JP2006180650A - 欠相検出装置およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】専用回路を必要としない安価な方法で、確実に三相電源の欠相を検出する。
【解決手段】三相交流電源１を直流電圧に整流する整流部２と、前記整流部にて整流された直流電圧を平滑する平滑部３と、前記平滑された直流電圧を電源とするインバータ４と、前記インバータにて駆動する三相電動機５と前記平滑された直流電圧の脈流周期を検出する周波数検出手段６と、前記周波数検出手段にて検出された電圧の脈流周期を演算する制御部７を備えて前記三相電動機５の始動後より所定時間内に前記制御部７にて検出された直流電圧の脈流周期が所定値以下であった場合は、欠相と判断して前記制御部７より前記インバータ４に停止信号を発信して前記三相電動機５を停止させることで、欠相が生じた場合、欠相を早く確実に検出しインバータ４に保護動作をかけることにより、欠相状態での運転による制御装置の損傷等の不具合を回避することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相交流電源を電源とする機器において三相交流電源の欠相検出を行い、機器の保護を行う三相欠相検出装置に関するものである。

従来は図６に示すように、整流部８と自動設定検出レベル回路１３には、三相交流電圧が入力する。整流部８では入力電圧を整流して、直流電圧にするが、その出力側にはリップル電圧が発生する。このリップル電圧は、リップル電圧検出回路１１により検出され、入力異常検出回路１４に入力する。また、前記リップル電圧は、平滑部１２で平滑化され、負荷９に供給される。一方、自動設定検出レベル回路１３では、入力電圧検出回路１５により、入力交流電圧を検出した後、ＯＲ回路１６により、検出した各相の電圧の内、最も高い電圧を判定し、その結果に基づいて、入力異常検出回路１４の検出レベルを自動設定する。入力異常検出回路１４では、前記リップル電圧を、検出レベルと比較することにより、入力異常を検出し、検出パルスを出力する。この検出パルスは、制御部１０で判定することにより、入力欠相（一相が停電）を検出し、アラームを出力する（特許文献１参照）。
特開平５−３６２１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、自動設定検出レベル回路や、検出したリップル電圧と自動設定検出レベルを比較する比較器などの専用回路を必要とする為、ハードウェアの回路構成が複雑になり、部品面積が拡大される為に実現が困難である。また、コストアップにつながる可能性がある。また、常に欠相検出を行っているので、ノイズ等の影響により比較器などが誤動作して欠相を誤検出する恐れや、インバータ側の負荷の大小によってリップル量が変化し欠相を誤検出する恐れがある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、その目的とするところは専用回路を必要とせず、簡素なハードウェアの構成で、三相電源の欠相を早期に、また確実に検出できる欠相検出装置を提供することにある。

上記従来の課題を解決する為に、本発明の欠相検出装置は、三相交流電源を直流電圧に整流する整流部と、前記整流部にて整流された脈流周期を平滑する平滑部と、前記平滑された直流電圧を電源とするインバータと、前記インバータにて駆動する三相電動機と、前記平滑された直流電圧が前記インバータの駆動により脈流するときの周期を検出する周波数検出手段と、前期三相電動機の始動後より所定時間内に前記周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期を演算する制御部を備え、前記制御部にて演算された直流電圧の脈流周期が所定値以下であった場合は、欠相と判断して前記制御部より前記インバータに停止信号を発信して前記三相電動機を停止させる構成とするものである。

本発明の欠相検出装置は、欠相が生じた場合、欠相を早く確実に検出しインバータに保護動作をかけることにより欠相状態での運転による不具合から制御装置の損傷を回避することができる。また、制御部、即ちマイクロコンピューターなどにより、直接電圧の脈流周期を演算し、所定値を予め記憶させることでハードウェアの専用回路を必要としないので、コストダウン化が図れる。

第１の発明は、三相交流電源を直流電圧に整流する整流部と、前記整流部にて整流された脈流周期を平滑する平滑部と、前記平滑された直流電圧を電源とするインバータと、前記インバータにて駆動する三相電動機と、前記平滑された直流電圧が前記三相電動機の駆動により脈流するときの周期を検出する周波数検出手段と、前記周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期を演算する制御部を備え、前期三相電動機の始動後より所定時間内に、前記制御部にて演算された直流電圧の脈流周期が所定値以下であった場合は、欠相と判断して前記制御部より前記インバータに停止信号を発信して前記三相電動機を停止させることで、欠相が生じた場合、欠相を早く確実に検出しインバータに保護動作をかけることにより、欠相状態での運転による不具合から制御装置の損傷を回避することができる。

