JP2005003530A - 位相検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、単相の交流系統電圧の位相を、連続的に、高速で適切に、かつ安定して精度よく検出することを目的とする。
【解決手段】単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段６と、交流系統電圧の推定位相を基に位相の異なる二相の正弦波を発生する波形発生手段４、５と、交流系統電圧、波形発生手段４、５の出力および位相シフト手段６の出力を入力して交流系統電圧の位相と推定位相との位相差を演算する位相差検出手段１と、位相差検出手段１からの出力位相差を基に推定位相が交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整する位相推定手段２、３とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相の交流系統電圧の周波数変化や位相変化に追従して、その位相を連続的に検出することができる位相検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流送電、静止型無効電力補償装置等のパワ−エレクトロニクス機器は、交流系統電圧の位相を検出し、その検出値を用いて位相制御を行なうことにより、交流系統との間で有効・無効電力を安定に授受できるようにしている。このときに用いられる従来の位相検出器としては、例えば、図７および図８に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７において、位相検出器は、三相交流系統電圧と後述する波形発生回路の出力信号との位相差を検出する位相差検出回路１０と、この位相差検出回路１０から位相差信号が入力され、誤差増幅を行なう増幅演算回路１７と、この増幅演算回路１７の出力に応じた周波数で発振する発振回路１８と、発振回路１８の出力である検出位相θｉに対応した余弦波、正弦波を出力する波形発生回路１９、２０とからなっている。
【０００４】
この動作について説明する。位相差検出回路１０では、三相交流系統電圧と波形発生回路１９、２０からの出力信号との位相差を演算により求める。この演算により求められた位相差信号は増幅演算回路１７に入力され、誤差増幅の処理がなされる。発振回路１８には、増幅演算回路１７の出力が入力されて、この値に応じた周波数で発振し、検出位相θｉを出力する。この検出位相θｉは波形発生回路１９、２０に入力され、再び余弦波、正弦波に変換され、位相差検出回路１０にて三相交流系統電圧との位相差検出が繰り返される。
【０００５】
このようにして、三相交流系統電圧と波形発生回路１９、２０の出力信号との位相差が繰り返し求められ、その位相差Δθがゼロになるように増幅演算回路１７の出力及び発振回路１８の発振周波数が調整される。そして、三相交流系統電圧と波形発生回路１９、２０の出力信号との位相差がゼロになったとき、三相交流系統電圧と波形発生回路１９、２０の出力信号とが同期したことになり、即ち、三相交流系統電圧の位相検出ができる。
【０００６】
次に、位相差検出回路１０内の詳細を図８を用いて説明する。３相２相変換回路１３は、三相交流系統電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを入力として、次式にて二相電圧Ｖ１ｄ、Ｖ１ｑに変換する。
【０００７】
【数１】

そして、乗算回路１１ａ〜１１ｄ、加算回路１２ａ、１２ｂ、振幅演算回路１４、除算回路１５、ｓｉｎ−１演算回路１６によって、下式の演算を行ない、三相交流系統電圧と波形発生回路１９、２０の出力信号との位相差Δθを求める。
【０００８】
【数２】

ここで、ＶＦｄ、ＶＦｑは波形発生回路１９、２０の出力信号である。
【０００９】
ＶＦｄ＝ｃｏｓθｉ
ＶＦｑ＝ｓｉｎθｉ
θｉ：検出位相
従来の位相検出器は、このようにして三相交流系統電圧の位相を連続的に検出している。しかし、この位相検出器は、位相検出中に三相交流系統に事故が発生すると、三相交流系統電圧の電圧振幅低下、不平衡、歪み等に起因して位相検出誤差が増大するおそれがあった。
【００１０】
