JP2012042316A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、三相交流電源の欠相検出を行えると共に欠相している相を判別可能とする。
【解決手段】インバータ装置２は、電磁接触器３のｂ接点３ｂに接続して電磁接触器３の動作（ＯＮ／ＯＦＦ）を監視する電磁接触器動作監視回路１０と、電磁接触器３が接続している２相（本例ではＲ相とＴ相）とは異なる２相（本例ではＲ相とＳ相）に接続し、この２相（Ｒ相とＳ相）の何れかに欠相があったことを検出する単相欠相検出回路１１を設ける。制御部１２は、これら各回路１０、１１の出力であるMC_DET、1P_DETと、直流電圧検出回路９の出力とに基づいて、欠相した相を示す信号であるＲ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫを生成・出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、三相交流を電源とし整流回路を有するインバータ装置に関する。

従来より、三相交流電源を使用する機器等において、電源に欠相が生じた場合にこれを検出する技術が知られている。
例えば特許文献１，２，３等に開示されている従来技術がある。

特許文献１の従来技術は、三相交流電源を入力とする静止電力変換装置に係わり、電源電圧の有無を各相毎に検出する電圧検出手段と、この検出出力から３相のうちの何れか１相のみが欠落したことを判別しこれを欠相とする欠相検出手段を有する。

特許文献１には、入力交流電源の各相（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相）毎にその相電圧の有無を検出する構成（フォトカプラ等）を設けて、何れか２相が健全で且つ１相のみ欠落した状態を欠相として検出する構成等が開示されている。

また、特許文献２の従来技術は、インバータ装置において、直流主回路の電圧又は電流のリップルの大きさを検出し、この検出値が上限値と下限値との範囲内に無い場合には異常と判定する。特に、ヒューズの断線があった場合には電圧又は電流のリップルの大きさが０になり、欠相が発生した場合には直流主回路に供給される電圧又は電流のリップルが正常時に比べて大きくなるので、ヒューズの断線や欠相といった異常の検出を行うことができる。

また、特許文献３の従来技術は、その第１図、第２図に示すようにＲ相−Ｓ相間、Ｒ相−Ｔ相間、Ｔ相−Ｓ相間の各相間毎のコイル（Ｎ_Ｒコイル、Ｎ_Ｔコイル、Ｎ_Ｓコイル）と２次コイル（２次側主制御コイル）等からなる制御用変圧器等を有する構成であって、制御用変圧器の２次側主制御コイルの不足電圧検出回路や、電磁接触器の補助接点を利用して、三相とも欠相保護ができるようにしている。

特開昭６２−７３３３号公報 実開平５−４３８００号公報 特開昭６２−１０７６３３号公報

上記特許文献１の従来技術では、三相分の検出回路を必要とするため、コスト高となりまた装置が大型化する。
上記特許文献２の従来技術では、欠相は検出できるが、欠相している相がどれであるのかを判別することができない。

上記特許文献３の従来技術も、欠相は検出できるが、欠相している相がどれであるのかを判別することができない。
更に、特許文献３の場合、制御用電源の電圧低下を欠相検出に利用しているが、制御用電源の電圧低下を引き起こすこと自体が、不適切なことである。すなわち、特許文献３には、インバータの制御回路用に準備されている電源の電圧が、欠相時には通常時の１／２に低下するので、それを検出して欠相を判断する旨の開示があるが、制御用電源電圧が１／２になると、制御上の不都合が生じる（例；ＩＣ類の電源電圧が下がることにより、動作できなかったり、誤動作したりする。主回路部のIGBT等のゲート電圧が下がり、ONできない、または、中途半端なONにより損失が増え破損につながる等）。これは、重大事故につながる恐れがある状態である。このように、特許文献３の場合、制御回路用電源の大きな電圧低下の後でしか欠相を検出できないという問題も生じる。

本発明の課題は、特に三相分の検出回路を必要とすることなく簡単な構成で、三相交流電源の欠相検出を行えると共に欠相している相を判別可能な、更に電源無と欠相とを区別可能な、インバータ装置等を提供することである。

本発明のインバータ装置は、三相交流電源に接続された整流回路と、平滑コンデンサと、逆変換回路を有し、更に前記三相交流電源の３相の出力のうちの任意の２相間に単相交流駆動回路が設けられたインバータ装置であって、前記単相交流駆動回路の動作監視を行い当該単相駆動回路が動作していないときに第１の検出信号を生成・出力する動作監視手段と、前記単相交流駆動回路が設けられる２相とは異なる２相の相間電圧を検出することで該２相の何れかの相が欠相したことを検出して第２の検出信号として出力する単相欠相検出手段と、少なくとも前記第１の検出信号と第２の検出信号を入力して、該第１、第２の検出信号に基づいて、前記三相交流電源出力の欠相を判定すると共に欠相している相を判別する欠相判定手段とを有する。

