JPH0530709A - 三相電源の異常検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原動機に内蔵しうる程度に小型且つ安価で、
単に逆相検知だけでなく欠相や著しい不平衡などの広範
囲の異常を検知できる三相電源の異常検出回路を提供す
ること。 【構成】 第１，第２，第３，第４のインピーダンス素
子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４を具備し、インピーダンス素
子Ｚ１とＺ２の接続点ｄとインピーダンス素子Ｚ３とＺ
４の接続点ｅの間に出力回路Ｚ０の両端子を接続し、端
子ａ，ｂ，ｃにに正相順に平衡三相電圧が印加されたと
き、出力回路の両端子間の電圧が一定の平衡条件を満た
すように各インピーダンス素子のＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ
４の定数を定め、且つ該出力回路Ｚ０は三相電源の異常
により流れる電流を表示する出力機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三相電源の異常を検出す
る異常検出回路に関するものである。

【０００２】

【従来技術】三相原動機は負荷となる回転機によって一
定の回転方向に固定されることが多い。このような三相
誘導電動機を設置する際に、三相電源の相順を誤って接
続すると回転方向が逆となる。回転が正転か逆転かは通
常目視により確認できるが、機械によっては正転か逆転
かを目視で判定することが困難な場合がある。もし逆転
のまま長時間運転を継続すると機械の寿命に影響すると
か、事故の危険を伴うという問題がある。従来、このよ
うな相順の確認は原動機に三相電源を接続後、試運転を
行い、この原動機の外部に特別に作られた検知装置によ
り外部に漏れる回転磁界を検知して行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記検
知装置はユーザーが特殊な検知装置を購入しなければな
らないとか、検知装置そのものが複雑で且つ高価なもの
である等の欠点があった。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
上記問題点を除去し、原動機と並列に三相電源に接続さ
れる三端子回路網で異常検出回路を構成することによ
り、原動機に内蔵しうる程度に小型且つ安価で、単に逆
相検知だけでなく欠相や著しい不平衡等の広範囲の異常
を検知できる三相電源の異常検出回路を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、第１，第２，第３，第４の４個のインピーダ
ンス素子を具備し、第１のインピーダンス素子の一端と
第２のインピーダンス素子の一端を接続すると共に第３
のインピーダンス素子の一端と第４のインピーダンス素
子の一端を接続し、該両接続点間に出力回路の両端子を
接続し、第１のインピーダンス素子の他端を第１端子と
し、第３のインピーダンス素子の他端を第２端子とし、
第２のインピーダンス素子の他端と第４のインピーダン
ス素子の他端を接続しその接続点を第３端子として三端
子回路網を構成し、第１，第２，第３の各端子に正相順
に平衡三相電圧が印加されたとき、出力回路の両端子間
の電圧が一定の平衡条件を満たすように各インピーダン
ス素子の定数を定め、且つ該出力回路は三相電源の異常
により流れる電流を表示する出力機能を具備することを
特徴とする。

【０００６】また、三端子回路網の出力回路の両端子間
電圧の平衡条件であって、３相のうち任意の二相の相電
圧の差ベクトルと、他の一相の相電圧を（√３）倍し、
且つ９０度位相を進めたベクトルとを平衡させるように
各インピーダンス素子の定数を定めることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】上記のように三相電源の異常検出回路を第１，
第２，第３，第４の４個のインピーダンス素子で三端子
回路網を構成し、第１，第２，第３の各端子に正相順に
平衡三相電圧が印加されたとき、出力回路の両端子間の
電圧が一定の平衡条件を満たすように、例えば３相のう
ち任意の二相の相電圧の差ベクトルと、他の一相の相電
圧を（√３）倍し、且つ９０度位相を進めたベクトルと
を平衡させるように各インピーダンス素子の定数を定め
ることにより、逆相の検知、欠相の検知及び不平衡の検
知ができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の三相電源の異常検出回路の概略構成
を示すブロック図である。図示するように、第１，第
２，第３，第４の４個のインピーダンス素子Ｚ１，Ｚ
２，Ｚ３，Ｚ４を有し、第１のインピーダンス素子Ｚ１
の一端と第２のインピーダンス素子Ｚ２の一端を接続す
ると共に、第３のインピーダンス素子Ｚ３の一端と第４
のインピーダンス素子Ｚ４の一端を接続し、この両接続
点ｄ，ｅの間に出力回路Ｚ０の両端子を接続し、第１の
インピーダンス素子Ｚ１の他端を第１端子ａとし、第３
のインピーダンス素子Ｚ３の他端を第２端子ｂとし、第
２のインピーダンス素子Ｚ２の他端と第４のインピーダ
ンス素子Ｚ４の他端を接続しその接続点を第３端子ｃと
して三端子回路網を構成している。

