JP2009247173A - 商用電源回路の断線・停電判別回路 - Google Patents

Abstract

【課題】単相３線式の商用交流電源の異常を、断線と停電とを区別して、判別する。
【解決手段】Ｕ相の電源のケーブル１とＶ相の電源のケーブル２との間にコンデンサ１５を接続し、Ｖ相のケーブル２と接地ケーブル３との間にコンデンサ１６を接続する。ケーブル１が断線すると、波形検出回路３２の検出波形Ａ２は、波形検出回路３１の検出波形Ａ１より、位相が進む。ケーブル２が断線すると、波形検出回路３１の検出波形Ａ１は、波形検出回路３２の検出波形Ａ２より、位相が進む。ケーブル３が断線すると、波形検出回路３１の検出波形Ａ１と波形検出回路３２の検出波形Ａ２との間に、位相及び振幅のずれが生じる。このように、波形検出回路３１の検出波形Ａ１と波形検出回路３２の検出波形Ａ２との間の位相ずれにより、停電と断線とを区別して電源の異常を判定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、単相３線式の商用交流電源の異常を判別する断線・停電判別回路に関する。

単相３線式の商用交流電源は、単相交流電力を３本のケーブルを引き込んで供給する配電方式である。このような単相３線式の商用交流電源の異常を検出する異常判別回路は、従来、図６に示すように構成されている。

図６において、符号１０１〜符号１０３は、単相３線式の商用交流電源のケーブルである。ケーブル１０１及びケーブル１０２には、電源１０４及び１０５から、Ｕ相及びＶ相の電源が供給される。ケーブル１０３は接地ケーブルである。

ケーブル１０１は端子１１１に接続され、ケーブル１０２は端子１１２に接続され、ケーブル１０３は端子１１３に接続される。

端子１１１と端子１１３との間には、絶縁トランス１２１の一次巻線が接続される。端子１１２と端子１１３との間には、絶縁トランス１２２の一次巻線が接続される。

絶縁トランス１２１の二次巻線の出力が波形検出回路１３１に供給される。絶縁トランス１２２の二次巻線の出力が波形検出回路１３２に供給される。波形検出回路１３１及び波形検出回路１３２により、絶縁トランス１２１及び絶縁トランス１２２の二次側の波形が検出される。

波形検出回路１３１及び１３２の検出出力が判断回路１４１に供給される。判断回路１４１により、波形検出回路１３１及び１３２の検出出力から、単相３線式の商用交流電源の異常が検出される。

例えば、停電が発生すると、絶縁トランス１２１及び絶縁トランス１２２の二次側の電圧が０になる。このため、波形検出回路１３１及び１３２の検出出力から、絶縁トランス１２１及び絶縁トランス１２２の二次側の電圧が０であると検出されると、停電と判定される。

また、交流電源の断線や停電等の異常を検出するものとしては、特許文献１〜特許文献３に示されているものが提案されている。しかしながら、これらの特許文献は、３相交流電源の断線や停電を判定するものであり、単相３線式交流電源の停電または断線を判定するものではない。
特開平７−１０７６５９号公報 特開平１１−３４１６７８号公報 特開２００４−２４８３８１号公報

上述のように、従来の単相３線式の商用交流電源の異常を検出する異常判別回路は、絶縁トランス１２１の二次側の検出電圧と、絶縁トランス１２２の二次側の検出電圧とを用いて、単相３線式の商用交流電源の異常を検出している。

ところが、かかる従来の異常判別回路では、停電の場合も断線の場合も、どちらも検出電圧が０になるので、停電と断線との判別ができないという問題があった。このことは、特に、停電時のみ動作する機能を持った機器においては、断線時にも動作することになり、重要な問題となる。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、単相３線式の商用交流電源の異常を、断線と停電とを区別して、判別する商用電源回路の断線・停電判別回路を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、単相三線商用交流電源の電源回路の断線及び停電を判別する回路において、単相三線商用交流電源を第１の電源線と第２の電源線と接地線とにより引き込み、第１の電源線と接地線との間、及び、第２の電源線と接地線との間に、それぞれ、一次・二次間を絶縁する商用トランスの一次巻線を接続し、第１の電源線と、第２の電源線との間に第１のコンデンサを接続し、第１又は第２の電源線と、接地線との間に第２のコンデンサを接続し、第１及び第２の電源線の波形を検出し、一次巻線のインダクタンスとコンデンサの容量とから波形の位相ずれを検出し、停電または断線を判別することを特徴とする商用電源回路の断線・停電判別回路を提案している。

