JPS6049268A - 交流波形の直流成分を表わす信号発生装置 - Google Patents

交流波形の直流成分を表わす信号発生装置

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JPS6049268A
JPS6049268A JP59151946A JP15194684A JPS6049268A JP S6049268 A JPS6049268 A JP S6049268A JP 59151946 A JP59151946 A JP 59151946A JP 15194684 A JP15194684 A JP 15194684A JP S6049268 A JPS6049268 A JP S6049268A
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JP59151946A
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マーク・アレン・ロスワーム
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Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/50Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the appearance of abnormal wave forms, e.g. AC in DC installations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0007Frequency selective voltage or current level measuring
    • G01R19/0015Frequency selective voltage or current level measuring separating AC and DC

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 本発明は、交流波形の直流成分を測定する装置に関し、
出力周波数が変動し易い中相あるいは多相イン/\−り
により発生された交流波形あ直流成分のAl1定に時に
適した用途を有する。
電子式発電装置は交流出力中に直流成分を発生すること
ができる。かかる直流成分は、交流波形を発生する対の
電r−スイッチの4.’++1に違いかある、イン/\
−夕において17ばしIJ発生する。この直流成分はも
し大きすぎるとモータ及び変圧器のような交流負荷に非
常に大きい直流循環電流を生ぜしめることかある。従っ
て、出力の直流成分を保護回路により検知して、もしそ
の内部直流成分抑制機構か働かない場合は発電装置を停
止Iする必要がある。
1981411月1511出順の本出願人の米国特許出
願(発明の名称°“交流波形の直流成分の検知゛′、出
順番壮第225,276号、発明者:5huey et
 al)4こは、交流波形の直流成分測定方法及び装置
か開示;されている。その出願に開示された方法及び装
置は、交流波形の直流成分測定のためにまづ最初にその
交流波形の瞬時値を成るサイクルの第1の時点でAl1
定する。次いで、交流波形1明昨値の第2の測定をその
波形の半サイクルの正確に奇数倍に実質的に等しい固定
した時間インターバルだけその第1の時点より隔たった
時点で行なう。波形の半サイクルの?”ff数倍だけ離
れた時点でその波形の瞬時値を測定した結果前られる値
は、その波形の中間値の1−下方向において等しい大き
さだけ隔たったイ〆1である。この2つの瞬時値を・1
1−均するとその波形の平均イ〆(、従って直流成分か
得られる。直流成分を+!III定するこの方法は第1
の−IIIWを行なう波形」二の点に左右されない。し
かしながら、第2のN11l定は、第1のδIII定点
の抜力、公称周波数で交流波形の半ナイクルの正確に音
数倍に相当する固定しt1時間インク−パルだけ隔たっ
た点で常に行なわれるために、もし交流波形の出力周波
数が変動すると、直流成分の1llll定値に実質的な
エラーが導入されることになる。
本発明のII的は、周波数が変動を受ζ)易I/)交流
波形の直流成分を検知する方法を提供することにめる。
本発明は、広義には、交流波形のu’Iiん成分を表わ
す信号を発生する装置であって、アナログ/デシタル変
換器を接続したサンプル/ホールト回路と、前記交流波
形の周波数本こ比例するカウント数をカラン]・するよ
うに接続したプログラド可能カウンタと、前記勺ンブル
/ポール1−回路をff動して前記交流波形の瞬11!
f41’tを第1の時点でホールトし、前1尼アづ一ロ
グ/デジタル変換器を作動して前記交流波形の瞬時値を
デジタル信壮へ変換し、前記デシクル4r ’:;を記
t(1シ、前記サンプル/ホーjしl−回路を作動して
前記プロゲラ1、++l能カウンタのカウント数に相当
する時間インク−A)I/だけ前記第1の時点より時間
的に隔てられた第2の時点で前記交流信壮の瞬It!?
