JPH11215808A - 電源装置 - Google Patents
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- JPH11215808A JPH11215808A JP10016876A JP1687698A JPH11215808A JP H11215808 A JPH11215808 A JP H11215808A JP 10016876 A JP10016876 A JP 10016876A JP 1687698 A JP1687698 A JP 1687698A JP H11215808 A JPH11215808 A JP H11215808A
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Abstract
滑コンデンサの劣化と欠相等の交流電源に関する異常を
検出することができる電源装置を提供する。 【解決手段】 電圧検出回路7で平滑コンデンサ4の端
子間の直流電圧Vdcを検出し、リップル電圧検出回路8
において交流電源2の1/2周期毎に、直流電圧Vdcの
最大値と最小値の差としてリップル電圧Vr を求める。
このリップル電圧Vr と所定のしきい値B1 、B2 との
差電圧を計算した後、これら差電圧を夫々積分演算回路
9a、9bでリップル電圧積分値S1 、S2 に加算す
る。比較判定回路10a、10bでは、リップル電圧積
分値S1 が所定の異常判定値W1を超えたときに劣化の
異常信号を出力し、リップル電圧積分値S2 が所定の異
常判定値W2 を超えたときに電源異常信号を出力する。
Description
劣化や欠相等の入力交流電源の異常を検出する機能を有
した電源装置に関する。
平滑して直流電圧を生成する電源装置においては、平滑
コンデンサに電解コンデンサが使用され、その平滑コン
デンサの寿命は、リップル電流や周囲温度等に応じて定
まる平滑コンデンサの内部温度により略決定される。平
滑コンデンサが寿命に達すると静電容量が急激に低下す
るので、平滑コンデンサの両端電圧である直流電圧のリ
ップル電圧成分が増加する。
が発生した場合にも、直流電圧のリップル電圧成分が大
きく増加する。このため、直流電圧を用いて平滑コンデ
ンサの寿命(劣化)検出を正しく行うためには、併せて
入力交流電源に関する異常の検出も必要となる。
電圧を用いて平滑コンデンサの寿命を検出するための装
置が開示されている。この寿命検出装置は、平滑コンデ
ンサの両端電圧であるリップル電圧又は平滑コンデンサ
に流れるリップル電流を検出し、これらリップル電圧、
リップル電流が夫々所定の寿命判定レベルよりも低下し
た場合に寿命として判定するようになっている。
の欠相検出回路を別に設け、その欠相検出信号により寿
命検出信号をマスクするように構成されている。この欠
相検出回路は、交流電圧を整流する全波整流回路とCR
フィルタ回路、及び2つのフィルタコンパレータ回路等
から構成され、各フィルタコンパレータ回路がCRフィ
ルタ回路前後の電圧を夫々異なる判定レベルと比較する
ことにより欠相を検出するようになっている。
ップル電圧すなわち平滑コンデンサの両端電圧である直
流電圧をそのまま所定の寿命判定レベルと比較している
ので、交流電源電圧が変動した場合(特に低下した場
合)には誤検出することがあり、平滑コンデンサが寿命
に達していないにもかかわらずインバータ装置を停止さ
せてしまうという問題があった。同様に、欠相検出回路
においても、交流電源電圧が変動した場合(特に低下し
た場合)にはCRフィルタ回路の出力電圧が判定レベル
よりも低下して誤った欠相検出信号を出力することがあ
った。
で、その目的は、交流電源電圧変動や負荷の状態に依ら
ず、平滑コンデンサの寿命等による劣化を検出して故障
を未然に防ぐことができ、また、欠相等の交流電源に関
する異常を確実に検出することができる電源装置を提供
することにある。
め、請求項1に記載した本発明の電源装置は、整流回路
と平滑コンデンサを用いて交流電源を整流、平滑するこ
とにより負荷に対し直流電源を供給する電源装置であっ
て、前記平滑コンデンサの端子間の直流電圧を検出する
電圧検出手段と、この電圧検出手段において所定の期間
内に検出した直流電圧の最大値と最小値の差に基づくリ
ップル電圧値を求めるリップル電圧検出手段と、前記リ
ップル電圧値と劣化判定用の所定のしきい値との差電圧
を積分してリップル電圧積分値を得る積分演算手段と、
前記リップル電圧積分値と劣化判定用の所定の異常判定
値とを比較し、前記リップル電圧積分値が前記劣化判定
用の所定の異常判定値を越えたときに前記平滑コンデン
サが劣化したと判定して異常信号を出力する比較判定手
段とを具備して構成されている。
電圧のリップル成分であるリップル電圧値を検出し、こ
のリップル電圧値と劣化判定用の所定のしきい値との差
電圧に基づいて平滑コンデンサの劣化判定を行うので、
交流電源電圧の大きさやその変動に依存することなく、
平滑コンデンサの劣化に起因するリップル電圧値を正し
く検出することができる。また、このリップル電圧値を
積分してリップル電圧積分値を得、このリップル電圧積
分値と劣化判定用の所定の異常判定値との比較結果に基
づいて平滑コンデンサの劣化判定に関わる異常信号を出
