JP6070139B2 - Voltage abnormality detector - Google Patents
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Description
本発明は電圧異常検出装置に関する。 The present invention relates to a voltage abnormality detection device.
電力変換装置は一定周波数の交流電源から任意の周波数の交流出力を直流を介さずに直接生成し、交流電動機の制御を行う。入力電源電圧に異常が発生した場合、出力電圧波形に異常が発生し交流電動機の良好な運転が困難となる。三相交流電源の電源電圧の異常は、欠相状態、又は電源の相順が逆相となった状態等の様々な状態がある。欠相状態は三相のうちの一相だけの配線が断線した状態である。故に電力変換装置は電源電圧の異常を何らかの方法で検出し運転を停止する電源電圧異常検出回路が必要となる。 The power converter directly generates an AC output of an arbitrary frequency from an AC power source having a constant frequency without passing through a DC, and controls the AC motor. When an abnormality occurs in the input power supply voltage, an abnormality occurs in the output voltage waveform, which makes it difficult to operate the AC motor satisfactorily. Abnormalities in the power supply voltage of the three-phase AC power supply include various states such as an open phase state or a state where the phase sequence of the power source is reversed. The phase loss state is a state in which only one of the three phases is disconnected. Therefore, the power conversion device needs a power supply voltage abnormality detection circuit that detects a power supply voltage abnormality by some method and stops operation.
特許文献1が開示する電源電圧異常検出回路および方法は、欠相状態及び相順が逆相となった状態の何れの状態の電源電圧異常でも検出する。電源電圧異常検出回路は、電源電圧情報生成回路、異常検出用信号生成回路、判定回路を備える。電源電圧情報生成回路は、三相交流電源のRSTの各相の電圧値の大小関係に応じた情報を検出して電源電圧情報信号として出力する。異常検出用信号生成回路は三相交流電源が正常である場合のRSTの各相の電圧値の大小関係に基づく情報を予め保持し、この情報を異常検出用信号として出力する。判定回路は電源電圧情報信号と異常検出用信号を一定間隔で比較し、これらの信号が異なっている場合に電源電圧異常信号を出力する。 The power supply voltage abnormality detection circuit and method disclosed in Patent Document 1 detect a power supply voltage abnormality in any state of an open phase state and a phase sequence in reverse phase. The power supply voltage abnormality detection circuit includes a power supply voltage information generation circuit, an abnormality detection signal generation circuit, and a determination circuit. The power supply voltage information generation circuit detects information according to the magnitude relationship between the voltage values of each phase of the RST of the three-phase AC power supply and outputs it as a power supply voltage information signal. The abnormality detection signal generation circuit holds in advance information based on the magnitude relationship between the voltage values of each phase of the RST when the three-phase AC power supply is normal, and outputs this information as an abnormality detection signal. The determination circuit compares the power supply voltage information signal and the abnormality detection signal at regular intervals, and outputs a power supply voltage abnormality signal when these signals are different.
特許文献1に記載の電源電圧異常検出回路および方法は、電源電圧情報信号と異常検出用信号を一定間隔でしか比較していない。故に電源電圧の異常を精度良く検出できなかった。さらに電源電圧情報信号と異常検出用信号は何れも電圧値の大小関係に応じた情報であって電圧値ではない。故に現状の電圧値を正確に把握できなかった。電源電圧異常検出回路の回路面積が大きいので扱い辛かった。 The power supply voltage abnormality detection circuit and method described in Patent Document 1 compare the power supply voltage information signal and the abnormality detection signal only at regular intervals. Therefore, the power supply voltage abnormality could not be detected accurately. Further, both the power supply voltage information signal and the abnormality detection signal are information according to the magnitude relationship of the voltage values, and are not voltage values. Therefore, the current voltage value could not be accurately grasped. Since the circuit area of the power supply voltage abnormality detection circuit is large, it was difficult to handle.
本発明の目的は、電源電圧の異常を精度良く検出できる電圧異常検出装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a voltage abnormality detection device that can accurately detect abnormality of a power supply voltage.
本発明の請求項1に係る電圧異常検出装置は、交流電圧の異常を検出する電圧異常検出装置であって、前記交流電圧を複数の相に分圧する分圧手段と、前記分圧手段が分圧した各相を夫々基準相としたときに、前記基準相とは異なる他の相のうち低い方の相である対象相との電位差が所定電圧以上になったときにパルスを出力するパルス出力手段と、前記パルス出力手段が出力した前記パルスの幅と周期を前記相毎に測定する測定手段と、前記測定手段が前記相毎に夫々測定した前記幅と周期と、メモリに予め記憶した基準情報とに基づき、前記交流電圧に異常が有るか否か判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする。電圧異常検出装置は、電源等が供給する交流電圧を複数の相に分圧し、各相に発生するパルスを夫々求め、そのパルスの幅と周期を基準情報と比較する。即ち三相交流電圧について相毎に異常を判断するのではなく、一相を基準とした場合の他の二相との電位差に基づいて出力するパルスで異常の有無を判断する。パルスは三相の全体の状態を反映したものである。故に電圧異常検出装置は交流電圧に異常が有るか否かを精度良く簡単に検出できる。 A voltage abnormality detection device according to claim 1 of the present invention is a voltage abnormality detection device that detects an abnormality of an AC voltage, and the voltage dividing means that divides the AC voltage into a plurality of phases, and the voltage dividing means divides the voltage. Pulse output that outputs a pulse when the potential difference from the target phase, which is the lower phase of the other phases different from the reference phase, becomes a predetermined voltage or more when each pressed phase is a reference phase Means, measuring means for measuring the width and period of the pulse output from the pulse output means for each phase, the width and period measured for each phase by the measuring means, and a reference stored in advance in a memory And an abnormality determining means for determining whether or not the AC voltage is abnormal based on the information. The voltage abnormality detection device divides an alternating voltage supplied by a power source or the like into a plurality of phases, obtains a pulse generated in each phase, and compares the pulse width and period with reference information. That is, instead of judging abnormality for each phase of the three-phase AC voltage, the presence / absence of abnormality is judged based on the pulse output based on the potential difference from the other two phases with reference to one phase. The pulse reflects the overall state of the three phases. Therefore, the voltage abnormality detection device can easily and accurately detect whether or not the AC voltage is abnormal.
