KR20180060083A - Device and method of frequency instrumentation using for phase lock loop technique - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 zero crossing을 위한 추가적인 회로 없이 3상 전압의 아날로그 값을 D-Q 변환을 이용한 PLL 기법으로 높은 정밀도로 주파수를 계측하고자 하는 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a PLL technique using DQ conversion of an analog value of a three-phase voltage without additional circuit for zero crossing, and a PLL The present invention relates to a frequency measuring apparatus and a method using the same.
순간적인 전력의 수요와 공급의 불균형에 따른 주파수 변동을 막기 위해 발전기의 예비 전력등으로 출력을 조절하는데 이를 주파수 조정이라고 한다. In order to prevent the frequency fluctuation due to the instantaneous power demand and the unbalance of the supply, the output is controlled by the spare power of the generator.
종래의 주파수 검출 방법으로는 일정한 시간 내에 전압이 음에서 양으로 또는 그 반대인 양에서 음으로 영점을 교차한 수를 이용하여 주파수를 검출하였다.In the conventional frequency detection method, the frequency is detected by using the number of zero crossings of the voltage in the positive to positive or vice versa within a predetermined time.
그러나, 종래의 주파수 검출 방법을 사용하기 위해서는 비교기, 펄스 발생기, 펄스 카운터 등의 추가적인 회가로 필요함에 따라 비용이 증가하는 문제점이 있었다. However, in order to use the conventional frequency detection method, additional cost such as a comparator, a pulse generator, a pulse counter, and the like is required.
따라서, 추가적인 회로 없이 정밀도가 높은 주파수 검출 방안이 시급하게 요구되는 것이 현실이다.Therefore, it is a reality that a frequency detection scheme with high accuracy is urgently required without any additional circuit.
[관련기술문헌][Related Technical Literature]
1. 주파수 검출회로(특허출원번호 제10-1988-0017792호)1. Frequency detection circuit (Patent Application No. 10-1988-0017792)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주파수를 검출하기 위해 추가적인 회로 구성이 없어 경제성을 향상시켜 줄 수 있는 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a frequency measuring apparatus and method using a PLL technique that can improve the economical efficiency because there is no additional circuit configuration for detecting a frequency.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 소수점 3digit까지의 정밀한 주파수를 계측할 수 있는 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치 및 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a frequency measuring apparatus and method using a PLL technique capable of measuring a precise frequency up to a decimal point of 3digit.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 방법은 설정된 인터럽트(interrupt)가 발생되었는지 판단하는 단계; 설정된 인터럽트가 발생된 경우, 3상의 디지털 상전압 값(phase voltage value)을 각각 읽어들이는 단계; 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하는 단계; 변환된 2상의 전압 값을 이용하여, D-Q 변환(D-Q transformation)을 수행하는 단계; 및 D-Q 변환을 설정된 횟수만큼 샘플링하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring frequency using PLL, comprising: determining whether a set interrupt occurs; Reading a digital phase voltage value of three phases when the set interrupt is generated; Converting each of the read digital phase voltage values into a voltage value of a rotational coordinate system which is a voltage value of two phases; Performing a D-Q transformation using the converted two-phase voltage value; And sampling the DQ conversion a predetermined number of times to detect the current angle and the current frequency.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 3상의 단자인 제1 단자 내지 제3 단자에서 입력받은 각각의 아날로그 상전압 값을 각각의 디지털 상전압으로 변환하는 단계를 더 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of converting each analog phase voltage value input from a first terminal to a third terminal, which are terminals of three phases, into respective digital phase voltages.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 설정된 인터럽트는, 하나의 주기인 60Hz의 주파수 범위 내에서 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단한다. According to another aspect of the present invention, the set interrupt judges whether a frequency of 1920 Hz is detected within a frequency range of 60 Hz, which is one cycle.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하는 것은 아래의 수학식 1에 의하여 결정되고, D-Q 변환의 수행은 아래의 수학식 2에 의하여 결정된다. According to another aspect of the present invention, the conversion into the voltage value of the rotational coordinate system is determined by the following
<수학식 1>&Quot; (1) "
<수학식 2>&Quot; (2) "
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 현재의 각도는 아래의 수학식 3에 의하여 검출하고, 현재의 주파수는 아래의 수학식 4에 의하여 검출한다. According to another aspect of the present invention, the current angle is detected by the following equation (3), and the current frequency is detected by the following equation (4).
