JP2013142608A - 電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正弦波電圧に発生する異常を応答性良く検出する。
【解決手段】正弦波電圧Ｖａｃを検出して第１検出電圧Ｖ１として出力する第１検出部３と、第１検出電圧Ｖ１に対して位相が９０度ずれた第２検出電圧Ｖ２を出力する第２検出部４と、第１検出電圧Ｖ１を二乗して第１二乗電圧Ｖ１ｓを出力する第１二乗部６と、第２検出電圧Ｖ２を二乗して第２二乗電圧Ｖ２ｓを出力する第２二乗部７と、第２検出電圧Ｖ２を増幅して、第１二乗電圧Ｖ１ｓおよび第２二乗電圧Ｖ２ｓの各最大値最大値を一致させる増幅部５と、各二乗電圧Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓを加算して加算電圧Ｖａｄを出力する加算部８と、加算電圧Ｖａｄの平方根を算出して平方根電圧Ｖｒｔを出力する平方根演算部９と、平方根電圧Ｖｒｔと第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して平方根電圧Ｖｒｔが第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１以下のときに第１異常信号Ｓｅ１を出力する第１比較部１０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、正弦波電圧におけるディップ（電圧降下）や瞬停などの異常状態の発生の有無を監視する電圧監視装置に関するものである。

この種の電圧監視装置として、下記特許文献１に開示された電源電圧の異常検出装置が知られている。この異常検出装置は、電源から供給される交流電圧（通常は、商用交流電圧）を整流・平滑して直流電圧を生成し、この直流電圧が所定値以下になると電圧降下信号を出力する電圧監視手段と、交流電圧の周期に同期してパルスを形成し、パルスからなるパルス列のパルス間隔が所定時間以上になると停電信号を出力する停電監視手段と、電圧監視手段および停電監視手段の出力を受けて、電圧監視手段が電圧降下信号を出力した場合、停電監視手段が停電信号を出力しているときには停電と判定し、停電監視手段が停電信号を出力していないときには電圧降下と判定する判定手段と、判定手段の判定結果に従って電源の停電または電圧降下である旨の表示を行なう表示手段とを具備している。

この異常検出装置によれば、電源電圧が瞬間的に降下した場合に、その原因が停電であるのか否かを判定手段が判別し、その結果を表示手段が表示するように構成してあるので、電源電圧が降下したときにその電圧降下を検出することと、その電圧降下の原因が停電にあるのか否かを知ることとが可能となっている。

特開平７−３０２１２６号公報（第１−４頁、第１図）

ところが、上記の異常検出装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、この異常検出装置では、電源電圧の降下については、交流電圧を整流・平滑して生成した直流電圧に基づいて検出する構成であるため、平滑の際に発生する比較的大きな信号遅延により、電源電圧の降下の発生から検出までの応答時間が長くなる（応答速度が遅くなる）という第１の課題と、一瞬だけ降下して元の状態に戻るという電源電圧の降下（瞬停）や、交流電圧の中間電圧帯域での短時間の電圧降下（ディップ）については検出し難いという第２の課題とが存在している。

本発明は、かかる課題を改善するためになされたものであり、正弦波電圧に発生する異常（ディップや瞬停など）を応答性良く検出し得る電圧監視装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧監視装置は、監視対象の正弦波電圧を検出して第１検出電圧として出力する第１検出部と、前記正弦波電圧を検出して前記第１検出電圧に対して位相が９０度ずれた第２検出電圧を出力する第２検出部と、前記第１検出電圧を二乗して第１二乗電圧として出力する第１二乗部と、前記第２検出電圧を二乗して第２二乗電圧として出力する第２二乗部と、前記第１検出電圧、前記第２検出電圧、前記第１二乗電圧および前記第２二乗電圧のうちの少なくとも１つの電圧を増幅して、当該第１二乗電圧および当該第２二乗電圧の各最大値を一致させる増幅部と、前記第１二乗電圧および前記第２二乗電圧を加算して加算電圧を出力する加算部と、前記加算電圧に基づく比較対象電圧と第１しきい値電圧とを比較して当該比較対象電圧が当該第１しきい値電圧以下のときに第１異常信号を出力する第１比較部とを備えている。

請求項２記載の電圧監視装置は、請求項１記載の電圧監視装置において、前記第１しきい値電圧よりも低い第２しきい値電圧と前記比較対象電圧とを比較して当該比較対象電圧が当該第２しきい値電圧以下のときに第２異常信号を出力する第２比較部を備えている。

請求項３記載の電圧監視装置は、請求項１または２記載の電圧監視装置において、前記加算電圧の平方根を算出して求めた平方根電圧を前記比較対象電圧として出力する平方根演算部を備えている。

請求項４記載の電圧監視装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電圧監視装置において、前記第１異常信号を入力すると共に電気的に絶縁された第１絶縁信号に変換して出力する第１絶縁部を備えている。

請求項５記載の電圧監視装置は、請求項２記載の電圧監視装置において、前記第１異常信号を入力すると共に電気的に絶縁された第１絶縁信号に変換して出力する第１絶縁部、および前記第２異常信号を入力すると共に電気的に絶縁された第２絶縁信号に変換して出力する第２絶縁部を備えている。

請求項６記載の電圧監視装置は、請求項１記載の電圧監視装置において、前記第１異常信号を入力したときに前記正弦波電圧に異常が発生した旨を出力部に出力する処理部を備えている。

請求項７記載の電圧監視装置は、請求項２記載の電圧監視装置において、前記第１異常信号のみを入力したときには前記正弦波電圧にディップが発生した旨を出力部に出力し、前記第１異常信号および前記第２異常信号を同時に入力したときには前記正弦波電圧に瞬停が発生した旨を当該出力部に出力する処理部を備えている。

