JPH05145409A - 全デイジタル電源同期位相固定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロコンピュータの比例積分制御演算の
ための負荷を軽減する。 【構成】 この全ディジタル電源同期位相固定装置で
は、電源の位相信号と本装置の出力である位相検出デー
タとを比較して位相偏差データを求め、この位相偏差デ
ータに対して上位マイクロコンピュータにおいて比例積
分制御演算を行ない、この比例積分制御演算の結果とし
て出力するデータに対して電源周波数データを加算して
新たな周波数指令データを出力する。そして、積分器に
おいて、この周波数指令データを積分して本装置の出力
である位相検出データを出力する。こうして、電源の投
入の最初から比例積分制御演算結果の出力として電源周
波数程度の周波数指令データを積分器に与えることがで
きるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンバータ装置、サ
イリスタレオナード装置などの電源制御装置における全
ディジタル電源同期位相固定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電源にＧＴＲ、ＧＴＯ、サイリスタ
などの電力用半導体により構成されるコンバータ装置を
接続し、電力制御を行なうことが、エレベータなどの一
般産業において広く行なわれているが、この場合、交流
電源の位相を検出し、この位相によって制御を行なうこ
とが必要である。そして、この位相の検出には、電源同
期位相固定装置が広く用いられてきている。

【０００３】従来の電源同期位相固定装置は、演算増幅
器やＶＣＯ分周カウンタなどのアナログおよびディジタ
ル回路により構成されているが、最近では、ゲートアレ
イやマイクロコンピュータにより構成される全ディジタ
ル電源同期位相固定装置が提案されるようになってい
る。

【０００４】このような従来の全ディジタル電源同期位
相固定装置の一例が図２に示されている。この従来例の
装置において、１は位相偏差検出部であり、電源位相信
号θI と本装置の出力である位相検出データθO との偏
差を演算し、位相偏差データΔθを出力する。２は、比
例積分制御演算部であり、位相偏差検出部１からの位相
偏差データΔθに対して比例積分制御演算を行ない、周
波数指令データωを出力する。３は積分器であり、比例
積分制御演算部２の出力である周波数指令データωに対
して積分演算を行ない、本装置の出力である位相指令デ
ータθO を出力する。そして、４は上位マイクロコンピ
ュータ、５はゲートアレイなどのディジタルI Ｃ、６は
これらの間を接続するデータバスである。

【０００５】このような従来の全ディジタル電源同期位
相固定装置では、電源位相信号θI波一般的に５０／６
０Hzの電源の位相信号であり、正弦波である。この電源
位相信号θI と本装置の出力である位相指令データθO
が位相偏差検出部１において比較され、位相偏差データ
Δθが検出され、データバス６で接続された上位マイク
ロコンピュータ４の比例積分制御演算部２に出力され
る。

【０００６】この電源位相信号θI と位相検出データθ
O との位相偏差データΔθとの関係は、次の式により与
えられる。

【０００７】Δθ＝θI −θO 電源位相信号θI が検出位相データθO より進んでいる
場合には、位相偏差データΔθは正となり、この位相偏
差データΔθに比例積分制御演算を行なうことによって
得られる周波数指令データωは増加して電源周波数より
も大きい値をとることになる。このため、周波数指令デ
ータωを積分器３によって積分して得られる位相検出デ
ータθO の位相は、電源位相信号θI に追いつき、位相
偏差データΔθは０になる。

【０００８】逆に、電源位相信号θI が検出位相データ
θO よりも遅れている場合には、位相偏差データΔθは
負となり、この位相偏差データΔθに比例積分制御演算
を行なうことによって得られる周波数指令データωは減
少して電源周波数よりも小さい値となり、位相検出デー
タθO の位相は電源位相信号θI に追いつかれて位相偏
差データΔθは０となる。

【０００９】このために、定常時には位相偏差データΔ
θは０となり、電源位相信号θI と位相検出データθO
は等しくなり、電源位相が検出される。

【００１０】このようにして従来の全ディジタル電源同
期位相固定装置では電源位相が検出されるのであるが、
制御を開始した直後には、電源位相信号θI と位相検出
データθO とが等しくなるまでに比例積分制御演算部２
および積分器３のゲイン定数によって決まる応答時間が
必要となる。また、電源の状況の変化により電源位相が
急激に変化した場合にも、この電源位相信号θI の変化
に位相検出データθOが追従し、電源位相信号と位相検
出データが等しくなるまでには、上記と同じ応答時間が
必要である。

【００１１】ところが、電源の周波数がこの応答時間よ
り短い時間で変動すると、電源位相の変動に位相検出デ
ータが追従できなくなり、電源位相の検出が不可能とな
る。例えば、５０Hzの電源周波数が急に変動して５５Hz
になったとする。このとき、周波数指令データωは５０
Hzであり、位相検出データθO は５０Hzの周波数で進ん
でいる。このため、位相偏差データΔθは５５Hzと５０
Hzの差である５Hzの周波数で変化する。

