JPH0723034Y2 - 三相整流回路の欠相検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、モータの制御装置やインバータ装置の主電源
等に用いられる三相整流回路の欠相状態を検出する三相
整流回路の欠相検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、種々の装置の直流電源において三相交流を直流に
変換する三相整流回路が用いられている。三相整流回路
の場合、１相が欠相状態（結線忘れ、断線等により１相
が接続されていない状態）になっても、三相整流回路の
出力からは直流電圧が出力される。そのために、電圧低
下や装置の動作異常が、欠相にあることに気付くのが遅
くなり、種々の問題が発生していた。例えば、三相整流
回路の出力でインバータ装置を駆動してACモータを駆動
している場合には、欠相状態の発生によるACモータの回
転の変動によりACモータを駆動源として動作する装置の
動作異常が発生する問題があった。また三相整流回路を
インバータ電源に応用した場合、出力電圧に脈動が生じ
る問題があった。

そこで従来から、三相整流回路の欠相状態を検出して、
電源を速やかに停止させ、作業者に欠相状態が発生して
いることを知らせる欠相検出装置が種々提案されてい
る。従来提案されている幾つかの欠相検出装置では、三
相整流回路の交流入力端子にそれぞれアノードが接続さ
れカソードが共通接続された３個のダイオードと、三相
整流回路の負極側直流出力端子にアノードが接続されて
三相整流回路の一部を構成する３個のダイオードとを利
用して欠相検出用整流回路を構成している。そしてある
欠相検出装置では、欠相検出用整流回路の出力を平滑し
た平滑電圧が正常結線時と欠相時とで大きく変化するこ
とに着目して欠相状態の発生を検出している。また他の
欠相検出装置では欠相状態が発生すると欠相検出用整流
回路から出力される直流出力の脈動が大きくなることに
着目して、所定の電圧レベルを設定し脈動する直流電圧
がこの電圧レベルより小さくなったときにパルス信号を
発生するようにして、このパルス信号の発生により欠相
状態が発生したことを検出している。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、前者の平滑電圧の大小で欠相を判定する
ものでは、三相交流電源の電圧を変化させて電圧制御を
行った場合に電源電圧の変化を欠相状態の発生と誤って
判断する問題があった。また後者のパルス信号を発生す
るものでは、平滑電圧を用いずに脈動電圧をそのまま用
いているので、電源電圧の変動に対しては強いが、瞬時
停電が発生した時にパルス信号が発生したり、パルス信
号が出力される線路にノイズ・パルスが誘起されると、
これらのノイズ信号によって判断を誤る問題があった。

本考案の目的は、電圧変動、瞬時停電またはノイズの発
生によって誤動作することのない三相整流回路の欠相検
出装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案においては、図面に示した実施例に見られるよう
に、上記問題点を解決するために三相整流回路１の三相
交流入力端子2a〜2cにそれぞれアノードが接続されカソ
ードが共通接続された３個の検出用ダイオード9a〜9c
と、これら検出用ダイオードのカソードと三相整流回路
１の負極側直流出力端子2eとの間に現れる脈動電圧Vsを
基準電圧Vrefと比較して脈動電圧Vsが基準電圧Vrefより
も小さくなっている期間に等しいパルス幅を有するパル
ス信号P1（P2）を出力する比較回路11と、比較回路11か
ら出力されたパルス信号のうちパルス幅が予め予想した
ノイズ信号のパルス幅より大きいパルス信号の数を測定
し電源周波数に応じて定めた所定期間内に電源周波数の
応じて定めた所定の数以上のパルス数を計数すると欠相
検出信号Ｓを出力する欠相判別回路13とを設けた。なお
ノイズ信号のパルス幅は、瞬時停電が発生した際に発生
するパルス信号や過去の経験で発生が予想されるノイズ
・パルスのパルス幅を基準にして定めることになる。

［考案の作用］ 本考案において、欠相判別回路13は比較回路11から出力
されたパルス信号のうちパルス幅が予め予想したノイズ
信号のパルス幅より大きいパルス信号の数を計数する。
これは許容できるパルス幅の長さを瞬時停電が発生した
際に発生するパルス信号やノイズ・パルスのパルス幅よ
りも長く設定して、誤動作の原因となるパルス信号を除
去するためである。したがって本考案によれば検出精度
が非常に高くなる。そして電源周波数に応じて所定期間
を設定し、この期間内に、電源周波数に応じて所定の数
以上のパルス数を計数した場合に限り、欠相状態が発生
したと判断して欠相検出信号Ｓを出力する。なお欠相状
態が発生した場合に所定の期間内に発生が予想されるパ
ルス信号の数は、三相交流電源の電源周波数から予め算
出しておく。このようにすると、瞬時停電時に発生する
パルス信号またはノイズ・パルスのパルス幅が予め予想
したパルス幅より大きくなっても、これらのパルス信号
が所定の期間内に連続して発生しない限り、誤って欠相
検出信号が出力されることはない。したがって本考案に
よれば、欠相検出装置の誤動作を防止して、三相整流回
路の欠相を確実に検出できる。

