JP3219026B2 - 欠相検出方法及び欠相検出装置 - Google Patents

欠相検出方法及び欠相検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、供給されるべき
電力が複数の相からなる場合に、そのいずれかの相につ
いて欠相が生じたことを検出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、三相交流電源に電源配線を介
して接続された電気回路を有する空気調和機が知られて
いる。近年では空気調和機の室外機に設けられるコンプ
レッサモータの運転周波数を可変に制御するいわゆるイ
ンバータ方式が多用されている。インバータ方式では三
相交流を全波整流して一旦直流に変換し、これを平滑コ
ンデンサで平滑した後に、所望の周波数の交流へと変換
する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような電気回路に
おいては電源からの三相交流の内の一相が欠相した場
合、全波整流が三相ではなく一相として行われるので、
整流後の直流にはリップル成分が大きくなる。平滑コン
デンサは、正常に三相全波整流が行われる場合を想定し
てその仕様が設計されているので、想定された以上にリ
ップル成分の多い直流を受ければ過電流が流れてしま
い、その寿命を劣化させるという問題点があった。
【0004】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、全波整流が三相で行われたのか一相で行わ
れたのかを、ソフトスタート時において平滑コンデンサ
にかかる電圧を実測し、以て欠相の有無を検出する技術
を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項1
にかかるものは、第1乃至第3の相(R,S,T)を有
する電源の、それぞれの相に接続された複数の配線と、
前記複数の配線間において設けられた濾波コンデンサ
(CSR,CST,CTR)と、前記複数の配線へと第1のス
イッチ(52)を介して接続されたダイオードブリッジ
(DB)と、前記ダイオードブリッジの出力を受ける平
滑コンデンサ(CPN)と、前記平滑コンデンサの両端の
電圧を検出する電圧検出機構(100)とを備える欠相
検出装置である。ここで前記第1のスイッチは前記第1
(R)及び前記第3の相(T)の導通/非導通を制
する。前記第3の相において前記第1のスイッチと並
列に設けられる第2のスイッチ(SW)を更に備える。
前記第のスイッチがONする場合には前記第2の相の
電源は前記ダイオードブリッジに接続される。
【0006】この発明のうち請求項2にかかるものは、
請求項1記載の欠相検出装置であって、前記第3の相に
ついての配線と前記ダイオードブリッジとの間におい
て、前記第のスイッチと列に設けられ、前記第2の
スイッチ(SW)と共に源流回路(84)を構成する抵
抗(R s を更に備える。
【0007】この発明のうち請求項3にかかるものは、
請求項1または請求項2記載の欠相検出装置であって、
前記第1の相と前記第2の相との間に並列に接続された
複数の電源消費対象(3a,3b)を更に備える。ここ
で一の前記電源消費対象は前記平滑コンデンサの出力を
受けて交流に変換するインバータ部(INV)と、前記
電圧検出機構の検出結果に基づいて前記インバータ部の
動作制御を行う制御部(CPU)とを有する。
【0008】この発明のうち請求項4にかかるものは、
第1乃至第3の相(R,S,T)を有する電源の、それ
ぞれの相に接続された複数の配線と、前記複数の配線間
において設けられた濾波コンデンサ(CSR,CST
TR)と、前記複数の配線及びスイッチ(52)を介し
て前記電源に接続されたダイオードブリッジ(DB)
と、前記ダイオードブリッジの出力を受ける平滑コンデ
ンサ(CPN)とを備える欠相検出方法である。そして、
前記スイッチを導通させて前記平滑コンデンサから直流
を取り出す回路において、(a)前記スイッチの導通に
先立ち、前記第2の相(S)及び第3の相(T)のそれ
ぞれにおいて前記配線と前記ダイオードブリッジの間と
を導通させる工程と、(b)前記工程(a)の後に前記
平滑コンデンサの両端の電圧を測定する工程と、(c)
前記工程(b)の結果に基づいて前記スイッチの導通/
非導通を決定する工程とを備える。
【0009】
【作用】この発明のうち請求項1にかかる欠相検出装置
において、第のスイッチがONすれば、濾波コンデン
サ、配線、第のスイッチ、ダイオードブリッジを介し
て、第1の相と第2の相の電源が平滑コンデンサに印加
される。第3の相の電源が正常であれば、第3の相の電
源も平滑コンデンサに印加されるが、欠相であれば印加
されない。従って、平滑コンデンサの両端の電圧は第3