請求項１記載の電圧監視装置では、第１検出部が正弦波電圧を検出して第１検出電圧を出力し、第２検出部が第１検出電圧に対して位相が９０度ずれた第２検出電圧を出力し、第１二乗部が第１検出電圧を二乗して第１二乗電圧として出力し、第２二乗部が第２検出電圧を二乗して第２二乗電圧として出力する。この際に、増幅部が、第１検出電圧、第２検出電圧、第１二乗電圧および第２二乗電圧のうちの少なくとも１つの電圧を増幅して、第１二乗電圧および第２二乗電圧の各最大値を一致させる。また、加算部は、第１二乗電圧および第２二乗電圧を加算して加算電圧として出力し、第１比較部が加算電圧に基づく比較対象電圧と第１しきい値電圧とを比較して第１異常信号を出力する。

この場合、各二乗電圧の最大値が一致させられているため、加算電圧、第１二乗電圧および第２二乗電圧は、正弦波をｇ（ｔ）＝ａ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}という式で表現したときに、｜ｇ（ｔ）｜^２、［ａ×ｃｏｓ（θ（ｔ））］^２および［ａ×ｓｉｎ（θ（ｔ））］^２に対応する構成となり、｜ｇ（ｔ）｜^２＝ａ^２ となるため、加算電圧（ひいては、加算電圧に基づく比較対象電圧）は、正弦波電圧自体をサンプリングして得られる瞬時値のように極性が時間の変化に伴って変化する電圧ではなく、例えば実効値のように正弦波電圧の振幅（正弦波電圧の波形の中心（ゼロボルト）からの最大偏差）の変化に伴って変化する正極性の電圧となる。

したがって、この電圧監視装置によれば、正弦波電圧の振幅の変化に直ちに対応して電圧値が変化する比較対象電圧を使用することにより、正弦波電圧に発生するディップを応答性良く、かつ一定値である第１しきい値電圧と比較するという簡易な構成で検出することができる。

また、請求項２記載の電圧監視装置によれば、第２比較部が、正弦波電圧の振幅の変化に直ちに対応して電圧値が変化する加算電圧に基づく比較対象電圧を使用して第２異常信号を出力することにより、正弦波電圧に発生する瞬停（ディップの発生時よりも電圧が大きく低下する異常状態）を応答性良く、かつ一定値である第２しきい値電圧と比較するという簡易な構成で検出することができる。

また、請求項３記載の電圧監視装置によれば、平方根演算部が加算電圧の平方根を算出して求めた平方根電圧を比較対象電圧として出力することにより、正弦波電圧の変化度合の二乗に追従して値が変化する加算電圧ではなく、正弦波電圧の変化度合に追従して値が変化する平方根電圧を比較対象電圧として使用することができる。このため、第１しきい値電圧や第２しきい値電圧の値の如何に拘わらず、第１しきい値電圧や第２しきい値電圧の規定精度とほぼ同じ精度で、平方根電圧の変化を検出することができる。

また、請求項４記載の電圧監視装置によれば、第１異常信号を入力して電気的に絶縁された第１絶縁信号に変換して出力する第１絶縁部を備えたことにより、例えば、正弦波電圧を検出する検出ユニット側と、第１絶縁信号を処理する本体ユニット側との電気的絶縁性を確保できるため、感電の発生を確実に防止しつつ、正弦波電圧でのディップの発生の有無を監視することができる。

また、請求項５記載の電圧監視装置によれば、第２異常信号を入力して電気的に絶縁された第２絶縁信号に変換して出力する第２絶縁部を備えたことにより、例えば、正弦波電圧を検出する検出ユニット側と、第２絶縁信号を処理する本体ユニット側との電気的絶縁性を確保できるため、感電の発生を確実に防止しつつ、正弦波電圧での瞬停の発生の有無を監視することができる。

また、請求項６記載の電圧監視装置によれば、処理部が第１異常信号を入力したときに、正弦波電圧に異常（ディップ）が発生した旨を出力部に出力することにより、ディップの発生を確実に認識させることができる。

また、請求項７記載の電圧監視装置によれば、さらに、処理部が第２異常信号を入力したときに、正弦波電圧に異常（瞬停）が発生した旨を出力部に出力することにより、瞬停の発生を確実に認識させることができる。

電圧監視装置１の構成を示す構成図である。 正弦波と式［ｇ（ｔ）＝ａ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}］との関係を説明するための説明図である。 式［ｂ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}］で表現される加算電圧Ｖａｄの振幅ｂと、その実部（第１検出電圧Ｖ１）と、その虚部（増幅電圧Ｖａｐ）との関係を説明するための説明図である。 正弦波電圧Ｖａｃにディップが発生したときの式［ｂ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}］で表現される加算電圧Ｖａｄの振幅ｂと、その実部（第１検出電圧Ｖ１）と、その虚部（増幅電圧Ｖａｐ）との関係を説明するための説明図である。 正弦波電圧Ｖａｃに瞬停が発生したときの式［ｂ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}］で表現される加算電圧Ｖａｄの振幅ｂと、その実部（第１検出電圧Ｖ１）と、その虚部（増幅電圧Ｖａｐ）との関係を説明するための説明図である。

以下、電圧監視装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電圧監視装置１の構成について、図面を参照して説明する。

電圧監視装置１は、図１に示すように、検出ユニットＤＵおよび本体ユニットＭＵを備え、監視対象の正弦波電圧（本例では一例として、一対の電路Ｌａ，Ｌｂによって供給される商用周波数の交流電圧）Ｖａｃにおける異常状態（本例では一例として、ディップおよび瞬停）の発生の有無を監視する。