力するので、過渡的なリップル電圧が一時的に発生した
ような場合であっても、誤判定を防ぐことができる。
求項1に記載した電源装置と同様の構成を有し、積分演
算手段においてリップル電圧値と電源異常判定用の所定
のしきい値との差電圧を積分してリップル電圧積分値を
得るとともに、比較判定手段において前記リップル電圧
積分値と電源異常判定用の所定の異常判定値とを比較す
ることにより交流電源に関する異常を判定して異常信号
を出力する。
サの劣化判定と同様に、所定の期間毎に、直流電圧のリ
ップル成分であるリップル電圧値を検出して欠相等の電
源異常の判定を行うので、交流電源電圧の大きさやその
変動に依存することなく、電源異常に起因するリップル
電圧値を正しく検出することができる。また、このリッ
プル電圧値は、積分された後に電源異常判定用の所定の
異常判定値と比較されるので、過渡的なリップル電圧の
発生に対する誤判定を防ぐことができる。
いて、交流電源電圧または直流電源電圧の低下を検出す
る不足電圧検出手段と、不揮発性記憶手段とを設け、前
記不足電圧検出手段にて電圧の低下が検出されたときに
リップル電圧積分値を前記不揮発性記憶手段に書き込
み、前記電圧が復帰したときに、前記不揮発性記憶手段
から前記リップル電圧積分値を読み出して積分演算手段
におけるリップル電圧積分値として設定するように構成
すると良い(請求項3)。
電圧が急激に低下したような場合に、不足電圧検出手段
にて電圧の低下が検出されると、そのときまでの平滑コ
ンデンサの劣化進行状態を保持しているリップル電圧積
分値を不揮発性記憶手段に退避する。また、復電する
と、退避されたリップル電圧積分値を読み出して積分演
算手段におけるリップル電圧積分値として再設定する。
従って、交流電源の停電等によってリップル電圧積分値
が初期化されたり、電圧の増減時に発生する過渡的なリ
ップル電圧を誤って積分してしまうことを防ぐことがで
きる。
求項2に記載した電源装置から積分演算手段を省き、比
較判定手段において、リップル電圧検出手段にて求めた
リップル電圧値と電源異常判定用の所定の異常判定値と
を比較し、前記リップル電圧値が前記電源異常判定用の
所定の異常判定値を越えたときに交流電源に関する異常
と判定して異常信号を出力するように構成されている。
斯様に構成すれば、リップル電圧値を積分することな
く、直接、電源異常判定用の所定の異常判定値と比較し
て異常信号を得るので、積分演算による電源異常の検出
遅れ時間を短縮することができる。
所定のしきい値に下限リミットを設けたり(請求項
5)、劣化判定用又は電源異常判定用の所定の異常判定
値に下限リミットを設けても良い(請求項6)。斯様に
構成すれば、電源異常の判定をする場合、電源異常判定
用の所定のしきい値又は所定の異常判定値の下限リミッ
ト値として、例えば平滑コンデンサの許容リップル値に
応じた値を設定することにより、平滑コンデンサの劣化
進行に対して十分に影響が小さいリップル電圧値につい
ては積分しないように構成することができる。これによ
り、過渡的なリップル等による誤判定を防止でき、リッ
プル電圧値が下限リミット値以下の場合にはそのまま電
源装置の運転継続が可能となる。また、平滑コンデンサ
の劣化を判定する場合にも、劣化判定用の所定のしきい
値又は所定の異常判定値の下限リミット値として、例え
ば負荷に対して許容されるリップル値を設定することに
より、誤判定を防止でき、電源装置の運転可能領域を広
げることができる。
装置において、特に負荷をインバータ回路とした場合
(請求項7)においては、以下の手段を用いると良い。
すなわち、所定のしきい値として、インバータ回路の出
力周波数の関数値を用いたり(請求項8)、インバータ
回路がモータを駆動する場合において、モータ電流のト
ルク成分の関数値を用いる(請求項9)。また、所定の
異常判定値として、インバータ回路の出力周波数の関数
値を用いたり(請求項10)、インバータ回路がモータ
を駆動する場合において、モータ電流のトルク成分の関
数値を用いる(請求項11)。
と密接な関係を有するインバータ回路の出力周波数、及
びモータに流れる電流のトルク成分の関数値として、イ
ンバータ回路の各運転状態に適した所定のしきい値と所
定の異常判定値を設定することができるので、劣化や電
源異常を確実に検出することができる。
の出力周波数が所定値以下のとき(請求項12)、イン
バータ回路がモータを駆動する場合において、モータ電
流のトルク成分が所定値以下のとき(請求項13)、イ
ンバータ回路が停止しているとき(請求項14)、又は
インバータ回路の出力周波数が増加中または減少中のと
き(請求項15)には異常信号の出力を禁止するように
構成すると良い。斯様に構成すれば、過渡的なリップル
が発生しても異常信号の誤出力を防ぐことができ信頼性
を向上させることができる。
定の期間を交流電源の周波数の1/2周期以上とするこ
とが好ましい(請求項16)。斯様に構成すれば、交流
電源の相数に関係なく、リップル電圧を正確に検出する
ことができる。
明の第1実施例を図1乃至図3を参照して説明する。図
1は、電源装置1の電気的構成を示している。この図に
おいて、三相の交流電源2は、整流素子例えばダイオー
ドを三相ブリッジ接続してなる整流回路3の入力端子に
