JP2014160011A

JP2014160011A - 瞬時電圧低下検出装置及び瞬時電圧低下検出方法

Info

Publication number: JP2014160011A
Application number: JP2013030575A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Hashimoto; 祐一橋本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-09-04

Abstract

【課題】交流電源電圧の数ｍｓオーダの短時間の瞬時電圧低下から電気機器を保護することができる瞬時電圧低下検出装置及び瞬時電圧低下検出方法を提供することを目的としている。
【解決手段】瞬時電圧低下検出装置４は、入力交流電圧Ｖin（ｔ）を１周期分の時間Ｔだけ遅延させる遅延回路５と、入力交流電圧Ｖin（ｔ）を１周期前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）で除算する除算器６と、異常判定基準となる基準値ＳとＶin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）とを比較し、基準値Ｓを超えた場合に瞬低検出信号を発生させる比較器（Ａ）７と、瞬低検出信号の継続時間Ｔ_Ａと異常判定基準となる基準時間Ｔ_Ｓと、継続時間Ｔ_Ａが基準時間Ｔ_Ｓを超えた場合に瞬低異常信号を発生させる比較器（Ｂ）１０と、により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用交流電源の瞬時電圧低下から電気機器を保護するための瞬時電圧低下検出装置及び瞬時電圧低下検出方法に関するものである。

電気機器を安定的に動作させるために、商用交流電源電圧の瞬断による停電や瞬時の電圧低下から保護する対策が必要である。その際、電気機器を確実に保護するためには、できるだけ短時間で瞬停や瞬低を検出することが求められる。

そこで、瞬停や瞬低を検出する方法として、例えば、特許文献１の停電検出方法では、交流電圧の１周期を隔てた二つのサンプリング時点のデータの差ΔＶ（＝Ｖ_ｋ−１−Ｖ_ｋ）を所定の停電判定レベルと比較して、停電を検出する。三相の交流電圧を各相、個別に絶対値演算し、各相の絶対値の加算値と停電判定レベルとを比較して停電を検出する。交流電圧の変化率を演算し、この変化率と停電判定レベルとを比較して停電を検出する。交流電圧の絶対値と前記交流電圧の変化率の絶対値とを演算し、両絶対値のレベルを合わせて加算すると共に、この加算値と停電判定レベルとを比較して停電を検出する。これにより、商用電源電圧等の交流電圧の停電を高速に検出することができる。また、一相のみの停電も確実に検出することができる。

特開平１０−９０３１４号公報

しかしながら、特許文献１の停電検出方法において用いられる単相交流を電源とする電気機器の瞬時電圧低下検出回路（停電検出回路）は、入力交流電圧の計測値を実効値に変換し、比較器にて瞬低検出レベルと比較し、瞬低検出レベルを超過した場合に、カウントアップを開始し、瞬低異常を検出する方法であった。しかし、実効値データの更新は、半サイクルもしくは１サイクル周期であり、短時間（数ｍｓオーダ）の瞬低を検出することができず、このため短時間の瞬低に対して電気機器を安全に停止させることができないという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、交流電源電圧の数ｍｓオーダの短時間の瞬時電圧低下（以下、瞬低と称する。）から電気機器を保護することができる瞬時電圧低下検出装置及び瞬時電圧低下検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の瞬時電圧低下検出装置は、入力交流電圧を１周期遅延させる入力電圧遅延手段と、前記入力交流電圧を前記遅延された入力交流電圧で除算する除算手段と、前記除算手段にて得られた値を所定の基準値と比較するとともに、前記除算手段にて得られた値が前記基準値を超えた場合に瞬時電圧低下と判定し、瞬時電圧低下検出信号を出力する瞬時電圧低下検出手段と、前記瞬時電圧低下検出信号の継続する時間が所定の基準時間を超えた場合に瞬時電圧低下異常と判定し、瞬時電圧低下異常信号を出力する瞬時電圧低下異常判定手段と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の瞬時電圧低下検出方法は、入力交流電圧を１周期遅延させた前記入力交
流電圧で除算し、前記除算して得られた値を所定の基準値と比較して、前記除算して得られた値が前記基準値を超えた場合に瞬時電圧低下と判定し、瞬時電圧低下検出信号を出力させ、さらに、前記瞬時電圧低下検出信号の継続する時間が所定の基準時間を超えた場合に瞬時電圧低下異常と判定し、瞬時電圧低下異常信号を出力させることを特徴とするものである。

