JPH06106010B2 - 交流信号の同期制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、周波数の変化範囲が大きい２つの交流信号
を同期させる同期制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第３図は２つの交流信号を同期させる同期制御方法の従
来例を示したブロック図である。

インバータで交流電動機を駆動しているときに、このイ
ンバータの電源が停電すれば、インバータをパルスオフ
して交流電動機を自由回転状態にする。しかし、この停
電がごく短時間で回復した場合には、直ちに自由回転中
の交流電動機とインバータとを結合して、運転を再開さ
せれば、この交流電動機を一旦停止後に再始動させる手
間が省略でき、装置の稼動率も向上して好都合である。
しかしながら、自由回転中の交流電動機の残留電圧の周
波数や位相と、インバータが出力する交流の周波数や位
相とが不一致の状態で運転を再開すると、大きなショッ
クを生じて保護装置が作動したり、あるいは装置を破損
するなどの事故に発展するおそれがある。

第３図は、上述した状態にある交流電動機とインバータ
とを同期させる場合をあらわしている。すなわち、第１
交流信号としての電動機残留電圧が、自由回転中の交流
電動機１から出力しており、その周波数がF₁であるとす
る。の残留電圧を計器用変圧器２で検出したのち、波形
整形回路３により矩形波に整形して、位相比較器４に入
力させる。一方、第２交流信号として、F₂なる周波数の
交流信号が、電圧制御発振器（以下ではVCOと略記す
る）６から取出されるので、これを前述の位相比較器４
に入力させるのであるが、この第２交流信号が図示して
いないインバータに与えられ、このインバータは第２交
流信号と同じ周波数と位相の交流を出力する。

位相比較器４は、入力した第１交流信号と第２交流信号
との位相差に比例した電圧を出力するので、これをフィ
ルタ５で平滑したのち、VCO6に与え、このVCO6の出力周
波数を変化させる。このとき、VCO6は前述の位相差が常
に零になるように動作するので、第２交流信号の位相と
周波数が、第１交流信号の位相と周波数に一致した状態
で安定することになる。この第３図に示す位相比較器４
とVCO6とで、２つの交流信号の位相と周波数とを一致さ
せる回路がフェイズ・ロックド・ループ（以下ではPLL
と略記する）である。

上述のように、PLLを用いることで交流電動機１とイン
バータとを同期状態にしてから両者を接続すれば、円滑
に運転を再開することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、インバータで駆動する交流電動機は、低い速
度から高速度まで、その運転速度範囲がきわめて広い。
しかしながら、従来のPLLでは、同期可能な周波数範囲
には限界があり、この限界を越えた周波数では、２つの
交流信号を同期状態にすることはできない。これは時間
的位相差と電気角との関係が周波数によって変化するた
めに、PLL制御系のループゲインが周波数によって変化
するため、限界を越えた周波数範囲では、制御が不安定
になるからである。

それ故、交流電動機をインバータで可変速駆動する場
合、インバータ電源が停電が短時間で回復しても、直ち
に電動機の運転を再開できない不都合を生じることもあ
る。

そこでこの発明の目的は、交流信号の周波数が大きく変
化した場合でも、２つの交流信号の円滑に同期できるよ
うにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の同期制御方法
は、第１交流信号と第２交流信号とを入力し、これら両
入力信号の位相差に対応した信号を出力する位相差比較
手段と、この位相差信号を入力して、これに対応した周
波数の前記第２交流信号を出力する電圧制御発振手段と
で構成しているフェイズ・ロックド・ループにより、前
記第２交流信号を第１交流信号に同期させる同期制御方
法において、前記位相差比較手段が出力する位相差信号
と、前記第１交流信号または第２交流信号のいずれかの
周波数値に対応した信号とを、相互に掛け合わせた結果
を、前記位相差信号の代りに前記電圧制御発振手段に入
力させるものとする。

〔作用〕

この発明は、交流信号の周波数が大きく変化しても、PL
Lのループゲインが変化しなければ制御不能になるおそ
れがない点に着目したものであって、そのために、第１
交流信号または第２交流信号のうちのいずれかの周波数
に対応した値と、両交流信号間の位相差に対応した値と
の積を、電圧制御発振手段に入力して、これを制御する
ことにより、周波数の変化が原因でPLLのループゲイン
が変化するのを補正し、広い周波数範囲で交流信号の同
期状態を安定して確立できるようにするものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例をあらわしたブロック図で
ある。

