JP3460461B2 - 欠相検出方式 - Google Patents

欠相検出方式

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、整流回路と平滑コ
ンデンサを備え、3相交流を電源とする電力変換装置
(汎用インバータなど)の入力電源の欠相検出に適用す
る欠相検出方式に関する。
【0002】
【従来の技術】3相交流を入力とする、ダイオードブリ
ッジの整流回路と平滑コンデンサを備えた電力変換装置
の一例として電圧形インバータ装置がある。これを誘導
電動機の可変速制御に用いた場合の欠相検出の必要性を
説明する。図9は回路図、図10は波形図である。図
中、1は3相交流電源、2はダイオードブリッジの整流
回路、3は平滑コンデンサ、4は逆変換部(例えば、I
GBTブリッジ)、5は誘導電動機である。
【0003】正常な場合は、図10(a)に示すように
各線には120°区間電流(代表として電流iRを示
す)が流れ、また直流電圧Vdcも60°(電源周波数を
fとした場合、6f)のリップルを持つ平坦な波形とな
る。
【0004】もしも、整流回路2の入力側のF点に断線
が生じてS相欠相の状態になった場合には、残りのR、
Tを通じて直流電流idcを逆変換部4へ供給することと
なる。この時、線電流(例えば、電流iR)は図10
(b)に示すように180°(2f)に一回のみ通流
し、直流電圧Vdcのリップル(VPK1)も大となる。
【0005】このような欠相状態で正常時と同じ直流電
流idcを供給し続けるとすると、これまで6個のダイオ
ード(Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz)を通っていた電
流が4個のダイオード(Du,Dw,Dx,Dz)を通るこ
ととなり、電流のピーク値はIPK0からIPK1へと増大
し、約1.6倍となる。
【0006】通常、ダイオードは3相入力状態を条件に
選定しているため、欠相状態ではダイオードは過負荷と
なり、ピーク値IPK1が繰り返しピーク電流の最大値を
越えて破損することがある。従って、装置保護上、欠相
検出が必要となる。
【0007】図11に従来の一例を示す。図中、1は3
相交流電源、2はダイオードブリッジの整流回路、3は
平滑コンデンサ、4は逆変換部(例えば、IGBTブリ
ッジ)、5は誘導電動機、6はインバータ制御部、10
は過電圧あるいは過電流保護などを目的とする保護回
路、11は保護回路10の出力と欠相検出信号(後述)
の論理和をとるOR回路、12は欠相検出時など保護を
必要とする時にOR回路11の出力を受けてインバータ
ゲート信号の供給を停止させるゲート回路、31は入力
電圧の状態を検出するための変圧器、32はこの変圧器
31の出力に基づいて入力電圧状態を判定する欠相検出
回路である。なお、入力電圧の状態を検出するためにフ
ォトカプラ33を設け、その出力に基づいて欠相検出回
路32で入力電圧状態を判定する構成としたものもあ
る。
【0008】図12に従来の他の例を示す。図中、1は
3相交流電源、2はダイオードブリッジの整流回路、3
は平滑コンデンサ、4は逆変換部(例えば、IGBTブ
リッジ)、5は誘導電動機、6はインバータ制御部、7
は直流電圧検出回路、10は過電圧あるいは過電流保護
などを目的とする他の保護回路、11は保護回路10の
出力とリップル検出回路(後述)の出力との論理和をと
るOR回路、12は欠相検出時など保護を必要とする時
にOR回路11の出力を受けてインバータゲート信号の
供給を停止させるゲート回路、34は前記直流電圧検出
回路7の検出出力(直流電圧)のリップルを検出するリ
ップル検出回路で、直流電圧のリップルが一定レベル以
上増加した場合に欠相と判定する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図11に示す例では、
変圧器31(あるいはフォトカプラ33)、欠相検出回
路32など専用のセンサを必要とするため、コストが高
くなる。また、入力電圧の相順などを欠相検出回路32
で検出するため、1サイクル程度の極めて短い時間で検
出を行うことになり、応答速度上(この種の保護対象で
は、数秒の応答で十分である)、あるいはノイズなどの
外乱で誤動作し易く、安定性に欠ける。
【0010】一方、図12に示す例では、直流電圧のリ
ップルを検出し、そのレベルの増減から欠相を判定して
いるが、欠相した場合の直流電圧のリップルは、平滑コ
ンデンサ3と負荷電流の関係で一様に定まるものではな
く、リップル(VPK)の判定レベルを決定するには熟練
を要する。また、直流電圧のリップルは直流出力電流i
