
号ＶRｒ、ＶSｒ、ＶTｒに変換し、減算器１１４〜１１
６により３相交流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶTからそれ
ぞれ減じることにより、不平衡の無い３相電圧ＶRｎ、
ＶSｎ、ＶTｎを得る。この信号を上記実施の形態１と同
様に、３相／２相変換回路１０１への入力とすることに
より３相交流電源１の周波数ｆを検出する。
２に入力し、逆相電圧に相当した直流成分Ｖｄｒｆ、Ｖ
ｑｒｆを取りだすことができる。これを式８に示す逆相
検出用２相／３相変換回路１１３により３相座標上の信
号ＶRｒ、ＶSｒ、ＶTｒに変換し、減算器１１４〜１１
６により３相交流電源１の電圧ＶR、ＶS、ＶTからそれ
ぞれ減じることにより、不平衡の無い３相電圧ＶRｎ、
ＶSｎ、ＶTｎを得る。この信号を上記実施の形態１と同
様に、３相／２相変換回路１０１への入力とすることに
より３相交流電源１の周波数ｆを検出する。
【００３５】
【数８】
【００３６】このように３相交流電源の逆相分を常時検
出し、これを３相交流電源電圧から減じ、不平衡の無い
正相分のみの電圧としてから、周波数を検出しているの
で、上記実施の形態２と比べて、逆相分をより正確に除
去することができ、位相検出器、計数器等のＨ／Ｗを用
いることなく周波数を検出することができるのに加え、
３相交流電源に電圧不平衡があっても、周波数変動幅に
よらず正確に周波数を検出することができる。
出し、これを３相交流電源電圧から減じ、不平衡の無い
正相分のみの電圧としてから、周波数を検出しているの
で、上記実施の形態２と比べて、逆相分をより正確に除
去することができ、位相検出器、計数器等のＨ／Ｗを用
いることなく周波数を検出することができるのに加え、
３相交流電源に電圧不平衡があっても、周波数変動幅に
よらず正確に周波数を検出することができる。
【００３７】勿論、実施の形態２の移動平均演算による
方式と、実施の形態３の逆相電圧検出による方式との両
者を併用することもでき、この場合、一層高精度の周波
数検出が可能となる。
方式と、実施の形態３の逆相電圧検出による方式との両
者を併用することもでき、この場合、一層高精度の周波
数検出が可能となる。
【００３８】実施の形態４．上記実施の形態１ないし３
では、ｄ−ｑ軸回転座標の回転速度を５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚに固定していたが、この実施の形態４では位相差
ψが一定となるように回転速度を変化させるよう構成し
ている。図８は制御回路２０のＣＰＵ２１にて演算する
実施の形態４の周波数検出ブロック図であり、実施の形
態１との違いは、３相／２相変換回路１０１のｄ−ｑ軸
回転座標の角速度を第１の角速度ω1とし、微分回路１
０５からの出力である角速度ω′を積分演算などで増幅
し第２の角速度ω2として出力する増幅回路１０９、第
２の角速度ω2と３相交流電源１の基準角速度ω0（２π
５０または２π６０）とを加算する加算器１１０を追加
した点である。
では、ｄ−ｑ軸回転座標の回転速度を５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚに固定していたが、この実施の形態４では位相差
ψが一定となるように回転速度を変化させるよう構成し
ている。図８は制御回路２０のＣＰＵ２１にて演算する
実施の形態４の周波数検出ブロック図であり、実施の形
態１との違いは、３相／２相変換回路１０１のｄ−ｑ軸
回転座標の角速度を第１の角速度ω1とし、微分回路１
０５からの出力である角速度ω′を積分演算などで増幅
し第２の角速度ω2として出力する増幅回路１０９、第
２の角速度ω2と３相交流電源１の基準角速度ω0（２π
５０または２π６０）とを加算する加算器１１０を追加
した点である。
【００３９】３相交流電源１の角速度ωとω0との差に
より、ｄ−ｑ軸上で電圧ベクトルは差の角速度ω′で回
転する。従って、ω′が正の時はω1を増加し、ω′が
負の時はω1を減少させることにより、ω1を３相交流電
源１の角速度ωと同一とすることができる。ω1の増減
制御を増幅回路１０９を用いたフィードバックループを
構成することにより実現している。応答を良くするため
に増幅演算の出力ω2にあらかじめ基準値ω0を加算し、
増幅演算の出力信号が調整分として働くように構成して
いる。従って、定常的にはω′はほぼ零となりω1が３
相交流電源１の角速度ωとなる。しかし、過渡的にも正
確な周波数を検出するために、ω′が零でない場合を考
慮し、実施の形態１と同じくω′とω1とを加算器１０
６にて加算してから、計数器１０７にて１／（２π）倍
し、３相交流電源１の周波数ｆを求めている。
より、ｄ−ｑ軸上で電圧ベクトルは差の角速度ω′で回
転する。従って、ω′が正の時はω1を増加し、ω′が
負の時はω1を減少させることにより、ω1を３相交流電
源１の角速度ωと同一とすることができる。ω1の増減
制御を増幅回路１０９を用いたフィードバックループを
構成することにより実現している。応答を良くするため
に増幅演算の出力ω2にあらかじめ基準値ω0を加算し、