本例では、検出ユニットＤＵは、一対の電圧プローブ２ａ，２ｂ（以下、特に区別しないときには「電圧プローブ２」ともいう）、第１検出部３、第２検出部４、増幅部５、第１二乗部６、第２二乗部７、加算部８、平方根演算部９、第１比較部１０、第２比較部１１、第１絶縁部１２および第２絶縁部１３を有して構成されている。

この場合、一の電圧プローブ２ａは、各検出部３，４に接続されている。一方、他の電圧プローブ２ｂは、検出ユニットＤＵの内部グランドＧに接続されている。第１検出部３は、一例として、抵抗３ａ，３ｂで構成される抵抗分圧回路で構成されている。また、第１検出部３は、電圧プローブ２ｂの電圧（内部グランドＧの電圧）を基準として電圧プローブ２ａに発生する電圧Ｖｉｎを検出すると共に分圧して、第１検出電圧Ｖ１として出力する。

第２検出部４は、位相シフト回路４ａおよび差動増幅回路４ｂを備えている。一例として、位相シフト回路４ａは、互いに直列に接続された状態で一対の電圧プローブ２ａ，２ｂ間に接続されたコンデンサ２１と抵抗２２とで構成されている。この構成により、コンデンサ２１には、一対の電圧プローブ２ａ，２ｂ間に発生する電圧Ｖｉｎに対して位相が９０度進む電流が発生し、抵抗２２がこの電流を電圧Ｖｄに変換して出力する。また、差動増幅回路４ｂは、この電圧Ｖｄを位相ずれの殆どない状態で増幅して第２検出電圧Ｖ２として出力する。つまり、第２検出部４は、電圧Ｖｉｎを検出すると共に、第１検出電圧Ｖ１と位相が９０度ずれた（この例では、９０度進んだ）第２検出電圧Ｖ２を出力する。

増幅部５は、第１検出電圧Ｖ１および第２検出電圧Ｖ２のうちの少なくとも１つの電圧を位相ずれの殆どない状態で増幅して、第１二乗部６および第２二乗部７から出力される後述の第１二乗電圧Ｖ１ｓおよび第２二乗電圧Ｖ２ｓの各最大値Ｖ１ｓｍａｘ，Ｖ２ｓｍａｘを一致させる。本例では、一例として、増幅部５は、第２検出電圧Ｖ２のみをｋ倍に増幅して、増幅電圧Ｖａｐとして出力することにより、上記の各最大値Ｖ１ｓｍａｘ，Ｖ２ｓｍａｘを一致させる。

第１二乗部６は、第１検出電圧Ｖ１を二乗して、第１二乗電圧Ｖ１ｓとして出力する。一方、第２二乗部７は、第１二乗部６と同一に構成されて、第１検出電圧Ｖ１（本例では、増幅部５によって増幅電圧Ｖａｐに増幅された第１検出電圧Ｖ１）を二乗して、第２二乗電圧Ｖ２ｓとして出力する。各二乗部６，７は、例えば、入力した電圧を２系統に分配する２つのバッファと、２つのバッファから出力される電圧同士を乗算する乗算器とで構成することができる。

加算部８は、各二乗部６，７から出力される第１二乗電圧Ｖ１ｓおよび第２二乗電圧Ｖ２ｓを加算して、加算電圧Ｖａｄとして出力する。平方根演算部９は、加算部８から出力される加算電圧Ｖａｄを入力すると共にその平方根を算出（演算）して、平方根電圧Ｖｒｔとして出力する。

第１比較部１０は、加算電圧Ｖａｄに基づく比較対象信号（加算電圧Ｖａｄ自体、または加算電圧Ｖａｄから算出される平方根電圧Ｖｒｔ。本例では、平方根電圧Ｖｒｔ）と予め規定された第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第１しきい値Ｖｒｅｆ１以下のときに第１異常信号Ｓｅ１を出力する。本例では、一例として、第１比較部１０は、コンパレータ１０ａおよびＥＸＯＲ回路１０ｂを備えて構成されている。この場合、コンパレータ１０ａは、平方根電圧Ｖｒｔと第１しきい値Ｖｒｅｆ１とを比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第１しきい値Ｖｒｅｆ１以下のときにのみハイの論理レベルとなり、これ以外の条件のときにはローの論理レベルとなる比較信号Ｓｃ１を出力する。ＥＸＯＲ回路１０ｂは、この比較信号Ｓｃ１と、第２比較部１１から出力される後述の第２異常信号Ｓｅ２とを入力すると共に、両信号Ｓｃ１，Ｓｅ２の排他的論理和をとって、第１異常信号Ｓｅ１として出力する。

この構成により、第１比較部１０は、平方根電圧Ｖｒｔが、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１以下で、かつ第２比較部１１で使用される後述の第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２を超えているときに、第１異常信号Ｓｅ１を出力することで、ディップを検出する機能を有している。

第２比較部１１は、加算電圧Ｖａｄに基づく比較対象信号（加算電圧Ｖａｄ自体、または加算電圧Ｖａｄから算出される平方根電圧Ｖｒｔ。本例では、平方根電圧Ｖｒｔ）と予め規定された第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２（第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１よりも低い電圧）とを比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第２しきい値Ｖｒｅｆ２以下のときに第２異常信号Ｓｅ２を出力する。本例では、一例として、第２比較部１１はコンパレータで構成されて、このコンパレータが、平方根電圧Ｖｒｔと第２しきい値Ｖｒｅｆ２とを比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第２しきい値Ｖｒｅｆ２以下のときにハイの論理レベルとなり、これ以外の条件のときにはローの論理レベルとなる比較信号を第２異常信号Ｓｅ２として出力する。この構成により、第２比較部１１は、瞬停を検出する機能を有している。