請求項2に係る発明の電圧異常検出装置は、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記測定手段が前記相毎に測定した前記幅と周期からデューティ比を算出する算出手段を備え、前記分圧手段は受光素子デバイスを備え、前記異常判定手段は、前記算出手段が前記相毎に算出した前記デューティ比と、前記基準情報とを夫々比較し、前記交流電圧に異常が有るか否か判定することを特徴とする。分圧手段は受光素子デバイスを備えるので絶縁可能である。故に他電圧の影響を受けることなくパルスだけで判断できる。電圧異常検出装置はデューティ比を算出して基準情報と比較することで、受光素子デバイスの個体差の影響を受けずに、交流電圧の異常の有無を判定できる。 In addition to the configuration of the invention of claim 1, a voltage abnormality detection device of an invention according to claim 2 includes a calculation unit that calculates a duty ratio from the width and period measured for each phase by the measurement unit, The voltage dividing means includes a light receiving element device, and the abnormality determining means compares the duty ratio calculated for each phase by the calculating means with the reference information, and determines whether or not the AC voltage is abnormal. It is characterized by determining. Since the voltage dividing means includes a light receiving element device, it can be insulated. Therefore, it can be judged only by the pulse without being influenced by other voltages. By detecting the duty ratio and comparing it with reference information , the voltage abnormality detection device can determine whether there is an abnormality in the AC voltage without being affected by individual differences in the light receiving element devices.
請求項3に係る発明の電圧異常検出装置は、請求項2に記載の発明の構成に加え、前記測定手段が測定した前記周期から前記パルスの周波数を特定する周波数特定手段を備え、前記基準情報は、前記周波数毎に前記基準情報を夫々有し、前記異常判定手段は、前記算出手段が算出した前記デューティ比と、前記周波数特定手段が特定した前記周波数に対応する前記基準情報とを夫々比較し、前記交流電圧に異常が有るか否か判定することを特徴とする。故に電圧異常検出装置は交流電圧の周波数に応じて交流電圧の異常の有無を精度良く検出できる。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, the voltage abnormality detection device includes a frequency specifying unit that specifies the frequency of the pulse from the period measured by the measuring unit, and the reference information Has the reference information for each frequency, and the abnormality determination means compares the duty ratio calculated by the calculation means with the reference information corresponding to the frequency specified by the frequency specification means, respectively. And determining whether or not the AC voltage is abnormal. Therefore, the voltage abnormality detection device can accurately detect the presence or absence of abnormality in the AC voltage according to the frequency of the AC voltage.
請求項4に係る発明の電圧異常検出装置は、請求項1から3の何れかに記載の発明の構成に加え、前記測定手段は、前記各相に夫々発生する前記パルスが前記複数の相が順に並ぶ相順ではなく、同一の相が連続して並んだ場合、前記同一の相で連続して発生した前記パルスを無効化する無効化手段を備えたことを特徴とする。交流電圧が正常である場合、各相に夫々発生するパルスは相順となる。交流電圧が不安定で瞬間的に電圧が落ちたような場合、何れかの相のパルスは分断する。この場合、同一の相でパルスが連続する現象が生じる。該現象はノイズである。無効化手段はノイズを無効化する。故に電圧異常検出装置は交流電圧が一時的に不安定であっても交流電圧の異常の有無を精度良く検出できる。 In addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 3, the voltage abnormality detection device according to a fourth aspect of the invention is configured such that the pulse generated in each of the phases includes the plurality of phases. It is characterized by comprising invalidating means for invalidating the pulses continuously generated in the same phase when the same phase is continuously arranged instead of the phase sequence arranged in order. When the AC voltage is normal, the pulses generated in each phase are in phase order. When the AC voltage is unstable and the voltage drops instantaneously, the pulse of any phase is divided. In this case, a phenomenon occurs in which pulses continue in the same phase. The phenomenon is noise. The invalidating means invalidates the noise. Therefore, the voltage abnormality detection device can accurately detect whether there is an abnormality in the AC voltage even if the AC voltage is temporarily unstable.
請求項5に係る発明の電圧異常検出装置は、請求項1から4の何れかに記載の発明の構成に加え、前記交流電圧は三相交流電圧であって、前記分圧手段は、前記三相交流電圧をR相、S相、T相に夫々分圧することを特徴とする。故に電圧異常検出装置は三相交流電圧について請求項1から4の何れかに記載の効果を得ることができる。 In addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 4, the voltage abnormality detection device of the invention according to claim 5 is a three-phase AC voltage, and the voltage dividing means The phase AC voltage is divided into an R phase, an S phase, and a T phase, respectively. Therefore, the voltage abnormality detection device can obtain the effect according to any one of claims 1 to 4 for the three-phase AC voltage.
