JP6607156B2

JP6607156B2 - 三相交流電源の欠相検知回路

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Publication number: JP6607156B2
Application number: JP2016157678A
Authority: JP
Inventors: 陽安藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: JP2018026956A

Description

本開示は、三相交流電源の欠相検知回路に関する。

三相交流電源を電源とする機器において、三相交流電源の三相のうちの何れかの相が欠相したことを検知し、危機の保護を行う技術が知られている。このような欠相検知の技術としては、従来、欠相検知ブレーカを配置する構成や、複数のＡＣリレーとトランスとを組み合わせて検知を行う構成が適用されている。また、電圧を監視し欠相判定した後に、システムを安全に停止する技術がある（例えば特許文献１）。

特開２００４−２８９８８３号公報

三相交流電源の欠相検知に係る従来の構成では、部品点数が増えるという問題がある。例えば、上記のＡＣリレーを適用する構成では、ＡＣリレーが三相電源のうち二相のみを制御できるものであり、電源回り込み等が起こる虞があるため、トランスを組み合わせ、電圧の異なる相で検知をする必要があった。また、欠相検知ブレーカやトランスは、重量物であること、サイズが大きいこと、高価であること、などの問題がある。

また、特許文献１などに記載の安全停止技術についても、電圧監視のために電流センサ等を用いる場合、ＥＣＵなどで演算や判定を行うためのロジックも必要であるので、開発工数、コスト、重量などが増加するという問題がある。

本開示は、簡易な構成で、欠相を検知したときにシステムを確実に停止できる三相交流電源の欠相検知回路を提供することを目的とする。

本開示は、三相交流電源（１）の欠相検知回路（１０）であって、前記三相交流電源に接続され単相負荷（２）を作動させる単相交流装置（１１）と、前記三相交流電源に接続される抵抗成分（１２Ａ）と、を備え、前記三相交流電源のうちの第１相が欠相したとき前記単相交流装置が非通電となり、前記三相交流電源のうちの第２相が欠相したとき前記抵抗成分が非通電となり、前記三相交流電源のうちの第３相が欠相したとき前記単相交流装置と前記抵抗成分とが直列に接続され、前記抵抗成分が単相交流リレー（１２）のリレーコイル（１２Ａ）であり、前記単相交流リレーのリレー接点（１２Ｂ）は、前記単相負荷の回路に設けられる、三相交流電源の欠相検知回路である。

この構成により、三相交流電源の各相のいずれが欠相した場合でも、単相負荷への通電を自動的に停止でき、安全にシステムを停止できる。また、従来の欠相検知に係る技術のように、システムの状態（電圧値や電流値）を監視する機能や、ＥＣＵなどで演算や判定を行うためのロジックなどの特別の機能を設ける必要がなく、単相交流装置及び抵抗成分という簡易な外部回路のみで、欠相発生時のシステム停止を行うことができる。つまり、部品点数の低減、サイズの小型化、軽量化を図ることができる。

本開示によれば、簡易な構成で、欠相を検知したときにシステムを確実に停止できる三相交流電源の欠相検知回路を提供することができる。

図１は、実施形態に係る三相交流電源の欠相検知回路の概略構成を示すブロック図である。図２は、三相交流電源１のうちの第１相（Ｔ相）が欠相したときの本実施形態の欠相検知回路の動作を説明するための図である。図３は、三相交流電源１のうちの第２相（Ｒ相）が欠相したときの本実施形態の欠相検知回路の動作を説明するための図である。図４は、三相交流電源１のうちの第３相（Ｓ相）が欠相したときの本実施形態の欠相検知回路の動作を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照して、実施形態に係る欠相検知回路１０の構成について説明する。欠相検知回路１０は、三相交流電源１に電気的に接続され、三相交流電源１の各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のうちのいずれかの欠相を検知するための装置である。また、欠相検知回路１０は、欠相を検知したときに、三相交流電源１を電源とする単相負荷２への通電を停止して、システムを安全に停止させるための装置である。ここで、以下の説明では、三相交流電源１を電源として単相負荷２を通電させ、単相負荷２を作動させる構成の全体を「システム」と表記する。

図１に示すように、欠相検知回路１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１（単相交流装置）と、ＡＣリレー１２（単相交流リレー）とを備える。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、交流から直流への変換回路である。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子には、三相交流電源１の各相のうちの二相（図１ではＳ相及びＴ相）の電源ラインがそれぞれ接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端子は、単相負荷２の正極及び負極に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、三相交流電源１に接続され単相負荷２を作動させる単相交流装置として機能するものである。

