JPH07225249A - 振幅・位相検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相
を検出することができる振幅・位相検出装置を得ること
を目的とする。 【構成】 交流信号検出手段４により検出された交流信
号ｖの周波数で所定の位相特性φを有する演算回路１４
によってその位相特性φだけ位相が推移した交流信号を
演算するとともに、その交流信号検出手段４により検出
された交流信号ｖに上記位相特性φの余弦を乗算し、か
つ、その乗算結果から位相が推移された交流信号を減算
した結果に、上記位相特性φの正弦の逆数を乗算するよ
うにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力系統に接続され
た機器、例えば遮断機、電力変換器、電力調整装置等の
制御や保護に用いる交流信号（交流電圧または交流電
流）の振幅と位相を検出する振幅・位相検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図２３は従来の振幅・位相検出装置を示
す構成図であり、図において、１は被検出系、２は振幅
Ｖ₀ ，角周波数ω₀ の単相交流電源、３は単相交流電源
２に接続された負荷、４は被検出系１の交流電圧（交流
信号）を検出し、その交流電圧に比例した電圧信号ｖを
出力する交流電圧検出器（交流信号検出手段）である。
この例では、交流信号として交流電圧を検出している
が、交流信号として交流電流を検出するようにしてもよ
い。

【０００３】また、５は交流電圧の振幅Ｖを検出する振
幅検出部であり、特公昭５６−２８４６９号公報に開示
されている。一方、６は交流電圧の位相θを検出する位
相検出部であり、「電気工学ハンドブック」 昭和６３
年２月 社団法人電気学会発行 第４４７頁に開示され
ている。

【０００４】７は交流電圧検出器４から出力された電圧
信号ｖを単相全波整流する整流回路、８は電圧信号ｖの
直流成分に比例した信号を得るために電圧信号ｖの周波
数の２ｎ倍の周波数を低減する一次遅れ回路、９は電圧
信号ｖのゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出回
路、１０はゼロクロス点検出回路９により検出されたゼ
ロクロス点と後述する電圧制御発振器１２により検出さ
れた位相θとの位相差を検出する位相比較回路、１１は
位相比較回路１０により検出された位相差に含まれる高
調波成分を除去する低域通過フィルタ、１２は電圧信号
ｖの位相θを検出するためにその位相差が小さくなるよ
うに自己の周波数を制御する電圧制御発振器（ＶＣＯ）
である。

【０００５】次に動作について説明する。まず、交流電
圧検出器４が被検出系１の交流電圧を検出し、その交流
電圧に比例した電圧信号ｖを出力する。そして、その電
圧信号ｖは振幅検出部５及び位相検出部６に入力され、
それぞれ交流電圧の振幅Ｖと位相θが検出される。

【０００６】即ち、振幅検出部５では、交流電圧の振幅
Ｖを検出するために整流回路７がその電圧信号ｖを単相
全波整流し、その電圧信号ｖの絶対値に比例した信号を
得るが、その信号には電圧信号ｖの直流成分の他に、そ
の電圧信号ｖの周波数の２ｎ倍の周波数が含まれている
ため、一次遅れ回路８がその２ｎ倍の周波数を除去して
電圧信号ｖの直流成分（電圧信号ｖの振幅Ｖ）を検出す
る。

【０００７】一方、位相検出部６では、交流電圧の位相
θを検出するためにゼロクロス点検出回路９が電圧信号
ｖのゼロクロス点を検出したのち、位相比較回路１０が
そのゼロクロス点と電圧制御発振器１２により前回検出
された位相θとの位相差を検出する。そして、この位相
差が小さくなるように電圧制御発振器１２が自己の周波
数を制御することにより、交流電圧の位相θを検出する
が、位相比較回路１０の比較結果である位相差には不要
な高調波成分が含まれているため正確に交流電圧の位相
θを検出できないので、位相比較回路１０の比較結果に
含まれる高調波成分を低域通過フィルタ１１が除去す
る。

【０００８】以上より、交流電圧の振幅Ｖと位相θが検
出されるが、振幅検出部５には一次遅れ回路８が含ま
れ、位相検出部６には低域通過フィルタ１１が含まれて
いるため、一次遅れ回路８及び低域通過フィルタ１１の
位相特性分だけ電圧信号ｖの変化を待たなければ、交流
電圧の振幅Ｖと位相θを検出することができない制約が
あった。

【０００９】なお、上記従来例の他に、オブザーバを用
いて、検出した交流信号を互いに位相が９０度異なる２
つの交流信号に分離し、その２つの交流信号に基づいて
交流信号の振幅を演算する技術が特開平１−３０１１８
３号公報に開示されているが、一般にオブザーバには応
答遅れが存在するので、その出力は位相遅れを生じ、上
記従来例と同様に、高速に交流電圧の振幅Ｖを検出でき
ない制約があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の振幅・位相検出
装置は以上のように構成されているので、交流信号の振
幅及び位相を検出するためには一次遅れ回路８及び低域
通過フィルタ１１を必要とするが、一次遅れ回路８及び
低域通過フィルタ１１の位相特性分だけ位相遅れが生じ
るため高速に交流信号の振幅及び位相を検出することが
できず、その結果、交流信号に対する追従特性が悪く、
十分に機器の制御や保護を行えないなどの問題点があっ
た。

【００１１】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、位相遅れなく高速に交流
信号の振幅及び位相を検出することができる振幅・位相
検出装置を得ることを目的とする。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成
を簡略化することができる振幅・位相検出装置を得るこ
とを目的とする。

【００１３】請求項３及び請求項８の発明は、請求項１
の発明の目的に加え、被検出系の周波数が変動しても正
確に交流信号の振幅及び位相を検出することができる振
幅・位相検出装置を得ることを目的とする。

【００１４】請求項４及び請求項９の発明は、請求項１
の発明の目的に加え、可変周波数の電源によって周波数
が変化する被検出系を対象とする場合であっても、正確
に交流信号の振幅及び位相を検出することができる振幅
・位相検出装置を得ることを目的とする。

【００１５】請求項５から請求項７及び請求項１０から
請求項１１の発明は、請求項１の発明とは別の構成によ
り、位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相を検出
することができる振幅・位相検出装置を得ることを目的
とする。

【００１６】請求項１２から請求項１５の発明は、請求
項１の発明の目的に加え、微分回路を用いずに構成し、
ノイズの影響を小さくできる振幅・位相検出装置を得る
ことを目的とする。

【００１７】請求項１６の発明は、請求項１の発明の目
的に加え、高調波に対する影響を小さくできる振幅・位
相検出装置を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る振
幅・位相検出装置は、交流信号検出手段により検出され
た交流信号の周波数で所定の位相特性を有する演算回路
によってその位相特性分だけ位相が推移した交流信号を
演算するとともに、その交流信号検出手段により検出さ
れた交流信号に上記位相特性の余弦を乗算し、かつ、そ
の乗算結果から位相が推移された交流信号を減算した結
果に、上記位相特性の正弦の逆数を乗算するようにした
ものである。

【００１９】請求項２の発明に係る振幅・位相検出装置
は、交流信号検出手段により検出された交流信号を微分
する演算回路を信号分離手段に設けたものである。

【００２０】請求項３の発明に係る振幅・位相検出装置
は、周波数演算手段により演算された周波数に基づいて
演算回路のゲイン特性及び位相特性を演算し、その演算
回路の出力に該ゲイン特性の逆数を乗算するとともに、
該位相特性の余弦を第１の増幅回路の乗算定数とし、か
つ、該位相特性の正弦の逆数を第２の増幅回路の乗算定
数とするようにしたものである。

【００２１】請求項４の発明に係る振幅・位相検出装置
は、周波数指令値に基づいて演算回路のゲイン特性及び
位相特性を演算し、その演算回路の出力に該ゲイン特性
の逆数を乗算するとともに、該位相特性の余弦を第１の
増幅回路の乗算定数とし、かつ、該位相特性の正弦の逆
数を第２の増幅回路の乗算定数とするようにしたもので
ある。

【００２２】請求項５の発明に係る振幅・位相検出装置
は、検出した交流信号の位相を一次遅れ回路の位相特性
だけ進める補償信号を発生する補償信号発生器を設けた
ものである。

【００２３】請求項６の発明に係る振幅・位相検出装置
は、検出した交流信号の位相を低域通過フィルタの位相
特性だけ進める補償信号を発生する補償信号発生器を設
けたものである。

【００２４】請求項７の発明に係る振幅・位相検出装置
は、第１及び第２の増幅回路の出力を一次遅れ回路の位
相特性に基づいて回転座標変換し、その第１及び第２の
増幅回路の出力の位相を当該位相特性分だけ進めるよう
にしたものである。

【００２５】請求項８の発明に係る振幅・位相検出装置
は、周波数演算手段により演算された周波数に基づいて
一次遅れ回路の入力側から減算器の出力側までのゲイン
特性と上記一次遅れ回路のゲイン特性及び位相特性を演
算し、その一次遅れ回路の出力にその一次遅れ回路の入
力側から上記減算器の出力側までのゲイン特性の逆数を
乗算し、かつ、上記減算器の出力にその一次遅れ回路の
ゲイン特性の逆数を乗算するとともに、その一次遅れ回
路の位相特性を回転座標変換回路に与えるようにしたも
のである。

【００２６】請求項９の発明に係る振幅・位相検出装置
は、周波数指令値に基づいて一次遅れ回路の入力側から
減算器の出力側までのゲイン特性と上記一次遅れ回路の
ゲイン特性及び位相特性を演算し、その一次遅れ回路の
出力にその一次遅れ回路の入力側から上記減算器の出力
側までのゲイン特性の逆数を乗算し、かつ、上記減算器
の出力にその一次遅れ回路のゲイン特性の逆数を乗算す
るとともに、その一次遅れ回路の位相特性を回転座標変
換回路に与えるようにしたものである。

【００２７】請求項１０の発明に係る振幅・位相検出装
置は、低域通過フィルタ及び微分回路の出力をその低域
通過フィルタの位相特性に基づいて回転座標変換し、そ
の低域通過フィルタ及び微分回路の出力の位相を当該位
相特性分だけ進めるようにしたものである。

【００２８】請求項１１の発明に係る振幅・位相検出装
置は、交流信号検出手段及び微分演算手段の出力を交流
信号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その交流信
号検出手段及び微分演算手段の出力をその交流信号の余
弦波成分と正弦波成分に変換するようにしたものであ
る。

【００２９】請求項１２の発明に係る振幅・位相検出装
置は、一次遅れ回路及び一次進み回路の出力を交流信号
の基準位相に基づいて回転座標変換し、その一次遅れ回
路及び一次進み回路の出力をその交流信号の余弦波成分
と正弦波成分に変換するようにしたものである。

【００３０】請求項１３の発明に係る振幅・位相検出装
置は、交流信号検出手段により検出された交流信号から
一次遅れ回路の出力を減算するとともに、その減算結果
及び交流信号にそれぞれ所定値を乗算する位相差発生手
段を設け、その位相差発生手段の出力をそれぞれ上記交
流信号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その位相
差発生手段の出力をそれぞれ交流信号の余弦波成分と正
弦波成分に変換するようにしたものである。