増幅演算の出力信号が調整分として働くように構成して
いる。従って、定常的にはω′はほぼ零となりω1が３
相交流電源１の角速度ωとなる。しかし、過渡的にも正
確な周波数を検出するために、ω′が零でない場合を考
慮し、実施の形態１と同じくω′とω1とを加算器１０
６にて加算してから、計数器１０７にて１／（２π）倍
し、３相交流電源１の周波数ｆを求めている。
【００４０】このように３相交流電源の角速度と回転座
標の角速度とが同じになるようにフィードバックループ
を構成しているので、位相検出器、計数器等のＨ／Ｗを
用いることなく周波数を精度良く検出することができ
る。
標の角速度とが同じになるようにフィードバックループ
を構成しているので、位相検出器、計数器等のＨ／Ｗを
用いることなく周波数を精度良く検出することができ
る。
【００４１】なお、上記実施の形態４では実施の形態１
の周波数検出装置に位相差ψを一定に制御するフィード
バックループを追加しているが、同様の構成は実施の形
態２、３に対しても構成することができる。
の周波数検出装置に位相差ψを一定に制御するフィード
バックループを追加しているが、同様の構成は実施の形
態２、３に対しても構成することができる。
【００４２】なお、上記各実施の形態では位相差ψの演
算にsin-1を用いているが（式３）、cos-1、tan-1等を
用いても良い。
算にsin-1を用いているが（式３）、cos-1、tan-1等を
用いても良い。
【００４３】また、ローパスフィルタを微分演算の後方
に配置してもよく、３相／２相変換回路の出力には必ず
しもフィルタを設けなくてもよい。
に配置してもよく、３相／２相変換回路の出力には必ず
しもフィルタを設けなくてもよい。
【００４４】また、上記各実施の形態では、基準角速度
ω0として、３相交流電源１の商用周波数である５０Ｈ
ｚまたは６０Ｈｚに相当する値としているが、これに限
られるものではなく、例えば、５５Ｈｚとして５０Ｈ
ｚ、６０Ｈｚのいずれの商用周波数の場合にも、共用で
適用できるようにしてもよい。
ω0として、３相交流電源１の商用周波数である５０Ｈ
ｚまたは６０Ｈｚに相当する値としているが、これに限
られるものではなく、例えば、５５Ｈｚとして５０Ｈ
ｚ、６０Ｈｚのいずれの商用周波数の場合にも、共用で
適用できるようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、請求項１に係る周波数検
出装置においては、３相交流電源の電圧を所定の基準角
速度で回転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３
相／２相変換手段、上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベ
クトルの角速度を演算する手段、および上記基準角速度
に上記電圧ベクトルの角速度を加算して上記３相交流電
源の周波数を演算する手段を備えたので、ＰＬＬ回路を
用いた位相検出器、計数器等のＨ／Ｗを用いることなく
周波数を検出することができ、構成の小型化、低コスト
化が図れる。
出装置においては、３相交流電源の電圧を所定の基準角
速度で回転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３
相／２相変換手段、上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベ
クトルの角速度を演算する手段、および上記基準角速度
に上記電圧ベクトルの角速度を加算して上記３相交流電
源の周波数を演算する手段を備えたので、ＰＬＬ回路を
用いた位相検出器、計数器等のＨ／Ｗを用いることなく
周波数を検出することができ、構成の小型化、低コスト
化が図れる。
【００４６】請求項２に係る周波数検出装置において
は、３相交流電源の電圧を第１の角速度で回転するｄ−
ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３相／２相変換手段、
上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベクトルの角速度を演
算する手段、所定の基準角速度に、上記電圧ベクトルの
角速度が零となるよう上記電圧ベクトルの角速度を増幅
してなる第２の角速度を加算し上記第１の角速度として
出力する手段、および上記第１の角速度に上記電圧ベク
トルの角速度を加算して上記３相交流電源の周波数を演
算する手段を備えたので、ＰＬＬ回路を用いた位相検出
器、計数器等のＨ／Ｗを用いることなく周波数を検出す
ることができ、構成の小型化、低コスト化が図れる。
は、３相交流電源の電圧を第１の角速度で回転するｄ−
ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３相／２相変換手段、
上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベクトルの角速度を演
算する手段、所定の基準角速度に、上記電圧ベクトルの
角速度が零となるよう上記電圧ベクトルの角速度を増幅