第１絶縁部１２は、フォトカプラやデジタルアイソレータなどのアイソレーションデバイス（絶縁素子）を用いて構成されて、第１異常信号Ｓｅ１を入力すると共に、電気的に絶縁された第１絶縁信号Ｓｏ１に変換して、本体ユニットＭＵへ出力する。第２絶縁部１３も第１絶縁部１２と同様にして、上記のような絶縁素子を用いて構成されて、第２異常信号Ｓｅ２を入力すると共に、電気的に絶縁された第２絶縁信号Ｓｏ２に変換して、本体ユニットＭＵへ出力する。

本体ユニットＭＵは、処理部３１および出力部３２を有して構成されている。処理部３１は、一例として、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、異常監視処理を実行する。この異常監視処理では、処理部３１は、検出ユニットＤＵから出力される各絶縁信号Ｓｏ１，Ｓｏ２に基づいて、監視対象の正弦波電圧Ｖａｃにおける異常状態の発生の有無を監視して、その監視結果を出力部３２に出力する。

出力部３２は、一例として、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部３１から入力した監視結果データＤｗを画面上に表示する。なお、表示装置に代えて、外部装置とデータ通信を行うインターフェース装置で構成して、この外部装置に監視結果データＤｗを出力する構成を採用することもできる。

次に、電圧監視装置１の動作について図面を参照して説明する。なお、各電圧プローブ２ａ，２ｂのうちの電圧プローブ２ａは一方の電路Ｌａに接続され、電圧プローブ２ｂは他方の電路Ｌｂに接続されて、電圧Ｖｉｎとして正弦波電圧Ｖａｃが両電圧プローブ２ａ，２ｂ間に入力されているものとする。

電圧監視装置１では、第１検出部３が、他方の電路Ｌｂを基準として一方の電路Ｌａに発生している正弦波電圧Ｖａｃを検出すると共に、一定の比率で分圧して、第１検出電圧Ｖ１として出力する。この場合、第１検出電圧Ｖ１は、第１検出部３が抵抗成分のみで構成されているため、正弦波電圧Ｖａｃに対して位相ずれの無い状態で出力される。次いで、第１二乗部６が、この第１検出電圧Ｖ１を二乗して、第１二乗電圧Ｖ１ｓとして出力する。

一方、第２検出部４におけるコンデンサ２１および抵抗２２の直列抵抗Ｚは、コンデンサ２１の静電容量値をＣとし、抵抗２２の抵抗値をｒとすると、下記式（１）で表される。
Ｚ＝（ω×Ｃ×ｒ−ｊ）／（ω×Ｃ） ・・・（１）
（但し、ω＝２×π×ｆ（ｆは、正弦波電圧Ｖａｃの周波数）である）
このため、コンデンサ２１および抵抗２２の直列回路に流れる電流Ｉは、下記式（２）で表される。
Ｉ＝（ω^２×Ｃ^２×ｒ＋ｊ×ω×Ｃ）／（１＋ω^２×Ｃ^２×ｒ^２） ・・・（２）

これにより、電流Ｉが流れることによって抵抗２２の両端間に発生する電圧Ｖｄは、下記式（３）で表される。
Ｖｄ＝ｒ×Ｉ
＝ｒ×｛（ω^２×Ｃ^２×ｒ＋ｊ×ω×Ｃ）／（１＋ω^２×Ｃ^２×ｒ^２）｝ ・・・（３）

この場合、（ω×Ｃ×ｒ）が１よりも十分に小さくなるように、コンデンサ２１の静電容量値Ｃと抵抗２２の抵抗値ｒとを規定することで、電圧Ｖｄの正弦波電圧Ｖａｃに対する位相のずれをほぼ９０度にすることが可能となる。この場合、上記式（３）の実部をＲｅ［Ｖｄ］とし、虚部をＩｍ［Ｖｄ］としたときには、電圧Ｖｄの位相φは、下記式（４）で表される。
φ＝ｔａｎ^−１（Ｉｍ［Ｖｄ］／Ｒｅ［Ｖｄ］） ・・・（４）
このため、例えば、ｒ＝２ＭΩ、Ｃ＝１０ｐＦとすることにより、周波数ｆが５０Ｈｚの正弦波電圧Ｖａｃ（商用周波数電圧）において、φ＝８９．６４度（ほぼ９０度）にすることができる。

第２検出部４では、差動増幅回路４ｂが、この電圧Ｖｄを増幅して第２検出電圧Ｖ２として出力する。次いで、増幅部５が、位相ずれの殆どない状態でこの第２検出電圧Ｖ２をｋ倍に増幅して、増幅電圧Ｖａｐとして出力する。続いて、第２二乗部７が、増幅電圧Ｖａｐ（増幅部５で増幅された第２検出電圧Ｖ２）を二乗して、第２二乗電圧Ｖ２ｓとして出力する。

この場合、差動増幅回路４ｂでの信号増幅時の位相ずれが殆ど無く、また増幅部５での信号増幅時の位相ずれも殆ど無く、しかも、各二乗部６，７が同一に構成されてそれぞれにおける信号の位相ずれがほぼ同じであるため、第１二乗部６から出力される第１二乗電圧Ｖ１ｓに対する第２二乗部７から出力される第２二乗電圧Ｖ２ｓの位相は、第１検出電圧Ｖ１に対する電圧Ｖｄの位相とほぼ一致した状態（つまり、第１二乗電圧Ｖ１ｓに対して９０度位相が進んだ状態）となっている。また、第２二乗電圧Ｖ２ｓの最大値Ｖ２ｓｍａｘは、上記したように増幅部５により、第１二乗電圧Ｖ１ｓの最大値Ｖ１ｓｍａｘに一致させられている。