<수학식 3>&Quot; (3) "
Anglen=Radian to Degree*arctan(Vavg_q/Vavg_d)Anglen = Radian to Degree * arctan (Vavg_q / Vavg_d)
여기서, Radian to Degree는 라디안 값을 각도로 변환한 값이고, arctan(Vavg_q/Vavg_d)는 d값의 평균 전압 값을 q값의 평균 전압 값으로 나눈 값의 아크 탄젠트 값이다. Here, Radian to Degree is a value obtained by converting a radian value into an angle, and arctan (Vavg_q / Vavg_d) is an arctangent of a value obtained by dividing the average voltage value of the d value by the average voltage value of the q value.
<수학식 4>&Quot; (4) "
Frequency=60.000+ (Anglen- Anglen-1)Frequency = 60,000 + (Anglen-Anglen-1)
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치는 3상의 단자인 제1 단자 내지 제3 단자에서 입력받은 각각의 아날로그 상전압 값을 디지털 상전압으로 각각 변환하는 S/C(Start of Conversion); 및 설정된 인터럽트가 발생되었는지 판단하고, 설정된 인터럽트가 발생된 경우, S/C에서 변환된 3상의 디지털 상전압 값을 각각 읽어들이고, 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하고, 변환된 2상의 전압 값을 이용하여, D-Q 변환을 수행하고, D-Q 변환을 설정된 횟수만큼 샘플링하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a frequency measuring apparatus to which a PLL technique is applied. In the frequency measuring apparatus, the analog phase voltage values input from the first to third terminals, Start of Conversion (S / C); And if the set interrupt occurs, reads the digital phase voltage values of the three phases converted by S / C, respectively, and uses the read digital phase voltage values to determine the rotation An MCU (Micro Controller Unit) which performs DQ conversion by using the converted two-phase voltage value, samples the DQ conversion by a predetermined number of times, and detects the current angle and the current frequency, .
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주파수를 검출하기 위해 추가적인 회로 구성이 없어 경제성을 향상시켜 줄 수 있는 효과가 있다. A problem to be solved by the present invention is that there is no additional circuit structure for detecting a frequency, so that the economical efficiency can be improved.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 소수점 3digit까지의 정밀한 주파수를 계측할 수 있는 효과가 있다.Another problem to be solved by the present invention is to measure a precise frequency up to a decimal point of 3digit.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 설정된 인터럽트가 발생된 경우, MCU에서 3상의 디지털 상전압 값을 각각 읽어들이는 실시 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환한 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 변환된 αß좌표인 회전 좌표계를 공간 벡터로 표현한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 주파수 검출을 위한 D-Q 변환을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 D-Q 변환 후 d값과 q값을 dq좌표로 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공간 벡터 상의 d값과 q값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 59.8Hz 검출시 dq 변환에 따른 좌표 변환을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 검출 알고리즘을 도시한 순서도이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PLL 기법을 이용하여 각각의 주파수를 계측하는 실험 예를 도시한 도면이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a frequency measuring apparatus to which a PLL technique according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of reading three-phase digital phase voltage values from the MCU when a set interrupt is generated according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of converting a voltage value of a rotational coordinate system, which is a voltage value of two phases, using each digital phase voltage value read by the MCU according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a rotation coordinate system, which is the? Co-ordinate transformed by the MCU according to an embodiment of the present invention, as a space vector.
5 is a graph illustrating DQ conversion for frequency detection in an MCU according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the d value and the q value after the DQ conversion in the MCU according to the embodiment of the present invention in dq coordinates.