本発明によれば、第１の電源線と、第２の電源線との間に第１のコンデンサを接続し、第１又は第２の電源線と、接地線との間に第２のコンデンサを接続しているので、第１及び第２の電源線の波形を検出し、一次巻線のインダクタンスとコンデンサの容量とから波形の位相ずれを検出して、停電または断線を判別することができる。

本発明によれば、単相３線式の商用交流電源の異常を、断線と停電とを区別して、判別することができる。

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、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１において、符号１〜符号３は、単相３線式の商用交流電源のケーブルである。ケーブル１及びケーブル２には、電源４及び５から、Ｕ相及びＶ相の電源が供給される。ケーブル３は接地ケーブルである。ケーブル１は端子１１に接続され、ケーブル２は端子１２に接続され、ケーブル３は端子１３に接続される。

また、ケーブル１とケーブル２との間には、コンデンサ１５が接続され、ケーブル２とケーブル３との間には、コンデンサ１６が接続される。

端子１１と端子１３との間には、絶縁トランス２１の一次巻線が接続される。端子１２と端子１３との間には、絶縁トランス２２の一次巻線が接続される。

絶縁トランス２１の二次巻線の出力が波形検出回路３１に供給される。絶縁トランス２２の二次巻線の出力が波形検出回路３２に供給される。波形検出回路３１及び波形検出回路３２により、絶縁トランス２１及び絶縁トランス２２の二次側の波形が検出される。

波形検出回路３１及び３２の検出出力が判断回路４１に供給される。判断回路４１により、波形検出回路３１及び３２の波形の検出出力から、単相３線式の商用交流電源の異常が検出される。

上述のように、本実施形態では、ケーブル１とケーブル２との間には、コンデンサ１５が接続され、ケーブル２とケーブル３との間には、コンデンサ１６が接続される。このように、コンデンサ１５及び１６を設けることにより、停電と断線とを区別して電源の異常を判定できる。

つまり、通常時には、電源４からケーブル１を介して送られてきたＵ相の電源は、端子１１から、絶縁トランス２１の一次側を流れ、端子１３から、接地ケーブル３を通って流れていく。また、第２の電源５からケーブル２を介して送られてきたＶ相の電源は、端子１２から、絶縁トランス２２の一次側を流れ、端子１３から、接地ケーブル３を通って流れていく。この場合、Ｕ相の電源とＶ相の電源との波形の対称性から、波形検出回路３１及び波形検出回路３２の検出波形は、同様な波形となる。

停電になると、波形検出回路３１及び波形検出回路３２の検出波形は、０Ｖになる。

ケーブル１が断線すると、通常では、端子１１は開放となり、電源４からのＵ相の電源は止められ、トランス２１の二次側の出力は０になる。しかしながら、本発明の第１の実施形態では、ケーブル１とケーブル２との間に、コンデンサ１５が接続されている。このため、電源５からのＶ相の電源は、ケーブル２から、コンデンサ１５を介して、ケーブル１に行き、端子１１から、絶縁トランス２１の一次側を流れ、端子１３から、接地ケーブル３を通って流れていく。

この場合、絶縁トランス２１の一次側を流れる電源は、コンデンサ１５を介されているため、コンデンサ１５の容量と絶縁トランス２１の一次側のインダクタンスにより、絶縁トランス２２の一次側を流れる電源に比べて、位相が遅れる。よって、図２に示すように、ケーブル１が断線すると、波形検出回路３２の検出波形Ａ２は、波形検出回路３１の検出波形Ａ１より、略９０度位相が進む。

ケーブル２が断線すると、通常では、端子１２は開放となり、電源５からのＶ相の電源は止められ、トランス２２の二次側の出力は０になる。しかしながら、本発明の第１の実施形態では、ケーブル１とケーブル２との間に、コンデンサ１５が接続されている。このため、電源４からのＵ相の電源は、ケーブル１から、コンデンサ１５を介して、ケーブル２に行き、端子１２から、絶縁トランス２２の一次側を流れ、端子１３から、接地ケーブル３を通って流れていく。

この場合、絶縁トランス２２の一次側を流れる電源は、コンデンサ１５を介されているため、コンデンサ１５の容量と絶縁トランス２２の一次側のインダクタンスにより、絶縁トランス２１の一次側を流れる電源に比べて、位相が遅れる。よって、図３に示すように、ケーブル２が断線すると、波形検出回路３１の検出波形Ａ１は、波形検出回路３２の検出波形Ａ２より、略９０度位相が進む。

ケーブル３が断線すると、端子１３は開放となり、端子１１と端子１２との間に、電源４と電源５とを加算した電圧の電源が印加され、絶縁トランス２１及び絶縁トランス２２の一次側を流れる。このとき、ケーブル２とケーブル３との間にはコンデンサ１６が接続されているため、不平衡が生じる。このため、図４に示すように、ケーブル３が断線すると、波形検出回路３１の検出波形Ａ１と波形検出回路３２の検出波形Ａ２との間に、位相及び振幅のずれが生じてくる。