【００１２】したがって、応答時間がこの周期０．２se
c より遅い場合は、電源位相の検出が不可能になる。こ
のために、特に、制御を開始する時には比例積分制御演
算部２の出力である周波数指令データωは通常は０であ
るために、０Hzから電源周波数５０／６０Hzまで２０／
１６．７msecで応答するように比例積分制御演算部２お
よび積分器３のゲイン定数を決定しなければならない。
しかしながら、位相偏差検出部１は電源位相信号θI の
正弦波のゼロクロス点での位相検出データを保持し、こ
れをマイクロコンピュータ４によって読み込むことによ
り位相偏差を検出しているために、検出速度に制限があ
り、このため、前述のゲイン定数の設定によって応答時
間を短くしようとすると、位相偏差データΔθ、周波数
指令データω、位相検出データθO により構成されるル
ープが不安定となり、電源位相に位相検出データが追従
できなくなる。

【００１３】この点を補うために、位相偏差検出部１を
異なる構成にして検出速度を上げようとすると、構成が
著しく複雑になってしまう。このため、従来の全ディジ
タル電源同期位相固定装置では、応答時間が５０msec程
度が最も短い時間である。

【００１４】ところが、前述のように応答時間は５０ms
e 程度が最短であるために、この場合でも電源周波数信
号θI と周波数指令データωとの偏差は２０Hz以内でな
いと電源位相に位相検出データが追従することができな
い。そこで、制御を開始する時には、比例積分制御演算
の出力である周波数指令データωが電源周波数の±２０
Hzの範囲内の周波数を出力していなければならない。

【００１５】一方、従来装置の応答時間は電源の変動状
況、ノイズなどの影響、比例積分制御演算部２と積分器
３の演算速度、位相偏差検出部１の検出速度、当該装置
に要求される応答時間の仕様などにより決定されるが、
通常は１００msec程度となる。このため、制御を開始す
る時には、比例積分制御演算部２の出力である周波数指
令データωが電源周波数の±１０Hzの範囲内の周波数を
出力していなければならないが、比例積分制御演算部２
が制御開始前に電源周波数に近い周波数指令データωを
出力するためには、この比例積分制御演算部２の積分演
算に電源周波数に対応した初期値を与える必要があっ
た。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の全ディジタル電源同期位相固定装置では、次のよ
うな問題点があった。すなわち、比例積分制御演算部の
積分演算に電源周波数に対応した初期値を与える場合に
は、この初期値は比例積分制御演算部のゲイン定数によ
っても設定値を変えなければならないが、比例積分制御
演算部の伝達関数は図２に示されているように、

【００１７】

【数１】

【００１８】で表わされる。このため、比例積分制御演
算部の入力である位相偏差データΔθと、それに積分ゲ
インを乗じて積分した積分データを加算し、このデータ
に比例ゲインを乗じたものを出力する。そこで、積分値
の初期値を与えて出力に電源周波数相当のデータを出力
しようとすると、電源周波数相当の周波数指令データω
を比例ゲインで除した値を積分演算の初期値として与え
ることになる。

【００１９】比例ゲインは前述のように電源の状況や当
該装置に要求される応答時間の仕様などによって決定さ
れるために、この比例ゲインを変更するたびに積分演算
の初期値を再計算して求めて設定するという手間が必要
とされていた。また、比例積分制御演算部は周波数指令
データωを０Hzから電源周波数より十分高い周波数まで
十分な精度で出力しなければならない。このために、マ
イクロコンピュータにとって大きな負荷となる問題点が
あった。

【００２０】この発明はこのような従来の問題点に鑑み
なされたもので、積分演算の初期値設定を必要とせず、
しかもマイクロコンピュータに負担を掛けない比例積分
制御演算を行なうことができる全ディジタル電源同期位
相固定装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の全ディジタル
電源同期位相固定装置は、電源の位相信号と本装置の出
力である位相検出データとを比較してその位相偏差デー
タを出力する位相偏差検出部と、この位相偏差検出部と
データバスを介して接続され、位相偏差データに比例積
分制御演算を行なう上位マイクロコンピュータと、この
上位マイクロコンピュータが比例積分制御演算の結果と
して出力するデータに対して電源周波数データを加算す
る加算器と、前記上位マイクロコンピュータとデータバ
スを介して接続され、前記加算器の加算結果として出力
される周波数指令データを積分して本装置の出力である
位相検出データを出力する積分器とを備えたものであ
る。

【００２２】

【作用】この発明の全ディジタル電源同期位相固定装置
では、位相偏差検出部において電源の位相信号と本装置
の出力である位相検出データとを比較して位相偏差デー
タを求め、この位相偏差検出部とデータバスを介して接
続され、位相偏差データに比例積分制御演算を行なう上
位マイクロコンピュータにおいて、位相偏差データに対
して比例積分制御演算を行ない、この上位マイクロコン
ピュータが比例積分制御演算の結果として出力するデー
タに対して、加算器によって電源周波数データを加算し
て周波数指令データを出力する。

【００２３】そして、上位マイクロコンピュータとデー
タバスを介して接続された積分器において、加算器の加
算結果として出力される周波数指令データを積分して本
装置の出力である位相検出データを出力する。

