JP2015046962A

JP2015046962A - 三相交流電源の欠相検出装置

Info

Publication number: JP2015046962A
Application number: JP2013175296A
Authority: JP
Inventors: 博司尾崎; Hiroshi Ozaki
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】整流ダイオードの故障か、三相交流電源そのものの欠相かを簡易な方法で識別し、故障でない場合に運転を継続できる堅牢な装置を提供すること。
【解決手段】三相交流電源入力部に配置のヒューズと整流ダイオードの間に、２相間電圧を分圧する分圧抵抗と、分圧抵抗の端子間に並列接続されたフォトカプラを備え、２相間電圧の電位差のゼロクロスにより前記フォトカプラがオンオフする信号を活用した検出手段と、前記フォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを検出するタイマ機能とを備え、前記ゼロクロスのオンオフ発生タイミングがパラメータなどで予め設定された三相交流電源と同一の周期で検出される時に整流ダイオード短絡故障であると識別する。
【選択図】図２

Description

本発明は、三相交流電源を整流ダイオードにより全波整流する回路を備えたモータ駆動装置において、装置運転中に発生した整流ダイオードの短絡故障か、三相交流電源からの１相のみの欠相かを識別できる機能を有した欠相検出装置に関する。

三相交流電源を整流ダイオードにより全波整流する回路では、一般的に、整流ダイオードなどの回路素子の故障を検出する故障検出装置、もしくは故障により発生する欠相を検出する欠相検出装置が実装されている。また、回路素子の故障により回路の焼損などの不安全事象を回避する目的で、三相交流電源入力部にヒューズを備える場合もある。
従来、この種の欠相検出装置は、整流ダイオードの前段の三相交流電源入力部に、整流回路の入力電流を各相毎に検出する変流器と、前記変流器の出力電圧を監視する故障検出回路を備えた回路が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
図７は、特許文献１に記載された従来の故障検出回路を示すものである。図７に示すように、変流器９と、変流器９の出力電圧を監視する故障検出回路１５から構成されている。整流ダイオードの短絡故障時の短絡電流による変流器９の出力電圧の異常上昇と、変流器９の飽和現象を利用して、故障検出回路１５で整流ダイオードの短絡故障を識別している。

特許第１４６６１６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、整流ダイオードの故障ではなく、三相交流電源入力の中の１相のみが欠相した場合は、残り２相からの電力供給継続により、前記変流器の出力電圧の異常上昇も飽和現象も発生しないため、三相交流電源入力からの１相のみの欠相は検出できないという課題を有していた。

また、整流ダイオードが短絡故障した場合も、三相交流電源入力部にヒューズを備える回路構成の場合は、短絡電流によりヒューズが溶断し、ヒューズ溶断以降はこの相に電流が流れないため、前記変流器の出力電圧の異常上昇も飽和現象も発生せず、確実には欠相を検出できなくなる可能性があるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、装置運転中に発生した整流ダイオードの短絡故障か、三相交流電源からの１相のみの欠相かを識別できる機能を有した欠相検出装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の欠相検出装置は、三相交流電源入力部に配置のヒューズと整流ダイオードの間に、２相間電圧を分圧する分圧抵抗と、分圧抵抗の端子間に並列接続されたフォトカプラを備え、２相間電圧の電位差のゼロクロスにより前記フォトカプラがオンオフする信号を活用した検出手段と、前記フォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを検出するタイマ機能とを備え、前記ゼロクロスのオンオフ発生タイミングがパラメータなどで予め設定された三相交流電源と同一の周期で検出される時に整流ダイオード短絡故障であると識別するようにしたものである。

これによって、正常運転時は電源周期の１周期に対し、前記２相間電圧の電位差のゼロクロスは２回発生することから、前記ゼロクロスのオンオフ発生タイミングは三相交流電源の１／２の周期で検出されるという特徴から故障と識別できる。また三相交流電源入力自体が欠相した場合は、欠相した相の電位は不定となり、前記２相間の電位差のゼロクロスは発生しない特徴から、三相交流電源入力自体の欠相と識別することが可能となる。