【００３１】請求項１４の発明に係る振幅・位相検出装
置は、交流信号検出手段及び位相進み回路の出力を交流
信号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その交流信
号検出手段及び位相進み回路の出力をその交流信号の余
弦波成分と正弦波成分に変換するようにしたものであ
る。

【００３２】請求項１５の発明に係る振幅・位相検出装
置は、交流信号の基準位相における余弦及び正弦のそれ
ぞれに交流信号検出手段により検出された交流信号を乗
算するとともに、各乗算結果を一次遅れ回路に入力し、
各乗算結果からその一次遅れ回路の出力を減算した減算
結果及びその一次遅れ回路の出力に基づいて、その交流
信号の余弦波成分と正弦波成分を演算するようにしたも
のである。

【００３３】請求項１６の発明に係る振幅・位相検出装
置は、変換手段が出力する交流信号の余弦波成分と正弦
波成分を低域通過フィルタを通過させたのち振幅・位相
差検出手段に入力させるようにしたものである。

【００３４】

【作用】請求項１の発明における振幅・位相検出装置
は、交流信号検出手段により検出された交流信号の周波
数で所定の位相特性を有し、その位相特性分だけ位相が
推移した交流信号を演算する演算回路と、その交流信号
検出手段により検出された交流信号に上記位相特性の余
弦を乗算する第１の増幅回路と、その第１の増幅回路の
出力から上記演算回路の出力を減算した結果に、上記位
相特性の正弦の逆数を乗算する第２の増幅回路とを設け
たことにより、演算によって直ちにその交流信号の周波
数で互いに９０度位相が異なる２つの交流信号が求めら
れるため、位相遅れなく交流信号の振幅及び位相を検出
できるようになる。

【００３５】請求項２の発明における振幅・位相検出装
置は、交流信号検出手段により検出された交流信号を微
分する演算回路を信号分離手段に設けたことにより、請
求項１の発明における第１の増幅回路を削除できるよう
になる。

【００３６】請求項３の発明における振幅・位相検出装
置は、周波数演算手段により演算された周波数に基づい
て演算回路のゲイン特性及び位相特性を演算し、その演
算回路の出力に該ゲイン特性の逆数を乗算するととも
に、該位相特性の余弦を第１の増幅回路の乗算定数と
し、かつ、該位相特性の正弦の逆数を第２の増幅回路の
乗算定数とする補償手段を設けたことにより、被検出系
の周波数が変動しても正確に交流信号の振幅及び位相を
検出することができるようになる。

【００３７】請求項４の発明における振幅・位相検出装
置は、周波数指令値に基づいて演算回路のゲイン特性及
び位相特性を演算し、その演算回路の出力に該ゲイン特
性の逆数を乗算するとともに、該位相特性の余弦を第１
の増幅回路の乗算定数とし、かつ、該位相特性の正弦の
逆数を第２の増幅回路の乗算定数とする補償手段を設け
たことにより、可変周波数の電源によって周波数が変化
する被検出系を対象とする場合であっても、正確に交流
信号の振幅及び位相を検出することができるようにな
る。

【００３８】請求項５の発明における振幅・位相検出装
置は、検出した交流信号の位相を一次遅れ回路の位相特
性だけ進める補償信号を発生する補償信号発生器を設け
たことにより、その一次遅れ回路による位相遅れを解消
でき、位相遅れなく交流信号の振幅及び位相を検出でき
るようになる。

【００３９】請求項６の発明における振幅・位相検出装
置は、検出した交流信号の位相を低域通過フィルタの位
相特性だけ進める補償信号を発生する補償信号発生器を
設けたことにより、その低域通過フィルタによる位相遅
れを解消でき、位相遅れなく交流信号の振幅及び位相を
検出できるようになる。

【００４０】請求項７の発明における振幅・位相検出装
置は、第１及び第２の増幅回路の出力を一次遅れ回路の
位相特性に基づいて回転座標変換し、その第１及び第２
の増幅回路の出力の位相を当該位相特性分だけ進める回
転座標変換回路を設けたことにより、その一次遅れ回路
による位相遅れを解消でき、位相遅れなく交流信号の振
幅及び位相を検出できるようになる。

【００４１】請求項８の発明における振幅・位相検出装
置は、周波数演算手段により演算された周波数に基づい
て一次遅れ回路の入力側から減算器の出力側までのゲイ
ン特性と上記一次遅れ回路のゲイン特性及び位相特性を
演算し、その一次遅れ回路の出力にその一次遅れ回路の
入力側から上記減算器の出力側までのゲイン特性の逆数
を乗算し、かつ、上記減算器の出力にその一次遅れ回路
のゲイン特性の逆数を乗算するとともに、その一次遅れ
回路の位相特性を回転座標変換回路に与える補償手段を
設けたことにより、被検出系の周波数が変動しても正確
に交流信号の振幅及び位相を検出することができるよう
になる。

【００４２】請求項９の発明における振幅・位相検出装
置は、周波数指令値に基づいて一次遅れ回路の入力側か
ら減算器の出力側までのゲイン特性と上記一次遅れ回路
のゲイン特性及び位相特性を演算し、その一次遅れ回路
の出力にその一次遅れ回路の入力側から上記減算器の出
力側までのゲイン特性の逆数を乗算し、かつ、上記減算
器の出力にその一次遅れ回路のゲイン特性の逆数を乗算
するとともに、その一次遅れ回路の位相特性を回転座標
変換回路に与える補償手段を設けたことにより、可変周
波数の電源によって周波数が変化する被検出系を対象と
する場合であっても、正確に交流信号の振幅及び位相を
検出することができるようになる。

【００４３】請求項１０の発明における振幅・位相検出
装置は、低域通過フィルタ及び微分回路の出力をその低
域通過フィルタの位相特性に基づいて回転座標変換し、
その低域通過フィルタ及び微分回路の出力の位相を当該
位相特性分だけ進める回転座標変換回路を設けたことに
より、その低域通過フィルタによる位相遅れを解消で
き、位相遅れなく交流信号の振幅及び位相を検出できる
ようになる。

【００４４】請求項１１の発明における振幅・位相検出
装置は、交流信号検出手段及び微分演算手段の出力を交
流信号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その交流
信号検出手段及び微分演算手段の出力をその交流信号の
余弦波成分と正弦波成分に変換する変換手段を設けたこ
とにより、演算によって直ちにその交流信号の余弦波成
分と正弦波成分が求められるため、位相遅れなく交流信
号の振幅及び位相を検出できるようになる。

【００４５】請求項１２の発明における振幅・位相検出
装置は、一次遅れ回路及び一次進み回路の出力を交流信
号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その一次遅れ
回路及び一次進み回路の出力をその交流信号の余弦波成
分と正弦波成分に変換する変換手段を設けたことによ
り、その一次遅れ回路による位相遅れを解消でき、微分
回路を設けることなく直ちに交流信号の振幅及び位相を
検出できるようになる。

【００４６】請求項１３の発明における振幅・位相検出
装置は、交流信号検出手段により検出された交流信号か
ら一次遅れ回路の出力を減算するとともに、その減算結
果及び交流信号にそれぞれ所定値を乗算する位相差発生
手段と、その位相差発生手段の出力をそれぞれ上記交流
信号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その位相差
発生手段の出力をそれぞれ交流信号の余弦波成分と正弦
波成分に変換する変換手段とを設けたことにより、その
一次遅れ回路による位相遅れを解消でき、微分回路を設
けることなく直ちに交流信号の振幅及び位相を検出でき
るようになる。

【００４７】請求項１４の発明における振幅・位相検出
装置は、交流信号検出手段及び位相進み回路の出力を交
流信号の基準位相に基づいて回転座標変換し、その交流
信号検出手段及び位相進み回路の出力をその交流信号の
余弦波成分と正弦波成分に変換する変換手段を設けたこ
とにより、微分回路を設けることなく直ちに交流信号の
振幅及び位相を検出できるようになる。

【００４８】請求項１５の発明における振幅・位相検出
装置は、交流信号の基準位相における余弦及び正弦のそ
れぞれに交流信号検出手段により検出された交流信号を
乗算するとともに、各乗算結果を一次遅れ回路に入力
し、各乗算結果からその一次遅れ回路の出力を減算した
減算結果及びその一次遅れ回路の出力に基づいて、その
交流信号の余弦波成分と正弦波成分を演算する変換手段
を設けたことにより、その一次遅れ回路による位相遅れ
を解消でき、微分回路を設けることなく直ちに交流信号
の振幅及び位相を検出できるようになる。

【００４９】請求項１６の発明における振幅・位相検出
装置は、変換手段が出力する交流信号の余弦波成分と正
弦波成分を低域通過フィルタを通過させたのち振幅・位
相差検出手段に入力させるようにしたことにより、高調
波に対する影響を小さくできるようになる。

【００５０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は請求項１の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図であり、図において、従来のも
のと同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省
略する。１３は交流電圧検出器４（交流信号検出手段）
により検出された電圧信号ｖ（交流信号）を、その電圧
信号ｖの周波数で互いに９０度位相が異なる２つの電圧
信号ａ，ｂに分離する信号分離手段、１４は交流電圧検
出器４により検出された電圧信号の周波数で所定の位相
特性φ（ただし、ゲイン特性は１（０ｄＢ））を有し、
その位相特性分φだけ位相が推移した電圧信号を演算す
る演算回路、１５は交流電圧検出器４により検出された
電圧信号ｖに位相特性φの余弦ｃｏｓφを乗算する増幅
器（第１の増幅回路）、１６は増幅器１５の出力から演
算回路１４の出力を減算する減算器、１７は位相特性φ
の正弦ｓｉｎφの逆数を乗算する増幅器であり、減算器
１６及び増幅器１７から第２の増幅回路が構成されてい
る。

【００５１】１８は信号分離手段１３により分離された
２つの電圧信号ａ，ｂを極座標変換し、電圧信号ｖの振
幅Ｖと位相θを検出する振幅・位相検出手段、１９は電
圧信号ａを２乗する乗算器、２０は電圧信号ｂを２乗す
る乗算器、２１は乗算器１９，２０の乗算結果を加算す
る加算器、２２は加算器２１の加算結果の平方根を演算
する平方根演算回路、２３は電圧信号ａを平方根演算回
路２２の演算結果で割り算する除算器、２４は除算器２
３の出力の逆余弦（０〜１８０度の範囲内）を演算する
逆余弦演算回路、２５は電圧信号ｂが正のとき”１”を
出力し、負のとき”−１”を出力する符号演算回路、２
６は逆余弦演算回路２４の出力に符号演算回路２５の出
力を乗算し、−１８０〜１８０度の範囲で電圧信号ｖの
位相θを演算する乗算器である。

【００５２】次に動作について説明する。まず、従来の
ものと同様に、交流電圧検出器４が被検出系１の交流電
圧を検出し、その交流電圧に比例した電圧信号ｖを出力
する。そして、その電圧信号ｖを入力すると信号分離手
段１３は、その電圧信号ｖをその電圧信号ｖの周波数で
互いに９０度位相が異なる２つの電圧信号ａ，ｂに分離
するが、その詳細は下記に示す。