ＡＣリレー１２は、リレーコイル１２Ａ及びリレー接点１２Ｂから成り、リレーコイル１２Ａの通電状態に応じてリレー接点１２Ｂのオン／オフが切り替えられる。リレーコイル１２Ａは、三相交流電源１の各相のうちの二相（図１ではＲ相及びＳ相）の電源ラインにそれぞれ接続される。リレーコイル１２Ａは、三相交流電源１に接続される抵抗成分として機能するものであり、その抵抗値は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の抵抗値に対して十分に大きい。リレー接点１２Ｂは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端子と単相負荷２との間の回路上の任意の位置に設置される。

なお、リレーコイル１２ＡとＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子とが接続される三相交流電源１の各相は、一方の相（図１ではＳ相）が共通であり、他方の相が異なる。以降の説明では、三相交流電源１の各相のうち、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１のみが接続される相（図１ではＴ相）を「第１相」とも表記し、リレーコイル１２Ａのみが接続される相（図１ではＲ相）を「第２相」とも表記し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１とリレーコイル１２Ａの両方が接続される相（図１ではＳ相）を「第３相」とも表記する場合がある。

図２〜図４を参照して、実施形態に係る欠相検知回路１０の動作について説明する。まず図２を参照して、三相交流電源１のうちの第１相（Ｔ相）が欠相したときの動作を説明する。図２に示すように、Ｔ相が欠相すると、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子の一方が電源と接続しないので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は非通電となる。一方、リレーコイル１２Ａは通電しているので、リレー接点１２Ｂもオン状態となって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端子と単相負荷２との間の回路は接続されている。しかし、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１が非通電であるので、回路は接続されているものの負荷２は通電しない。したがって、三相交流電源１のＴ相が欠相した場合には、システムは作動せずに自動的に停止する。

次に図３を参照して、三相交流電源１のうちの第２相（Ｒ相）が欠相したときの動作を説明する。図３に示すように、Ｒ相が欠相しても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は通電しており、直流電力を出力可能な状態である。しかし、Ｒ相が欠相すると、リレーコイル１２Ａが非通電となるため、リレー接点１２Ｂがオフ状態となる。これにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端子と単相負荷２との間の回路が遮断されるため、負荷２は通電しない。したがって、三相交流電源１のＲ相が欠相した場合にも、システムは作動せずに自動的に停止する。

次に図４を参照して、三相交流電源１のうちの第３相（Ｓ相）が欠相したときの動作を説明する。図４に示すように、Ｓ相が欠相すると、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子の一方の電源ラインに欠相が生じることになるが、同じくＳ相に接続されるリレーコイル１２Ａを介してＲ相に接続される、いわゆる電源回り込みの状態となるので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は通電する。また、リレーコイル１２Ａも、本来接続されるＳ相が欠相しているものの、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１を介してＴ相に接続され、Ｔ相とＲ相との間で通電するため、リレー接点１２Ｂもオン状態となって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端子と単相負荷２との間の回路は接続される。つまり、負荷２へ通電可能な回路構成となっている。しかし、このときＡＣ／ＤＣコンバータ１１とリレーコイル１２Ａとが直列に接続された関係となっており、抵抗値が相対的に十分に大きいリレーコイル１２Ａの方へ電圧の大半が印加される。このため、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１への電圧印加が極小となり、作動に必要な電圧がかからない。つまり、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、通電しているものの通電が抑制されて直流電力を出力不可能な状態であるので、負荷２は通電しない。したがって、三相交流電源１のＳ相が欠相した場合にも、システムは作動せずに自動的に停止する。

このように、本実施形態の欠相検知回路１０は、三相交流電源１に接続され単相負荷２を作動させるＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、三相交流電源１に接続されるリレーコイル１２Ａと、を備える。ＡＣリレー１２のリレー接点１２Ｂは、単相負荷２の回路に設けられる。欠相検知回路１０は下記の３つの条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満たすよう構成される。
（i）三相交流電源１のうちの第１相（Ｔ相）が欠相したときＡＣ／ＤＣコンバータ１１が非通電となる。
（ii）三相交流電源１のうちの第２相（Ｒ相）が欠相したときリレーコイル１２Ａが非通電となる。
（iii）三相交流電源１のうちの第３相（Ｓ相）が欠相したときＡＣ／ＤＣコンバータ１１とリレーコイル１２Ａとが直列に接続される。

この構成により、三相交流電源１の各相のいずれが欠相した場合でも、単相負荷２への通電を自動的に停止でき、安全にシステムを停止できる。また、従来の欠相検知に係る技術のように、システムの状態（電圧値や電流値）を監視する機能や、ＥＣＵなどで演算や判定を行うためのロジックなどの特別の機能を設ける必要がなく、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１及びＡＣリレー１２という簡易な外部回路のみで、欠相発生時のシステム停止を行うことができる。つまり、部品点数の低減、サイズの小型化、軽量化を図ることができる。したがって、本実施形態の欠相検知回路１０は、簡易な構成で、欠相を検知したときにシステムを確実に停止できる。

