JP2020180787A

JP2020180787A - 検出装置および電源装置

Info

Publication number: JP2020180787A
Application number: JP2019081846A
Authority: JP
Inventors: 一馬葛生; Kazuma Kuzuu
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-11-05

Abstract

【課題】三相電源の欠相を小さい回路規模で簡便に検出する装置を提供する。【解決手段】三相電源の欠相を検出する検出装置であって、三相電源のそれぞれの相に接続されている入力部と、三相電源のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する整流回路と、整流回路がそれぞれ出力した整流信号をそれぞれ平滑化する平滑回路と、平滑回路がそれぞれ平滑した平滑信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを検出する電圧検出部とを備える、検出装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、検出装置および電源装置に関する。

従来、三相交流電源に接続されている機器等を保護する目的で、当該三相交流電源の欠相を検出する装置が知られていた（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−１０９６７０号公報

このような三相電源の欠相を検出する装置は、例えば、各相に流れている電流を検出する電流検出回路を用いていたので、高価で規模の大きい装置となっていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、三相電源の欠相を小さい回路規模で簡便に検出できる検出装置および電源装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、三相電源の欠相を検出する検出装置であって、前記三相電源のそれぞれの相に接続されている入力部と、前記三相電源のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する整流回路と、前記整流回路がそれぞれ出力した整流信号をそれぞれ平滑化する平滑回路と、前記平滑回路がそれぞれ平滑した平滑信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを検出する電圧検出部とを備える、検出装置を提供する。

前記電圧検出部は、前記平滑信号をそれぞれ分圧する分圧回路と、前記平滑信号の分圧信号がそれぞれ入力され、前記分圧信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを判定する論理回路とを有してもよい。

前記検出装置は、前記入力部および前記整流回路の間に設けられており、前記入力部および前記整流回路の間を電気的に絶縁するトランス回路を更に備えてもよい。前記トランス回路は、前記入力部に接続される第１巻線と、前記整流回路に接続され、前記第１巻線よりも巻数が少ない第２巻線とを有してもよい。

本発明の第２の態様においては、三相電源と、前記三相電源の欠相を検出する、第１の態様の前記検出装置とを備える、電源装置を提供する。

本発明によれば、三相電源の欠相を小さい回路規模で簡便に検出できるという効果を奏する。

本実施形態に係る電源装置１００の第１構成例を対象装置１０と共に示す。本実施形態に係る電圧検出部２４０の変形例を示す。本実施形態に係る電源装置１００の第２構成例を対象装置１０と共に示す。

＜電源装置１００の第１構成例＞
図１は、本実施形態に係る電源装置１００の第１構成例を対象装置１０と共に示す。第１構成例の電源装置１００は、三相電源による電力を対象装置１０に供給しつつ、当該三相電源の欠相を検出する。対象装置１０は、三相電源による電力で動作する装置であり、例えば、モータ、ポンプ、大電力で動作する装置、設備等である。電源装置１００は、三相電源１１０と配線１２０と、検出装置２００とを備える。

三相電源１１０は、電力を対象装置１０に供給する。三相電源１１０は、例えば、１００Ｖ程度から数百Ｖ程度の交流電圧を出力する。三相電源１１０は、位相が１２０度ずつ異なる３系統の交流電圧を、配線１２０を介して対象装置１０に供給する。図１は、第１相の交流電圧を伝送する第１配線１２１と、第２相の交流電圧を伝送する第２配線１２２と、第３相の交流電圧を伝送する第３配線１２３とを有する配線１２０が、三相電源１１０および対象装置１０の間に設けられている例を示す。

検出装置２００は、対象装置１０に電力を供給している三相電源１１０の欠相を検出する。検出装置２００は、入力部２１０と、整流回路２２０と、平滑回路２３０と、電圧検出部２４０と、出力部２７０とを備える。

