JP4019347B2 - 三相電源の欠相検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三相電源の欠相を検出するための三相電源の欠相検出方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
三相電源の欠相を検出する方法として、各相の位相差を監視して規定の差を保持しているかどうかを検出する方法が一般に行われている。例えば、図４のもの（例えば、図に示すものは業務用冷蔵庫などの設備機器に用いられるものである）では、フォトカプラｐｃ１〜３を介して各相Ｒ、Ｔ、Ｓの電圧をマイクロコンピュータ（ワンチップＣＰＵ）ＭＰＵの割り込み入力ＩＮＴ０〜２に入力し、割り込みを使って各相の位相差を検出するようにしている。
【０００３】
すなわち、図５（ａ）の三相電圧は、フォトカプラ（この場合、シュミット回路付）ｐｃ１〜３を介してマイクロコンピュータＭＰＵの割り込み入力ＩＮＴ０〜２に、図５（ｂ）に示すような１２０度の位相差をもった三相パルス電圧となって入力されるようになっている。
【０００４】
このようなパルス電圧の入力されるマイクロコンピュータＭＰＵでは、割り込み入力ＩＮＴ０、割り込み入力ＩＮＴ１、割り込み入力ＩＮＴ２に入力される三相パルスの立ち下がり（または、立ち上がり）で割り込みを発生するように設定してある。
【０００５】
そのため、例えば、図６（ａ）に示すように、割り込み入力ＩＮＴ０に入力したパルスの立ち下がりで割り込みが発生すると、内蔵タイマを作動させて、割り込み入力ＩＮＴ１に入力するパルス電圧の立ち下がりによる割り込みの発生時間Ｔ２と、割り込み入力２（ＩＮＴ２）に入力するパルス電圧の立ち下がりによる割り込みの発生時間Ｔ１を測定する。
【０００６】
この計時時間は、交流周波数が５０Ｈｚの場合、Ｔ１≒３．３（ｍｓ）、Ｔ２≒６．７（ｍｓ）であり、６０Ｈｚの場合、Ｔ１≒２．８（ｍｓ）、Ｔ２≒５．６（ｍｓ）となる。
【０００７】
一方、欠相の場合は、例えば、図６（ｂ）に示すように、２つの相が同相となり、残りが１８０°位相のずれた反転波形となる。このとき、どの相が同相となるかは、接続されている負荷によって変わるが、マイクロコンピュータＭＰＵからみれば、特別な差はなく、Ｔ１＝Ｔ２となり、５０Ｈｚの場合、Ｔ１＝Ｔ２＝１０（ｍｓ）、６０Ｈｚの場合、Ｔ１＝Ｔ２＝８．３（ｍｓ）となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のパルス電圧の立ち下がり（立ち上がり）で各相の位相差を測定する方法では、短時間で精度よく欠相を検出できない問題があった。
【０００９】
すなわち、実際にマイクロコンピュータに入力する波形を観測してみると、観測波形には、図７（ａ）のようなノイズがランダムに重畳している。
【００１０】
また、周波数も１サイクル毎に見れば変動しており、欠相の場合は、図７（ｂ）のように、電圧の不平衡により必ずしも理論通りのＤＵＴＹ比が５０％の波形とならずに位相にもずれが生じてしまうのである。
【００１１】
そのため、ノイズが重畳した場合は、ノイズをパルスの立ち下がり（立ち上がり）として誤った位相差を測定してしまう。また、電圧不平衡による位相のずれが生じた場合は、曖昧な値を測定してしまう。
【００１２】
これでは、たとえ複数回の測定を行って、検出精度を確保しようとしても毎回値が変化するため、短時間で精度よく欠相を検出することができなかった。
【００１３】
そこで、この発明の課題は、ノイズがあっても、また、ＤＵＴＹ比が５０％でなくとも精度よく短時間で欠相を検出することができるようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明では、三相電源の各相をパルス波形に整形し、その整形した三相パルス波形の一つの相を基準として、その基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりを基点とし、他相のパルスの立ち上がりあるいは立ち下がりとの位相差をタイマ手段により計時して、その計時した位相差に基づいて欠相の有無を検出する三相電源の欠相検出方法において、
上記基準とした一つの相の基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりで、各相のパルスのレベルを所定の間隔でサンプリングし、そのサンプリングした各相のサンプリング値の「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数を計数し、計数した「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定するという方法を採用したのである。
【００１５】
このような方法を採用することにより、各相パルスの複数のサンプリング値の「Ｈ」または「Ｌ」のレベルの数を計数し、規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判断する。このため、例えば、サンプリングした値の幾つかにノイズの値が含まれていても誤検出を起こし難く大幅に低減できる。
【００１６】