してなる第２の角速度を加算し上記第１の角速度として
出力する手段、および上記第１の角速度に上記電圧ベク
トルの角速度を加算して上記３相交流電源の周波数を演
算する手段を備えたので、ＰＬＬ回路を用いた位相検出
器、計数器等のＨ／Ｗを用いることなく周波数を検出す
ることができ、構成の小型化、低コスト化が図れる。
【００４７】また、請求項３に係る周波数検出装置にお
いては、基準角速度を３相交流電源の商用周波数に相当
する値としたので、３相交流電源の検出すべき周波数
と、検出制御の基準とする周波数との偏差が小さくな
り、精度の高い周波数検出が可能となる。
いては、基準角速度を３相交流電源の商用周波数に相当
する値としたので、３相交流電源の検出すべき周波数
と、検出制御の基準とする周波数との偏差が小さくな
り、精度の高い周波数検出が可能となる。
【００４８】また、請求項４に係る周波数検出装置にお
いては、ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に含まれる高次成分
を除去するローパスフィルタを備えたので、３相交流電
源に存在する高調波成分の影響が抑制され、周波数の検
出精度が向上する。
いては、ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に含まれる高次成分
を除去するローパスフィルタを備えたので、３相交流電
源に存在する高調波成分の影響が抑制され、周波数の検
出精度が向上する。
【００４９】また、請求項５に係る周波数検出装置にお
いては、ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に含まれる、回転角
速度の２倍の角速度に相当する周波数のリップル成分を
除去する移動平均演算手段を備えたので、３相交流電源
に存在する電圧不平衡成分の影響が抑制され周波数の検
出精度が向上する。
いては、ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に含まれる、回転角
速度の２倍の角速度に相当する周波数のリップル成分を
除去する移動平均演算手段を備えたので、３相交流電源
に存在する電圧不平衡成分の影響が抑制され周波数の検
出精度が向上する。
【００５０】また、請求項６に係る周波数検出装置にお
いては、３相交流電源の逆相電圧成分を演算する手段を
備え、上記３相交流電源の電圧から上記逆相電圧成分を
減算した電圧を３相／２相変換手段に入力するようにし
たので、３相交流電源に存在する逆相電圧成分が除去さ
れ、周波数の検出精度が向上する。
いては、３相交流電源の逆相電圧成分を演算する手段を
備え、上記３相交流電源の電圧から上記逆相電圧成分を
減算した電圧を３相／２相変換手段に入力するようにし
たので、３相交流電源に存在する逆相電圧成分が除去さ
れ、周波数の検出精度が向上する。
【００５１】また、請求項７に係る周波数検出装置にお
いては、逆相電圧成分演算手段は、３相交流電源の電圧
の相順を逆にしてｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する
ことにより逆相電圧２相成分を演算する逆相検出用３相
／２相変換手段、および上記逆相電圧２相成分をローパ
スフィルタを経て入力し３相交流電圧成分に変換するこ
とにより逆相電圧成分を演算する逆相検出用２相／３相
変換手段からなるので、３相交流電源の逆相電圧成分の
検出がＨ／Ｗを用いることなく簡単な構成で実現する。
いては、逆相電圧成分演算手段は、３相交流電源の電圧
の相順を逆にしてｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する
ことにより逆相電圧２相成分を演算する逆相検出用３相
／２相変換手段、および上記逆相電圧２相成分をローパ
スフィルタを経て入力し３相交流電圧成分に変換するこ
とにより逆相電圧成分を演算する逆相検出用２相／３相
変換手段からなるので、３相交流電源の逆相電圧成分の
検出がＨ／Ｗを用いることなく簡単な構成で実現する。
【図１】 この発明の実施の形態１の周波数検出装置を
使用した電力変換装置を示すブロック図である。
使用した電力変換装置を示すブロック図である。
【図２】 実施の形態１のインバータの略線図である。
【図３】 実施の形態１の周波数検出装置を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】 実施の形態１による周波数検出方法を説明す
るベクトル図である。
るベクトル図である。
【図５】 実施の形態１による周波数検出装置を説明す
るベクトル図である。
るベクトル図である。
【図６】 実施の形態２の周波数検出装置を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図７】 実施の形態３の周波数検出装置を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図８】 実施の形態４の周波数検出装置を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図９】 従来の周波数検出装置を使用した電力変換装