7 is a graph showing d values and q values on a space vector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph illustrating coordinate conversion according to dq conversion when detecting 59.8 Hz according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a frequency detection algorithm according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 10A to 10F are diagrams illustrating an example of measuring each frequency using the PLL technique according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to a person skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 펌웨어 (firmware), 소프트웨어(software), 또는 하드웨어(hardware)로 구성된, 알고리즘 또는 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 알고리즘 또는 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 디지털 신호 처리 디바이스(Digital Signal Processing Device) 의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 알고리즘 또는 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Each block of the accompanying block diagrams and combinations of the steps of the flowcharts may be performed by algorithms or computer program instructions comprised of firmware, software, or hardware. These algorithms or computer program instructions may be embedded in a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable digital signal processing device, so that the instructions that are executed by a processor of a computer or other programmable data processing apparatus Generate means for performing the functions described in each block or flowchart of the block diagram. These algorithms or computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory capable of directing a computer or other programmable data processing apparatus to implement a function in a particular manner, It is also possible for instructions stored in a possible memory to produce a manufacturing item containing instruction means for performing the function described in each block or flowchart of each block diagram. Computer program instructions may also be stored on a computer or other programmable data processing equipment so that a series of operating steps may be performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a computer- It is also possible that the instructions that perform the processing equipment provide the steps for executing the functions described in each block of the block diagram and at each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Also, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions mentioned in the blocks or steps may occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in reverse order according to the corresponding function.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.It is to be understood that each of the features of the various embodiments of the present invention may be combined or combined with each other partially or entirely and technically various interlocking and driving is possible as will be appreciated by those skilled in the art, It may be possible to cooperate with each other in association.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 상세히 설명한다.Various embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치는 S/C(Start of Conversion, 102) 및 MCU(Micro Controller Unit, 103)을 포함한다. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a frequency measuring apparatus to which a PLL technique according to an embodiment of the present invention is applied. First, as shown in FIG. 1, the frequency measuring apparatus to which the PLL technique according to the present invention is applied includes S / C (Start of Conversion) 102 and an MCU (Micro Controller Unit) 103.
S/C(102)는 3상의 단자(terminal, 101)인 제1 단자 내지 제3 단자에서 입력받은 각각의 아날로그 상전압 값(phase voltage value)을 디지털 상전압으로 각각 변환한다. The S /
MCU(103)는 설정된 인터럽트(interrupt)가 발생되었는지 판단하여, 설정된 인터럽트가 발생된 경우, S/C(102)에서 변환된 3상의 디지털 상전압 값을 각각 읽어들이고, 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하고, 변환된 2상의 전압 값을 이용하여, D-Q 변환(D-Q transformation)을 수행하고, D-Q 변환을 설정된 횟수만큼 샘플링하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출한다. The
여기서, S/C(102)는 3상의 단자(101)인 제1 단자 내지 제3 단자에서 입력된 전압을 정밀한 측정이 가능하도록 디지털 전압 값을 아날로그 전압 값으로 변환하는데, 예를 들면, 24비트(bit)의 디지털 전압 값으로 변환할 수 있다. Here, the S /
또한, 여기서, 설정된 인터럽트란 하나의 주기인 60Hz의 주파수 범위 내에서 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단하는 것으로 정의될 수 있다. 즉, 하나의 주기가 60Hz인 경우, 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단하기 위해 총 32번의 인터럽트가 발생될 수 있다. Here, the set interrupt can be defined as judging whether a frequency of 1920 Hz is detected within a frequency range of 60 Hz, which is one cycle. That is, if one cycle is 60 Hz, a total of 32 interrupts may be generated to determine whether a frequency of 1920 Hz is detected.
