JP2006033904A

JP2006033904A - 三相欠相検出装置及びそれを用いた空気調和機

Info

Publication number: JP2006033904A
Application number: JP2004204380A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kobayashi; 淳小林; Makoto Hori; 誠堀; Mayumi Kono; 真由美河野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】三相交流電源の欠相検出を確実、かつ、簡単な処理で行なえる三相欠相検出装置を提供する。
【解決手段】三相交流電源１と、この三相交流電源１を整流する整流回路２と、整流回路２による整流後の直流電圧を平滑化する平滑回路３により直流負荷４に電力を供給する電力変換装置において、平滑回路３の出力電圧を検出する電圧検出手段５と、その出力電圧と所定の電圧値とを比較する電圧比較手段７と、電圧比較手段７から出力される信号の周波数を判定する周波数判定手段８を備え、周波数判定手段７の周波数が所定の周波数の場合、三相交流電源１の欠相と判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相交流電源を電源とし、直流負荷に電力を供給する電力変換装置において三相交流電源の欠相検出を行ない、機器の保護を行なう三相欠相検出装置に関するものである。

三相交流電源を直流電圧に変換する電力変換装置では、三相交流電源の各相のうちのいずれか１相の欠相が発生した状態でそのまま運転を続けた場合、変換された直流電圧の値は大きく脈動するため、正常な運転を行うことが困難となり、装置の信頼性が著しく低下するため、欠相を検出する必要がある。

従来の三相欠相検出装置を、図７を参照しながら説明する。

図７において、三相交流電源１は、整流回路２と平滑回路３により整流平滑され、直流負荷４に直流の電力を供給する電力変換装置を構成している。前記平滑回路３の出力電圧を検出する電圧検出手段５と、その検出電圧を監視する電圧値監視手段６を備え、前記電圧値監視手段６は常時その電圧を監視している。この検出電圧を、事前に設定している正常下限電圧と比較し、検出電圧が一瞬でも正常下限電圧以下となった場合、電源の欠相と判断するものである。
特開２００４−５６８９３号公報

しかしながら、上記従来の三相欠相検出装置では、電圧値監視手段６は常時電圧を監視する必要があり、電圧値監視手段である具体的にはＣＰＵに負担がかかるという問題を有していた。

また、三相交流電源が欠相でない場合でも電源電圧が低下し、正常下限電圧を下回った場合、誤検知するという問題も有している。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、三相欠相検出装置の制御部であるＣＰＵへの負担を軽減し簡単な処理で、かつ、誤検知なく欠相を検出できる三相欠相検出装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の三相欠相検出装置は、三相交流電源と、この三相交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路による整流後の直流電圧を平滑化する平滑回路により直流負荷に電力を供給する電力変換装置において、前記平滑回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、その出力電圧と所定の電圧値とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段から出力される信号の周波数を判定する周波数判定手段を備え、前記周波数判定手段の周波数が所定の周波数の場合、前記三相交流電源の欠相と判断するものである。

上記構成により、三相欠相検出装置の制御部であるＣＰＵへの負担を軽減し簡単な処理で、かつ、誤検知なく欠相を検出することができる。

以上のように、本発明によれば、三相交流電源に欠相が生じた場合、三相欠相検出装置の制御部であるＣＰＵは周波数判定をするという簡単な処理のみで良く、負担をかけずに欠相を検出することができる。また、電源電圧の変動に対しても誤検知なく欠相を検出できる。

第１の発明は、平滑回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、その出力電圧と所定の電圧値とを比較する電圧比較手段と、電圧比較手段から出力される信号の周波数を判定する周波数判定手段を備え、周波数判定手段の周波数が所定の周波数の場合、三相交流電源の欠相と判断するものである。これにより簡単な処理で、かつ誤検知なく欠相を検出することができる。

第２の発明は、特に第1の発明で電圧検出手段は平滑回路の出力電圧を抵抗で分圧した回路とし、電圧比較手段であるコンパレータの一方の入力に接続し、電圧比較手段の所定の電圧値は平滑回路の出力電圧を電圧検出手段と同一抵抗値で分圧しかつ低電位側の抵抗に並列にコンデンサを挿入した回路により設定し、前記電圧比較手段であるコンパレータのもう一方の入力に接続しその出力を前記周波数判定手段に入力する構成としたものである。これによって三相交流電源の欠相を電圧変動によらず確実に検出することができる。

第３の発明は、特に第1または第2の発明で、直流負荷をインバータ回路とした三相欠相検出装置を空気調和機に用いたものである。これによって各々の三相欠相検出装置の特長を発揮した空気調和機とすることができる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図７の従来の技術で説明した同一要素には同一符号を付け、できるだけ重複説明を省略する。

（実施の形態１）
図１において、従来と異なる部分は、電圧監視手段６を廃止し、電圧検出手段５の出力電圧を事前に設定した所定の電圧値と比較する電圧比較手段７と、前記電圧比較手段７から出力される信号の周波数を判定する周波数判定手段８を備えた部分である。

図２は三相交流電源１が正常な場合の電圧波形を示したものである。Ｖｐは平滑回路３により平滑された波形で、負荷４の大きさによりそのリップル電圧は異なるが、リップル電圧の周波数は電源周波数の６倍の周波数となる。Ｖｒは事前に設定した基準電圧値である。ここで、Ｖｐは電圧比較手段７の一方の入力に、Ｖｒは電圧比較手段７のもう一方の入力に入力されるため、電圧比較手段７としてコンパレータを用い、Ｖｐを＋側入力、Ｖｒを−側入力に入力されるとすると電圧比較手段７の出力は図２のＶｏとなり、Ｖｏの周波数は電源周波数の６倍の周波数となる。