置を示すブロック図である。
置を示すブロック図である。
【図１０】 サイリスタ整流器の略線図である。
１ ３相交流電源、１０１ ３相／２相変換回路、１０
２ 回転速度設定器、１０３ ローパスフィルタ、１０
４ 位相差演算回路、１０５ 微分回路、１０６ 加算
器、１０７ 計数器、１０８ 移動平均演算回路、１０
９ 増幅回路、１１０ 加算器、１１１ 逆相検出用３
相／２相変換回路、１１２ ローパスフィルタ、１１３
逆相検出用２相／３相変換回路、１１４〜１１６ 減
算器、ＶR，ＶS，ＶT ３相交流電源電圧、ＶRｒ，ＶS
ｒ，ＶTｒ 逆相電圧成分、Ｖｄ，Ｖｑ ｄ−ｑ軸電
圧、ψ 位相差、ω0 基準角速度、ω′ 電圧ベクト
ルの角速度、ω1 第１の角速度、ω2 第２の角速度、
ω ３相交流電源の角速度、ｆ ３相交流電源の周波
数。
２ 回転速度設定器、１０３ ローパスフィルタ、１０
４ 位相差演算回路、１０５ 微分回路、１０６ 加算
器、１０７ 計数器、１０８ 移動平均演算回路、１０
９ 増幅回路、１１０ 加算器、１１１ 逆相検出用３
相／２相変換回路、１１２ ローパスフィルタ、１１３
逆相検出用２相／３相変換回路、１１４〜１１６ 減
算器、ＶR，ＶS，ＶT ３相交流電源電圧、ＶRｒ，ＶS
ｒ，ＶTｒ 逆相電圧成分、Ｖｄ，Ｖｑ ｄ−ｑ軸電
圧、ψ 位相差、ω0 基準角速度、ω′ 電圧ベクト
ルの角速度、ω1 第１の角速度、ω2 第２の角速度、
ω ３相交流電源の角速度、ｆ ３相交流電源の周波
数。
Claims (7)
- 【請求項１】 ３相交流電源の電圧を所定の基準角速度
で回転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３相／
２相変換手段、上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベクト
ルの角速度を演算する手段、および上記基準角速度に上
記電圧ベクトルの角速度を加算して上記３相交流電源の
周波数を演算する手段を備えた周波数検出装置。 - 【請求項２】 ３相交流電源の電圧を第１の角速度で回
転するｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変換する３相／２相
変換手段、上記ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧のベクトルの
角速度を演算する手段、所定の基準角速度に、上記電圧
ベクトルの角速度が零となるよう上記電圧ベクトルの角
速度を増幅してなる第２の角速度を加算し上記第１の角
速度として出力する手段、および上記第１の角速度に上
記電圧ベクトルの角速度を加算して上記３相交流電源の
周波数を演算する手段を備えた周波数検出装置。 - 【請求項３】 基準角速度を３相交流電源の商用周波数
に相当する値としたことを特徴とする請求項１または２
記載の周波数検出装置。 - 【請求項４】 ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に含まれる高
次成分を除去するローパスフィルタを備えたことを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の周波数検出
装置。 - 【請求項５】 ｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に含まれる、
回転角速度の２倍の角速度に相当する周波数のリップル
成分を除去する移動平均演算手段を備えたことを特徴と
する請求項１ないし４のいずれかに記載の周波数検出装
置。 - 【請求項６】 ３相交流電源の逆相電圧成分を演算する
手段を備え、上記３相交流電源の電圧から上記逆相電圧
成分を減算した電圧を３相／２相変換手段に入力するよ
うにしたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
に記載の周波数検出装置。 - 【請求項７】 逆相電圧成分演算手段は、３相交流電源
の電圧の相順を逆にしてｄ−ｑ軸回転座標上の電圧に変
換することにより逆相電圧２相成分を演算する逆相検出
用３相／２相変換手段、および上記逆相電圧２相成分を
ローパスフィルタを経て入力し３相交流電圧成分に変換
することにより逆相電圧成分を演算する逆相検出用２相
／３相変換手段からなることを特徴とする請求項６記載
