JP2005195383A - 実効値電圧算出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発電機の第1出力電圧の瞬時値(Va)を検出する第1出力電圧検出手段と、前記第1出力電圧の瞬時値に対して位相差が120度である第2出力電圧の瞬時値(Vb)を検出する第2出力電圧検出手段と、前記第1出力電圧の瞬時値と前記第2出力電圧の瞬時値とから、式(1)の演算を行うことにより前記発電機の近似実効値電圧(E)を算出する近似実効値電圧算出手段23と、を備える近似実効値電圧算出装置10とした。
E={2(Va 2+VaVb+Vb 2)/3}1/2 (1)
【選択図】 図1
Description
実効値=((1/n)ΣiVi 2)1/2 (a)
E={2(Va 2+VaVb+Vb 2)/3}1/2 (3)
E:実効値電圧
Va:第1出力電圧の瞬時値
Vb:第2出力電圧の瞬時値
Em=(E1+E2+E3)/3 (4)
Em:平均実効値電圧
E1:第1実効値電圧
E2:第2実効値電圧
E3:第3実効値電圧
また、第1実効値電圧〜第3実効値電圧を用いて、平均実効値電圧算出手段により平均実効値電圧を算出することで実効値電圧に含まれる計測誤差を平均化することができる。
さらに、発電機の出力電圧が理想的な波形でなく、ノイズや高調波の影響を受けて波形歪みが生じた場合であっても、移動平均値算出手段により所定数の実効値電圧又は平均実効値電圧の移動平均を算出してその値を修正して使用することで、算出精度を向上させることができる。
三相交流発電機の出力電圧の波形は、各々120度の位相差がある式(1−1)〜式(1−3)で表される3つのサインカーブとして表現することができる。
Vvw,t=21/2・Et・sin(ωt+θ−2π/3) (1−2)
Vwu,t=21/2・Et・sin(ωt+θ−4π/3) (1−3)
Vuv,t:t時点における発電機電機子巻線UV間で検出される出力電圧の瞬時値
(後記第3検出電圧に相当)
Vvw,t:t時点における発電機電機子巻線VW間で検出される出力電圧の瞬時値
(後記第1検出電圧に相当)
Vwu,t:t時点における発電機電機子巻線WU間で検出される出力電圧の瞬時値
(後記第2検出電圧に相当)
Et:t時点における実効値電圧
まず、式(1−2)及び式(1−3)に加法定理を適用すると、式(2−2)及び式(2−3)になる。
−(31/2/2}cos(ωt+θ)} (2−2)
Vwu,t=21/2・Et{−(1/2)sin(ωt+θ)
+(31/2/2}cos(ωt+θ)} (2−3)
Vvw,t+Vwu,t=−21/2・Et・sin(ωt+θ) であるため、
sin(ωt+θ)=−(Vvw,t+Vwu,t)/(21/2・Et) (3−1)
Vvw,t−Vwu,t=−61/2・Et・cos(ωt+θ) であるため、
cos(ωt+θ)=−(Vvw,t−Vwu,t)/(61/2・Et) (3−2)
式(3−1),式(3−2)を用い、
(Et)1={2(Vvw,t 2+Vvw,tVwu,t+Vwu,t 2)/3}1/2 (4−1)
但し、Vvw,tとVwu,tから算出された第1実効値電圧(Et)を(Et)1の ように表記した
(Et)2={2(Vwu,t 2+Vwu,tVuv,t+Vuv,t 2)/3}1/2 (4−2)
(Et)3={2(Vuv,t 2+Vuv,tVvw,t+Vvw,t 2)/3}1/2 (4−3)
(Et)m={(Et)1+(Et)2+(Et)3}/3 (5−1)
(Et)m:t時点における平均実効値電圧
一方、三相交流発電機の出力電圧の波形が、ノイズや高調波等の影響を受けることに起因して理想的なサインカーブでなくなった場合には、平均実効値電圧(又は、各実効値電圧)のt時点から所定個数(n、例えば4個)遡った一群の平均実効値電圧の時系列データの移動平均をとることにより移動平均実効値電圧を求めることができる(式(6−1))。
E’t=Σt'=1-n(Et')m/n (6−1)
E’t:t時点における移動平均をとった移動平均実効値電圧
t’:t時点から所定個数(n)遡った時点
Σt'=1〜n:t’が1〜nまでの(Et')mの和をとる演算を示す
本発明の実効値電圧算出装置10は三相交流発電機(図示せず)に設けられており、第1変圧器11〜第3変圧器13(降圧手段)と、マイコン20におけるA/Dコンバータ21(A/D変換手段)、出力電圧検出手段22、実効値電圧算出手段23、平均実効値電圧算出手段24、移動平均実効値電圧算出手段25(移動平均値算出手段)及び記憶手段26と、から構成されている。
なお、他の実施形態として、検出する三相交流発電機における出力電圧の瞬時値の個数分のA/Dコンバータ及び出力電圧検出手段を設ける構成としてもよい。
平均実効値電圧算出手段24は、実効値電圧算出手段23で算出された第1実効値電圧〜第3実効値電圧から、式(5−1)を演算することにより、平均実効値電圧を算出するための手段である。算出された平均実効値電圧は、記憶手段26のメモリ26aに格納されるようになっている。
算出された移動平均実効値電圧、及び、第1実効値電圧〜第3実効値電圧は、マイコン20の他の手段に出力されることで、三相交流発電機に接続されている自動電圧調整装置やインバータ装置の入力値とすること等に用いることができる。
本発明の実効値電圧算出装置10の動作について説明する。
そして、検出された第1検出電圧〜第3検出電圧は、実効値電圧算出手段23に入力され、前記式(4−1)〜式(4−3)の演算が行われることにより、第1実効値電圧〜第3実効値電圧が算出されるとともに、式(5−1)により、平均実効値電圧が算出され、その値が記憶手段26のメモリ26aに格納される。