入力部２１０は、三相電源１１０のそれぞれの相に接続されている。入力部２１０は、各相に対応する複数の入力端子を有する。入力部２１０は、例えば、第１配線１２１に接続されている第１入力端子２１１と、第２配線１２２に接続されている第２入力端子２１２と、第３配線１２３に接続されている第３入力端子２１３とを有する。

整流回路２２０は、三相電源１１０のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する。整流回路２２０は、各相に対応する複数の整流回路を有する。整流回路２２０は、例えば、第１相の交流電圧を整流する第１整流回路２２１と、第２相の交流電圧を整流する第２整流回路２２２と、第３相の交流電圧を整流する第３整流回路２２３とを有する。この場合、第１整流回路２２１は第１入力端子２１１に接続され、第２整流回路２２２は第２入力端子２１２に接続され、第３整流回路２２３は第３入力端子２１３に接続されている。

図１は、第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３が、それぞれ直列に接続されている２つのダイオードを含み、２つのダイオードの間に入力する交流信号を半波整流する例を示す。これに代えて、第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３は、それぞれ４つのダイオードを含み、入力する交流信号を全波整流してもよい。第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３は、交流信号を整流した信号を整流信号として出力する。

平滑回路２３０は、整流回路２２０がそれぞれ出力した整流信号をそれぞれ平滑化する。平滑回路２３０は、例えば、第１整流回路２２１の両端に接続されており、第１整流回路２２１が出力した整流信号を平滑化する第１平滑回路２３１を有する。この場合、第１平滑回路２３１の一端は基準電位に接続されており、他端は整流信号を平滑化した平滑信号を出力する。ここで、基準電位は、一例として、グラウンド電位（０Ｖ）である。

平滑回路２３０は、第１整流回路２２１と同様に、第２整流回路２２２が出力した整流信号を平滑化する第２平滑回路２３２と、第３整流回路２２３が出力した整流信号を平滑化する第３平滑回路２３３とを有する。第１平滑回路２３１、第２平滑回路２３２、および第３平滑回路２３３は、例えば、それぞれコンデンサを含む。整流回路２２０および平滑回路２３０の組は、三相電源１１０のそれぞれの相の交流信号を、振幅電圧に応じた直流電圧に変換してそれぞれ出力する。

電圧検出部２４０は、平滑回路２３０がそれぞれ平滑した平滑信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを検出する。電圧検出部２４０は、例えば、分圧回路２５０と、論理回路２６０とを有する。

分圧回路２５０は、平滑回路２３０が出力する平滑信号をそれぞれ分圧する。分圧回路２５０は、例えば、第１平滑回路２３１が出力した平滑信号を分圧する第１分圧回路２５１と、第２平滑回路２３２が出力した平滑信号を分圧する第２分圧回路２５２と、第３平滑回路２３３が出力した平滑信号を分圧する第３分圧回路２５３とを有する。

第１分圧回路２５１、第２分圧回路２５２、および第３分圧回路２５３は、例えば、それぞれ直列に接続された複数の抵抗を含む。図１は、第１分圧回路２５１が第１平滑回路２３１の他端と基準電位との間に直列に接続された２つの抵抗を有する例を示す。この場合、第１分圧回路２５１は、平滑信号を分圧した分圧信号を２つの抵抗の間から出力する。また、図１は、第２分圧回路２５２および第３分圧回路２５３が、第１分圧回路２５１と同様に、直列に接続された２つの抵抗を有する例を示す。

論理回路２６０は、平滑信号の分圧信号がそれぞれ入力され、分圧信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを判定する。論理回路２６０は、例えば、ＡＮＤ回路を有する。このような論理回路２６０は、三相電源１１０が正常に動作している場合、ハイ電圧を出力する。即ち、第１分圧回路２５１、第２分圧回路２５２、および第３分圧回路２５３のそれぞれは、三相電源１１０が正常に動作している場合に入力する平滑電圧を、論理回路２６０に許容される入力電圧以下、かつ、閾値電圧以上の電圧に分圧する。