これに対し、他の従来の位相検出器として、三相交流系統電圧と後述する波形発生手段の出力との位相差を演算により求める位相差検出手段と、この位相差検出手段からの位相差を基に三相交流系統電圧の位相を推定する位相推定手段と、この位相推定手段からの位相を基に９０゜位相の異なった二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、三相交流系統電圧の振幅が定常状態の三相交流系統電圧の振幅より小さいときには、検出位相の変化量が小さくなるように制御する補正手段とを具備させて、位相検出誤差の増加を抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５５−３４８５１号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平９−１３３７１８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、単相の交流系統にパワ−エレクトロニクス機器等を導入する際、その機器の位相制御を行なうためには、単相の交流系統電圧の位相を連続的に検出することができる位相検出器が必要とされる。しかしながら、特許文献１、２に記載の従来の位相検出器は、いずれも三相交流系統電圧を前提として構成されていた。つまり、三相交流系統電圧から、３相２相変換することで、９０゜異なる位相差をもった信号を作成していた。このため、これらの位相検出器の動作原理で、単相交流系統電圧の位相を検出することはできない。
【００１４】
一方、単相交流電圧の位相を検出する従来の検出器としては、単相交流電圧のゼロクロス信号を用いたゼロクロス方式の同期検出器がある。しかし、このゼロクロス信号を用いた同期検出器は、単相交流系統電圧の位相変化への追従が遅く、また、電圧波形歪が大きい場合には、ゼロクロスのタイミングが大きくずれたり、複数のゼロクロスが発生するなどで位相検出の精度が悪化する。このため、単相の交流系統に導入するパワ−エレクトロニクス機器の位相制御に支障をきたす場合があり、所望の制御ができないおそれがあった。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、単相の交流系統電圧の位相を、連続的に、高速で適切に、かつ交流系統電圧波形に歪み等がある場合でも安定して精度よく検出することができる位相検出器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段と、前記交流系統電圧の推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、前記交流系統電圧、前記波形発生手段の出力および前記位相シフト手段の出力信号を入力して前記交流系統電圧の位相と前記推定位相との位相差を演算する位相差検出手段と、該位相差検出手段からの出力位相差を基に前記推定位相が前記交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し出力する位相推定手段とを有することを要旨とする。
【００１７】
位相検出器内で、位相シフト手段により単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する。位相差検出手段に、その位相シフト手段の出力信号、原信号である単相の交流系統電圧および波形発生手段からの位相の異なる二相の正弦波信号を入力して、交流系統電圧の位相と推定位相との位相差を演算する。位相推定手段により、位相差検出手段からの出力位相差を基に推定位相が交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し、推定位相を交流系統電圧の位相と一致させることで、単相の交流系統電圧の位相が、連続的に、高速で適切に検出される。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記交流系統電圧と前記位相シフト手段の出力信号との位相差と、前記波形発生手段で発生させる位相の異なる二相の正弦波の位相差とを同じにすることを要旨とする。
【００１９】
位相差検出手段の演算過程が簡単化されるとともに、位相差検出手段の位相差出力中のリップルが小さくなり、単相の交流系統電圧の位相が、より適切、かつ精度よく検出される。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段として、第１の正弦波を出力する波形発生回路と、その第１の正弦波出力から第２の正弦波を発生させる位相シフト回路とを用いることを要旨とする。
【００２１】
波形発生手段の構成が簡素化されて、単相の交流系統電圧の位相が、より高速で適切に検出される。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する前記位相シフト手段の特性と、第２の正弦波を発生させる前記位相シフト回路の特性とを同じにすることを要旨とする。
【００２３】
位相シフト手段および位相シフト回路の両シフト位相を等しくすることができて、上記請求項２記載の発明の作用と同様の作用が得られる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位相シフト手段のシフト位相および前記波形発生手段で発生させる位相の異なる二相の正弦波の位相差をともに９０゜とすることを要旨とする。
【００２５】
