JPH07194128A - 起動回路を有する電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動抵抗の損傷を防止することができる電源
装置を提供する。 【構成】 電源１とコンバータ２との間に電源スイッチ
７を接続すると共に起動抵抗８ａ〜８ｃを介して起動ス
イッチ９を接続する。起動抵抗８ａ〜８ｃはコンバータ
２の一対の直流出力ライン６ａ、６ｂ間のコンデンサ３
への突入電流を防止する。起動スイッチ９は起動期間の
みオンにする。しかし、コンバータ２の出力電圧又は入
力電流の変化によってコンバータ２の異常を判断し、異
常が検出された時には所定の起動期間の終了を待たずに
起動スイッチ９をオフにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源と交流直流変
換器との間に起動電流制限抵抗を有する電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すように２００Ｖの三相交流電
源１に対してコンバータ（交流直流変換器）２とコンデ
ンサ３とインバータ４とを順次に接続して無停電電源装
置を構成することがある。コンバータ２はこの入力交流
ライン５ａ、５ｂ、５ｃと一対の直流出力ライン６ａ、
６ｂとの間に接続されたＩＧＢＴ（インシュレーテッド
・ゲート・バイポーラトランジスタ）から成るスイッチ
ング素子Ｑ1 〜Ｑ6 とこれ等に並列に接続されたダイオ
ードＤ1 〜Ｄ6 とから成る周知の三相ブリッジ回路で構
成されている。なお、図示が省略されているが、コンバ
ータ２はスイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ6 をオン・オフする
周知の制御回路を有する。コンデンサ３は一対の直流ラ
イン６ａ、６ｂ間に接続され、平滑作用を有すると共に
予備電源作用を有する。インバータ４はコンバータ２及
びコンデンサ３の直流電圧を交流電圧に変換する。

【０００３】コンバータ２の起動時におけるコンデンサ
３の突入電流を防止するために、電源１とコンバータ２
との間に電源スイッチ７が接続されている他に、電流制
限用起動抵抗８ａ、８ｂ、８ｃを介して起動スイッチ９
が接続されている。電源スイッチ７は三相の電磁接触器
から成り、各相のスイッチ（接点）７ａ、７ｂ、７ｃと
電磁駆動装置７ｄとから成る。起動スイッチ９は三相の
電磁接触器から成り、各相のスイッチ（接点）９ａ、９
ｂ、９ｃと電磁駆動装置９ｄとから成る。起動抵抗８ａ
〜８ｃには比較的大きな電流が流れ、これが過熱状態に
なる恐れ及び発煙する恐れがあるので、これを検出する
ためにサーモスタット１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けら
れている。

【０００４】ＤＳＰ（ディジタル信号処理装置）から成
る制御回路１１は、ライン１２から与えられる駆動指令
信号に応答して起動スイッチオン制御信号を形成し、起
動スイッチ９をオン状態に制御する。起動スイッチオン
制御信号は起動開始時点からコンデンサ３の初期充電時
間に相当する所定時間（約６秒）だけ高レベルの電圧状
態を保ち、その後低レベルになる。電源スイッチ７は起
動スイッチ９のオフへの転換に代ってオンになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コンバータ
２のスイッチング素子の破壊等のために、一対の直流出
力ライン６ａ、６ｂ間がスイッチング素子を介して短絡
状態になることがある。起動スイッチ９のオン期間（初
期充電期間）にこの種の状態が発生すれば、短絡電流が
起動抵抗８ａ、８ｂ、８ｃを通って所定時間（初期充電
期間）流れ続け、起動抵抗８ａ〜８ｃの過熱、発煙が発
生する恐れがある。なお、図１に設けられているサーモ
スタット１０ａ〜１０ｃは過熱が生じた時にこれを制御
回路１１に通知するものであって、過熱が生じる恐れが
あることを通知するものではない。また、サーモスタッ
ト１０ａ〜１０ｃは応答速度が遅いので初期充電期間中
に過熱状態検出不可能である。