接続され、整流回路3の正及び負の出力線は電源装置1
の正側及び負側の出力端子T1及びT2に接続されてい
る。この出力端子T1、T2の間には、整流回路3にお
いて整流された電圧を平滑するために、電解コンデンサ
からなる平滑コンデンサ4が接続されている。
荷として、IGBT等のスイッチング素子と還流ダイオ
ードとを三相ブリッジ接続してなる電圧型のインバータ
回路5が接続され、その出力端子にはモータ6(例えば
誘導電動機)の各相端子が接続されている。モータ6に
は回転速度を検出するための図示しないエンコーダが装
着されており、インバータ回路5は、図示しない制御回
路によってベクトル制御の演算を行い、可変電圧、可変
周波数の交流電圧を出力することによりモータ6を回転
駆動するようになっている。
滑コンデンサ4の端子間の直流電圧を例えば抵抗分圧の
手段により降圧して検出し、絶縁した後直流電圧Vdcと
してリップル電圧検出回路8に対して出力するものであ
る。
電圧検出手段として機能するもので、詳細には後の作用
の説明において述べるが、交流電源2の周波数の1/2
周期毎に、その1/2周期の間の直流電圧Vdcの最大値
と最小値の差を計算し、その値をリップル電圧Vr とし
て出力するようになっている。このリップル電圧Vr
は、平滑コンデンサ4の劣化判定に対しては所定のしき
い値B1 との差電圧が計算され、欠相等の交流電源2の
異常(整流回路3の異常を含む)判定に対しては所定の
しきい値B2 との差電圧が計算され、各差電圧は夫々積
分演算回路9a、9bに与えられる。
の)電源異常とは、交流電源2と整流回路3との結線不
良等により生じる欠相、整流回路3の断線等の不良によ
る欠相等、交流電源2から異常な状態で直流電圧が生成
されている場合をいうものとする。また、特に明記した
場合を除き、(瞬時)停電等の交流電源2の断電状態は
含まないものとする。
劣化判定に用いる積分演算回路9aと、交流電源2の異
常の判定に用いる積分演算回路9bとは同じ構成を有し
ている。すなわち、夫々に入力された上記差電圧を交流
電源2の周波数の1/2周期毎に加算することにより積
分し、夫々リップル電圧積分値S1 、S2 を得て比較判
定回路10a、10bに対し出力するようになってい
る。
a、10bも互いに同じ構成を有している。すなわち、
比較判定回路10aにおいては、交流電源2の周波数の
1/2周期毎に、リップル電圧積分値S1 を劣化判定用
の所定の異常判定値W1 と比較し、リップル電圧積分値
S1 が所定の異常判定値W1 を越えたときに、平滑コン
デンサ4が劣化したと判定して異常信号を出力する。同
様に、比較判定回路10bにおいても、交流電源2の周
波数の1/2周期毎に、リップル電圧積分値S2を電源
異常判定用の所定の異常判定値W2 と比較し、リップル
電圧積分値S2 が所定の異常判定値W2 を越えたとき
に、交流電源2に欠相等の異常が発生したと判定して異
常信号を出力する。比較判定回路10a、10bから異
常信号が出力されると、インバータ回路5がモータ6を
停止させるように動作する。
御するために用いられる図示しない制御回路は、例えば
マイクロコンピュータによって構成されており、上述し
たリップル電圧検出回路8、積分演算回路9a、9b、
比較判定回路10a、10b等における処理もまた上記
マイクロコンピュータによって処理される。そして、電
圧検出回路7から出力される直流電圧Vdcは、図示しな
いA/Dコンバータによってディジタル化された後上記
マイクロコンピュータに入力されるようになっている。
4の劣化判定を行う場合の作用について電気的構成(図
1参照)の各部の波形を示す図2を参照して説明する。
図2(a)には、上から、直流電圧Vdc(リップルを有
する実線波形)、電源装置1から平滑コンデンサ4を除
いた場合(静電容量が0の場合)の出力電圧を表す直流
電圧Vdc' (リップルを有する破線波形)、リップル電
圧Vr (階段状に増加する実線波形)、及び劣化判定用
の所定のしきい値B1 (一定値)が示されており、図2
(b)には、劣化判定用の所定の異常判定値W1 (一定
値)、及びリップル電圧積分値S1 (階段状に増加する
実線波形)が示されている。横軸は時間を表し、時刻t
0 から時刻t1 までの区間T1を始め、時刻t1以降の
各区間T2〜T6は全て交流電源2の周波数の1/2周
期に相当する時間幅を有している。また、時刻t0 にお
いてはリップル電圧積分値S1 が0になっており、平滑
コンデンサ4がまだ劣化していない状態にあるものとす
る。
周期とするのは、交流電源2の相数に依らず常にリップ
ル電圧Vr を正確に検出するためであり、A/Dコンバ
ータの検出遅れ等により、1/2周期毎にリップル電圧
Vr を検出できない場合には幅を大きくしても良い。た
だし、この区間の幅を大きくする程、過渡的に発生する
リップル電圧Vr に追従できなくなるので、可能な限り
1/2周期に近づくように設定するのが好ましい。
電圧Vdcを入力してその値を検査しており、各区間が終
了する毎にその区間内における直流電圧Vdcの最大値と
最小値の差であるリップル電圧Vr を演算し、次の区間
の間そのリップル電圧Vr を保持する。リップル電圧V
r を求めると、続いてそのリップル電圧Vr と所定のし