또한, 여기서, R 전압, S 전압 및 T 전압이란 3상의 상전압인 a 상전압, b 상전압 및 c 상전압으로 정의될 수 있다. Here, the R voltage, the S voltage, and the T voltage can be defined as three-phase phase voltages a-phase voltage, b-phase voltage and c-phase voltage.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 설정된 인터럽트가 발생된 경우, MCU에서 3상의 디지털 상전압 값을 각각 읽어들이는 실시 예를 도시한 도면이다. 먼저, MCU는 설정된 인터럽트가 발생되었는지 여부를 판단한다. 예를 들면, 주파수의 하나의 주기가 60Hz인 경우, MCU는 설정된 주파수인 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단할 수 있다. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of reading three-phase digital phase voltage values from the MCU when a set interrupt is generated according to an embodiment of the present invention. First, the MCU determines whether a set interrupt has occurred. For example, if one period of the frequency is 60 Hz, the MCU can determine whether a frequency of 1920 Hz, which is the set frequency, is detected.
구체적으로, 상술한 예에서, MCU에서 설정된 주파수인 1920Hz의 주파수가 검출되었다고 판단될 경우, MCU는 S/C에서 변환된 각각의 3상 디지털 전압 값을 읽어들일 수 있다. 바람직하게는, MCU는 24비트의 3상 디지털 전압 값을 각각 읽어들일 수 있다. Specifically, in the above example, when it is determined that a frequency of 1920 Hz set in the MCU is detected, the MCU can read each three-phase digital voltage value converted in S / C. Preferably, the MCU can read 24-bit three-phase digital voltage values, respectively.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, MCU는 설정된 주파수인 1920Hz의 주파수마다 3상 디지털 전압 값을 읽어들여 각각의 3상 전압 값(210, 220, 230)을 총 32번 읽어들일 수 있다. 2, for example, the MCU reads a 3-phase digital voltage value for every frequency of 1920 Hz, which is a set frequency, and reads each of the 3-
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환한 일 실시 예를 도시한 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of converting a voltage value of a rotational coordinate system, which is a voltage value of two phases, using each digital phase voltage value read by the MCU according to an embodiment of the present invention.
먼저, MCU는 각각의 읽어들인 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환한다. 구체적인 수식은 아래의 <수학식 1>과 같다. First, the MCU converts the read digital phase voltage value to the voltage value of the rotational coordinate system, which is the voltage value of two phases. The concrete formula is shown in Equation (1) below.
<수학식 1>&Quot; (1) "
여기서, Vα값은 3상의 위상을 나타내고, Vß값은 3상의 크기를 나타내며, Va는 a 상전압을 나타내고, Vb는 b 상전압을 나타내고, Vc는 c 상전압을 나타낸 것이다. Here, the V? Value represents the phase of three phases, the V? Value represents the size of three phases, Va represents the a-phase voltage, Vb represents the b-phase voltage, and Vc represents the c-phase voltage.
예를 들면, MCU에서 각각 읽어들인 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환한 αß좌표인 회전 좌표계의 일 실시 예는 도 3에 도시된 바와 같다.For example, one embodiment of the rotation coordinate system, which is the alpha co-ordinate converted into the voltage value of the rotation coordinate system, which is the voltage value of the two phases, using the digital phase voltage value read from the MCU, is as shown in FIG.