この第１図は、第３図の従来例回路と同様に、交流電動
機とインバータとを同期状態にする場合であって、図示
の交流電動機１、計器用変圧器２、波形整形回路３、位
相比較器４、フィルタ５およびVCO6の名称・用途・機能
は、第３図において既述しているので、これらの説明は
省略する。

本発明においては、周波数・電圧変換器（以下ではＦ−
Ｖ変換器と略記する）11を設け、これに波形整形回路３
からの周波数信号を入力し、この入力周波数値に対応し
た電圧信号を出力させている。

乗算器12は、位相比較器４からの位相差信号と、Ｆ−Ｖ
変換器11からの周波数信号との積を演算しており、この
演算結果をVCO6に与えることにより、交流電動機１の残
留電圧の周波数F₁が変化しても、PLLのループゲインが
常に一定となるように補正されるので、電動機周波数F₁
（すなわち交流電動機速度）の変化に対して、インバー
タ周波数F₂が追従して同期状態を実現できる。

第２図は本発明の第２実施例をあらわしたブロック図で
あって、デジタル量により同期状態を実現するものであ
り、交流電動機１、計器用変圧器２、波形整形回路３お
よび位相比較器４の名称・用途・機能は、第１図や第３
図で既述したとおりであるから、これらの説明は省略す
る。

この第２図に示す第２実施例回路では、位相比較器４の
出力を論理積素子21と22とにするのであるが、これらの
論理積素子21と22のもう一方の入力端子には、インバー
タ周波数F₂に比例したクロック周波数が、デジタル・周
波数変換器（以下ではＤ−Ｆ変換器と略記する）24から
与えられている。

この論理積素子21の出力は、可逆カウンタ23のＵ端子
に、また論理積素子22の出力はＤ端子にそれぞれ接続し
ており、この可逆カウンタ23の出力は、前述のＤ−Ｆ変
換器24に入力し、このＤ−Ｆ変換器24の出力が論理積素
子21と22とにフィードバックされている。

交流電動機１の交流と、インバータが出力する交流とに
位相差があるとき、可逆カウンタ23は、Ｄ−Ｆ変換器24
が出力するクロック周波数に比例した速度でカウント動
作をするので、電動機出力交流の周波数F₁が（またはイ
ンバータ出力交流の周波数F₂が）変化しても、ループゲ
インを常に一定するように作用する。

なお分周器25は、Ｄ−Ｆ変換器24が出力するクロック周
波数を分周して、インバータ基準周波数F₂とするための
ものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、２つの交流信号を、PLLにより同期
状態にするにあたって、両交流信号の位相差に対応した
信号と、いずれか一方の交流信号の周波数に対応した信
号との積を、PLLを構成している電圧制御発振手段に入
力するようにしているので、これらの交流信号の周波数
が大幅に変化した場合でも、PLLのループゲインが変化
するのを抑制している。その結果PLLの動作が不安定に
なるのを防止できるので、インバータで交流電動機を可
変速駆動中に短時間の停電があっても、電動機を停止さ
せることなく、素早く運転再開できるなど、広く利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例をあらわしたブロック図、
第２図は本発明の第２実施例をあらわしたブロック図で
あり、第３図は２つの交流信号を同期させる同期制御方
法の従来例を示したブロック図である。 １…交流電動機、２…計器用変圧器、３…波形整形回
路、４…位相比較器、５…フィルタ、６…VCO、11…Ｆ
−Ｖ変換器、12…乗算器、21,22…論理積素子、23…可
逆カウンタ、24…Ｄ−Ｆ変換器、25…分周器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１交流信号と第２交流信号とを入力し、
   これら両入力信号の位相差に対応した信号を出力する位
   相差比較手段と、この位相差信号を入力して、これに対
   応した周波数の前記第２交流信号を出力する電圧制御発
   振手段とで構成しているフェイズ・ロックド・ループに
   より、前記第２交流信号を第１交流信号に同期させる同
   期制御方法において、前記位相差比較手段が出力する位
   相差信号と、前記第１交流信号または第２交流信号のい
   ずれかの周波数値に対応した信号とを、相互に掛け合わ
   せた結果を、前記位相差信号の代りに前記電圧制御発振
   手段に入力させることを特徴とする交流信号の同期制御
   方法。