JP3396156B2 - 三相交流の位相比較回路 - Google Patents

三相交流の位相比較回路

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JP3396156B2
JP3396156B2 JP33928597A JP33928597A JP3396156B2 JP 3396156 B2 JP3396156 B2 JP 3396156B2 JP 33928597 A JP33928597 A JP 33928597A JP 33928597 A JP33928597 A JP 33928597A JP 3396156 B2 JP3396156 B2 JP 3396156B2
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弥▲寿▲雄 横井
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日本インバータ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、同期電動機或い
はブラシレス直流モータなどの制御に利用される位相比
較回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】同期電動機或いはブラシレス直流モータ
の定速制御の手段としてPPL(Phase Lick
ed Loop)を用いる技術が従来から提案されてい
る。これらの技術においてPPL回路に組み込まれる位
相比較回路は、比較すべき二つの交流波形に基づいて得
た方形波同士を比較して、位相を検出するものである。
そして、方形波同士の位相の比較において、方形波の立
ち上がり部分の前縁又は後縁を捉えて比較処理する方式
が採用されている。そのために、もとの波形にリンギン
グと呼ばれる不要成分が含まれていると、このリンギン
グの数だけ波形線が発生するので、その波形の縁に同期
しようとして、基本周波数とはかけ離れた高い周波数に
跳躍するという誤動作が発生する。また、ノイズが混入
すると次の周期に跳躍するので生じる他、比較処理され
た波形には位相差以外の成分が含まれるので、高速処理
が難しく、応答性に欠け、その結果モータの負荷の急激
な変化に対応することができず、制御不能に陥る場合が
あった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、位相差の
みを出力することによりローパスフィルターの負担を軽
減してPLL回路の応答速度を向上させ、モータ負荷の
急激な変化に対応できる位相比較回路を得るものであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、比較する二
つの交流方形波を直接比較するのではなく、90度位相
の異なる方形波と排他的論理和回路(EXOR又はEX
NOR)により合成した後に比較するものである。請求
項1の発明は、三相交流を比較するもので、第一の三相
交流から90度位相の異なる三相交流を生成する90度
位相回路と、比較すべき第二の三相交流の方形波と前記
第一の三相交流と90度位相の異なる三相交流の方形波
とを、それぞれ対応する相毎に合成する排他的論理和回
路と、前記排他的論理和回路の三相の出力波形をアナロ
グ的に加算する加算回路とを有し、前記加算回路から前
記二つの三相交流の位相差を方形波として出力すること
を特徴とするものである。なお、第一の交流波形、90
度位相の異なる波形、比較すべき第二の交流波形がそれ
ぞれ方形波でない場合は、方形波への変換回路を組み込
む。前記90度位相回路は、三相交流を構成する各相ご
とに、他の2つの相の正弦波の波形をそのまま減算する
回路とすることができる(請求項2)が、積分回路を用
いることもできる。
【0005】
【作用】この発明において、第一の三相交流と90度位
相の異なる三相交流の方形波と、比較すべき第二の三相
交流の方形波とが、それぞれ対応する相毎に排他的論理
和回路で合成される。そして排他的論理和回路の三相の
出力波形を加算回路でアナログ的に加算することによ
り、第一の三相交流と比較すべき第二の三相交流との位
相差のみが方形波形として出力される。
【0006】
【発明の実施の形態1】図1、図2は三相交流の位相差
を検出する装置を示す。符号符号11、12、13は9
0度位相回路であり、減算回路で構成してある。すなわ
ち、R、S、Tは三相交流を構成する3つの正弦波であ
り、正弦波Rと90度位相の遅れた正弦波を得る90度
位相回路11は、S相の正弦波SとT相の正弦波Tの波
形をそのまま減算して、正弦波Rと90度位相の遅れた
正弦波R−90を出力する。他の90度位相回路12、
13も同様に、減算処理によって正弦波S、Tと90度
位相の遅れた正弦波S−90、T−90をそれぞれ出力
する。r、s、tはそれぞれ比較すべき三相交流を構成
する正弦波である。前記各正弦波R、S、Tから90度
位相の遅れた正弦波R−90、S−90、T−90、及
び比較すべき正弦波r、s、tをそれぞれコンバータ
(図示しない)によって方形波に整形する。図におい
て、波形Aは正弦波R−90の、波形Bは正弦波S−9
0の、波形Cは正弦波T−90の方形波を示し、波形D
は正弦波rの、波形Eは正弦波sの、波形Fは正弦波t
の方形波を示す。次いで、前記方形波AとDを排他的論
理和回路(EXOR)14へ入力し、方形波BとEを排
他的論理和回路15へ入力し、方形波CとFを排他的論
理和回路16へ入力すると、排他的論理和回路14から
方形波Gが、排他的論理和回路15から方形波Hが、排
他的論理和回路16から方形波Iがそれぞれ出力され
る。これらの出力された方形波G、H、Iを加算回路1
7へ入力し、アナログ的に加算すると、前記二つの三相
交流の位相差が方形波Jとして出力される。方形波Jに
おいて、+1レベルの無振部分はもとの正弦波(R、
S、T)が30度進んでいる状態を意味し、平均値0の
波形部分は位相差0度の状態を意味し、−1レベルの無
振部分は30度遅れている状態を意味する。図5は方形
波Iの示す種々の状態を説明するものである。
【0007】この方形波Jには比較すべき二つの単相交
流の波形AとEの位相差のみが現れ、位相差検出にとっ
て不要な成分は波形となって現れない。このようにして
得られた方形波Jをローパスフィルタに入力してインバ
ータの制御信号として使用する。ここで、ローパスフィ
ルターには位相差以外の成分は入力されないので、ロー
