JPS6156975A - 高調波分析器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は定常状態にあり、かつ基本波周波数が基本波
標準周波数からほとんどずれない、例えば電力系統波形
をサンプリングしＡ／Ｄ変換してメモリに格納し、それ
をフーリエ解析して波形の１０ｉ調波吊″析を行う高調
波分析器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の高ｊＩＩＩｌ波分析器は、第５図に示すように、
入力信号（定常状態にある周期波形）をアンプ１によっ
てそのレベルを適当な大きさにした後、Ａ／Ｄｉ換器２
によってサンプリングパルスに基づきＡ／Ｄ変換する。

Ａ／Ｄ変換器２は、シ゛・ンプリングパルスが入力され
ると、入力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行い、
、Ａ／Ｄ変換完了後にＡ／Ｄ変換完了信号をＣＰＵ３に
対して出力する。

一方、入力信号がコンパレータ４で波形整形される。こ
のコンパレータ４の出力である入力波形立上がりゼロク
ロス信号により周波数てい倍回路５は入力波形立−にか
りゼロクロス信号と同期したサンプリングパルスを発生
する。

ＣＰＵ３は、計測開始信号を入力した時点からデータ収
隼を開始し、入力信号の１サイクル分のＡ／Ｄ変換デー
タ（例えば、サンプリングパルスの周波数が基本波の１
２８倍の場合には１２８点）をデータバス６を通じてメ
モリ７に格納する。ＣＩ’［Ｉ３は、そのデータをフー
リエ解析して各高調波の大きさをプリンタ８へ出力する
。

第６図は上記ＣＰ　ｔＪ　３の動作の流れを示すフロー
チャートである。ＣＰ［Ｊ３は、計測開始信号が入力さ
れるのを待ち、それが入力されると内蔵のデータ取込カ
ウンタに■マ込データ数、例えば１２８ζ）　　　　　
　　をセットし、つづいてＡ／Ｄ変換完了信号を待ち、
それが入力される毎に、Ａ／Ｄ変換データをデータバス
６を通してメ千す７に格納し、さらにデータ取込カウン
タの値を１だけ減算する動作を繰返し行い、データ取込
カウンタの値がＯになったときに、メモリ７に格納した
データをフーリエ解析して各次高調波の含有率を求め、
これをプリンタ８へ出力する。

しかし、このような従来の高調波分析器においでは、入
力信号に同期しかつそのてい倍の周波数のサンプリング
パルスを作成する必要があるため、サンプリングパルス
の作成にコンパレータ４および周波数てい倍回路５が必
要であり、構成が複雑で高価であるという問題があった
。

発明の目的 この発明は、サンプリングパルスを作成するための構成
が簡単で安価な高調波分析器を提供することを目的とす
る。

発明の構成 この発明の高調波分析器は、入力信号をＡ／Ｄ変換する
Ａ／Ｄ変換器２と、このＡ／Ｄ変換器２　　　　　　　
′に対して標準入力信号の整数倍の周波数のサンプリン
グクロックを与える固定周波数発振器９と、前記Ａ／Ｄ
変換器２から出力されるデータを標準人力信号のｎサイ
クル分（ｎは２以上の整数）取り込むデータ■ｖ込み手
段３Ａと、このデータ取込み手段３Ａによって取り込ま
れた標準入力信号のｎサイクル分のデータを１サイクル
のデータとしてフーリエ解析を行い各次調波の振幅デー
タを求めるフーリエ解析手段３Ｂと、このフーリエ解析
手段３Ｂにより求められた各次調波の振幅データを参照
して入力信司の基本波および１ｌｌｉ　８１Ｍ波にそれ
ぞれ対応して振幅データがピークとなる高調波次数をそ
れぞれ見つけるピーク高調波次数１￥、索手段３．１と
、このピーク高調波次数探索手段；）、Ｉによって見つ
けられた高調波次数の振幅データの各々に対しその高調
波次数の前後の次数の振幅データをもとにしてサンプリ
ングクロックと入力信号の非同期による誤差を補正する
ことにより入力信号の基本波および高調波の振幅を求め
る補正演算子、　　段３にと、この補正演算手段３Ｋに
よって求めた演算結果を出力する出力手段３Ｉとを備え
る構成にしたことを特徴とする。