以上のように、本実施形態では、ケーブル１とケーブル２との間には、コンデンサ１５が接続され、ケーブル２とケーブル３との間には、コンデンサ１６が接続されているため、波形検出回路３１の検出波形Ａ１と波形検出回路３２の検出波形Ａ２との間の位相ずれを検出することで、断線を判断できる。なお、波形の位相は、検出波形のゼロクロス点から検出できる。

図５は、判断回路４１での判断処理を示すフローチャートである。図５において、判断回路４１は、波形検出回路３１の検出波形Ａ１及び波形検出回路３２の検出波形Ａ２が０かどうかを判別する（ステップＳ１）。波形検出回路３１の検出波形Ａ１及び波形検出回路３２の検出波形Ａ２が０なら、停電と判定される（ステップＳ２）。

ステップＳ２で、波形検出回路３１の検出波形Ａ１及び波形検出回路３２の検出波形Ａ２が０でないと判定されたら、判断回路４１は、波形検出回路３１の検出波形Ａ１の位相と波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相が等しいかどうかを判別する（ステップＳ３）。波形検出回路３１の検出波形Ａ１の位相と波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相が等しければ、正常状態であると判定される（ステップＳ４）。

ステップＳ３で、波形検出回路３１の検出波形Ａ１の位相と波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相が等しくないと判定されたら、判断回路４１は、波形検出回路３２の検出波形Ａ２が波形検出回路３１の検出波形Ａ１の位相より所定位相進んでいるかどうかを判別する（ステップＳ５）。波形検出回路３２の検出波形Ａ２が波形検出回路３１の検出波形Ａ１の位相より所定位相（略９０度）進んでいれば、ケーブル１が断線しており、Ｕ相の電源が来ていないと判定される（ステップＳ６）。

ステップＳ６で、波形検出回路３２の検出波形Ａ２が波形検出回路３１の検出波形Ａ１の位相より所定位相進んでいないと判定されたら、判断回路４１は、波形検出回路３１の検出波形Ａ１が波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相より所定位相（略９０度）進んでいるかどうかを判別する（ステップＳ７）。波形検出回路３１の検出波形Ａ１が波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相より所定位相進んでいれば、ケーブル２が断線しており、Ｖ相の電源が来ていないと判定される（ステップＳ８）。

ステップＳ９で、波形検出回路３１の検出波形Ａ１が波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相より所定位相進んでいないと判定されたら、判断回路４１は、波形検出回路３１の検出波形Ａ１と波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相や振幅が不平衡であるかどうかを判別する（ステップＳ９）。波形検出回路３１の検出波形Ａ１と波形検出回路３２の検出波形Ａ２の位相や振幅が不平衡なら、ケーブル３が断線していると判定される（ステップＳ１０）。

以上説明したように、本発明の実施形態では、単相３線式の商用交流電源の異常を、断線と停電とを区別して、判別することができる。

なお、上述の例では、ケーブル２とケーブル３との間にコンデンサ１６を接続しているが、このコンデンサ１６は、ケーブル１とケーブル３との間に接続しても良い。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、本実施形態では、判断回路がデジタル的に、停電あるいは断線を判断する例について説明したが、これに限らず、アナログ回路を構成して、アナログ的に停電あるいは断線を判断することも可能である。

本実施形態のブロック図である。 本実施形態の説明に用いる波形図である。 本実施形態の説明に用いる波形図である。 本実施形態の説明に用いる波形図である。 本実施形態の説明に用いるフローチャートである。 従来の異常判別回路の一例のブロック図である。

符号の説明

１〜３：ケーブル
４、５：電源
１１〜１３：端子
１５、１６：コンデンサ
２１、２２：絶縁トランス
３１、３２：波形検出回路
４１：判断回路

Claims (1)

1. 単相三線商用交流電源の電源回路の断線及び停電を判別する回路において、
   前記単相三線商用交流電源を第１の電源線と第２の電源線と接地線とにより引き込み、
   前記第１の電源線と接地線との間、及び、前記第２の電源線と接地線との間に、それぞれ、一次・二次間を絶縁する商用トランスの一次巻線を接続し、
   前記第１の電源線と、前記第２の電源線との間に第１のコンデンサを接続し、
   前記第１又は前記第２の電源線と、接地線との間に第２のコンデンサを接続し、
   前記第１及び第２の電源線の波形を検出し、前記一次巻線のインダクタンスと前記コンデンサの容量とから前記波形の位相ずれを検出し、停電または断線を判別することを特徴とする商用電源回路の断線・停電判別回路。

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