【００２４】こうして、電源の投入の最初から比例積分
制御演算結果の出力として電源周波数程度の周波数指令
データを積分器に与えることができるようにし、ゲイン
定数を変更する場合にも積分演算の初期値を再設定する
必要をなくし、さらに比例積分制御演算部が周波数指令
データを電源周波数の変動分だけ出力すればよいように
して、マイクロコンピュータの負荷を軽減する。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００２６】図１はこの発明の一実施例の回路ブロック
図である。この図１の実施例において、図２に示した従
来例と共通する構成要素については同一の符号を付して
示してある。つまり、位相偏差検出部１、比例積分制御
演算部２、積分器３、上位マイクロコンピュータ（ＣＰ
Ｕ）４、ゲートアレイ（ＧＡ）のようなディジタルＩＣ
５、データバス６は従来例と共通である。

【００２７】そして、この実施例の特徴として、上位マ
イクロコンピュータ４における比例積分制御演算部２の
出力側に加算器７を設け、比例積分制御演算部２の出力
である周波数指令データωs に電源周波数データωI を
加算して最終的な周波数指令データωを求め、これをデ
ータバス６を介してディジタルＩＣ５側の積分器３に出
力するようにしている。

【００２８】次に、上記の構成の全ディジタル電源同期
位相固定装置の動作について説明する。

【００２９】位相偏差検出部１では電源位相信号θI と
本装置の出力である位相指令データθO との偏差データ
Δθを求め、この位相偏差データΔθを比例積分制御演
算部２に与えて、ここで比例積分制御演算を行ない、周
波数指令データωs を求めて加算器７に出力する。

【００３０】加算器７では、この被例積分制御演算部２
からの演算結果ωs と電源周波数データωI とを加算
し、新たな周波数指令データωとして積分器３に与え
る。

【００３１】積分器３ではこの周波数指令データωを積
分し、位相指令データθO を出力する。

【００３２】この実施例の装置では、比例積分制御演算
部２の出力である周波数指令データωs は、電源周波数
データωI と実際の電源周波数の差を出力することにな
り、従来の比例積分制御演算部のように０Hzから電源周
波数より十分高い周波数まで出力する必要がなくなる。
したがって、比例積分制御演算部２の演算処理は、従来
例に比べて簡単になり、マイクロコンピュータの負担を
軽減できることになる。なぜならば、電源周波数データ
ωI は電源の周波数５０／６０Hzに相当する定数であ
り、これを加算することはマイクロコンピュータ内では
容易に行なえる処理であるために、マイクロコンピュー
タ内での負荷が高くなることはないのである。

【００３３】また、制御開始時には、比例積分制御演算
部２の出力である周波数指令データωs は０Hzであって
も、新しい周波数指令データωとしては、電源周波数デ
ータωI がそのまま与えられるために、本装置の応答時
間が制御開始時の実際の電源周波数と電源周波数データ
ωI との差の逆数の時間より短ければ電源位相信号θI
に位相検出データθO が追従して位相の検出が可能とな
る。通常、電源の周波数変動は数Hz程度であり、実際の
電源周波数と電源周波数データωI との差を３Hzとして
も、応答時間は３３０msec程度であればよく、十分に追
従できる。このため、従来のように比例積分制御演算部
２における積分演算に初期値を与える必要はなくなるの
である。

【００３４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、位相偏
差データを比例積分制御演算した結果としての周波数指
令データに対して電源周波数データを加算し、新たな周
波数指令データとして積分器により積分し、位相指令デ
ータを得るようにしているため、、比例積分制御演算部
に初期値を設定しなくても、制御の開始に際して位相指
令データに電源周波数程度のデータが出力され、位相偏
差データも小さな値とすることができ、比例積分制御演
算を行なうマイクロコンピュータの負荷を軽減すること
ができる。また、比例積分制御演算部に対して初期値の
設定が不要となるために、初期設定するデータを計算す
る手間がかからず、簡単なデータ設定のみで本装置を動
作させて電源位相を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】従来例の回路ブロック図。

【符号の説明】

１ 位相偏差検出部 ２ 比例積分制御演算部 ３ 積分器 ４ 上位マイクロコンピュータ ５ ディジタルＩＣ ６ データバス ７ 加算器 θI 電源位相信号 θO 位相指令データ Δθ 位相偏差データ ω 周波数指令データ ωI 電源周波数データ ωs 比例積分制御演算による周波数指令データ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源の位相信号と本装置の出力である位
   相検出データとを比較してその位相偏差データを出力す
   る位相偏差検出部と、 この位相偏差検出部とデータバスを介して接続され、位
   相偏差データに比例積分制御演算を行なう上位マイクロ
   コンピュータと、 この上位マイクロコンピュータが比例積分制御演算の結
   果として出力するデータに対して電源周波数データを加
   算する加算器と、 前記上位マイクロコンピュータとデータバスを介して接
   続され、前記加算器の加算結果として出力される周波数
   指令データを積分して本装置の出力である位相検出デー
   タを出力する積分器とを備えて成る全ディジタル電源同
   期位相固定装置。