【０００６】そこで、本発明の目的は起動抵抗の保護を
確実且つ容易に行うことができる電源装置を提供するこ
とにある。

【０００７】上記目的を達成するための本発明は、交流
を直流に変換する交流直流変換器と、前記変換器の一対
の直流出力端子間に接続されたコンデンサ又は蓄電池
と、交流電源と前記変換器の交流入力端子との間に接続
された電源スイッチと、前記交流電源と前記変換器の交
流入力端子との間に起動電流制限抵抗を介して接続され
た起動スイッチと、前記変換器の一対の直流出力端子間
の電圧を検出する電圧検出手段と、前記変換器の駆動指
令信号を供給する駆動指令信号供給手段と、前記電源ス
イッチと前記起動スイッチと前記電圧検出手段と前記駆
動指令信号供給手段とに接続されており、且つ前記駆動
指令信号に応答して前記起動スイッチをオン制御すると
共に、前記電圧検出手段で検出された電圧が所定速度以
上の速度で増大しているか否かを判定し、前記電圧が前
記所定速度以上の速度で増大している時には、前記起動
スイッチのオン状態を所定時間維持し、前記所定時間が
経過した後に前記電源スイッチをオン状態に制御し、前
記電圧検出手段で検出された電圧が前記所定速度以上の
速度で増大していない時には前記所定時間の終了を待た
ずに前記起動スイッチをオフ状態に制御する制御手段と
を備えた電源装置に係わるるものである。なお、電圧の
増大の変化を判断する代りに、請求項２に示すように起
動電流の低減の変化を検出して起動スイッチを制御する
ことができる。

【０００８】

【発明の作用及び効果】交流直流変換器が正常の場合に
は、コンデンサ又は蓄電池の電圧が起動開始後に徐々に
高くなり、逆に電流が徐々に低下する。一方、変換器の
異常によりこれが短絡状態となると、起動開始後に出力
電圧が増大せず、また電流が低減しない。本発明では、
電圧又は電流の異常に基づいて変換器の異常を検出し、
起動期間中であっても起動スイッチをオフ状態に制御す
る。従って、起動抵抗が過熱状態又は発煙状態になるこ
とを確実に防ぐことができる。

【０００９】

【第１の実施例】次に、図２〜図４を参照して本発明の
実施例に係わる電源装置を説明する。但し、図２及び後
述する図５において図１と共通する部分には同一の符号
を付してその説明を省略する。

【００１０】図２の回路は、直流電圧検出ライン１３を
有すること、及びこの電圧検出に基づいて起動スイッチ
９を制御する制御回路１１ａを有することで図１と異な
り、これ等以外は図１と同様に構成されている。

【００１１】制御回路１１ａはＤＳＰで構成されている
が、図２では理解を容易にするために制御回路１１ａは
ＤＳＰの等価回路で示されている。なお、図２に示す個
別回路によって制御回路１１ａを構成することも勿論可
能である。制御回路１１ａは、カウンタ１４、Ａ／Ｄ変
換器１５、遅延用メモリ１６、減算器１７、基準値発生
器１８、比較器１９、電源スイッチ制御回路２０、及び
起動スイッチ制御回路２１を有する。カウンタ１４は起
動指令信号ライン１２に接続され、これに応答して初期
充電期間即ち所定時間（約６秒）を計数する。２つのス
イッチ制御回路２０、２１はカウンタ１４の出力に基づ
いて駆動装置７ｄ、９ｄを制御する。スイッチ制御回路
２０、２１は正常時には比較器１９の出力に実質的に無
関係であるが、異常時には比較器１９の出力に制御され
る。Ａ／Ｄ変換器１５はコンバータ２の出力電圧検出ラ
イン１３の電圧を初期充電期間よりも十分に短い所定の
サンプリング周期でアナログ検出電圧をディジタル信号
に変換する。メモリ１６はＡ／Ｄ変換器１５から第１の
時点ｔ1 で得られたデータを第２の時点ｔ2 まで保持す
る。減算器１７はＡ／Ｄ変換器１５から得られたｔ2 時
点のデータとメモリ１６から得られたｔ1 のデータとの
差を求めて比較器１９に送る。比較器１９は減算器１７
から得られた差のデータと基準値発生器１８の基準値と
を比較し、差のデータが基準値以上であるか否かを示す
出力を発生する。なお、基準値はノイズによる誤判断を
防ぐことができるように設定されている。