本発明の瞬時電圧低下検出装置及び瞬時電圧低下検出方法によれば、入力交流電圧を１周期前の入力交流電圧で除した瞬低検出用の信号を用いて、瞬低の異常判定基準となる基準値を超える継続時間が基準時間を超えた場合に瞬低異常であると判定することにより、交流電源電圧の数ｍｓオーダの短時間の瞬低に対しても電気機器を保護することができる。

実施の形態１に係る瞬時電圧低下検出装置を備えた電気機器示す概略構成図である。実施の形態１に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る瞬時電圧低下検出装置の瞬低検出動作の信号波形を示す図である。実施の形態２に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る瞬時電圧低下検出装置の瞬低検出動作の信号波形を示す図である。実施の形態３に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る瞬時電圧低下検出装置及び瞬時電圧低下検出方法について図１〜図７を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この瞬時電圧低下検出装置を備えた電気機器を示す概略構成図であり、図２は、実施の形態１に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。図３は、瞬時電圧低下検出装置の瞬低検出動作の信号波形を示す図である。

図１に示すように、瞬時電圧低下検出装置を備えた電気機器１には、商用交流電源２の交流電圧Ｖを計測するための入力交流電圧Ｖin（ｔ）に分圧する分圧抵抗３と、分圧抵抗３で分圧された入力交流電圧Ｖin（ｔ）を入力とする瞬時電圧低下検出装置４と、により構成されている。また、図２に示すように、瞬時電圧低下検出装置４は、入力交流電圧Ｖin（ｔ）の１周期分の時間Ｔだけ遅延させる入力電圧遅延手段である遅延回路５と、入力交流電圧Ｖin（ｔ）を１周期前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）で除算する除算手段である除算器６と、瞬低の異常判定基準となる基準値Ｓ（瞬低検出レベル）と除算器６から出力されたＶin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）とを比較し、Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）が基準値Ｓを超えた場合に瞬低検出信号を発生させる瞬時電圧低下検出手段である比較器（Ａ）７と、クロック信号を生成するクロック８と、クロック信号で駆動され、瞬低検出信号の継続時間Ｔ_Ａを計測するカウンタ９と、瞬低異常継続時間の異常判定基準となる基準時間Ｔ_Ｓと、継続時間Ｔ_Ａが基準時間Ｔ_Ｓを超えた場合に瞬低異常信号を発生させる瞬時電圧低下異常判定手段である比較器（Ｂ）１０と、により構成されている。

次に、図２を用いて、瞬時電圧低下検出装置４の動作について説明する。図１に示す電気機器１において、商用交流電源２の交流電圧Ｖを分圧抵抗３にて、分圧された入力交流電圧Ｖin（ｔ）を用いて、瞬低の検出を行う。図２の瞬時電圧低下検出装置４では、まず、遅延回路５にて、１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）を生成する。続いて、除算器６にて、時間ｔにおける入力交流電圧Ｖin（ｔ）を１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）で除算し、瞬低検出用の信号Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）を生成する。さらに、比較器（Ａ）７にて、瞬低検出用の信号Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）と瞬低の異常判定基準となる基準値（瞬時電圧低下の大きさ）Ｓとが比較され、基準値Ｓを超えた場合に瞬低検出信号が出力される。ここで、比較器（Ａ）７の入力側には、入力波形を鈍らせるフィルタ要素が無いため、瞬低が発生したタイミングを正確に検出することができる。