上記インバータ装置において、例えば、前記整流回路によって整流後の直流電圧に相当する電圧を検出して、該検出した電圧を所定の閾値と比較することで前記三相交流電源の電源無を検出する直流電圧検出手段を更に有し、前記欠相判定手段は、該直流電圧検出手段の検出結果を更に入力することで、前記電源無の状態と前記欠相の状態とを区別しつつ前記欠相の判定と欠相している相の判別を行うようにしてもよい。

電磁接触器の動作を検出する既存構成を利用した電磁接触器動作監視手段と、単相欠相検出手段と、欠相判定手段とから成る簡単な構成で、三相交流電源の欠相検出を行えると共に欠相している相を判別可能となる。単相欠相検出手段が検出する相間電圧は、既存の電磁接触器が接続された２相とは異なる２相のものとすることが条件となる。

また、既存の直流電圧検出手段の出力も利用することで、電源無の状態と区別しつつ欠相の判定と欠相している相の判別を行うことができる。

本発明のインバータ装置によれば、特に三相分の検出回路を必要とすることなく簡単な構成で、三相交流電源の欠相検出を行えると共に欠相している相を判別可能となる。更に電源無と欠相とを区別可能となる。

本例のインバータ装置の構成図である。 直流電圧検出回路の構成例である。 電磁接触器動作監視回路の構成例である。 単相欠相検出回路の構成例である。 欠相判別論理を示す図である。 正常時の各信号波形を示す図である。 電源無時の各信号波形を示す図である。 Ｒ相欠相時の各信号波形を示す図である。 Ｓ相欠相時の各信号波形を示す図である。 Ｔ相欠相時の各信号波形を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例のインバータ装置の構成図である。
本例のインバータ装置２は、整流回路４を有し、図示のように三相交流電源１を電源とし、この電源によってモータ８を駆動する。

図示のインバータ装置２の構成のうち、まず、既存の構成部分について簡単に説明しておく。この既存の構成部分は、例えば上記特許文献３や参考文献（特開平７−１０７６５９号公報）に開示されている既存構成と、略同様であってよい。

上記既存の構成部分は、図１に示す電磁接触器３（ａ接点３ａ、ｂ接点３ｂを含む）、整流回路４、電流制限抵抗５、平滑コンデンサ６、逆変換回路７等である。更に、直流電圧検出回路９や電磁接触器動作監視回路１０も、ほぼ既存の構成と見做してもよい。

整流回路４、平滑コンデンサ６、及び逆変換回路７は、周知の電圧形インバータを構成し、上記三相交流電源１から給電されて、モータ８に対して可変電圧、可変周波数の交流電力を供給する機能を実現する。三相交流電源１から供給された三相交流電力は、整流回路４で整流されて直流に変換され、平滑コンデンサ６に充電される。そして、平滑コンデンサ６に充電されることにより平滑化された直流電圧が、逆変換回路７により任意の電圧と任意の周波数の三相交流に変換されて、モータ８に供給されることになる。

尚、整流回路４は交流を直流に変換する回路であり、本例では３相交流を直流に変換する。平滑コンデンサ６は、整流回路４によって整流された直流電圧を平滑化し、以って電圧脈動の少ない直流電圧を逆変換回路７に供給する働きをする。

電磁接触器３は、電源投入時の突入電流を抑制するための回路である。電磁接触器３には、突入電流抑制用の抵抗５を定常運転時に上記ａ接点３ａによって短絡するための励磁コイル（不図示）が含まれる。また、ａ接点３ａとは逆の動きをする上記ｂ接点３ｂを用いることで、後述するように上記電磁接触器３の励磁コイルが励磁されているか否かを検出できる。

また、整流回路４と逆変換回路７の間に設けられる図示の電流制限抵抗５は、突入電流抑制用の抵抗器である。また、この電流制限抵抗５に並列に設けられる図示のａ接点３ａは、上記三相交流電源１が正常運転している場合には常にＯＮ（閉）となっている。すなわち、三相交流電源１が正常運転している間は上記電磁接触器３の励磁コイルが励磁された状態であるので、それによってａ接点３ａはＯＮ（閉）となっており、また図示のｂ接点３ｂはＯＦＦ（開）状態となっている。

尚、よく知られているように、ａ接点はＮ．Ｏ．（normal open）とも呼ばれており、通常はＯＦＦ状態であり、動作中はＯＮ状態となる接点である。一方、ｂ接点はＮ．Ｃ．（normal close）とも呼ばれており、通常はＯＮ状態であり、動作中はＯＦＦ状態となる接点である。上記ａ接点３ａ、ｂ接点３ｂは、電磁接触器３に係わるａ接点、ｂ接点である。