請求項6に係る発明の電圧異常検出装置は、請求項1から5の何れかに記載の発明の構成に加え、前記測定手段が測定した前記パルスの幅に基づき、前記交流電圧の電圧値を算出する電圧値算出手段と、前記電圧値算出手段が算出した前記電圧値の情報と、前記異常判定手段の判定結果の情報との少なくとも何れかを表示部に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。電圧異常検出装置は電圧値と異常の有無について表示部に表示できる。故に使用者は現状の電圧値と電圧の異常の有無について容易に確認できる。
In addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 5, the voltage abnormality detection device according to the invention according to
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図1に示す数値制御装置1は本発明の電圧異常検出装置の一例である。数値制御装置1は工作機械2を制御しテーブル(図示略)上面に保持したワークの切削加工を行う。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A numerical control device 1 shown in FIG. 1 is an example of a voltage abnormality detection device of the present invention. The numerical control device 1 controls the machine tool 2 to cut a workpiece held on the upper surface of a table (not shown).
図1を参照し、工作機械2の構成を簡単に説明する。工作機械2の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々X軸方向、Y軸方向、Z軸方向である。工作機械2は図示しない主軸機構、主軸移動機構、工具交換装置等を備える。主軸機構は主軸モータ32を備え、工具を装着した主軸を回転する。主軸移動機構は、Z軸モータ31、X軸モータ33、Y軸モータ34を備え、テーブル上面に支持したワークに対し相対的に主軸をXYZの各軸方向に夫々移動する。
The configuration of the machine tool 2 will be briefly described with reference to FIG. The left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the machine tool 2 are an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction, respectively. The machine tool 2 includes a spindle mechanism, a spindle moving mechanism, a tool changer, and the like (not shown). The spindle mechanism includes a
工具交換装置はマガジンモータ35を備え、複数の工具を保持する工具マガジン(図示略)を駆動し、主軸に装着した工具を他の工具と交換する。工作機械2は操作パネル(図示略)を更に備える。操作パネルは入力装置17と表示装置18を備える。入力装置17は各種入力、設定等を行う為の機器である。表示装置18は各種表示画面、設定画面に加え、後述する電圧情報と異常情報等を表示する機器である。電圧情報は三相交流電源19が供給する現在の電圧値の情報である。異常情報は三相交流電源19が供給する電圧に異常が有ることを示す情報である。電圧異常は過電圧又は電圧低下の状態を含む。入力装置17と表示装置18は数値制御装置1の入出力部16に接続する。
The tool changer includes a
Z軸モータ31はエンコーダ41を備える。主軸モータ32はエンコーダ42を備える。X軸モータ33はエンコーダ43を備える。Y軸モータ34はエンコーダ44を備える。マガジンモータ35はエンコーダ45を備える。エンコーダ41〜45は数値制御装置1の駆動回路21〜25に各々接続する。
The Z-
図1を参照し、数値制御装置1の電気的構成を説明する。数値制御装置1は、CPU11、ROM12、RAM13、不揮発性記憶装置14、電圧異常検出回路15、入出力部16、駆動回路21〜25等を備え、三相交流電源19を駆動源とする。CPU11は数値制御装置1を統括制御する。ROM12は各種プログラムを記憶する。RAM13は各種処理実行中の各種データを一時的に記憶する。不揮発性記憶装置14は作業者が入力装置17で入力して登録した複数のNCプログラム等を記憶する。NCプログラムは各種制御指令を含む複数のブロックで構成し、工作機械2の軸移動、工具交換等を含む各種動作をブロック単位で制御するものである。
The electrical configuration of the numerical control device 1 will be described with reference to FIG. The numerical control device 1 includes a
電圧異常検出回路15は三相交流電源19が供給する三相交流電圧の異常の有無を検出する。駆動回路21はZ軸モータ31とエンコーダ41に接続する。駆動回路22は主軸モータ32とエンコーダ42に接続する。駆動回路23はX軸モータ33とエンコーダ43に接続する。駆動回路24はY軸モータ34とエンコーダ44に接続する。駆動回路25はマガジンモータ35とエンコーダ45に接続する。駆動回路21〜25はCPU11から指令信号を受け、対応する各モータ31〜35に駆動電流を夫々出力する。駆動回路21〜25はエンコーダ41〜45からフィードバック信号を受け、位置と速度のフィードバック制御を行う。入出力部16は入力装置17と表示装置18に夫々接続する。
The voltage
使用者は複数のNCプログラムの中から一のNCプログラムを入力装置17で選択可能である。CPU11は選択したNCプログラムを表示装置18に表示する。CPU11は表示装置18に表示したNCプログラムに基づき、工作機械2の動作を制御する。
The user can select one NC program from among a plurality of NC programs with the
図2を参照し、三相交流電源19を説明する。三相交流電源19は電流又は電圧の位相を互いにずらした三系統の単相交流を組み合わせた交流電源であり、例えば200Vの交流電圧を供給する。第一相はR相、第二相はS相、第三相はT相である。図2に示す三相交流電源19はΔ結線(デルタ結線)である。Δ結線は三相各相を相電圧が加わる向きに接続し閉回路とする結線である。三相交流電源19はΔ結線の他にY結線又はV結線でもよい。
The three-phase
図2を参照し、電圧異常検出回路15の構成を説明する。電圧異常検出回路15は三相交流電源19が供給する交流電圧の異常を検出する。電圧異常検出回路15は、R相基準回路51、S相基準回路52、T相基準回路53、FPGA55を備える(以下総称する場合は基準回路51〜53と呼ぶ)。電圧異常検出回路15は簡単な構成であるので、従来に比べて回路面積を小さくできて扱いやすい。