즉, 디지털 상전압 값을 αß좌표인 회전 좌표로 변환하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 3상의 위상을 나타내는 α그래프(310)와 3상의 크기를 나타내는 ß그래프(320)로 변환되어 도시됨을 확인할 수 있다. That is, when the digital phase voltage value is converted into the rotation coordinates of the? Co-ordinates, as shown in FIG. 3, the α-
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 변환된 αß좌표인 회전 좌표계를 공간 벡터로 표현한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 주파수 검출을 위한 D-Q 변환을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MCU에서 D-Q 변환 후 d값과 q값을 dq좌표로 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공간 벡터 상의 d값과 q값을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 59.8Hz 검출시 dq 변환에 따른 좌표 변환을 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing a rotation coordinate system, which is the α co-ordinate transformed by the MCU according to an embodiment of the present invention, as a space vector, FIG. 5 is a graph showing DQ conversion for frequency detection in the MCU according to an embodiment of the present invention FIG. 6 is a graph showing the d value and the q value after the DQ conversion in the MCU according to an embodiment of the present invention in terms of dq coordinates. FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between a d value and a q value And FIG. 8 is a graph illustrating coordinate conversion according to dq conversion when detecting 59.8 Hz according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, MCU는 디지털 상전압 값을 αß좌표인 회전 좌표계로 변환한 후, 변환된 회전 좌표계를 공간 벡터로 변환한다. 예를 들면, MCU는 특정 점(410)을 기준으로 반시계 방향(420)으로 해당 주파수만큼의 속도로 회전됨을 나타낼 수 있다. First, as shown in FIG. 4, the MCU converts a digital phase voltage value into a rotation coordinate system, which is an? Co-ordinate, and then converts the converted rotation coordinate system into a space vector. For example, the MCU may indicate that it is rotated at a speed corresponding to the frequency in the
이후, MCU는 주파수 검출을 위한 D-Q 변환을 수행한다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, α값과 ß값은 반시계 방향(420)으로 해당 주파수만큼 회전하므로, 이를 역으로 주파수를 시계 방향(510)으로 같은 속도로 D-Q 변환을 수행하게 되면, 해당 주파수는 전압 a상의 위상에 고정되어 이를 현재 주파수로 검출할 수 있다. Thereafter, the MCU performs DQ conversion for frequency detection. For example, as shown in FIG. 5, since the α value and the β value are rotated by the corresponding frequency in the counterclockwise direction (420), the DQ conversion is performed in the clockwise direction (510) The corresponding frequency is fixed to the phase of the voltage a and can be detected as the current frequency.
상술한 방법을 PLL(Phase Lock Loop) 기법이라고 한다. 즉, MCU는 상술한 PLL 기법을 이용하여 현재의 주파수를 검출할 수 있다. The above method is called PLL (Phase Lock Loop) technique. That is, the MCU can detect the current frequency using the PLL technique described above.
구체적으로, PLL을 위한 D-Q 변환의 공식은 아래의 <수학식 2>와 같이 정의될 수 있다. Specifically, the formula of the DQ conversion for the PLL can be defined as Equation (2) below.
<수학식 2>&Quot; (2) "
여기서, Vd값은 위상을 나타내고, Vq값은 디지털 상전압 값을 나타내며, Vα값은 3상의 위상을 나타내고, Vß값은 3상의 크기를 나타낸 것이다. Here, the Vd value indicates a phase, the Vq value indicates a digital phase voltage value, the V? Value indicates a phase of three phases, and the V? Value indicates a phase of three phases.
이후, MCU는 D-Q 변환 후 d값과 q값을 dq좌표로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, MCU는 D-Q 변환 후 d값과 q값을 dq좌표로 나타낸 그래프로 나타낼 수 있는데, 220V를 입력받아 하측의 직선(610)은 위상이 0°로 고정된 그래프를 나타낸 것이고, 상측의 직선(620) 역시 220V를 입력받아 3상의 디지털 상전압인 15000V 값을 출력하는 것을 나타낸 그래프이다.After that, MCU can display d value and q value after DQ conversion by dq coordinates. For example, as shown in FIG. 6, the MCU can display the d value and the q value after the DQ conversion by a dq coordinate. When the 220V is inputted, the lower
상술한 도 6의 그래프를 공간 벡터 상의 d값과 q값으로 나타내면, 도 7에 도시된 바와 같은 그래프로 나타낼 수 있다. 예를 들면, y축의 2값(710)에 32개의 도트(dot)가 겹쳐서 표시될 수 있다. The above-described graph of FIG. 6 can be represented by a graph such as that shown in FIG. 7 by representing d and q values on the space vector. For example, 32 dots may be superimposed on two
여기서, MCU는 아래와 같은 <수학식 3> 및 <수학식 4>를 통하여 현재의 각도 및 현재의 주파수를 구할 수 있다. Here, the MCU can obtain the current angle and the current frequency through the following Equations (3) and (4).
