JP2010268587A

JP2010268587A - 三相電源の結線判定装置

Info

Publication number: JP2010268587A
Application number: JP2009117326A
Authority: JP
Inventors: Junichi Suzuki; 淳一鈴木; Kentaro Suzuki; 健太郎鈴木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判定できる三相電源の結線判定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の三相電源の結線判定装置は、三相交流電源２のＲ−Ｓ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する第１の波形整形回路３と、前記Ｓ−Ｔ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する第２の波形整形回路４と、前記第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻と前記第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子への三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相の少なくとも一つを判断するマイコン５とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、三相電源の結線判定装置に関する。

従来より、三相電源を用いた空調機などにおいて電源を誤判定してしまった場合にコンプレッサモータを含むシステムに多大な影響を与えてしまうという問題があった。このような問題点を解決する従来技術として、三相電源の結線状態を判定する技術が提案されている。例えば特許文献１記載の従来技術では、三相電源のＲＳ相間とＳＴ相間の位相差から逆相を検知するようにしている。

また、特許文献２及び３の従来技術では、三相電源のＲＳ相間とＳＴ相間の波形をフォトカプラを利用して電圧を検出して欠相を判定するようにしている。また、特許文献４の従来技術では、三相電源の位相信号の立ち上がり又は立下りをゼロクロスタイミングで検出して三相電源の逆相又は欠相を判定するようにしている。

特開昭６２−２８１７２６号公報特開２００４−２３６４０３号公報特開２００８−１８７８７４号公報特開２００５−３６２６号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、逆相を判定することはできるが、欠相を判定することができないという問題がある。また、特許文献２及び３の従来技術では、欠相を判定することができるが、逆相を判定することができないという問題がある。また、特許文献４の従来技術では、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の位相信号を検出する必要があるため、検出を行うマイコンにおいて３つの端子が必要であった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判定できる三相電源の結線判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の三相電源の結線判定装置は、予め定められたＲ、Ｔ、Ｓ端子に接続される三相交流電源のＲ−Ｓ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する第１の波形整形回路と、前記Ｓ−Ｔ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する第２の波形整形回路と、前記第２の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻と前記第１の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子への三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相の少なくとも一つを判断する制御部とを備える。

本発明によれば、制御部は第１の波形整形回路と第２の波形整形回路で整形された二つの信号のみを監視することで足りるため、マイコンの入力端子を多く占有することはない。又、時間差の範囲を予め定めておくことにより、三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相の全てを判定することができる。

また、上記発明において、前記三相交流電源は、前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子を介して三相交流電動機へ接続されていることを特徴とする。

また、上記発明において、前記三相交流電源は、前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子及びインバータ装置によりその周波数もしくはその通電タイミングが変換されて電動機へ供給されることを特徴とする。

本発明によれば、多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判定できる三相電源の結線判定装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの概略図である。本発明の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの構成図である。三相交流電源の結線状態が正相時のゼロクロス入力波形を示す図である。三相交流電源の結線状態が逆相時のゼロクロス入力波形を示す図である。三相交流電源の結線状態がＲ相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。三相交流電源の結線状態がＳ相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。三相交流電源の結線状態がＴ相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。三相交流電源の接続状態を判断するマイコンの処理フローチャートである。本発明の他の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの構成図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明の三相電源の結線判定装置は例えば業務用の空調機等に適用される。

図１は、本発明の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステム１の概略図である。三相交流電源２は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相交流を三相交流電動機７に供給する。この三相交流電動機２は、例えばコンプレッサ用モータとして利用される。又、本発明の三相電源の結線判定装置は、第１の波形整形回路３と、第２の波形整形回路４と、制御部としてのマイコン５とにより構成される。

第１の波形整形回路３は、三相交流電源２のＲ−Ｓ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する。第２の波形整形回路４は、Ｓ−Ｔ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する。

マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔ＝ｔ２−ｔ１が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じてＲ、Ｓ、Ｔ端子への三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判断する。

図２は、本発明の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの構成図である。三相交流電源２は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相はそれぞれ配線ｒ，ｓ，ｔによって三相交流電動機の電源端子１５のＲ端子、Ｓ端子及びＴ端子に対応させて結線されている。三相交流電源２から三相交流電動機７に対して相回転方向をＲ，Ｓ，Ｔ相の正相方向とした電流を供給して、三相交流電動機７を正回転させる。

また、マイコン５には、サーミスタ８、スイッチ９、警告用ＬＥＤ１０が接続されている。サーミスタ８は対象の温度を検出するためのものである。スイッチ９は、キーマトリックス状のスイッチであり、様々な設定をマイコン５に対して入力することができる。マイコン５は、スイッチ９により設定された温度とサーミスタ８により検知された温度との比較によって各部の制御を行う。又、マイコン５の出力側には、スイッチング部６を駆動するリレー６１が接続されている。マイコン５は、抵抗１２、１３を介して接続されたトランジスタ１１に制御信号を出力してリレー６１を制御して、電動機７の作動−停止制御を行う。