【００５３】例えば、電圧信号ｖが振幅Ｖを有するＶｃ
ｏｓθであるとすると、Ｖｃｏｓθを電圧信号ａとして
出力する一方、演算回路１４が下記に示すように位相特
性φだけ位相が推移した電圧信号ｖを演算する。 ・演算前の電圧信号ｖ ｖ＝Ｖｃｏｓθ ・・・（１） ・演算後の電圧信号ｖ ｖ＝Ｖｃｏｓ（θ＋φ） ＝Ｖ（ｃｏｓθｃｏｓφ−ｓｉｎθｓｉｎφ） ・・・（２）

【００５４】また、増幅器１５は、位相特性φの余弦ｃ
ｏｓφを乗算定数として有しているので、下記に示すよ
うに、電圧信号ｖに位相特性φの余弦ｃｏｓφを乗算し
た結果を出力する。 増幅器１５の出力＝Ｖｃｏｓθｃｏｓφ ・・・（３）

【００５５】そして、減算器１６が、下記に示すよう
に、増幅器１５の出力から演算回路１４の出力を減算し
たのち、増幅器１７が位相特性φの正弦ｓｉｎφの逆数
を乗算し、その乗算結果を電圧信号ｂとして出力する。 加算器１６の出力＝Ｖｓｉｎθｓｉｎφ ・・・（４） ｂ＝Ｖｓｉｎθｓｉｎφ／ｓｉｎφ ＝Ｖｓｉｎθ ・・・（５）

【００５６】従って、信号分離手段１３は、電圧信号ａ
＝Ｖｃｏｓθと電圧信号ｂ＝ｓｉｎθを出力することに
なるが、ｃｏｓθとｓｉｎθは互いに位相が９０度異な
るので、信号分離手段１３は電圧信号ｖを、互いに９０
度位相が異なる２つの電圧信号ａ，ｂに分離することに
なる。なお、信号分離手段１３では、従来のように、一
次遅れ回路や低域通過フィルタを用いずに、演算によっ
て電圧信号ａ，ｂを求めているので、２つの電圧信号
ａ，ｂには位相遅れが存在しない。

【００５７】次に、２つの電圧信号ａ，ｂを入力すると
振幅・位相検出手段１８は、２つの電圧信号ａ，ｂを極
座標変換し、電圧信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出するが
（図２参照）、その詳細は下記に示す。

【００５８】まず、電圧信号ａ，ｂはそれぞれ乗算器１
９，２０で２乗されたのち、加算器２１が乗算器１９，
２０の出力を加算するので、加算器２１の出力は下記の
ようになる。 加算器２１の出力＝Ｖ² ｃｏｓ² θ＋Ｖ² ｓｉｎ² θ ・・・（６） そして、平方根演算回路２２は、加算器２１の出力の平
方根を演算するので、下記に示すように、平方根演算回
路２２の出力は、Ｖ（極座標の大きさ）となり、交流電
圧の振幅を検出したことになる。 平方根演算回路２２の出力＝（Ｖ² ｃｏｓ² θ＋Ｖ² ｓｉｎ² θ）^1/2 ＝｛Ｖ² （ｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θ）｝^１／２ ＝Ｖ ・・・（７）

【００５９】また、除算器２３では、電圧信号ａが平方
根演算回路２２の出力で割り算され、逆余弦演算回路２
４が、除算器２３の出力の逆余弦ｃｏｓ^−１を下記に示
すように演算する。 除算器２３の出力＝Ｖｃｏｓθ／Ｖ ＝ｃｏｓθ ・・・（８） 逆余弦演算回路２４の出力＝θ ・・・（９） ただし、０＜θ＜１８０度

【００６０】そして、最後に、逆余弦演算回路２４の出
力に、符号演算回路２５の出力（電圧信号ｂが正のと
き”１”、負のとき”−１”）が乗算器２６で乗算され
るので、−１８０〜１８０度の範囲で交流電圧の位相θ
が検出されたことになる。

【００６１】このように、実施例１によれば、上述した
ように、互いに位相が９０度異なる２つの電圧信号ａ，
ｂを演算によって直ちに求めることができるので、位相
遅れなく高速に交流電圧の振幅Ｖ及び位相θを検出する
ことができる。従って、本装置によって検出した交流電
圧の振幅Ｖ及び位相θを用いれば、機器の制御特性や保
護特性を向上させることができる。

【００６２】実施例２．上記実施例１では、交流電圧検
出器４が検出した交流電圧を被検出系１の交流信号とし
たものについて示したが、交流電流検出器等を用いて被
検出系１の交流電流を検出し、その交流電流を被検出系
１の交流信号としてもよく、上記実施例１と同様の効果
が得られる。

【００６３】実施例３．上記実施例１では、逆余弦演算
回路２４を用いて位相θを演算するものについて示した
が、逆正弦演算回路や逆正接演算回路等を用いて位相θ
を演算するようにしてもよい。

【００６４】実施例４．図３は請求項２の発明の一実施
例による振幅・位相検出装置を示す構成図であるが、上
記実施例１における演算回路１４を、交流電圧検出器４
により検出された電圧信号ｖを微分する微分回路１４ａ
によって構成したものである。

【００６５】次に動作について説明する。この実施例４
の場合、実施例１における演算回路１４を微分回路１４
ａによって構成したものであるので、上記実施例１と同
様に、電圧信号ｖが振幅Ｖを有するＶｃｏｓθであると
すると、微分回路１４ａによって電圧信号ｖを微分する
と微分回路１４ａの出力は下記のようになる。 微分回路１４ａの出力＝−Ｖｓｉｎθ ・・・（１０）

【００６６】従って、微分回路１４ａの出力は、電圧信
号ｖに対して位相が９０度異なるので、微分回路１４ａ
の位相特性は９０度になるが、上述したように、増幅器
１５の乗算定数は、微分回路１４ａの位相特性の余弦で
あるので、増幅器１５の乗算定数は、ｃｏｓ９０°＝０
となり、増幅器１５のゲインは０となる。また、増幅器
１７の乗算定数は、微分回路１４ａの位相特性の正弦の
逆数であるので、増幅器１７の乗算定数は、１／ｓｉｎ
９０°＝１となり、増幅器１７のゲインは１となる。

【００６７】従って、減算器１６は、零値（増幅器１５
のゲインが０であるので、常に零値を出力する）から微
分回路１４ａの出力である”−Ｖｓｉｎθ”を減算する
ことになるので、減算器１６の出力は”Ｖｓｉｎθ”と
なり、また、増幅器１７のゲンイが１であるので、電圧
信号ｂは”Ｖｓｉｎθ”となる。よって、実施例４にお
いても、実施例１と同様の結果を、演算によって位相遅
れなく求めることができる。なお、増幅器１５のゲイン
は上述したように”０”であるので、増幅器１５を削除
できることはいうまでもない。その他の点は、実施例１
と同様であるため説明を省略する。

【００６８】実施例５．上記実施例１では、演算回路１
４の伝達関数について特に言及しなかったが、図４に示
すように、Ｓ平面の原点に零点、左半面の実軸上に電圧
信号ｖの角周波数と等しい大きさの極をもつように演算
回路１４の伝達関数を特定してもよい。この場合、増幅
器１５のゲインは１／２^1/2 、増幅器１７のゲインは２
^1/2 になる。なお、この実施例５によれば、実施例４の
ように微分回路１４ａを必要としないので、ノイズに対
する感度を低くできる。

【００６９】実施例６．上記実施例１では、演算回路１
４の伝達関数について特に言及しなかったが、図５に示
すように、電圧信号ｖの角周波数と等しい大きさの極を
もつ安定な一次遅れを有するように演算回路１４の伝達
関数を特定してもよい。この場合、増幅器１５のゲイン
は１／２^1/2 、増幅器１７のゲインは−２^1/2になる。
なお、この実施例６によれば、実施例４のように微分回
路１４ａを必要としないので、ノイズの感度を低くでき
る。因に、この実施例６の演算回路１４ｃは上述したよ
うに、安定な一次遅れを有するが、従来例における一次
遅れ回路８とは異なり、一次遅れを演算によって実現し
ているので、演算結果には位相遅れが生じることはな
い。

【００７０】実施例７．図６は請求項３の発明の一実施
例による振幅・位相検出装置を示す構成図であり、図に
おいて、３０は振幅・位相検出手段１８により検出され
た位相θに基づいて電圧信号ｖの周波数ω₁ を演算する
周波数演算手段、３１は振幅・位相検出手段１８により
検出された位相θから演算によって求めた位相θ₁ （詳
細は後述する）を減算する減算器、３２は減算器３１の
出力が１８０度より大きい場合、”１”を出力し、１８
０度より大きくない場合、”０”を出力する比較器、３
３は減算器３１の出力が−１８０度より小さい場合、”
１”を出力し、−１８０度より小さくない場合、”０”
を出力する比較器、３４，３５は比較器３２，３３の出
力をそれぞれ３６０倍する増幅器、３６は増幅器３５の
出力から増幅器３４の出力を減算する減算器、３７は減
算器３１の出力と減算器３６の出力を加算する加算器、
３８は加算器３７の出力を増幅し、電圧信号ｖの周波数
ω₁ を演算する増幅器、３９は電圧信号ｖの周波数変動
に応じて上限値と下限値を設定し、増幅器３８により演
算された周波数ω₁ がその上限値と下限値の範囲内に収
まるように制限する制限回路である。

【００７１】また、４０は制限回路３９から出力された
周波数ω₁ を積分する積分回路、４１は積分回路４０の
出力の余弦を演算する余弦演算回路、４２は積分回路４
０の出力の正弦を演算する正弦演算回路、４３は余弦演
算回路４１の出力を２乗する乗算器、４４は正弦演算回
路４２の出力を２乗する乗算器、４５は乗算器４３，４
４の乗算結果を加算する加算器、４６は加算器４５の加
算結果の平方根を演算する平方根演算回路、４７は余弦
演算回路４１の出力を平方根演算回路４６の演算結果で
割り算する除算器、４８は除算器４７の出力の逆余弦
（０〜１８０度の範囲内）を演算する逆余弦演算回路、
４９は正弦演算回路４２の出力が正のとき”１”を出力
し、負のとき”−１”を出力する符号演算回路、５０は
逆余弦演算回路４８の出力に符号演算回路４９の出力を
乗算し、−１８０〜１８０度の範囲で電圧信号ｖの位相
θを演算する乗算器である。

【００７２】また、５１は周波数演算手段３０により演
算された周波数ω₁ に基づいて演算回路１４のゲイン特
性及び位相特性を演算し、その演算回路１４の出力に該
ゲイン特性の逆数を乗算するとともに、該位相特性の余
弦を増幅器１５の乗算定数とし、かつ、該位相特性の正
弦の逆数を増幅器１７の乗算定数とする補償手段、５２
は制限回路３９から出力された周波数ω₁ に基づいて演
算回路１４のゲイン特性を演算するゲイン特性演算回
路、５３は制限回路３９から出力された周波数ω ₁ に基
づいて演算回路１４の位相特性を演算する位相特性演算
回路、５４はゲイン特性の逆数を演算する逆数演算回
路、５５は演算回路１４の出力にゲイン特性の逆数を乗
算する乗算器、５６は位相特性の余弦を演算し、その演
算結果を増幅器１５の乗算定数として設定する余弦演算
回路、５７は位相特性の正弦を演算する正弦演算回路、
５８は正弦演算回路５７により演算された正弦の逆数を
演算し、その演算結果を増幅器１７の乗算定数として設
定する逆数演算回路である。

