JP2009207329A

JP2009207329A - 過電圧保護回路

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Publication number: JP2009207329A
Application number: JP2008049730A
Authority: JP
Inventors: Takeo Okido; 丈夫大城戸; Masafumi Hashimoto; 雅文橋本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP4793395B2

Abstract

【課題】過電圧保護回路の制御電源を確実に確保する。
【解決手段】リレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側において、リレー１４に接続されている第２の相電源線４２と中性点電源線４４との間の電圧を用いて第１の電源を生成する第１の制御電源２６１と、リレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側において、リレー１４に接続されている第３の相電源線４３と中性点電源線４４との間の電圧を用いて第２の電源を生成する第２の制御電源２６２を有し、制御電源部２６は、第１の電源及び第２の電源の合成電圧を採用して電力を過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、過電圧保護回路に関するものである。

多相電源を用いた回路における過電圧に対する保護回路として過電圧保護回路が実用化されている。このような技術としては、下掲の特許文献１，２に開示されている。過電圧の原因としては、全相の電圧が上昇して過電圧を引き起こす場合と、中点の開放（以下、単に「中性点の欠相」又は「Ｎ相の欠相」ともいう）や相電圧の欠相により各相の電圧が非平衡となって過電圧を引き起こす場合とがある。

図３（ａ）は正常な（全相の電圧上昇がなく欠相もない）状態における３相４線式交流電源の模式図である。３相４線式交流電源を例に採ると、中性点は正三角形の中心点Ｎ０に相当し、当該中心点を基点として正三角形の各頂点へと向かうベクトルのそれぞれが３つの相電圧Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に相当する。ここで、各ベクトルの大きさは相電圧の電圧値に等しいので、正常な状態では各相の相電圧は全て等しい。

図３（ｂ）はＮ相が欠相した場合に図３（ａ）から遷移した状態を示す模式図である。例えばＮ相が欠相すると、図３（ｂ）に示す如く各ベクトルの長さが不揃いになるので、各相の電圧が非平衡となり、過電圧を引き起こす。なお、図３（ｂ）では図３（ａ）の状態よりも電圧が増加した（換言すれば、ベクトルが長くなった）相電圧を太く、電圧が減少した（換言すれば、ベクトルが短くなった）相電圧を細く図示している。すなわち、Ｎ相が欠相して３つのベクトルの基点Ｎ１がＬ３相寄りに位置した場合には、Ｌ１相及びＬ２相の相電圧は増加し、Ｌ３相の相電圧は減少する。

図４（ａ）は多相電源に対する制御電源及び負荷の配置の従来の一の例を示す概略図である。負荷には各相から給電される。制御電源はＬ２相と中性点たるＮ相との間で相電圧を受電し、この相電圧に基づいて制御用、例えば過電圧保護回路（図示省略）用の電源を生成する。図４（ｂ）Ｎ相が欠相した場合の図４（ａ）の構成を等価的に示す概略図である。

多相電源を用いた回路において過電圧保護回路を制御する制御電源としては、一例として図４（ａ）に示す如く、当該多相電源の相電圧を用いる技術が提案されているが、当該回路においてＮ相が欠相した場合には、図４（ｂ）に示す如く制御電源は相電圧を受電することができず、制御用の電源を生成することができない。

図５（ａ）は多相電源に対する制御電源及び負荷の配置の従来の他の例を示す概略図である。この例では、制御電源はＬ２相とＬ３相との間で線間電圧を受電し、この線間電圧に基づいて制御用の電源を生成する。図５（ｂ）はＬ３相が欠相した場合の図５（ａ）の構成を等価的に示す概略図である。

制御電源生成の他の例としては、図５（ａ）に示す如く当該多相電源の線間電圧を用いる技術も提案されているが、当該回路においてＬ３相が欠相した場合には、図５（ｂ）に示す如く制御電源は線間電圧を受電することができず、制御用の電源を生成することができない。

また、３相４線式交流電源に接続された遮断器において４本の導線の遮断・接続を行う際に、導線ごとの遮断・接続の時間的ズレによってＮ相の欠相が生じることがある。当該遮断器よりも負荷に近い側に設けられた分岐台においてＮ相を担う中性線を３本に分岐している場合、このような欠相が生じると、３相を担うそれぞれの電力線は接続されたままになっている。したがって例えば、第１の相電源線→負荷→中性線→分岐台→中性線→負荷→第２の相電源線のような閉回路が形成され、負荷に対して過大な電圧が印加されてしまう。このような欠相に対応すべく、下掲の特許文献３には、Ｎ相欠相時に形成される当該閉回路の形成を回避する技術が提案されている。