の周波数検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32529196A JP3492124B2 (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 周波数検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32529196A JP3492124B2 (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 周波数検出装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003310869A Division JP3621086B2 (ja) | 2003-09-03 | 2003-09-03 | 周波数検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170563A true JPH10170563A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3492124B2 JP3492124B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=18175182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32529196A Expired - Fee Related JP3492124B2 (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 周波数検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3492124B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101881796A (zh) * | 2010-06-30 | 2010-11-10 | 天津市德力电子仪器有限公司 | 一种频率计数模块和计数方法及应用 |
| JP2012163543A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-08-30 | Daihen Corp | 周波数検出装置 |
| JP2013172557A (ja) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Daihen Corp | 周波数検出装置、および、当該周波数検出装置を備えた単独運転検出装置 |
| JP2014153354A (ja) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | ３相電力系統における周波数及び位相を推定する方法 |
| CN106019068A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-10-12 | 北京交通大学 | 一种动车组网侧变流器的网压中断检测及控制方法 |
| CN107271772A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-20 | 南京工程学院 | 一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法 |
| EP4099025A4 (en) * | 2020-01-30 | 2023-11-08 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | SYSTEM FREQUENCY DETECTOR |
-
1996
- 1996-12-05 JP JP32529196A patent/JP3492124B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2014153354A (ja) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | ３相電力系統における周波数及び位相を推定する方法 |
| CN106019068A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-10-12 | 北京交通大学 | 一种动车组网侧变流器的网压中断检测及控制方法 |
| CN107271772A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-20 | 南京工程学院 | 一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法 |
| CN107271772B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-06-25 | 南京工程学院 | 一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法 |
| EP4099025A4 (en) * | 2020-01-30 | 2023-11-08 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | SYSTEM FREQUENCY DETECTOR |
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|---|---|
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