<수학식 3>&Quot; (3) "
Anglen=Radian to Degree*arctan(Vavg_q/Vavg_d)Anglen = Radian to Degree * arctan (Vavg_q / Vavg_d)
여기서, Radian to Degree는 라디안 값을 각도로 변환한 값이고, arctan(Vavg_q/Vavg_d)는 d값의 평균 전압 값을 q값의 평균 전압 값으로 나눈 값의 아크 탄젠트 값이다. Here, Radian to Degree is a value obtained by converting a radian value into an angle, and arctan (Vavg_q / Vavg_d) is an arctangent of a value obtained by dividing the average voltage value of the d value by the average voltage value of the q value.
<수학식 4>&Quot; (4) "
Frequency=60.000+ (Anglen- Anglen-1)Frequency = 60,000 + (Anglen-Anglen-1)
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 59.8Hz 검출시 dq 변환에 따른 좌표 변환을 나타낸 그래프이다. 먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, MCU에서 59.8Hz 검출시 dq 변환에 따른 좌표 변환을 나타낸 그래프로, 직선(810) 상에 32개의 도트가 표시될 수 있다. FIG. 8 is a graph illustrating coordinate conversion according to dq conversion when detecting 59.8 Hz according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, 32 dots can be displayed on the
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 검출 알고리즘을 도시한 순서도이다. 먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, MCU는 설정된 인터럽트가 발생되었는지 여부를 판단한다(S910). 예를 들면, MCU는 하나의 주기인 60Hz의 주파수 범위 내에서 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단할 수 있다. 즉, 하나의 주기가 60Hz인 경우, MCU에서는 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단하기 위해 총 32번의 인터럽트가 발생됨을 확인할 수 있다. 9 is a flowchart illustrating a frequency detection algorithm according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 9, the MCU determines whether a set interrupt has occurred (S910). For example, the MCU can determine if a frequency of 1920 Hz is detected within a frequency range of 60 Hz, which is one cycle. That is, if one cycle is 60 Hz, it can be confirmed that a total of 32 interrupts are generated in order to judge whether a frequency of 1920 Hz is detected in the MCU.
이후, MCU에서 설정된 인터럽트가 발생되었다고 판단될 경우, MCU는 3상의 디지털 상전압 값을 읽어들인다(S920). 예를 들면, MCU에서 설정된 주파수인 1920Hz의 주파수가 검출되었다고 판단될 경우, MCU는 24비트의 3상 디지털 전압 값을 각각 읽어들일 수 있다. Thereafter, if it is determined that an interrupt has been generated by the MCU, the MCU reads the digital phase voltage value of the three phases (S920). For example, if it is determined that a frequency of 1920 Hz, which is the frequency set in the MCU, is detected, the MCU can read 24-bit three-phase digital voltage values, respectively.
이후, MCU는 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환한다(S930). 구체적으로, MCU는 상술한 <수학식 1>을 통하여, MCU에서 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 3상의 위상을 나타내는 Vα값과 3상의 크기를 나타내는 Vß값인 2상의 전압 값으로 변환할 수 있다. Thereafter, the MCU converts the read digital phase voltage value into a voltage value of a rotational coordinate system, which is a voltage value of two phases (S930). Specifically, the MCU can convert each of the digital phase voltage values read from the MCU into V (alpha) values representing the phase of three phases and voltage values of two phases of Vss representing the magnitudes of the three phases through the above Equation (1) .
이후, MCU는 변환된 2상의 전압 값을 이용하여, D-Q 변환을 수행한다(S940). 구체적으로, MCU는 상술한 <수학식 2>를 통하여, 2상의 전압 값을 위상을 나타내는 Vd값과 디지털 상전압 값을 나타내는 Vq값으로 변환할 수 있다. Thereafter, the MCU performs DQ conversion using the converted two-phase voltage value (S940). Specifically, the MCU can convert the voltage value of the two phases into the Vd value representing the phase and the Vq value representing the digital phase voltage value through Equation (2).