次いで、加算部８が、各二乗部６，７から出力される第１二乗電圧Ｖ１ｓおよび第２二乗電圧Ｖ２ｓを加算して、加算電圧Ｖａｄとして出力する。つまり、加算電圧Ｖａｄは、以下の式（５）のように表される。
Ｖａｄ＝Ｖ１ｓ＋Ｖ２ｓ
＝Ｖ１^２＋Ｖａｐ^２ ・・・（５）

ここで、正弦波は、図２に示すように、ｇ（ｔ）＝ａ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}という式で表現される振幅（半径）ａの円の上を動く点Ｐの実部Ｒｅ（＝ａ_０＝ａ×ｃｏｓ（θ（ｔ）））の瞬時値（瞬時電圧値）を時系列に並べて表したものである。ただし、ａは、正弦波についての最大値の絶対値である。また、点Ｐは、上記のｇ（ｔ）で表現される円上を動く点であるため、このｇ（ｔ）の実部をＲｅ［ｇ（ｔ）］とし、虚部をＩｍ［ｇ（ｔ）］としたときに、下記式（６）が成立する。
｜ｇ（ｔ）｜^２＝｜Ｒｅ［ｇ（ｔ）］｜^２＋｜Ｉｍ［ｇ（ｔ）］｜^２
＝［ａ×ｃｏｓ（θ（ｔ））］^２＋［ａ×ｓｉｎ（θ（ｔ））］^２
＝ａ^２ ・・・（６）

この式（６）は、振幅ａの正弦波信号であるａ×ｃｏｓ（θ（ｔ））が測定可能なときには、このａ×ｃｏｓ（θ（ｔ））に対して位相が９０度進み（または９０度遅れ）、かつ等しい振幅ａの他の正弦波信号であるａ×ｓｉｎ（θ（ｔ））（または−ａ×ｓｉｎ（θ（ｔ）））を生成することが可能であれば、この２つの正弦波信号をそれぞれ二乗すると共に加算することで、元のｇ（ｔ）の振幅ａを、θ（ｔ）に依存しない状態（つまり、正弦波の瞬時値に関係のない状態）で算出することができることを示している。

ところで、本例における加算電圧Ｖａｄは、上記の式（５）で表されるように、正弦波信号である第１検出電圧Ｖ１の二乗と、この第１検出電圧Ｖ１に対して位相が９０度進んでいる正弦波信号である増幅電圧Ｖａｐの二乗を加算したものである。このため、上記式（６）と対比した場合、第１検出電圧Ｖ１がａ×ｃｏｓ（θ（ｔ））に対応し、増幅電圧Ｖａｐがａ×ｓｉｎ（θ（ｔ））に対応し、Ｖａｄがａ^２に対応する構成となっている。すなわち、加算電圧Ｖａｄは、第１検出電圧Ｖ１が実部となり、増幅電圧Ｖａｐが虚部となる正弦波の振幅の二乗を表している。

続いて、平方根演算部９は、加算部８から出力される加算電圧Ｖａｄを入力すると共にその平方根を算出して、平方根電圧Ｖｒｔとして出力する。

この場合、加算電圧Ｖａｄは、上記したように、式（６）で表されるｇ（ｔ）に対応する実部および虚部を有する式で表される電圧であるため、加算電圧Ｖａｄをｂ^２（つまり、平方根電圧Ｖｒｔ＝ｂ）としたときに、平方根電圧Ｖｒｔは、図３に示すように、ｂ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}という式で表現される振幅（半径）ｂの円の上を動く点Ｑと原点Ｏとの間の距離として表される。なお、この平方根電圧Ｖｒｔは、同図に示すように、上記のｇ（ｔ）と同様にして、ｂ×ｃｏｓ（θ（ｔ））で表される実部（ｂ_０：第１検出電圧Ｖ１）と、ｂ×ｓｉｎ（θ（ｔ））で表される虚部（ｂ_１：増幅電圧Ｖａｐ）との合成電圧となっている。

次いで、第１比較部１０は、平方根電圧Ｖｒｔと第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、平方根電圧Ｖｒｔが、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１以下で、かつ第２比較部１１で使用される第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２を超えているときに、第１異常信号Ｓｅ１を出力する。この場合、平方根電圧Ｖｒｔが上記したように図３に示す円の上を動く点Ｑと原点Ｏとの間の距離であるため、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１は、同図に示すように、原点Ｏを中心とした半径Ｖｒｅｆ１の円として表される。

また、第２比較部１１は、平方根電圧Ｖｒｔと第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２とを比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第２しきい値Ｖｒｅｆ２以下のときに第２異常信号Ｓｅ２を出力する。この第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２についても、上記した第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１と同様の理由により、図３に示すように、原点Ｏを中心とした半径Ｖｒｅｆ２（＜Ｖｒｅｆ１）の円として表される。

これにより、例えば、正弦波電圧Ｖａｃの１周期内において、正弦波電圧Ｖａｃにディップが発生したときには、第１検出電圧Ｖ１にもディップが発生し（一例として、図４に示す期間Ｔ１においてディップＡ１が発生し）、これに対応して増幅電圧Ｖａｐにもディップが発生する（一例として、図４に示すようにディップＡ１と同じ期間Ｔ１においてディップＡ２が発生する）。また、このようにして発生した各ディップＡ１，Ａ２により、平方根電圧Ｖｒｔの値は、正常時の値（同図に示すｂ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}で表される円上または円の外側に位置する値：ｂ以上の値）から、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を下回るが、第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２には達しない値まで低下する。つまり、第１比較部１０のみが、第１異常信号Ｓｅ１を出力する。