また、本実施形態の欠相検知回路１０において、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、三相交流電源１の第１相（Ｔ相）及び第３相（Ｓ相）に接続され、ＡＣリレー１２のリレーコイル１２Ａは、三相交流電源１の第２相（Ｒ相）及び第３相（Ｓ相）に接続される。このような回路構成とすることで、上記の条件（i）〜（iii）を実現でき、簡易な構成で、欠相を検知したときにシステムを確実に停止できる。

また、本実施形態の欠相検知回路１０は、車両に搭載されるのが好ましい。上述のように、欠相検知回路１０は、従来の欠相検知技術と比較して簡易な構成であり、小型化や軽量化を図ることができるので、スペースや重量に制約の多い車両に適用すると特に効果的であるためである。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

上記実施形態では、欠相検知回路１０の構成要素のうち、三相交流電源１に接続され単相負荷２を作動させる単相交流装置としてＡＣ／ＤＣコンバータ１１を適用する構成を例示したが、単相交流装置の機能を発揮できる他の装置（例えば発電機、充電器などシステム電源になるもの）を適用してもよい。また、単相負荷２が単相交流装置に包含される構成（例えば交流電源で作動するファンなど）でもよい。但し、これらの他の構成も、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と同様に、第３相（図１ではＳ相）が欠相して、リレーコイル１２Ａ（抵抗成分）と直列に接続されたときに非作動となるように、抵抗成分に対して十分に抵抗値が低いことが必要である。

また、上記実施形態の単相交流装置としてのＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、交流から直流への変換回路であればよく、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１のような単一部品の代わりに、複数の電子部品により構成される電気回路によって同様の機能を実現するものを適用してもよい。

また、上記実施形態では、欠相検知回路１０の構成要素のうち、三相交流電源１に接続される抵抗成分としてリレーコイル１２Ａを適用する構成を例示したが、制御基板や抵抗器などの他の抵抗成分を適用してもよい。なお、これらの抵抗成分の抵抗値は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１（単相交流装置）の抵抗値に対して十分に大きく設定される必要がある。具体的には、第３相（図１ではＳ相）が欠相して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と直列に接続されたときに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１が動作できない程度にＡＣ／ＤＣコンバータ１１への印加電圧を充分に小さくできるように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の抵抗値に対して相対的に大きく設定される。なお、通常、リレーコイル１２Ａは、通電電流が概ね数十ミリアンペアであり、抵抗成分としては十分大きい。

また、上記実施形態では、三相交流電源１の各相のうち、Ｔ相（第１相）にＡＣ／ＤＣコンバータ１１（単相交流装置）のみが接続され、Ｒ相（第２相）にリレーコイル１２Ａ（抵抗成分）のみが接続され、Ｓ相（第３相）にＡＣ／ＤＣコンバータ１１とリレーコイル１２Ａの両方が接続される構成を例示したが、第１相、第２相、第３相に対応する各相はこれを異なってもよい。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１及びリレーコイル１２Ａと、三相交流電源１の各相との接続関係は、上述した３つの条件（i）〜（iii）を満たすことができれば他の構成であってもよい。

１：三相交流電源
２：単相負荷
１０：欠相検知回路
１１：ＡＣ／ＤＣコンバータ（単相交流装置）
１２：ＡＣリレー（単相交流リレー）
１２Ａ：リレーコイル（抵抗成分）
１２Ｂ：リレー接点

Claims

三相交流電源（１）の欠相検知回路（１０）であって、
前記三相交流電源に接続され単相負荷（２）を作動させる単相交流装置（１１）と、
前記三相交流電源に接続される抵抗成分（１２Ａ）と、
を備え、
前記三相交流電源のうちの第１相が欠相したとき前記単相交流装置が非通電となり、
前記三相交流電源のうちの第２相が欠相したとき前記抵抗成分が非通電となり、
前記三相交流電源のうちの第３相が欠相したとき前記単相交流装置と前記抵抗成分とが直列に接続され、
前記抵抗成分が単相交流リレー（１２）のリレーコイル（１２Ａ）であり、
前記単相交流リレーのリレー接点（１２Ｂ）は、前記単相負荷の回路に設けられる、
三相交流電源の欠相検知回路。
前記単相交流装置は、前記三相交流電源の前記第１相及び前記第３相に接続され、
前記リレーコイルは、前記三相交流電源の前記第２相及び前記第３相に接続される、
請求項１に記載の三相交流電源の欠相検知回路。
前記単相交流装置は、交流から直流への変換回路である、
請求項１又は２に記載の三相交流電源の欠相検知回路。
前記変換回路は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（１１）である、
請求項３に記載の三相交流電源の欠相検知回路。
車両に搭載される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三相交流電源の欠相検知回路。