［実施例］ 以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は、ACサーボモータの駆動装置に用いられている
三相整流回路の欠相状態を検出する場合に本考案を適用
した実施例を示している。同図において、１は３個のダ
イオード1a〜1cと３個のサイリスタ1d〜1fとをブリッジ
接続してなる三相混合ブリッジ整流回路である。各ダイ
オード1a〜1cのカソードと各サイリスタ1d〜1fのアノー
ドとの接続点がそれぞれ交流入力端子2a〜2cを構成し、
ダイオード1a〜1cのアノードが共通接続されて負極側の
直流出力端子2eを構成し、サイリスタ1d〜1fのカソード
が共通接続されて正極側の直流出力端子2dを構成してい
る。この三相混合ブリッジ整流回路１は、サイリスタ位
相制御回路３から各サイリスタ1d〜1fに対して出力され
る位相制御信号S1によってサイリスタ1d〜1fを位相制御
することにより、整流回路１の直流出力端子2d及び2eに
並列接続された平滑用コンデンサ４を徐々に充電する。
平滑用コンデンサ４によって平滑された直流電圧はトラ
ンジスタをブリッジ接続してなる公知のトランジスタ・
インバータ５に入力される。インバータ５は、ACサーボ
モータ制御回路７から出力される制御信号S2に応じてAC
サーボモータ６の駆動に必要な電圧及び周波数の三相交
流を出力する。

欠相検出装置８は、三相整流回路１の交流入力端子2a〜
2cにそれぞれアノードが接続されカソードが共通接続さ
れた３個の検出用ダイオード9a〜9cからなるダイオード
回路９を備えている。各ダイオード9a〜9cのカソードと
三相整流回路１の負極側直流出力端子2eとの間には、抵
抗10a及び10bからなる分圧回路10が設けられ、分圧回路
10の抵抗10bの非接地側端子は比較回路11の一方の入力
端子に接続されている。分圧回路10は、ダイオード9a〜
9cのカソードと三相整流回路１の負極側直流出力端子2e
との間に現れる脈動電圧を、比較回路11の入力レベルま
で下げ且つ電流を制限するために設けられている。仮に
三相交流電源の電圧が200V（R.M.S）であるとすれば、
ダイオード9a〜9cの最大カソード電圧が約280Vになるの
で、抵抗10bの抵抗値を抵抗10aの1/27に設定すれば、比
較回路11への入力電圧は最大で約10Vとなる。なお抵抗1
0aを数百ＫΩの高抵抗とすれば、ダイオード9a〜9cに小
容量のダイオードを用いることができる。

比較回路11の他方の入力端子には基準電圧Vrefが入力さ
れ、この比較回路11は脈動電圧を分圧した分圧電圧Vsが
基準電圧Vrefよりも小さくなっている期間一定の電位レ
ベルを保持するパルス信号P1を出力する。正常結線時に
おいては、第２図Ａ（ａ）に示すように三相整流回路１
の交流入力端子2a〜2cには三相の交流電圧U,V,Wが現れ
る。そして交流電圧U,V,Wは検出用ダイオード9a〜9cと
三相整流回路１のダイオード1a〜1cとによって構成され
たブリッジ整流回路により全波整流される。整流された
電圧は分圧回路10によって分圧され、その分圧電圧Vsは
第２図Ａ（ｂ）に示すように常に基準電圧Vrefよりも大
きな電圧となっている。したがって比較回路11からは、
第２図Ａ（ｃ）に示すようにパルス信号は全く出力され
ない。これに対して一相（例えばＶ相）が欠相状態にな
った場合には、三相整流回路１の交流入力端子2a及び2c
には第２図Ｂ（ａ）に示す２相の交流電圧が印加され
る。一相が欠相すると、Ｕ相とＷ相との間に電位差があ
るときには分圧回路10に電流が流れ、Ｕ相とＷ相との間
に電位差が無いときには分圧回路10に電流が流れること
は無い。したがって比較回路11に入力される分圧電圧Vs
は第２図Ｂ（ｂ）に示すようにＵ相とＷ相の交流電圧の
差の絶対値に比例した電圧波形となる。同図から判るよ
うに、Ｕ相とＷ相の交流電圧波形の交点において、周期
的にＯ［Ｖ］となる点が発生する。したがって、分圧電
圧Vsが基準電圧Vrefよりも小さくなっている期間比較回
路11からは第２図Ｂ（ｃ）に示すようにパルス信号P1が
出力される。瞬時停電が発生した場合にも、瞬間的にパ
ルス信号P1が出力される。