また、論理回路２６０は、第１分圧回路２５１、第２分圧回路２５２、および第３分圧回路２５３のうち、１または複数の分圧回路の分圧電圧が閾値電圧未満の場合、ロー電圧を出力する。即ち、論理回路２６０は、三相電源１１０に欠相が生じている場合に、ロー電圧を出力する。

出力部２７０は、電圧検出部２４０の検出した結果を検出信号として外部に出力する。検出装置２００は、出力部２７０が出力する検出信号により、三相電源１１０に欠相が生じたか否かを外部に通知できる。例えば、出力部２７０が警報器、警告灯等に接続されている場合、検出装置２００は、三相電源１１０に欠相が生じたことを、音、光等で通知できる。また、出力部２７０がネットワーク等に接続されている場合、検出装置２００は、三相電源１１０に欠相が生じたことをネットワークの接続先に通知できる。

これに代えて、または、これに加えて、三相電源１１０および対象装置１０の間に、三相電源１１０および対象装置１０を電気的に接続するか否かを切り換えるスイッチ装置が設けられている場合、出力部２７０は、当該スイッチ装置の切り換えを制御する回路に接続されていてもよい。これにより、検出装置２００は、三相電源１１０に欠相が生じたことに応じて、三相電源１１０および対象装置１０の電気的な接続をスイッチ装置に切断させて、対象装置１０を保護することができる。

以上のように、本実施形態に係る第１構成例の電源装置１００は、三相電源１１０による電力を対象装置１０に供給しつつ、三相電源１１０の欠相を検出することができる。また、電源装置１００に設けられている検出装置２００は、ダイオード、コンデンサ、抵抗、およびＡＮＤ回路等といった安価な部品を用い、簡便な回路構成で三相電源１１０の欠相を検出できる。

以上の本実施形態に係る検出装置２００は、電圧検出部２４０が分圧回路２５０および論理回路２６０を有する例を説明したが、これに限定されることはない。電圧検出部２４０は、電圧モニタ回路等を有してもよい。このような電圧検出部２４０について次に説明する。

＜電圧検出部２４０の変形例＞
図２は、本実施形態に係る電圧検出部２４０の変形例を示す。変形例の電圧検出部２４０は、分圧回路２５０と、電圧モニタ回路３１０と、論理回路３２０とを有する。分圧回路２５０は、図１で説明したので、ここでは説明を省略する。

電圧モニタ回路３１０は、例えば、入力する電圧をモニタし、予め定められた閾値よりも入力電圧が降下したか否かを検出する。電圧モニタ回路３１０は、一例として、パッケージに封入された集積回路部品である。図２は、３つの分圧回路の後段に電圧モニタ回路３１０がそれぞれ設けられている例を示す。これに代えて、３以上のモニタ回路を１つのパッケージに封入した電圧モニタ回路３１０が、３つの分圧回路の後段に設けられていてもよい。

論理回路３２０は、電圧モニタ回路３１０の出力を受けとって、３つの分圧信号のうち少なくとも１つの電圧が閾値電圧よりも降下したか否かを判定する。論理回路３２０は、例えば、ＦＰＧＡ等の集積回路である。以上の変形例の電圧検出部２４０を備える検出装置２００は、図１に示す検出装置２００と同様に、簡便な回路構成で三相電源１１０の欠相を低コストで検出できる。

以上の本実施形態に係る電源装置１００において、検出装置２００の入力部２１０が配線１２０に接続され、三相電源１１０が出力する電圧を電圧検出部２４０が検出する例を説明した。このような検出装置２００において、三相電源１１０との間の絶縁性を向上させてもよい。絶縁性を向上させた検出装置２００を備える電源装置１００の例について、次に説明する。

＜電源装置１００の第２構成例＞
図３は、本実施形態に係る電源装置１００の第２構成例を対象装置１０と共に示す。第２構成例の電源装置１００において、図１に示された本実施形態に係る電源装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の電源装置１００の検出装置２００は、トランス回路４１０を更に備える。