dcの大きさに応じて増減する傾向にあり、検出感度が鈍
い、といった問題点がある。
【0011】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、整流・平滑波形の周波数分析にFFT(Fast
Fourier Transform,高速フーリエ変
換)を適用することにより、欠相検出を確実に、かつ低
コストで行うことができる欠相検出方式を提供すること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、整流回路と平
滑コンデンサを備え、3相交流を入力とする電力変換装
置において、FFT演算機能を実装して、整流・平滑波
形の周波数分析にFFT演算を実施し、特定周波数成
分、例えば電源周波数fの2倍または6倍の周波数成分
2fまたは6fのレベル増減から入力電源の欠相を検出
するようにしたことを特徴とする。
【0013】本発明は、整流回路と平滑コンデンサを備
え、3相交流を入力とする電力変換装置において、直流
電圧、整流後の直流電流または平滑後の直流電流の周波
数分析にFFT演算機能を付加し、特定周波数成分、例
えば電源周波数fの2倍または6倍の周波数成分2fま
たは6fのレベル増減から入力電源の欠相を検出するよ
うにしたことを特徴とする。
【0014】また本発明は、整流回路と平滑コンデンサ
と逆変換部を備え、3相交流を入力とする電力変換装置
において、逆変換部の入力電流の周波数分析にFFT演
算機能を付加し、逆変換部の出力周波数に比例する周波
数成分を抽出してそのレベル増減から出力側の欠相を検
出するようにしたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1に本発明の実施形態1を示
す。図中、1は3相交流電源、2はダイオードブリッジ
の整流回路、3は平滑コンデンサ、4は逆変換部(例え
ば、IGBTブリッジ)、5は誘導電動機、6はインバ
ータ制御部、7は直流電圧検出回路、8はこの検出回路
7の電圧検出量にFFTを実施するFFT処理部、9は
入力電源周波数fに対する2倍の成分2fと6倍の成分
6fを抽出し、そのレベルの増減から入力電源の欠相を
判定する2f,6f検出部、10は過電圧あるいは過電
流保護などを目的とする他の保護回路、11は前記2
f,6f検出部9の欠相検出信号と他の保護回路10の
出力の論理和をとるOR回路、12は欠相検出時など保
護を必要とする時にOR回路11の出力を受けてインバ
ータゲート信号の供給を停止させるゲート回路である。
【0016】図2にFFTの入力と出力の関係を示す。
(a)はFFT演算、(b)は3相入力(正常)の場
合、(c)は欠相の場合である。例えば、サンプル値信
号x0〜x127を用い、FFT演算によって出力X0〜X
127を求める。この出力から2f,6f成分を抽出す
る。正常時には、図2(b)のように6f成分が多く検
出される。2f成分は6f成分に比較して十分に小さ
い。欠相時には、図2(c)のように6f成分が減少し
て2f成分が増加する。この2f,6f成分のレベル増
減の関係から欠相を判定する。その判定フローを図3、
図4に示す。
【0017】図3の場合は、Vdcデータサンプルを入力
し(ステップS1)、FFT演算を行い(S2)、その
結果の2f成分について2f≧LEVEL1か否かを判
断する(S3)。2f成分が予め設定された判定値LE
VEL1よりも大きい時(Yes時)に欠相と判定する
(S4)。Noの時はステップ1に戻る。判定値LEV
EL1は、2f成分に現れる外乱やノイズを除去する程
度の小さな値であり、電流idcが少ない場合でも従来の
他の例(図12)よりも確実に検出できる。
【0018】図4の場合は、LEVEL1以上の2f成
分の連続検出回数を計数する欠相カウンタを設け、より
確かな検出を行うようにしたものである。図3と同様
に、Vdcデータサンプルを入力し(S11)、FFT演
算を行い(S12)、その結果の2f成分について2f
≧LEVEL1か否かを判断する(S13)。この判断
がYesの場合、欠相カウンタのカウント数を増加させ
(S14)、欠相カウンタ≧LEVEL2か否かを判断
する(S15)。LEVEL2は回数であって、例えば
3回に設定する。Yes時、即ちLEVEL1以上の2
f成分が3回以上連続して検出された時には、欠相と判
定する(S16)。2f≧LEVEL1の判断(S1
3)でNoとなった時は欠相カウンタをクリアし(S1
7)、ステップ11に戻る。欠相カウンタ≧LEVEL
2の判断(S15)でNoとなった時も同様にステップ
11に戻る。
【0019】図5に本発明の実施形態2を示す。この実