12はパルス信号P1によって駆動されて発光する発光ダイ
オードと該発光ダイオードからの光で導通するフォトラ
ンジスタとからなるフォトカプラ絶縁回路であり、この
絶縁回路12は後述する欠相判別回路13がパワー回路から
電気的に切り離してノイズの侵入をできる限り阻止する
機能を果している。なお本実施例では、欠相判別回路13
と絶縁回路12より前の回路とはそれぞれ別の電源によっ
て駆動される。

欠相判別回路13は、絶縁回路12から出力されたパルス信
号P1と同じパルス幅を有するパルス信号P2を入力とし
て、入力されるパルス信号P2のうちパルス幅が所定の長
さ以上のパルス信号P2の数を測定し、所定期間内に所定
の数以上のパルス数を計数すると欠相検出信号Ｓを出力
するように構成されている。なお基準となるパルス幅
は、欠相時に出力されるパルス信号P2のパルス幅を基準
にして適宜に定めるが、本実施例では例えば欠相時に出
力されるパルス信号P2の1/2のパルス幅を基準としてい
る。またパルス数を計数する期間及び計数するパルスの
数は、三相交流電源の周波数に応じて適当な期間及び数
を設定する。例えば、電源周波数が50Hzの場合には、欠
相時に比較回路11から出力されるパルス信号P1の周期は
10msとなるので、所定の期間を52msとし且つカウント・
パルス数を４とすれば、所定のパルス幅以上のパルス幅
を有するパルス信号P2が52ms以内に４パルス以上入力さ
れた場合には欠相判別回路13に欠相状態が発生したと判
断して欠相検出信号Ｓを出力する。尚本実施例において
は、欠相検出信号Ｓが出力されるとサイリスタ位相制御
回路３及びACサーボモータ制御回路７は動作を停止する
ように構成されている。

第３図は、欠相判別回路13の具体的構成の一例を示して
いる。この欠相判別回路13は、パルス幅測定回路13a
と、カウンタ回路13bと、カウンタリセット回路13cとラ
ッチ回路13dとから構成される。なおこの実施例で、各
カウンタ13a₁〜13c₁は、例えば74LS161に相当するカウ
ンタを用いて構成されている。カウンタ13a₁の入力端子
には、例えば39Hzのクロック信号C1とカウンタ13a₁のQD
出力からのフィードバック信号とを入力とするオア回路
OR1の出力が入力され、またクリア入力端子CLRには絶縁
回路12から出力されたパルス信号P2と電源電圧が立上が
るとハイレベルとなり以後その状態を保持するリセット
信号Ｒとのアンドを取るアンド回路AND1の出力が入力さ
れている。アンド回路AND1からはパルス信号P2が入力さ
れている期間だけクリア端子CLRに信号が出力され、カ
ウンタ13a₁はこの期間クロック信号C1を計数し、８カウ
ントを計数すると有効パルス信号P3をカウンタ回路13b
に出力する。もしノイズの発生等により発生したパルス
幅の狭いパルス信号P2が入力された場合には、そのパル
ス信号P2が入力されている期間内に８カウントを計数で
きないので有効パルス信号P3は出力されない。よってノ
イズ・パルスは完全に除去される。

カウンタ回路13bのカウンタ13b₁のクリア端子CLRにはリ
セット信号Ｒとカウンタリセット回路13cから出力され
る信号のアンドを取るアンド回路AND2の出力が入力され
る。カウンタリセット回路13cは、カウンタ回路13bが計
数を行う期間を定めるものであり、例えば305Hzのクロ
ック信号C2を計数して16カウントの計数を完了するとリ
ップルキャリーからハイレベルの信号を出力する。この
時インバータ回路IV1の出力はロウレベルとなりアンド
回路AND2の出力がロウレベルとなってカウンタ13b₁はリ
セットされる。したがってアンド回路AND2の出力がロウ
レベルになるまでの間、カウンタ13b₁は有効パルス信号
P3の計数を行い、リセットされるまでの所定の期間内に
４パルスを計数するとQC出力から欠相判別信号Ｓを出力
する。

ラッチ回路13dは、カウンタ回路13bから出力された欠相
判別信号Ｓを保持する機能を果たすものであり、２つの
ノア回路NOR1及びNOR2からなるフリップフロップとイン
バータ回路IV2とから構成される。電源がリセットされ
るとインバータ回路IV2の出力はハイレベルになり、カ
ウンタ回路13bの出力はロウレベルにあるため、ノア回
路NOR2の出力がロウレベルにある。電源のリセット後は
インバータ回路IV2の出力がロウレベルになっても、カ
ウンタ回路13bの出力がロウレベルであればノア回路NOR
2の出力はロウレベルのまま変らない。この状態でカウ
ンタ回路13bが欠相判別信号Ｓを出力してカウンタ回路1
3bの出力がハイレベルになると、ノア回路NOR2の出力は
ロウレベルからハイレベルとなり、以後電源が落とされ
てリセットされるまでこの状態は保持される。このよう
にラッチ回路13dを設けて欠相判別信号を保持するよう
にすれば、確実に欠相状態の検出をラッチ回路以降の機
器に指令することができる。なお欠相判別回路13から出
力される欠相検出信号Ｓによって駆動される機器の構成
によっては、ラッチ回路は必ずしも必要ない。