また、電圧不平衡によりＤＵＴＹ比５０％の波形とならずに位相にずれが生じた場合でも、複数のサンプリング値の「Ｈ」または「Ｌ」のレベルの数を計数した値に基づいて欠相の有無を検出しているので、例えば、ＤＵＴＹ比５０％でなくともサンプリング値が規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判断し欠相として検出できる。
【００１７】
このとき、三相電源の各相をパルス波形に整形する波形整形手段と、前記整形手段が整形した三相パルス波形の一つの相を基準として、その基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりを基点とし、各相のパルスのレベル値を所定の間隔でサンプリングするサンプリング手段とを備え、前記サンプリングした各相のサンプリング値の「Ｈ」あるいは「Ｌ」レベルの数を計数し、その計数した「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定するという構成を採用することができる。
【００１８】
このような構成を採用することにより、サンプリング手段でサンプリングしたパルス波形の「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に基づいて欠相を検出できる。
【００１９】
また、このとき、上記整形手段とサンプリング手段とを、三相電源の各相に接続されるフォトカプラと、その各相に接続されたフォトカプラ出力が割り込み入力に接続されたマイクロコンピュータとで構成し、前記マイクロコンピュータが割り込み入力に入力されるフォトカプラの整形した三相パルス波形の一つの相を基準として、その基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりを基点とし、各相のパルスのレベル値を所定の間隔でサンプリングし、そのサンプリングした各相のサンプリング値の「Ｈ」あるいは「Ｌ」レベルの数を計数し、その計数した「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定するようにした構成を採用することもできる。
【００２０】
このような構成を採用することにより、割り込み入力に入力したパルスのレベル値をソフトウェアによって読み込み、読み込んだレベル（「Ｈ」または「Ｌ」）の計数した数に基づいて欠相の検出を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この形態の三相電源の欠相検出装置は、フォトカプラとマイクロコンピュータとを用いたもので、業務用冷蔵庫などの設備機器に用いられるものである。
【００２２】
この三相電源の欠相検出装置は、各相Ｒ、Ｔ、Ｓの電圧をフォトカプラ（波形整形回路を有する）を介して、図１のように、マイクロコンピュータＭＰＵの割り込み入力ＩＮＴ０〜２に入力し、三相電源と対応した三相パルス電圧が入力されるようにしてある。
【００２３】
なお、他の構成やその他の接続（例えば負荷などの外部の接続）については図４のものと同じなので、説明は省略する。
【００２４】
そして、この形態の場合、内蔵タイマＴをソフトウェアプログラムにより、インターバルタイマとして使用しており、従来例と異なり、割り込み入力ＩＮＴ０〜２へ入力するパルスをサンプリングするようになっている。
【００２５】
すなわち、マイクロコンピュータＭＰＵの割り込み入力ＩＮＴ０〜２は、図１に模式的に示すように、例えば、割り込み入力ＩＮＴ０で内蔵タイマＴが入力パルスの立ち下がり（立ち上がり）でトリガされると、トリガされた内蔵タイマＴのタイムアップで、ゲート回路Ｇ０〜２を開閉することにより、内蔵タイマＴの規定のインターバル（例えば、１ｍｓ）で、割り込み入力ＩＮＴ０、割り込み入力ＩＮＴ１と割り込み入力ＩＮＴ２の入力パルスを繰り返し（５回程度）サンプリングできるようにしてある。そして、サンプリングしたパルスのレベルが「Ｈ」または「Ｌ」かをマイクロコンピュータＭＰＵが読み込むようになっている。
【００２６】
この形態は以上のように構成されており、例えば、割り込み入力ＩＮＴ０にフォトカプラｐｃ１を介して、図２に示すように、パルスに波形整形された交流電源の一つの相Ｒの電圧が入力すると、この形態の場合、入力パルス電圧の立ち下がりで内蔵タイマＴがトリガされ、規定の周期でタイムアップ信号を出力する。すると、図２（ａ）に示すように、割り込み入力ＩＮＴ０〜割り込み入力ＩＮＴ２に入力するパルス電圧が、Ａ〜Ｅのようにサンプリングされ、サンプリングされたレベルが「Ｌ」か「Ｈ」か読み込まれる。このとき、サンプリングされるレベル値は、ノイズが無いと仮定した場合は、図３（ａ）に示すように割り込み入力ＩＮＴ０の全てのサンプリング値は「Ｌ」レベルとなり、割り込み入力ＩＮＴ１の全てのサンプリング値は「Ｈ」となる。また、割り込み入力ＩＮＴ２のサンプリング値は「Ｌ」が３、「Ｈ」が２となる。
【００２７】
このとき、図２（ａ）のように、割り込み入力ＩＮＴ０と割り込み入力ＩＮＴ２にノイズが重畳し、その重畳したノイズをサンプリングして、そのサンプリング値が「Ｈ」となったとしても、サンプル値全てが「Ｈ」となるわけではなく、規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定することができるので、誤検出を大幅に低減できる。
【００２８】
なお、この規定値については、サンプリング周期やノイズの発生形態によって適宜決めることができる。
【００２９】