そして、インバータ起動時の初期には電流制限抵抗５を介して平滑コンデンサ６に充電電流が流れるようにして充電電流を抑制し、突入電流を防止し、その後、平滑コンデンサ６の両端電圧が所定の電圧に達するとａ接点３ａをＯＮ状態にすることで、以後は電流制限抵抗５が短絡されて損失を生じないようにしている。

尚、上述した説明では「ａ接点３ａは、三相交流電源１が正常運転している場合には常にＯＮ（閉）となっている」としており、これは逆に言えばａ接点３ａは、三相交流電源１が異常（欠相または電源無）となったらＯＦＦ（開）状態となることを意味するが、厳密に言えば、図１の例の場合、三相交流電源１が異常となっても、それがＳ相の欠相の場合にはａ接点３ａはＯＮ（閉）のままである。

すなわち、図１の例では、電磁接触器３は、三相交流電源１出力のＲ相−Ｔ相間に設けられているので、Ｒ相、Ｔ相の何れかが欠相した場合には、上記励磁コイルが励磁されなくなるので、ａ接点３ａはＯＮからＯＦＦに切り替わり、ｂ接点３ｂはＯＦＦからＯＮに切り替わることになる。これより、後述するようにｂ接点３ｂに接続された電磁接触器動作監視回路１０は、Ｒ相、Ｔ相の何れかが欠相した場合にはこれを検出できる。但し、Ｒ相、Ｔ相のどちらが欠相したのかまでは分からない。

これに対して、単相欠相検出回路１１と制御部１２を設けたことにより、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相のどの相が欠相したのかを判別することができる。尚、図１に示す例では、単相欠相検出回路１１は、Ｒ相とＳ相に接続されているが、この例に限らず、電磁接触器３が接続された２相とは異なる２相に接続されていればよい。図１の例では電磁接触器３が接続された２相は上記の通りＲ相とＴ相であるので、Ｒ相−Ｔ相以外であればよい。よって、単相欠相検出回路１１は、一例としては図１に示すようにＲ相−Ｓ相に接続されているが、Ｓ相−Ｔ相であってもよいことになる。

また、電磁接触器３に関しても、図１の例ではＲ相−Ｔ相に接続されるが、この例に限らず、任意の２相間に接続されてよい。よって、Ｒ相−Ｓ相またはＳ相−Ｔ相に接続されてもよい。但し、上記の通り、必ず、電磁接触器３が接続される２相と、単相欠相検出回路１１が接続される２相とが、異なるようにする。よって、仮に電磁接触器３がＲ相−Ｓ相に接続されるならば、単相欠相検出回路１１は、Ｒ相−Ｓ相以外すなわちＲ相−Ｔ相またはＴ相−Ｓ相に接続される必要がある。

但し、本説明では、図１に示す例を用いて説明するものとする。後述する図５に示す欠相の判定論理も、図１に示す例に応じたものである。
ここで、インバータ装置２内には、既存の構成として、各種単相交流駆動回路（電磁接触器３や不図示の冷却用ファン等）と、これら各種単相交流駆動回路の動作監視を行う回路が備えられており、本手法ではこれを利用する（本例では電磁接触器３を示しており、その動作監視回路である電磁接触器動作監視回路１０を利用する）。本来、電磁接触器動作監視回路１０は電磁接触器３の動作を監視するものであり、電磁接触器３が動作していないと、常に電流制限抵抗５を介して電流が流れることになって電流制限抵抗５が焼損するため、これを防止するために監視するものである。以下では、動作監視手段として電磁接触器動作監視回路１０を用いて説明するが、単相交流駆動回路を不図示の冷却用ファンとし、冷却用ファンの動作監視を行う回路を用いるようにしてもよい。

すなわち、インバータ装置２内にある既存の単相交流駆動回路の動作監視回路（本例では電磁接触器動作監視回路１０）を利用することで、例えば上記特許文献１の従来技術のような三相分の検出回路を必要とすることなく、１つの単相欠相検出回路１１を追加するだけで、電磁接触器動作監視回路１０と単相欠相検出回路１１の組み合わせにより、三相交流電源１の欠相検出を行うことができ、特に欠相している相の判別まで行うことができる。

また、インバータ装置２内には、既存の構成として更に、整流回路４によって整流後の直流電圧の検出回路も設けられており、本手法では更にこの検出回路も利用するようにしてもよい。すなわち、この検出回路を利用して直流電圧検出回路９を構成する。そして、電磁接触器動作監視回路１０と単相欠相検出回路１１と直流電圧検出回路９を組み合わせることで、欠相と“電源無”（電源遮断や瞬時停電等）とを区別して異常判定することができる。詳しくは後述する。尚、上記電源遮断は、インバータ装置２が電源系統から切り離された状態等を意味している。