【００７３】次に動作について説明する。この実施例７
は、被検出系１の周波数が変動しても正確に電圧信号ｖ
の振幅Ｖ及び位相θを演算できるようになされたもので
あり、実施例１の構成に周波数演算手段３０と補償手段
５１を付加したものである。

【００７４】まず、周波数演算手段３０は振幅・位相検
出手段１８により検出された位相θに基づいて電圧信号
ｖの周波数ω₁ を演算するものであり、その詳細は下記
に示すが、電圧信号ｖの周波数ω₁ を演算する理由は、
被検出系１の周波数が変動すると、演算回路１４の伝達
特性（ゲイン特性、位相特性）は所定の基準周波数に対
応するように設定されているので、演算回路１４の伝達
特性が妥当なものでなくなり、その結果、正確に電圧信
号ｖの振幅Ｖ及び位相θを検出できなくなる。そこで、
電圧信号ｖの周波数ω₁ に応じて演算回路１４の伝達特
性を修正すべく、電圧信号ｖの周波数ω₁ を演算するも
のである。

【００７５】最初に、減算器３１が振幅・位相検出手段
１８により検出された位相θから演算によって求めた位
相θ₁ を減算することにより、位相差θ−θ₁ が生じて
いる否か、即ち、被検出系１の周波数が変動しているか
否かを判定し、その位相差θ−θ₁ を出力する。そし
て、減算器３１の出力である位相差θ−θ₁ は、加算器
３７に入力される一方、比較器３２、３３にそれぞれ入
力されて、１８０度または−１８０度と比較され、その
比較結果に応じて減算器３６が加算器３７に対して０，
３６０または−３６０を出力する。従って、加算器３７
は位相差θ−θ₁ に、０，３６０または−３６０を加算
することになるが、このような演算をする理由は、計算
の便宜上、その位相差θ−θ₁ を−１８０度から１８０
度の範囲内に収めるためであり、また、この結果、周波
数演算手段３０の閉ループ系が安定することになる。

【００７６】そして、増幅器３８が加算器３７の加算結
果を増幅することにより、電圧信号ｖの周波数ω₁ が演
算されるが、その周波数ω₁ が上限値及び下限値から逸
脱することがないように制限回路３９が周波数ω₁ の値
を制限し、周波数演算手段３０の演算結果として補償手
段５１に出力される。

【００７７】また、求めた周波数ω₁ は、積分回路４０
にも入力し、積分回路４０で積分したのち、余弦演算回
路４１及び正弦演算回路４２によって、互いに９０度の
位相差を有する２つの信号を作成するが、これは次回電
圧信号ｖの周波数ω₁ を演算する際に、演算によって求
めた位相θ₁ を予め演算しておく必要があるからであ
る。なお、周波数演算手段３０では、余弦演算回路４１
及び正弦演算回路４２の出力に基づいて位相θ₁ を演算
することになるが、この演算部（乗算器４３〜乗算器５
０）は、振幅・位相検出手段１８と同様の構成であるた
め説明を省略する。

【００７８】そして、ゲイン特性演算回路５２及び位相
特性演算回路５３は、制限回路３９から出力された周波
数ω₁ に基づいて演算回路１４のゲイン特性、位相特性
をそれぞれ演算する。ここで、演算回路１４の伝達関数
がＧ（ｓ）＝ｓである場合、及び、Ｇ（ｓ）＝√２／ｓ
＋ω₀ である場合のゲイン特性、位相特性の例を下記に
示す。 ・Ｇ（ｓ）＝ｓの場合 ゲイン特性＝ω 位相特性 ＝π／２ ・Ｇ（ｓ）＝√２・ｓ／（ｓ＋ω₀ ）の場合 ゲイン特性＝√２・ω／（ω² ＋ω₀ ²）^１／２ 位相特性 ＝π／２−ｔａｎ^−１ω／ω₀

【００７９】このように、ゲイン特性が演算されると逆
数演算回路５４が、ゲイン特性の逆数を演算し、その演
算結果を乗算器５５が演算回路１４の出力に乗算する。
これにより、演算回路の１４のゲイン特性が被検出系１
の周波数の変動に応じて修正される。

【００８０】また、位相特性が演算されると余弦演算回
路５６及び正弦演算回路５７が、位相特性の余弦、正弦
をそれぞれ演算する。そして、余弦演算回路５６が、そ
の位相特性の余弦を増幅器１５の乗算定数として設定す
る。従って、増幅器１５は、電圧信号ｖを入力すると、
その電圧信号ｖにその位相特性の余弦を乗算するように
なる。一方、逆数演算回路５８が、正弦演算回路５７に
より演算された正弦の逆数を演算し、その演算結果を増
幅器１７の乗算定数として設定する。従って、増幅器１
７は、減算器１６の出力を入力すると、その出力にその
正弦の逆数を乗算するようになる。これにより、演算回
路の１４の位相特性が被検出系１の周波数の変動に応じ
て修正される。

【００８１】以上のように、この実施例７によれば、被
検出系１の周波数の変動に応じて、演算回路１４のゲイ
ン特性及び位相特性を補償するので、被検出系１の周波
数が変動しても正確に電圧信号ｖの振幅Ｖ及び位相θを
検出することができる。

【００８２】実施例８．上記実施例７では、増幅器３８
が加算器３７の加算結果を増幅することによって電圧信
号ｖの周波数ω₁ を演算するものについて示したが、図
７に示すように、加算器３７の加算結果を積分する積分
回路５９を増幅器３８と並列に設けるとともに、増幅器
３８の出力と積分回路５９の出力を合計する加算器６０
を設け、その合計結果を電圧信号ｖの周波数ω₁ とする
ようにしてもよい。この実施例８によれば、積分回路５
９によって定常的な誤差分を解消することができ、より
正確に電圧信号ｖの周波数ω₁ を演算することができ
る。

【００８３】実施例９．上記実施例８では、増幅器３８
と積分回路５９から電圧信号ｖの周波数ω₁ を演算する
ものについて示したが、図８に示すように、加算器６０
の出力側に一次遅れ回路６１を設けるようにしてもよ
い。この実施例９によれば、ノイズの感度を下げること
ができ、より正確に電圧信号ｖの周波数ω₁ を演算する
ことができる。

【００８４】実施例１０．上記実施例７では、被検出系
１の周波数ω₁ を演算によって求め、その周波数ω₁ に
基づいて演算回路１４のゲイン特性及び位相特性を補償
するものについて示したが、図９に示すように、周波数
指令値ω^* に基づいて制御装置６２が被検出系１の周波
数を制御し、電力変換器６３が負荷３に可変周波数電力
を供給する場合には、その周波数指令値ω^* に基づいて
補償手段５１が演算回路１４のゲイン特性及び位相特性
を補償するようにしてもよい。その他は実施例７と同様
であるため説明を省略する。これにより、可変周波数の
電源によって周波数が変化する被検出系１を対象とする
場合であっても、正確に電圧信号ｖの振幅Ｖ及び位相θ
を検出することができる。なお、この実施例１０は請求
項４の発明に対応している。

【００８５】実施例１１．図１０は請求項５の発明の一
実施例による振幅・位相検出装置を示す構成図であり、
図において、６４交流電圧検出器４により検出された電
圧信号ｖを入力する一次遅れ回路、６５は一次遅れ回路
６４の出力にその一次遅れ回路６４のゲインの逆数を乗
算する増幅器（第１の増幅回路）、６６は一次遅れ回路
６４の出力から電圧信号ｖを減算する減算器、６７は減
算器６６の出力に、一次遅れ回路６４の入力側から減算
器６６の出力側までのゲインの逆数を乗算する増幅器
（第２の増幅回路）、６８は振幅・位相検出手段１８に
より検出された電圧信号ｖの位相θを一次遅れ回路６４
の位相特性だけ進める補償信号を発生する補償信号発生
器、６９は乗算器２６の出力から補償信号発生器６８の
出力を減算する減算器である。

【００８６】次に動作について説明する。まず、一次遅
れ回路６４は位相特性φを有しているので、電圧信号ｖ
の位相をその位相特性φ分だけ遅延する。ここで、一次
遅れ回路６４の伝達関数Ｇ₁ は、１／（ｓＴ＋１）であ
るので、一次遅れ回路のゲインは、１／｛（ω₀ Ｔ）²
＋１｝^1/2 であるが、直流ゲインは１である。ただし、
Ｔは時定数である。

【００８７】そして、一次遅れ回路６４により遅延され
た電圧信号ｖは、一次遅れ回路６４のゲインの逆数
｛（ω₀ Ｔ）² ＋１｝^1/2 を乗算定数として有する増幅
器６５に入力されるので、その電圧信号ｖに当該乗算定
数が乗算され、その乗算結果が電圧信号ａとして出力さ
れる。

【００８８】また、一次遅れ回路６４により遅延された
電圧信号ｖは、減算器６６に入力されるので、その遅延
された電圧信号ｖから交流電圧検出器４により検出され
た電圧信号ｖが減算される。さらに、その減算結果は、
一次遅れ回路６４の入力側から減算器６６の出力側まで
のゲインの逆数を乗算定数｛（ω₀ Ｔ）² ＋１｝^1/2 ／
ω₀ Ｔとして有する増幅器６７に入力されるので、その
減算結果ｖに当該乗算定数が乗算され、その乗算結果が
電圧信号ｂとして出力される。

【００８９】ここで、電圧信号ａと電圧信号ｂを対比す
ると、電圧信号ａと電圧信号ｂは、互いに９０度位相が
異なる信号であるといえる。その理由は、一次遅れ回路
６４の伝達関数Ｇ₁ と、一次遅れ回路６４の入力側から
減算器６６の出力側までの伝達関数Ｇ₂ を比較すれば明
らかであるので、伝達関数Ｇ₁ と伝達関数Ｇ₂ を以下に
示す。 Ｇ₁ ＝１／（ｓＴ＋１） ・・・（１１） Ｇ₂ ＝１−１／（ｓＴ＋１） ＝−Ｔｓ／（ｓＴ＋１） ・・・（１２） 従って、電圧信号ｖがＶｃｏｓθであるとすると、電圧
信号ａ及び電圧信号ｂは、下記に示すように表すことが
できる。 ａ＝Ｖｃｏｓ（θ−φ） ・・・（１３） ｂ＝−Ｖｓｉｎ（θ−φ） ・・・（１４）

【００９０】そして、振幅・位相検出手段１８は、その
電圧信号ａと電圧信号ｂに基づいて、上記実施例１と同
様に、電圧信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出するが、この
実施例１１では、信号分離手段４において一次遅れ回路
６４を用いているので、式（１３）（１４）からも明ら
かなように、一次遅れ回路６４の位相特性φだけ位相が
遅延しているため、このままでは電圧信号ｖの振幅Ｖと
位相θを直ちに検出できない問題点がある。つまり、乗
算器２６から出力される位相がθ−φとなる。そこで、
その位相遅れを解消するため、補償信号発生器６８が乗
算器２６の出力を一次遅れ回路６４の位相特性φだけ進
める補償信号−φ＝−ｔａｎ^-1ω₀ Ｔを発生し、減算器
６９が乗算器２６の出力から補償信号−φ＝−ｔａｎ^-1
ω₀ Ｔを減算するので、一次遅れ回路６４による位相遅
れが解消し、直ちに電圧信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出
できるようになる。