The configuration of the voltage
R相基準回路51は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧を分圧し、R相を基準として、他のS相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。S相基準回路52は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧を分圧し、S相を基準として、他のR相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。T相基準回路53は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧を分圧し、T相を基準として、他のR相とS相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。FPGA55は後述する電圧解析処理(図4参照)を実行する。電圧解析処理は基準回路51〜53が出力したパルスを解析し電圧異常の有無と電圧値を解析する処理である。
The R-
図2を参照し、R相基準回路51の構成を説明する。R相基準回路51は、抵抗61,62、シャントレギュレータ63、フォトカプラ64等を備える。抵抗61,62は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧をR相、S相、T相に夫々分圧する。シャントレギュレータ63は、R相基準で他のS相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になるとONする。シャントレギュレータ63がONすると、フォトカプラ64は点灯し且つパルスをFPGA55に出力する。シャントレギュレータ63はR相基準で他のS相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧未満になるとOFFする。シャントレギュレータ63がOFFすると、フォトカプラ64は消灯する。
The configuration of the R-
S相基準回路52は、抵抗71,72、シャントレギュレータ73、フォトカプラ74等を備える。抵抗71,72は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧をR相、S相、T相に夫々分圧する。シャントレギュレータ73は、S相基準で他のR相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になるとONする。シャントレギュレータ73がONすると、フォトカプラ74は点灯し且つパルスをFPGA55に出力する。シャントレギュレータ73は、S相基準で他のR相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧未満になるとOFFする。シャントレギュレータ73がOFFすると、フォトカプラ74は消灯する。
The S-
T相基準回路53は、抵抗81,82、シャントレギュレータ83、フォトカプラ84等を備える。抵抗81,82は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧をR相、S相、T相に夫々分圧する。シャントレギュレータ83は、T相基準で他のR相とS相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になるとONする。シャントレギュレータ83がONすると、フォトカプラ84は点灯し且つパルスをFPGA55に出力する。シャントレギュレータ83は、T相基準で他のR相とS相のうち低い方との電位差が所定電圧未満になるとOFFする。シャントレギュレータ83がOFFすると、フォトカプラ84は消灯する。
The T-
図2,図3を参照し、R相基準回路51の作用を説明する。図3の最下段の波形は、RSTの三相を入力した電圧曲線である。各電圧曲線は何れもsinカーブであって120度ずつ位相がずれている。図3の上側三つの波形は、上から順にR相基準、S相基準、T相基準とした場合の各パルス波形の概念図である。各概念図は説明が分かり易いように、電位差が所定電圧以上(例えば152.5V以上)のパルス波形を示す。電位差が所定電圧未満の場合、パルス電圧は零とする。
The operation of the R-
上述の通り、R相基準回路51は、R相基準で、他のS相とT相のうち低い方とR相との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。例えば図3に示す二点鎖線で囲んだ枠内に着目して説明する。t1では、S相の方がT相よりも電圧が低く、R相とS相の電位差は同じである。S相の方がT相よりも電圧が低い場合、図2に示すように、R相基準回路51では点線の矢印Aの方向に電圧がかかる。t1を過ぎると、R相とS相との間に電位差が徐々に生じ、t2で所定電圧以上に達する。シャントレギュレータ63はONする。シャントレギュレータ63のK端子(カソード端子)とA端子(アノード端子)との間に電流が流れる。フォトカプラ64は点灯し、FPGA55にパルスを出力する。パルスはt2から上昇して一定値に達する。R相とS相の電位差は徐々に小さくなる。
As described above, the R-
t3でS相とT相は逆転する。パルスはt3で少し低下する。t3を過ぎると、T相の方がS相よりも電圧が低くなるので、図2に示すように、R相基準回路51では二点鎖線の矢印Bの方向に電圧がかかる。t3を過ぎると、R相とT相との間に所定電圧以上の電位差が生じるので、パルスは再上昇して一定値に達する。R相とT相の電位差は徐々に小さくなり、t4で所定電圧未満となる。シャントレギュレータ63はOFFする。フォトカプラ64は消灯する。パルスはt4で零となる。R相基準回路51が出力するパルスはt2〜t4までの波形を一定周期毎に繰り返す。
At t3, the S phase and the T phase are reversed. The pulse drops slightly at t3. After t3, the voltage in the T phase becomes lower than that in the S phase, so that the voltage is applied in the direction of the two-dot chain line arrow B in the R
S相基準回路52とT相基準回路53はR相基準回路51と同様に動作する。図3に示すように、S相とT相の各パルス波形は、R相のパルス波形に対して位相がずれている。R相のパルス、S相のパルス、T相のパルスは、RSTの相順でFPGA55に各々出力する。FPGA55は基準回路51〜53が出力した各パルスについて電圧解析処理を実行する。
The S
図4を参照し、電圧解析処理を説明する。電圧解析処理はFPGA55が実行する。先ず、FPGA55はRST相のパルス情報を受信する(S10)。パルス情報は、R相基準回路51、S相基準回路52、T相基準回路53が夫々出力するパルスの情報である。
The voltage analysis process will be described with reference to FIG. The voltage analysis process is executed by the