この場合において、ピーク高調波次数探索手段３Ｊおよ
び補正演算手段３には、具体的にはつぎに述べるような
６個の手段で構成される。すなわち、フーリエ解析手段
３Ｂにより求められた各次調波の振幅データの第ｎ調波
付近における最大振幅の第ｍ＋ｆｌｌ波を見つける第１
の探索手段３Ｃと、前記第ｍ１調波の前後の第ｍ１−１
調波および第ｍ、＋ｌ調波の振幅データを比較する第１
の比較手１３Ｄと、この第１の比較手段３Ｄによって第
ｍ１−１調波の振幅の方が大きいと判定されたときに（
Ａ）、　　（Ｂ）”、　　（Ｃ）式の演算を行って入力
信号の基本波の振幅Ａ１を求めるとともに（Ｄ）　　式
の演算を行い第ｍ１＋１鋼波の振幅の方が大きいと判定
されたときに（Ａ’）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）式の演
算を行って入力信号の基本波の振幅Ａ１を求めるととも
に（Ｄ′）式の演算を行う第１の演算手段３Ｅと、前記
フーリエ解析手段３Ｂにより求められた各次調波の振幅
データの第１ｘａ調波付近における最大振幅の第ｍ１調
波を見つ１ノる第２の探索手段３Ｆと、前記第ｒｌｌＬ
≧１１．１波の前１輪の第ｍ１＋１調波および第ｍＬ４
　目１ル１波θ月ｔ　ｌｈ＋（デーｌを比較する第２の
比較手段３にと、この第２の比較手段３Ｇによって第ｍ
　Ｌ　　Ｉ　１ｉｌｔｒＩ波の振幅のｌＪが大きいと判
定されたときに（Ｆ、）　、　　（Ｒ）　、　　（ｒ”
）式の演算を行って入力信号の第１調波の振幅Ａｉを求
め第ｍＬ＋　］調波の振幅の方が大きいとＩ’ｌ＋定さ
れたときに（Ｅ’）、　　（Ｂ）、　　（Ｆ）式の４１
１算を行って入力信号の第４調波の振幅Ａ【を求める第
２の演算手段３　Ｈとで構成される。

ｋ＝Ｖ　（ｍｔ　）／Ｖ　（ｍｔ　−１）　　−・＝　
（Ａ）ｄ＝１／（ｋ＋１）　　　　　　　　・・・・・
・（Ｂ）ＡＩ　　＝Ｖ　　（ｍ　　１　）　　／　　（
π　ｄ／ｓ＋ｎ　π　ｄ）　　−（Ｃ）ａ　−１，ｄ　
／　ｍ　１　　　　　　　　−−（Ｄ）ｋ＝Ｖ　（ｍｔ
　）　／Ｖ　（ｍ＋＋　」−１）　　−−（Ａ　’）ａ
＝ｌ＋ｄ／ｍｌ　　　　　　　　＋＋＋＋　（Ｄ’）ｋ
＝Ｖ（ｍｌ）／Ｖ（ｍｌ−１）　　・・・・・　（Ｅ）
Ａ＝Ｖ　（ｍｔ　）　／　（ｙｒ　ｄ　／ｓａｎπｄ）
　−（Ｆ）１ｉ　　　　　　　　　　ｋ＝Ｖ（ｍｔ）／
Ｖ（ｍｚ＋１）　　・・・・・・＜Ｅ′）ただし、Ｖ　
（ｒｒ＋＋）、　Ｖ　（ｍｔ−１）、　　Ｖ　（ｍ１１
−１）　、　Ｖ　（ｍＬ）、　Ｖ　（ｍｂ−１）および
Ｖ（ｍｌ＋１）はそれぞれ第ｍ１調波、第ｍｌ　−Ｎ１
．第ｍｌ−１−１調波、第ｍｌ調波、第ｍ４−１調波お
、１−び第ｍ４＋ｌ調波の振幅である。

ごのように構成すると、サンプリングパルスを固定周波
数発振器のみで構成でき、構成が簡単で安価であり、か
つＣＰ　Ｕによって非同期による誤差を補正しているの
で、入力信号の基本波および高調波の振幅を正確に求め
ることができる。