 ((iをホーノ1/トシ、前記アナログ/デ・ジタル
変換器をf1動して前記第2の瞬時値を第2のデジタル
信号へ変換し、前記第1及び第2のデジタル信号を1・
−均して前記交流波形の直流成分を表わす信号す発生す
るデジタル・プロセッサとより成り、前記(pf間イン
ターバルは前記交流波形の゛1′サイクルの正確に奇数
倍に実質的に等しく、前記第1及び第2の時点にお(J
る交流波形の前記瞬時値は前記交流波形の中間イ〆1か
らh−いに反対の方向に等しい大き、ざだζ1#れたイ
fiであることを特徴とする。
本発明の一実施例による。交流波形の直流成分信−′i
発生装置は、交流波形の瞬時イ〆1を測定する手段と、
測定した瞬時値を記憶する手段と、交流波形の7r−サ
イクルの正確にh数倍に実質的に等しい時間インターバ
ルを決定する手段と、前記測定及び記憶手段を作動して
前記交流波形の瞬時値を第1の11+j点で測)1!シ
そのAll定植を記憶し、次いで前記測定り段をf1動
じて前記第1の時点から先に決>i:’ した11.’
f間インターバルだけ隔たった第2の時点において交流
波形の第2の瞬1JIr値を測定し、測定した前記第1
及び第2の瞬時値を1L均して直流成分材すを発生する
制御り段とより成る。
その波形の半サイクルの正確に奇数倍だけ′7(質的に
隔たった時点で波形の瞬時値を測)iコすることにより
得られるffiは、その波形の中間&jの七F方向にお
いて等しく隔たった伯である。これら2つの測定値の平
均値は交流波形の直流成分に等しい。その好ましい実施
例において、N11l定点間の時間インターバルは所)
J−′の開始カウントでカラン]・を開始し交流波形の
周波数に比例する最終カウントまでカウントするプログ
ラム可能カウンタにより決定される。その最終カウント
は、その最終カウントを決定するために用いられる周波
数で交流波形の′I′−勺イクルの奇数倍に実質的に等
しいサンプリング時間インターバルを決)jテするため
にデジタル拳プロセッサにより用いられる。
本発明の装置は、交流波形の瞬時値を交流波形サイクル
のf!S1の時点で測定し、その第1の瞬時値を表わす
信号を記憶し、その交流波形の周波数を測定し、その測
定周波数−での+iii記交流波形の半サイクルの+1
−確1こ音数イ11に実質的に等価な時間インターバル
を決定し、前記第1の点からその決定した+IIr間イ
ンターバルだけ隔たった前記波形−にの第2の111f
点においてその交流波形の瞬時値を測夏し、その交流波
形の前記第1及び第2の瞬時イ〆1をIと均して交流波
形の直流成分に笠17い信号を発生する。所望であれば
、得られた直流成分材5Jをスレ、ショルド信シー)と
比較17、その直流成分がスレッショルドを越える1寺
に限り出力値−)を発生するように構成することもでき
る。
更に、直流成分がスレッショルドを越える。′11を積
分し、その累積したポルト秒の値が所)」−の値を越え
た時だけ出力信号を発生4−るようにしてもよい。
本発明を多相交流波形の直流成分検知に用いる場合、各
相の瞬時イ〆iを1つのナイクルの第1の時点で順次測
定しそのJull定植を記憶する。次いで、第1のfl
11定を行なった時点から先に決定した時間インターバ
ルだけ隔たった各相における第2の時点で第2のA11
I疋を11なう。各相の第1及び第2のイ〆iを順次1
1均する。最も大きい直流成分を決定しで、Lk1\し
たような出力値りを発生するために用いる。
本発明は交流波形の測定が91よれる多くの用途に用い
ることができるが、ここでは第1図に示したインバータ
電力装置に適用した場合について説明する。この装置で
は、原動機(図示せず)により駆動される発電はlOの
E相交流電圧出力が余波整流器12+こより整が?□さ
れ、直流リンク・インバーり・フィルタ14へ加えられ
る。イン/ヘータの電rスイ。
チは発電機制御ユニ)16内のインバ−タ電力装置によ
り制御されて/ζス181.に、相父流出力′市圧を発