【００９１】実施例１２．図１１は請求項６の発明の一
実施例による振幅・位相検出装置を示す構成図であり、
図において、７０は交流電圧検出器４により検出された
電圧信号ｖに重畳する高調波を除去する低域通過フィル
タ、７１は低域通過フィルタ７０の出力を微分する微分
回路である。

【００９２】次に動作について説明する。まず、交流電
圧検出器４により検出された電圧信号ｖを低域通過フィ
ルタ７０が入力し、電圧信号ｖに重畳された高調波を除
去する。そして、高調波が除去された電圧信号ｖは、電
圧信号ａとして振幅・位相検出手段１８に出力される一
方、微分回路７１に出力される。そして、微分回路７１
は高調波が除去された電圧信号ｖを微分し、その微分結
果を電圧信号ｂとして振幅・位相検出手段１８に出力す
る。

【００９３】このように、電圧信号ｂは電圧信号ａを微
分した信号であるので、電圧信号ａと電圧信号ｂは、互
いに９０度位相が異なる信号であるといえる。従って、
実施例１と同様に、電圧信号ａと電圧信号ｂに基づいて
電圧信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出することができる
が、上記実施例１１の一次遅れ回路６４と同様に、低域
通過フィルタ７０の位相特性φだけ位相が遅延するの
で、補償信号発生器６８が低域通過フィルタ７０の位相
特性φだけ進める補償信号−φ＝−ｔａｎ^-1ω₀ Ｔを発
生し、その位相遅れを解消している。これにより、位相
遅れなく直ちに電圧信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出でき
るようになる。

【００９４】実施例１３．図１２は請求項７の発明の一
実施例による振幅・位相検出装置を示す構成図であり、
図において、７２，７３は一次遅れ回路６４の位相特性
（位相差）の余弦ｃｏｓφをゲインにもつ増幅器、７
４，７５は一次遅れ回路６４の位相特性（位相差）の正
弦ｓｉｎφをゲインにもつ増幅器、７６は増幅器７２の
出力と増幅器７５の出力を加算する加算器、７７は増幅
器７４の出力から増幅器７３の出力を減算する減算器で
ある。なお、増幅器７２〜７５と加算器７６と減算器７
７とから回転座標変換回路が構成されており、当該回転
座標変換回路は、増幅器６５，６７の出力を一次遅れ回
路６４の位相特性φに基づいて回転座標変換し、増幅器
６５，６７の出力の位相を当該位相特性φだけ進める機
能を有している。

【００９５】次に動作について説明する。増幅回路６５
及び増幅回路６７の出力は、実施例１１で説明したよう
に、電圧信号ｖの位相より一次遅れ回路６４の位相特性
φだけ遅れている。そこで、この実施例１３では、回転
座標変換回路によって位相遅れを解消しようとするもの
である。

【００９６】以下、回転座標変換回路について詳述す
る。まず、電圧信号ｖがＶｃｏｓθであるとすると、上
述したように、一次遅れ回路６４の位相特性φにより、
増幅器６５，６７の出力は下記のようになる。 増幅器６５の出力＝Ｖｃｏｓ（θ−φ） ・・・（１５） 増幅器６７の出力＝−Ｖｓｉｎ（θ−φ） ・・・（１６）

【００９７】そして、加算器７６は、増幅器７２の出力
と増幅器７５の出力を加算するので、加算器７６の出力
は下記のようになる。 加算器７６の出力 ＝Ｖｃｏｓ（θ−φ）ｃｏｓφ−Ｖｓｉｎ（θ−φ）ｓｉｎφ ＝Ｖｃｏｓθ ・・・（１７）

【００９８】一方、減算器７７は、増幅器７４の出力か
ら増幅器７３の出力を減算するので減算器７７の出力は
下記のようになる。 減算器７７の出力 ＝Ｖｃｏｓ（θ−φ）ｓｉｎφ＋Ｖｓｉｎ（θ−φ）ｃｏｓφ ＝Ｖｓｉｎθ ・・・（１８）

【００９９】式（１５）（１６）と式（１７）（１８）
を比較すると明らかなように、回転座標変換回路によっ
て、増幅器６５，６７の出力は、一次遅れ回路６４の位
相特性φ分だけ進むことがわかる。従って、一次遅れ回
路６４による位相遅れが解消され、直ちに電圧信号ｖの
振幅Ｖと位相θを検出できるようになる。その他は上記
実施例１と同様であるため説明を省略する。

【０１００】実施例１４．図１３は請求項８の発明の一
実施例による振幅・位相検出装置を示す構成図であり、
図において、７８は周波数演算手段３０により演算され
た周波数ω₁ に基づいて一次遅れ回路６４のゲイン特性
を演算するゲイン特性演算回路、７９は周波数演算手段
３０により演算された周波数ω₁ に基づいて一次遅れ回
路６４の入力側から減算器６６の出力側までのゲイン特
性を演算するゲイン特性演算回路、８０は周波数演算手
段３０により演算された周波数ω₁ に基づいて一次遅れ
回路６４の位相特性を演算する位相特性演算回路であ
る。

【０１０１】また、８１，８３はゲイン特性演算回路７
８，７９により演算されたゲイン特性の逆数をそれぞれ
演算する逆数演算回路、８２は一次遅れ回路６４の出力
に逆数演算回路８１の演算結果を乗算する乗算器、８４
は減算器６６の出力に逆数演算回路８３の演算結果を乗
算する乗算器、８５は上記位相特性の余弦を演算し、そ
の演算結果を増幅器７２，７３の乗算定数として設定す
る余弦演算回路、８６は上記位相特性の正弦を演算し、
その演算結果を増幅器７４，７５の乗算定数として設定
する余弦演算回路である。

【０１０２】次に動作について説明する。この実施例１
４では、上記実施例７と同様に、周波数演算手段３０に
よって被検出系１の周波数ω₁ を演算し、被検出系１の
周波数の変動に応じて、一次遅れ回路６４のゲイン特性
及び位相特性を補償するものである。

【０１０３】即ち、ゲイン特性演算回路７８，７９が、
上記実施例７と同様にして、ゲイン特性を演算したの
ち、逆数演算回路８１，８３が当該ゲイン特性の逆数を
それぞれ演算し、乗算器８２，８４が一次遅れ回路６４
の出力と減算器６６の出力に逆数演算回路８１，８３の
演算結果をそれぞれ乗算することにより、ゲイン特性を
補償するものである。これにより、一次遅れ回路の６４
のゲイン特性が被検出系１の周波数の変動に応じて修正
されることになる。

【０１０４】また、位相特性の補償は、位相特性演算回
路８０が、上記実施例７と同様にして、位相特性を演算
したのち、余弦演算回路８５が当該位相特性の余弦を演
算して、その演算結果を増幅器７２，７３の乗算定数と
するとともに、正弦演算回路８６が当該位相特性の正弦
を演算して、その演算結果を増幅器７４，７５の乗算定
数とすることにより、位相特性を補償している。これに
より、一次遅れ回路６４の位相特性が被検出系１の周波
数の変動に応じて修正されることになる。

【０１０５】実施例１５．上記実施例１４では、被検出
系１の周波数ω₁ を演算によって求め、その周波数周波
数ω₁ に基づいて一次遅れ回路６４のゲイン特性及び位
相特性を補償するものについて示したが、図１４に示す
ように、周波数指令値ω^* に基づいて制御装置６２が被
検出系１の周波数を制御し、電力変換器６３が負荷３に
可変周波数電力を供給する場合には、その周波数指令値
ω^* に基づいて補償手段５１が一次遅れ回路６４のゲイ
ン特性及び位相特性を補償するようにしてもよい。その
他は実施例１４と同様であるため説明を省略する。これ
により、可変周波数の電源によって周波数が変化する被
検出系１を対象とする場合であっても、正確に電圧信号
ｖの振幅Ｖ及び位相θを検出することができる。なお、
この実施例１５は請求項９の発明に対応している。

【０１０６】実施例１６．上記実施例１３では、回転座
標変換回路が、増幅器６５，６７の出力を一次遅れ回路
６４の位相特性φに基づいて回転座標変換するものにつ
いて示したが、図１５に示すように、回転座標変換回路
が、低域通過フィルタ７０の出力と微分回路７１の出力
を、低域通過フィルタ７０の位相特性φに基づいて回転
座標変換するようにしてもよく、上記実施例１３と同様
の効果を奏する。なお、この実施例１６は請求項１０の
発明に対応している。

【０１０７】実施例１７．図１６は請求項１１の発明の
一実施例による振幅・位相検出装置を示す構成図であ
り、図において、９０は交流電圧検出器４により検出さ
れた電圧信号ｖを微分する微分回路（微分演算手段）、
９１は電圧信号ｖの基準位相θ₂ の余弦及び正弦を演算
する三角関数計算器、９２は交流電圧検出器４及び微分
回路９０の出力を、三角関数計算器９１の演算結果に基
づいて回転座標変換し、交流電圧検出器４及び微分回路
９０の出力を電圧信号ｖの余弦波成分と正弦波成分に変
換する積和算器（変換手段）、９３は電圧信号ｖに余弦
波成分を乗算する乗算器、９４は電圧信号ｖに正弦波成
分を乗算する乗算器、９５電圧信号ｖ₂ に余弦波成分を
乗算する乗算器、９６は電圧信号ｖ₂ に正弦波成分を乗
算する乗算器、９７は乗算器９３の出力から乗算器９６
の出力を減算する減算器、９８は乗算器９４の出力と乗
算器９５の出力を加算し、その加算結果の符号を反転す
る加算器である。

【０１０８】また、９９は積和算器９２により変換され
た電圧信号ｖの余弦波成分ａと正弦波成分ｂを極座標変
換し、その電圧信号ｖの振幅Ｖを検出するとともに、そ
の電圧信号ｖの位相θと基準位相θ₂ との位相差θ−θ
₂ を検出する振幅・位相差検出手段、１００は振幅・位
相差検出手段９９における振幅検出部であり、乗算器１
９，２０、加算器２１及び平方根演算回路２２から構成
されている（図１参照）。１０１は振幅・位相差検出手
段１０１における位相差検出部であり、除算器２３、逆
余弦演算回路２４、符号演算回路２５及び乗算器２６か
ら構成されている（図１参照）。また、１０２は位相検
出部１０１により検出された位相差θ−θ₂ に基準位相
θ₂ を加算する加算器（加算手段）である。

【０１０９】次に動作について説明する。まず、交流電
圧検出器４が電圧信号ｖを検出すると微分回路９０は、
その電圧信号ｖを微分し、その電圧信号ｖと９０度位相
が異なる電圧信号ｖ₂ を出力する。即ち、電圧信号ｖ＝
Ｖｃｏｓθであるとすると、電圧信号ｖ₂ ＝−ｓｉｎθ
を出力する。一方、三角関数計算器９１は、電圧信号ｖ
の基準位相θ₂ を入力し、その基準位相θ₂ の余弦ｃｏ
ｓθ₂ 及び正弦ｓｉｎθ₂ を演算する。因に、基準位相
θ₂ は、被検出系１の定格周波数と等しい周波数の位相
であるので、被検出系１の定格周波数が特定されれば
（通常、被検出系１の定格周波数は５０Ｈ_Z または６０
Ｈ_Z である）、基準位相θ₂ は特定される。