位相差検出手段の演算過程が、さらに単純化されるとともに、位相差検出手段の位相差出力中のリップルが小さくなり、単相の交流系統電圧の位相が、より一層適切、かつ精度よく検出される。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段として、遅れ時定数を適宜に選択することで所望のシフト位相を得ることが可能な一次遅れ関数を用いることを要旨とする。
【００２７】
位相シフト手段は、一次遅れ関数における遅れ時定数を適宜に選択することで所望のシフト位相とすることができるので、位相差検出手段の演算過程が簡単化されるとともに、位相差検出手段の位相差出力中のリップルが小さくなり、単相の交流系統電圧の位相が、より適切、かつ精度よく検出される。
【００２８】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段として、一次遅れ回路と、この一次遅れ回路の一次遅れ出力と前記交流系統電圧にｃｏｓφ（但し、φ：シフト位相）を乗じた信号成分とを合成する加算器とを用いることを要旨とする。
【００２９】
位相シフト手段のシフト位相は、９０゜となるので、位相差検出手段の演算過程が、単純化されるとともに、位相差検出手段の位相差出力中のリップルが小さくなり、単相の交流系統電圧の位相が、より適切、かつ精度よく検出される。
【００３０】
請求項８記載の発明は、単相の交流系統電圧から高調波成分を低減するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力を入力して前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段と、前記交流系統電圧の推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、前記交流系統電圧、前記波形発生手段の出力および前記位相シフト手段の出力信号を入力して前記交流系統電圧の位相と前記推定位相との位相差を演算する位相差検出手段と、該位相差検出手段からの出力位相差を基に前記推定位相が前記交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し出力する位相推定手段とを有することを要旨とする。
【００３１】
位相差検出手段の入力に、単相の交流系統電圧から高調波成分を低減するフィルタ手段が設けられるので、原信号である交流系統電圧波形が歪んで交流系統電圧に多くの高調波成分が含まれる場合でも、位相差検出手段に入力する交流系統電圧からは高調波成分が除去される。したがって、位相差検出手段の位相差出力中に高調波成分が含まれることがなく、単相の交流系統電圧の位相が安定して精度よく検出される。
【００３２】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記フィルタ手段として、バンドパスフィルタを用いることを要旨とする。
【００３３】
バンドパスフィルタにより、単相の交流系統電圧の基本波成分のみを通過させることで、原信号である交流系統電圧波形が歪んで交流系統電圧に多くの高調波成分が含まれる場合でも、位相差検出手段に入力する交流系統電圧から高調波成分が除去されて、単相の交流系統電圧の位相が安定して精度よく検出される。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段と、前記交流系統電圧の推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、前記交流系統電圧、前記波形発生手段の出力および前記位相シフト手段の出力信号を入力して前記交流系統電圧の位相と前記推定位相との位相差を演算する位相差検出手段と、該位相差検出手段の位相差出力信号から高調波成分を除去するフィルタ手段と、該フィルタ手段からの出力信号を基に前記推定位相が前記交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し出力する位相推定手段とを有することを要旨とする。
【００３５】
位相差検出手段の次段に、その位相差出力から高調波成分を除去するためのフィルタ手段が設けられるので、原信号である交流系統電圧波形が歪んで交流系統電圧に多くの高調波成分が含まれる場合でも、位相差検出手段の位相差出力中に高調波成分が含まれることがなく、単相の交流系統電圧の位相が安定して精度よく検出される。
【００３６】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記フィルタ手段として、ロ−パスフィルタを用いることを要旨とする。
【００３７】
ロ−パスフィルタにより、直流または低い周波数成分のみを通過させることで、原信号である交流系統電圧波形が歪んで交流系統電圧に多くの高調波成分が含まれる場合でも、位相差検出手段の位相差出力中に高調波成分が含まれることがなく、単相の交流系統電圧の位相が安定して精度よく検出される。