きい値B1 との差電圧が計算され、この差電圧が積分演
算回路9aにおいてリップル電圧積分値S1 に加算され
る。加算後は、比較判定回路10aにおいて、このリッ
プル電圧積分値S1 が所定の異常判定値W1 と比較さ
れ、その結果に応じて異常信号が出力される。
1においては、その静電容量の減少はなく、直流電圧V
dcは平滑コンデンサ4がないとした場合の直流電圧Vd
c' に比べ平滑されている。この区間T1の終了時刻t
1においてリップル電圧Vr1が得られる。そして、この
リップル電圧Vr1と所定のしきい値B1 との差電圧が計
算されるが、その結果が負となるので差電圧を0に置き
替える。なお、リップル電圧積分値S1 は、差電圧が0
であるので区間T1におけるリップル電圧積分値S1
(=0)のまま変化しない。
途中の時刻t11に、交流電源2の電圧がステップ的に
減少した場合を示している。時刻t2において求められ
るこの区間T2のリップル電圧Vr2は、交流電源2の電
圧が減少した分だけ増加して所定のしきい値B1 を越え
るので差電圧(Vr2−B1 )が発生し、リップル電圧積
分値S1 に加算される。しかしながら、交流電源2にこ
のような電圧変動(停電、瞬停を除く)があっても、平
滑コンデンサ4が正常の場合にあっては、その平滑作用
のために、交流電源2の1/2周期に相当する区間のリ
ップル電圧Vrが劣化判定に影響する程大きくなること
はなく、上記した区間T2においても、リップル電圧V
r2は所定のしきい値B1 を僅かに越える程度に止まる。
その結果、リップル電圧積分値S1 は僅かに増加するも
のの、所定の異常判定値W1 には達しないので異常信号
は出力されない。
至る途中の時刻t21に、平滑コンデンサ4が劣化した
場合を示している。ただし、実際の平滑コンデンサ4の
寿命に関わる劣化は、時間をかけて徐々に進行するもの
であり、ここでは説明の便宜上瞬時的な劣化を表したに
過ぎない。
が減少し平滑作用が低下するので、図の時刻t21以降
に示すように直流電圧Vdcが直流電圧Vdc' に近づき、
そのリップル電圧成分が増加する。その結果、区間T3
の終了時刻t3において求められるリップル電圧Vr3は
リップル電圧Vr1、Vr2よりも増加し、所定のしきい値
B1 との差電圧(Vr3−B1 )だけリップル電圧積分値
S1 が増加する。
平滑コンデンサ4の劣化が進行し、時刻t4において区
間T4間のリップル電圧Vr4と所定のしきい値B1 との
差電圧、時刻t5において区間T5間のリップル電圧V
r5と所定のしきい値B1 との差電圧がリップル電圧積分
値S1 に加算されることになる。つまり、劣化が進行す
ると、区間T2に示した電圧変動時とは異なり、各区間
毎にリップル電圧Vrが次々に加算積分されていくの
で、リップル電圧積分値S1 は確実に増加していく。そ
の結果、本実施例においては、区間T5が終了した時刻
t5において、リップル電圧積分値S1 が所定の異常判
定値W1 を越えるので平滑コンデンサ4の劣化に対する
異常信号が出力される。
は、平滑コンデンサ4の正常時におけるリップル電圧V
r と、平滑コンデンサ4の劣化時におけるリップル電圧
Vr との中間値に定められ、劣化判定用の所定の異常判
定値W1 は、平滑コンデンサ4の劣化時におけるリップ
ル電圧Vr に対し、一定時間の経過の後にリップル電圧
積分値S1 が到達する値に決められる。
常判定を行う場合の作用について電気的構成(図1参
照)の各部の波形を示す図3を参照して説明する。この
場合、平滑コンデンサ4には劣化が生じていないものと
する。図3(a)及び(b)は、上述した図2(a)及
び(b)と同様の電圧波形を表している。ただし、区間
T3、T4に示す二点鎖線は、電源装置1から平滑コン
デンサ4を除いた場合(静電容量が0の場合)であっ
て、且つ交流電源2に欠相が生じた場合の出力電圧Vd
c''を表している。図3の区間T1とT2は、夫々図2
の区間T1とT2と同じなので説明を省略し、以下区間
T3以降について詳述する。
に至る途中の時刻t21に、交流電源2に欠相が生じた
場合を示している。欠相が生じると、平滑コンデンサ4
がない場合の直流電圧Vdc''は0[V]まで低下する
が、本実施例では平滑コンデンサ4が接続されているの
で、その平滑作用によって直流電圧Vdcの低下は小さく
なる。しかしながら、時刻t3において求められる区間
T3のリップル電圧Vr3、時刻t4において求められる
区間T4のリップル電圧Vr4は、正常時のリップル電圧
Vr1、Vr2に比べ増加し、リップル電圧積分値S2 は欠
相が生じた区間T3の終了時刻t3以降急激に増加す
る。そして、時刻t4において、リップル電圧積分値S
2 が電源異常判定用の所定の異常判定値W2 を超える
と、電源異常に対する異常信号を出力する。
判定回路10aからも異常信号が出力される。また、電
源異常判定用の所定のしきい値B2 は、交流電源2が正
常で平滑コンデンサ4が劣化した場合おけるリップル電
圧Vr と、交流電源2に異常が生じ平滑コンデンサ4が
正常であるときにおけるリップル電圧Vr との中間値に
定められ、電源異常判定用の所定の異常判定値W2 は、
交流電源2に異常が生じたときにおけるリップル電圧V
r に対して、一定時間の経過の後にリップル電圧積分値