【０１１０】そして、積和算器９２は、電圧信号ｖと電
圧信号ｖ₂ を、基準位相θ₂ の余弦ｃｏｓθ₂ 及び正弦
ｓｉｎθ₂ に基づいて回転座標変換し、電圧信号ｖと電
圧信号ｖ₂ を電圧信号ｖの余弦波成分ａと正弦波成分ｂ
に変換するが、積和算器９２は、後段の振幅・位相差検
出手段９９が電圧信号ｖの位相θと基準位相θ₂ の位相
差θ−θ₂ を検出できるようにするため、回転座標変換
によって電圧信号ｖと電圧信号ｖ₂ の位相を基準位相θ
₂ だけ遅延させている。積和算器９２の回転座標変換を
式で表すと下記のようになる。

【０１１１】 減算器９７の出力ａ ＝Ｖｃｏｓθｃｏｓθ₂ ＋Ｖｓｉｎθｓｉｎθ₂ ＝Ｖｃｏｓ（θ−θ₂ ） ・・・（１９） 加算器９８の出力ｂ ＝Ｖｃｏｓ（θ−φ）ｓｉｎφ＋Ｖｓｉｎ（θ−φ）ｃｏｓφ ＝Ｖｓｉｎ（θ−θ₂ ） ・・・（２０）

【０１１２】そして、振幅・位相差検出手段９９が、積
和算器９２により変換された電圧信号ａと電圧信号ｂを
極座標変換し、その電圧信号ｖの振幅Ｖを検出するとと
もに、その電圧信号ｖの位相θと基準位相θ₂ との位相
差θ−θ₂ を検出する（詳細な動作は実施例１参照）。
そして、加算器１０２が、位相差検出部１０１の出力で
ある位相差θ−θ₂ に基準位相θ₂ を加算し、電圧信号
ｖの位相θを演算する。従って、この実施例１７におい
ても、位相遅れなく電圧信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出
することができる。

【０１１３】実施例１８．上記実施例１７では、積和算
器９２が交流電圧検出器４の出力と微分回路９０の出力
を回転座標変換するものについて示したが、図１７に示
すように、微分回路９０の代わりに、交流電圧検出器４
により検出された電圧信号ｖを入力する位遅れフィルタ
（一次遅れ回路）１０３と、交流電圧検出器４により検
出された電圧信号ｖを入力し、位相遅れフィルタ１０３
が出力する電圧信号の位相より９０度位相が進んだ電圧
信号を出力する位相進みフィルタ（一次進み回路）１０
４を設け、この位相遅れフィルタ１０３の出力と位相進
みフィルタ１０４の出力を積和算器９２が回転座標変換
するようにしてもよく、上記実施例１７と同様の効果を
奏する。

【０１１４】次に動作について説明する。例えば、位相
遅れフィルタ１０３の伝達関数Ｇ₁ （ｓ）と位相進みフ
ィルタ１０４の伝達関数Ｇ₂ （ｓ）が、下記に示すよう
に設定されているとする。 Ｇ₁ （ｓ）＝Ｋ_a ／（ｓＴ＋１） ・・・（２１） ただし、Ｋ_a ＝｛１＋（ω₀ Ｔ）² ｝^1/2 Ｇ₂ （ｓ）＝Ｋ_b ｓＴ／（ｓＴ＋１） ・・・（２２） ただし、Ｋ_b ＝｛１＋（ω₀ Ｔ）² ｝^1/2 ／ω₀ Ｔ

【０１１５】ここで、Ｇ₁ （ｓ）とＧ₂ （ｓ）を比較す
ると、Ｇ₂ （ｓ）／Ｇ₁ （ｓ）＝ｓＴとなるので、位相
遅れフィルタ１０３が出力する信号の位相と、位相進み
フィルタ１０４が出力する信号の位相の差は、９０度に
なる。従って、位相遅れフィルタ１０３が出力と位相進
みフィルタ１０４が出力を積積和算器９２に入力すれ
ば、上記実施例１７と同様に、位相遅れなく直ちに電圧
信号ｖの振幅Ｖと位相θを検出することができる。な
お、この実施例１８によれば、微分回路が不要となるの
で、ノイズに対する影響が軽減される。因に、この実施
例１８は請求項１２の発明に対応している。

【０１１６】実施例１９．上記実施例１７では、積和算
器９２が交流電圧検出器４の出力と微分回路９０の出力
を回転座標変換するものについて示したが、図１８に示
すように、微分回路９０の代わりに、交流電圧検出器４
により検出された電圧信号ｖを入力する位相遅れフィル
タ１０３と、交流電圧検出器４により検出された電圧信
号ｖから位相遅れフィルタ１０３の出力を減算するとと
もに、その減算結果及び電圧信号ｖにそれぞれ所定値Ｋ
_a ，Ｋ_b を乗算する位相差発生手段１０５を設け、この
位相差発生手段１０５の出力を積和算器９２が回転座標
変換するようにしてもよく、上記実施例１７と同様の効
果を奏する。

【０１１７】なお、図１８において、１０６は乗算定数
Ｋ_a の乗算器、１０７は乗算定数Ｋ_b の乗算器である
が、このような構成によって実施例１７と同様の効果を
奏する理由は、位相進み回路１０４の伝達関数Ｇ₂
（ｓ）を示す式（２２）は式（２３）のように変形でき
るからである。 Ｇ₂ （ｓ）＝Ｋ_b ｓＴ／（ｓＴ＋１） ＝１−１／（ｓＴ＋１） ・・・（２３） ただし、Ｋ_b ＝｛１＋（ω₀ Ｔ）² ｝^1/2 ／ω₀ Ｔ 因に、この実施例１９は請求項１３の発明に対応してい
る。

【０１１８】実施例２０．上記実施例１７では、積和算
器９２が交流電圧検出器４の出力と微分回路９０の出力
を回転座標変換するものについて示したが、図１９に示
すように、微分回路９０の代わりに、交流電圧検出器４
により検出された電圧信号ｖを入力し、その電圧信号ｖ
の位相より９０度位相が進んだ電圧信号を出力する位相
進み回路１０８を設け、この位相進み回路１０８の出力
を積和算器９２が回転座標変換するようにしてもよく、
上記実施例１７と同様の効果を奏する。ここで、位相進
み回路１０８は、実施例１に記載した信号分離手段１３
における演算回路１４と増幅器１５と減算器１６と増幅
器１７とから構成されている（図１参照）。なお、図１
９の変形例を図２０に示すが、図２０において、１０
９，１１０は乗算定数ｃｏｓφ／ｓｉｎφを乗算する増
幅器、１１１，１１２は乗算定数｜Ｇ（ｊω₀ ）｜ｓｉ
ｎφを乗算する増幅器、１１３，１１４は加減算器であ
る。因に、この実施例２０は請求項１４の発明に対応し
ている。

【０１１９】実施例２１．図２１は請求項１５の発明の
一実施例による振幅・位相検出装置を示す構成図であ
り、図において、１１５は基準位相θ₂ における余弦及
び正弦のそれぞれに交流電圧検出器４により検出された
電圧信号ｖを乗算するとともに、各乗算結果を低域通過
フィルタ１１８，１１９に入力し、各乗算結果からその
低域通過フィルタ１１８，１１９の出力を減算した減算
結果及びその低域通過フィルタ１１８，１１９の出力に
基づいて、電圧信号ｖの余弦波成分ａと正弦波成分ｂを
演算する変換手段である。

【０１２０】また、１１６は交流電圧検出器４により検
出された電圧信号ｖに基準位相θ₂の余弦ｃｏｓθ₂ を
乗算する乗算器、１１７は交流電圧検出器４により検出
された電圧信号ｖに基準位相θ₂ の正弦ｓｉｎθ₂ を乗
算する乗算器、１１８，１１９は伝達関数１／ｓＴを有
する低域通過フィルタ（一次遅れ回路）、１２０は乗算
器１１６の出力から低域通過フィルタ１１８の出力を減
算する減算器、１２１は乗算器１１７の出力から低域通
過フィルタ１１９の出力を減算する減算器、１２２，１
２３は低域通過フィルタ１１８または１１９の出力を２
倍する増幅器、１２４，１２５は乗算器１２０または１
２１の出力に１／ωＴを乗算する増幅器、１２６は増幅
器１２２の出力から増幅器１２５の出力を減算する減算
器、１２７は増幅器１２３の出力と増幅器１２４の出力
を加算し、その加算結果の符号を反転する加算器であ
る。

【０１２１】次に動作について説明する。この実施例２
１においても、上記実施例１８〜２０と同様に、微分回
路を設けることなく、電圧信号ｖを互いに９０度位相が
異なる２つの電圧信号ａ，ｂに変換し、その電圧信号
ａ，ｂに基づいて電圧信号ｖの位相θと基準位相差θ₂
の位相差を検出するものであるが、電圧信号ｖを電圧信
号ａ，ｂに変換する手順のみ相違している。即ち、電圧
信号ｖを電圧信号ａ，ｂに変換する変換手段１１５の構
成のみ相違している。そこで、変換手段１５の変換手順
を説明するが、変換手段１１５の変換手順を計算式で示
すと下記のようになる。

【０１２２】

【数１】

【０１２３】ここで、電圧信号ｖがＶｃｏｓθとし、式
（２４）に代入して整理すると、電圧信号ａ，ｂは下記
のようになる。

【０１２４】

【数２】

【０１２５】式（２５）から明らかなように、この実施
例２１の変換手段１１５によっても、電圧信号ｖを互い
に９０度位相が異なる２つの電圧信号ａ，ｂに変換する
ことができる。従って、この電圧信号ａ，ｂに基づい
て、上記実施例１７〜２０と同様に、電圧信号ｖの振幅
Ｖと位相θを検出することができる。

【０１２６】実施例２２．上記実施例１７では、振幅・
位相差検出手段９９が、積和算器９２から出力された電
圧信号ａと電圧信号ｂを極座標変換するものについて示
したが、図２２に示すように、電圧信号ａと電圧信号ｂ
を低域通過フィルタ１１８，１１９に入力させ、低域通
過フィルタ１１８，１１９の出力を極座標変換するよう
にしてもよい。

【０１２７】なお、この実施例２２によれば、電圧信号
ａ及び電圧信号ｂの位相が遅れることなく、低域通過フ
ィルタ１１８，１１９によって電圧信号ａ及び電圧信号
ｂに重畳されている高調波成分を除去することができる
が、その理由は、積和算器９２によって、電圧信号ａ及
び電圧信号ｂは直流信号になっているため、電圧信号ａ
及び電圧信号ｂは低域通過フィルタ１１８，１１９の影
響を受けないからである。その一方、高調波成分は直流
信号以外の交流信号であるため、低域通過フィルタ１１
８，１１９によって除去される。因に、この実施例２２
は請求項１６の発明に対応している。

