JP3414001B2 - 欠相検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動機等が接続され
る三相電路等の欠相を正確に検出する欠相検出装置の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特公平４−６７４２５号公報に開示され
た従来の欠相検出装置を図８に示す。ＣＴ1、ＣＴ2、Ｃ
Ｔ3は三相電路２における電流を検出する電流検出手
段、１は電流検出手段の各出力信号が入力され三相全波
整流された整流信号１ａを出力する三相全波整流手段、
３は整流信号１ａの波高値に応じた波高値信号３ａを出
力する波高値検出手段、４は整流信号１ａの平均値に応
じた平均値信号４ａを出力する平均値検出手段、６は波
高値信号３ａと平均値信号４ａの各大きさＡ、Ｂとを用
いて演算を行い整流信号１ａの脈動率Ｒに応じた脈動率
信号６ａを出力する演算手段、１２は波高値信号３ａが
入力され該入力信号の大きさをＡを内蔵の第１設定電流
値Ｉ１と比較しＡ≧Ｉ１であると第１判定信号１２ａを
出力する第１判定手段、１３は波高値信号３ａが入力さ
れ該入力信号の大きさをＡを内蔵の第２設定電流値Ｉ２
と比較しＡ＜Ｉ２であると第２１判定信号１３ａを出力
し、Ａ≧Ｉ２であると第２２判定信号１３ｂを出力する
第２判定手段、１０はリセット信号１４ａが入力される
か又はタイムアップ信号１０ａを出力するか又はすると
初期状態にリセットされて計時動作を停止し、かつ第１
判定信号１２ａが入力されると計時動作を開始して設定
時間経過後タイムアップ信号１０ａを出力する計時手段
である。

【０００３】１４は第１基準値Ｒ１と第２基準値Ｒ２と
が設けられ、第２１判定信号１３ａが入力された場合に
は脈動率信号６ａの値Ｒと第１基準値Ｒ１とを比較しＲ
＜Ｒ１であればリセット信号１４ａを出力し、第２２判
定信号１３ｂが入力された場合には脈動率信号６ａの値
とを比較しＲ＜Ｒ２であればリセット信号１４ａを出力
する第３判定手段、１５は電源が投入されることにより
動作開始信号１５ａを出力する制御手段、１６は動作開
始信号１５ａが入力されると周期ΔＴで駆動信号１６ａ
を出力する信号発生手段とにより欠相検出装置を構成さ
せている。

【０００４】以上のように構成された従来の欠相検出装
置の動作を説明する。今、電路２に欠相状態が発生した
ためＡの大きさがＩ１≦Ａ＜Ｉ２になりＲ≧Ｒ１になっ
たとすると、信号１２ａが出力されるので計時手段１０
が計時動作を開始し、一方判定手段１４では基準値Ｒ１
が選択されるがＲ≧Ｒ１のため該手段１４からリセット
信号１４ａは出力されない。そして、脈動率Ｒを（Ａ−
Ｂ）／Ａにより演算し、脈動率Ｒが第１基準値Ｒ１、第
２基準値Ｒ２よりも大きいと、計数手段１０がカウント
アップして、欠相信号を出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の欠相検出装置に
おいては図９に示すように歪波が生じた場合、歪波形の
ピーク値Ａｕ、正常波形のピーク値Ａｎとすると、歪波
が生じているときの脈動率は、Ｒｕ＝（Ａｕ−Ｂ）／Ａ
ｕとなり、正常なときの脈動率は、Ｒｎ＝（Ａｎ−Ｂ）
／Ａｎとなり、Ａｕ＞Ａｎであるため、ほとんどがＲｕ
＞Ｒｎとなり歪波形のピーク値Ａｕを使用して脈動率Ｒ
を演算した場合、誤って欠相検出する場合がある。

【０００６】この発明は、上記に示す問題点を解決する
ためになされたもので、負荷電流に歪が発生しても誤っ
て欠相検出しにくい欠相検出装置を提供することを目的
とする。

