JP6623857B2

JP6623857B2 - 回転数検出装置

Info

Publication number: JP6623857B2
Application number: JP2016049188A
Authority: JP
Inventors: 和生露木; 信行加藤
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: JP2017166829A

Description

本発明は、回転数検出装置に係わり、特に回転計発電機の出力電圧を取り込んで周波数検出を行う検出装置に関するものである。

例えば、エンジン連結交流発電機等では、回転速度の測定または制御用として回転計発電機が使用されている。回転計発電機を用いて交流発電機の回転数を検出する方法としては、特許文献１が公知となっている。特許文献１では、ソフトウェアで周波数検出を行うために、回転計発電機の出力電圧の瞬時値を周波数演算部に取り込み、取り込んだ瞬時値データの０クロス点から１サイクルの時間を算出して周波数に逆算変換している。これにより、パルスピックアップを取り付けることなく回転数を検出している。

特開平５−１９６６２９

回転計発電機の発生電圧特性は、回転速度０から速度の上昇に逆比例して発生電圧が上昇し、周波数演算部に取り込まれる電圧入力の周波数帯も０〜５００Hzと広域となっている。回転計発電機の出力から周波数を検出する場合、電圧実効値演算は５０Ｈｚや６０Ｈｚの系統周波数と同じ周波数においては正確な電圧実効値演算は可能であるが、それ以外の周波数では誤差が発生する。

例えば、１０Ｈｚ以下のように低周波数帯になると正確な電圧実効値の演算が出来ない。特に、周波数帯が０〜５００Hzと広範囲な周波数帯で正確な電圧実効値演算な場合、広範囲な回転速度の測定中で、何らかの理由により周波数演算部に取り込まれる電圧が無入力状態になると、瞬時値データが０近辺になって符号が不安定に変化し、誤った周波数を検出する虞を有している。
また、周波数が１０Hz以下のように低周波数帯となると、１サイクルの時間が１００msを超えてくるので、周波数の検出時間に１００ms以上の時間を要し、広範囲に亘って正確な電圧実効値の演算ができない問題を有していた。

本発明が目的とするところは、上記問題点を解決した回転数検出装置を提供することにある。

本発明は、回転計発電機の出力電圧をサンプリングし、サンプリングされた瞬時値の波形の０クロス点から周波数を算出するものにおいて、
前記サンプリングされた瞬時値をそれぞれ入力してＡＤ変換する低感度増幅部と高感度増幅部と、
前記低感度増幅部の出力を入力して回転数を検出する速度リレーと、
前記高感度増幅部の出力を入力して予め設定された閾値以下の入力に対して０入力に制御する０制御処理部と、
前記０入力制御された瞬時値を入力して予め設定された所定値以下の低周波数を検出する周波数判定部と、
前記周波数判定部で判定された検出値により前記速度リレーの出力をロックするものである。

本発明の周波数判定部での低周波数の検出は、前記０制御処理部により処理された入力値のカウント数で判定するものである。

本発明での低感度増幅部は１倍の増幅度とし、前記高感度増幅部は１０倍の増幅度としたものである。

本発明での周波数判定部で判定される検出値は、前記速度リレーに入力される電圧が無入力で動作する前に、速度リレーの出力をロックする周波数である。

本発明での０制御処理部の閾値は、±8000 digitである。

以上のとおり、本発明によれば、従来のように電圧実効値による周波数検出ではなく周波数変換による周波数検出としたことで、回転数検出のピックアップ回路を不要としなから電圧入力が無入力状態での不安定な状態でも、速度リレーが誤検出することはない。また、１０Hz以下の低周波数帯でも１００ms以下の動作時間で周波数検出が可能となる。

本発明の実施形態を示す構成図。本発明が適用される回転計発電機の使用状態図。０制御処理の説明図。周波数算出の波形図。本発明による入力回路の構成図。周波数算出の波形図。周波数算出の波形図。