【０００９】前記第１端子ａ、第２端子ｂ、第３端子ｃ
は三相電源の各相ｕ，ｖ，ｗに接続される端子であり、
インピーダンス素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４は一定の条
件を満す定数に定められており、出力回路Ｚ０は電源異
常を表示又は出力する機能を有している。第１端子ａ、
第２端子ｂ、第３端子ｃに平衡三相電圧を正相順に印加
した場合について以下に説明する。

【００１０】図１図に示す異常検出回路において、第１
端子ａ、第２端子ｂ、第３端子ｃに平衡三相電圧を正相
順に印加した場合、各端子ａ，ｂ，ｃに三相交流電源の
各相ｕ，ｖ，ｗを接続すると、出力回路Ｚ０に流れる電
流Ｉ０は回路網の計算から次式になる。 Ｉ０＝Ｖ０／Ｚ （１） Ｖ０＝Ｖａ−（Ｚ１／Ｚ２）Ｖｂ−（Ｚ３／Ｚ４）Ｖｃ （２） Ｚ＝｛Ｚ１Ｚ２（Ｚ３＋Ｚ４）＋Ｚ３Ｚ４（Ｚ１＋Ｚ２）＋Ｚ０（Ｚ１＋Ｚ２ ） （Ｚ３＋Ｚ４）｝／（Ｚ２Ｚ３Ｚ４／Ｚ１） （３） 但し、Ｖａは第１端子ａと第２端子ｂの間の電圧、Ｖｂ
は第２端子ｂと第３端子ｃの間の電圧、Ｖｃは第３端子
ｃと第１端子ａの間の電圧を指す。これらの相間電圧は
平衡条件により次の関係にある。

【００１１】 Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝０ （４） 今、式（２）のＶ０をゼロにする条件、即ち図１におけ
る接続点ｄ−ｅ間電圧の平衡条件は、式（４）もその条
件の一つであるがこれは電源そのものの条件なので除外
するとして、結局式（２）の平衡条件は次の二つとな
る。 Ｖａ−Ｖｂ＋ｊ（√３）Ｖｃ＝０ （５） −Ｖａ＋ｊ（√３）Ｖｂ＋Ｖｃ＝０ （６）

【００１２】図２（ａ）及び（ｂ）に上記式（５），
（６）のベクトル図を示す。これらの平衡条件を満たす
各素子の条件は式（２）とから次のようになる。先ず、
式（５）について、 Ｚ１／Ｚ２＝１，Ｚ３／Ｚ４＝１／〔ｊ｛１／（√３）｝〕 （７） 即ち、 Ｚ１＝Ｒ１，Ｚ２＝Ｒ２，Ｒ１＝Ｒ２ Ｚ３＝１／（ｊωＣ３），Ｚ４＝Ｒ４，ωＣ３Ｒ４＝１／（√３） （８ ） 但し、ωは電源角周波数である。

【００１３】式（６）について、 Ｚ１／Ｚ２＝ｊ（√３），Ｚ３／Ｚ４＝１ （９） 即ち、 Ｚ１＝Ｒ１，Ｚ２＝１／ｊωＣ２，ωＣ２Ｒ１＝（√３） Ｚ３＝Ｒ３，Ｚ４＝Ｒ４，Ｒ３＝Ｒ４ （１０） なお、式（８）或いは式（１０）において、Ｚ１／Ｚ２
＝１或いはＺ３／Ｚ４＝１をそれぞれＲ１／Ｒ２＝１，
Ｒ３／Ｒ４＝１と置いたがこれは便宜上の問題であって
等しいインピーダンスであればなんでもよい。