【０１２８】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、交流信号検出手段により検出された交流信号の周波
数で所定の位相特性を有する演算回路によってその位相
特性分だけ位相が推移した交流信号を演算するととも
に、その交流信号検出手段により検出された交流信号に
上記位相特性の余弦を乗算し、かつ、その乗算結果から
位相が推移された交流信号を減算した結果に、上記位相
特性の正弦の逆数を乗算するように構成したので、演算
によって直ちにその交流信号の周波数で互いに９０度位
相が異なる２つの交流信号が求められ、その結果、位相
遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相を検出できる効
果がある。

【０１２９】請求項２の発明の発明によれば、交流信号
検出手段により検出された交流信号を微分する演算回路
を信号分離手段に設けるように構成したので、請求項１
の発明における第１の増幅回路を削除でき、装置の構成
を簡略化することができる効果がある。

【０１３０】請求項３の発明の発明によれば、周波数演
算手段により演算された周波数に基づいて演算回路のゲ
イン特性及び位相特性を演算し、その演算回路の出力に
該ゲイン特性の逆数を乗算するとともに、該位相特性の
余弦を第１の増幅回路の乗算定数とし、かつ、該位相特
性の正弦の逆数を第２の増幅回路の乗算定数とするよう
に構成したので、被検出系の周波数が変動しても正確に
交流信号の振幅及び位相を検出することができる効果が
ある。

【０１３１】請求項４の発明の発明によれば、周波数指
令値に基づいて演算回路のゲイン特性及び位相特性を演
算し、その演算回路の出力に該ゲイン特性の逆数を乗算
するとともに、該位相特性の余弦を第１の増幅回路の乗
算定数とし、かつ、該位相特性の正弦の逆数を第２の増
幅回路の乗算定数とするように構成したので、可変周波
数の電源によって周波数が変化する被検出系を対象とす
る場合であっても、正確に交流信号の振幅及び位相を検
出することができる効果がある。

【０１３２】請求項５の発明の発明によれば、検出した
交流信号の位相を一次遅れ回路の位相特性だけ進める補
償信号を発生する補償信号発生器を設けるように構成し
たので、その一次遅れ回路による位相遅れを解消でき、
位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相を検出でき
る効果がある。

【０１３３】請求項６の発明の発明によれば、検出した
交流信号の位相を低域通過フィルタの位相特性だけ進め
る補償信号を発生する補償信号発生器を設けるように構
成したので、その低域通過フィルタによる位相遅れを解
消でき、位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相を
検出できる効果がある。

【０１３４】請求項７の発明の発明によれば、第１及び
第２の増幅回路の出力を一次遅れ回路の位相特性に基づ
いて回転座標変換し、その第１及び第２の増幅回路の出
力の位相を当該位相特性分だけ進めるように構成したの
で、その一次遅れ回路による位相遅れを解消でき、位相
遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相を検出できる効
果がある。

【０１３５】請求項８の発明の発明によれば、周波数演
算手段により演算された周波数に基づいて一次遅れ回路
の入力側から減算器の出力側までのゲイン特性と上記一
次遅れ回路のゲイン特性及び位相特性を演算し、その一
次遅れ回路の出力にその一次遅れ回路の入力側から上記
減算器の出力側までのゲイン特性の逆数を乗算し、か
つ、上記減算器の出力にその一次遅れ回路のゲイン特性
の逆数を乗算するとともに、その一次遅れ回路の位相特
性を回転座標変換回路に与えるように構成したので、被
検出系の周波数が変動しても正確に交流信号の振幅及び
位相を検出することができる効果がある。

【０１３６】請求項９の発明の発明によれば、周波数指
令値に基づいて一次遅れ回路の入力側から減算器の出力
側までのゲイン特性と上記一次遅れ回路のゲイン特性及
び位相特性を演算し、その一次遅れ回路の出力にその一
次遅れ回路の入力側から上記減算器の出力側までのゲイ
ン特性の逆数を乗算し、かつ、上記減算器の出力にその
一次遅れ回路のゲイン特性の逆数を乗算するとともに、
その一次遅れ回路の位相特性を回転座標変換回路に与え
るように構成したので、可変周波数の電源によって周波
数が変化する被検出系を対象とする場合であっても、正
確に交流信号の振幅及び位相を検出することができる効
果がある。

【０１３７】請求項１０の発明の発明によれば、低域通
過フィルタ及び微分回路の出力をその低域通過フィルタ
の位相特性に基づいて回転座標変換し、その低域通過フ
ィルタ及び微分回路の出力の位相を当該位相特性分だけ
進めるように構成したので、その低域通過フィルタによ
る位相遅れを解消でき、位相遅れなく高速に交流信号の
振幅及び位相を検出できる効果がある。

【０１３８】請求項１１の発明の発明によれば、交流信
号検出手段及び微分演算手段の出力を交流信号の基準位
相に基づいて回転座標変換し、その交流信号検出手段及
び微分演算手段の出力をその交流信号の余弦波成分と正
弦波成分に変換するように構成したので、演算によって
直ちにその交流信号の余弦波成分と正弦波成分が求めら
れるため、位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相
を検出できる効果がある。

【０１３９】請求項１２の発明の発明によれば、一次遅
れ回路及び一次進み回路の出力を交流信号の基準位相に
基づいて回転座標変換し、その一次遅れ回路及び一次進
み回路の出力をその交流信号の余弦波成分と正弦波成分
に変換するように構成したので、微分回路を設けること
なく一次遅れ回路による位相遅れを解消でき、その結
果、位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相を検出
できるとともに、ノイズの影響を低減できる効果があ
る。

【０１４０】請求項１３の発明の発明によれば、交流信
号検出手段により検出された交流信号から一次遅れ回路
の出力を減算するとともに、その減算結果及び交流信号
にそれぞれ所定値を乗算する位相差発生手段と、その位
相差発生手段の出力をそれぞれ上記交流信号の基準位相
に基づいて回転座標変換し、その位相差発生手段の出力
をそれぞれ交流信号の余弦波成分と正弦波成分に変換す
る変換手段とを設けるように構成したので、微分回路を
設けることなく一次遅れ回路による位相遅れを解消で
き、その結果、位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び
位相を検出できるとともに、ノイズの影響を低減できる
効果がある。

【０１４１】請求項１４の発明の発明によれば、交流信
号検出手段及び位相進み回路の出力を交流信号の基準位
相に基づいて回転座標変換し、その交流信号検出手段及
び位相進み回路の出力をその交流信号の余弦波成分と正
弦波成分に変換するように構成したので、微分回路を設
けることなく一次遅れ回路による位相遅れを解消でき、
その結果、位相遅れなく高速に交流信号の振幅及び位相
を検出できるとともに、ノイズの影響を低減できる効果
がある。

【０１４２】請求項１５の発明の発明によれば、交流信
号の基準位相における余弦及び正弦のそれぞれに交流信
号検出手段により検出された交流信号を乗算するととも
に、各乗算結果を一次遅れ回路に入力し、各乗算結果か
らその一次遅れ回路の出力を減算した減算結果及びその
一次遅れ回路の出力に基づいて、その交流信号の余弦波
成分と正弦波成分を演算するように構成したので、微分
回路を設けることなく一次遅れ回路による位相遅れを解
消でき、その結果、位相遅れなく高速に交流信号の振幅
及び位相を検出できるとともに、ノイズの影響を低減で
きる効果がある。

【０１４３】請求項１６の発明の発明によれば、変換手
段が出力する交流信号の余弦波成分と正弦波成分を低域
通過フィルタを通過させたのち振幅・位相差検出手段に
入力させるように構成したので、高調波に対する影響を
低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例による振幅・位相検
出装置を示す構成図である。

【図２】極座標変換を説明する説明図である。

【図３】請求項２の発明の一実施例による振幅・位相検
出装置を示す構成図である。

【図４】請求項１の発明の他の実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図５】請求項１の発明の他の実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図６】請求項３の発明の一実施例による振幅・位相検
出装置を示す構成図である。

【図７】請求項３の発明の他の実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図８】請求項３の発明の他の実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図９】請求項４の発明の一実施例による振幅・位相検
出装置を示す構成図である。

【図１０】請求項５の発明の一実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図１１】請求項６の発明の一実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図１２】請求項７の発明の一実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図１３】請求項８の発明の一実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図１４】請求項９の発明の一実施例による振幅・位相
検出装置を示す構成図である。

【図１５】請求項１０の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図１６】請求項１１の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図１７】請求項１２の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図１８】請求項１３の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図１９】請求項１４の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図２０】請求項１４の発明の他の実施例による振幅・
位相検出装置を示す構成図である。

【図２１】請求項１５の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図２２】請求項１６の発明の一実施例による振幅・位
相検出装置を示す構成図である。