実施例の説明 この発明の一実施例を第２図ないし第４図に基づいて説
明する。この高調波分析器は、第２図に示すように、入
力信号（定常状態にある周期波形）をアンプ１によって
そのレヘルを適当な大きさにした後、Ａ／１〕変換器２
によってサンプリングパルスに基づきＡ／Ｄ変、換する
。Ａ／Ｄ変換器２は、サンプリングパルスが入力される
と、入力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行ない、
Ａ／Ｄ変換完了後にＡ／Ｄ変換完了信号をＣＰＵ３に対
して出力する。サンプリングパルスは固定周波数発振器
９から出力される。

ＣＰＵ３は、第４図（Ａ）ｌ：　（Ｂ）に示すように計
測開始信号を入力した時点からデータ収集を開始し、標
準入力信号（５０または６０１１ｚ）のｎサイクル（例
えば６４サイクル）のＡ／Ｄ変換データ（例えばサンプ
リングパルスの周波数が基本波標準周波数ｆｏの３２倍
の場合には６４Ｘ３２＝、２０４８点）をデータバス６
を通じてメモリ７へ格納する。なお、基本波の周波数「
１は、基本波標準周波数ｆｏからあまりずれないものと
する　　（。

（例えば電力系統周波数は５０または６０Ｈｚからあま
りずれていない）。

ＣＰ　Ｕ　３が入力信号のｎサイクルのデータを１サイ
クルのデータとしてフーリエ解析すると、この解析結果
は、例えば第３図に示すように、入力信号の基本波およ
び各次調波によって口調波毎に大きな値となる。第３図
においζ、第０羽波、ずなわち第６４調波付近のピーク
は、人力信ｒ３の基本波によって生し、第２　ｎ　１ｌ
ｌｉｌ波、ずなわ６第１２８調波付近のピークは入力信
号の第２調波によって生じ、同様に入力信号の各次調波
に対応して解析結果にピークを生じることになる。　　
　　　　　□つぎに、入力信号の基本波周波数および基
本波および各次調波の振幅を求める手順を説明する。□
まず最初に基本波の振幅Ａ１および周波数ｆ１を求める
手順について説明する。

まず、解析結果から第ｎ調波付近で振幅最大の波を見つ
け、その波を第ｍｌ調波、その振幅をＶ（ｍｔ）とする
。ついで、第ｍ１調波の前後の第ｍ１−１調波および第
ｍ１＋１調波の振幅Ｖ（ｒｒｉｌ−１’）　、　Ｖ　（
ｍｔ　＋１’）を比較し、第ｍ１＋１調波の方が大きい
ときは、次式の演算を行うことにより入力信号の基本波
の振幅Ａ、および周波数ｆｌを求める。

ｋ＋＝Ｖ（ｍｌ）／ｖ（ｍ、＋１）　　・・・・・・（
１）ｄ＝１／（ｋ＋１）　　　　　　　　　・・・・・
・（２）Ａ　１”＝Ｖ　（ｍｌ）　／（ｙｒ　ｄ　／５
ｌｎｙｃ　ｄ）　−・−（３１逆に第ｍ１−１調波の方
が大きいときは、次式の演算を行うこ（！：により入力
信号の基本波の振幅Ａ１および周波数［ｌを求める。

ｋ＝Ｖ　（ｍ＋　）　／Ｖ　（ｍｌ−１）　　　−−ｔ
５１ｄ二１／（ｋ＋ｉ）　　　　　　　　　・・・・・
・（６）ＡＨ＝Ｖ　　（ｍｌ　　）　　／　　（ｙｒｄ
　　／：；＋ｒｒｙｒｄ）　　・・・・・・ｆ７）・・
・・・、・１）１１ つぎに、入力信号の第２１ｌＲＩ波の振幅Ａ　、　ｌ；
ｌ：　ｌりＩ・の手順で求めることができろ。Ｖ　（ｒ
ｎｌｌ−１）　＞Ｖ（ｍ＋　　　１）のときは ａ　＝　ｌ　＋　ｄ　／　ｍ　ｌ＝・−（９１（２）　
演Ｗ　ヲ行い、Ｖ　（ｒｒ＋＋　＋　１）　＜Ｖ　（ｒ
ｎｌ−１）のときは ａ　＝　ｌ　−ｄ　／　ｍ　１・・−−ｆｌｌｌｌの演
算を行い、この後、解析結果から第２　Ｘ　ａ　１ｌｒ
Ｊ波付近で振幅最大の波を見つけ、この波を第ｍ２凋波
、その振幅をＶ（第２）とする。ついで、第、）　　　
　　　　ｍ２調波の前後の第ｍ２−１調波および第ｍ２
→−１調波の振幅Ｖ　（第２　１　）　、　Ｖ　（第２
　＋１　）を比較し、第ｍ２＋１調波の方が大きいとき
は、次式の演算を行うことにより入力信号の第２調波の
振幅Ａ２を求める。