【００１４】式（８）及び式（１０）の素子定数による
実施例をそれぞれ図３（ａ）及び（ｂ）に示す。図３
（ａ）の実施例においては、出力回路Ｚ０は、ダイオー
ドＤ、電流計Ｍ及び電流制限抵抗Ｒ０とから構成される
例を示している。図３（ｂ）の実施例においては、変成
器Ｔ、発光ダイオードＤＬ、電流制限抵抗Ｒ０とから構
成される例を示している。なお、図３（ｃ）は後述の平
衡条件から導かれる素子定数の実施例であるが、出力回
路Ｚ０は、リレーＲＹ、電流制限抵抗Ｒ０とから構成さ
れる例を示している。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のい
ずれの実施例においても、正しい相順で平衡三相電圧が
印加された場合は、出力回路Ｚ０には電流が流れない。
即ち出力はない。

【００１５】今、第１端子ａ、第２端子ｂ、第３端子ｃ
に接続された三相電源の相順が逆相となった場合につい
て説明する。逆相接続の場合は三通りあるが、図２
（ａ）の場合を例にして、それぞれの逆相接続における
ベクトル図を図４に示す。図４（ａ）は電圧Ｖａ，Ｖｂ
の入替え、図４（ｂ）は電圧Ｖｂ，Ｖｃの入替え、図４
（ｃ）は電圧Ｖｃ，Ｖａの入替えの各場合を示してい
る。

【００１６】いずれの場合も出力回路Ｚ０の両端電圧は
相間電圧の２（√３）倍となり、Ｉ０＝Ｖ０／Ｚという
電流が出力回路に流れ、これによって異常の表示或いは
出力が行われる。

【００１７】図５は三相のうちいずれかの相が欠相とな
っ場合のベクトル図を示し、図５（ａ）はＶａが欠相の
場合、図５（ｂ）はＶｂが欠相の場合、図５（ｃ）はＶ
ｃが欠相の場合をそれぞれ示している。欠相の場合はＶ
０は同じ大きさとはならず、相間電圧と等しいか、或い
は相間電圧の（√３）倍かのいずれかとなり、電流Ｉ０
＝Ｖ０／Ｚが出力回路Ｚ０に流れ、以上表示あるいは出
力される。

【００１８】上記例は逆相或いは欠相といった極端な電
源異常の例を説明したが、図３（ａ）の実施例のように
アナログ計器のＭを出力回路Ｚ０に用いた場合は適正な
感度を選べば三相電源の平衡、不平衡の程度をリアルタ
イムでモニターすることも可能である。

【００１９】上記実施例では、式（２）のＶ０から導か
れた平衡条件、素子定数によるものであった。式（２）
においてはＶａを規準化した形式の表現であるが、同じ
ようにＶｂ或いはＶｃを規準化した形式についてもそれ
ぞれ平衡条件、素子定数が導かれるように想像される
が、実際は式（５）或いは式（６）と重複するものが殆
どで、下記条件のみが式（５）或いは式（６）と異なる
独立の平衡条件を与える 。 Ｖ０’＝（−Ｚ２／Ｚ１）Ｖａ＋Ｖｂ＋（Ｚ２Ｚ３／Ｚ１Ｚ４） （１１ ） ｊ（√３）Ｖａ＋Ｖｂ−Ｖｃ＝０ （１２） 素子定数は次のようになる。 Ｚ２／Ｚ１＝１／〔ｊ｛１／（√３）｝〕，Ｚ３／Ｚ４＝１／｛ｊ（√３）｝ ∴Ｚ１＝Ｒ１，Ｚ２＝１／（ｊωＣ２），ωＣ２Ｒ１＝１／（√３） Ｚ３＝１／（ｊωＣ３），Ｚ４＝Ｒ４，ωＣ３Ｒ４＝１／（√３） （３） 図３（ｃ）はこの素子定数による実施例を示す図であ
る。