次に、FPGA55はパルス情報に基づきパルス幅とパルス周期を相毎に測定する(S11)。図5に示すように、パルスは一定周期毎に繰り返す。t7はパルスが基準電圧から立ち上がる時間である。基準電圧は例えば152.5Vの一定電圧である。t8はパルスが最高電圧に達した時間である。t9はパルスが最高電圧から下がり始める時間である。t10はパルスが基準電圧まで下がった時間である。t11は次のパルスが基準電圧から立ち上がる時間である。パルス幅はt7〜t10までの時間である。パルス周期はt7〜t11までの時間である。なおパルス幅はt8〜t9までの時間としてもよい。t7〜t11はパルスの安定した箇所である。故にFPGA55はパルス幅とパルス周期を正確に測定できる。
Next, the
ところで、フォトカプラは一般的に発光素子と受光素子の二つの素子を備える。各素子の発光具合、受光感度等にはバラツキがある。発光具合と受光感度の関係はCTR(変換効率)といい、%で表記する。CTRはロットによってバラツキを生じ、経年変化によって低下する場合もある。CTRのバラツキは主にFALL時間に大きく影響を与える。そこで、FPGA55は各素子のバラツキを考慮し、パルスのRISE時間とFALL時間を用いてパルス幅を補正してもよい。RISE時間はt7〜t8までの時間である。FALL時間はt9〜t10までの時間である。FPGA55はRISE時間とFALL時間を計測し、各時間の半分の幅をt7〜t10までのパルス幅から夫々減算してもよい。パルス幅をt8〜t9までの時間とした場合、RISE時間とFALL時間の半分の幅をパルス幅に夫々加算すればよい。
Incidentally, a photocoupler generally includes two elements, a light emitting element and a light receiving element. There are variations in the light emitting condition, light receiving sensitivity, etc. of each element. The relationship between the light emission condition and the light receiving sensitivity is called CTR (conversion efficiency) and is expressed in%. CTR varies from lot to lot and may decrease with aging. CTR variation mainly affects the FALL time. Therefore, the
次に、FPGA55は周波数を算出する(S12)。FPGA55は相毎に測定したパルス周期に基づき、三相交流電源19の周波数が50Hzか60Hzかそれ以外か判定する。FPGA55は判定結果をメモリ(図示略)に記憶する。
Next, the
次に、FPGA55はパルスチェック処理を実行する(S13)。パルスチェック処理は、R相基準回路51、S相基準回路52及びT相基準回路53が出力する各パルスの異常の有無を検出し、異常があるパルスを無効化する処理である。図6に示すパルスは正常時のパルスである。パルスの一周期はt15〜t16までの時間である。t15,t16はパルスを更新した時間である。RST相の各パルスが正常であれば、図3に示すように、RSTの相順で出現する。
Next, the
図7に示すパルスは途中でノイズが発生している。正常であればパルスの一周期はt17〜t19までの時間である。例えば地域の電力事情等によって電圧が瞬間的に低下する場合がある。パルス出力中の瞬間的な電圧低下はノイズとなる。パルス出力中にノイズが発生した場合、パルスは分断して二山となる。故にパルスはt17,t18,t19で更新したことになる。パルス周期はt17〜t18まで周期とt18〜t19までの周期の二周期となる。R相のパルスで図7に示す異常を生じた場合、R相のパルスが同一相で連続して更新したことになる。FPGA55は「RRST」の順で各パルスを検出する。パルスが同一相で連続して更新した場合、そのパルスは異常である。FPGA55は連続したパルスを無効と判断する。故にFPGA55は正常なパルスのみを抽出して異常を判定できる。
In the pulse shown in FIG. 7, noise occurs in the middle. If normal, one cycle of the pulse is the time from t17 to t19. For example, the voltage may drop instantaneously depending on local power conditions. An instantaneous voltage drop during pulse output becomes noise. If noise is generated during pulse output, the pulse is divided into two peaks. Therefore, the pulse is updated at t17, t18, and t19. The pulse period has two periods, a period from t17 to t18 and a period from t18 to t19. When the abnormality shown in FIG. 7 occurs in the R-phase pulse, the R-phase pulse is continuously updated in the same phase. The
次に、FPGA55は相順チェック処理を実行する(S14)。相順チェック処理は、基準回路51〜53が出力した各パルスに基づき、交流電圧が相順であるか否かチェックする。交流電圧が相順でない状態は異常状態である。異常状態は例えば欠損状態又は逆相状態の場合である。欠損状態は三相のうち一相だけの配線が断線した状態である。逆相状態はRST相の相順が逆となった状態である。FPGA55は欠損状態又は逆相状態を検知した場合、異常情報としてメモリに記憶する。
Next, the
次に、FPGA55は異常検知処理を実行する(S15)。異常検知処理は三相交流電源19の過電圧と電圧低下とを夫々検知する処理である。異常検知処理では、FPGA55はRSTの各相についてパルス幅とパルス周期のデューティ比を算出する。デューティ比はパルス周期に対するパルス幅の割合である。FPGA55は周波数(例えば50Hzと60Hz)毎に第一閾値と第二閾値とを予めメモリに記憶する。第一閾値は過電圧を判定する為の閾値である。第二閾値は電圧低下を判定する為の閾値である。第一閾値と第二閾値は実験結果の実測値から求めてもよい。例えば50Hzの周波数で、第一閾値は57.19%、第二閾値は46.62%と設定できる。FPGA55は、デューティ比が第一閾以上であれば過電圧と判定し、第二閾値以下であれば電圧低下と判断する。FPGA55は判定結果を異常情報としてメモリに記憶する。なお第二閾値よりも低い第三閾値を設定し停電を検知してもよい。第一閾値と第二閾値は本発明の基準情報に相当する。
Next, the
