JP5309323B2 - 電源装置の欠相検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置の欠相検出方法及び装置に関し、特に、３相４線式交流電源のＮ相電流をシャント抵抗を介してＮ相電圧として検出し、このＮ相電圧の変化を用いてＵ、Ｖ、Ｗ相ラインの短絡又は断線の有無を検出するための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の電源装置の欠相検出方法及び装置としては、例えば、社内製作のみで特許出願を行っていないため、特許文献等を開示していないが、図２で示される構成を挙げることができる。

すなわち、図２において符号１で示されるものは、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ相ラインＵ、Ｖ、Ｗ、Ｎを有する３相４線式交流電源であり、この３相４線式交流電源１からのＵ、Ｖ、Ｗ、Ｎ相電流Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉ、Ｎｉは、直流変換装置２へ入力されている。
前記直流変換装置２では、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ相電流Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉ、Ｎｉに基づいて交流直流変換が行われ、３相の直流電源３が得られる。

前記３相４線式交流電源１の前記各ラインＵ、Ｖ、Ｗ、Ｎには、Ｕ相電流検出回路４、Ｖ相電流検出回路５及びＷ相電流検出回路６が接続され、各電流検出回路４、５、６には、前記Ｎ相ラインＮが共通接続されている。
前記Ｕ相電流検出回路４にはＵ相ラインＵが接続され、前記Ｖ相電流検出回路５にはＶ相ラインＶが接続され、前記Ｗ相電流検出回路６にはＷ相ラインＷが接続されている。

前記各電流検出回路４、５、６は、前記３相４線式交流電源１に接続された全波整流・平滑回路１０、電圧レベル検出回路１１及び絶縁型結合回路１２から構成されている。
前記各電流検出回路４、５、６においては、各ラインＵ、Ｖ、ＷからのＵ相、Ｖ相、Ｗ相電流Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉが各全波整流・平滑回路１０で全波整流されてＵ相電圧Ｕｅ、Ｖｅ、Ｗｅに変換された後、各電圧レベル検出回路１１を介してフォトカプラ型の絶縁型結合回路１２に入力され、検出用のロジック回路１３へ入力されるように構成されている。

従って、前述の構成において、前記各ラインＵ、Ｖ、Ｗの何れかに短絡又は断線による異常状態が発生した場合、各相ラインＵ、Ｖ、Ｗ、Ｎに流れる各相電流Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉ、Ｎｉが変化し、この変化状態を各電流検出回路４、５、６で検出することにより、何れの相のラインＵ、Ｖ、Ｗが異常であるかを検出することができる。

従来の電源装置の欠相検出方法及び装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の従来構成においては、各相の相電流を検出するための各検出回路が相の数である３個必要であり、電源装置としては回路規模が大形化し、極力、小形化が要求されるユーザーニーズに応えることは困難であった。

本発明による電源装置の欠相検出方法は、１１５ＶＡＣ／４００Ｈｚの３相４線式交流電源からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相及びＮ相の各電流を直流変換装置に入力して直流電源を得る電源装置を用い、前記Ｎ相電流を検出するシャント抵抗と、前記シャント抵抗に接続された絶縁アンプと、前記絶縁アンプに差動回路とフィルタ部からなるフィルタ回路、全波整流回路及び平滑回路を介して接続された増幅回路と、前記増幅回路に接続され検出電圧が入力されるコンパレータからなるデジタル変換回路とを用い、前記フィルタ回路は、フィルタ特性が１００Ｈｚ〜７００Ｈｚのバイパスフィルタを構成し、かつ、前記４００Ｈｚ成分以外を濾過し、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流を供給するＵ、Ｖ、Ｗ相ラインの何れかに短絡又は断線が発生した場合に前記シャント抵抗を流れる前記Ｎ相電流をＮ相電圧として検出し、前記Ｎ相電圧を前記フィルタ回路、全波整流回路及び平滑回路を介して直流電圧化して前記増幅回路で増幅した後にデジタル変換回路でデジタル化し、前記Ｎ相電圧をデジタルＮ相電圧に変換して前記３相４線式交流電源の異常状態を検出する方法であり、また、電源装置の欠相検出装置は、１１５ＶＡＣ／４００Ｈｚの３相４線式交流電源からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相及びＮ相の各電流を直流変換装置に入力して直流電源を得る電源装置において、前記Ｎ相電流を検出するシャント抵抗と、前記シャント抵抗に接続された絶縁アンプと、前記絶縁アンプにフィルタ回路、全波整流回路及び平滑回路を介して接続された増幅回路と、前記増幅回路に接続され検出電圧が入力されるコンパレータからなるデジタル変換回路と、を備え、前記フィルタ回路は、フィルタ特性が１００Ｈｚ〜７００Ｈｚのバイパスフィルタを構成し、かつ、前記４００Ｈｚ成分以外を濾過し、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流を供給するＵ，Ｖ，Ｗ相ラインの何れかに短絡又は断線が発生した場合に前記シャント抵抗を流れる前記Ｎ相電流をＮ相電圧として検出し、前記Ｎ相電圧を前記フィルタ回路、全波整流回路及び平滑回路を介して直流電圧化して前記増幅回路で増幅した後にデジタル変換回路でデジタル化し、前記Ｎ相電圧をデジタルＮ相電圧に変換して前記３相４線式交流電源の異常状態を検出する構成である。