S2 が到達する値に決められる。
滑コンデンサ4の端子電圧を検出し、交流電源2の周波
数の1/2周期毎に、その検出した直流電圧Vdcのリッ
プル電圧Vr を求め、平滑コンデンサ4の劣化判定には
所定のしきい値B1 との差電圧を計算した後、この差電
圧をリップル電圧積分値S1 に加算する。また、電源異
常の判定には所定のしきい値B2 との差電圧を計算した
後、この差電圧をリップル電圧積分値S2 に加算する。
そして、これらリップル電圧積分値S1 、S2が夫々所
定の異常判定値W1 、W2 を超えたときに異常信号を出
力するよう構成される。
電圧Vr を基に劣化を判定するので、交流電源2の電圧
値に変動があっても、平滑コンデンサ4の劣化に伴う静
電容量の減少に起因するリップル電圧成分を正しく検出
することができる。そして、そのリップル電圧Vr の積
分値であるリップル電圧積分値S1 に基づいて異常信号
を出力するので、リップル電圧Vr が一時的に所定のし
きい値B1 を超えた場合であっても、誤って異常信号が
出力されることを防止できる。従って、平滑コンデンサ
4の寿命等による劣化を正確に検出でき、故障を未然に
防ぐことができる。なお、欠相等の電源異常について
も、同様に、交流電源2の電圧変動に依存することな
く、電源異常に起因するリップル電圧成分を正しく検出
することができるので、異常を確実に検出することがで
き、電源装置1の信頼性を向上させることができる。
実施例について、電源装置1の電気的構成を示す図4を
参照して説明する。なお、図4において図1と同一構成
部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる構成部
分について説明を行う。
不足電圧検出回路11は、交流電源2に(瞬時)停電が
発生したり、電源スイッチ(図示せず)をオフにして電
源装置1から交流電源2を切り離したとき等において、
直流電圧Vdcが予め定められた不足電圧値VUdc 以下に
なると、不揮発性記憶回路12に対して不足電圧信号S
UVを出力するようになっている。また、交流電源2が復
電したり、電源スイッチ(図示せず)をオンにして電源
装置1に交流電源2を接続したとき等において、直流電
圧Vdcが予め定められた不足電圧値VUdc を越えると不
足電圧信号SUVの出力が停止するようになっている。
揮発性記憶回路12は、不揮発性記憶手段として機能す
るもので、不足電圧信号SUVを受けると、積分演算回路
9a、9bにおいて積分されたリップル電圧積分値S1
、S2 を内部に書き込んで記憶する。また、不足電圧
信号SUVが停止すると、逆に内部に記憶された上記リッ
プル電圧積分値S1 、S2 を読み出して、それらを積分
演算回路9a、9bにおけるリップル電圧積分値S1 、
S2 として再設定する。
と不揮発性記憶回路12を付加すると、交流電源2に瞬
時停電が発生して直流電圧Vdcが一時的に不足電圧値V
Udcより低下しても、直ちにリップル電圧積分値S1 、
S2 が退避されるので、このような異常な電圧低下に伴
い生じる大きなリップル電圧Vr による誤積分によって
リップル電圧積分値S1 、S2 に誤差が積算されること
がなくなる。また、交流電源2が停電したり、電源装置
1の使用終了又は事故等により交流電源2が切り離され
た結果、マイクロコンピュータがリセットされてしまう
場合においても、その前にリップル電圧積分値S1 、S
2 が退避されるので、これらリップル電圧積分値S1 、
S2 が初期化されてしまうことがない。従って、リップ
ル電圧積分値S1 、S2 は、交流電源2が断電されてい
る期間を除き、常にその時点における平滑コンデンサ4
の劣化進行状態、及び欠相等の電源異常状態を正確に保
持し続けることができる。
実施例について、電源装置1の電気的構成を示す図5を
参照して説明する。なお、図5において図1と同一構成
部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる構成部
分について説明を行う。
異常を検出する手段を備えており、その検出手段は図1
に示した構成に対し積分演算手段9bを除いて構成され
ている。また、比較判定回路10bにおいては、交流電
源2の周波数の1/2周期毎に、リップル電圧Vr を電
源異常判定用の所定の異常判定値W3 と比較し、リップ
ル電圧Vr が所定の異常判定値W3 を越えたときに、交
流電源2に異常が発生したと判定して異常信号を出力す
るようになっている。この場合、所定の異常判定値W3
は、交流電源2が正常で平滑コンデンサ4が劣化した場
合おけるリップル電圧Vr と、交流電源2に異常が生じ
平滑コンデンサ4が正常であるときにおけるリップル電
圧Vr との中間値に定められる。また、後述する第4実
施例における所定のしきい値B1 と同様にして関数値と
して設定しても良い。
r を積分せず、直接所定の異常判定値W3 と比較して異
常信号を得るので、欠相等の電源異常の発生から異常信
号の出力までの検出遅れ時間が小さく、応答性良く電源
異常を検出することが可能となる。
実施例について、図6乃至図10を参照して説明する。
なお、図6において図1と同一構成部分には同一符号を
付して説明を省略し、以下異なる構成部分について説明
を行う。