以下、上記直流電圧検出回路９や電磁接触器動作監視回路１０と単相欠相検出回路１１の構成について、図２〜図４を参照して説明する。
まず、図２に直流電圧検出回路９の構成例を示す。

直流電圧検出回路９は、図１に示すように平滑コンデンサ６に印加される電圧Ｖ_ＤＣ（整流回路４によって整流後の直流電圧に相当）を入力しており、図２に示す例ではこの電圧Ｖ_ＤＣを抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧して成る電圧Ｖ１を、絶縁アンプ２１に入力させて、絶縁アンプ２１の２次側に電圧Ｖ１に応じた電圧Ｖ_ＤＣ’を出力させている。尚、これは実質的には電圧Ｖ_ＤＣに相当する電圧を絶縁アンプ２１により２次側に伝えるものである。絶縁アンプ２１によって、整流後の直流電圧に相当する電圧Ｖ_ＤＣ’を、２次側（例えば不図示のマイコン等）に出力するものである。ここまでは既存の構成であるが、上記に限るものではなく、例えば、絶縁アンプ２１を用いずに、別途生成したキャリア波形に検出したアナログ電圧を重畳してパルストランスにより２次側に伝えるようにしてもよく、また、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した後にコンパレータを介してＨｉｇｈ／Ｌｏｗ信号をフォトカプラで伝えるようにしてもよい。

そして、本例の直流電圧検出回路９では、更に、図示のコンパレータ２２を設けている。尚、図示の例に限らず、例えば上記不図示のマイコン等においてソフトウェアによって上記コンパレータ２２に相当する機能を実現するようにしてもよい。

図２に示すように、コンパレータ２２には、上記絶縁アンプ２１からの出力電圧Ｖ_ＤＣ’と、所定の閾値に相当する電圧Ｖ_ＴＨが入力する。そして、コンパレータ２２の出力信号DC_DETは、Ｖ_ＤＣ’＞Ｖ_ＴＨの場合には‘Ｈ’（Ｈｉｇｈ）となり、Ｖ_ＤＣ’＜Ｖ_ＴＨの場合には‘Ｌ’（Ｌｏｗ）となる。

尚、図面上では、‘Ｈ’（High）はＨｉ、‘Ｌ’（Low）はＬｏと記している。これは図３や図５等においても同様である。
上記電圧Ｖ_ＴＨの値は適宜決定してよい。但し、後に図５を参照して説明するように、コンパレータ２２の出力信号DC_DETは、三相交流電源１に係わる異常の判別に関して、“電源無”（電源遮断等）と欠相とを区別する為に用いられる。よって、三相交流電源１が正常の場合は勿論のこと欠相があった場合でもコンパレータ２２の出力信号DC_DETは‘Ｈ’となり、“電源無”（電源遮断等）となった場合に出力信号DC_DETが‘Ｌ’となるように、電圧Ｖ_ＴＨの値を決定する必要がある。

尚、欠相時の電圧Ｖ_ＤＣの波形例を、図８〜図１０に示してある。例えば開発者等は、この様な欠相時の波形であっても「Ｖ_ＤＣ’＜Ｖ_ＴＨ」にはならないように、且つ、例えば図７に示すような“電源無”の場合には必ず「Ｖ_ＤＣ’＜Ｖ_ＴＨ」となるように、電圧Ｖ_ＴＨの値を予め適宜決定して設定しておくことになる。

図３に、電磁接触器動作監視回路１０の構成例である。
上記の通り、電磁接触器動作監視回路１０自体は、既存の構成であり、マグネットコンタクタが正常に動作しているかを監視する為に用いられる。

図示の通り、電磁接触器動作監視回路１０は、図１においても示してある上記ｂ接点３ｂに接続された、１つのフォトカプラ３１から構成されている。フォトカプラ３１は、発光素子３１ａ（発光ダイオード等）と受光素子３１ｂ（フォトトランジスタ等）を有し、上記ｂ接点３ｂは発光素子３１ａに接続されている。発光素子３１ａには抵抗Ｒ３を介して電源Ｖ２が印加され、受光素子３１ｂには抵抗Ｒ４を介して制御部電源Ｖccが印加されている。受光素子３１ｂ（フォトトランジスタ）のコレクタ側が、電磁接触器動作監視回路１０の出力信号MC_DETとなる。

尚、制御部電源Ｖccは２次側（制御部１２側）で用いられる電源である。また、電源Ｖ２は、制御部電源Ｖccとは異なる電源であり、制御部１２と絶縁された電源であるが、ここでは特に関係ないので、これ以上は説明しない。