比較器（Ａ）７から瞬低検出信号が出力されると、カウンタ９にて、クロック８のクロック信号によりカウントアップ信号が生成され、比較器（Ｂ）１０に入力される。ここで、カウンタアップ信号は、瞬低検出信号の継続時間Ｔ_Ａを意味する。比較器（Ｂ）１０では、瞬低検出信号の継続時間Ｔ_Ａと瞬低異常を検出する基準時間Ｔ_Ｓとを比較し、継続時間Ｔ_Ａが基準時間Ｔ_Ｓを超過した場合に、瞬低の大きさと継続時間を示す瞬低異常信号が出力される。この瞬低異常信号が出力された場合に、瞬低異常であると判定する。

また、図３に瞬時電圧低下検出装置の瞬低検出動作の信号波形を示す。図３において、Ｖin（ｔ）は、時間ｔにおける入力交流電圧波形を、Ｖin（ｔ−Ｔ）は、１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧波形を、Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）は、瞬低検出用の信号を示す。瞬低が発生していない場合には、Ｖin（ｔ）とＶin（ｔ−Ｔ）とが同じであり、Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）は１００％となる。図３では、任意の時刻ｔ0に、瞬低（３０％低下）を発生させたときの瞬低検出用の信号Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）の推移を示しており、瞬低発生と同時にＶin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）が７０％にまで低下し、瞬低検出信号が出力されていることから、理論上、瞬低発生時刻を正確に検出することが可能であり、瞬低保証時間が短い電気機器に対しても保護することができるようになる。

従って、数ｍｓオーダ（１〜３ｍｓ程度）の瞬低を検出するために、計測された入力交流電圧の瞬時値データと１周期前の入力交流電圧の瞬時値データとを逐次照合することにより、瞬低発生時間を詳細に検出することができる。これにより、瞬低保証時間が、数ｍｓオーダ（１〜３ｍｓ程度）である電気機器に適用することで、電気機器を安全に停止させることができる。

このように、実施の形態１に係る瞬時電圧低下検出装置では、入力交流電圧を１周期前の入力交流電圧で除した瞬低検出用の信号を用いて、瞬低の異常判定基準となる基準値を超える継続時間が基準時間を超えた場合に瞬低異常であると判定することにより、交流電源電圧の数ｍｓオーダ（１〜３ｍｓ程度）の短時間の瞬低に対しても電気機器を保護することができるという顕著な効果がある。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。図５は、瞬時電圧低下検出装置の瞬低検出動作の信号波形を示す図である。実施の形態１の瞬時電圧低下検出装置４と実施の形態２の瞬時電圧低下検出装置１４との相違点は、実施の形態２では、図２に示す実施の形態１の比較器（Ａ）７とカウンタ９の間にラッチ回路１１が設けられており、また、ラッチ回路１１の前値を保持するために、入力交流電圧の入力部とラッチ回路１１との間に保護対策手段である比較器（Ｃ）１２が設けられている点である。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

次に、図４を用いて、瞬時電圧低下検出装置１４の動作について説明する。上記実施の形態１では、時間ｔにおける入力交流電圧Ｖin（ｔ）と１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）とを常時比較し、瞬低異常を検出する瞬時電圧低下検出装置について述べたが、入力交流電圧の電圧ゼロ点近傍では、入力交流電圧Ｖin（ｔ）と１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）の電圧が共に小さく、それぞれの電圧の僅かな誤差により瞬低を検出してしまうことから、検出精度を期待することができない。また、入力交流電圧の電圧ゼロ点近傍での瞬低は、一般的に電気機器に悪影響を及ぼす原因とはならない。そこで、実施の形態２では、図４に示すように、比較器（Ａ）７の出力部にラッチ回路１１を設け、入力交流電圧Ｖin（ｔ）が所定値以下の場合には、ラッチ回路１１の出力を前値で保持させるための信号を生成する比較器（Ｃ）１２を設置している。ラッチ回路１１と比較器（Ｃ）１２を追加することで、入力交流電圧が電圧ゼロ点近傍で、電気機器に悪影響を及ぼす原因とならないゼロクロス点近傍での瞬低異常を検出しないようにする瞬時電圧低下検出装置を構築することができる。他の回路動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