【０００７】又、他の目的は不平衡な負荷電流が流れて
誤って欠相検出しにくい欠相検出装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の欠相検出
装置は、三相電路における電流を検出する電流検出手段
と、上記電流検出手段により検出された出力を整流する
整流手段と、上記整流手段の出力を増幅する増幅手段
と、上記増幅手段の出力を用いて上記三相電路の欠相を
判定する基準電圧を得る基準電圧生成手段と、上記増幅
手段の出力電圧値と上記基準電圧生成手段の基準電圧値
を比較する比較手段とを備え、上記基準電圧値が上記出
力電圧値よりも予め定めた時間継続して大きい場合、上
記三相電路が欠相と判断する演算手段を備えたことを特
徴とするものである。

【０００９】また、請求項１記載の欠相検出装置は、上
記増幅手段の出力電圧の最大値と最小値を用いて上記三
相電路の不平衡の程度を判定する判定電圧を得る判定電
圧生成手段と、上記判定電圧生成手段の判定電圧値と上
記増幅手段の出力電圧値を比較する不平衡比較手段と、
上記判定電圧値が上記出力電圧値よりも予め定めた時間
大きいか否かにより上記三相電路の欠相を判定する基準
電圧値を変化させる基準電圧変化手段とを備えたことを
特徴とするものである。

【００１０】請求項２記載の欠相検出装置は、演算手段
は予め定めた時間を負荷の過電流耐量時間以下となるよ
うに設定したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】請求項１記載の欠相検出装置によれば、電流検
出手段は三相電路における電流を検出し、整流手段は電
流検出手段の出力を整流し、増幅手段は上記整流手段の
出力を増幅し、基準電圧生成手段は上記増幅器の出力電
圧を入力して上記三相電路の欠相を判定する基準電圧を
生成し、比較手段は上記増幅手段の出力電圧値と上記基
準電圧生成手段の基準電圧値を比較し、演算手段は上記
基準電圧値が上記出力電圧値よりも予め定めた時間継続
して大きい場合、上記三相電路が欠相と判断する。

【００１２】また、請求項１記載の欠相検出装置によれ
ば、判定電圧生成手段は出力電圧の最大値と最小値を用
いて上記三相電路の不平衡の程度を判定する判定電圧を
生成し、不平衡比較手段は上記判定電圧生成手段の判定
電圧値と上記演算手段の出力電圧値を比較し、基準電圧
変化手段は上記判定電圧値が上記出力電圧値よりも予め
定めた時間大きいか否かにより欠相を判定する基準電圧
値を変化させる。

【００１３】請求項２記載の欠相検出装置によれば、演
算手段は予め定めた時間を負荷の過電流耐量時間以下と
なると欠相と判定する。

【００１４】

【実施例】

実施例１．この発明の実施例である欠相検出装置を図１
に示す。図中、従来と同一符号は同一又は相当部分を示
す。２１は三相交流電源(以下、「電源」という。）、２
２は電源２１に接続されたモーター２２である。ＣＴ
１、ＣＴ２は三相電路２における電流を検出する電流検
出手段としての変流器、Ｓ１は変流器ＣＴ１、ＣＴ２の
出力を整流する整流手段としての三相全波整流器、３０
は演算増幅器１３の入力電流を制限する抵抗、３１は三
相全波整流器Ｓ１により整流された電圧を増幅する増幅
手段としての演算増幅器、３２、３３は演算増幅器のゲ
インＧを決める抵抗で、それぞれ抵抗値Ｒ１２、Ｒ１３
を有する。なお、ゲインＧはＲ１２／Ｒ１３＋１とな
る。３５はマイクロコンピューター（以下、「マイコ
ン」という。）で、このマイコン３５は演算部により演
算増幅器３１の出力電圧Ｅ１を入力して演算等する。３
７はマイコン３５のアナログ出力端子ＤＡ１から出力さ
れる基準電圧値又は判定電圧値と演算増幅器３１からの
出力電圧Ｅ１とを比較する比較手段又は不平衡比較手段
としてのコンパレーター、３８はコンデンサである。図
２は欠相検出装置の各部の波形図である。図２におい
て、Ｅ１は演算増幅器の出力電圧を示し、Ｅ３は欠相と
判定する基準電圧である。