図示の構成から明らかなように、ｂ接点３ｂがＯＦＦ（開）状態ではフォトカプラ３１はＯＦＦとなり、出力信号MC_DETは‘Ｈ’（High）となる。ｂ接点３ｂがＯＮ（閉）状態ではフォトカプラ３１はＯＮとなり、出力信号MC_DETは‘Ｌ’（Low）となる。

ここで、上述した通り、ｂ接点３ｂは、三相交流電源１の所定の２相（電磁接触器３が接続された２相；本例ではＲ相とＴ相）が正常である状態では、上記電磁接触器３の励磁コイルが励磁された状態であるためｂ接点３ｂはＯＦＦ（開）状態となっており、よって出力信号MC_DETは‘Ｈ’となっている。一方、上記所定の２相（本例ではＲ相とＴ相）の何れかが欠相すると（または“電源無”状態になると）、電磁接触器３の励磁コイルが励磁されない状態となるため、ｂ接点３ｂはＯＮ（閉）状態となり、よって出力信号MC_DETは‘Ｌ’となる。

上記構成の電磁接触器動作監視回路１０自体は、既存の構成であり、上記出力信号MC_DETは従来では例えば上記不図示のマイコン等に入力されて何らかの処理に用いられたが、本例では図１に示すように制御部１２に入力されて、欠相の有無、欠相した相の特定、欠相と電源無（電源遮断）とを区別した欠相の判別等に利用される。尚、制御部１２は、上記不図示のマイコン等に含まれる構成であると考えてもよい。

図４に、単相欠相検出回路１１の構成例を示す。
尚、単相欠相検出回路１１の構成自体は、既存の構成である。従来では例えば単相欠相検出回路１１が複数必要であったのに対して、本手法では１つのみで済むようになる。

単相欠相検出回路１１は、上記電磁接触器３が接続された２相（本例ではＲ相−Ｔ相）とは異なる２相（本例ではＲ相−Ｓ相）に接続し、この２相（Ｒ相−Ｓ相）の相間電圧を検出する。そして、後述するように、この２相（Ｒ相−Ｓ相）の何れかの相が欠相したことを検出できる。

上記のように図１の例における単相欠相検出回路１１は、Ｒ相−Ｓ相に接続されており、三相交流電源１の各相（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相）のうちのＲ相−Ｓ相間の電圧の有無（パルスの有無）を検出する。図４にはこの例に応じた構成例を示すが、この例に限らない。

図４に示す単相欠相検出回路１１は、フォトカプラ４１、パルス検出回路４２等を有している。尚、抵抗Ｒ５，Ｒ６、ダイオードＤ１等の他の構成要素については特に説明しない。

フォトカプラ４１は、発光素子４１ａ（発光ダイオード等）と受光素子４１ｂ（フォトトランジスタ等）を有し、発光素子４１ａは三相交流電源１側（Ｒ相とＳ相）に接続され、受光素子４１ｂは２次側（制御部２側）に接続されている（制御部電源Vccが印加され、パルス検出回路４２に接続されている）。受光素子４１ｂ（フォトトランジスタ）のコレクタ側が抵抗Ｒ６とパルス検出回路４２に接続しており、エミッタ側は制御電源Ｖｃｃのグランドに接続されている。

正常動作時の場合、Ｒ相−Ｓ相間に交流電圧がかかると、下記の動作となる。
・電圧＋側のとき：フォトカプラ４１内の発光素子４１ａ（発光ダイオード（LED）等）に電流が流れて発光し、それによって受光素子４１ｂ（フォトトランジスタ等）はＯＮする（つまりフォトカプラ４１はＯＮ状態となる）。よって、パルス検出回路４２への入力信号は‘Ｌ’（low）となる。

・電圧−側のとき：フォトカプラ４１内の発光素子４１ａに電流は流れず（発光せず）、よって受光素子４１ｂはＯＦＦする（つまりフォトカプラ４１はＯＦＦ状態となる）。よって、パルス検出回路４２への入力信号は‘Ｈ’（High）となる。

尚、図４においては、Ｒ相−Ｓ相間の電圧が正弦波状の交流電圧（正常時の一例）となっており、この様な交流電圧があると上記動作によりフォトカプラ４１の２次側には図４に示すようなパルス状の波形が現れることになる。つまり、正常時には、フォトカプラ４１によって、Ｒ相−Ｓ相間の電圧が交番（プラス→マイナスｏｒマイナス→プラス）する毎にＯＮ／ＯＦＦするパルス状の波形が生成され、このパルスがパルス検出回路４２に入力されることになる。