また、下掲の特許文献４〜９には、Ｎ相を含む相電源に欠相が生じたときに導通状態から非導通状態へと遷移する開閉器を設け、当該開閉器が非導通状態にあるときはリレーが継電動作を行わない技術が開示されている。

特開平４−１６１７４３号公報特開平１１−２１８３４６号公報特開２００２−２６８１９５号公報特開２００６−０３３９９９号公報特開２００６−１４１１１４号公報特開２００６−２６２６６０号公報特開２００７−１０４８５８号公報特開２００７−１５５２５６号公報特開２００７−２４４０１９号公報

しかしながら、上記特許文献３〜９に開示されている技術は、いずれも欠相に対する回路の保護を図るものであり、過電圧を検知して負荷の保護を図るものではないため、全相の電圧が上昇することによる過電圧には対応できない。

全相の電圧上昇による過電圧と、欠相による過電圧とに対して負荷を保護するためには、欠相した場合であっても過電圧保護回路を制御する制御電源を確保することが肝要である。

本発明は上記課題に鑑み、全相の電圧上昇による過電圧と、欠相による過電圧との双方に対して対応可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、多相電源（１２）から負荷（１６）へ継電するリレー（１４）と、前記多相電源の相電圧が予め定められた電圧閾値を超えたことをもって前記多相電源の過電圧を検知する過電圧検知回路（２２）と、前記過電圧が検知されたことを契機として前記リレーに遮断動作を行わせるリレー駆動部（２４）と、前記リレーよりも前記多相電源に近い側で前記相電圧に基づいて前記過電圧検知回路及び前記リレー駆動部に供給する電力を生成する制御電源部（２６）とを備える、過電圧保護回路（１０）である。

第２の発明は、第１の発明であって、前記多相電源として、第１の相電源（３１）、第２の相電源（３２）、第３の相電源（３３）及び中性点（３４）を有する３相４線式交流電源（１２）が採用され、前記第１の相電源に接続される第１の相電源線（４１）と、前記第２の相電源に接続される第２の相電源線（４２）と、前記第３の相電源に接続される第３の相電源線（４３）と、前記中性点に接続される中性点電源線（４４）とを有し、前記制御電源部（２６）は、前記リレーよりも前記３相４線式交流電源に近い側において、前記リレーに接続される一の前記相電源線と、前記中性点電源線との間の電圧を用いて第１の電源を生成する第１の制御電源（２６１）と、前記リレーよりも前記３相４線式交流電源に近い側において、前記リレーに接続されている他の前記相電源線と、前記中性点電源線との間の電圧を用いて第２の電源を生成する第２の制御電源（２６２）とを有し、前記制御電源部は、前記第１の制御電源の出力電圧と前記第２の制御電源の出力電圧との合成電圧を用いて電力を前記過電圧検知回路（２２）及び前記リレー駆動部（２４）に供給する。

第３の発明は、第２の発明であって、前記過電圧検知回路（２２）は、前記３相４線式交流電源（１２）と前記リレー（１４）との間で前記第１の相電源線（４１）に接続され、前記第１の相電源（３１）の相電圧を整流する第１の整流素子（５１）と、前記３相４線式交流電源と前記リレーとの間で前記第２の相電源線（４２）に接続され、前記第２の相電源（３２）の相電圧を整流する第２の整流素子（５２）と、前記３相４線式交流電源と前記リレー前記リレーとの間で前記第３の相電源線（４３）に接続され、前記第３の相電源（３３）の相電圧を整流する第３の整流素子（５３）と、前記第１の整流素子ないし前記第３の整流素子のそれぞれからの出力電圧を合成した合成電圧と、参照電圧とを比較するコンパレータ（５５）とを有し、前記コンパレータは前記合成電圧が前記参照電圧よりも高い場合には前記過電圧であると判断して検知信号を前記リレー駆動部（２４）に送出し、前記リレー駆動部は、前記信号を受信した場合には前記リレー（１４）に遮断動作を行わせる。