また、制御部、即ちマイクロコンピューターなどにより、直接脈流周期を演算し、所定値を予め記憶させることでハードウェアの専用回路を必要としないので、コストダウン化が図れる。また、三相電動機の駆動による直流電圧の脈流するときの周期を検出するため、負荷の大小や通常運転中のノイズ等の影響に左右されることがなく、確実に欠相を検出することが出来る。

第２の発明は、第１の発明で三相電動機の駆動により直流電圧が脈流するときの周期の検出を、三相電動機の駆動の加減速中には行わないように設定することで、直流電圧の脈流する周期が一定に保たれ、誤検知による空気調和機の停止を防ぐことができ、より確実に欠相を検出することができる。

第３の発明は、第１の発明で周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期の演算を、脈流周期の最大値間隔の周期すなわち位相角９０度間隔の周期を取得し演算する演算方法とすることにより、正確に周期を検知することができるため、誤検知による空気調和機の停止を防ぐことができ、確実に欠相を検出することができる。

第４の発明は、第１の発明で周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期の演算を、脈流周期の最大値の周期すなわち位相角９０度の周期と、脈流周期の最小値の周期すなわち位相角１８０度の周期との間隔を取得し演算する演算方法とすることにより、より正確に周期を検知することができるため、誤検知による空気調和機の停止を防ぐことができ、確実に欠相を検出することができる。

第５の発明は、第１の発明で周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期の演算を、一定時間内の周期回数を取得し、平均値を演算する演算方法とすることにより、通常運転中のノイズや、外来ノイズ等の影響に左右されることがなく、確実に欠相を検出することができる。

第６の発明は、第１から第５の発明のいずれかの欠相検出装置を空気調和機に使用したものであり、欠相時に確実に保護されるメンテナンス性の良い空気調和機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における欠相検出装置を用いた空気調和機の構成を示す図である。図１において１は三相電源、２は整流部、３は平滑部、４はインバータ、
５は三相電動機、６は周波数検出手段、７は制御部である。三相電動機５は、制御部７からの運転指示に基づいてインバータ４が作動することにより駆動する。以上のように構成された制御装置について、以下その動作、作用を説明する。

三相電源１の入力がなされて、平滑部３に十分な直流電圧が充電されると、制御部７の指示により、インバータ４に運転指示がなされて三相電動機５が始動し始める。三相電動機５は始動し始めてから所定時間（ｔ）は一定の回転数を保ちながら、始動運転を行い、やがて所定時間（ｔ）経過後に制御部７の指示により目標の回転数へ近づいていく。このような制御は空気調和機などで、多く使われている制御方法である。本発明は前記所定時間（ｔ）中に周波数検出手段６にて検出される直流電圧の脈流周期を制御部７に入力して演算する。三相電源１がどの相にも欠相がない通常状態の場合は、図２（ａ）のような波形となる。しかし、三相電源１のいずれかに欠相が生じた場合、図２（ｂ）のような波形となり、直流電圧の脈流周期に差が生じる。また、負荷が軽い時は、三相電源が欠相していても、負荷による平滑部の放電がないので、直流電圧の脈流は発生しない。したがって、三相電動機５が始動し始めて、所定時間（ｔ）中の負荷がかかり安定している時の直流電圧の脈流周期を演算することで、三相電源１の欠相の検出を行う。