【００１２】

【動作】ＤＳＰから成る制御回路１１ａにおける制御ス
テップは次の通りである。 （１） ライン１２から供給される駆動指令信号が高レ
ベルか低レベルかを判定する。これが低レベルなら高レ
ベルになるまで同一の動作を繰返す。 （２） ステップ１で駆動指令が高レベルの場合には図
３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すｔ0 〜ｔ3 の初期充電時
間Ｔ3 をカウンタで計測して起動スイッチ９をオン制御
すると共に、図３（Ｄ）、図４（Ｄ）に示すようにｔ0
〜ｔ1 まで第１の時間Ｔ1 をカウンタ（タイマ）で計測
し、第１の時間Ｔ1 の経過後のｔ1 時点の直流出力電圧
（コンデンサ電圧）のデータを抽出して保持する。 （３） 次に、ｔ1 からｔ2 までの第２の時間Ｔ2 をカ
ウンタ（タイマ）で計測し、第２の時間Ｔ2 の経過後の
ｔ2 時点で直流出力電圧（コンデンサ電圧）の第２のデ
ータを抽出してこれを保持する。 （４） 次に、ｔ1 時点の第１のデータとｔ2 時点の第
２のデータとの差を求める。 （５） 次に、ステップ４の差の値が基準値以上か否か
を判定する。基準値以上の時には正常状態であるので所
定時間Ｔ3 が終了する時点ｔ3 まで起動スイッチ９のオ
ンを保持し、その後オフにすると同時に電源スイッチ７
をオンにする。一方、基準値に達しない時には、コンバ
ータ２の短絡等の異常状態であるので、起動スイッチ９
をｔ2 時点でオフ制御し、起動抵抗８ａ〜８ｃの電流を
遮断し、この過熱又は発煙を防止する。なお、電源スイ
ッチ７を所定時間Ｔ3 終了後にオンにすることも禁止す
る。しかし、ブレーカ等の保護手段が設けられている時
には所定時間Ｔ3 の終了後に電源スイッチをオンにする
こともできる。

【００１３】次に、図２の等価的に示す制御回路１１ａ
を参照して起動時の動作を説明する。コンバータ２が正
常時の場合には図２の各部が図３に示すように変化す
る。即ち、図３（Ａ）に示すようにｔ0 時点で駆動指令
信号が高レベルになると、カウンタ１４が図３（Ｂ）に
示す初期充電時間に相当する所定時間Ｔ3 （約６秒）を
計数し、この時間幅のパルスを発生する。起動スイッチ
制御回路２１は図３（Ｂ）の所定時間Ｔ3 と同一の時間
幅の図３（Ｃ）に示すオン制御信号を起動スイッチ駆動
装置９ｄに与え、起動スイッチ９がオン状態になる。ｔ
3 時点で所定時間Ｔ3 が終了すると、起動スイッチ９が
オフになると共に、電源スイッチ制御回路２０はこれに
応答して電源スイッチ駆動装置７ｄにオン制御信号（図
示せず）を送り、電源スイッチ７がオンになる。上述の
ような正常状態においても、起動期間における異常の判
定は実行されている。この判定動作を次に説明する。図
３のｔ0 時点で起動スイッチ９がオンになると起動抵抗
８ａ〜８ｃで制限された充電電流がコンデンサ３に流れ
る。これにより、一対の直流出力ライン６ａ、６ｂ間の
電圧は図３（Ｄ）に示すように徐々に増大する。Ａ／Ｄ
変換器１５はここに内蔵されているサンプリングクロッ
ク信号発生手段のクロックに基づいてＡ／Ｄ変換すると
共に、ここに内蔵されている第１及び第２のタイマによ
って図３（Ｅ）に示す出力サンプリングパルスを形成
し、ｔ1 及びｔ2 時点の電圧データを出力する。ｔ1 時
点のデータはメモリ１６に保持される。ｔ2 時点の電圧
データが得られると、これからメモリ１６のｔ1 時点の
データが減算器１７で減算され、この差のデータが基準
値発生器１８の基準値以上か否かが比較器１９で判定さ
れる。差のデータが基準値以上の時には、起動スイッチ
制御回路２１からの起動スイッチオン制御信号の送出を
図３（Ｃ）に示すようにｔ3 時点まで継続する。