【００３８】
請求項１２記載の発明は、請求項１、８または１０記載の発明において、前記位相推定手段は、前記位相差検出手段の位相差出力信号を増幅する増幅演算回路と、該増幅演算回路の出力に応じた周波数で発振し、この発振信号を前記推定位相信号として出力する発振回路とで構成されることを要旨とする。
【００３９】
増幅演算回路は、その特性を適宜に選択することで、位相差検出手段からの出力位相差中、その出力位相差の大・小に応じた直流信号成分のみを増幅して、その出力を発振回路に入力する。発振回路は、その増幅演算回路からの出力に応じた周波数で発振し、その発振信号を推定位相信号として出力する。このように、増幅演算回路と発振回路とからなる位相推定手段は、推定位相が交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整して出力する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４１】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。本実施の形態の位相検出器は、位相差検出手段としての位相差検出回路１に、所要の演算処理を行なうための乗算回路１１ａ、１１ｂおよび加算回路１２が内装され、位相差検出回路１の前段には、単相の交流系統電圧Ｖ１から、その位相θと異なる位相の信号Ｖ２を作成する位相シフト手段としての位相シフト回路６が設けられている。一方、位相差検出回路１の後段には、位相差検出回路１からの位相差出力信号Δθを誤差増幅する増幅演算回路２と、この増幅演算回路２の出力に応じた周波数で発振する発振回路３とが設けられている。これらの増幅演算回路２および発振回路３で、位相差検出回路１からの位相差出力Δθを基に交流系統電圧Ｖ１の位相θを推定する位相推定手段が構成されている。位相推定手段からは、発振回路３の発振信号が、交流系統電圧Ｖ１の推定位相信号θｉとして出力される。
【００４２】
また、発振回路３の次段に、その発振回路３の出力である推定位相信号θｉを基に位相の異なる二相の正弦波信号Ｖａ、Ｖｂを発生させる波形発生手段としての第１と第２の波形発生回路４、５が設けられている。位相差検出回路１は、交流系統電圧Ｖ１、位相シフト回路６の出力信号Ｖ２および第１と第２の波形発生回路４、５からの正弦波信号Ｖａ、Ｖｂを入力して、交流系統電圧Ｖ１と波形発生回路４、５からの正弦波信号Ｖａ、Ｖｂとの位相差、即ち交流系統電圧Ｖ１の位相θと推定位相θｉとの位相差Δθを演算し出力する。
【００４３】
次に、上述のように構成された位相検出器の動作を説明する。ここでは、説明の簡単化のため、交流系統電圧Ｖ１、位相シフト回路６の出力信号Ｖ２が、次のように、振幅が１の正弦波で表せるものとする。
【００４４】
Ｖ１＝ｓｉｎθ、 Ｖ２＝ｓｉｎ（θ−φ） …（５）
第１と第２の波形発生回路４、５は、それぞれの正弦波信号Ｖａ、Ｖｂ出力を、次のように位相差φｉをもって作成する。
【００４５】
Ｖａ＝ｓｉｎ（θｉ−φｉ）、 Ｖｂ＝ｓｉｎθｉ …（６）
位相差検出回路１は、交流系統電圧Ｖ１、位相シフト回路６の出力信号Ｖ２および波形発生回路４、５からの正弦波信号Ｖａ、Ｖｂを入力して、位相差演算を次式のように行なう。
【００４６】
Δθ＝−Ｖ１＊Ｖａ＋Ｖ２＊Ｖｂ …（７）
この式（７）に、各信号を表す式を代入すると、

式（８）中の各項を、第２項と第４項、第１項と第３項でまとめる。
【００４７】

交流系統電圧Ｖ１の位相θと発振回路３の出力である推定位相信号θｉとの差が小さく一定であれば、式（９）中の第１項により、θとθｉとの差に比例する直流信号を得ることができる。
【００４８】
第１項≒ｓｉｎφ（θ−θｉ）
式（９）中の第２項と第３項は、交流系統電圧Ｖ１の周波数で変動する項であるので、増幅演算回路２は、その特性を適宜選択することで、第１項の直流信号成分のみを増幅して、その出力を発振回路３に入力することができる。
【００４９】
交流系統電圧Ｖ１の位相θが、発振回路３の出力である推定位相信号θｉより進んでいる場合は、位相差検出回路１の出力および増幅演算回路２の出力は、ともに正となり、発振回路３の発振周波数を増加させる。発振回路３の周波数が大きくなると、推定位相信号θｉの位相が進み、交流系統電圧Ｖ１の位相θと推定位相信号θｉとが一致する。この結果、交流系統電圧Ｖ１と波形発生回路４、５の出力信号との同期をとることができ、交流系統電圧Ｖ１の位相θを検出することができる。
【００５０】