本発明は、直流電圧の脈流周期により三相電源１の欠相を検出するので、例えば、三相電源１の入力電圧が変動しても、三相電源１の入力周波数が一定であるため、直流電圧の脈流周期に変化がなく、誤検知することがない。しかし、欠相時には直流電圧の脈流周期に変化があるため、欠相と判断を行い、制御部７からインバータ４に停止信号を発信して、三相電動機５を停止させて、欠相状態での運転による制御装置の損傷等の不具合を回避することが可能となる。また、直流電圧の脈流周期の検出を、三相電動機の駆動の加減速中には行わないようにすることで、直流電圧の脈流する周期が一定に保たれ、誤検知による空気調和機の停止を防ぐことができ、より確実に欠相を検出することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における欠相検出装置の通常状態及び欠相状態の波形を示す図である。直流電圧の脈流周期の演算を、脈流周期の最大値間隔の周期すなわち位相角９０度間隔の周期を取得し演算する演算方法とする。実験的なデータより、三相電源１の周波数が５０Ｈｚの場合、図３（ａ）ような波形となり、直流電圧の脈流周期は約３００Ｈｚ程度である。しかし、三相電源１のいずれかに欠相が生じた場合、図３（ｂ）ような波形となり、直流電圧の脈流周期は約１００Ｈｚ程度となり、周波数に２００Ｈｚの差が生じる。この周波数の違いを周波数検出手段が検知し、制御部にて演算することにより、正確に周期を検知することができ、誤検知による空気調和機の停止を防ぐことができ、確実に欠相を検出することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における欠相検出装置の欠相状態の波形を示す図である。直流電圧の脈流周期の演算を、脈流周期の最大値の周期すなわち位相角９０度の周期と、脈流周期の最小値の周期すなわち位相角１８０度の周期との間隔を取得し演算する演算方法とする。実験的なデータより、三相電源１の周波数が５０Ｈｚの場合、通常時の脈流周期は実施の形態２にて述べたとおり、約３００Ｈｚとなるが、三相電源１のいずれかに欠相が生じた場合、図４のような波形となり、直流電圧の脈流周期は約５０Ｈｚ程度となり、通常時の周波数と比較して約２５０Ｈｚの差が生じる。この周波数の違いを周波数検出手段が検知し、制御部にて演算することにより、周波数の違いが大きいため、より正確に周期を検知することができ、誤検知による空気調和機の停止を防ぐことができ、確実に欠相を検出することができる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態における欠相検出装置の欠相状態の波形を示す図である。直流電圧の脈流周期の演算を、一定時間内の周期回数（ｎ周期）を取得し、ｎ回の周波数の平均値を演算する演算方法とすることにより、通常運転中のノイズや、外来ノイズ等の影響に左右されることがなく、確実に欠相を検出することができる。

以上のように、本発明にかかる欠相検出装置は、三相電源の欠相の確実な検出が可能となるので、三相電源を整流して電源の供給を行なわれる空気調和機以外にも、冷蔵・冷凍装置等の制御装置にも適用できる。

本発明の実施の形態１における欠相検出装置の構成図 本発明の実施の形態１における通常時および欠相時の波形図 本発明の実施の形態２における通常時および欠相時の波形図 本発明の実施の形態３における欠相時の波形図 本発明の実施の形態４における欠相時の波形図 従来技術における欠相検出装置の構成図

符号の説明

１ 三相電源
２ 整流部
３ 平滑部
４ インバータ
５ 三相電動機
６ 周波数検出手段
７ 制御部
８ 整流部
９ 負荷
１０ 制御部
１１ リップル電圧検出回路
１２ 平滑部
１３ 自動設定検出レベル回路
１４ 入力異常検出回路
１５ 入力電圧検出回路
１６ ＯＲ回路

Claims (6)

1. 三相交流電源を直流電圧に整流する整流部と、前記整流部にて整流された直流電圧を平滑する平滑部と、前記平滑された直流電圧を電源とするインバータと、前記インバータにて駆動する三相電動機と、前記平滑された直流電圧が前記三相電動機の駆動により脈流するときの周期を検出する周波数検出手段と、前記周波数検出手段にて検出された電圧の脈流周期を演算する制御部を備え、前記三相電動機の始動後より所定時間内に前記制御部にて演算された直流電圧の脈流周期が所定値以下であった場合は、欠相と判断して前記制御部より前記インバータに停止信号を発信して前記三相電動機を停止させることを特徴とする欠相検出装置。
2. 平滑された直流電圧が、三相電動機の駆動により脈流するときの周期検出を行う時期を、前記三相電動機の駆動の加減速中には行わないことを特徴とする請求項１に記載の欠相検出装置。
3. 周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期の演算を、脈流周期の最大値間隔の周期すなわち位相角９０度間隔の周期を取得し演算する、演算方法を制御部に備えたことを特徴とする請求項１に記載の欠相検出装置。
4. 周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期の演算を、脈流周期の最大値の周期すなわち位相角９０度の周期と、脈流周期の最小値の周期すなわち位相角１８０度の周期との間隔を取得し演算する、演算方法を制御部に備えたことを特徴とする請求項１に記載の欠相検出装置。
5. 周波数検出手段にて検出された直流電圧の脈流周期の演算を、一定時間内の周期回数を取得し平均値を演算する、演算方法を制御部に備えたことを特徴とする請求項３に記載の欠相検出装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の欠相検出装置を備えた空気調和機。

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