なお詳述しないが、FPGA55はBITシフト除算と加算器を用いて、パルス周期からパルス幅の上限と下限の判定基準値を近似値で算出し、この近似値とパルス幅を比較する。例えば、50Hzでパルス周期が20msの場合、FPGA55の内部カウンタは1カウンタ=2us単位、BIT長は14bitであるから、カウンタ値は約10000となる。BITシフト除算は1回シフトする毎に2で除算する。故にFPGA55は13回BITシフトを行い、1,4,7,10,11,13回目のみを加算し、パルス周期から第一閾値である57.19%のパルス幅の上限値を算出する。FPGA55は上限値とパルス幅を比較し、上回っていた場合は過電圧と判定できる。
Although not described in detail, the
次に、FPGA55は電圧値算出処理を実行する(S16)。電圧値算出処理は、RSTの三相電圧値をパルス幅とパルス周期と周波数とを用いて算出する処理である。単相の電圧値を算出する一般的な演算式は以下の通りである。VINは入力電圧、VEは電圧検出閾値であってフォトカプラが導通する電圧である。fは周波数である。
VIN=VE/(cos(2π×f×(パルス幅/2))・・・(1)
Next, the
V IN = V E / (cos (2π × f × (pulse width / 2)) (1)
50Hzの周波数で(1)式を用いて算出した電圧値とパルス幅との関係を図8のグラフに示す。下の曲線P1は計算値、上の曲線P2は三相実測値である。計算値とは、(1)式を用いて算出したパルス幅である。三相実測値とは、FPGA55で計測した電圧値のパルス幅である。曲線P1は曲線P2の約0.6倍であることがわかる。故に50Hzの周波数で三相交流電源19の電圧値を算出する為に、単相を対象とした(1)式をそのまま使用することはできない。
The graph of FIG. 8 shows the relationship between the voltage value calculated using the equation (1) at a frequency of 50 Hz and the pulse width. The lower curve P1 is a calculated value, and the upper curve P2 is a three-phase measured value. The calculated value is a pulse width calculated using the equation (1). The three-phase measured value is a pulse width of a voltage value measured by the
60Hzの周波数で(1)式を用いて算出した電圧値とパルス幅との関係を図9のグラフに示す。下の曲線Q1は計算値、上の曲線Q2は三相実測値である。曲線Q1は曲線Q2の約0.6倍であることがわかる。故に60Hzの周波数で三相交流電源19の電圧値を算出する為に、単相を対象とした(1)式をそのまま使用することはできない。
The relationship between the voltage value calculated using the equation (1) at a frequency of 60 Hz and the pulse width is shown in the graph of FIG. The lower curve Q1 is a calculated value, and the upper curve Q2 is a three-phase measured value. It can be seen that the curve Q1 is about 0.6 times the curve Q2. Therefore, in order to calculate the voltage value of the three-phase
上記検討より、測定したパルス幅から三相交流電源19の電圧値を算出する為に、(1)式を改良する。(1)式に入力するパルス幅を補正し、三相実測値を直接導けばよい。図10は、50Hzの周波数で、パルス幅毎に計算値と三相実測値の比率を算出してプロットしたものである。横軸はFPGA55が測定するパルス幅、縦軸は比率である。比率はFPGA55が測定するパルス幅を補正する補正値である。これらプロットデータの近似式は以下の通りである。
y=-0.0005510245x4+0.0203099438x3-0.2793184179x2+1.7165523815x-3.3316034929 ・・・(2)
From the above examination, the equation (1) is improved in order to calculate the voltage value of the three-phase
y = -0.0005510245x 4 + 0.0203099438x 3 -0.2793184179x 2 + 1.7165523815x-3.3316034929 (2)
図11は、60Hzの周波数で、パルス幅毎に計算値と三相実測値の比率を算出してプロットしたものである。横軸はFPGA55が測定するパルス幅、縦軸は比率である。比率はFPGA55が測定するパルス幅を補正する補正値である。これらプロットデータの近似式は以下の通りである。
y=0.0137540330x4-0.4256553089x3+4.9038648653x2-24.8943800941x+47.6117061713 ・・・(3)
FIG. 11 is a plot of the ratio between the calculated value and the measured three-phase value for each pulse width at a frequency of 60 Hz. The horizontal axis represents the pulse width measured by the
y = 0.0137540330x 4 -0.4256553089x 3 + 4.9038648653x 2 -24.8943800941x + 47.6117061713 (3)
FPGA55が測定するパルス幅から三相交流電源19の電圧値を計算する計算式と計算パラメータは、以下の通りである。計算パラメータは周波数毎に設定する。
VIN=VE/(cos(π×F×ActPW×(ApP1×ActPW4+ApP2×ActPW3+ApP3×ActPW2+ApP4×ActPW+ ApP5)×10-3))/√2 ・・・(4)
・VE:電圧検出閾値(本実施形態では152.5V)
・ActPW:実測パルス幅(ms)
・F:周波数
・ApP1〜ApP5:(2)式と(3)式で求めた近似式パラメータ
Calculation formulas and calculation parameters for calculating the voltage value of the three-phase
V IN = V E / (cos (π × F × ActPW × (ApP1 × ActPW 4 + ApP2 × ActPW 3 + ApP3 × ActPW 2 + ApP4 × ActPW + ApP5) × 10 −3 )) / √2 (4 )
V E : voltage detection threshold (152.5 V in this embodiment)
・ ActPW: Measured pulse width (ms)
