JP5198491B2 - 負荷の異常検出装置 - Google Patents
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Description
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、負荷の短絡を電気的に迅速かつ確実に検出することができる負荷の異常検出装置を得ることを目的とする。
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は静電容量が負荷の静電容量の1/k(kは1より大きい定数)であって負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するコンデンサを有するものであり、
異常検出手段は、負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷の電流を定数kで除算して除算値を求める除算手段とを有するものであって、コンデンサを流れる電流と除算値との差に基づいて負荷の異常を検出するものである。
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は、第1及び第2のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、第2のコンデンサに並列に接続された電圧制限手段とを有し、コンデンサ回路が電流検出用抵抗を介して負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、電流検出用抵抗の電圧に基づき負荷の異常を検出するものである。
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は、第1及び第2のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、第2のコンデンサに並列に接続された単相全波整流回路とを有し、コンデンサ回路が電流検出用抵抗を介して負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、電流検出用抵抗の電圧に基づき負荷の異常を検出するものである。
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は、負荷の電気的特性を模擬するコンデンサと電流検出用抵抗とが直列に接続された直列回路を有し、直列回路が負荷に並列に接続されるものであり、
異常検出手段は、負荷の電流を検出するためのものであって一次側巻線と二次側巻線との巻数比が1:n(nは整数)である変流器と、二次側巻線に並列に接続され二次側巻線に流れる電流に応じた電圧を発生する抵抗値がRsである二次側抵抗とを有するものであって、第1の模擬回路の電流検出用抵抗は二次側抵抗の抵抗値Rsに対して所定の倍数の抵抗値を有するようにされたものであって、電流検出用抵抗の電圧及び二次側抵抗の電圧に基づき負荷の異常を検出するものである。
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は静電容量が負荷の静電容量の1/k(kは1より大きい定数)であって負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するコンデンサを有するものであり、
異常検出手段は、負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷の電流を定数kで除算して除算値を求める除算手段とを有するものであって、コンデンサを流れる電流と除算値との差に基づいて負荷の異常を検出するものであるので、
負荷の短絡等の異常を電気的に迅速かつ確実に検出することができる。
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は、第1及び第2のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、第2のコンデンサに並列に接続された電圧制限手段とを有し、コンデンサ回路が電流検出用抵抗を介して負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、電流検出用抵抗の電圧に基づき負荷の異常を検出するものであるので、
負荷の短絡等の異常を電気的に迅速かつ確実に検出することができる。
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は、第1及び第2のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、第2のコンデンサに並列に接続された単相全波整流回路とを有し、コンデンサ回路が電流検出用抵抗を介して負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、電流検出用抵抗の電圧に基づき負荷の異常を検出するものであるので、
負荷の短絡等の異常を電気的に迅速かつ確実に検出することができる。
模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
第1の模擬回路は、負荷の電気的特性を模擬するコンデンサと電流検出用抵抗とが直列に接続された直列回路を有し、直列回路が負荷に並列に接続されるものであり、
異常検出手段は、負荷の電流を検出するためのものであって一次側巻線と二次側巻線との巻数比が1:n(nは整数)である変流器と、二次側巻線に並列に接続され二次側巻線に流れる電流に応じた電圧を発生する抵抗値がRsである二次側抵抗とを有するものであって、第1の模擬回路の電流検出用抵抗は二次側抵抗の抵抗値Rsに対して所定の倍数の抵抗値を有するようにされたものであって、電流検出用抵抗の電圧及び二次側抵抗の電圧に基づき負荷の異常を検出するものであるので、
負荷の短絡等の異常を電気的に迅速かつ確実に検出することができる。
図1及び図2は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図2は動作を説明するための波形図である。図1において、直流電源1の直流電力をインバータ2により高周波の交流電力に変換する。インバータ2から出力される交流電力はリアクトル3を介して容量性の負荷としてのオゾン発生器5に印加される。インバータ2によりオゾン発生器5に適した周波数及び電圧の交流を生成し、リアクトル3によって共振、昇圧されてオゾン発生器5に印加される。オゾン発生器5は、インバータ2から印加される電圧による無声放電によって空気又は酸素からオゾンを生成するものであり、図示していないが多数の発生管が並列に接続されて構成されている。無声放電の構造上電極と誘電体から構成されるが、その誘電体としては例えばガラス管が用いられ、電気的には容量性の負荷である。