また、例えば、正弦波電圧Ｖａｃの１周期内において、正弦波電圧Ｖａｃに瞬停が発生したときには、第１検出電圧Ｖ１にも瞬停が発生し（一例として、図５に示す期間Ｔ２において瞬停Ｂ１が発生して、第１検出電圧Ｖ１がゼロボルトになり）、これに対応して増幅電圧Ｖａｐにも瞬停が発生する（一例として、図５に示すように瞬停Ｂ１と同じ期間Ｔ２において瞬停Ｂ２が発生して、増幅電圧Ｖａｐがゼロボルトになる）。また、このようにして発生した各瞬停Ｂ１，Ｂ２により、平方根電圧Ｖｒｔの値は、正常時の値（同図に示すｂ×ｅ^{ｊθ（ｔ）}で表される円上に位置する値：ｂ）から、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１および第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２を共に下回る値まで低下する（ゼロになる）。この場合には、第１比較部１０のコンパレータ１０ａおよび第２比較部１１の各出力は共にハイの論理レベルとなり、第２比較部１１からは第２異常信号Ｓｅ２が出力されるが、第１比較部１０では、最終段のＥＸＯＲ回路１０ｂがコンパレータ１０ａの出力と第２比較部１１の出力との排他的論理和を演算するため、第１異常信号Ｓｅ１の出力は行われない。つまり、第２比較部１１のみが、第２異常信号Ｓｅ２を出力する。

第１絶縁部１２は、第１異常信号Ｓｅ１を入力すると共に、電気的に絶縁された第１絶縁信号Ｓｏ１に変換して、本体ユニットＭＵへ出力する。また、第２絶縁部１３も、第２異常信号Ｓｅ２を入力すると共に、電気的に絶縁された第２絶縁信号Ｓｏ２に変換して、本体ユニットＭＵへ出力する。

本体ユニットＭＵでは、処理部３１が異常監視処理を繰り返し実行している。この異常監視処理では、処理部３１は、検出ユニットＤＵから各絶縁信号Ｓｏ１，Ｓｏ２が出力されているか否かを繰り返し検出することで、正弦波電圧Ｖａｃにおける異常状態（ディップおよび瞬停）の発生の有無を監視する。この監視の結果、処理部３１は、第１絶縁信号Ｓｏ１の出力を検出したときには、正弦波電圧Ｖａｃにディップが発生したと判別して、この監視（判別）結果を監視結果データＤｗとして出力部３２に出力する。次いで、出力部３２は、処理部３１から入力した監視結果データＤｗを画面上に表示する。

一方、処理部３１は、上記の監視の結果、第２絶縁信号Ｓｏ２の出力を検出したときには、正弦波電圧Ｖａｃに瞬停が発生したと判別して、この監視（判別）結果を監視結果データＤｗとして出力部３２に出力する。次いで、出力部３２は、処理部３１から入力した監視結果データＤｗを画面上に表示する。

このように、この電圧監視装置１では、第１検出部３が正弦波電圧Ｖａｃを検出して第１検出電圧Ｖ１を出力し、第１二乗部６がこの第１検出電圧Ｖ１を二乗して第１二乗電圧Ｖ１ｓを出力する。一方、第２検出部４が、正弦波電圧Ｖａｃを検出して第１検出電圧Ｖ１に対して位相が９０度ずれた第２検出電圧Ｖ２を出力し、増幅部５が、この第２検出電圧Ｖ２を増幅して増幅電圧Ｖａｐとして出力し、第２二乗部７がこ増幅電圧Ｖａｐ（増幅された第２検出電圧Ｖ２）を二乗して第２二乗電圧Ｖ２ｓを出力する。この第２二乗電圧Ｖ２ｓの最大値Ｖ２ｓｍａｘは、増幅部５による第２検出電圧Ｖ２の増幅電圧Ｖａｐへの増幅により、第１検出電圧Ｖ１の最大値Ｖ１ｓｍａｘに一致させられている。また、加算部８が、各二乗電圧Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓを加算して加算電圧Ｖａｄを出力する。

この場合、二乗電圧Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓの各最大値Ｖ１ｓｍａｘ，Ｖ２ｓｍａｘが一致させられているため、加算電圧Ｖａｄ、第１二乗電圧Ｖ１ｓおよび第２二乗電圧Ｖ２ｓで表される上記式（５）は、上記したように、上記式（６）の｜ｇ（ｔ）｜^２、［ａ×ｃｏｓ（θ（ｔ））］^２および［ａ×ｓｉｎ（θ（ｔ））］^２に対応する構成となることから、加算電圧Ｖａｄは、正弦波電圧Ｖａｃ自体をサンプリングして得られる瞬時値のように極性が時間の変化に伴って変化する電圧ではなく、例えば実効値のように正弦波電圧Ｖａｃの振幅（正弦波電圧Ｖａｃの波形の中心（ゼロボルト）からの最大偏差）の変化に伴って変化する正極性の電圧である。このため、加算電圧Ｖａｄは、正弦波電圧Ｖａｃの瞬時値が正弦波電圧Ｖａｃ本来の軌跡（正弦波の軌跡）を描いて変化しているときには電圧値がほぼ一定の正電圧となるが、この瞬時値がこの軌跡を外れたときには外れの程度に応じて電圧値が変化する。つまり、加算電圧Ｖａｄは、正弦波電圧Ｖａｃの振幅の変化に直ちに対応して電圧値が変化する電圧となっている。第１比較部１０は、比較対象電圧（この例では、平方根電圧Ｖｒｔ）と第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、加算電圧Ｖａｄが第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１以下のときに第１異常信号Ｓｅ１を出力する。