また、第１の波形成形回路３は、フォトカプラ３０、抵抗３３、３４、コンデンサ３５によって構成されている。この第１の波形整形回路３は、三相交流電源２のＲ−Ｓ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する。フォトカプラ３０は、三相交流電源のＲ相及びＳ相に接続されている。このフォトカプラ３０は、フォトダイオード３１とフォトトランジスタ３２によって構成されている。フォトダイオード３１は、ＲＳ相間に設けられている。フォトダイオード３１のアノード及びカソードは、配線ｒ及び配線ｓにそれぞれ接続されている。

フォトトランジスタ３２は、ＮＰＮ型であって、フォトダイオード３１と結合し、フォトダイオード３１に所定のしきい値以上の順方向電圧が与えられるとオンする。フォトトランジスタ３２のエミッタは抵抗３３を介して接地され、コレクタは正電位が印加されている。フォトトランジスタ３２がオン、オフするのに対応してそれぞれ高電位及び低電位を得る。フォトトランジスタ３２の出力はマイコン５に入力される。

また、第２の波形成形回路４は、フォトカプラ４０、抵抗４３、４４、コンデンサ４５によって構成されている。第２の波形整形回路４は、Ｓ−Ｔ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する。また、フォトカプラ４０は三相交流電源のＳ相及びＴ相に接続されている。このフォトカプラ４０はフォトダイオード４１とフォトトランジスタ４２によって構成されている。

フォトダイオード４１はＳＴ相間に設けられている。フォトダイオード４１のアノード及びカソードは配線ｓ及び配線ｔにそれぞれ接続されている。フォトトランジスタ４２はＮＰＮ型であって、フォトダイオード４１と結合し、フォトダイオード４１に所定のしきい値以上の順方向電圧が与えられるとオンする。フォトトランジスタ４２のエミッタは抵抗４３を介して接地され、コレクタは正電位が印加されている。フォトトランジスタ４２がオン、オフするのに対応してそれぞれ高電位及び低電位を得る。フォトトランジスタ４２の出力はマイコン５に入力される。

第１の波形整形回路３で整形された波形と、第２の波形整形回路４で整形された波形は、三相交流波形の１２０°の位相関係と同様に、１２０°の位相差を有する。

マイコン５は第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔ＝ｔ２−ｔ１が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じてＲ、Ｓ、Ｔ端子への三相交流電源２の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判断する。時間差ｔは表１に示すようにマイコン５のメモリ内に予め格納されている。

表１は正相、Ｒ相欠相、Ｔ相欠相、逆相及びＳ相欠相の判定テーブルである。表１に示すように、マイコン５は、電源周波数が５０Ｈｚの場合、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔ＝ｔ２−ｔ１が３．０〜７．５ｍｓ±誤差αの場合に正相と、７．５〜１０．０ｍｓの場合にＲ相欠相と、１０．０〜１２．５ｍｓの場合にＴ相欠相と、１２．５〜１５．０ｍｓの場合に逆相と、１８．０〜２２．０の場合にＳ相欠相とそれぞれ判定する。尚、電源周波数が６０Ｈｚの場合、マイコン５は表１に示すように同様に判定する。

図３は、三相交流電源の結線状態が正相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図３には、ＲＳ相間の電圧波形Ｅ_RS、ＲＳ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_RS、ＳＴ相間の電圧によって得られるＳＴ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_STをそれぞれ示している。マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２（２）と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１（１）との時間差ｔを測定する。

また、図３に示すように、波形の１周期のパターンは、入力波形Ｖ_RSと入力波形Ｖ_STがそれぞれ（１）〜（５）までのＬＨ、ＬＬ、ＨＬ、ＨＨの４パターンとなる。マイコン５は波形の１周期のパターンを利用して結線状態を判定してもよい。

図４は、三相交流電源の結線状態が逆相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図４には、ＲＳ相間の電圧波形Ｅ_RS、ＲＳ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_RS、ＳＴ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_STをそれぞれ示している。マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２（４）と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１（１）との時間差ｔを測定する。尚、波形の１周期のパターンは、入力波形Ｖ_RSと入力波形Ｖ_STがそれぞれ（１）〜（５）までのＬＬ、ＬＨ、ＨＨ、ＨＬの４パターンとなる。マイコン５はこれを判定基準とすることもできる。

図５は、三相交流電源の結線状態がＲ相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図５には、ＲＳ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_RS、ＳＴ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_STをそれぞれ示している。マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２（４）と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１（１）との時間差ｔを測定する。波形の１周期のパターンは、入力波形Ｖ_RSと入力波形Ｖ_STがそれぞれ（１）〜（５）までのＬＬ、ＨＬ、ＨＨ、ＨＬの４パターンとなる。

図６は、三相交流電源の結線状態がＳ相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図６には、ＲＳ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_RS、ＳＴ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_STをそれぞれ示している。マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２（４）と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１（１）との時間差ｔを測定する。波形の１周期のパターンは、入力波形Ｖ_RSと入力波形Ｖ_STがそれぞれ（１）〜（５）までのＬＬ、ＨＬ、ＨＨ、ＨＬの４パターンとなる。