パスフィルターの負担は軽減され、高速処理が可能とな
る。また、リンディングが発生しても波形Iの立ち上が
り部の縁に現れるのみであるからローパスフィルターで
リンディング部の波形の乱れを除去することができ、誤
動作のおそれがない。
【0008】
【発明の実施の形態2】図6、図7は120度通電型の
インバータ制御に応用したものである。120度通電型
のインバータは主としてブラシレスモータの駆動に用い
られるもので、インバータの+側アームと−側アームの
ON区間の間に60度の休止区間があるのが特徴であ
る。図7において、波形A、B、Cはそれぞれ三相交流
の正弦波を方形波に整形したもの、波形D、E、Fは前
記三相交流の正弦波と90度位相の遅れた方形波、波形
G、H、Iはインバータの+側ドライブにおける方形
波、波形J、K、Lはインバータの−側ドライブにおけ
る方形波である。前記インバータにおける方形波は前記
三相交流と比較すべき三相交流である。ここで、方形波
DとGを排他的論理和回路21へ、方形波EとHを排他
的論理和回路22へ、方形波FとIを排他的論理和回路
23へ入力し、方形波M、N、Oを得る。また方形波D
とJを排他的論理和回路24へ、方形波EとKを排他的
論理和回路25へ、方形波FとLを排他的論理和回路2
6へ入力し、方形波P、Q、Rを得る。次いで、前記方
形波M、N、O、P、Q、Rを加算回路27へ入力して
アナログ的に加算すると、方形波Sが得られる。
【0009】
【発明の効果】この発明によれば、比較すべき一方の交
流の波形と90度の位相差のある方形波を得、これと比
較すべき他方の交流の方形波とをEXOR又はEXNO
Rと呼ばれる排他的論理和回路で合成した後、その出力
波形を加算回路でアナログ的に加算するので、加算回路
からの出力波形により二つの交流の位相差を検出するこ
とができる。すなわち、従来行われている比較すべき交
流の方形波同士を直接比較する方式においては、方形波
形の立ち上がり部分の前縁又は後縁を比較して処理する
ので、もとの波形にリンギングと呼ばれる不要成分が含
まれていると位相比較にノイズが入り、誤動作の発生が
避けられない。然るに、この発明においては排他的論理
和回路で合成された波形の演算処理によって位相差を検
出するので、リンギングによる波形の乱れが含まれてい
ても、ローパスフィルタによって容易に除去することが
でき、位相差の検出に影響を与えることはなく、誤動作
は防止される。また、ローパスフィルタの遮断周波数を
従来方式に比べて10倍程度高く設定でき、高速な応答
が可能である。
【0010】このように、高速な応答が可能であるか
ら、従来の制御方式を大幅に簡略化することができ、ま
た従来PLL回路では不可能と考えられていた制御を可
能にすることができる。例えば、誘導電動機のセンサレ
ルベクトル制御では、電圧と電流の位相差からすべり量
を逆算することが容易となり、同期電動機を低速域から
センサレスブラシレス電動機として運転することも可能
となる。また、これら電動機の制御ではインバータなど
半導体を用いた電力変換装置が用いられるのが一般的で
あるが、その出力波形には不要成分が多く含まれ、マイ
クロコンピュータなどのデジタルディバイスの応用を困
難にしているが、この発明においては波形の不要成分の
影響を受けることなく、二つの交流波形の位相差をアナ
ログ値として正確かつ高速に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態2の90度位相回路部分
の回路図である。
【図2】 同じく論理和解路部分の回路図である。
【図3】 同じく波形の説明図である。
【図4】 同じく方形波形の処理を示す図である。
【図5】 同じく位相差を表す波形の説明図である。
【図6】 この発明の実施形態3の論理和回路部分の回
路図である。
【図7】 同じく波形の説明図である。
【符号の説明】
11 90度位相回路 12 90度位相回路 13 90度位相回路 14 排他的論理和回路 15 排他的論理和回路 16 排他的論理和回路 17 加算回路 21 排他的論理和回路 22 排他的論理和回路 23 排他的論理和回路 24 排他的論理和回路 25 排他的論理和回路 26 排他的論理和回路 27 加算回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一の三相交流から90度位相の異なる
    三相交流を生成する90度位相回路と、 比較すべき第二の三相交流の方形波と前記第一の三相交
    流と90度位相の異なる三相交流の方形波とを、それぞ
    れ対応する相毎に合成する排他的論理和回路と、前記排
    他的論理和回路の三相の出力波形をアナログ的に加算す
    る加算回路とを有し、前記加算回路から前記二つの三相交流の位相差を方形波
    として出力する ことを特徴とする三相交流の位相比較回
  2. 【請求項2】 90度位相回路は、三相交流を構成する
    各相ごとに、他の2つの相の正弦派の波形をそのまま減
    算する回路とした、請求項1記載の三相交流の位相比較
    回路
JP33928597A 1997-11-25 1997-11-25 三相交流の位相比較回路 Expired - Lifetime JP3396156B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061132B2 (en) 2003-07-30 2006-06-13 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Reciprocating engine type electric generator
US7097507B1 (en) 2005-06-02 2006-08-29 Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. Electrical connector with improved shell

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061132B2 (en) 2003-07-30 2006-06-13 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Reciprocating engine type electric generator
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