生する。発電機制御ユニット16はまたインバータの動
作をζ視し、発市機10をシャットタウンし、もし所定
の動作眼界を越えると断続器22を開放し−CC前向イ
ンバータから切り離す。電力装置の交流波形出力の周波
数が変動する場合、例えば電子式電力装置が水力発電装
置に並列に接続されているような場合、直流成分検知装
置は検知、、!′i差を避けるため出力周波数の変動i
jl能な全範囲をカバーする必要がある。
第1図に示したような装置は、例えば、rpmか変動す
る航空機エンジンにより駆動される交流発電機からの普
通の公称周波a400ヘルツの三相交流電圧を発生する
航空機−11を力発生装置に用いられる。適当な直流リ
ンク・インバータ・フィルタ14及びインパーク制御装
置の詳細な説明については、本発明の記載を完全にする
ため木明細占の一部を構成する、1983年1月25 
[+ 4’JけテS h u ey et alに伺す
−された米国特許第4゜370.702号(発明の名称
”直流成分制御によるインバータ・パワートランジスタ
のマイクロプロセッサ制御゛′)を参照されたい。この
装置の波形発生器はインバータ出力の直流成分を抑制す
る手段を含むが、波形発生器が直流成分を規定の限界内
に維持できない場合、発電機制御ユニットに別個の直流
成分検知回路を設けることが91ましい。
第2図は、三相パス1B+−に現われる交流波形の直流
成分を監視する第1図に示した発電機制御ユニットの概
略図である。各線−中性点間電圧はRCフィルタ24を
介してマルチプレフナ26の入力に加えられる。フィル
タされた各線−中性点間′ili JEには、抵抗28
.30.32及びRCフィルタの抵抗34.36.38
のそれぞれにより形成される分圧器に5ホルトの信号を
加えることにより2.5ボルトの直流バイアス電圧が加
えられる。この5ポルI・の信号はRGフィルタ24の
もう1つの部分を介してマルチプレクリ26の第4の人
力にも加えらる。マルチプレフタ26の出力はサンプル
/ホールト回路、l 0へ接続され、このサンプル/ホ
ールド回路40はアナログ・デジタル変換器42へ接続
されている。マイクロプロセッサ44は、その制御出力
を通じてマルチプレクサ26を作動し、その線−中性点
間電圧と5ポルトの基準電圧を選択的に順次サンプル/
ホールド回路40へ加える。マイクロプロセッサ44は
またサンプル/ホールド回路40を作動して選択した時
点におけるその波形の瞬時値を瞬時的に記憶し、アナロ
グ/デジタル変換器をしてこの記憶した値のデジタル表
示を発生さぜる。アナログ/デジタル変換器42はその
ステータスをマイクロプロセ・ンサにレボ−I・し、デ
ジタルデータがその変換プロセスの完r時マイクロプロ
セッサに入力されるようにする。次いで、マイクロプロ
セ、、−IJはそのデータを処理してインバータ電圧各
相の直流゛電圧をめ、その直列成分が規疋の限シーを越
えると発電機トリンブ信号を発生する。
第2図の装置は、その波形の半゛リイクルの正確に奇数
倍に実質的に笠しい時間インターバルだけ隔たった2つ
の時点においてその交流波形の各相を周期的にサンプル
するデジタルフィルタである。そのサンプリング周波数
の周期は16ビ、トのプロゲラノー・可能タイマ46で
める。もし交流波形が一定の周波数、例えば400ヘル
ツである場合に各相のサンプリング点間の時間インター
バルは・冗(+ri、たとえば8.75ミリ秒あるいは
11.25 ミリ秒であり、これはその例の400ヘル
ツ出力周波数の半サイクルの奇数倍、すなわち7/2あ
るいは9/2にそれぞれ対応する。゛1′−サイクルの
奇数倍だけ隔たった時点でサンプリングを行なうことに
より得られる値は、常にその波形の中間値のLト′方向
に等しく隔たった(+?iである。従って、マイクロプ
ロセッサはこの2つの連続して得られたサンプルを加え
その結果を2で割って直流成分を決)jlする。
第2図の装置ではフィルタ24の出力においてほぼ2.