したがって、この電圧監視装置１によれば、正弦波電圧Ｖａｃの振幅の変化に直ちに対応して電圧値が変化する加算電圧Ｖａｄを使用することにより、正弦波電圧Ｖａｃに発生するディップを応答性良く、かつ一定値である第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１と比較するという簡易な構成で検出することができる。シミュレーションでは、加算電圧Ｖａｄが第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を下回った時点から約２５０ｎｓ以内に、第１異常信号Ｓｅ１が出力されることが確認されている。特に、この電圧監視装置１によれば、正弦波電圧Ｖａｃの中間電圧帯域において、ディップが短時間（例えば、正弦波電圧Ｖａｃの半周期未満の時間）だけ発生したような場合であっても、このディップは、図４に示すように、第１検出電圧Ｖ１にも、増幅電圧Ｖａｐにも発生し、これにより、加算電圧Ｖａｄも直ちに低下するため、この低下を検出し得るような第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を予め規定しておくことにより、このような中間電圧帯域でのディップの発生についても見落とすことなく確実に監視することができる。

また、この電圧監視装置１では、第２比較部１１が、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１よりも低い第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２と加算電圧Ｖａｄ（上記の例では、加算電圧Ｖａｄの平方根（平方根電圧Ｖｒｔ））とを比較して、加算電圧Ｖａｄが第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２以下のときに第２異常信号Ｓｅ２を出力する。

したがって、この電圧監視装置１によれば、正弦波電圧Ｖａｃの振幅の変化に直ちに対応して電圧値が変化する加算電圧Ｖａｄを使用することにより、正弦波電圧Ｖａｃに発生する瞬停（ディップの発生時よりも電圧が大きく低下する異常状態）を応答性良く（上記したディップのときと同程度で）、かつ一定値である第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２と比較するという簡易な構成で検出することができる。特に、この電圧監視装置１によれば、短時間（例えば、正弦波電圧Ｖａｃの半周期未満の時間）だけほぼゼロボルトまで降下して元の状態に戻るという正弦波電圧Ｖａｃの降下（つまり、短時間の瞬停）が発生した場合であっても、この瞬停は、図５に示すように、第１検出電圧Ｖ１にも、増幅電圧Ｖａｐにも発生し、これにより、加算電圧Ｖａｄも直ちに低下してゼロに至るため、この低下を検出し得るような第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２を予め規定しておくことにより、このような短時間の瞬停の発生についても見落とすことなく確実に監視することができる。

また、この電圧監視装置１では、加算電圧Ｖａｄの平方根を算出して平方根電圧Ｖｒｔとして出力する平方根演算部９を備え、第１比較部１０は、この平方根電圧Ｖｒｔを第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１と比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１以下のときに第１異常信号Ｓｅ１を出力する。

したがって、この電圧監視装置１によれば、正弦波電圧Ｖａｃの変化度合の二乗に追従して値が変化する加算電圧Ｖａｄではなく、正弦波電圧Ｖａｃの変化度合に追従して値が変化する平方根電圧Ｖｒｔを使用するため、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１の値の如何に拘わらず、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１の規定精度とほぼ同じ精度で、平方根電圧Ｖｒｔの変化を検出することができる。例えば、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を生成するための電子部品（抵抗やアンプ）の特性のバラツキに起因して、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１に±１％の規定誤差がある場合には、平方根電圧Ｖｒｔを使用する構成では、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１の値の如何に拘わらず、ほぼ±１％の誤差で平方根電圧Ｖｒｔの変化を検出することができる。一方、加算電圧Ｖａｄを使用する構成では、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１の値に応じて、加算電圧Ｖａｄの検出誤差が±１％の誤差内に収まったり、±１％の誤差を超えたりと、ばらつく状態になる。

また、この電圧監視装置１では、第２比較部１１も、第１比較部１０と同様にして平方根電圧Ｖｒｔを第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２と比較して、平方根電圧Ｖｒｔが第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２以下のときに第２異常信号Ｓｅ２を出力する。

したがって、この電圧監視装置１によれば、上記の第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１と同様にして、第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２の値の如何に拘わらず、第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２の規定精度とほぼ同じ精度で、平方根電圧Ｖｒｔの変化を検出することができる。

また、この電圧監視装置１によれば、第１異常信号Ｓｅ１を入力して電気的に絶縁された第１絶縁信号Ｓｏ１に変換して出力する第１絶縁部１２を備えたことにより、正弦波電圧Ｖａｃが供給されている一対の電路Ｌａ，Ｌｂに接続されている検出ユニットＤＵと、第１絶縁信号Ｓｏ１を入力して処理する本体ユニットＭＵ側との電気的絶縁性を確保できるため、感電の発生を確実に防止しつつ、正弦波電圧Ｖａｃでのディップの発生の有無を監視することができる。

また、この電圧監視装置１によれば、第２異常信号Ｓｅ２を入力して電気的に絶縁された第２絶縁信号Ｓｏ２に変換して出力する第２絶縁部１３をさらに備えたことにより、正弦波電圧Ｖａｃが供給されている一対の電路Ｌａ，Ｌｂに接続されている検出ユニットＤＵと、第１絶縁信号Ｓｏ１および第２異常信号Ｓｅ２を入力して処理する本体ユニットＭＵ側との電気的絶縁性を確保できるため、感電の発生を確実に防止しつつ、正弦波電圧Ｖａｃでの瞬停の発生の有無を監視することができる。

また、この電圧監視装置１によれば、処理部３１が、第１異常信号Ｓｅ１（上記の例では、第１絶縁部１２によって電気的に絶縁された第１異常信号Ｓｅ１である第１絶縁信号Ｓｏ１）を入力したときに、正弦波電圧Ｖａｃにディップが発生した旨を出力部３２に出力することにより、ディップの発生を確実に認識させることができる。