上述したように、本実施の形態によれば、単相の交流系統電圧Ｖ１に対し、その位相θを連続的に検出することができ、高速に位相変化に追従しうる位相検出器を提供することができる。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る位相検出器は、上記第１の実施の形態と回路は同じであるが、次式（１０）に示すように、第１と第２の波形発生回路４、５から発生させる二つの正弦波信号ＶａとＶｂ間の位相差φｉを、位相シフト回路６のシフト位相φと等しくしている。
【００５２】
φｉ＝φ …（１０）
式（１０）の関係を、式（９）に代入すると、第２項と第３項はゼロになるので、第１項だけが残り、次のように簡単化されて、位相差検出回路１の出力として直流成分だけを抽出することができる。
【００５３】
Δθ＝ｓｉｎφｓｉｎ（θ−θｉ）≒ｓｉｎφ（θ−θｉ） …（１１）
本実施の形態によれば、位相差検出回路１の出力信号のリップルを小さくすることができて、交流系統電圧Ｖ１の位相θを、より適切、かつ精度よく検出することができる。
【００５４】
図２には、本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態の位相検出器は、波形発生手段を、第１の正弦波Ｖｂ（＝ｓｉｎθｉ）を発生させる波形発生回路５と、その第１の正弦波Ｖｂから第２の正弦波Ｖａ（＝ｓｉｎ（θｉ−φｉ））を作成する位相シフト回路７とで構成している。本実施の形態の回路構成においても、前記式（６）に示す二つの正弦波信号Ｖａ、Ｖｂを発生させることができるので、第１の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００５５】
本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態では、交流系統電圧Ｖ１の位相θと異なる位相の信号Ｖ２（＝ｓｉｎ（θ−φ））を作成する位相シフト回路６の特性と、第２の正弦波Ｖａ（＝ｓｉｎ（θｉ−φｉ））を作成する位相シフト回路７の特性とを同一にしている。このように、両位相シフト回路６、７の特性を合わせることで、位相シフト回路６のシフト位相φと位相シフト回路７のシフト位相φｉとを等しくすることができる。したがって、本実施の形態においては、第２の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態の構成においては、位相シフト回路６、７は、ゲインが１でなくてもよい。すなわち、前記式（５）、（６）において、位相シフト回路６、７の出力の振幅がｋとなってもよい。
【００５７】
Ｖ１＝ｓｉｎθ、 Ｖ２＝ｋｓｉｎ（θ−φ） …（５）′
Ｖａ＝ｋｓｉｎ（θｉ−φｉ）、 Ｖｂ＝ｓｉｎθｉ …（６）′
さらに、φｉ＝φとすると、前記式（９）、式（１１）と同様にして、式を整理すると、次式（１２）を得る。
【００５８】
Δθ＝ｋｓｉｎφｓｉｎ（θ−θｉ）≒ｋｓｉｎφ（θ−θｉ） …（１２）
したがって、ゲインｋ分だけ出力は変化するが、位相差検出回路１からの位相差出力Δθを直流分として検出することができる。
【００５９】
本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態では、位相シフト回路６のシフト位相φおよび第１と第２の波形発生回路４、５から発生させる二つの正弦波信号ＶａとＶｂ間の位相差φｉをともに９０゜としている。このため、前記式（１１）、式（１２）において、ｓｉｎφ＝１となるので、位相差検出回路１における位相差の演算を、次式のように、さらに単純化することができる。
【００６０】
Δθ＝ｓｉｎ（θ−θｉ）≒（θ−θｉ） …（１１）′
Δθ＝ｋｓｉｎ（θ−θｉ）≒ｋ（θ−θｉ） …（１２）′
本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態では、位相シフト回路として、演算が式（１３）で表される簡単な一次遅れ関数を用いる。遅れ時定数をＴ、交流系統電圧の角周波数をωとすると、シフト位相φ、ゲインｋは、それぞれ、式（１４）、式（１５）で得ることができる。
【００６１】
【数３】

遅れ時定数Ｔを適宜選択することで、所望のシフト位相φを得ることができる。したがって、第５の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００６２】
図３には、本発明の第７の実施の形態を示す。本実施の形態では、位相シフト回路６を一次遅れ回路６１と加算回路６２とで構成している。原信号である交流系統電圧Ｖ１に対し、一次遅れの出力Ｖφは、位相φ、ゲインｋだけ異なる。この信号をＶαとし、Ｖ１とＶφとから、式（１６）により、位相シフト回路６の出力信号Ｖ２を合成する。この様子を図４のベクトル図に示す。式（１６）の分子は、Ｖ１とＶφとから、Ｖ１と直交する成分を計算している。また、式（１６）の分母は、原信号である交流系統電圧Ｖ１と位相シフト回路６の出力信号Ｖ２との振幅を一致させるためのゲインの逆数である。
【００６３】
【数４】