また、図５に瞬時電圧低下検出装置の瞬時電圧低下検出動作の信号波形を示す。図３と同様、図５において、Ｖin（ｔ）は、時間ｔにおける入力交流電圧波形を、Ｖin（ｔ−Ｔ）は、１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧波形を、Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）は、瞬低検出用の信号を示す。瞬低が発生していない場合には、Ｖin（ｔ）とＶin（ｔ−Ｔ）とが同じであり、Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）は１００％となる。図５では、任意の時刻ｔ0に、瞬低（３０％低下）を発生させたときの瞬低検出用の信号Ｖin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）の推移を示しており、瞬低発生と同時にＶin（ｔ）／Ｖin（ｔ−Ｔ）が７０％にまで低下する。ここで、比較器（Ｃ）１２に設定された非検出領域（設定値：±Ｖｓ）の入力交流電圧Ｖin（ｔ）が印加されている期間は、比較器（Ａ）７からの出力は、ラッチ回路１１により前値で保持されているため、ゼロクロス近傍の瞬低に対しては、瞬低検出信号は出力されない。これに対して、入力交流電圧Ｖin（ｔ）が設定値±Ｖｓを超えた時刻ｔ１から瞬低検出信号が出力される。実施の形態１と同様に、入力交流電圧が所定の設定値以上の場合には、通常通りに瞬低異常を検出されるため、電気機器に影響を及ぼす入力交流電圧の領域で瞬低異常を検出することができる。これにより、瞬時電圧低下検出装置が組み込まれた電気機器の安定した動作が期待できる。

このように、実施の形態２に係る瞬時電圧低下検出装置では、実施の形態１と同様の機能を有するとともに、さらに、非検出領域が設けられ、入力交流電圧が電圧ゼロ点近傍の所定の値以下では、動作しないように設定されているので、電気機器に悪影響を及ぼす原因とならない瞬低異常は検出されることがなく、安定した動作を期待できるという顕著な効果がある。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２の瞬時電圧低下検出装置１４と実施の形態３の瞬時電圧低下検出装置２４との相違点は、図４に示す実施の形態２の遅延回路５からの出力と比較器（Ｂ）１０からの瞬低異常信号の出力とを記憶する記録手段であるメモリ１３が設けられている点である。他の構成要素は、実施の形態２と同様であるので説明を省略する。

次に、図６を用いて、瞬時電圧低下検出装置２４の動作について説明する。比較器（Ｂ）１０から瞬低異常信号が出力された際に、瞬低異常信号の出力が記録開始信号としてメモリ１３に入力され、それと同時に、メモリ１３は遅延回路５からの出力である１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）の波形から記録を開始する。すなわち、瞬低が発生した時刻の前後の入力交流電圧Ｖin（ｔ）の波形を記録することになる。これにより、メモリ１３に記録された瞬低発生時の入力交流電圧Ｖin（ｔ）の波形の結果を基に、瞬低の発生原因等を解析することが可能となる。また、同じ商用交流電源を使用している他の電気機器において、瞬低により誤動作が発生した場合に、本実施の形態３の瞬時電圧
低下検出装置２４が組み込まれた電気機器１のメモリ１３に記録された結果から短時間に誤動作の原因解明を図ることもできる。他の回路動作は、実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。

このように、実施の形態３に係る瞬時電圧低下検出装置では、実施の形態２と同様の機能を有するとともに、さらに、瞬低発生時の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）の波形を記録することにより、その波形を解析して、その発生原因を解明することができるという顕著な効果がある。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る瞬時電圧低下検出装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３の瞬時電圧低下検出装置２４と実施の形態４の瞬時電圧低下検出装置３４との相違点は、図６に示す実施の形態３に設けられているメモリ１３を、遅延機能を有する記録手段である遅延機能を有するメモリ１５に置き換えた点である。他の構成要素は、実施の形態３と同様であるので説明を省略する。