【００１４】コンバータ２が短絡状態の場合には図４に
示す動作になる。即ち、コンバータ２が短絡状態の場合
にはコンデンサ３が充電されないので、一対の直流ライ
ン６ａ、６ｂ間の電圧即ちコンデンサ電圧Ｖc はほぼゼ
ロに保たれる。このため、図４（Ｅ）に示すｔ1 、ｔ2
のタイミングでのＡ／Ｄ変換器１５の出力はそれぞれゼ
ロであり、ｔ2 時点での減算器１７の出力もゼロであ
り、比較器１９からは差のデータが基準値よりも小さい
ことを示す信号即ち異常信号が出力される。起動スイッ
チ制御回路２１は比較器１９の異常信号に応答して起動
スイッチオン制御信号の送出を図４（Ｃ）に示すように
ｔ2 時点で終了させる。これにより、起動スイッチ９は
所定時間Ｔ3 の終了を待たずにｔ2 でオフになり、起動
抵抗８ａ〜８ｃを保護する。なお、電源スイッチ７のｔ
3 時点でのオンを禁止する。しかし、必要に応じてｔ3
で電源スイッチ７をオンにすることもできる。

【００１５】上述のようにＴ1 ＋Ｔ2 をＴ3 よりも短く
設定しておくことによって所定時間Ｔ3 が終了する前に
コンバータ２の異常を判定し、起動抵抗８ａ〜８ｃの損
傷を保護することができる。

【００１６】

【第２の実施例】図５の回路は図２の回路における電圧
検出の代りに、Ｕ相ライン５ａとＷ相ライン５ｃとの電
流検出器３１、３２を設け、これ等をＡ／Ｄ変換及びピ
ーク検出回路１５ａに接続したものである。Ａ／Ｄ変換
及びピーク検出回路１５ａは、Ｕ相Ａ／Ｄ変換器とＷ相
Ａ／Ｄ変換器を有し、交流電源電圧の周波数よりも十分
に高いサンプリング周波数でＵ相及びＷ相電流をディジ
タル信号に変換し、Ｖ相電流はＵ相とＷ相の電流から演
算で求め、３つの相の電流のピーク値の平均ピークを求
め、このピーク値を図６の２つの時点ｔ1 、ｔ2 でサン
プリングして出力するように構成されている。従って、
第２の実施例は第１の実施例の電圧の変化の大小によっ
て異常を判定する代りに、電流の変化の大小によって異
常を判定する。

【００１７】図６は図５のコンバータ２が正常の場合の
各部の電流を示す。正常の場合のコンデンサ３の充電電
流は起動開始後に徐々に低下する。従って、Ｕ、Ｖ、Ｗ
相ライン５ａ、５ｂ、５ｃの電流は図６（Ｄ）（Ｅ）
（Ｆ）に示すように時間と共に低減する。３つの相の電
流のピーク値も図６（Ｇ）に説明的に示すように時間と
共に低下する。Ａ／Ｄ変換及びピーク検出回路１５ａ
は、図６（Ｇ）に示す電流ピーク値を求め、ｔ1 、ｔ2
時点のサンプルを得る。ｔ1 時点のサンプルはメモリ１
６に記憶され、ｔ2 時点のサンプルと減算器１７で減算
される。ｔ1 時点の第１のサンプル（電流データ）とｔ
2 時点の第２のサンプル（電流データ）との差が基準値
発生器１８の基準値以上か否かを比較器１９で判定し、
異常か否かを決める。なお、正常時にはｔ1 、ｔ2 の電
流値の差が基準値よりも大きくなる。この正常時には、
比較器１９の出力による起動スイッチオン制御信号の中
断動作が発生せず、起動スイッチ９は所定時間Ｔ3 だけ
オンする。

【００１８】図７は図５のコンバータ２が短絡状態の時
の各部の状態を図６と同様に示す。コンバータ２が短絡
している時にはコンデンサ３の充電が行われず、起動期
間に各相の電流のピークは図７（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）に示
すように低下しない。なお、図７では図示の都合上電流
の周期を実際よりも長くしているが、Ｔ1 又はＴ2 の期
間中に多数のピークが存在する。Ａ／Ｄ変換及びピーク
検出回路１５ａで電流ピークを求めると、図７（Ｇ）に
説明的に示すようにほぼ一定のピーク値が得られる。こ
のため、ｔ1 時点のサンプル（電流データ）とｔ2 時点
のサンプル（電流データ）との差が実質的に発生せず、
この差の値が基準値よりも小さいこと即ち異常を示す出
力が比較器１９から得られ、第１の実施例の場合と同様
に所定時間（初期充電時間）Ｔ3 の終了を待たずに起動
スイッチ９がｔ2 時点でオフになり、起動抵抗８ａ〜８
ｃの保護が達成される。