て、例えばホール素子から構成される電流検出器13
は、モータ6の各相巻線のうち任意の2相、例えばU相
とV相に流れる電流を検出して出力電流検出回路14に
出力する。その出力電流検出回路14は、得られた2相
の電流から残る1相の電流を算出し、インバータ回路5
からモータ6へ出力される電流Io を得るようになって
いる。この出力電流Ioと回転座標の角度θ1 (図示せ
ず)は座標変換演算回路15へと入力され、出力電流I
o は二次磁束に平行な磁束分電流Id と、二次磁束に直
交しモータ出力トルクに比例するトルク分電流Iq とに
分離される。また、出力電圧演算回路16は、直流電圧
Vdcと図示しないPWM制御回路における変調率等に基
づいてインバータ回路5の出力電圧Vo を演算するよう
になっている。
にホール素子等から構成され、電源装置1の出力端子T
1から負荷であるインバータ回路5に流れる直流電流を
検出するようになっている。この検出された電流は直流
電流検出回路18において増幅された後、直流電流Idc
として出力電力演算回路19に出力される。
路7にて検出される電源装置1の出力電圧Vdcと、直流
電流検出回路18にて検出される直流電流Idcとの乗算
によって電源装置1から出力される(有効)電力Po を
得る。また、同時に、出力電圧演算回路16にて演算さ
れるインバータ回路5の出力電圧Vo と、出力電流検出
回路14にて検出されるインバータ回路5の出力電流I
o との乗算によってインバータ回路5から出力される
(皮相)電力Po'を得る。
ータ回路5の出力電圧Vo 、出力電流Io 、出力電流I
o のトルク分電流Iq 、電力Po 、Po'、及び出力周波
数fo の各値の関数値として、夫々、劣化判定用の所定
のしきい値B1 と所定の異常判定値W1 、及び電源異常
判定用の所定のしきい値B2 と所定の異常判定値W2 を
決定するようになっている。
いて、各所定値B1 、B2 、W1 、W2 を決定する関数
の設定方法について図7乃至図10も参照して説明す
る。図7及び図8に示すグラフは、出力周波数fo を1
0Hzから60Hzまで10Hz間隔で設定し、各出力
周波数fo においてトルク分電流Iq に対するリップル
電圧Vr の大きさを測定した結果である。各図におい
て、縦軸はリップル電圧Vr [V]を表し、横軸は定格
トルク電流を100[%]とした場合のトルク分電流I
q [%]を表している。図7は交流電源2が正常の場
合、図8は交流電源2の1相に欠相が生じた場合のリッ
プル電圧Vr を表し、何れの図においても平滑コンデン
サ4の劣化はない。各図においては、細い実線が10H
z、粗い破線が20Hz、細かい破線が30Hz、一点
鎖線が40Hz、二点鎖線が50Hz、太い実線が60
Hzの出力周波数の場合を示している。
荷(トルク分電流Iq =0)のときのリップル電圧Vr
は出力周波数fo に依らず略等しく、トルク分電流Iq
が増加するとそれに略比例してリップル電圧Vr が増加
する。その増加する傾きは出力周波数fo が高くなる程
大きくなる傾向を有する。そして、欠相が発生すると正
常時に比べリップル電圧Vr は略4倍程度増大する。従
って、電源異常判定用の所定のしきい値B2 としては、
各出力周波数fo 毎に、各トルク分電流Iq に対して、
図7に示すリップル電圧Vr 及び後述する平滑コンデン
サ4の劣化時のリップル電圧Vr よりも大きく、且つ図
8に示すリップル電圧Vr よりも小さい値となるような
関数を設定すれば良いことが判る。図9(a)に実線で
示す関数は、この関数を具体的に示したもので、所定の
しきい値B2 がトルク分電流Iqに比例するとともに、
出力周波数fo の増加に伴ってその傾きが増加するよう
な関数になっている。また、このような所定のしきい値
B2 を設定した場合、電源異常が発生したときのリップ
ル電圧Vr と所定のしきい値B2 との差電圧は、図8に
示す特性に類似して、出力周波数fo 及びトルク分電流
Iq の増加に伴って増加する傾向を有する。従って、上
記差電圧を積分したリップル電圧積分値S2に対するし
きい値である所定の異常判定値W2 の関数設定について
も、所定のしきい値B2 と同様に図9(b)に実線で示
すように決定すればよい。
破線で示すように、関数によって定まる所定の値に対し
て下限リミット値B2L、W2Lを設けるようにしても良
い。下限リミット値B2Lとしては、例えば平滑コンデン
サ4の許容リップル値を設定する。このように、下限リ
ミット値を設ける理由は、図9(a)の実線で示す関数
は図7、図8に示す測定結果のみに基づいて決定されて
いるため、トルク分電流Iq の小さい領域においては、
平滑コンデンサ4の許容リップル値以下のしきい値B2
を持つことがあるためである。すなわち、リップル電圧
Vr が許容リップル値以下の場合には、例え電源異常が
発生していても平滑コンデンサ4などへの影響は十分に
小さく、むしろ運転を継続することにより運転可能範囲
を広げることができることによる。なお、所定の異常判
定値W2 についても同様に運転可能範囲を広げ、且つ過
渡的なリップル等によって不要に積分されたリップル電
圧を排除する目的から適当な下限リミット値W2Lを設け
る。
る所定のしきい値B1 と所定の異常判定値W1 について