そして、移動平均実効値電圧算出手段25は、平均実効値電圧が算出されるごとにその値を随時読みとり、この読みとられた平均実効値電圧の最新データで、記憶手段26のメモリ26aから抽出された一群の時系列データの中の最古のデータを置換した上で、当該平均実効値電圧の時系列データを用いて、式(6−1)の演算を行い移動平均実効値電圧を算出し、マイコン20の他の手段に出力することになる。
なお、この実効値電圧は、真の実効値と比較して若干精度は劣ることになるが、1周期ごとに検出するのではなく、前記所定の周期ごとに検出しているので算出速度が迅速であるため、三相交流発電機に接続されている自動電圧調整装置やインバータ装置等における入力値として使用する場合には、非常に効果的である。
また、算出された実効値電圧は、三相交流発電機の出力電圧の周波数に依存することがないため、マイコン20等によるその後の処理を容易に行うことができる。
前記実施形態では、3つの変圧器を使用したが、1つの三相用変圧器を用いてもよく、所定の割合に降圧できる装置であればよい。従って、変圧器の数は必要とする相数に対応していればよく、降圧手段として成立するものであれば、適宜定めることができる。
また、前記実施形態では、三相交流発電機について記載してあるが、120度の位相差である出力電圧を出力可能な発電機であればよい。
そして、本発明では、出力電圧検出手段として、線間電圧の瞬時値を検出する構成としたが、相電圧の瞬時値を検出する構成としてもよい。
さらに、本発明の実効値電圧算出装置は、エンジン駆動発電機に限らず、種々の発電機に適用可能である。
11〜13 変圧器(降圧手段)
20 マイコン
21 A/Dコンバータ(A/D変換手段)
22 出力電圧検出手段
23 実効値電圧算出手段
24 平均実効値電圧算出手段
25 移動平均実効値電圧算出手段(移動平均値算出手段)
26 記憶手段
26a メモリ
U,V,W 発電機電機子巻線
Claims (4)
- 発電機の出力電圧の瞬時値を所望の割合に降圧する降圧手段と、
前記降圧手段により降圧した前記発電機の出力電圧の瞬時値のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換手段によりデジタル信号に変換された前記発電機の第1出力電圧の瞬時値を検出する第1出力電圧検出手段と、
前記第1出力電圧の瞬時値に対して位相差が120度であり、前記A/D変換手段によりデジタル信号に変換された第2出力電圧の瞬時値を検出する第2出力電圧検出手段と、
前記第1出力電圧の瞬時値と前記第2出力電圧の瞬時値とから、式(1)の演算を行うことにより前記発電機の実効値電圧を算出する実効値電圧算出手段と、
を備えることを特徴とする実効値電圧算出装置。
E={2(Va 2+VaVb+Vb 2)/3}1/2 (1)
E:実効値電圧
Va:第1出力電圧の瞬時値
Vb:第2出力電圧の瞬時値 - 発電機の出力電圧の瞬時値を所望の割合に降圧する降圧手段と、
前記降圧手段により降圧した前記発電機の出力電圧の瞬時値のアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換手段によりデジタル信号に変換された前記発電機の第1出力電圧の瞬時値を検出する第1出力電圧検出手段と、
前記第1出力電圧の瞬時値に対して位相差が120度であり、前記A/D変換手段によりデジタル信号に変換された第2出力電圧の瞬時値を検出する第2出力電圧検出手段と、
前記第2出力電圧の瞬時値に対して位相差が120度であり、前記A/D変換手段によりデジタル信号に変換された第3出力電圧の瞬時値を検出する第3出力電圧検出手段と、
前記第1出力電圧の瞬時値と前記第2出力電圧の瞬時値とから算出される第1実効値電圧と、前記第2出力電圧の瞬時値と前記第3出力電圧の瞬時値とから算出される第2実効値電圧と、前記第3出力電圧の瞬時値と前記第1出力電圧の瞬時値とから算出される第3実効値電圧とを用いて、式(2)の演算を行うことにより前記発電機の平均実効値電圧を算出する平均実効値電圧算出手段と、
を備えることを特徴とする実効値電圧算出装置。
Em=(E1+E2+E3)/3 (2)
Em:平均実効値電圧
E1:第1実効値電圧
E2:第2実効値電圧
E3:第3実効値電圧 - 前記実効値電圧算出手段により前記実効値電圧が算出されるごとに、前記実効値電圧の最新値から所定個数遡った一群の実効値電圧の時系列データを格納するメモリと、
前記実効値電圧を随時読みとり、この読みとられた実効値電圧のデータで、前記メモリに格納されていた時系列データの中の最古のデータを置換した上で、前記実効値電圧の時系列データから移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の実効値電圧算出装置。 - 前記平均実効値電圧算出手段により前記平均実効値電圧が算出されるごとに、前記平均実効値電圧の最新値から所定個数遡った一群の平均実効値電圧の時系列データを格納するメモリと、
前記平均実効値電圧を随時読みとり、この読みとられた平均実効値電圧のデータで、前記メモリに格納されていた時系列データの中の最古のデータを置換した上で、前記平均実効値電圧の時系列データから移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項2に記載の実効値電圧算出装置。
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