【００１５】次に、欠相検出装置の動作について、図３
のフローチャートを参照して説明する。なお、下記のフ
ローチャートを実行すると基準電圧生成手段と演算手段
を実行することになる。まず、基準電圧Ｅ３を演算する
ための演算増幅器３１の出力電圧Ｅ１のマイコン３５へ
一周期の入力回数、すなわち、サンプリング回数ＣＮを
８回に設定する。欠相モードを判定するレジスタＳＰに
フラグ０を設定する(以下、ＳＰ＿Ｆ＝０という。）。
欠相の判定は欠相モードが設定回数に到達すると、欠相
と判定し、該設定回数を欠相カウンターＰＨに３０を設
定する。これより、欠相モードが３０回に達すると欠相
と判定する。欠相と判定する基準電圧Ｅ３の初期設定を
０．４Ｅｎにする。なお、Ｅｎはモーター２に定格電流
が流れた場合の演算増幅器３１の出力電圧をいう。又、
欠相モードの周期をタイマＦＭにより設定し、この設定
値を０．１Ｓｅｃとする。サンプリング周期をタイマＳ
Ｔにより設定し、この設定値は電源周波数が６０ＨＺの
場合１ｍｓｅｃに設定する（ステップ１０１）。ここ
で、出力電圧Ｅ１のサンプリング周期ＳＴとサンプリン
グ回数ＣＮの積、すなわち、欠相モードの一周期の合計
サンプリング周期を１ｍｓｅｃ×８＝８ｍｓｅｃにした
のは電源周波数の半周期以内にするためである。

【００１６】次に、タイマＦＭ及びタイマＳＴのタイマ
をスタートさせる（ステップ１０２）。タイマＦＭがタ
イムアップしているか否かを判定し（ステップ１０
３）、タイムアップしていなければ、該判定を継続す
る。タイムアップしておれば、タイマＴＭ２がタイムア
ップしているか否かを判定し（ステップ１０４）、タイ
ムアップしていなければ、該判定を継続する。タイムア
ップしておれば、演算増幅器３１の出力電圧Ｅ１をマイ
コン３５に入力する（ステップ１０５）。欠相モードか
否かをＳＰ＿Ｆのフラグが１か否かで判定し（ステップ
１２０）、初期設定がＳＰ＿Ｆが０であるので、基準電
圧Ｅ３をコンパレータ３７の入力側の一方に出力し（ス
テップ１２１）、基準電圧Ｅ３と出力電圧Ｅ１をコンパ
レータ３７により比較し（ステップ１２２）、Ｅ３＞Ｅ
１であれば、欠相モードと判断して、ＳＰ＿Ｆに１を設
定する。同時に欠相カウンターＰＨを１減算させ（ステ
ップ１２３）、サンプリング回数ＣＮを１減算させ（ス
テップ１２５）、該ＣＮがゼロか否か判定し（ステップ
１２６）、ゼロでなければ、欠相モードが継続している
ので、ステップ１０４、１０５、１２５、１２６を順次
実行して出力電圧Ｅ１をマイコン３５に８回入力する。
従って、ステップ１２６においてサンプリング回数ＣＮ
はゼロとなる。一方、Ｅ３＞Ｅ１でなければ、欠相カウ
ンターＰＨに３０を設定する(ステップ１２４）。これ
により、欠相カウンターＰＨの値は初期設定と同様とな
る。