も上述した電源異常判定の場合と略同様にして関数を設
定することができる。平滑コンデンサ4が劣化した場合
のリップル電圧Vr は、その大きさを除き図8と略同じ
傾向を示す(図示せず)。リップル電圧Vr は全体とし
て電源異常時よりも小さくなる。
としては、各出力周波数fo 毎に、各トルク分電流Iq
に対して、図7に示すリップル電圧Vr よりも大きく、
且つ図示しないコンデンサ劣化時のリップル電圧Vr よ
りも小さい値となるような関数を設定すれば良いことが
判る。具体的な関数は、例えば図10(a)に実線で示
すように設定される。なお、所定の異常判定値W1 も所
定の異常判定値W2 と同様な考察により例えば図10
(b)に実線で示すように設定される。
(b)に夫々破線で示すように、関数によって定まる所
定の値に対して下限リミット値B1L、W1Lを設けるよう
にしても良い。下限リミット値B1Lとしては、例えば電
源装置1の負荷であるインバータ回路5の要求する許容
リップル値(一般に、平滑コンデンサ4の許容リップル
値よりも小さい)を設定する。通常、平滑コンデンサ4
の劣化は電源異常に比べ時間をかけて徐々に進行し、そ
の初期においてはリップル電圧Vr は平滑コンデンサ4
の許容リップル値内にある。そのため下限リミット値B
1Lとして平滑コンデンサ4の許容リップル値を設定する
のは適当でない。むしろ、劣化が進む間、インバータ回
路5の要求する許容リップル値よりも小さいリップル電
圧Vr については、インバータ回路5の動作に何等影響
が無く、また過渡的なリップルによる誤判定を防止して
運転可能範囲を広げるためにも排除することが望まし
い。同様に、下限リミット値W1Lを設定しても運転可能
範囲を広げることが可能となる。
5の出力電圧Vo 、出力電流Io 、電力Po 、Po'につ
いても、各値の増加に伴いリップル電圧Vr が増加する
傾向を有する(図示せず)ので、上述したトルク分電流
Iq や出力周波数fo と同様にして関数の設定が可能と
なる。さらに、これら個々の関数を組み合わせて用いて
も良い。
定のしきい値B1 、B2 、及び所定の異常判定値W1 、
W2 を、電源装置1の負荷であるインバータ回路5の出
力電圧Vo 、出力電流Io 、出力電流Io のトルク分電
流Iq 、電力Po 、Po'、及び出力周波数fo の関数値
として設定するので、負荷がどのような運転状態にあっ
ても常に最適なしきい値、異常判定値を設定でき、劣化
や電源異常を確実に検出することができるとともに、誤
判定により電源装置1が停止してしまう事態を極力防止
することができる。また、電源異常用の所定のしきい値
B2 に対しては平滑コンデンサ4の許容リップル値、劣
化判定用の所定のしきい値B1 に対しては負荷であるイ
ンバータ回路5の許容リップル値を下限リミット値B2
L、B1Lとして設定したので、過渡的なリップル等によ
る誤判定を防止でき、運転継続可能範囲を広域化するこ
とができる。さらに、所定の異常判定値W1 、W2 に対
しても下限リミット値W1L、W2Lを設けたので、運転中
に発生することのある不要なリップル電圧Vr の積分を
排除することができる。
実施例について、図11を参照して説明する。なお、図
11において図6と同一構成部分には同一符号を付して
説明を省略し、異なる構成部分について説明を行う。
いて、比較判定回路21a、21bは、インバータ回路
5の出力周波数fo を入力するように構成され、夫々前
述した比較判定回路10a、10bに備えた比較判定機
能の他、出力周波数fo が0すなわちインバータ回路5
が停止しているとき、又は出力周波数fo が一定値でな
い加減速時においては、異常信号の出力を禁止するよう
になっている。
いるときに誤って異常信号が出力されることがない。ま
た、モータ6の加減速中のように、負荷の運転状態が刻
々と変化するような場合には、そのリップル電圧Vr が
安定しないので、その間に限って異常信号の出力を禁止
することによって、より信頼性の高い異常信号を得るこ
とができる。さらに、出力周波数fo が所定値例えば1
0Hz以下の場合や、トルク分電流Iq が所定値以下の
場合には、図8に示すようにリップル電圧Vrが小さ
く、過渡的なリップルの影響を受けやすくなるので、異
常信号の出力を禁止するように構成しても良い。
記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、
以下のような拡張または変更が可能である。交流電源2
は単相や三相以外の多相であっても同様に適用できる。
リップル電圧積分値S1 、S2 を電源装置1の外部に出
力するように構成し、外部から平滑コンデンサ4の劣化
進行状態や電源異常を認識できるようにしても良い。
圧を用いて(瞬時)停電を検出するように構成しても良
い。所定のしきい値B1 、B2 及び所定の異常判定値W
1 、W2 、W3 は、モータ6が誘導電動機以外の交流電
動機、或いはブラシレスモータであっても関数値として
同様に設定できる。電源装置1の負荷はインバータ回路
5に限らず、直流電源を必要とする種々の装置であって
も良い。
直流電圧の最大値と最小値の差に基づいて求めたリップ
ル電圧値と劣化判定用の所定のしきい値との差電圧を積
分してリップル電圧積分値を得、このリップル電圧積分