図３中、６３、６４、６５は、それぞれゲインを示している。この図３に示す回路により、９０゜の位相シフトが実現できるので、第５の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００６４】
図５には、本発明の第８の実施の形態を示す。本実施の形態では、前記第１の実施の形態において、位相差検出回路１への入力に、交流系統電圧Ｖ１から高調波成分を低減するためのフィルタ手段としてのフィルタ回路８を設けている。交流系統電圧Ｖ１の波形が大きく歪んでいる場合は、原信号である交流系統電圧Ｖ１に多くの高調波成分を含むことになる。このため、位相差検出回路１の出力信号に多くの高調波成分が現れ、発振回路３への入力が変動して、安定した同期検出（位相検出）が困難になる恐れがある。本実施の形態では、フィルタ回路８により、交流系統電圧Ｖ１波形中の高調波成分を抑制することで、安定した位相検出を行なうことができる。
【００６５】
本発明の第９の実施の形態について説明する。本実施の形態では、上記第８の実施の形態におけるフィルタ回路８としてバンドパスフィルタを用いる。バンドパスフィルタにより、交流系統電圧Ｖ１の基本波成分のみを通過させ、高調波成分を低減することで、安定した位相検出を行なうことができる。
【００６６】
図６には、本発明の第１０の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記第１の実施の形態において、位相差検出回路１の出力に、その位相差出力Δθから高調波成分を除去するためのフィルタ手段としてのフィルタ回路９を設けている。本実施の形態では、フィルタ回路９により、位相差検出回路１の位相差出力Δθから高調波成分を除去することで、上記第８の実施の形態と同様に、安定した位相検出を行なうことができる。
【００６７】
本発明の第１１の実施の形態について説明する。本実施の形態では、上記第１０の実施の形態におけるフィルタ回路９としてをロ−パスフィルタを用いる。交流系統電圧Ｖ１が基本波成分だけであれば、位相差検出回路１からは、直流または低い周波数成分の位相差出力Δθがなされる。しかし、交流系統電圧Ｖ１に高調波成分がある場合は、位相差出力Δθに変動成分が含まれることになる。このため、位相差検出回路１の次段にロ−パスフィルタを接続して、同期するために必要な直流あるいは低い周波数成分の位相差出力Δθだけを通過させることで、安定した位相検出を行なうことができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜７および１２記載の発明によれば、位相検出器内で、位相シフト手段により単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成し、この位相シフト手段の出力信号を、単相の交流系統電圧および波形発生手段からの正弦波信号とともに位相差検出手段に入力して、交流系統電圧の位相と推定位相との位相差を演算し、この位相差検出手段からの出力位相差を基に、位相推定手段により、推定位相が交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整することで、単相の交流系統電圧の位相を、連続的に、高速で適切に、かつ精度よく検出することができる。
【００６９】
請求項８〜１１記載の発明によれば、上記共通の効果に加えてさらに、次のような効果がある。位相差検出手段の入力段または出力段に、単相の交流系統電圧から高調波成分を低減するフィルタ手段を設けたので、原信号である交流系統電圧波形が歪んで交流系統電圧に多くの高調波成分が含まれる場合でも、位相差検出手段の位相差出力から高調波成分が除去されて、単相の交流系統電圧の位相を安定して精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である位相検出器のブロック図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態のブロック図である。
【図３】本発明の第７の実施の形態における位相シフト回路の内部構成を示すブロック図である。
【図４】上記第７の実施の形態において位相シフト回路の出力信号を合成する作用を説明するためのベクトル図である。
【図５】本発明の第８の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１０の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】従来の位相検出器を示すブロック図である。
【図８】図７における位相差検出回路の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 位相差検出回路（位相差検出手段）
２ 増幅演算回路
３ 増幅演算回路とともに位相推定手段となる発振回路