第１の発明によれば、負荷を保護するために継電するリレーよりも電源に近い側で、過電圧検知及び負荷の保護動作（過電圧保護動作）に供する制御電源を備えているので、リレーよりも負荷に近い側を過電圧に対応させることなく過電圧保護動作ができる。

第２の発明によれば、第１ないし第３の相電源及び中性点のうちいずれか１つが欠相した場合にも制御電源を生成できる。

第３の発明によれば、過電圧検知に資する。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈電源−負荷間の回路構成〉
図１は本発明の実施形態に係る過電圧保護回路１０の回路構成を例示する図である。過電圧保護回路１０は３相４線式交流電源１２からリレー１４を介して電力を供給して負荷１６を稼働させる。なお、本実施形態においては、負荷１６はダイオードブリッジ１３、コンデンサ１５及びインバータ１７を備えている。

３相４線式交流電源１２は第１の相電源３１、第２の相電源３２、第３の相電源３３及び中性点３４を有しており、それぞれ第１の相電源線４１、第２の相電源線４２、第３の相電源線４３及び中性点電源線４４が接続されている。

第１の相電源線４１〜第３の相電源線４３はリレー１４を介してダイオードブリッジ１３に接続され、中性点電源線４４は直接にダイオードブリッジ１３に接続されている。ダイオードブリッジ１３に接続された３相４線式交流電源１２の電圧は、ダイオードブリッジ１３とコンデンサ１５とが協働することによって平滑化されインバータ１７に印加される。

リレー１４に接続されている一の電源線（例えば第２の相電源線４２）には、中性点電源線４４との間で第１の相電圧を得る第１の制御電源２６１が設けられ、他の電源線（例えば第３の相電源線４３）には、中性点電源線４４との間で第２の相電圧を得る第２の制御電源２６２が設けられている。第１及び第２の制御電源２６１，２６２は少なくとも相電圧の半分以上の電圧が給電されれば所定の電圧を生成できる能力を有する。かかる能力を有する回路構成は当業者にとっては周知技術であるので、詳細は省略する。電圧合成部２６５は両制御電源２６１，２６２の電圧を合成して合成電圧を生成する。電圧合成部２６５を実現する回路構成も当業者にとっては周知技術であるので、詳細は省略する。これら第１及び第２の制御電源２６１，２６２及び電圧合成部２６５が制御電源部２６を構成している。この制御電源部２６が、後述する過電圧保護回路、具体的には過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４に電力を供給する。

このようにして制御電源部２６を設けることにより、例えば中性点３４が欠相した場合には、第１の制御電源２６１と第２の制御電源２６２とが接続されて、第２の相電源線４２と第３の相電源線４３との間の線間電圧から制御用の電源を生成することができる。また、例えば第３の相電源３３が欠相した場合には、第１の制御電源２６１を過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４の制御電源として出力する。電源第３の相電源３３が欠相した場合には、第２の制御電源２６２が生成する電圧は非常に低下するからである。

以上のように、負荷１６を稼働するために継電するリレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側で、過電圧検知及び負荷１６の保護動作（過電圧保護動作）に供する制御電源部２６を備えているので、リレー１４よりも負荷１６に近い側を過電圧に対応させることなく過電圧保護動作ができる。

〈過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４の回路構成〉
制御電源部２６からの電力供給を受けて駆動する過電圧保護回路の過電圧検知回路２２の構成は以下のようになっている。なお、制御電源部２６及び以下に示す構成要素は、過電圧保護回路１０において想定される過電圧に十分対応可能な仕様となっている。

第１の相電源線４１は、リレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側の位置Ｐ１で分岐し、分岐した電源線４１ａは第１の相電源３１の相電圧を整流する第１の整流素子５１に接続されている。また、第２の相電源線４２は、リレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側の位置Ｐ２で分岐し、分岐した電源線４２ａは第２の相電源３２の相電圧を整流する第２の整流素子５２に接続されている。また、第３の相電源線４３は、リレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側の位置Ｐ３で分岐し、分岐した電源線４３ａは第３の相電源３３の相電圧を整流する第３の整流素子５３に接続されている。第１ないし第３の整流素子５１〜５３は整流された各相の相電圧を合成する。