また、請求項２に記載の欠相検出装置は、前記タイマ機能で、ある一定時間のフォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを計測することにより、三相交流電源の電源周期を推定し、三相交流電源の異なる周波数を判断する構成としてもよい。

これによって、三相交流電源入力の周波数が異なる国・地域で使用された場合でも、本発明の欠相検出装置は使用することができる。

本発明の欠相検出回路は、整流ダイオードの短絡故障と、三相交流電源からの１相のみの欠相を識別することができる。三相交流電源からの１相のみ欠相の場合は、製品故障を伴わないため、装置負荷を低減する、もしくは装置稼動時間を制限するなど運転状態の適切なディレーティングを掛けることにより、装置を停止することなく安全に運転を継続させることができ、より堅牢な装置を提供することができる。

更に請求項２に記載の欠相検出回路によれば、三相交流電源入力の周波数が異なる国・地域で使用された場合でも、その周波数を装置側で検出し、欠相検出判定の元になる電源周波数を調整することができ、電源事情の異なる地域でも運転可能な装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における欠相検出装置の正常時の回路図本発明の実施の形態１における欠相検出装置の整流ダイオード短絡故障時の回路図本発明の実施の形態１における欠相検出装置の三相交流電源からの１相のみの欠相時の回路図（ａ）本発明の実施の形態１における欠相検出装置が正常なときの回路の電圧を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態１における欠相検出装置が整流ダイオード短絡故障時の電圧を示す説明図本発明の実施の形態１における欠相検出装置が三相交流電源からの１相のみの欠相時の電圧を示す説明図本発明の実施の形態２における欠相検出装置の回路図従来例における欠相検出装置の回路図

第１の発明は、三相交流電源からの電源入力を整流ダイオードにより全波整流する回路において、三相交流電源入力部に配置のヒューズと整流ダイオードの間に、２相間電圧を分圧する分圧抵抗と、分圧抵抗の端子間に並列接続されたフォトカプラを備え、２相間電圧の電位差のゼロクロスにより前記フォトカプラがオンオフする信号を活用した検出手段と、前記フォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを検出するタイマ機能とを備え、前記ゼロクロスのオンオフ発生タイミングがパラメータなどで予め設定された三相交流電源と同一の周期で検出される時に整流ダイオード短絡故障であると識別することにより、整流ダイオード短絡故障による短絡電流でヒューズが断線して発生した欠相か、故障ではなく三相交流電源からの１相のみの欠相であるかを識別することが可能となり、三相交流
電源からの１相のみ欠相の場合は、製品故障を伴わないため、装置負荷を低減する、もしくは装置稼動時間を制限するなど運転状態の適切なディレーティングを掛けることにより、装置を停止することなく安全に運転を継続させることができ、より堅牢な装置を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のタイマ機能を、ある一定時間のフォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを計測することにより、三相交流電源の電源周期を推定し、三相交流電源の異なる周波数を判断できるようにすることにより、三相交流電源入力の周波数が異なる国・地域で使用された場合でも、その周波数を装置側で検出し、欠相検出判定の元になる電源周波数を調整することが可能となり、電源事情の異なる地域でも運転可能な装置を提供することができる。

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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における欠相検出装置の正常時の回路図を示すものである。

図１において、三相交流電源入力１より供給される電力はヒューズ２および３を介して整流ダイオード７で全波整流され、平滑コンデンサ８に充電される。ヒューズ２および３と整流ダイオード７の間には２相間電圧を分圧する分圧抵抗４ａおよび４ｂと、分圧抵抗４ｂの端子間に並列接続されたフォトカプラ５を備え、前記２相間電圧のゼロクロスによりフォトカプラ５から発生するオンオフ信号はタイマ機能６で計測され、前記オンオフ信号の発生周期とパラメータなどで予め設定された三相交流電源の周期とを比較し、周期が同一であるか、周期が１／２であるか、もしくは前記オンオフ信号が発生しないかを検出するよう構成している。

以上のように構成された欠相検出装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、欠相が発生していない正常時は、各相の相電圧１０ａ、１０ｃは図４（ａ）のように１２０度の位相差で現れ、１０ａと１０ｃの２相間電圧のゼロクロスにより発生するゼロクロス検出信号１１は、三相交流電源入力１の１／２の周期で検出できる。