の相の電源が欠相であるか否かによって異なる。
【0010】この発明のうち請求項2にかかる欠相検出
装置において、第2のスイッチが導通し、平滑コンデン
サの充電が限流抵抗が介挿された状態で充電される。
【0011】この発明のうち請求項3にかかる欠相検出
装置において、複数の電源消費対象は第1の相及び第2
の相の間の合成インピーダンスを低下させる。よって第
1及び第2の相が欠相した場合においては、一の電源消
費対象はその電源が確立せず、インバータ部は動作しな
い。
【0012】この発明のうち請求項4にかかる欠相検出
方法において、工程(a)において、濾波コンデンサ、
配線、ダイオードブリッジを介して、第1の相と第2の
相の電源が平滑コンデンサに印加される。第3の相の電
源が正常であれば、第3の相の電源も平滑コンデンサに
印加されるが、欠相であれば印加されない。従って、工
程(b)において、平滑コンデンサの両端の電圧は第3
の相の電源が欠相であるか否かによって異なる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本願発明の一実施の形態に
かかる空気調和機3の電源供給に関する部分の構成を示
す回路図である。空気調和機3は室外機3a及び室内機
3bから構成されている。
【0014】フィルタFを介してR相、S相、T相から
なる三相電源が、R相及びT相について開閉する交流ス
イッチ52を介してダイオードブリッジDBに与えられ
ている。周波数を変更して三相電源をコンプレッサ用モ
ータMに与えるべく、ダイオードブリッジDBの出力は
インバータ部INVに与えられる。ダイオードブリッジ
DBとインバータ部INVの間には平滑コンデンサCPN
が接続され、これら三者が相俟って三相電力の周波数を
変換することとなる。
【0015】フィルタFはR相とS相の間、S相とT相
の間、R相とT相との間にそれぞれコンデンサCRS,C
ST,CRTが設けられており、また3本のチョークコイル
を介してコンデンサCSR,CTS,CTRが設けられてい
る。
【0016】室外機3a及び室内機3bはそれぞれ制御
用の基板B2 ,B1 を備え、これらはいずれもR相とS
相との間に接続される。基板B2 はインバータ部INV
と共に、インバータ部INVを制御するマイコンCPU
を載置している。また、基板B2 は平滑コンデンサCPN
の両端の電圧VPNを検出する電圧検出機構100をも載
置しており、電圧検出機構100は電圧VPNが所定の電
圧範囲よりも高いか低いかをマイコンCPUへ伝達す
る。
【0017】更に基板B2 は平滑コンデンサCPNを緩や
かに充電するための限流回路84も載置している。限流
回路84は互いに直列に接続された限流抵抗Rs (例え
ば180Ω)及びスイッチSWで構成され、T相に関し
て交流スイッチ52に対して並列接続されている。交流
スイッチ52の導通に先だって、スイッチSWがマイコ
ンCPUの制御の下で導通し、限流抵抗Rs 及びヒュー
ズFUTを介してT相の電源がダイオードブリッジDB
に与えられ、常に導通しているS相の電源と相俟って平
滑コンデンサCPNの充電が行われる。このように一相を
以て限流抵抗Rs が介挿された状態で充電される場合に
は、電源からの三相交流の内の一相が欠相して運転され
る場合とは異なり、平滑コンデンサCPNには大きなダメ
ージは生じない。
【0018】今、ソフトスタートを行うべく限流回路8
4のスイッチSWがONすると、R相とS相との間は細
実線矢印のように導通する。つまり、S相から見て順に
ダイオードブリッジDB、平滑コンデンサCPN、ダイオ
ードブリッジDB、限流回路84、ヒューズFUT、フ
ィルタFのコンデンサCTR(あるいは更にCSR
ST)、チョークコイル、R相に至る経路である。この
経路自体は、T相に欠相が生じているか否かによらず存
在する。
【0019】しかし、T相に欠相が生じていない正常時
には、更にT相へも向かう経路(細破線矢印)が存在す
る。このため、T相に欠相が生じている場合は正常時と
比較して、電圧VPNが低くなる。本願はこの電圧VPN
電圧検出機構100によって検出することにより、正常
時とT相の欠相との相違を判断する。
【0020】図2は電圧検出機構100の構成を示す回
路図である。抵抗R3 の一端とダイオードD4 のアノー
ドとの間に電圧VPNが印加される。抵抗R3 の他端とダ
イオードD4 のカソードとは共通してツェナーダイオー
ドZDのカソードに接続される。抵抗R4 はダイオード
4 に並列に接続される。また、フォトカプラーPHC
の入力側のダイオードは抵抗R4 に対してツェナーダイ
オードZDと直列に接続される。但し、フォトカプラー
PHCの入力側のダイオード順方向とツェナーダイオー
ドZDのそれとは逆向きである。フォトカプラーPHC