尚上記パルス幅測定回路13a、カウンタ回路13b、カウン
タリセット回路13c及びラッチ回路13dの構成は、上記実
施例に限定されるものではなく、公知の種々の回路を組
合せて構成してもよいのは勿論である。

上記実施例においては、三相交流電源の周波数が50Hzの
場合を例にして説明したが、電源周波数が60Hzの場合に
も上記実施例を適用することができる。また本実施例
は、ACサーボ・モータの制御装置に本考案を適用したも
のであるが、本考案は他の装置の三相整流回路の欠相状
態の検出にも適用できるのは勿論である。

［考案の効果］ 以上のように、本考案によれば比較回路から出力された
パルス信号のうちパルス幅が予め予想したノイズ信号の
パルス幅より大きいパルス信号の数を計数し且つ電源周
波数に応じて定めた所定期間内に電源周波数に応じて定
めた所定の数以上のパルス数を計数した場合に限り欠相
検出信号を出力する欠相判別回路を設けたので、誤動作
の原因となる瞬時停電またはノイズ・パルスの影響を受
けることなく欠相状態を検出することができる利点があ
る。また、瞬時停電時に発生するパルス信号またはノイ
ズ・パルスのパルス幅が予め予想したパルス幅より大き
くなった場合でも、パルス数を計数して欠相状態を判別
するため、これらのパルス信号が所定の期間内に連続し
て発生しない限り、三相整流回路の欠相を確実に検出で
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はACサーボモータの駆動装置の三相整流回路の欠
相状態を判別するために本考案を適用した実施例の概略
構成を示す図、第２図Ａは正常結線時に第１図の実施例
の各部に現れる波形を示す波形図、第２図Ｂは欠相状態
時に第１図の実施例の各部に現れる波形を示す波形図、
第３図は欠相判別回路の一例を示す論理回路図である。 １…三相整流回路、2a〜2c…交流入力端子、３…サイリ
スタ位相制御回路、４…コンデンサ、５…トランジスタ
・インバータ、６…ACサーボモータ、７…ACサーボモー
タ制御回路、８…欠相判別装置、9a〜9b…検出用ダイオ
ード、10…分圧回路、11…比較回路、12…絶縁回路、13
…欠相判別回路、13a…パルス幅測定回路、13b…カウン
タ回路、13c…カウンタリセット回路、13d…ラッチ回
路。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】負極側直流出力端子にアノードが共通接続
   された３個の整流用ダイオードを含んで三相ブリッジ結
   線されてなる三相整流回路に三相交流の全相が入力され
   ているか否かを判別する三相整流回路の欠相検出装置に
   おいて、 前記三相整流回路の三相交流入力端子にそれぞれアノー
   ドが接続されカソードが共通接続された３個の検出用ダ
   イオードと、 該検出用ダイオードのカソードと前記三相整流回路の前
   記負極側直流出力端子との間に現れる脈動電圧を基準電
   圧と比較し、前記脈動電圧が前記基準電圧よりも小さく
   なっている期間に等しいパルス幅を有するパルス信号を
   出力する比較回路と、 前記比較回路から出力された前記パルス信号のうちパル
   ス幅が予め予想したノイズ信号のパルス幅より大きいパ
   ルス信号の数を測定し且つ電源周波数に応じて定めた所
   定期間内に電源周波数に応じて定めた所定の数以上のパ
   ルス数を計数すると欠相検出信号を出力する欠相判別回
   路とを具備してなる三相整流回路の欠相検出装置。
2. 【請求項２】前記三相整流回路は、位相制御される制御
   整流素子を含んでなる三相混合ブリッジ整流回路からな
   る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の三相整流回路
   の欠相検出装置。
3. 【請求項３】前記欠相判別回路は、入力されるパルス信
   号のパルス幅を測定しパルス幅が所定の長さ以上あると
   きに有効パルス信号を出力するパルス幅測定回路と、前
   記所定期間内に前記有効パルス信号のパルス数を計数し
   電源周波数に応じて予め設定したパルス数を計数すると
   前記欠相検出信号を出力するカウンタ回路と、前記欠相
   検出信号を保持するラッチ回路とからなる実用新案登録
   請求の範囲第１項に記載の三相整流回路の欠相検出装
   置。