図２は発電機ＡＧに回転計発電機ＴＧを取り付けた状態図を示したもので、保護継電器Ｒｙは回転計発電機ＴＧの出力電圧Ｖを入力して周波数演算を行う。図１は本発明による保護継電器Ｒｙにおける入力回路を示したもので、１はサンプリング部で、ここでは、入力電圧Ｖを電気角３．７５゜でサンプリングする。サンプリングされた瞬時値は、それぞれＡＤ変換器からなる低感度増幅部２と高感度増幅部３に入力され、ＡＤ変換されて低感度と高感度の２ルートに分岐される。

低感度増幅部２は、例えば１倍の増幅度で速度リレー４に出力され、速度リレー４において低感度入力での周波数を算出する。高感度増幅部３は、例えば１０倍に増加されて０制御処理部５に出力される。０制御処理部５は、高感度入力を利用してＡＤ変換器の誤差による符号反転による影響を除去するもので、図３はその状態を示したものである。すなわち、図３（ａ）で示すように、入力回路への無入力状態時ではＡＤ変換器の誤差で符号が変動するため、周波数の誤差判定要因になる。これを図３（ｂ）で示すように、０制御処理部５において閾値以下（１０倍の増幅度で±8000digit）の入力データに対して０となる制御を行って周波数判定部６に出力する。周波数判定部６は、閾値による０入力制御された瞬時値入力を使用して、ここでは、使用される速度リレー４の下限値を３０Ｈｚとし、３０Ｈｚの９０％検出で２７Ｈｚ以下を検出するものとする。以下具体的に説明する。

電圧入力の発電機ＡＧの回転数と周波数の関係式について、
周波数（Hz）＝回転数（rpm）×発電機の極数
回転数は１分間当たりの回転数（＝rpm）より１極が１回転すると＋−の向きが２回変化することで６０ｓ×２回＝１２０となる。例えば、
1VA-24Ｐ-1φ-2000rpm-60V-16.7mA-400Hzの発電機ＡＧを使用した場合、使用される各定格周波数の回転計発電機ＴＧは以下の通りとなる。
５０Ｈｚでの使用時では、
周波数＝1500(rpm)×24(P)÷120＝300Hz
４００Ｈｚで６０Ｖ，３００Ｈｚでは４５Ｖとなる。
６０Ｈｚでの使用時では、
周波数＝1800(rpm)×24(P)÷120＝360Hz
４００Ｈｚで６０Ｖ，３６０Ｈｚでは５４Ｖとなる。

０制御処理部５における０制御の閾値について、
ＬＳＢ＝10／32768×110／4.8×1／10＝0.699mv
５０Ｈｚでの使用時では、１００％＝４５Ｖより、速度リレー４の最小整定値は１０％＝４．５Ｖ
ＬＳＢ＝０．６９９ｍＶから動作電圧管理値５％から誤検出を避けるレベル４Ｖとする。
4V×√2/0.699mv＝8092≒8000digit
よって、図３で示す閾値を±8000digitとしている。

図４は、周波数算出の説明図で、１サイクルの時間Ｔと周波数ｆの関係は次式となる。
Ｔ＝［T2／((T1-T2)＋(-T3)／(T4-T3)＋ＣＮＴ)×サンプリング時間］
ｆ（Hz）＝１／Ｔ
ただし、T1：前回の０点通過後データ、T2：前回の０点通過前データ、T3：現在時点の０点通過後データ、T4：現在時点の０点通過前データ、CNT：カウンタ、
本発明では、カウンタのみによって周波数ｆを検出している。
ｆ＝１／（１サイクルのカウント数×サンプリング時間）
カウント数のみの場合、誤差は大きくなるが、周波数演算がシンプルとなり、且つ判定値の許容値は大きいので周波数検出として問題ない。

周波数判定部６では、閾値による０入力処理された瞬時値入力を利用して２７Ｈｚ以下を検出し、検出信号を速度リレー４に出力して２７Ｈｚ以下をロックするための信号として利用される。通常、速度リレーでは３０Ｈｚ〜３００Ｈｚで回転数を正常に検出し、無入力での周波数検出を誤る。周波数判定部６の出力は、２７Ｈｚ以下における誤検出を防止するものである。