一方、欠相が生じた場合は、例えば、図２（ｂ）のように、割り込み入力ＩＮＴ１と割り込み入力ＩＮＴ２のパルス電圧の位相差が無くなると、図３（ｂ）に示すように、Ｆ〜Ｊのサンプリングにおいて、割り込み入力ＩＮＴ０のサンプリング値は全て「Ｌ」レベルとなり、割り込み入力ＩＮＴ１は全て「Ｌ」、割り込み入力ＩＮＴ２は全て「Ｈ」となる。このため、前述の欠相が無い場合と異なるパターンとなり、欠相の有無が検出できる。
【００３０】
このとき、欠相のＤＵＴＹ比が５０％の波形とならずに、波形の位相にずれが生じた場合でも、図２（ｂ）のように、有効なサンプル値を得ることができる。
【００３１】
また、図２（ｂ）と逆に、ＤＵＴＹ比が５０％以下となった場合は、割り込み入力ＩＮＴ２のサンプリング値全てが「Ｈ」となるわけではないが、割り込み入力ＩＮＴ０及びＩＮＴ１のサンプリング値の結果と合わせて規定以上が「Ｈ」であれば、欠相と判断することができる。
【００３２】
このとき、ノイズが重畳した場合も同様のことが言えるので、ノイズによる誤検出も大幅に低減できる。
【００３３】
例えば、１ｍｓ間隔のサンプリングで、５０、６０Ｈｚとも正常な場合は、「Ｈ」が７以上、欠相のときは、「Ｈ」が５以下となるので、これを参考に規定値を適宜設定すればよい。
【００３４】
また、このように一周期の電圧波形のサンプリングからでも異常を検出できるが、精度を向上させるためには、複数回検出を行って、同一の検出結果を複数得た場合に最終判定を行うようにすることで、欠相を精度よく検出することができる。
【００３５】
因みに、マイクロコンピュータＭＰＵは、１ｍｓのサンプリングにより、１０^-6〜１０ ^-3 程度のレベルのノイズの影響を除去することができた。
【００３６】
なお、この形態では、フォトカプラとマイクロコンピュータを用いたものを示したが、この構成に限定されるものではなく、これ以外の構成であっても良い。また、マイクロコンピュータを用いるようなデジタル式に限定されるものではなく、アナログ回路を用いたアナログ式であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は以上のように構成したことにより、誤検出が少なく、精度良く検出できるので、短時間で欠相を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の要部のブロック図
【図２】（ａ）、（ｂ）実施形態の作用説明図
【図３】（ａ）、（ｂ）実施形態の作用説明図
【図４】従来例のブロック図
【図５】（ａ）、（ｂ）従来例の作用説明図
【図６】（ａ）、（ｂ）従来例の作用説明図
【図７】（ａ）、（ｂ）従来例の作用説明図
【符号の説明】
ＩＮＴ０〜２ 割り込み入力
ＭＰＵ マイクロコンピュータ
ｐｃ１〜３ フォトカプラ
Ｒ、Ｔ、Ｓ 相
Ｔ 内蔵タイマ

Claims (3)

1. 三相電源の各相をパルス波形に整形し、その整形した三相パルス波形の一つの相を基準として、その基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりを基点とし、他相のパルスの立ち上がりあるいは立ち下がりとの位相差をタイマ手段により計時して、その計時した位相差に基づいて欠相の有無を検出する三相電源の欠相検出方法において、
   上記基準とした一つの相の基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりで、各相のパルスのレベルを所定の間隔でサンプリングし、そのサンプリングした各相のサンプリング値の「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数を計数し、計数した「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定する三相電源の欠相検出方法。
2. 三相電源の各相をパルス波形に整形する波形整形手段と、前記整形手段が整形した三相パルス波形の一つの相を基準として、その基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりを基点とし、各相のパルスのレベル値を所定の間隔でサンプリングするサンプリング手段とを備え、
   前記サンプリングした各相のサンプリング値の「Ｈ」あるいは「Ｌ」レベルの数を計数し、その計数した「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定する三相電源の欠相検出装置。
3. 上記整形手段とサンプリング手段とを、三相電源の各相に接続されるフォトカプラと、その各相に接続されたフォトカプラ出力が割り込み入力に接続されたマイクロコンピュータとで構成し、前記マイクロコンピュータが割り込み入力に入力されるフォトカプラの整形した三相パルス波形の一つの相を基準として、その基準パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりを基点とし、各相のパルスのレベル値を所定の間隔でサンプリングし、そのサンプリングした各相のサンプリング値の「Ｈ」あるいは「Ｌ」レベルの数を計数し、その計数した「Ｈ」または「Ｌ」レベルの数に規定以上の「Ｈ」または「Ｌ」があれば正常と判定する請求項２に記載の三相電源の欠相検出装置。

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