5ポルトに等しい/ヘイアス゛l[j Ji二を力11
えることでrr、 81動作を行なう。そのバイアス’
+li 11:は測定した第1及び第2の瞬II!jイ
〆1が回−の極性を持つような充分な大きさにする。こ
の装置では、直流成分は2つの/へイアスされた瞬時イ
〆1を加えその和からバイアス電圧の2付に等しい信壮
を差し引くことによりめる。
交流波形の周波数が変動した場合、測〃−゛点間の時間
インターバルを調整してそれらが交流波形の半サイクル
の正確に奇数倍に実質的に等しい時間だけ隔たるように
する必要がある。第2図の装置は、デジタルフィルタの
り゛ンブリング周波数を動的に変えることによりこの出
力周波数の変動に対処する。交流波形周波数はデータラ
イン481−において31+1 ’ijlされ、交流波
形周波数に比例するカラン1数をプログラムIT[能カ
ウンタ46に設定するために用いる。カウンタ46はそ
の所定の開始カウントにセットされ、ライン4Bから得
られるゲート信りが高いレベルにある時クロ、2り信け
により決まるレートでカウントタウンを開始する。カウ
ンタはゲート4’+ j′iが低いレベルになるまでカ
ウントタウンを継続する。
ゲート信号は入力周波数に比例する周期の間高いレベル
にあるため、bl終カウント伯もまた入力周波数に比例
する。この周波数データは、波形の半サイクルの所定の
奇数倍の時間インターバルに等しいサンプリング時間イ
ンターバルをめるためマイクロプロセ、ンサ44により
処理される。周波数データ読み取られると、カウンタは
次の周波数測定を行なうためにイニシャライズされる。
第2図の回路に用いる適当な部品の例としては、AD7
50エマルチプレクサ、AD582サンプル/ホールド
・ユニフト、AD571の10ピントアナログ/デジタ
ル変換器、インテル 8085マイクロプロセツザ及び
インテル 8253プログラム可能カウンタがある。
第2図の回路の動作の第3図の波形図を用いて説明する
。第31Δの波形Aは第2図の回路に加えられるA相の
電圧のようなインパークの線−中性点間電圧50を表わ
す。直流成分は400ヘルツの共通モード成分が大きい
ためこの波形からは明らかでない。しかしながら、フィ
ルタ24はこの線−中性点間電圧の400ヘルツ成分を
減衰させ、直流成分に関しては利得はlである。第3図
の波形Bは、第2図の点Xに現われるマルチプレクサへ
のフィルタyれた入力Xを拡大して示すが、その波形は
入力電圧の直流へ400ヘルツのリップル電圧が重畳さ
れ、また2、5ポルトのバイアス電圧が加えられたもの
である。
直流成分は波形Xの平均値に等しく、従って実質的に半
サイクルのilE確に毒数倍隔たった2つの点52及び
54における波形の瞬時値を平均することによってめる
ことができる。例えば、第3図の波形Xの平均値は0.