図3は、実施の形態2である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。実施の形態1で示した並列コンデンサ11を用いる方法は、オゾン発生器5の短絡時にオゾン発生器5のインピーダンスが大きく変化する、つまりオゾン発生器5のインピーダンスが十分小さい場合には、十分なS/N比で、非常に迅速な検出が可能になる。しかしながら、短絡後のインピーダンスがかなり大きい場合には、オゾン発生器5の端子電圧が急激に変化せず、この方法では検出の精度が低下する可能性がある。このような場合を補完するために、通常の電圧低下による検出、つまりオゾン発生器5の端子電圧(電圧実効値)の低下を検出する方法を併用する。以下、具体的に説明する。
図4は、実施の形態3である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。実施の形態1の図1において、オゾン発生器5の電気的特性が十分にコンデンサの特性に近いと考え、検出用の並列コンデンサ11とオゾン発生器5とに電流が分流している、という点に着目すると、同じような構成で別の観点から検出を行うことが可能になる。図4において、負荷の異常検出装置は、主回路CT21で検出した電流をkで除算して除算値を求める除算手段としての除算器31、並列回路CT12で検出した電流と除算器31から出力される除算値(電流)との差δ1を求める減算器36、検出制御回路37を有する。検出制御回路37は減算器36からの信号を監視し、異常があればインバータ2を停止するとともにその旨報知及び警報する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、この実施の形態における並列コンデンサ11がこの発明における第1の模擬回路であり、並列回路CT12、主回路CT21、除算器31、減算器36、検出制御回路37が、この発明の異常検出手段である。
((並列コンデンサ11の電流)−(オゾン発生器5の電流)/k)
は、全ての位相においてゼロになるはずである。この状態でオゾン発生器5になんらかの異常が発生した場合、例えば一部の容量が短絡した場合、その短絡によって発生した電流のみを検出することが可能になる。つまり、正常動作時には十分小さな信号しか発生せず、異常発生時は十分に高いS/N比で検出が可能になる。並列コンデンサ11への電流波形から、オゾン発生器5の無効電流分を差し引くことによって、有効電流分だけを検出する、といい換えることもできる。
C3=(C1×C2)/(C1+C2)
ここに、C1:オゾン発生器5の電極間に介在する誘電体の静電容量値、
C2:オゾン発生器5のガス領域の静電容量、
を用いることが考えられる。
図5は、実施の形態4である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図5において、負荷の異常検出装置は、電流検出用抵抗としての直列抵抗41、除算手段としての除算器44、減算器46、検出制御回路47を有する。その他の構成については、図4に示した実施の形態3と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。並列コンデンサ11と直列に直列抵抗41を設け、直列抵抗41の端子電圧を検出信号Vsrとして除算器44に供給する。除算器44にて、当該検出信号VsrをRc(Rcは、直列抵抗41の抵抗)で除算して、減算器46へ出力する。減算器46は除算器44の出力と除算器31の出力(オゾン発生器5の電流/k)との差δ1を求め、検出制御回路47へ出力する。検出制御回路47は差δ1の値を監視し、その値が所定の値を超えたとき、オゾン発生器5に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ2の停止及び故障警報を発する。なお、主回路CT21、除算器31、直列抵抗41、除算器44、減算器46及び検出制御回路47がこの発明における異常検出手段である。
図6は、実施の形態5である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図6において、負荷の異常検出装置は、負荷電流検出手段としての主回路CT51、二次側抵抗52、電圧検出器54、検出制御回路57を有する。主回路CT51は一種のトランスであるので、1次側と2次側の巻数比を1:n(nは整数)とする。並列コンデンサ11と直列抵抗41の一方の端子との接続点は主回路CT51の二次側の一方の端子に接続されている。主回路CT51の二次側の端子間に二次側抵抗52が接続され、主回路CT21を流れる電流に比例した電圧を発生する。
図7は、実施の形態6である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図7において、負荷の異常検出装置は、図5の構成に加えて、位相補正用の二次側コンデンサ61を有する。二次側コンデンサ61は、主回路CT51の二次側に二次側抵抗52と並列に接続されている。なお、直列抵抗41、主回路CT51、二次側抵抗52、電圧検出器54、二次側コンデンサ61及び検出制御回路57がこの発明の異常検出手段である。これまでも述べたが、CTを電流検出に用いる場合、これが基本的にはトランスであることから、1次側の電流と2次側の電流との間に僅かながら位相差が生じる。これはCTの一次側の励磁インダクタンスの影響である。これを補正するための一つの方法として、図7に示したように、主回路CT51の2次側に位相補正用の二次側コンデンサ61を設けたものである。二次側コンデンサ61の容量は主回路CT51の励磁インダクタンスと、インバータ2の周波数から、適切な値を求めることができる。