本発明による電源装置の欠相検出方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、１１５ＶＡＣ／４００Ｈｚの３相４線式交流電源からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相及びＮ相の各電流を直流変換装置に入力して直流電源を得る電源装置を用い、前記Ｎ相電流を検出するシャント抵抗と、前記シャント抵抗に接続された絶縁アンプと、前記絶縁アンプに差動回路とフィルタ部からなるフィルタ回路、全波整流回路及び平滑回路を介して接続された増幅回路と、前記増幅回路に接続され検出電圧が入力されるコンパレータからなるデジタル変換回路とを用い、前記フィルタ回路は、フィルタ特性が１００Ｈｚ〜７００Ｈｚのバイパスフィルタを構成し、かつ、前記４００Ｈｚ成分以外を濾過し、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流を供給するＵ、Ｖ、Ｗ相ラインの何れかに短絡又は断線が発生した場合に前記シャント抵抗を流れる前記Ｎ相電流をＮ相電圧として検出し、前記Ｎ相電圧を前記フィルタ回路、全波整流回路及び平滑回路を介して直流電圧化して前記増幅回路で増幅した後にデジタル変換回路でデジタル化し、前記Ｎ相電圧をデジタルＮ相電圧に変換して前記３相４線式交流電源の異常状態を検出することにより、直流変換装置に接続する検出系としては、１個の検出系のみとなり、従来の構成のように３個の検出系を用いる必要がなく、回路構成を従来よりも大幅に簡略化することができる。

本発明は、３相４線式交流電源のＮ相電流をシャント抵抗を介してＮ相電圧として検出し、このＮ相電圧の変化を用いてＵ、Ｖ、Ｗ相ラインの短絡又は断線の有無を検出するようにした電源装置の欠相検出方法及び装置を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による電源装置の欠相検出方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図１において符号１で示されるものは、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ相ラインＵ、Ｖ、Ｗ、Ｎを有する３相４線式交流電源であり、この３相４線式交流電源１からのＵ、Ｖ、Ｗ、Ｎ相電流Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉ、Ｎｉは、直流変換装置２へ入力されている。
前記直流変換装置２では、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ相電流Ｕｉ、Ｖｉ、Ｗｉ、Ｎｉに基づいて交流直流変換が行われ、３相の直流電源３が得られる。

前記Ｎ相ラインＮには、そのライン上に一部を形成するように、シャント抵抗２０が直列状に設けられており、このシャント抵抗２０の両端に接続された入力ライン２１は絶縁アンプ２２に接続され、前記シャント抵抗２０から出力される前記Ｎ相電流Ｎｉを変換したＮ相電圧Ｎｅが前記絶縁アンプ２２に入力されている。

前記絶縁アンプ２２は、差動回路２３とフィルタ部２４からなるフィルタ回路２５、全波整流回路１０Ａ、平滑回路１０Ｂ、増幅回路２６を介してコンパレータ２７で構成されるデジタル変換回路２８に入力され、デジタルＮ相電圧２９として、図示しないロジック回路３０に入力されるように構成されている。

前記フィルタ回路２５のフィルタ特性は、１００Ｈｚ〜７００Ｈｚのバイパスフィルタを構成し、前記３相４線式交流電源１が１１５ＶＡＣ／４００Ｈｚ３相であるため、この４００Ｈｚ成分以外をフィルタリング（濾過）するように構成されている。
前記コンパレータ２７の＋端子２７ａには、−端子２７ｂに入力される過電流に対して閾値を設定するための過電流閾値設定としての予め設定された検出電圧３１が入力されている。

次に、動作について述べる。前述の図１の構成において、３相４線式交流電源１が直流変換装置２に入力されて交流から直流に変換された後、直流電源３として他の図示しない機器に供給される。