【００１７】ステップ１２６においてサンプリング回数
ＣＮがゼロになると、新たに、該回数ＣＮに８を設定
し、欠相モードをリセットするためにＳＰ＿Ｆのフラグ
に０を設定する。積算した出力電圧Ｅ１を平均した平均
電圧Ｅａｖｅを求める（ステップ１３０）。基準電圧Ｅ
３を０．４Ｅａｖｅにより求めて、その値を設定する
（ステップ１３１）。なお、該設定値が新たな基準電圧
Ｅ３となる。欠相カウンターＰＨがゼロか否かを判定し
（ステップ１５０）、ゼロでなければ、ステップ１０３
〜１０５を実行し、ＳＰ＿Ｆがゼロであるので、欠相モ
ードでないと判定し（ステップ１２０）、ステップ１２
１、１２２を実行し、Ｅ３＞Ｅ１が継続しておれば、ス
テップ１２３においてＳＰ＿Ｆに１を設定し、欠相カウ
ンターＰＨを１減算し、ステップ１２５、１２６、１０
４、１０５を順次実行し、サンプリング回数ＣＮがゼロ
になると、ステップ１３０、１３１を実行する。 欠相
モードを３０回くり返し、欠相カウンターＰＨがゼロに
なり、欠相カウンターＰＨに３０を設定し（ステップ１
５１）、欠相信号を出力する（ステップ１５２）。次に
ＦＭタイマがタイムアップしているか否かを判定する
（ステップ１０３）。すなわち、欠相モードの検出によ
り、０．１Ｓｅｃ経過する度に、出力電圧Ｅ１を１ｍｓ
ｅｃ毎に、８回マイコンに入力した出力電圧Ｅ１を平均
した基準電圧Ｅ３とし、この基準電圧Ｅ３と出力電圧Ｅ
１とを比較し、欠相モードが３０回継続すると欠相と判
定する。

【００１８】なお、上記の実施例では欠相の検出時間は
３秒としたが、この時間に限るものではない。該検出時
間はモーター２２等の機器の過負荷耐量時間よりも短く
設定するのが一般である。又、上記の実施例では出力電
圧Ｅ１を０．１Ｓｅｃ経過する度に、入力して基準電圧
Ｅ３を設定したが、欠相状態ではモーター２２の負荷電
流は余り変化しないので、基準電圧Ｅ３を０．１Ｓｅｃ
毎に設定し直すことは必ずしも必要でない。

【００１９】実施例２．実施例１はモーター２２に流れ
る電流が同一の不平衡率でも平均出力電圧Ｅａｖｅが変
化するので、基準電圧Ｅ３も変化する。従って、所定の
検出精度により三相電路２の欠相を検出することができ
ない。この発明の実施例２はこの点を改良するものであ
る。基準電圧Ｅ３の値を各相の不平衡の程度を検出して
変化させるものでものである。図４にモーター２２の二
相に不平衡な電流が流れた場合、不平衡率＝４５％とす
ると、各相の電流ピーク値をＩRe、ＩSe、ＩTeとすると
公知の不平衡率算定表により、ＩRe：ＩSe：ＩTe＝１：
０．６：０．６となる。一方、図５にモーター２２の一
相に不平衡な電流が流れた場合、各相の電流ピーク値は
ＩRe：ＩSe：ＩTe＝１：１：０．４５となる。

【００２０】今、一相が不平衡な場合、出力電圧Ｅ１の
最小の相電圧のピーク値をＥ１１ｍとするとＥ１１ｍ＝
Ｋ１・Ｅａｖｅとなる。又、二相が不平衡な場合、出力
電圧Ｅ１の最小の相電圧のピーク値をＥ１２ｍとする
と、Ｅ１２ｍ＝Ｋ２・Ｅａｖｅとなる。なお、Ｋ１、Ｋ
２は基準電圧を変化させる係数である。上式において係
数Ｋ１、Ｋ２を満足するように設定すれば所望の不平衡
率で誤検出することなく欠相検出が行える。