ｋ＝Ｖ　（第２）／Ｖ　（ｍ２＋１）　　−−（１１）
ｄ＝１／（ｋ＋１）　　　　　　　　・・・・・・（１
２）Ａ２　　＝Ｖ　　（第２　　）　　／　　（ｎ　　
ｄ　　／５ｔｎｙｒ　　ｄ）　　・・・　（１３）逆に
第ｍ２１ｉ１！ａ波の方が大きいときは、次式の演算を
行うことにより入力信号の第２調波の振幅Ａ２を求める
。

ｋ　＝Ｖ　（第２）　／Ｖ　（ｍ２１　）　　・・・・
＝　（１４）ｄ　＝　１　／　（ｋ　＋１　）　　　　
　　　　・・・・・・（１５）Ａ２　　＝Ｖ　　（第２
　　）　　／　　（ｉ　　ｄ　　／ｓｔｎ　π　ｄ）　
　・・・　（１６）１７　ｔ＆、入力信号の各次調波の
振幅を必要な次数まで上記の第２１１．１波の振幅Ａ２
の演算と同様にして求める。

そして、求めた入力信号の基本波および各矢高調波の振
幅ＡＩ’、Ａ２．．．・・・および基本波周波数をプリ
ンタ８にプリントアウトする。

。。３１．う６ｏ、。。実力％　１！１　＆よ、固定周
波数発振器　　　　　　　□□９０発振出力をサンプリ
ングパルスとして使用しているので、サンプリングパル
スを作成するための構成が筒中となり、安価である。し
かも、入力信号のサンプリングパルスの非同期による誤
差をＣＰＵ３の内部演算によって補正しているので入力
信号の基本波および各矢高調波の振幅を正確に求めるこ
とができる。

発明の効果 この発明の高調波分析器によれば、固定周波数・発振器
の発振出力をサンプリングパルスとして使用しているの
で、サンプリングパルスを作成するための構成が簡単と
なり、安価である。しかも、入力信号のサンプリングパ
ルスの非同期による誤差をＣＰＵの内部演算によって補
正しているので入力信号の基本波および各矢高調波の振
幅を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図、第２図はこ
の発明の一実施例のブロック図、第３図はフーリエ解析
結果の一例を示す説明図、第４図（Ａ）、　　（Ｂ）は
実施例におけるＣＰＵのフローチャート、第５図は従来
の高調波分析器のブロック図、第６図は従来例における
ＣＰＵのフローチャートである。 ２・・・Ａ／Ｄ変換器、３・・・ＣＰＵ、３Ａ・・・デ
ータ取込み手段、３Ｂ・・・フーリエ解析手段、３Ｃ・
・・第１の探索手段、３Ｄ・・・第１の比較手段、３Ｅ
・・・第１の演算手段、３Ｆ・・・第２の探索手段、３
Ｇ・・・第２の比較手段、３Ｈ・・・第２の演算手段、
３■・・・出力手段 第６図 □【＾Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ
   変換器に対して標準入力信号の整数倍の周波数のサンプ
   リングクロックを与える固定周波数発振器と、前記Ａ／
   Ｄ変換器から出力されるデータを標準入力信号のｎサイ
   クル分（ｎは２以上の整数）取り込むデータ取込み手段
   と、このデータ取込み手段によって取り込まれた標準入
   力信号のｎサイクル分のデータを１サイクルのデータと
   してフーリエ解析を行い各次調波の振幅データを求める
   フーリエ解析手段と、ことフーリエ解析手段により求め
   られた各次調波の振幅データを参照して入力信号の基本
   波および高調波にそれぞれ対応して振幅データがピーク
   となる高調波次数をそれぞれ見つけるピーク高調波次数
   探索手段と、このピーク高調波次数探索手段によって見
   つけられた高調波次数の振幅データの各々に対しその高
   調波次数の前後の次数の振幅データをもとにしてサンプ
   リングクロックと入力信号の非同期による誤差を補正す
   ることにより入力信号の基本波および高調波の振幅を求
   める補正演算手段と、この補正演算手段によって求めた
   演算結果を出力する出力手段とを備えた高調波分析器。