の出力側のトランジスタのコレクタは所定の電源に対し
て抵抗R1 でプルアップされる一方、抵抗R2 の一端に
接続される。抵抗R2 の他端はコンデンサC2 を介して
フォトカプラーPHCの出力側のトランジスタのエミッ
タに接続される一方、マイコンCPUにも与えられる。
【0021】例えば抵抗R1 ,R2 3 ,R4 はそれ
ぞれ56kΩ,10kΩ,100kΩ,3kΩに、コン
デンサC2 は1000pFに、ツェナーダイオードZD
のツェナー電圧を3.9Vに、また抵抗R1 を介したプ
ルアップ電圧を5Vに、それぞれ設定する。
【0022】抵抗R4 にかかる電圧をVF 、抵抗R1
流れる電流をI、フォトカプラーPHCの電流変換比を
Cとすると、VPN=VF +R3 (VF /R4 +I/C)
が成立する。電流変換比Cが50%〜160%の間でば
らつき、フォトカプラーPHCがONしたときにその出
力側のトランジスタのコレクタ・エミッタ電圧を無視で
きると考える。するとフォトカプラーPHCの入力側の
電圧は0.8〜1.1Vの間で、ツェナーダイオードZ
Dの両端の電圧は3.8〜4.3Vの間で、それぞれば
らつく。
【0023】従って、フォトカプラーPHCをONさせ
る為の電圧VPNは158〜196Vの間でばらつく。換
言すれば、T相に欠相が生じている場合に電圧VPNが1
58V以下であり、正常時には電圧VPNが196V以上
であれば、電圧検出機構100は欠相を検出することが
できることになる。
【0024】図3は正常時及びT相に欠相が生じている
場合の電圧VPNの挙動をシミュレートしたグラフであ
る。曲線L1,L2がそれぞれ正常時及びT相に欠相が
生じている場合を表している。限流回路84のスイッチ
SWを導通させた時点を時間の起点としている。
【0025】スイッチSWが導通してから3秒後におい
て、電圧VPNは正常時及びT相に欠相が生じている場合
にそれぞれ電圧P1,P2を採る。電圧P2は80V±
8Vであり、電圧P1は280V±28Vであるので、
スイッチSWが導通してから3秒後において、電圧検出
機構100を用いて欠相の有無を判断することができ
る。
【0026】以上はT相に欠相が生じた場合についての
説明であるが、本実施の形態においては実質的にはR相
及びS相についての欠相も判断することができる。基板
1,B2 がR相とS相との間に接続されているので、
両相の間の合成インピーダンスは低くなる。よって両相
のいずれが欠相しても基板B1 ,B2 には適当な電圧が
与えられず、従ってインバータ部INV、引いてはコン
プレッサ用モータMを欠相状態のまま運転することもな
い。
【0027】図4は本実施の形態の動作を示すフローチ
ャートである。まず三相の電源を投入する。その後、ス
テップS1において制御電源が確立したか否かを判断す
る。ここで制御電源の確立とは、基板B1 ,B2 が動作
する為に必要な電圧が得られることを意味する。つまり
ステップS1において「N」と判断されれば、少なくと
もR相,S相の一方が欠相しているか、あるいは三相と
も欠相している(つまり停電)と判断される。もちろ
ん、基板B2 の電源が確立していないのであるから、マ
イコンCPUはインバータ部INVの運転を行わない。
【0028】ステップS1において「Y」と判断されれ
ば、ステップS2においてインバータ運転の指令を待
つ。そして指令があればステップS3に進んで限流回路
84のスイッチSWをONする。ステップS4において
3秒間待ち、ステップS5において電圧VPNが所定の電
圧以上であるか否か(上記の例に即して言えば196V
以上あるか否か)を判断する。そして「N」と判断され
ればT相の欠相があることがわかる。この場合には交流
スイッチ52を投入しない。一方「Y」と判断されれば
インバータ運転を開始すべく交流スイッチ52をONす
る。
【0029】以上の説明では交流スイッチ52の開閉に
よらずに、常にS相はダイオードブリッジDBに与えら
れている場合を想定していたが、交流スイッチ52によ
ってS相の開閉を行うようにしても良い。この場合には
限流回路84において、交流スイッチ52の導通に先だ
ってS相を導通させるスイッチを設ければよい。勿論、
上記実施の形態のようにS相を常時導通させておく方
が、交流スイッチ52や限流回路84の接点数の減少と
いう点で望ましい。
【0030】
【発明の効果】この発明のうち請求項1にかかる欠相検
出装置によれば、第3の相の電源が欠相であるか否かに
よって異なる平滑コンデンサの両端の電圧を、電圧検出
機構を用いて検出することができる。よって欠相の下で
ダイオードブリッジを動作させることによる平滑コンデ
ンサへの過負荷を回避することができる。
【0031】この発明のうち請求項2にかかる欠相検出
装置によれば、平滑コンデンサには大きなダメージは生