トランス回路４１０は、入力部２１０および整流回路２２０の間に設けられており、入力部２１０および整流回路２２０の間を電気的に絶縁する。トランス回路４１０は、第１巻線４１１と、第２巻線４１２とを有する。第１巻線４１１は入力部２１０に接続され、第２巻線４１２は整流回路２２０に接続されている。

トランス回路４１０は、入力部２１０および整流回路２２０の間を電気的に絶縁しつつ、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比に応じた比率で三相電源１１０から出力される交流電圧を整流回路２２０に伝送する。例えば、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比は、１対１である。この場合、整流回路２２０、平滑回路２３０、および電圧検出部２４０の動作は、図１および図２で説明した動作と同様となるので、ここでは説明を省略する。

以上のように、第２構成例の電源装置１００は、三相電源１１０および検出装置２００の間の絶縁性を向上させつつ、簡便な回路構成で三相電源１１０の欠相を抵抗コストで検出できる。なお、トランス回路４１０の第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比を１対１とする例を説明したが、これに限定されることはない。第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比は、目的に応じて予め定められた比に設計されていてもよい。

例えば、第２巻線４１２の巻数は、第１巻線４１１の巻数よりも少ない。これにより、平滑回路２３０の平滑信号の電圧値は、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比に応じて低減するので、分圧回路２５０の分圧比を１対１に近づけることができる。一例として、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比を予め設定することにより、平滑信号の電圧値を低減させて、分圧回路２５０の分圧比を１対１程度にすることができる。

このように、三相電源１１０が正常に動作している場合の平滑電圧が、論理回路２６０に許容される入力電圧以下、かつ、閾値電圧以上の範囲の電圧となるように、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比を予め設定してもよい。この場合、分圧回路２５０による平滑電圧の分圧を省くことができるので、平滑回路２３０が出力する平滑電圧をそのまま論理回路２６０に供給してもよい。このように、検出装置２００は、分圧回路２５０を省略することができるので、より簡便な回路構成で三相電源１１０の欠相を検出できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０対象装置
１００電源装置
１１０三相電源
１２０配線
１２１第１配線
１２２第２配線
１２３第３配線
２００検出装置
２１０入力部
２１１第１入力端子
２１２第２入力端子
２１３第３入力端子
２２０整流回路
２２１第１整流回路
２２２第２整流回路
２２３第３整流回路
２３０平滑回路
２３１第１平滑回路
２３２第２平滑回路
２３３第３平滑回路
２４０電圧検出部
２５０分圧回路
２５１第１分圧回路
２５２第２分圧回路
２５３第３分圧回路
２６０論理回路
３１０電圧モニタ回路
３２０論理回路
４１０トランス回路
４１１第１巻線
４１２第２巻線

Claims

三相電源の欠相を検出する検出装置であって、
前記三相電源のそれぞれの相に接続されている入力部と、
前記三相電源のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する整流回路と、
前記整流回路がそれぞれ出力した整流信号をそれぞれ平滑化する平滑回路と、
前記平滑回路がそれぞれ平滑した平滑信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを検出する電圧検出部と
を備える、検出装置。
前記電圧検出部は、
前記平滑信号をそれぞれ分圧する分圧回路と、
前記平滑信号の分圧信号がそれぞれ入力され、前記分圧信号の少なくとも１つの電圧が、閾値電圧よりも降下したか否かを判定する論理回路と
を有する、請求項１に記載の検出装置。
前記入力部および前記整流回路の間に設けられており、前記入力部および前記整流回路の間を電気的に絶縁するトランス回路を更に備える、請求項１または２に記載の検出装置。
前記トランス回路は、
前記入力部に接続される第１巻線と、
前記整流回路に接続され、前記第１巻線よりも巻数が少ない第２巻線と
を有する、請求項３に記載の検出装置。
三相電源と、
前記三相電源の欠相を検出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の前記検出装置と
を備える、電源装置。