【００２０】以上説明したように、結局独立した平衡条
件は式（５），式（６），式（１２）の三つのみで、こ
れらに共通することは「任意の二相の差ベクトルと、他
の一相を（√３）倍し、９０°位相を進めたベクトルと
を平衡させる」ということであって、このような条件下
で素子定数を定めた三端子回路が本発明の三相電源の異
常検出回路の要点である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、４
個のインピーダンス素子で三端子回路網を構成し、第
１，第２，第３の各端子に正相順に平衡三相電圧が印加
されたとき、出力回路の両端子間の電圧が一定の平衡条
件を満たすように各インピーダンス素子の定数を定め、
且つ該出力回路は三相電源の異常により流れる電流を表
示する出力機能をもたせるので、逆相の検知、欠相の検
知及び不平衡の検知ができる三相電源の異常検出回路小
型で且つ安価に提供できるという優れた効果が得られ
る。

【００２２】また、三端子回路網の出力回路の出力機能
を、電流計のような指示計器による表示出力、直接又は
適当な変成器を介して接続された発光ダイオードによる
表示出力、リレーによる接点出力とすることにより、異
常出力の多様性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三相電源の異常検出回路の概略構成を
示す図である。

【図２】図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の三相電
源の異常検出回路の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図３】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明
の実施例である三相電源の異常検出回路の概略構成を示
す図である。

【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明
の三相電源の異常検出回路の逆相接続の場合の動作を説
明するためのベクトル図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明
の三相電源の異常検出回路の欠相接続の場合の動作を説
明するためのベクトル図である。

【符号の説明】

Ｚ１ 第１のインピーダンス素子 Ｚ２ 第２のインピーダンス素子 Ｚ３ 第３のインピーダンス素子 Ｚ４ 第４のインピーダンス素子 Ｚ０ 出力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 満 東京都品川区北品川５−５−13（Ｕビル５ Ｆ） 日本ビジネスシステムズ株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１，第２，第３，第４の４個のインピ
   ーダンス素子を具備し、前記第１のインピーダンス素子
   の一端と前記第２のインピーダンス素子の一端を接続す
   ると共に前記第３のインピーダンス素子の一端と前記第
   ４のインピーダンス素子の一端を接続し、前記両接続点
   間に出力回路の両端子を接続し、前記第１のインピーダ
   ンス素子の他端を第１端子とし、前記第３のインピーダ
   ンス素子の他端を第２端子とし、前記第２のインピーダ
   ンス素子の他端と前記第４のインピーダンス素子の他端
   を接続しその接続点を第３端子として三端子回路網を構
   成し、 前記第１，第２，第３の各端子に正相順に平衡三相電圧
   が印加されたとき、前記出力回路の両端子間の電圧が一
   定の平衡条件を満たすように前記各インピーダンス素子
   の定数を定め、且つ該出力回路は三相電源の異常により
   流れる電流を表示する出力機能を具備することを特徴と
   する三相電源の異常検出回路。
2. 【請求項２】 前記三端子回路網の出力回路の両端子間
   電圧の平衡条件であって、前記３相のうち任意の二相の
   相電圧の差ベクトルと、他の一相の相電圧を（√３）倍
   し、且つ９０度位相を進めたベクトルとを平衡させるよ
   うに各インピーダンス素子の定数を定めることを特徴と
   する請求項１記載の三相電源の異常検出回路。
3. 【請求項３】 前記三端子回路網の出力回路の出力機能
   が、電流計のような指示計器による表示出力であること
   を特徴とする請求項１記載の三相電源の異常検出回路。
4. 【請求項４】 前記三端子回路網の出力回路の出力機能
   が、直接又は適当な変成器を介して接続された発光ダイ
   オードによる表示出力であることを特徴とする請求項１
   記載の三相電源の異常検出回路。
5. 【請求項５】 前記三端子回路網の出力回路に接続され
   たリレーによる接点出力であることを特徴とする請求項
   １記載の三相電源の異常検出回路。