また、この電圧監視装置１によれば、さらに、処理部３１が、第２異常信号Ｓｅ２（上記の例では、第２絶縁部１３によって電気的に絶縁された第２異常信号Ｓｅ２である第２絶縁信号Ｓｏ２）を入力したときに、正弦波電圧Ｖａｃに瞬停が発生した旨を出力部３２に出力することにより、瞬停の発生を確実に認識させることができる。

なお、上記の構成に限定されない。例えば、平方根演算部９を使用する構成を採用しているが、加算部８から出力される加算電圧Ｖａｄをそのまま第１比較部１０および第２比較部１１に出力して、平方根演算部９を省く構成を採用することもできる。また、増幅部５を第２検出部４側に配設して、第２検出電圧Ｖ２を増幅部５で増幅電圧Ｖａｐに増幅することにより、第２二乗部７から出力される第２二乗電圧Ｖ２ｓの最大値Ｖ２ｓｍａｘを第１二乗電圧Ｖ１ｓの最大値Ｖ１ｓｍａｘに一致させる構成を採用しているが、増幅部５を第１検出部３側に配設して、第１検出電圧Ｖ１を増幅部５で増幅して第１二乗部６に出力することにより、第１二乗部６から出力される第１二乗電圧Ｖ１ｓを第２二乗電圧Ｖ２ｓに一致させる構成を採用することもできる。また、第１二乗部６の出力側に増幅部５を配設して、第１二乗部６から出力される電圧を増幅部５で増幅することにより、第２二乗部７から出力される第２二乗電圧Ｖ２ｓに第１二乗電圧Ｖ１ｓを一致させる構成や、第２二乗部７の出力側に増幅部５を配設して、第２二乗部７から出力される電圧を増幅部５で増幅することにより、第１二乗部６から出力される第１二乗電圧Ｖ１ｓに第２二乗電圧Ｖ２ｓを一致させる構成を採用することもできる。

また、第１絶縁部１２および第２絶縁部１３を使用して、第１異常信号Ｓｅ１および第２異常信号Ｓｅ２を電気的に絶縁して、第１絶縁信号Ｓｏ１および第２絶縁信号Ｓｏ２として出力する構成を採用しているが、感電などの虞のない場合には、第１絶縁部１２および第２絶縁部１３を使用せずに、第１異常信号Ｓｅ１および第２異常信号Ｓｅ２を直接に本体ユニットＭＵに出力する構成を採用することもできる。

１ 電圧監視装置
３ 第１検出部
４ 第２検出部
５ 増幅部
６ 第１二乗部
７ 第２二乗部
８ 加算部
９ 平方根演算部
１０ 第１比較部
１１ 第２比較部
１２ 第１絶縁部
１３ 第２絶縁部
Ｓｅ１ 第１異常信号
Ｓｅ２ 第２異常信号
Ｓｏ１ 第１絶縁信号
Ｓｏ２ 第２絶縁信号
Ｖ１ 第１検出電圧
Ｖ２ 第２検出電圧
Ｖ１ｓ 第１二乗電圧
Ｖ２ｓ 第２二乗電圧
Ｖａｃ 正弦波電圧
Ｖｒｅｆ１ 第１しきい値電圧
Ｖｒｅｆ２ 第２しきい値電圧
Ｖｒｔ 平方根電圧

Claims (7)

1. 監視対象の正弦波電圧を検出して第１検出電圧として出力する第１検出部と、
   前記正弦波電圧を検出して前記第１検出電圧に対して位相が９０度ずれた第２検出電圧を出力する第２検出部と、
   前記第１検出電圧を二乗して第１二乗電圧として出力する第１二乗部と、
   前記第２検出電圧を二乗して第２二乗電圧として出力する第２二乗部と、
   前記第１検出電圧、前記第２検出電圧、前記第１二乗電圧および前記第２二乗電圧のうちの少なくとも１つの電圧を増幅して、当該第１二乗電圧および当該第２二乗電圧の各最大値を一致させる増幅部と、
   前記第１二乗電圧および前記第２二乗電圧を加算して加算電圧を出力する加算部と、
   前記加算電圧に基づく比較対象電圧と第１しきい値電圧とを比較して当該比較対象電圧が当該第１しきい値電圧以下のときに第１異常信号を出力する第１比較部とを備えている電圧監視装置。
2. 前記第１しきい値電圧よりも低い第２しきい値電圧と前記比較対象電圧とを比較して当該比較対象電圧が当該第２しきい値電圧以下のときに第２異常信号を出力する第２比較部を備えている請求項１記載の電圧監視装置。
3. 前記加算電圧の平方根を算出して求めた平方根電圧を前記比較対象電圧として出力する平方根演算部を備えている請求項１または２記載の電圧監視装置。
4. 前記第１異常信号を入力すると共に電気的に絶縁された第１絶縁信号に変換して出力する第１絶縁部を備えている請求項１から３のいずれかに記載の電圧監視装置。
5. 前記第１異常信号を入力すると共に電気的に絶縁された第１絶縁信号に変換して出力する第１絶縁部、および前記第２異常信号を入力すると共に電気的に絶縁された第２絶縁信号に変換して出力する第２絶縁部を備えている請求項２記載の電圧監視装置。
6. 前記第１異常信号を入力したときに前記正弦波電圧に異常が発生した旨を出力部に出力する処理部を備えている請求項１記載の電圧監視装置。
7. 前記第１異常信号のみを入力したときには前記正弦波電圧にディップが発生した旨を出力部に出力し、前記第１異常信号および前記第２異常信号を同時に入力したときには前記正弦波電圧に瞬停が発生した旨を当該出力部に出力する処理部を備えている請求項２記載の電圧監視装置。

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