次に、装置運転中に整流ダイオード７が短絡故障した場合は、短絡電流により過大な電流がヒューズ３に流れ、ヒューズ３が溶断する。

図２は、本発明の実施の形態１における欠相検出装置の整流ダイオード短絡故障時の回路図をしめすものである。図２に示すとおり整流ダイオード短絡によりヒューズ３（図１）は溶断し、溶断後のヒューズ３ａは開放となる。一方、この時、平滑コンデンサ８は既に充電済みであり、短絡故障後の整流ダイオード７ａを介して平滑コンデンサ８の充電電圧が相電圧１０ｃに逆流して現れる。すなわち各相の相電圧１０ａ、１０ｃは図４（ｂ）のようになり、１０ａと１０ｃの２相間電圧のゼロクロスにより発生するゼロクロス検出信号１１は、三相交流電源入力１と同一の周期で検出できる。

更に、図３は、本発明の実施の形態１における欠相検出装置の三相交流電源からの１相のみの欠相時の回路図を示すものである。

図３に示すように三相交流電源入力１からの１相のみの欠相の場合は、相電圧１０ｃの電位は不定となるため、各相の電圧は図５のようになり、２相間電圧のゼロクロスによる
ゼロクロス検出信号１１は発生しない。

以上のように、本実施の形態においては２相間電圧のゼロクロスの発生周期を検出することにより、欠相の原因が判別でき、装置運転中に発生した整流ダイオードの短絡故障か、三相交流電源からの１相のみの欠相かを識別することができる。

以上の説明では整流ダイオード短絡故障および三相交流電源からの１相のみの欠相を、３相交流の特定の１相の場合で説明しているが、３相のうちのどの１相の欠相でも同様に説明できる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における欠相検出装置の回路図を示すものである。

第１の実施の形態と異なるのは三相電源入力周波数設定値１２を設定する構成であり、この点について説明する。

図６において、ある一定時間のフォトカプラ５のゼロクロス検出信号１１の発生タイミングをタイマ機能６で計測し、三相交流電源入力１の電源周期を推定し、推定した電源周期を三相電源入力周波数設定値１２に設定できる構成としている点である。

以上のように、本発明にかかる三相交流電源の欠相検出装置は、整流ダイオードの短絡故障と、三相交流電源からの１相のみの欠相を識別することができ、製品故障を伴わない欠相の場合は運転状態の適切なディレーティングを掛けることにより、装置を停止することなく安全に運転を継続させることができ、より堅牢な装置を提供することが可能となるので、三相交流電源を利用した電源装置、バッテリー充電器等の用途にも適用できる。

１三相交流電源入力
２、３ヒューズ
３ａ溶断後のヒューズ
４ａ、４ｂ分圧抵抗
５フォトカプラ
６タイマ機能
７整流ダイオード
７ａ短絡故障後の整流ダイオード
８平滑コンデンサ
９変流器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ相電圧
１１ゼロクロス検出信号
１２三相電源入力周波数設定値
１３周期判定機能
１４整流回路
１５故障検出回路

Claims

三相交流電源からの電源入力を整流ダイオードにより全波整流する回路において、三相交流電源入力部に配置のヒューズと整流ダイオードの間に、２相間電圧を分圧する分圧抵抗と、分圧抵抗の端子間に並列接続されたフォトカプラを備え、２相間電圧の電位差のゼロクロスにより前記フォトカプラがオンオフする信号を活用した検出手段と、前記フォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを検出するタイマ機能とを備え、前記ゼロクロスのオンオフ発生タイミングがパラメータなどで予め設定された三相交流電源と同一の周期で検出される時に整流ダイオード短絡故障であると識別する機能を有することを特徴とした欠相検出装置。
前記タイマ機能は、ある一定時間のフォトカプラのオンオフ信号の発生タイミングを計測することにより、三相交流電源の電源周期を推定し、三相交流電源の異なる周波数を判断できる機能を有することを特徴とした請求項１記載の欠相検出装置。