中性点電源線４４は、リレー１４よりも３相４線式交流電源１２に近い側の位置Ｐ４で分岐する。分岐した電源線４４ａの電圧と、各整流素子５１〜５３で合成された合成電圧ＶＪとの差は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いて分圧され、電圧ＶＫが得られる。

電圧ＶＫは、高圧側コンパレータ５５によって過電圧の判定基準となる参照電圧６１の電圧値ｒｅｆ１と比較される。高圧側コンパレータ５５は電圧ＶＫが参照電圧６１の電圧値ｒｅｆ１よりも高い場合には過電圧が発生したと判断して過電圧検知信号を判定部５６に送出する。判定部５６は、過電圧検知信号が所定の時間継続してアクティブである場合にリレー駆動部２４にリレー１４を遮断させ、誤作動を抑制する。

また、電圧ＶＫは、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ１を備えるローパスフィルタＬＦを経て低圧側コンパレータ５７にも入力される。低圧側コンパレータ５７には、不足電圧の判定基準となる参照電圧６２の電圧値ｒｅｆ２も入力されており、低圧側コンパレータ５７は、電圧ＶＫが参照電圧６２の電圧値ｒｅｆ２よりも低い場合には不足電圧が発生したと判断して不足電圧検知信号を判定部５６に送出する。判定部５６は、不足電圧検知信号が所定の時間継続してアクティブである場合にリレー駆動部２４にリレー１４を遮断させ、誤作動を抑制する。

制御電源部２６からの電力供給を受けて駆動するリレー駆動部２４は過電圧検知信号あるいは不足電圧検知信号を受信した判定部５６の制御の下、励磁コイル１４ａへの通電を制御し、リレー１４に遮断動作を行わせる。

電圧ＶＫは合成電圧ＶＪを分圧して得られ、合成電圧ＶＪは上述のように相電圧ごとに整流されて合成されて得られる。よって電圧ＶＫを参照電圧６１と比較して上述のように過電圧検知信号を得ることは、間接的に、相電圧が予め定められた電圧閾値を超えたことをもって多相電源の過電圧を検知することになる。

〈過電圧保護回路の動作〉
図２は本発明の動作説明図である。以上のような構成を備えた過電圧保護回路１０の動作を説明する。

３相４線式交流電源１２がＯＮになると、図２のフローチャートに沿った処理が開始され、第１の制御電源２６１が第２の相電源線４２及び中性点電源線４４から供給される相電圧から制御用の電源を生成し、また、第２の制御電源２６２が第３の相電源線４３及び中性点電源線４４から供給される相電圧から制御用の電源を生成する（ステップＳ１１）。

また、第１の相電源線４１〜第３相電源線４３のそれぞれから分岐した電源線４１ａ〜４３ａに接続された整流素子５１〜５３が各相電圧を半波整流し、半波整流された各相電圧を合成して合成電圧ＶＪを得る（ステップＳ１２，Ｓ１３）。

合成電圧ＶＪは過電圧検知回路２２、具体的には高圧側コンパレータ５５及び低圧側コンパレータ５７において参照電圧６１，６２のそれぞれの電圧値と比較されて、過電圧又は不足電圧の発生の有無が判定される（ステップＳ１４）。

高圧側コンパレータ５５は参照電圧６１の電圧値ｒｅｆ１と合成電圧ＶＪを分圧した電圧ＶＫとを比較して過電圧が発生したか否かを判断し、肯定的結果が出た場合には過電圧検知信号を判定部５６に送出する（ステップＳ１５，Ｓ１６）。高圧側コンパレータ５５において否定的結果が出た場合には、低圧側コンパレータ５７は参照電圧６２の電圧値ｒｅｆ２と電圧ＶＫとを比較して不足電圧が発生したか否かを判断し、肯定的結果が出た場合には、不足電圧検知信号を判定部５６に送出する（ステップＳ１７，Ｓ１８）。

高圧側コンパレータ５５及び低圧側コンパレータ５７のいずれにおいても否定的結果が出た場合には、リレー１４を駆動して継電し、ステップＳ１２に戻って一連の処理が繰り返される（ステップＳ１９）。

過電圧検知信号又は不足電圧検知信号を受信した判定部５６は、それぞれがアクティブとなる期間が所定期間よりも長い場合に、リレー駆動部２４に遮断処理を行わせる。具体的には、リレー駆動部２４をして励磁コイル１４ａへの通電を制御させ、リレー１４に遮断動作を行わせる（ステップＳ２０）。以後、ステップＳ１２に戻って一連の処理が繰り返され、３相４線式交流電源１２がＯＦＦになると処理が終了される。