図５は、上記の周波数の誤検出防止機能を付加した速度リレー４の構成図を示したものである。４１は速度リレー演算部で、整定範囲３０Ｈｚ〜５００Ｈｚの検出機能を有するが用いられる。４２はオンディレタイマーで、高周波領域における高速動作を防止するもので、例えば５０msのオンディレタイマーとなっている。４３は論理積回路で、一方の入力端子にはオンディレタイマー４２の出力が入力され、他方の反転入力端子には周波数判定部６の判定信号が入力される。

４４はオフディレタイマーで、例えば復帰出力には３０msのオフディレタイマーとなっている。４５は出力用の論理積回路で、一方の入力端子にはオフディレタイマー４４の出力が入力され、他方の反転入力端子には周波数判定部６の判定信号が入力される。なお、速度リレー演算部４１は、回転計発電機ＴＧの出力周波数が２７Hz以下の低周波数帯の場合には、電圧値も小さく内部演算値が不安定となることから、周波数判定部６からの信号により演算カウンタ値を初期化してリレー演算をロックする。

図６は速度リレー演算部４１での動作判定図で、整定範囲３０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数帯を検出する。速度リレー演算部４１では、サンプリング部１によってサンプリングされた値を、低感度増幅部２を介して入力し、図６で示すように３０Ｈｚ以上の周波数帯は０点クロス方式で検出され、０点クロスのタイミングで動作判定が行われる。この検出方式では、周波数帯によって動作時間が速くなるためオンディレタイマー４２を設けて最小検出時間を５０msとしている。

回転計発電機ＴＧの出力周波数が３０Hz以下では検出時間が５０msを超えることから、周波数判定部６で２７Hz以下の周波数帯を検出する。そのために、高感度増幅部３でサンプリング値を１０倍に増幅した後、ＡＤ変換器の誤差影響を削除して周波数を判定する。

特に、無入力検出を目的とする場合、周波数判定部６は、図７で示すように０点クロスのカウンタ判定のみの演算で簡素化を図り、カウンタ値が３７ms(２７Hz)を超えたとき、２７Hz以下の周波数帯とみなして即刻検出し、速度リレー４に対してロック信号を出力する。

表１は回転計発電機ＴＧの周波数と検出時間の目安を示したものであり、表２は回転計発電機ＴＧの周波数と発生電圧特性を示したものである。
表１の通り、２７Hz以下の周波数になると動作時間が１００msを超えるため、カウンタ計測により２７Hz以下の検出機能を付加している。

以上、本発明によれば、回転数検出のピックアップ回路を不要としなから、
電圧入力が無入力状態で不安定な状態でも、速度リレーが誤検出することがない。また、１０Hz以下の低周波数帯でも１００ms以下の動作時間で周波数の検出が可能となる。

１… サンプリング部
２… 低感度増幅部
３… 高感度増幅部
４… 速度リレー
５… ０制御処理部
６… 周波数判定部
ＡＧ… 発電機
ＴＧ… 回転計発電機
Ｒｙ… 保護継電器

Claims

回転計発電機の出力電圧をサンプリングし、サンプリングされた瞬時値の波形の０クロス点から周波数を算出するものにおいて、
前記サンプリングされた瞬時値をそれぞれ入力してＡＤ変換する低感度増幅部と高感度増幅部と、
前記低感度増幅部の出力を入力して回転数を検出する速度リレーと、
前記高感度増幅部の出力を入力して予め設定された閾値以下の入力に対して０入力に制御する０制御処理部と、
前記０入力制御された瞬時値を入力して予め設定された所定値以下の低周波数を検出する周波数判定部と、
前記周波数判定部で判定された検出値により前記速度リレーの出力をロックするように構成したことを特徴とした回転数検出装置。
前記周波数判定部での低周波数の検出は、前記０制御処理部で処理された入力値のカウント数で判定することを特徴とした請求項１記載の回転数検出装置。
前記低感度増幅部は１倍の増幅度とし、前記高感度増幅部は１０倍の増幅度であることを特徴とした請求項１又は２記載の回転数検出装置。
前記周波数判定部で判定される検出値は、前記速度リレーに入力される電圧が無入力で動作する前に、速度リレーからの出力をロックする周波数であることを特徴とした請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転数検出装置。
前記０制御処理部の閾値は、±8000 digitであることを特徴とした請求項３記載の回転数検出装置。