・ F : Frequency ・ ApP1 to ApP5: Approximate equation parameters obtained from Equations (2) and (3)
FPGA55は図12に示す計算パラメータテーブル91をメモリに記憶する。計算パラメータテーブル91は上述の計算パラメータを夫々設定する。ApP1〜ApP5の近似式パラメータは上記の評価結果によって変更すればよい。故にFPGA55は、計算パラメータテーブル91のうち、測定したパルス周期から割り出した周波数の近似式パラメータを(4)式に当てはめ、実測パルス幅をActPWに代入することで、三相交流電源19の電圧値を算出できる。FPGA55は算出した電圧値を電圧情報としてメモリに記憶する。
The
次に、FPGA55はメモリに記憶した異常情報と電圧情報をCPU11に出力する(S17)。CPU11は出力した異常情報と電圧情報をRAM13に記憶し且つ表示装置18に表示する。作業者は表示装置18に表示した異常情報と電圧情報を確認することで、三相交流電圧が正常か異常か認識できる。故に作業者は異常箇所の修理交換等の速やかな対応ができる。作業者は異常情報のみならず電圧情報を確認できるので、三相交流電圧が正常であることを常時確認できる。
Next, the
以上説明にて、基準回路51〜53が本発明の分圧手段とパルス出力手段に相当し、図4のS11の処理を実行するFPGA55が本発明の測定手段に相当し、S12の処理を実行するFPGA55が本発明の周波数特定手段に相当し、S13の処理を実行するFPGA55が本発明の無効化手段に相当し、S15の処理を実行するFPGA55が本発明の異常判定手段に相当する。表示装置18に電圧情報と異常情報を表示するCPU11が本発明の表示手段に相当する。
In the above description, the
以上説明したように、本実施形態の数値制御装置1は電圧異常検出回路15を備える。電圧異常検出回路15は三相交流電源19の異常の有無を検出する。電圧異常検出回路15は、R相基準回路51、S相基準回路52、T相基準回路53、FPGA55を備える。R相基準回路51は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧を分圧し、R相を基準として、他のS相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。S相基準回路52は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧を分圧し、S相を基準として、他のR相とT相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。T相基準回路53は、三相交流電源19が出力する三相交流電圧を分圧し、T相を基準として、他のR相とS相のうち低い方との電位差が所定電圧以上になった時にパルスを出力する。FPGA55は基準回路51〜53が出力したパルスを解析し電圧異常の有無と電圧値をリアルタイムで検知する。FPGA55は三相交流電圧について相毎に異常を判断するのではなく、一相を基準とした場合の他の二相との電位差に基づいて出力するパルスで異常の有無を判断する。故に数値制御装置1は三相交流電圧に異常が有るか否かを精度良く検出できる。
As described above, the numerical controller 1 according to this embodiment includes the voltage
本実施形態ではさらに、FPGA55は相毎に測定したパルス幅とパルス周期からデューティ比を算出する。FPGA55は算出したデューティ比と第一閾値と第二閾値と比較し、三相交流電源19の過電圧と電圧低下を夫々検知できる。デューティ比で比較するので、フォトカプラの個体差の影響を軽減できる。さらに各基準回路51〜53は受光素子デバイスであるフォトカプラを備えているので回路内を絶縁できる。故にFPGA55は他の電圧の影響を受けることなくパルス情報だけで電圧値を算出できる。
In the present embodiment, the
本実施形態ではさらに、FPGA55はパルス周期から周波数を特定する。FPGA55は特定した周波数に対応する閾値とデューティ比を比較する。故に数値制御装置1は交流電圧の周波数に応じて交流電圧の異常の有無を精度良く検出できる。
In the present embodiment, the
本実施形態ではさらに、FPGA55は各相に夫々発生するパルスが同一の相で連続して並んだ場合、同一の相で連続して発生したパルスを無効化する。故に数値制御装置1は電圧の瞬間的な低下等に起因するノイズがパルス途中で発生した場合、そのパルスを無効にできるので、正常なパルスのみを抽出して電圧異常を判断できる。
In the present embodiment, the
本実施形態ではさらに、CPU11は電圧情報と異常情報とのうち少なくとも何れかを表示装置18に表示する。故に使用者は現状の電圧値と異常の有無について容易に監視できる。
In the present embodiment, the
なお本発明は上記実施の形態に限定されず、様々な変形が可能である。上記実施形態は、三相交流電源19が供給する三相交流電圧の異常を検出するものであるが、二相でもよく、又は三相以上の複数の相でもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. In the embodiment described above, an abnormality in the three-phase AC voltage supplied from the three-phase
また上記実施形態では、各基準回路51〜53はフォトカプラ64,74,84を備えているが、受光素子デバイスであればよく、例えば光MOSFETでもよい。
In the above embodiment, each of the
また上記実施形態では、CPU11はFPGA55が出力した異常情報を表示装置18に表示する。CPU11は異常情報に基づき、工作機械2の動作を停止する制御を行ってもよい。例えば過電圧又は電圧低下を検知した場合、CPU11は工作機械2の動作を停止してもよい。また上記実施形態は過電圧と電圧低下を第一閾値と第二閾値と比較して検知するが、さらに複数の閾値を用いることで、過電圧と電圧低下を多段階で検知してもよい。この場合、過電圧と電圧低下のレベルまで検知できる。さらに過電圧又は電圧低下のレベルに応じて、表示装置18で異常報知を行い、工作機械2の動作を強制停止してもよい。
In the above embodiment, the
また上記実施形態は、本発明の電圧異常検出装置の一実施形態として、数値制御装置1を説明したが、数値制御装置1とは独立した電圧異常検出装置であってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the numerical control apparatus 1 as one Embodiment of the voltage abnormality detection apparatus of this invention, the voltage abnormality detection apparatus independent of the numerical control apparatus 1 may be sufficient.