図７は、三相交流電源の結線状態がＴ相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図７には、ＲＳ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_RS、ＳＴ相間のゼロクロス入力波形Ｖ_STを示している。マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２（３）と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１（１）との時間差ｔを測定する。波形の１周期のパターンは、入力波形Ｖ_RSと入力波形Ｖ_STがそれぞれ（１）〜（５）までのＬＨ、ＨＨ、ＨＬ、ＨＨの４パターンとなる。

図８は、三相交流電源の接続状態を判断するマイコンの処理フローチャートである。ステップＳ１１において、マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔが３．０〜７．５ｍｓ±α（αはマイコンの制御上の調整に用いる値であり、０以上の数値を用いることができる。）の場合、ステップＳ１２において、カウンタの値をアップして三相交流電源２の結線状態が正相であると判定し、ステップＳ１３において例えばカウンタの値Ｎが１６場合に、すなわち１６回繰り返して正常であると判定して処理を終了する。

次に、ステップＳ１４において、マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔが７．５〜１０．０ｍｓの場合、ステップＳ１５において、カウンタの値をアップして三相交流電源２の結線状態がＲ相欠相であると判定し、ステップＳ１６においてカウンタの値Ｎが１６の場合にステップＳ１７において警告用ＬＥＤ１０を点灯させてＲ相欠相の異常を表示させる。

次に、ステップＳ１８において、マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔが１０．０〜１２．５ｍｓの場合、ステップＳ１９において、カウンタの値をアップして三相交流電源２の結線状態がＴ相欠相であると判定し、ステップＳ２０においてカウンタの値Ｎが１６の場合にステップＳ２１において警告用ＬＥＤ１０を点灯させてＴ相欠相の異常を表示させる。

次に、ステップＳ２２において、マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔが１２．５〜１５．０ｍｓの場合、ステップＳ２３において、カウンタの値をアップして三相交流電源２の結線状態がＴ相欠相であると判定し、ステップＳ２４においてカウンタの値Ｎが１６の場合にステップＳ２５において警告用ＬＥＤ１０を点灯させて逆相の異常を表示する。

次に、ステップＳ２６において、マイコン５は、第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔが１８．０〜２２．０ｍｓの場合、ステップＳ２７において、カウンタの値をアップして三相交流電源２の結線状態がＳ相欠相であると判定し、ステップＳ２８においてカウンタの値Ｎが１６の場合にステップＳ２９において警告用ＬＥＤ１０を点灯させてＳ相欠相の異常を表示する。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図９は、本発明の他の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの構成図である。三相交流電源２は、Ｒ、Ｓ、Ｔ端子及びインバータ装置７０によりその周波数もしくはその通電タイミングが変換されて電動機７へ供給される。

インバータ装置７０は、整流回路７１、電圧ドロップ用のダイオード７２、コンデンサ７３、６個の電力用のスイッチング素子７４〜７９、スイッチング素子７４〜７９を制御するインバータ駆動部８０を備える。

フォトカプラを構成するフォトダイオード５１とフォトトランジスタ５２、抵抗５３、５４、コンデンサ５５によって図１の第１の波形整形回路３が構成されている。この第１の波形整形回路３は、三相交流電源２のＲ−Ｓ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する。また、フォトカプラを構成するフォトダイオード６１とフォトトランジスタ６２、抵抗６３、６４、コンデンサ６５によって図１の第２の波形整形回路４が構成されている。第２の波形整形回路４は、Ｓ−Ｔ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する。

マイコン９０は第２の波形整形回路４から出力される方形波の立下り時刻ｔ２と第１の波形整形回路３から出力される方形波の立下り時刻ｔ１との時間差ｔ＝ｔ２−ｔ１が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じてＲ、Ｓ、Ｔ端子への三相交流電源２の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判断し、それぞれの判断結果に応じてインバータ駆動部８０を制御する。

上記各実施形態によれば、多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相を判定できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１，５０システム
２三相交流電源
３第１の波形整形回路
４第２の波形整形回路
５マイコン
７三相交流電動機
８サーミスタ
９スイッチ
１０警告用ＬＥＤ
７０インバータ装置

Claims

予め定められたＲ、Ｔ、Ｓ端子に接続される三相交流電源のＲ−Ｓ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する第１の波形整形回路と、
前記Ｓ−Ｔ端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り／立下りを有する周期的な方形波に変換する第２の波形整形回路と、
前記第２の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻と前記第１の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子への三相交流電源の逆相接続、Ｒ端子の欠相、Ｓ端子の欠相及びＴ端子の欠相の少なくとも一つを判断する制御部と、を備えることを特徴とする三相電源の結線判定装置。
前記三相交流電源は、前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子を介して三相交流電動機へ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の三相電源の結線判定装置。
前記三相交流電源は、前記Ｒ、Ｓ、Ｔ端子及びインバータ装置によりその周波数もしくはその通電タイミングが変換されて電動機へ供給されることを特徴とする請求項１に記載の三相電源の結線判定装置。