【図２３】従来の振幅・位相検出装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 被検出系 ４ 交流電圧検出器（交流信号検出手段） １３ 信号分離手段 １４ 演算回路 １５ 増幅器（第１の増幅回路） １６ 減算器（第２の増幅回路） １７ 増幅器（第２の増幅回路） １８ 振幅・位相検出手段 ３０ 周波数演算手段 ５１ 補償手段 ６２ 制御装置 ６４ 一次遅れ回路 ６５ 増幅器（第１の増幅回路） ６６ 減算器 ６７ 増幅器（第２の増幅回路） ６８ 補償信号発生器 ７０ 低域通過フィルタ ７１ 微分回路 ７２〜７５ 増幅器（回転座標変換回路） ７６ 加算器（回転座標変換回路） ７７ 減算器（回転座標変換回路） ９０ 微分回路（微分演算手段） ９２ 積和算器（変換手段） ９９ 振幅・位相差検出手段 １０２ 加算器（加算手段） １０３ 位相遅れフィルタ（一次遅れ回路） １０４ 位相進みフィルタ（一次進み回路） １０５ 位相差発生手段 １０８ 位相進み回路 １１５ 変換手段 １１８、１１９ 低域通過フィルタ（一次遅れ回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土岐 直寛 神戸市兵庫区和田崎１丁目１番２号 三菱 電機株式会社制御製作所内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出系の交流信号を検出する交流信号
   検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された交
   流信号を、その交流信号の周波数で互いに９０度位相が
   異なる２つの交流信号に分離する信号分離手段と、上記
   信号分離手段により分離された２つの交流信号を極座標
   変換し、その交流信号の振幅と位相を検出する振幅・位
   相検出手段とを備えた振幅・位相検出装置において、上
   記信号分離手段は、上記交流信号検出手段により検出さ
   れた交流信号の周波数で所定の位相特性を有し、その位
   相特性分だけ位相が推移した交流信号を演算する演算回
   路と、上記交流信号検出手段により検出された交流信号
   に上記位相特性の余弦を乗算する第１の増幅回路と、上
   記第１の増幅回路の出力から上記演算回路の出力を減算
   した結果に、上記位相特性の正弦の逆数を乗算する第２
   の増幅回路とを備えたことを特徴とする振幅・位相検出
   装置。
2. 【請求項２】 上記演算回路は、上記交流信号検出手段
   により検出された交流信号を微分することを特徴とする
   請求項１記載の振幅・位相検出装置。
3. 【請求項３】 上記振幅・位相検出手段により検出され
   た位相に基づいて上記交流信号の周波数を演算する周波
   数演算手段と、上記周波数演算手段により演算された周
   波数に基づいて上記演算回路のゲイン特性及び位相特性
   を演算し、その演算回路の出力に該ゲイン特性の逆数を
   乗算するとともに、該位相特性の余弦を上記第１の増幅
   回路の乗算定数とし、かつ、該位相特性の正弦の逆数を
   上記第２の増幅回路の乗算定数とする補償手段とを設け
   たことを特徴とする請求項１記載の振幅・位相検出装
   置。
4. 【請求項４】 制御装置が被検出系の周波数を制御する
   ために入力する周波数指令値に基づいて上記演算回路の
   ゲイン特性及び位相特性を演算し、その演算回路の出力
   に該ゲイン特性の逆数を乗算するとともに、該位相特性
   の余弦を上記第１の増幅回路の乗算定数とし、かつ、該
   位相特性の正弦の逆数を上記第２の増幅回路の乗算定数
   とする補償手段を設けたことを特徴とする請求項１記載
   の振幅・位相検出装置。
5. 【請求項５】 被検出系の交流信号を検出する交流信号
   検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された交
   流信号を、その交流信号の周波数で互いに９０度位相が
   異なる２つの交流信号に分離する信号分離手段と、上記
   信号分離手段により分離された２つの交流信号を極座標
   変換し、その交流信号の振幅と位相を検出する振幅・位
   相検出手段とを備えた振幅・位相検出装置において、上
   記信号分離手段は、上記交流信号検出手段により検出さ
   れた交流信号を入力する一次遅れ回路と、上記一次遅れ
   回路の出力にその一次遅れ回路のゲインの逆数を乗算す
   る第１の増幅回路と、上記一次遅れ回路の出力から上記
   交流信号を減算する減算器と、上記減算器の出力に上記
   一次遅れ回路の入力側からその減算器の出力側までのゲ
   インの逆数を乗算する第２の増幅回路とを備え、上記振
   幅・位相検出手段は検出した交流信号の位相を上記一次
   遅れ回路の位相特性だけ進める補償信号を発生する補償
   信号発生器を備えたことを特徴とする振幅・位相検出装
   置。
6. 【請求項６】 被検出系の交流信号を検出する交流信号
   検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された交
   流信号を、その交流信号の周波数で互いに９０度位相が
   異なる２つの交流信号に分離する信号分離手段と、上記
   信号分離手段により分離された２つの交流信号を極座標
   変換し、その交流信号の振幅と位相を検出する振幅・位
   相検出手段とを備えた振幅・位相検出装置において、上
   記信号分離手段は、上記交流信号検出手段により検出さ
   れた交流信号に重畳する高調波を除去する低域通過フィ
   ルタと、上記低域通過フィルタの出力を微分する微分回
   路とを備え、上記振幅・位相検出手段は検出した交流信
   号の位相を上記低域通過フィルタの位相特性だけ進める
   補償信号を発生する補償信号発生器を備えたことを特徴
   とする振幅・位相検出装置。
7. 【請求項７】 被検出系の交流信号を検出する交流信号
   検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された交
   流信号を、その交流信号の周波数で互いに９０度位相が
   異なる２つの交流信号に分離する信号分離手段と、上記
   信号分離手段により分離された２つの交流信号を極座標
   変換し、その交流信号の振幅と位相を検出する振幅・位
   相検出手段とを備えた振幅・位相検出装置において、上
   記信号分離手段は、上記交流信号検出手段により検出さ
   れた交流信号を入力する一次遅れ回路と、上記一次遅れ
   回路の出力にその一次遅れ回路のゲインの逆数を乗算す
   る第１の増幅回路と、上記一次遅れ回路の出力から上記
   交流信号を減算する減算器と、上記減算器の出力に上記
   一次遅れ回路の入力側からその減算器の出力側までのゲ
   インの逆数を乗算する第２の増幅回路と、上記第１及び
   第２の増幅回路の出力を上記一次遅れ回路の位相特性に
   基づいて回転座標変換し、その第１及び第２の増幅回路
   の出力の位相を当該位相特性分だけ進める回転座標変換
   回路とを備えたことを特徴とする振幅・位相検出装置。
8. 【請求項８】 上記振幅・位相検出手段により検出され
   た位相に基づいて上記交流信号の周波数を演算する周波
   数演算手段と、上記周波数演算手段により演算された周
   波数に基づいて上記一次遅れ回路の入力側から上記減算
   器の出力側までのゲイン特性と上記一次遅れ回路のゲイ
   ン特性及び位相特性を演算し、上記一次遅れ回路の出力
   にその一次遅れ回路の入力側から上記減算器の出力側ま
   でのゲイン特性の逆数を乗算し、かつ、上記減算器の出
   力にその一次遅れ回路のゲイン特性の逆数を乗算すると
   ともに、その一次遅れ回路の位相特性を上記回転座標変
   換回路に与える補償手段とを設けたことを特徴とする請
   求項７記載の振幅・位相検出装置。
9. 【請求項９】 制御装置が被検出系の周波数を制御する
   ために入力する周波数指令値に基づいて上記一次遅れ回
   路の入力側から上記減算器の出力側までのゲイン特性と
   上記一次遅れ回路のゲイン特性及び位相特性を演算し、
   上記一次遅れ回路の出力にその一次遅れ回路の入力側か
   ら上記減算器の出力側までのゲイン特性の逆数を乗算
   し、かつ、上記減算器の出力にその一次遅れ回路のゲイ
   ン特性の逆数を乗算するとともに、その一次遅れ回路の
   位相特性を上記回転座標変換回路に与える補償手段を設
   けたことを特徴とする請求項７記載の振幅・位相検出装
   置。
10. 【請求項１０】 被検出系の交流信号を検出する交流信
    号検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された
    交流信号を、その交流信号の周波数で互いに９０度位相
    が異なる２つの交流信号に分離する信号分離手段と、上
    記信号分離手段により分離された２つの交流信号を極座
    標変換し、その交流信号の振幅と位相を検出する振幅・
    位相検出手段とを備えた振幅・位相検出装置において、
    上記信号分離手段は、上記交流信号検出手段により検出
    された交流信号に重畳する高調波を除去する低域通過フ
    ィルタと、上記低域通過フィルタの出力を微分する微分
    回路と、上記低域通過フィルタ及び微分回路の出力を上
    記低域通過フィルタの位相特性に基づいて回転座標変換
    し、その低域通過フィルタ及び微分回路の出力の位相を
    当該位相特性分だけ進める回転座標変換回路とを備えた
    ことを特徴とする振幅・位相検出装置。
11. 【請求項１１】 被検出系の交流信号を検出する交流信
    号検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された
    交流信号を微分する微分演算手段と、上記交流信号検出
    手段及び微分演算手段の出力を上記交流信号の基準位相
    に基づいて回転座標変換し、その交流信号検出手段及び
    微分演算手段の出力を上記交流信号の余弦波成分と正弦
    波成分に変換する変換手段と、上記変換手段により変換
    された交流信号の余弦波成分と正弦波成分を極座標変換
    し、その交流信号の振幅を検出するとともに、その交流
    信号の位相と上記基準位相との位相差を検出する振幅・
    位相差検出手段と、上記振幅・位相差検出手段により検
    出された位相差に上記基準位相を加算する加算手段とを
    備えた振幅・位相検出装置。
12. 【請求項１２】 被検出系の交流信号を検出する交流信
    号検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された
    交流信号を入力する一次遅れ回路と、上記交流信号検出
    手段により検出された交流信号を入力し、上記一次遅れ
    回路が出力する交流信号の位相より９０度位相が進んだ
    交流信号を出力する一次進み回路と、上記一次遅れ回路
    及び一次進み回路の出力を上記交流信号の基準位相に基
    づいて回転座標変換し、その一次遅れ回路及び一次進み
    回路の出力を上記交流信号の余弦波成分と正弦波成分に
    変換する変換手段と、上記変換手段により変換された交
    流信号の余弦波成分と正弦波成分を極座標変換し、その
    交流信号の振幅を検出するとともに、その交流信号の位
    相と上記基準位相との位相差を検出する振幅・位相差検
    出手段と、上記振幅・位相差検出手段により検出された
    位相差に上記基準位相を加算する加算手段とを備えた振
    幅・位相検出装置。
13. 【請求項１３】 被検出系の交流信号を検出する交流信
    号検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された
    交流信号を入力する一次遅れ回路と、上記交流信号検出
    手段により検出された交流信号から上記一次遅れ回路の
    出力を減算するとともに、その減算結果及び交流信号に
    それぞれ所定値を乗算する位相差発生手段と、上記位相
    差発生手段の出力をそれぞれ上記交流信号の基準位相に
    基づいて回転座標変換し、その位相差発生手段の出力を
    それぞれ上記交流信号の余弦波成分と正弦波成分に変換
    する変換手段と、上記変換手段により変換された交流信
    号の余弦波成分と正弦波成分を極座標変換し、その交流
    信号の振幅を検出するとともに、その交流信号の位相と
    上記基準位相との位相差を検出する振幅・位相差検出手
    段と、上記振幅・位相差検出手段により検出された位相
    差に上記基準位相を加算する加算手段とを備えた振幅・
    位相検出装置。
14. 【請求項１４】 被検出系の交流信号を検出する交流信
    号検出手段と、上記交流信号検出手段により検出された
    交流信号を入力し、その交流信号の位相より９０度位相
    が進んだ交流信号を出力する位相進み回路と、上記交流
    信号検出手段及び位相進み回路の出力を上記交流信号の
    基準位相に基づいて回転座標変換し、その交流信号検出
    手段及び位相進み回路の出力を上記交流信号の余弦波成
    分と正弦波成分に変換する変換手段と、上記変換手段に
    より変換された交流信号の余弦波成分と正弦波成分を極
    座標変換し、その交流信号の振幅を検出するとともに、
    その交流信号の位相と上記基準位相との位相差を検出す
    る振幅・位相差検出手段と、上記振幅・位相差検出手段
    により検出された位相差に上記基準位相を加算する加算
    手段とを備えた振幅・位相検出装置。
15. 【請求項１５】 被検出系の交流信号を検出する交流信
    号検出手段と、上記交流信号の基準位相における余弦及
    び正弦のそれぞれに上記交流信号検出手段により検出さ
    れた交流信号を乗算するとともに、各乗算結果を一次遅
    れ回路に入力し、各乗算結果からその一次遅れ回路の出
    力を減算した減算結果及びその一次遅れ回路の出力に基
    づいて、上記交流信号の余弦波成分と正弦波成分を演算
    する変換手段と、上記変換手段により演算された交流信
    号の余弦波成分と正弦波成分を極座標変換し、その交流
    信号の振幅を検出するとともに、その交流信号の位相と
    上記基準位相との位相差を検出する振幅・位相差検出手
    段と、上記振幅・位相差検出手段により検出された位相
    差に上記基準位相を加算する加算手段とを備えた振幅・
    位相検出装置。
16. 【請求項１６】 上記交流信号の余弦波成分と正弦波成
    分に重畳された高調波を除去する低域通過フィルタを設
    け、上記変換手段が出力する交流信号の余弦波成分と正
    弦波成分をその低域通過フィルタを通過させたのち上記
    振幅・位相差検出手段に入力させることを特徴とする請
    求項１１から請求項１５のうち何れか１項記載の振幅・
    位相検出装置。