25ボルト(2゜75ポルトマイナス2.5ボルト/ヘ
イアス′1Eハニ)であるとして示されている。これは
、点52における波形の瞬時値を点54における瞬時イ
〆1へ加えてその和を2で割り、2゜5ポル]・のバイ
アスを差し引くことによってめることができる。最初の
測定点52は出力波形の任意の点に置くことができ、第
2の測定点54はそのfiSlの測定点から実質的に半
サイクルの正確に奇数倍離れたところに置く必要がある
。実際には、これら2つのA11l :ii−’点間に
おいて経過する時間は、出力波形の自流成分に測定可能
な変動が生じる時間周期に比べれば短いものである必要
がある。図示の例では、第2のJ11定点は第1の測定
点力臼しVつの半サイクルだけ離れた点で行なわれた。
第3図の波形Cは、波形へとは実質的に異なる周波数を
有する、A相のIL圧のような。
インバータ線−中性点間電圧56を表わす。
本発明は、デジタルフィルタの周波数を動的に変えるこ
とによって出力周波数の変動に対処する。ごの方〃、で
は、サンプリングl/−1を出力周波数の半サイクルの
正確に音数倍に実質的に等しいずfIへ変化させる。第
3図の波形りは、波形56のフィルタ出力X′を拡大し
たスケールで示す。この例では、ザンブリング点58と
60の間の時間間隔はインバータ出力波形56の半サイ
クルの正確にh数倍であるように第2図のプログラムi
i)能カウンタ46により調整されている。点52.5
4.58及び60における波形の瞬時イ〆1はサンプル
/ホールト回路40により測)i!される。サンプル/
ホールド回路により発生される出力波形は、回路のマル
チブレフナ26がマイクロプロセッサ44の制御により
Δ11i時各入力電圧をサンプル/ホールト回路・\加
えるため、波形X及びX′の実線部分により表わされる
第4及び5図は、マイクロプロセツサ44及びプログラ
ム可能カウンタ66によりインバータ出力電圧の各相の
2つの瞬時値の測定及び記憶を制御するために用いるプ
ログラムを表わすフローチャートである。もし周波数が
プロゲラ1、可能カウンタ46の最小及び最大値により
決まるフィルタ・トランキング周波数の範囲を越えた場
合、発電機制御ユニシトがトリンブ動作を行ないグロン
クロ4で小すように゛重力を切り離す。周波数が合格リ
ミ、]・内にある場合には公称400ヘルツに相当する
プログラム可能カウンタ46内の・定のカランi・値が
ブロック66で示すように出力周波数から差し引かれる
。プロ、り68はその差が正かどうかチェ7クする。も
しIIでなければ、ブロック70に小才ようにその差の
補数を取り符号ビットを1に設定する。
もしその差が正であれば、ブロック72において、第3
図に示した7つの下−サイクルのような半サイクルの選
択した奇数倍に等しい係数をその差にかける。ブロック
74は符号ビンI・がセットされたかどうかチェ7クす
る。もしされてない場合にはブロック76がその計算結
果の補数を取る。ブロック78においてその結果がCN
TVALに記憶される。CNTVALの値は、フィルタ
の周波数か実質的にインバータ出力周波数の11−確に
音29倍に維持されるようにブログラノ・可能カウンタ
46を調整するために用いられる。
以 下 余 白 第5図のRCL OCKループインク、ブロック80で
示すプログラムコートの次の命令実行をループインク−
パルの完rを待って開始する。ループインクパールか完
1′すると、インバータ出力波形の周波数がブロック8
2において(1びチェ7クされ、それがシステトの保護
限界内にあるかどうか調べられる。もしそうでない場合
には、ブロック84が、この例では400ヘルツ波形の
7つの゛1′−ザイクルに等しい時間インターバルに相
当する公称データでプロゲラL’−++(能カウンタ4
6かプログラムされることを乃〈す。もし周波数が保護
限界内にあれば、ブロック86は補11データCNTV
ALがその公称ガータへ加λられ、プログラム可能カウ
ンタ46がブロック88で示すようにその補正されたデ
ータでプログラムされることを示す。その結果、第2の
ナンブリング点が第1のザンプリンタ点から実質的に半
サイクルのj「確な音数倍隔たったところに生しること
になる。
上述の説明から明らかなように、本発明の一!A首は、
交流波形の瞬時値を第1の測定点で+1111定し、そ
の第1の測定点を表わす信号を記tQ L、交流波形の
周波数を測定し、その測定された周波数での夕涼波形の
半サイクルの正確に分数倍と実質的に等価な時間インタ
ーバルを決定し、第1の測定点から決定したI+!j間
インターバルだけ隔たったその波形−1−の;iS2の
測定点において交流波形の瞬時値を測定し、411定し
た第1及び第2の瞬時イ〆1を′li均して交流波形の
直流成分に等しい信号を発生することにより、交流波形
の直流成分をめる。