施形態2では、整流回路2の出力電流iRP(または
RN)を電流検出器21で検出し、FFT処理部8の入
力としている。つまり、電流波形の周波数分析にFFT
を適用する。2f,6f検出部9により2f,6f成分
を抽出し、そのレベル増減の関係から欠相を判定するこ
とは前述の実施形態1と同様であり、同一構成部分(一
部省略)に同じ符号を付してその説明は省略する。な
お、電流波形は、図6に示すようになる。(a)は正常
時、(b)は欠相時である。
【0020】図7に本発明の実施形態3を示す。この実
施形態3では、逆変換部4の入力電流idc(またはi
dcN)を電流検出器22で検出し、FFT処理部8の入
力としている。つまり、実施形態2と同様に電流波形の
周波数分析にFFTを適用する。2f,6f検出部9に
より2f,6f成分を抽出し、そのレベル増減の関係か
ら欠相を判定することは前述の実施形態1と同様であ
り、同一構成部分(一部省略)に同じ符号を付してその
説明は省略する。
【0021】実施形態3の場合は、図8(a)(b)
(c)に示すように入力電源周波数fに対する2f,6
f成分を検出して入力電源の欠相判定に供するととも
に、インバータの出力周波数f´に対する2f´,6f
´成分を抽出し、2f´(または6f´)成分のレベル
増減から出力の欠相を判定する。図8の(a)は正常
時、(b)は入力欠相時、(c)は出力欠相時である。
入力欠相時には2f成分が増加(同時に、6f成分が減
少)し、出力欠相時には2f´成分が増加する。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、整流・平
滑後の直流電圧または直流電流の周波数成分は正常時と
欠相時では明瞭に変化するので、整流・平滑波形の周波
数分析にFFTを使うことによって欠相を確実に検出で
きる。また、直流電圧や直流電流の検出器は他用途のも
のと共用すればよいので、低コストで実現できる。更
に、逆変換部の入力電流を検出することにより、出力側
の欠相も検出可能である、といった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示すブロック図。
【図2】実施形態1のFFTの入出力関係を示すもの
で、(a)はFFT演算の入出力信号、(b)は3相入
力の場合の電圧波形及びスペクトル、(c)は欠相の場
合の電圧波形及びスペクトル。
【図3】実施形態1の欠相判定の一例を示すフロー図。
【図4】実施形態1の欠相判定の他の例を示すフロー
図。
【図5】本発明の実施形態2を示すブロック図。
【図6】実施形態2の電流波形を示すもので、(a)は
正常時、(b)は欠相時。
【図7】本発明の実施形態3を示すブロック図。
【図8】実施形態3の2f,2f´,6f,6f´成分
のスペクトルを示すもので、(a)は正常時、(b)は
入力欠相時、(c)は出力欠相時。
【図9】電圧形インバータ装置を用いた誘導電動機の可
変速制御装置の主回路構成を示す回路図。
【図10】欠相検出の必要性を説明するための波形図
で、(a)は3相入力(正常)の場合、(b)は欠相の
場合。
【図11】従来の一例を示すブロック図。
【図12】従来の他の例を示すブロック図。
【符号の説明】
1…3相交流電源 2…整流回路 3…平滑コンデンサ 4…逆変換部 5…誘導電動機 6…インバータ制御部 7…直流電圧検出回路 8…FFT処理部 9…2f,6f検出部 10…他の保護回路 11…OR回路 12…ゲート回路 21、22…電流検出器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 整流回路と平滑コンデンサを備え、3相
    交流を入力とする電力変換装置において、FFT演算機
    能を実装して、整流・平滑波形の周波数分析にFFT演
    算を実施し、特定周波数成分のレベル増減から入力電源
    の欠相を検出するようにしたことを特徴とする欠相検出
    方式。
  2. 【請求項2】 直流電圧、整流後の直流電流または平滑
    後の直流電流を分析対象としたことを特徴とする請求項
    1に記載の欠相検出方式。
  3. 【請求項3】 整流回路と平滑コンデンサと逆変換部を
    備え、3相交流を入力とする電力変換装置において、逆
    変換部の入力電流の周波数分析にFFT演算機能を付加
    し、逆変換部の出力周波数に比例する周波数成分を抽出
    してそのレベル増減から出力側の欠相を検出するように
    したことを特徴とする欠相検出方式。
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