이후, MCU는 D-Q 변환을 설정된 횟수만큼 샘플링하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출한다(S950). 구체적으로, MCU는 상술한 <수학식 3> 및 <수학식 4>를 통하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출할 수 있다. Thereafter, the MCU samples the DQ conversion by the preset number of times, and detects the current angle and the current frequency (S950). Specifically, the MCU can detect the current angle and the current frequency through Equations (3) and (4) described above.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PLL 기법을 이용하여 각각의 주파수를 계측하는 실험 예를 도시한 도면이다. 도 10a 내지 도 10f는 각각 60Hz, 59.999Hz, 59.998Hz, 59.800Hz, 60.001Hz 및 60.200Hz라는 소수점 3digit까지 정확하게 계측한 실험 결과를 확인할 수 있다. FIGS. 10A to 10F are diagrams illustrating an example of measuring each frequency using the PLL technique according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. FIGS. 10A to 10F show experimental results accurately measured up to a decimal point 3digit of 60 Hz, 59.999 Hz, 59.998 Hz, 59.800 Hz, 60.001 Hz and 60.200 Hz, respectively.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the present invention is not limited to those embodiments and various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
101 3상의 단자
102 S/C
103 MCU
210 3상의 전압 값
220 3상의 전압 값
230 3상의 전압 값
310 α그래프
320 ß그래프
410 특정점
420 반시계 방향
510 시계 방향
610 하측의 직선
620 상측의 직선
710 y축의 2값
810 직선101 Three-phase terminal
102 S / C
103 MCU
210 Three-phase voltage value
220 Three phase voltage value
230 Three phase voltage value
310 α graph
320 ß graph
410 Specific points
420 counterclockwise
510 clockwise
610 Lower straight line
620 Upper straight line
710 2 values on the y axis
810 straight line
Claims (6)
상기 설정된 인터럽트가 발생된 경우, 3상의 디지털 상전압 값(phase voltage value)을 각각 읽어들이는 단계;
상기 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하는 단계;
상기 변환된 2상의 전압 값을 이용하여, D-Q 변환(D-Q transformation)을 수행하는 단계; 및
상기 D-Q 변환을 설정된 횟수만큼 샘플링하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출하는 단계를 포함하는, PLL(Phase Lock Loop) 기법을 적용한 주파수 계측 방법.
Determining whether a set interrupt has occurred;
Reading the digital phase voltage values of the three phases when the set interrupt occurs;
Converting each of the read digital phase voltage values into a voltage value of a rotational coordinate system which is a voltage value of two phases;
Performing a DQ transformation using the transformed two-phase voltage value; And
Sampling the DQ conversion by a predetermined number of times, and detecting a current angle and a current frequency, wherein the PLL (Phase Lock Loop) method is applied.
3상의 단자인 제1 단자 내지 제3 단자에서 입력받은 각각의 아날로그 상전압 값을 상기 각각의 디지털 상전압으로 변환하는 단계를 더 포함하는, PLL 기법을 적용한 주파수 계측 방법.
The method according to claim 1,
And converting each of the analog phase voltage values input from the first to third terminals, which are terminals of the three phases, into the respective digital phase voltages.
상기 설정된 인터럽트는,
하나의 주기인 60Hz의 주파수 범위 내에서 1920Hz의 주파수가 검출되는지 판단하는 것인, PLL 기법을 적용한 주파수 계측 방법.
The method according to claim 1,
The set interrupt,
Wherein a determination is made as to whether a frequency of 1920 Hz is detected within a frequency range of 60 Hz, which is one cycle, using the PLL technique.
상기 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하는 것은 아래의 수학식 1에 의하여 결정되고,
상기 D-Q 변환의 수행은 아래의 수학식 2에 의하여 결정되는, PLL 기법을 적용한 주파수 계측 방법.