【００１９】なお、図５の制御回路１１ｂのＤＳＰによ
る処理のステップは図２の制御回路１１ａのＤＳＰによ
る処理のステップにおける電圧を電流に置き換えたもの
に相当する。要するに、第２の実施例の電源装置は、電
圧と電流の相違を除いて第１の実施例の電源装置と実質
的に同一である。

【００２０】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 図５におけるＡ／Ｄ変換及びピーク検出回路１
５ａにおいてピーク検出回路をＡ／Ｄ変換器の前段に設
けることができる。 （２） ３相全部の電流を検出して異常を判断するこ
と、又は１相の電流のみで異常を判断することもでき
る。 （３） コンバータ２は交流直流変換できる回路であれ
ば、どのような回路であってもよい。例えばサイリスタ
による制御整流回路とすることができる。また、図２、
図５の回路からスイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ6 を省いた全
波整流回路とすることもできる。 （４） スイッチ７、９を電子スイッチにすることもで
きる。 （５） 図５の制御回路１１ｂを個別回路又はアナログ
回路で構成することができる。 （６） 図２の実施例ではｔ1 、ｔ2 時点以外でもＡ／
Ｄ変換しているが、ｔ1 、ｔ2 時点のみでＡ／Ｄ変換し
てもよい。また、異常判定を２つの時点ｔ1 、ｔ2 より
も多い時点の電圧又は電流データで行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電源装置を示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施例の電源装置を示す回路図
である。

【図３】図２のコンバータが正常の場合の各部の波形図
である。

【図４】図２のコンバータが短絡状態の場合の各部の波
形図である。

【図５】第２の実施例の電源装置を示す回路図である。

【図６】図５のコンバータが正常の場合の各部の波形図
である。

【図７】図６のコンバータが短絡状態の場合の各部の波
形図である。

【符号の説明】

２ コンバータ ３ コンデンサ ８ａ〜８ｃ 起動抵抗 ９ 起動スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流を直流に変換する交流直流変換器
   と、 前記変換器の一対の直流出力端子間に接続されたコンデ
   ンサ又は蓄電池と、 交流電源と前記変換器の交流入力端子との間に接続され
   た電源スイッチと、 前記交流電源と前記変換器の交流入力端子との間に起動
   電流制限抵抗を介して接続された起動スイッチと、 前記変換器の一対の直流出力端子間の電圧を検出する電
   圧検出手段と、 前記変換器の駆動指令信号を供給する駆動指令信号供給
   手段と、 前記電源スイッチと前記起動スイッチと前記電圧検出手
   段と前記駆動指令信号供給手段とに接続されており、且
   つ前記駆動指令信号に応答して前記起動スイッチをオン
   制御すると共に、前記電圧検出手段で検出された電圧が
   所定速度以上の速度で増大しているか否かを判定し、前
   記電圧が前記所定速度以上の速度で増大している時に
   は、前記起動スイッチのオン状態を所定時間維持し、前
   記所定時間が経過した後に前記電源スイッチをオン状態
   に制御し、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記所
   定速度以上の速度で増大していない時には前記所定時間
   の終了を待たずに前記起動スイッチをオフ状態に制御す
   る制御手段とを備えた電源装置。
2. 【請求項２】 交流を直流に変換する交流直流変換器
   と、 前記変換器の一対の直流出力端子間に接続されたコンデ
   ンサ又は蓄電池と、 交流電源と前記変換器の交流入力端子との間に接続され
   た電源スイッチと、 前記交流電源と前記変換器の交流入力端子との間に起動
   電流制限抵抗を介して接続された起動スイッチと、 前記変換器の入力側の電流を検出する電流検出手段と、 前記変換器の駆動指令信号を供給する駆動指令信号供給
   手段と、 前記電源スイッチと前記起動スイッチと前記電流検出手
   段と前記駆動指令信号供給手段とに接続されており、且
   つ前記駆動指令信号に応答して前記起動スイッチをオン
   制御すると共に、前記電流検出手段で検出された電流が
   所定速度以下の速度で低減しているか否かを判定し、前
   記電流が前記所定速度以下の速度で低減している時に
   は、前記起動スイッチのオン状態を所定時間維持し、前
   記所定時間が経過した後に前記電源スイッチをオン状態
   に制御し、前記電流検出手段で検出された電流が前記所
   定速度以下の速度で低減していない時には前記所定時間
   の終了を待たずに前記起動スイッチをオフ状態に制御す
   る制御手段とを備えた電源装置。