図8は、実施の形態7である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図8(a)において、負荷の異常検出装置は、並列コンデンサ71、第2抵抗72、電流検出用抵抗としての直列抵抗73を有する。直列に接続された第2抵抗72と直列抵抗73との直列回路が並列コンデンサ71と直列に接続されている。第2抵抗72の一方の端子は並列コンデンサ71に接続され他方の端子は直列抵抗73の一方の端子に接続され、直列抵抗73の他方の端子はオゾン発生器5の他方の端子に接続されている。また、第2抵抗72と直列抵抗73との接続点は主回路CT51の一方の端子に接続されている。なお、並列コンデンサ71、第2抵抗72及び直列抵抗73がこの発明における第1の模擬回路であり、主回路CT51、二次側抵抗52、電圧検出器54、検出制御回路57及び直列抵抗73がこの発明における異常検出手段である。
図9、図10は、実施の形態8を示すものであり、図9は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図10は変形例を示す構成図である。図9(a)において、負荷の異常検出装置は、容量性素子としての並列コンデンサ81及び第2コンデンサ82、電圧制限手段としてのツェナーダイオード83、電流検出用抵抗としての直列抵抗84を有する。第2コンデンサ82とツェナーダイオード83との並列回路は並列コンデンサ81と直列に接続され、電流検出用抵抗としての直列抵抗84がこれら並列コンデンサ81と第2コンデンサ82との直列回路に直列に接続されて、オゾン発生器5を模擬する第1の模擬回路が構成され、全体が主回路CT51を介してオゾン発生器5と並列接続されている。オゾナイザなどの無声放電は、容量性のオゾン発生器5で行われるが、オゾン発生器5はより厳密にはコンデンサとツェナーダイオードとを組み合わせた模擬回路で表されることが知られている(例えば、特開2001−35693号公報、段落番号0017及び図1参照)。
図11は、実施の形態9である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図11(a)において、負荷の異常検出装置は、容量性素子としての並列コンデンサ101及び第2コンデンサ102、単相全波整流回路103、直流定電圧電源104、電流検出用抵抗としての直列抵抗105を有する。並列コンデンサ101と第2コンデンサ102と直列抵抗105とが直列に接続され、単相全波整流回路103の直流出力側が第2コンデンサ102と並列に接続され、単相全波整流回路103の交流入力側に各アームの導通方向と逆極性に直流定電圧電源104が接続されてこの発明におけるオゾン発生器5の電気的特性(インピーダンス特性)を模擬する第1の模擬回路が構成されている。そして、この第1の模擬回路が主回路CT51を介することなく直接オゾン発生器5と並列接続されている。なお、主回路CT51、二次側抵抗52、電圧検出器54、検出制御回路57、二次側コンデンサ61、直列抵抗105がこの発明における異常検出手段である。
図12は、実施の形態10である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図12(a)において、負荷の異常検出装置は、絶縁アンプ114を有する。電圧検出器54にて検出された検出信号は絶縁アンプ114を介して検出制御回路57に供給される。これにより、電圧検出器54から検出制御回路57へ、絶縁された状態で検出信号が伝達される。その他の構成については、図10に示した負荷の異常検出装置と同様のものである。模擬回路である電圧検出器54から得られた検出信号は、その後検出制御回路57で制御に用いられることになるが、その際の問題の一つはノイズである。
図13は、実施の形態11である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。以上の実施の形態1〜10では、オゾン発生器5に並列に第1の模擬回路である並列コンデンサ11等を設ける構成を示したが、オゾン発生器5に直列に配することも可能である。図13はこのような負荷の異常検出装置に示すものである。図13において、容量性素子及び負荷直列コンデンサとしての直列コンデンサ131に直列コンデンサ131の電圧を検出するための電流検出用抵抗としての並列抵抗132が並列に接続され、第2の検出回路133が構成されている。第2の模擬回路としての直列コンデンサ131は、オゾン発生器5の電気特性すなわちインピーダンス特性を模擬するためのものであり、この実施の形態ではオゾン発生器5の容量のm倍の容量を有するコンデンサが用いられている。なお、直列コンデンサ131が、この発明における第2の模擬回路及び負荷直列コンデンサ、コンデンサ素子である。また、並列抵抗132及び検出制御回路137がこの発明における異常検出手段である。
図14及び図15は、実施の形態12を示すものであり、図14は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図15は動作を説明するための波形図である。図1に示したようなオゾン発生器5に並列に並列コンデンサ11を設ける場合は電圧変動を感度よく検出できるのに対して、実施の形態11(図13)のようにオゾン発生器5に直列に直列コンデンサ131を設けてその電圧を検出する場合は、直列コンデンサ131は電流の偏りを検出することになる。
図16は、実施の形態13である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図16において、負荷の異常検出装置は、負荷電圧検出用抵抗としての主回路電圧検出器161、乗算手段としての乗算器162、減算器163、検出制御回路167を有する。図16ではオゾン発生器5の第2の模擬回路としてオゾン発生器5の容量のm(mは1よりも大きい所定の定数)倍の容量を有する直列コンデンサ131をオゾン発生器5と直列に接続し、オゾン発生器5の端子電圧を主回路電圧検出器161にて検出し、直列コンデンサ131の端子電圧を並列抵抗132で検出し、並列抵抗132で検出した電圧信号を乗算器162にてmで乗算して減算器163に入力する。減算器163では、主回路電圧検出器161の出力信号と乗算器162の出力信号の差δ3を求め、検出制御回路167へ出力する。検出制御回路167は、減算器163からの差信号が所定の範囲から逸脱したとき、オゾン発生器5に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ2を停止するとともに、警報を発する。なお、並列抵抗132、主回路電圧検出器161、乗算器162、減算器163、検出制御回路167がこの発明における異常検出手段である。
12 直列抵抗、13 第1の検出回路、17 検出制御回路、22 端子電圧検出器、
24 力率算出手段、27 検出制御回路、31 除算器、36 減算器、
37 検出制御回路、41 直列抵抗、44 除算器、46 減算器、