４ 第１の波形発生回路（波形発生手段）
５ 第２の波形発生回路（波形発生手段）
６ 位相シフト回路（位相シフト手段）
７ 位相シフト回路
８、９ フィルタ回路（フィルタ手段）
６１ 一次遅れ回路
６２ 加算回路

Claims (12)

1. 単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段と、前記交流系統電圧の推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、前記交流系統電圧、前記波形発生手段の出力および前記位相シフト手段の出力信号を入力して前記交流系統電圧の位相と前記推定位相との位相差を演算する位相差検出手段と、該位相差検出手段からの出力位相差を基に前記推定位相が前記交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し出力する位相推定手段とを有することを特徴とする位相検出器。
2. 前記交流系統電圧と前記位相シフト手段の出力信号との位相差と、前記波形発生手段で発生させる位相の異なる二相の正弦波の位相差とを同じにすることを特徴とする請求項１記載の位相検出器。
3. 前記推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段として、第１の正弦波を出力する波形発生回路と、その第１の正弦波出力から第２の正弦波を発生させる位相シフト回路とを用いることを特徴とする請求項１記載の位相検出器。
4. 前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する前記位相シフト手段の特性と、第２の正弦波を発生させる前記位相シフト回路の特性とを同じにすることを特徴とする請求項３記載の位相検出器。
5. 前記位相シフト手段のシフト位相および前記波形発生手段で発生させる位相の異なる二相の正弦波の位相差をともに９０゜とすることを特徴とする請求項１記載の位相検出器。
6. 前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段として、遅れ時定数を適宜に選択することで所望のシフト位相を得ることが可能な一次遅れ関数を用いることを特徴とする請求項１記載の位相検出器。
7. 前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段として、一次遅れ回路と、この一次遅れ回路の一次遅れ出力と前記交流系統電圧にｃｏｓφ（但し、φ：シフト位相）を乗じた信号成分とを合成する加算器とを用いることを特徴とする請求項１記載の位相検出器。
8. 単相の交流系統電圧から高調波成分を低減するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力を入力して前記交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段と、前記交流系統電圧の推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、前記交流系統電圧、前記波形発生手段の出力および前記位相シフト手段の出力信号を入力して前記交流系統電圧の位相と前記推定位相との位相差を演算する位相差検出手段と、該位相差検出手段からの出力位相差を基に前記推定位相が前記交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し出力する位相推定手段とを有することを特徴とする位相検出器。
9. 前記フィルタ手段として、バンドパスフィルタを用いることを特徴とする請求項８記載の位相検出器。
10. 単相の交流系統電圧の位相と異なる位相の信号を作成する位相シフト手段と、前記交流系統電圧の推定位相信号を基に位相の異なる二相の正弦波を発生させる波形発生手段と、前記交流系統電圧、前記波形発生手段の出力および前記位相シフト手段の出力信号を入力して前記交流系統電圧の位相と前記推定位相との位相差を演算する位相差検出手段と、該位相差検出手段の位相差出力信号から高調波成分を除去するフィルタ手段と、該フィルタ手段からの出力信号を基に前記推定位相が前記交流系統電圧の位相と一致するように当該推定位相を調整し出力する位相推定手段とを有することを特徴とする位相検出器。
11. 前記フィルタ手段として、ロ−パスフィルタを用いることを特徴とする請求項１０記載の位相検出器。
12. 前記位相推定手段は、前記位相差検出手段の位相差出力信号を増幅する増幅演算回路と、該増幅演算回路の出力に応じた周波数で発振し、この発振信号を前記推定位相信号として出力する発振回路とで構成されることを特徴とする請求項１、８または１０記載の位相検出器。

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