図３は三相交流電源１の１相に欠相が発生した場合の電圧波形を示したものである。Ｖｐ１は平滑回路３により平滑された波形で、欠相により単相電源を整流平滑したのと同様の波形となり、リップル電圧の周波数は電源周波数の２倍の周波数となる。正常な場合と同様に、Ｖｐを電圧比較手段７の＋側入力、Ｖｒを−側入力に入力されるとすると電圧比較手段７の出力は図３のＶｏ１となり、Ｖｏ１の周波数は電源周波数の２倍の周波数となる。

電圧比較手段７の出力波形を周波数判定手段８に入力しその周波数を判定することにより、三相交流電源１の欠相を判断することができる。すなわち、周波数判定手段８の入力波形の周波数が電源周波数の６倍の周波数である場合は正常で、電源周波数の２倍の周波数である場合、三相交流電源１が欠相していると判断する。

（実施の形態２）
実施の形態１において、電圧比較手段７の比較基準電圧となるＶｒの設定値は事前に設定した適当な電圧値としたが、三相交流電源１の電圧変動を考えると、その設定値の選択に検討を要することになる。

図４は三相交流電源の電圧変動を考慮した本発明の実施の形態３における３相欠相検出装置の構成図で、図１の電圧検出手段５を平滑回路３の両端に接続した直列の抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した回路とし、電圧比較手段７の比較基準電圧となるＶｒの設定値を平滑回路３の両端に接続した直列の抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧した回路とし、Ｒ４に並列にコンデンサＣ１を挿入した回路としたものである。抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された電圧は電圧比較手段７であるコンパレータの＋側入力に入力され、抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧された電圧はコンパレータの−側入力に入力される。電圧比較手段７であるコンパレーの出力は図１と同様に周波数判定手段８に入力される。

図５は電圧比較手段７であるコンパレータの入力電圧波形と出力波形を示した図で、三相交流電源１が正常な場合のものである。平滑回路３により平滑された波形Ｖｐは抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されＶｐｐとなる。電圧比較手段７の比較基準電圧であるＶｒｒは、ＶｐをＲ３，Ｒ４により分圧しコンデンサＣ１により平滑したものであり、抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値をＲ３＝Ｒ１、Ｒ４＝Ｒ２とし、コンデンサＣ１を充分容量の大きなものとすれば、Ｖｐｐの平均値相当の電圧値になり、Ｖｐｐのリップル電圧の最大値と最小値との間の電圧値となる。従って、電圧比較手段７であるコンパレータの出力は図５のＶｏとなり、Ｖｏの周波数は電源周波数の６倍の周波数となる。また、図５のＶｐｐとＶｒｒの相対的な関係は三相交流電源１の電圧変動によらないため、Ｖｏも電圧変動の影響を受けることはない。

図６は三相交流電源１の１相に欠相が発生した場合の電圧比較手段７であるコンパレータの入力電圧波形と出力波形を示した図である。平滑回路３により平滑された波形Ｖｐ１は抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されＶｐｐ１となり、Ｖｒｒ１は図５と同様にＶｐｐ１の平均値相当の電圧値になり、Ｖｐｐ１のリップル電圧の最大値と最小値との間の電圧値となる。従って、電圧比較手段７であるコンパレータの出力は図６のＶｏ１となり、Ｖｏ１の周波数は電源周波数の２倍の周波数となり、電圧変動の影響を受けることはない。

電圧比較手段７の出力波形を周波数判定手段８に入力しその周波数を判定することにより、実施の形態１と同様に三相交流電源１の欠相を判断することができ、三相交流電源１の電圧変動によらず確実に検出することができる。

本発明の三相欠相検出装置は、簡単な処理のみで欠相を検出することができ、また、電源電圧の変動に対しても誤検知なく欠相を検出できるので、三相交流を電源とする機器の電力変換装置に有用である。

本発明の実施の形態1における三相欠相検出装置の構成図本発明の実施の形態1における正常時の電圧波形図本発明の実施の形態1における欠相時の電圧波形図本発明の実施の形態２における三相欠相検出装置の構成図本発明の実施の形態２における正常時の電圧波形図本発明の実施の形態２における欠相時の電圧波形図従来の三相欠相検出装置の構成図

符号の説明

１三相交流電源
２整流回路
３平滑回路
４直流負荷
５電圧検出手段
６電圧値監視手段
７電圧比較手段
８周波数判定手段

Claims

三相交流電源と、この三相交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路による整流後の直流電圧を平滑化する平滑回路により直流負荷に電力を供給する電力変換装置において、前記平滑回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、その出力電圧と所定の電圧値とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段から出力される信号の周波数を判定する周波数判定手段を備え、前記周波数判定手段の周波数が所定の周波数の場合、前記三相交流電源の欠相と判断する三相欠相検出装置。
電圧検出手段は平滑回路の出力電圧を抵抗で分圧した回路とし、電圧比較手段であるコンパレータの一方の入力に接続し、前記電圧比較手段の所定の電圧値は前記平滑回路の出力電圧を前記電圧検出手段と同一抵抗値で分圧しかつ低電位側の抵抗に並列にコンデンサを挿入した回路により設定し、前記電圧比較手段であるコンパレータのもう一方の入力に接続しその出力を周波数判定手段に入力する構成としたことを特徴とする請求項１記載の三相欠相検出装置。
前記直流負荷をインバータ回路としたことを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の三相欠相検出装置を用いた空気調和機。