一方、Ｒ相、Ｓ相の何れかの相が欠相となった場合には、例えばＲ相のみに電圧があっても、Ｓ相が欠相することにより、電流の流れるルートがないため、フォトカプラ４１は常にＯＦＦ状態となる。よって、フォトカプラ４１の２次側には上記のようなパルス状の波形が現われることはなく、パルス検出回路４２の入力はパルス無しとなる。

パルス検出回路４２は、上記入力に応じた出力信号「１Ｐ＿ＤＥＴ」を生成・出力する。パルス検出回路４２は、その構成は特に示さないが、入力における上記パルスの有無を検出して、検出結果に応じた「１Ｐ＿ＤＥＴ」信号を出力する。すなわち、「１Ｐ＿ＤＥＴ」信号は、パルス有りの場合には‘Ｈ’（High）、パルス無しの場合には‘Ｌ’（Low）となる。

上述したDC_DET、MC_DET、1P_DETの各出力信号は、全て制御部１２に入力される。
制御部１２は、これらの入力に応じて図示の出力信号Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫを出力する。出力信号Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫは、それぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相に対応して、これら各相が欠相か否かを示すものである。すなわち、出力信号Ｒ_ＬＡＣＫはＲ相に対応して、Ｒ相正常時は‘Ｌ’(Low)であるが、Ｒ相欠相時には‘Ｈ’（High）となる。同様に、出力信号Ｓ_ＬＡＣＫはＳ相に対応して、Ｓ相正常時は‘Ｌ’であるが、Ｓ相欠相時には‘Ｈ’となる。出力信号Ｔ_ＬＡＣＫはＴ相に対応して、Ｔ相正常時は‘Ｌ’であるが、Ｔ相欠相時には‘Ｈ’となる。

制御部１２は、図１に示す３つのＡＮＤ回路（ＡＮＤ回路１２ａ、ＡＮＤ回路１２ｂ、ＡＮＤ回路１２ｃ）を有する。ＡＮＤ回路１２ａの出力信号が上記Ｒ_ＬＡＣＫであり、ＡＮＤ回路１２ｂの出力信号が上記Ｓ_ＬＡＣＫであり、ＡＮＤ回路１２ｃの出力信号が上記Ｔ_ＬＡＣＫである。

各ＡＮＤ回路（ＡＮＤ回路１２ａ、ＡＮＤ回路１２ｂ、ＡＮＤ回路１２ｃ）の入力は、全て上述したDC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの出力信号である。但し、入力の一部が反転入力しており、反転入力している信号が各ＡＮＤ回路毎に異なる。

すなわち、まず、ＡＮＤ回路１２ａは、上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの出力信号を入力しており、そのうちのMC_DETと1P_DETを反転入力している。従って、ＡＮＤ回路１２ａの出力信号Ｒ_ＬＡＣＫは、DC_DETが‘Ｈ’で且つMC_DETと1P_DETの両方が‘Ｌ’の場合のみ‘Ｈ’となり、これ以外のケースでは全て‘Ｌ’となる。

ＡＮＤ回路１２ｂは、上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの出力信号を入力しており、そのうちの1P_DETのみを反転入力している。従って、ＡＮＤ回路１２ｂの出力信号Ｓ_ＬＡＣＫは、DC_DETとMC_DETの両方が‘Ｈ’で且つ1P_DETが‘Ｌ’の場合のみ‘Ｈ’となり、これ以外のケースでは全て‘Ｌ’となる。

ＡＮＤ回路１２ｃは、上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの出力信号を入力しており、そのうちのMC_DETのみを反転入力している。従って、ＡＮＤ回路１２ｃの出力信号Ｔ_ＬＡＣＫは、DC_DETと1P_DETの両方が‘Ｈ’で且つMC_DETが‘Ｌ’の場合のみ‘Ｈ’となり、これ以外のケースでは全て‘Ｌ’となる。

図５は、上述した制御部１２による欠相判定論理を示したものである。
尚、制御部１２における欠相判定は、上述したＡＮＤ回路による構成に限らず、例えばソフトウェアによって実現してもよい。この場合には、図５を例えば欠相判定論理テーブル（データテーブル）と見做してよい。つまり、この場合、制御部１２における不図示のＣＰＵは、不図示のソフトウェアを実行すると共に上記図５の欠相判定論理テーブルを参照することで、上述したＡＮＤ回路を用いるものと略同様の欠相判定を行うことになる。

尚、上述したように、制御部１２は不図示のマイコン等の一部と見做してよく、一般的にマイコンはＣＰＵ／ＭＰＵ、メモリ、入出力インタフェース等から成るものであり、予めメモリに上記不図示のソフトウェアや図５の欠相判定論理テーブル等を記憶しておくことになる。