47 検出制御回路、51 主回路CT、52 二次側抵抗、54 電圧検出器、
57 検出制御回路、61 二次側コンデンサ、71 並列コンデンサ、
72 第2抵抗、73 直列抵抗、81 並列コンデンサ、82 第2コンデンサ、
83 ツェナーダイオード、84 直列抵抗、91 並列コンデンサ、
92 第2コンデンサ、93 ツェナーダイオード、94 直列抵抗、
101 並列コンデンサ、102 第2コンデンサ、103 単相全波整流回路、
104 直流定電圧源、105 直列抵抗、131 直列コンデンサ、
132 並列抵抗、133 第2の検出回路、137 検出制御回路、
147 検出制御回路、161 主回路電圧検出器、162 乗算器、
163 減算器、167 検出制御回路。
Claims (9)
- 交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
上記模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
上記第1の模擬回路は静電容量が上記負荷の静電容量の1/k(kは1より大きい定数)であって上記負荷に並列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するコンデンサを有するものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、上記負荷の電流を上記定数kで除算して除算値を求める除算手段とを有するものであって、上記コンデンサを流れる電流と上記除算値との差に基づいて上記負荷の異常を検出するものである
負荷の異常検出装置。 - 上記第1の模擬回路は、上記コンデンサと直列に接続された電流検出用抵抗を有し、上記コンデンサと上記電流検出用抵抗との直列回路が上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記コンデンサを流れる電流を、上記電流検出用抵抗の電圧として検出するものである
ことを特徴とする請求項1に記載の負荷の異常検出装置。 - 交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
上記模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
上記第1の模擬回路は、第1及び第2のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、上記コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、上記第2のコンデンサに並列に接続された電圧制限手段とを有し、上記コンデンサ回路が上記電流検出用抵抗を介して上記負荷に並列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
負荷の異常検出装置。 - 交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
上記模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
上記第1の模擬回路は、第1及び第2のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、上記コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、上記第2のコンデンサに並列に接続された単相全波整流回路とを有し、上記コンデンサ回路が上記電流検出用抵抗を介して上記負荷に並列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
負荷の異常検出装置。 - 交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
上記模擬回路装置は、第1の模擬回路を有するものであり、
上記第1の模擬回路は、上記負荷の電気的特性を模擬するコンデンサと電流検出用抵抗とが直列に接続された直列回路を有し、上記直列回路が上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出するためのものであって一次側巻線と二次側巻線との巻数比が1:n(nは整数)である変流器と、上記二次側巻線に並列に接続され上記二次側巻線に流れる電流に応じた電圧を発生する抵抗値がRsである二次側抵抗とを有するものであって、上記第1の模擬回路の上記電流検出用抵抗は上記二次側抵抗の抵抗値Rsに対して所定の倍数の抵抗値を有するようにされたものであって、上記電流検出用抵抗の電圧及び上記二次側抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
負荷の異常検出装置。 - 上記異常検出手段は、上記二次側抵抗と並列に接続された二次側コンデンサを有するものである
ことを特徴とする請求項5に記載の負荷の異常検出装置。 - 上記模擬回路装置は、第2の模擬回路を有するものであり、
上記第2の模擬回路は、上記負荷に直列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬する負荷直列コンデンサを有するものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷直列コンデンサに発生する電圧に基づき上記負荷の異常を検出する別の異常検出手段を有するものである
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の負荷の異常検出装置。 - 上記第2の模擬回路は、上記負荷直列コンデンサの静電容量が上記負荷の静電容量のm倍(mは1より大きい定数)であり、
上記別の異常検出手段は、上記負荷直列コンデンサの電圧を検出する負荷直列コンデンサ電圧検出手段と、上記負荷直列コンデンサの電圧を上記定数mで乗じて乗算値を求める乗算手段とを有するものであって、上記負荷の電圧と上記乗算値との差に基づいて上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項7に記載の負荷の異常検出装置。 - 上記負荷がオゾン発生器である
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の負荷の異常検出装置。
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