本発明の実施形態に係る過電圧保護回路の回路構成を例示する図である。本発明の動作説明図である。（ａ）正常な状態における３相４線式交流電源の模式図である。図３（ｂ）Ｎ相が欠相した場合に図３（ａ）から遷移した状態を示す模式図である。（ａ）多相電源に対する制御電源及び負荷の配置の従来の一の例を示す概略図である。図４（ｂ）Ｎ相が欠相した場合の図４（ａ）の構成を等価的に示す概略図である。（ａ）多相電源に対する制御電源及び負荷の配置の従来の他の例を示す概略図である。図５（ｂ）Ｌ３相が欠相した場合の図５（ａ）の構成を等価的に示す概略図である。

符号の説明

１０過電圧保護回路
１２３相４線式交流電源（多相電源）
１４リレー
１６負荷
２２過電圧検知回路
２４リレー駆動部
２６制御電源部
２６１，２６２制御電源
２６２第２の制御電源
３１〜３３相電源
３４中性点
４１〜４３相電源線
４４中性点電源線
５１〜５３整流素子
５５高圧側コンパレータ

Claims

多相電源（１２）から負荷（１６）へ継電するリレー（１４）と、
前記多相電源の相電圧が予め定められた電圧閾値を超えたことをもって前記多相電源の過電圧を検知する過電圧検知回路（２２）と、
前記過電圧が検知されたことを契機として前記リレーに遮断動作を行わせるリレー駆動部（２４）と、
前記リレーよりも前記多相電源に近い側で前記相電圧に基づいて前記過電圧検知回路及び前記リレー駆動部に供給する電力を生成する制御電源部（２６）と
を備える、過電圧保護回路（１０）。
請求項１記載の過電圧保護回路（１０）であって、
前記多相電源として、第１の相電源（３１）、第２の相電源（３２）、第３の相電源（３３）及び中性点（３４）を有する３相４線式交流電源（１２）が採用され、
前記第１の相電源に接続される第１の相電源線（４１）と、
前記第２の相電源に接続される第２の相電源線（４２）と、
前記第３の相電源に接続される第３の相電源線（４３）と、
前記中性点に接続される中性点電源線（４４）と
を有し、
前記制御電源部（２６）は、
前記リレーよりも前記３相４線式交流電源に近い側において、前記リレーに接続されている一の前記相電源線と、前記中性点電源線との間の電圧を用いて第１の電源を生成する第１の制御電源（２６１）と、
前記リレーよりも前記３相４線式交流電源に近い側において、前記リレーに接続されている他の前記相電源線と、前記中性点電源線との間の電圧を用いて第２の電源を生成する第２の制御電源（２６２）と
を有し、
前記制御電源部は、前記第１の制御電源の出力電圧と前記第２の制御電源の出力電圧との合成電圧を用いて電力を前記過電圧検知回路（２２）及び前記リレー駆動部（２４）に供給する、過電圧保護回路。
請求項２記載の過電圧保護回路（１０）であって、
前記過電圧検知回路（２２）は、
前記３相４線式交流電源（１２）と前記リレー（１４）との間で前記第１の相電源線（４１）に接続され、前記第１の相電源（３１）の相電圧を整流する第１の整流素子（５１）と、
前記３相４線式交流電源と前記リレーとの間で前記第２の相電源線（４２）に接続され、前記第２の相電源（３２）の相電圧を整流する第２の整流素子（５２）と、
前記３相４線式交流電源と前記リレーとの間で前記第３の相電源線（４３）に接続され、前記第３の相電源（３３）の相電圧を整流する第３の整流素子（５３）と、
前記第１の整流素子ないし前記第３の整流素子のそれぞれからの出力電圧を合成した合成電圧と、参照電圧とを比較するコンパレータ（５５）と
を有し、
前記コンパレータは前記合成電圧が前記参照電圧よりも高い場合には前記過電圧であると判断して検知信号を前記リレー駆動部（２４）に送出し、
前記リレー駆動部は、前記信号を受信した場合には前記リレー（１４）に遮断動作を行わせる、過電圧保護回路。