<수학식 1>
여기서, Vα값은 3상의 위상을 나타내고, Vß값은 3상의 크기를 나타내며, Va는 a 상전압을 나타내고, Vb는 b 상전압을 나타내고, Vc는 c 상전압을 나타낸 것이다.
<수학식 2>
여기서, Vd값은 위상을 나타내고, Vq값은 디지털 상전압 값을 나타내며, Vα값은 3상의 위상을 나타내고, Vß값은 3상의 크기를 나타낸 것이다.
The method according to claim 1,
The conversion into the voltage value of the rotating coordinate system is determined by the following equation (1)
Wherein the DQ conversion is performed according to Equation (2) below.
&Quot; (1) "
Here, the V? Value represents the phase of three phases, the V? Value represents the size of three phases, Va represents the a-phase voltage, Vb represents the b-phase voltage, and Vc represents the c-phase voltage.
&Quot; (2) "
Here, the Vd value indicates a phase, the Vq value indicates a digital phase voltage value, the V? Value indicates a phase of three phases, and the V? Value indicates a phase of three phases.
상기 현재의 각도는 아래의 수학식 3에 의하여 검출하고, 상기 현재의 주파수는 아래의 수학식 4에 의하여 검출하는, PLL 기법을 적용한 주파수 계측 방법.
<수학식 3>
Anglen=Radian to Degree*arctan(Vavg_q/Vavg_d)
여기서, Radian to Degree는 라디안 값을 각도로 변환한 값이고, arctan(Vavg_q/Vavg_d)는 d값의 평균 전압 값을 q값의 평균 전압 값으로 나눈 값의 아크 탄젠트 값이다.
<수학식 4>
Frequency=60.000+ (Anglen- Anglen -1)
The method according to claim 1,
Wherein the current angle is detected by the following equation (3), and the current frequency is detected by the following equation (4).
&Quot; (3) "
Anglen = Radian to Degree * arctan (Vavg_q / Vavg_d)
Here, Radian to Degree is a value obtained by converting a radian value into an angle, and arctan (Vavg_q / Vavg_d) is an arctangent of a value obtained by dividing the average voltage value of the d value by the average voltage value of the q value.
&Quot; (4) "
Frequency = 60.000 + (Angle n - Angle n -1 )
설정된 인터럽트가 발생되었는지 판단하고, 상기 설정된 인터럽트가 발생된 경우, 상기 S/C에서 변환된 3상의 디지털 상전압 값을 각각 읽어들이고, 상기 읽어들인 각각의 디지털 상전압 값을 이용하여, 2상의 전압 값인 회전 좌표계의 전압 값으로 변환하고, 상기 변환된 2상의 전압 값을 이용하여, D-Q 변환을 수행하고, 상기 D-Q 변환을 설정된 횟수만큼 샘플링하여, 현재의 각도 및 현재의 주파수를 검출하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하는, PLL 기법을 적용한 주파수 계측 장치.
An S / C (Start of Conversion) for converting each of the analog phase voltage values inputted from the first to third terminals which are the three phase terminals into a digital phase voltage; And
And if the set interrupt is generated, reads the digital phase voltage values of the three phases converted by the S / C, and uses the read digital phase voltage values to determine the phase of the two phase voltages And a voltage value of a rotating coordinate system which is a value of the voltage of the rotating coordinate system, and performs DQ conversion using the converted two-phase voltage value, samples the DQ conversion by the set number of times, And a controller unit (PLL).
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|---|---|---|---|
| KR1020160159157A KR101978023B1 (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Device and method of frequency instrumentation using for phase lock loop technique |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000092883A (en) * | 1998-09-14 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | Control device of 3-phase commutator-less motor |
| JP2012159334A (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Meidensha Corp | Phase detection device and method of sinusoidal signal |
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2016
- 2016-11-28 KR KR1020160159157A patent/KR101978023B1/en active IP Right Grant
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