本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、斜上
の説明全体から見て5業、hにはその実施例に対する種
々の変形例が考えられるであろう。従って、ここに示し
た特〃−′の装置構成は例示の目的に過ぎず、本発明の
保1喜範囲を限定するものにはあらず、その保護範囲は
本発明の特許請求の範囲にノ、(き袂>j!されるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明が利用されるDCリンクインタパータ
装置のブロック図である。 第2図は、本発明の実施例に従って構成した第1図の装
置の一部を示す図である。 第3図は、第2図の装置の一部であるJ!l’i :i
iJの点に発生する一連の波形であり、本発明のトラン
キング方式を説明するだめのものである。 第4及び5図は、本発明による連続する測定点間の11
!r間インターバルを決定する方法を説明するためのフ
ローチャー1・である。 10・・・・発電機 12・・・・整流器 14・・・・DCリンク・イン/ヘータ・フィルタ16
・・・−発電機制御ユニy l・ 24・・・・RCフィルタ 26・・・・マルチブ1/り勺 40・・・・サンプル/ホールド回路 42・・・・アナログ/デジタル変換器44・・・・マ
イクロプロセッサ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、交流波形の直流成分を表わす4tj叶を発生ずる装
    置であって、アナログ/デジタル変換器を接続したサン
    プル/ホールド回路と、前記交流波形の周波数に比例す
    るカウンi−数をカウントするように接続したブロクラ
    ム可能カウンタと、前記サンプル/ボールド回路をf1
    動じて前記交流波形の瞬時値を第1の時点でホールトシ
    、前記アナログ/デジタル変換器をf1動して前記交流
    波形の瞬11?値をデジタル信すヘ変換し、前記デジタ
    ル信−ンを記tGし、前記サンプル/ホール]・回路を
    作動しで前記プログラムIITf七カウンタのカラン]
    ・数に相当する時間インターバルだけ前記第1のIlf
    点より時間的に隔てられた第2の時点で前記交流信号の
    瞬時値をホールトし、前記アナI」グ/デジタル変換器
    を作動して前記第2の瞬時値を第2のデジタル信号へ変
    換し、前記第1及び第2のデジタル信号を一+i均17
    て前記交流波形の直流成分を表わす信号を発生するデジ
    タル・プロセンサとより成り、前記時間インターバルは
    前記交流波形の”l’ ”Iイクルの11確に沓数倍に
    実質的に等しく、前記第1及び第2の時点における交流
    波形の前記瞬時値は前記交流波形の中間値から11いに
    反対の方向に等しい大きさだけ離れたイ+?iであるこ
    とを特徴とする直流成分信号発生装置。 2、前記交流波形は多相波形であり、前記デジタル・プ
    ロセッサはマルチプレクリをf1動しで前記多相交流波
    形の各相サイクルの第1の時点においてその各相の瞬時
    イ〆1を次々に前記サンプル/ホールド回路へ加えて前
    記アナログ/デジタル変換器により変換した後前記デジ
    タル・プロセンサに記tQ L、前記デジタル・プロセ
    ッサは前記マルチプレクリ−をf1動じて前記それぞれ
    の第1の時点から前記II、’f181インターバルだ
    け隔たった第2の時点において前記多相交流波形の各相
    の瞬Il′?伯を次々に前記9ンプル・ボールド回路に
    加えて前記ア大ログ・デジタル変換器により変換した後
    前記テシクル・プロセンサにより記憶し、前記各相の+
    iij記第1及第12の瞬時値を平均して前記交流波形
    の直流成分を表わす信けを発生し、 +iii記第1及
    第12の時点における交流波形各相の前記瞬時イIti
    は前記交流波形の関連する相の中間イ〆(から互いに反
    対の方向に;q: Lい大きさだけ離れたイ直であるこ
    とを411徴とする前記第1 rt+に記載した装置。 3、前記瞬時値を測定する前に前記交流波形を直流電圧
    でバイアスするバイアス回路をJLq11シ、前記バイ
    アス電圧は前記第1及び第2の瞬II!? (+fiを
    同じ極性の値にするに充分な大きさであることを特徴と
    する前記第2項記載の装置。
JP59151946A 1983-07-26 1984-07-20 交流波形の直流成分を表わす信号発生装置 Pending JPS6049268A (ja)

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