次に、図７を用いて、瞬時電圧低下検出装置３４の動作について説明する。遅延機能を有するメモリ１５は、通常は遅延回路として、入力交流電圧Ｖin（ｔ）を１周期の時間Ｔだけ遅延させた入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）を出力する。比較器（Ｂ）１０から瞬低異常信号が出力された際に、瞬低異常信号の出力が記録開始信号として遅延機能を有するメモリ１５に入力され、それと同時に、遅延機能を有するメモリ１５は遅延機能からの出力である１周期の時間Ｔだけ前の入力交流電圧Ｖin（ｔ−Ｔ）の波形から記録を開始する。すなわち、瞬低が発生した時刻の前後の入力交流電圧Ｖin（ｔ）の波形を記録することになる。これにより、遅延機能を有するメモリ１５に記録された瞬低発生時の入力交流電圧Ｖin（ｔ）の波形の結果を基に、瞬低の発生原因等を解析することが可能となる。他の回路動作は、実施の形態３と同様であるので、説明を省略する。メモリを商用交流電源の周波数の１周期分の遅延時間を与える部品として併用することで、遅れ時間要素を与えるためだけに設けていた遅延回路の部品を削減できるため、コスト削減に寄与することができる。

このように、実施の形態４に係る瞬時電圧低下検出装置では、実施の形態３と同様の機能を有するとともに、記録手段に遅延機能を併せ持たせることで、遅延手段の部品を削減できるという顕著な効果がある。

なお、上記実施の形態では、瞬時電圧低下検出装置について述べたが、瞬時電圧低下検出方法については、上記実施の形態の説明を参照して方法として実施すればよい。

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１電気機器、２商用交流電源、３分圧抵抗、４，１４，２４，３４瞬時電圧低下検出装置、５遅延回路、６除算器、７比較器（Ａ）、８クロック、９カウンタ、１０比較器（Ｂ）、１１ラッチ回路、１２比較器（Ｃ）、１３メモリ、１５遅延回路機能を有するメモリ。

Claims

入力交流電圧を１周期遅延させる入力電圧遅延手段と、
前記入力交流電圧を前記遅延された入力交流電圧で除算する除算手段と、
前記除算手段にて得られた値を所定の基準値と比較するとともに、前記除算手段にて得られた値が前記基準値を超えた場合に瞬時電圧低下と判定し、瞬時電圧低下検出信号を出力する瞬時電圧低下検出手段と、
前記瞬時電圧低下検出信号の継続する時間が所定の基準時間を超えた場合に瞬時電圧低下異常と判定し、瞬時電圧低下異常信号を出力する瞬時電圧低下異常判定手段と、
を備えたことを特徴とする瞬時電圧低下検出装置。
前記入力交流電圧が電圧ゼロ点を中心とする所定電圧の範囲内である場合には、前記瞬時電圧低下検出信号を出力しないようにする保護対策手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の瞬時電圧低下検出装置。
前記瞬時電圧低下検出信号が出力された場合に、その前後の前記入力電圧を記録する記録手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の瞬時電圧低下検出装置。
前記記録手段に遅延機能を保有させ、前記遅延機能を保有する記録手段を前記遅延手段の替わりに置き換えたことを特徴とする請求項３に記載の瞬時電圧低下検出装置。
入力交流電圧を１周期遅延させた前記入力交流電圧で除算し、前記除算して得られた値を所定の基準値と比較して、前記除算して得られた値が前記基準値を超えた場合に瞬時電圧低下と判定し、瞬時電圧低下検出信号を出力させ、さらに、前記瞬時電圧低下検出信号の継続する時間が所定の基準時間を超えた場合に瞬時電圧低下異常と判定し、瞬時電圧低下異常信号を出力させることを特徴とする瞬時電圧低下検出方法。
前記入力交流電圧が電圧ゼロ点を中心とする所定電圧の範囲内である場合には、前記瞬時電圧低下検出信号を出力しないようにしたことを特徴とする請求項５に記載の瞬時電圧低下検出方法。
前記瞬時電圧低下検出信号が出力された場合に、その前後の前記入力電圧を記録させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の瞬時電圧低下検出方法。