【００２１】次に、図６のフローチャートに従って欠相
検出装置の動作について説明する。図６において、ステ
ップ１０２〜１０５、ステップ１２０〜１２６、ステッ
プ１５０〜１５２は実施例１と同様であるので、説明を
省略する。なお、下記のフローチャートを実行すると判
定電圧生成手段と基準電圧変化手段を実行したことにな
る。まず、実施例１と同様にサンプリング回数ＣＮに
８、欠相カウンターＰＨに３０を設定する。次に、基準
電圧Ｅ３にＫ・Ｅｎ、なお、Ｋは電圧設定比率である。
又、係数Ｋ１及び係数Ｋ２を入力してＫを（Ｋ１＋Ｋ
２）／２により演算して設定し、不平衡カウンターＵＣ
Ｎに８を設定する。、Ｅ１の最大値ＥｍａｘとＥ１の最
小電圧値ＥｍｉｎとしてそれそれＥｎを設定、不平衡の
程度を判定する判定電圧ＥＢにＫＥｎを設定する（ステ
ップ１０１ａ）。

【００２２】出力電圧Ｅ１と判定電圧ＥＢを比較し（ス
テップ１０６）、Ｅ１＜ＥＢであれば、不平衡カウンタ
ーＵＣＮをＵＣＮ＝ＵＣＮ−１とし（ステップ１０
７）、出力電圧Ｅ１と出力電圧の最大値Ｅｍａｘを比較
する（ステップ１０８）。なお、Ｅ１＜ＥＢでなければ
直接ステップ１０８を実行する。比較の結果、Ｅ１＞Ｅ
ｍａｘであれば、Ｅｍａｘに該出力電圧Ｅ１を設定し
（ステップ１０９）、一方、Ｅ１＞Ｅｍａｘでなけれ
ば、出力電圧Ｅ１と出力電圧の最小値Ｅｍｉｎを比較し
（ステップ１１０）、比較の結果、Ｅ１＜Ｅｍｉｎであ
れば、Ｅ１ｍｉｎにＥ１を設定する（ステップ１１
１）。一方、Ｅ１＜Ｅｍｉｎでなければ、ステップ１１
０は実行されない。

【００２３】次に、ステップ１３０ａにおいて、サンプ
リング回数ＣＮに８を設定し、ＳＰ＿Ｆにゼロを設定す
る。又、平均電圧Ｅａｖｅを求め、判定電圧ＥＢを（Ｅ
ｍａｘ＋Ｅｍｉｎ）／２により求めて設定する。不平衡
カウンターＵＣＮ＜４であるか否か判定し（ステップ１
４０）、ＵＣＮ＜４であれば、負荷電流の１相電流が大
きく、他の２相電流が小さい不平衡電流であるとしてＫ
＝Ｋ１とする（ステップ１４１）。ＵＣＮ＜４でなけれ
ば、負荷電流の２相電流が大きく、他の１相電流が小さ
い不平衡電流であるとしてＫ＝Ｋ２とする（ステップ１
４２）。、基準電圧Ｅ３にＫ・Ｅａｖｅを演算して設定
する（ステップ１４３）。上記の実施例のように負荷電
流の不平衡に応じてＫを変化させることにより、欠相検
出を感度良く検出することができる。

【００２４】実施例３．この実施例は欠相検出の速応性
を向上させたものである。図７のフローチャートに参照
してこの実施例を説明する。ステップ１０２〜１０５
と、ステップ１２０〜１２６と、ステップ１５０〜１５
２は実施例１と同一又は同一相当であるので、説明を省
略する。

【００２５】まず、サンプリング回数ＣＮに７を設定す
る。ＳＰ＿Ｆ＝０を設定し、欠相カウンターＰＨに３０
を設定する。欠相と判定する基準電圧Ｅ３の初期設定を
０．４Ｅｎに設定する。又、欠相モードの周期をタイマ
ＦＭにより設定し、この設定値を０．１Ｓｅｃとする。
サンプリング周期をタイマＳＴにより設定し、この設定
値は電源周波数が６０ＨＺの場合０．４ｍｓｅｃに設定
する（ステップ１０１ｂ）。ステップ１３０ｂにおい
て、サンプリング回数ＣＮに７を設定し、ＳＰ＿Ｆ＝０
を設定し、平均電圧Ｅａｖｅを求める。次に、平均電圧
Ｅａｖｅを前回の平均電圧Ｅａｖｅ-1と比較し（ステッ
プ１４５）、Ｅａｖｅ-1＜Ｅａｖｅであれば、Ｅ３を
０．４Ｅａｖｅにより演算して設定し（ステップ１４
６）、ステップ１５０を実行する。一方、Ｅａｖｅ-1＜
Ｅａｖｅでなければ、直接ステップ１５０を実行する。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の欠相検出装置によれば、
三相電路における電流を検出する電流検出手段と、上記
電流検出手段により検出された出力を整流する整流手段
と、上記整流手段の出力を増幅する増幅手段と、上記増
幅手段の出力を用いて上記三相電路の欠相を判定する基
準電圧を得る基準電圧生成手段と、上記増幅手段の出力
電圧値と上記基準電圧生成手段の基準電圧値を比較する
比較手段と、上記基準電圧値が上記出力電圧値よりも予
め定めた時間継続して大きい場合、上記三相電路が欠相
と判断する演算手段とを備えたので、負荷電流が歪み波
となっても誤って欠相検出することを防止することがで
きる欠相検出装置を得る効果がある。