図５の説明に戻る。
図５に示すように（そして、既に各ＡＮＤ回路に関して説明した通り）、DC_DET及び1P_DETが‘Ｈ’で且つMC_DETが‘Ｌ’の場合には、Ｔ_ＬＡＣＫが‘Ｈ’となる（つまり、Ｔ相が欠相と判定される）。DC_DET及びMC_DETが‘Ｈ’で且つ1P_DETが‘Ｌ’の場合には、Ｓ_ＬＡＣＫが‘Ｈ’となる（つまり、Ｓ相が欠相と判定される）。DC_DETが‘Ｈ’で且つMC_DET及び1P_DETが‘Ｌ’の場合には、Ｒ_ＬＡＣＫが‘Ｈ’となる（つまり、Ｒ相が欠相と判定される）。

尚、図５に示すように、三相交流電源１が正常運転している状態では、上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの入力信号は全て‘Ｈ’であり、これより制御部１２の出力信号Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫは全て‘Ｌ’である。また、三相交流電源１が電源無（電源遮断等）の状態では、上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの入力信号は全て‘Ｌ’であり、これより制御部１２の出力信号Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫは全て‘Ｌ’である。

ここで、図５に示すことから、三相交流電源１が電源無（電源遮断等）の状態を考慮しないのであれば、必ずしも上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの入力信号を全て必要とするものではない。

すなわち、本例では、1P_DETのみによってＲ相、Ｓ相の何れかが欠相していることが分かり、MC_DET信号のみによってＲ相、Ｔ相の何れかが欠相していることが分かる。そして、1P_DET信号とMC_DET信号を用いることで、欠相の有無及び欠相している相の判別ができる。

すなわち、図５に示すように、三相交流電源１が正常の状態ではMC_DETと1P_DETの両方が‘Ｈ’であり、Ｔ相欠相の状態ではMC_DETが‘Ｌ’で1P_DETが‘Ｈ’であり、Ｓ相欠相の状態ではMC_DETが‘Ｈ’で1P_DETが‘Ｌ’であり、Ｒ相欠相の状態ではMC_DETが‘Ｌ’で1P_DETが‘Ｌ’である。このように、1P_DET信号とMC_DET信号との組み合わせによって、三相交流電源１が正常であるか、Ｔ相欠相であるか、Ｒ相欠相であるか、Ｓ相欠相であるかを、区別することが可能となる。

そして、これより、制御部１２は、２入力（MC_DETと1P_DET）、３出力（Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫ）とする構成としてもよい。そして、特に図示しないが、制御部１２は、ＡＮＤ回路等を用いて、以下の判定論理を実現する回路構成としてもよい。尚、以下に記す判定論理は、実質的に、図５に示す判定論理と略同様である。なぜなら、図５においても、「電源無」の場合を除いて、DC_DETは‘Ｈ’であるので、DC_DETによって正常／何れかの相の欠相を区別できるわけではないからである。

・MC_DETと1P_DETの両方が‘Ｈ’→Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫは全て‘Ｌ’
・MC_DETが‘Ｌ’で1P_DETが‘Ｈ’→Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、が‘Ｌ’でＴ_ＬＡＣＫが‘Ｈ’
・MC_DETが‘Ｈ’で1P_DETが‘Ｌ’→Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫ、が‘Ｌ’でＳ_ＬＡＣＫが‘Ｈ’
・MC_DETと1P_DETの両方が‘Ｌ’→Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫ、が‘Ｌ’でＲ_ＬＡＣＫが‘Ｈ’
但し、この場合、図５に示す通り、Ｒ相欠相と「電源無」との区別が付かない。よって、実際には“電源無”状態であるにも係わらず、Ｒ相欠相と判定されてしまう可能性がある。これに対して、DC_DET信号を加えると、Ｒ相欠相と「電源無」との区別もできるようになる。

但し、この様な例に限らない。例えば、上記２入力（MC_DETと1P_DET）の構成によって上記判定論理を実現すると共に、Ｒ相欠相と判定された場合のみDC_DETをチェックすることで、本当にＲ相欠相であるのか否かを確認する方法等も考えられる。勿論、この場合には、DC_DETが‘Ｈ’であればＲ相欠相と判定し、DC_DETが‘Ｌ’であれば「電源無」と判定することになる。

また、尚、図５に示すように、上記DC_DET、MC_DET、1P_DETの３つの入力信号を全て用いる場合でも、制御部１２からの出力信号Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫのみでは（全て‘Ｌ’であるので）「正常」と「電源無」とを区別できない。しかしながら、この場合は、入力信号DC_DET、MC_DET、1P_DETが明らかに異なるので（「正常」では全て‘Ｈ’、「電源無」では全て‘Ｌ’）、特に構成を図示・説明したりしないが、これら入力信号の全てまたは一部を用いて、「正常」と「電源無」とを区別することは可能である。