じない。
【0032】この発明のうち請求項3にかかる欠相検出
装置によれば、第1及び第2の相が欠相した場合におい
ても、前記インバータ部は動作せず、欠相のまま運転す
ることを回避できる。
【0033】この発明のうち請求項4にかかる欠相検出
方法によれば、第3の相の電源が欠相であるか否かを、
平滑コンデンサの両端の電圧を以て判断することができ
る。よって工程(c)において欠相の下でスイッチを投
入せず、ダイオードブリッジを動作させることによる平
滑コンデンサへの過負荷を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の一実施の形態にかかる構成を示す回路図
である。
【図2】電圧検出機構100の構成を示す回路図であ
る。
【図3】正常時及びT相に欠相が生じている場合の電圧
PNを示すグラフである。
【図4】本実施の形態の動作を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
SR,CST,CTR コンデンサ、CPN 平滑コンデン
サ、DB ダイオードブリッジ、SW スイッチ、3a
室内機、3b 室外機、100 電圧検出機構、52
交流スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 7/48 H02M 7/48 M (72)発明者 橋本 雅文 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社堺製作所 金岡工場内 (56)参考文献 特開 昭62−93671(JP,A) 特開 平6−66901(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 29/18 H02H 3/32 - 3/52

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1乃至第3の相(R,S,T)を有す
    る電源の、それぞれの相に接続された複数の配線と、 前記複数の配線間において設けられた濾波コンデンサ
    (CSR,CST,CTR)と、 前記複数の配線へと第1のスイッチ(52)を介して接
    続されたダイオードブリッジ(DB)と、 前記ダイオードブリッジの出力を受ける平滑コンデンサ
    (CPN)と、 前記平滑コンデンサの両端の電圧を検出する電圧検出機
    構(100)と、 を備え、 前記第1のスイッチは前記第1の相(R)及び前記第3
    の相(T)の導通/非導通を制御し、前記第3の相において前記第1のスイッチと並列に設け
    られる第2のスイッチ(SW)を更に備え、 前記第のスイッチがONする場合には前記第2の相の
    電源は前記ダイオードブリッジに接続される、欠相検出
    装置。
  2. 【請求項2】 前記第3の相についての配線と前記ダイ
    オードブリッジとの間において、前記第のスイッチと
    列に設けられ、前記第2のスイッチ(SW)と共に限
    流回路(84)を構成する抵抗(Rs)を更に備える、
    請求項1記載の欠相検出装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の相と前記第2の相との間に並
    列に接続された複数の電源消費対象(3a,3b)を更
    に備え、 一の前記電源消費対象は前記平滑コンデンサの出力を受
    けて交流に変換するインバータ部(INV)と、 前記電圧検出機構の検出結果に基づいて前記インバータ
    部の動作制御を行う制御部(CPU)とを有する、請求
    項1または請求項2記載の欠相検出装置。
  4. 【請求項4】 第1乃至第3の相(R,S,T)を有す
    る電源の、それぞれの相に接続された複数の配線と、 前記複数の配線間において設けられた濾波コンデンサ
    (CSR,CST,CTR)と、 前記複数の配線及びスイッチ(52)を介して前記電源
    に接続されたダイオードブリッジ(DB)と、 前記ダイオードブリッジの出力を受ける平滑コンデンサ
    (CPN)とを備え、前記スイッチを導通させて前記平滑
    コンデンサから直流を取り出す回路において、 (a)前記スイッチの導通に先立ち、前記第2の相
    (S)及び第3の相(T)のそれぞれにおいて前記配線
    と前記ダイオードブリッジの間とを導通させる工程と、 (b)前記工程(a)の後に前記平滑コンデンサの両端
    の電圧を測定する工程と、 (c)前記工程(b)の結果に基づいて前記スイッチの
    導通/非導通を決定する工程とを備える、欠相検出方
    法。
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