前述の状態において、前記３相４線式交流電源１の１相が断線又は短絡等によって欠相した場合、ニュートラル相であるＮ相ラインＮに、入力電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相Ｕｉ、Ｖ、Ｗｉ）の何れかの約１．７倍のアンバランス電流が流れるため、この電流がＮ相電圧Ｎｅとして、絶縁アンプ２２、フィルタ回路２５、全波整流回路１０Ａ、平滑回路１０Ｂ、増幅回路２６を経てデジタル変換回路２８に入力され、予め設定された閾値である検出電圧３１と比較されてデジタルＮ相電圧２９としてロジック回路３０で判定され、前述の欠相の発生を検出することができる。

本発明による電源装置の欠相検出方法及び装置を示す構成図である。 従来構成を示す構成図である。

１ ３相４線式交流電源
２ 直流変換装置
３ 直流電源
Ｕ Ｕ相ライン
Ｖ Ｖ相ライン
Ｗ Ｗ相ライン
Ｎ Ｎ相ライン
Ｕｉ Ｕ相電流
Ｖｉ Ｖ相電流
Ｗｉ Ｗ相電流
Ｎｉ Ｎ相電流
１０Ａ 全波整流回路
１０Ｂ 平滑回路
２０ シャント抵抗
２１ 入力ライン
２２ 絶縁アンプ
２３ 差動回路
２４ フィルタ部
２５ フィルタ回路
２６ 増幅回路
２７ コンパレータ
２８ デジタル変換回路
２９ デジタルＮ相電圧
３０ ロジック回路
３１ 検出電圧（過電流閾値設定）

Claims (2)

1. １１５ＶＡＣ／４００Ｈｚの３相４線式交流電源(1)からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相及びＮ相の各電流(Ui,Vi,Wi,Ni)を直流変換装置(2)に入力して直流電源(3)を得る電源装置を用い、前記Ｎ相電流(Ni)を検出するシャント抵抗(20)と、前記シャント抵抗(20)に接続された絶縁アンプ(22)と、前記絶縁アンプ(22)に差動回路(23)とフィルタ部(24)からなるフィルタ回路(25)、全波整流回路(10A)及び平滑回路(10B)を介して接続された増幅回路(26)と、前記増幅回路(26)に接続され検出電圧(31)が入力されるコンパレータ(27)からなるデジタル変換回路(28)とを用い、前記フィルタ回路(25)は、フィルタ特性が１００Ｈｚ〜７００Ｈｚのバイパスフィルタを構成し、かつ、前記４００Ｈｚ成分以外を濾過し、
   前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流(Ui,Vi,Wi)を供給するＵ，Ｖ，Ｗ相ライン(U,V,W)の何れかに短絡又は断線が発生した場合に前記シャント抵抗(20)を流れる前記Ｎ相電流(Ni)をＮ相電圧(Ne)として検出し、前記Ｎ相電圧(Ne)を前記フィルタ回路(25)、全波整流回路(10A)及び平滑回路(10B)を介して直流電圧化して前記増幅回路(26)で増幅した後にデジタル変換回路(28)でデジタル化し、前記Ｎ相電圧(Ne)をデジタルＮ相電圧(29)に変換して前記３相４線式交流電源(1)の異常状態を検出することを特徴とする電源装置の欠相検出方法。
2. １１５ＶＡＣ／４００Ｈｚの３相４線式交流電源(1)からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相及びＮ相の各電流(Ui,Vi,Wi,Ni)を直流変換装置(2)に入力して直流電源(3)を得る電源装置において、
   前記Ｎ相電流(Ni)を検出するシャント抵抗(20)と、前記シャント抵抗(20)に接続された絶縁アンプ(22)と、前記絶縁アンプ(22)に差動回路(23)とフィルタ部(24)からなるフィルタ回路(25)、全波整流回路(10A)及び平滑回路(10B)を介して接続された増幅回路(26)と、前記増幅回路(26)に接続され検出電圧(31)が入力されるコンパレータ(27)からなるデジタル変換回路(28)と、を備え、前記フィルタ回路(25)は、フィルタ特性が１００Ｈｚ〜７００Ｈｚのバイパスフィルタを構成し、かつ、前記４００Ｈｚ成分以外を濾過し、
   前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流(Ui,Vi,Wi)を供給するＵ，Ｖ，Ｗ相ライン(U,V,W)の何れかに短絡又は断線が発生した場合に前記シャント抵抗(10)を流れる前記Ｎ相電流(Ni)をＮ相電圧(Ne)として検出し、前記Ｎ相電圧(Ne)を前記フィルタ回路(25)、全波整流回路(10A)及び平滑回路(10B)を介して直流電圧化して前記増幅回路(26)で増幅した後にデジタル変換回路(28)でデジタル化し、前記Ｎ相電圧(Ne)をデジタルＮ相電圧(29)に変換して前記３相４線式交流電源(1)の異常状態を検出することを特徴とする電源装置の欠相検出装置。

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