また上記実施形態では、FPGA55はパルス幅とパルス周期からデューティ比を算出して第一閾値と第二閾値と比較して異常を判断したが、パルス幅のみで異常を判断してもよい。
In the above embodiment, the
1 数値制御装置
15 電圧異常検出回路
19 三相交流電源
51 R相基準回路
52 S相基準回路
53 T相基準回路
55 FPGA
61,62 抵抗
64 フォトカプラ
71,72 抵抗
74 フォトカプラ
81,82 抵抗
84 フォトカプラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
61, 62
Claims (6)
前記交流電圧を複数の相に分圧する分圧手段と、
前記分圧手段が分圧した各相を夫々基準相としたときに、前記基準相とは異なる他の相のうち低い方の相である対象相との電位差が所定電圧以上になったときにパルスを出力するパルス出力手段と、
前記パルス出力手段が出力した前記パルスの幅と周期を前記相毎に測定する測定手段と、
前記測定手段が前記相毎に夫々測定した前記幅と周期と、メモリに予め記憶した基準情報とに基づき、前記交流電圧に異常が有るか否か判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする電圧異常検出装置。 A voltage abnormality detection device for detecting an abnormality in an AC voltage,
Voltage dividing means for dividing the AC voltage into a plurality of phases;
When each phase divided by the voltage dividing means is used as a reference phase, when a potential difference with a target phase which is a lower phase among other phases different from the reference phase becomes a predetermined voltage or more Pulse output means for outputting a pulse;
Measuring means for measuring the width and period of the pulse output by the pulse output means for each phase;
An abnormality determining means for determining whether or not there is an abnormality in the AC voltage based on the width and period measured for each phase by the measuring means and reference information stored in advance in a memory. Voltage abnormality detection device.
前記分圧手段は受光素子デバイスを備え、
前記異常判定手段は、
前記算出手段が前記相毎に算出した前記デューティ比と、前記基準情報とを夫々比較し、前記交流電圧に異常が有るか否か判定することを特徴とする請求項1に記載の電圧異常検出装置。 The measuring means comprises a calculating means for calculating a duty ratio from the width and period measured for each phase,
The voltage dividing means includes a light receiving device,
The abnormality determining means includes
2. The voltage abnormality detection according to claim 1, wherein the calculation unit compares the duty ratio calculated for each phase with the reference information to determine whether or not the AC voltage is abnormal. apparatus.
前記基準情報は、前記周波数毎に前記基準情報を夫々有し、
前記異常判定手段は、
前記算出手段が算出した前記デューティ比と、前記周波数特定手段が特定した前記周波数に対応する前記基準情報とを夫々比較し、前記交流電圧に異常が有るか否か判定することを特徴とする請求項2に記載の電圧異常検出装置。 A frequency specifying means for specifying the frequency of the pulse from the period measured by the measuring means;
The reference information has the reference information for each frequency,
The abnormality determining means includes
The duty ratio calculated by the calculating means and the reference information corresponding to the frequency specified by the frequency specifying means are respectively compared to determine whether or not the AC voltage is abnormal. Item 3. The voltage abnormality detection device according to Item 2.
前記分圧手段は、前記三相交流電圧をR相、S相、T相に夫々分圧することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の電圧異常検出装置。 The AC voltage is a three-phase AC voltage,
5. The voltage abnormality detection device according to claim 1, wherein the voltage dividing unit divides the three-phase AC voltage into an R phase, an S phase, and a T phase.
前記電圧値算出手段が算出した前記電圧値の情報と、前記異常判定手段の判定結果の情報との少なくとも何れかを表示部に表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の電圧異常検出装置。 Voltage value calculating means for calculating a voltage value of the AC voltage based on the width of the pulse measured by the measuring means;
2. The display device according to claim 1, further comprising: a display unit configured to display at least one of information on the voltage value calculated by the voltage value calculation unit and information on a determination result of the abnormality determination unit on a display unit. The voltage abnormality detection device according to any one of 5.
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