【００２７】また、請求項１記載の欠相検出装置によれ
ば、上記増幅手段の出力電圧の最大値と最小値を用いて
上記三相電路の不平衡の程度を判定する判定電圧を得る
判定電圧生成手段と、上記判定電圧生成手段の判定電圧
値と上記増幅手段の出力電圧値を比較する不平衡比較手
段と、上記判定電圧値が上記出力電圧値よりも予め定め
た時間大きいか否かにより上記三相電路の欠相を判定す
る基準電圧値を変化させる基準電圧変化手段とを備えた
ので、各相の不平衡の程度が異なっても欠相検出するこ
とを防止することができる欠相検出装置を得る効果があ
る。

【００２８】請求項２記載の欠相検出装置によれば、演
算手段は予め定めた時間を負荷の過電流耐量時間以下と
したので、負荷機器を確実に欠相から保護できる欠相検
出装置を得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例による欠相検出装置を示す
構成図である。

【図２】 この発明の実施例による負荷電流の波形図で
ある。

【図３】 この発明の実施例による欠相検出装置の動作
を示すフローチャートである。

【図４】 この発明の他の実施例による負荷電流の波形
図である。

【図５】 この発明の他の実施例による負荷電流の波形
図である。

【図６】 この発明の他の実施例による欠相検出装置の
動作を示すフローチャートである。

【図７】 この発明の他の実施例による欠相検出装置の
動作を示すフローチャートである。

【図８】 従来の欠相検出装置を示す構成図である。

【図９】 従来の欠相検出装置による負荷電流の歪波形
図である。

【符号の説明】

３１ 増幅手段、３７ 比較手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−170315（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165367（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−67425（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−32154（ＪＰ，Ｂ１) 実公 平２−46206（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/13 H02H 7/09 - 7/097

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三相電路における電流を検出する電流検出
   手段と、 上記電流検出手段により検出された出力を整流する整流
   手段と、 上記整流手段の出力を増幅する増幅手段と、 上記増幅手段の出力を用いて上記三相電路の欠相を判定
   する基準電圧を得る基準電圧生成手段と、 上記増幅手段の出力電圧値と上記基準電圧生成手段の基
   準電圧値を比較する比較手段と、 上記基準電圧値が上記出力電圧値よりも予め定めた時間
   継続して大きい場合、上記三相電路が欠相と判断する演
   算手段と、 上記増幅手段の出力電圧の最大値と最小値を用いて上記
   三相電路の不平衡の程度を判定する判定電圧を得る判定
   電圧生成手段と、 上記判定電圧生成手段の判定電圧値と上記増幅手段の出
   力電圧値を比較する不平衡比較手段と、 上記判定電圧値が上記出力電圧値よりも予め定めた時間
   大きいか否かにより上記三相電路の欠相を判定する基準
   電圧値を変化させる基準電圧変化手段と、 を備えたことを特徴とする欠相検出装置。
2. 【請求項２】上記演算手段は予め定めた時間を負荷の過
   電流耐量時間以下となるように設定したことを特徴とす
   る請求項１記載の欠相検出装置。