最後に、図６〜図１０に、上記各種信号の具体例を示しておく。
図６〜図１０には、何れにおいても、三相交流電源１の各相の出力信号（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）、整流後の電圧Ｖ_ＤＣ、制御部１２への入力信号（DC_DET、MC_DET、1P_DET）、及び制御部１２からの出力信号（Ｒ_ＬＡＣＫ、Ｓ_ＬＡＣＫ、Ｔ_ＬＡＣＫ）の信号波形例を示している。

そして、図６は、正常時の各信号波形を示す図である。図７は、電源無時の各信号波形を示す図である。図８は、Ｒ相欠相時の各信号波形を示す図である。図９は、Ｓ相欠相時の各信号波形を示す図である。図１０は、Ｔ相欠相時の各信号波形を示す図である。

これら信号波形は、図６〜図１０に示す通りであり、特に説明しない。
以上説明したように、本例のインバータ装置２によれば、特に三相分の検出回路を必要とすることなく簡単な構成で、三相交流電源の欠相検出を行えると共に欠相している相を判別可能となる。更に電源無と欠相とを区別可能となる。

既存の構成（電磁接触器３の動作を監視する構成や整流後の直流電圧を検出する構成等）を利用し、基本的には１つの単相欠相検出回路１１を追加するだけという簡単な構成で（制御部１２は既存の不図示のマイコンを利用して実現可能）、三相交流電源の欠相検出を行えると共に欠相している相を判別可能となる。“電源無”の状態と区別した欠相検出・判別も可能となる。また、図１や図５に示すような簡単な構成／論理で欠相検出・判別が出来るので、制御部１２の処理負担を軽くできる。

１ 三相交流電源
２ インバータ装置
３ 電磁接触器
３ａ 電磁接触器ａ接点
３ｂ 電磁接触器ｂ接点
４ 整流回路
５ 電流制限抵抗
６ 平滑コンデンサ
７ 逆変換回路
８ モータ
９ 直流電圧検出回路
１０ 電磁接触器動作監視回路
１１ 単相欠相検出回路
１２ 制御部
２１ 絶縁アンプ
２２ コンパレータ
３１ フォトカプラ
３１ａ 発光素子
３１ｂ受光素子
４１ フォトカプラ
４１ａ 発光素子
４１ｂ 受光素子
４２ パルス検出回路

Claims (4)

1. 三相交流電源に接続された整流回路と、平滑コンデンサと、逆変換回路を有し、更に前記三相交流電源の３相の出力のうちの任意の２相間に単相交流駆動回路が設けられたインバータ装置であって、
   前記単相交流駆動回路の動作監視を行い当該単相駆動回路が動作していないときに第１の検出信号を生成・出力する動作監視手段と、
   前記単相交流駆動回路が設けられる２相とは異なる２相の相間電圧を検出することで該２相の何れかの相が欠相したことを検出して第２の検出信号として出力する単相欠相検出手段と、
   少なくとも前記第１の検出信号と第２の検出信号を入力して、該第１、第２の検出信号に基づいて、前記三相交流電源出力の欠相を判定すると共に欠相している相を判別する欠相判定手段と、
   を有することを特徴とするインバータ装置。
2. 前記単相交流駆動回路はＲ相−Ｔ相間に設けられ、前記動作監視手段はＲ相、Ｔ相の何れかに欠相が生じたことを検出し、
   前記単相欠相検出手段はＲ相とＳ相の相間電圧を検出することで、Ｒ相、Ｓ相の何れかに欠相が生じたことを検出し、
   前記欠相判定手段は、前記動作監視手段と前記単相欠相検出手段の両方で欠相検出された場合にはＲ相の欠相と判定し、前記動作監視手段のみで欠相検出された場合にはＴ相の欠相と判定し、前記単相欠相検出手段のみで欠相検出された場合にはＳ相の欠相と判定することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 前記整流回路によって整流後の直流電圧に相当する電圧を検出して、該検出した電圧を所定の閾値と比較することで前記三相交流電源の電源無を検出する直流電圧検出手段を更に有し、
   前記欠相判定手段は、該直流電圧検出手段の検出結果を更に入力することで、前記電源無の状態と前記欠相の状態とを区別しつつ前記欠相の判定と欠相している相の判別を行うことを特徴とする請求項１または２記載のインバータ装置。
4. 前記単相交流駆動回路は電磁接触器であり、
   前記動作監視回路は前記電磁接触器に係わるｂ接点に接続され、該ｂ接点の開／閉に応じた第１の検出信号を生成・出力する電磁接触器動作監視手段であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
   

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