値と劣化判定用の所定の異常判定値とを比較して平滑コ
ンデンサの劣化に関する異常信号を出力するように構成
される。欠相等の電源異常についても同様に構成され
る。
変動に依らず、平滑コンデンサの劣化に起因するリップ
ル電圧値を正しく検出することができ、過渡的なリップ
ル電圧が発生したような場合であっても誤って異常信号
が出力されることがない。従って、平滑コンデンサの寿
命等による劣化を正確に検出でき、電源装置の故障を未
然に防ぐことができる。欠相等の電源異常についても同
様の効果を有する。
段とを設け、不足電圧が検出されたときにリップル電圧
積分値を不揮発性記憶手段に退避するので、リップル電
圧積分値が初期化されたり、電源電圧が低下している間
に過渡的なリップル電圧が積分されてしまうことがな
く、より正確な検出が可能となる。
値に下限リミットを設けることにより、電源装置の運転
可能領域を広域化することができる。加えて、所定のし
きい値、所定の異常判定値として負荷状態の関数値を用
いることにより、負荷の運転状態に依らず、より確実に
劣化や電源異常を検出することができる。
が所定値以下のとき、または増減中のときに等に異常信
号の出力を禁止するので、異常信号の誤出力を防ぐこと
ができ一層信頼性を向上させることができる。
成図
ップル電圧積分値S1 、所定のしきい値B1 、及び所定
の異常判定値W1 の波形を示す図
Vr 、リップル電圧積分値S2、所定のしきい値B2 、
及び所定の異常判定値W2 の波形を示す図
Iq に対するリップル電圧Vrの変化を示した図
電流Iq に対するリップル電圧Vr の変化を示した図
コンデンサ、5はインバータ回路、6はモータ、7は電
圧検出回路(電圧検出手段)、8はリップル電圧検出回
路(リップル電圧検出手段)、9a、9bは積分演算回
路(積分演算手段)、10a、10b、21a、21b
は比較判定回路(比較判定手段)、11は不足電圧検出
回路(不足電圧検出手段)、12は不揮発性記憶回路
(不揮発性記憶手段)である。
Claims (16)
- 【請求項1】 整流回路と平滑コンデンサを用いて交流
電源を整流、平滑することにより負荷に対し直流電源を
供給する電源装置において、 前記平滑コンデンサの端子間の直流電圧を検出する電圧
検出手段と、 この電圧検出手段において所定の期間内に検出した直流
電圧の最大値と最小値の差に基づくリップル電圧値を求
めるリップル電圧検出手段と、 前記リップル電圧値と劣化判定用の所定のしきい値との
差電圧を積分してリップル電圧積分値を得る積分演算手
段と、 前記リップル電圧積分値と劣化判定用の所定の異常判定
値とを比較し、前記リップル電圧積分値が前記劣化判定
用の所定の異常判定値を越えたときに前記平滑コンデン
サが劣化したと判定して異常信号を出力する比較判定手
段とを具備したことを特徴とする電源装置。 - 【請求項2】 整流回路と平滑コンデンサを用いて交流
電源を整流、平滑することにより負荷に対し直流電源を
供給する電源装置において、 前記平滑コンデンサの端子間の直流電圧を検出する電圧
検出手段と、 この電圧検出手段において所定の期間内に検出した直流
電圧の最大値と最小値の差に基づくリップル電圧値を求
めるリップル電圧検出手段と、 前記リップル電圧値と電源異常判定用の所定のしきい値
との差電圧を積分してリップル電圧積分値を得る積分演
算手段と、 前記リップル電圧積分値と電源異常判定用の所定の異常
判定値とを比較し、前記リップル電圧積分値が前記電源
異常判定用の所定の異常判定値を越えたときに前記交流
電源に関する異常と判定して異常信号を出力する比較判
定手段とを具備したことを特徴とする電源装置。 - 【請求項3】 交流電源電圧または直流電源電圧の低下
を検出する不足電圧検出手段と、不揮発性記憶手段とを
設け、 前記不足電圧検出手段にて電圧の低下が検出されたとき
にリップル電圧積分値を前記不揮発性記憶手段に書き込
み、前記電圧が復帰したときに、前記不揮発性記憶手段
から前記リップル電圧積分値を読み出して積分演算手段
におけるリップル電圧積分値として設定することを特徴
とする請求項1又は2記載の電源装置。 - 【請求項4】 整流回路と平滑コンデンサを用いて交流
電源を整流、平滑することにより負荷に対し直流電源を
供給する電源装置において、 前記平滑コンデンサの端子間の直流電圧を検出する電圧
検出手段と、 この電圧検出手段において所定の期間内に検出した直流
電圧の最大値と最小値の差に基づくリップル電圧値を求
めるリップル電圧検出手段と、 前記リップル電圧値と電源異常判定用の所定の異常判定
値とを比較し、前記リップル電圧値が前記電源異常判定
用の所定の異常判定値を越えたときに前記交流電源に関
する異常と判定して異常信号を出力する比較判定手段と
を具備したことを特徴とする電源装置。 - 【請求項5】 所定のしきい値に下限リミットを設けた
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電源
装置。 - 【請求項6】 所定の異常判定値に下限リミットを設け
たことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の電
源装置。 - 【請求項7】 負荷はインバータ回路であることを特徴
とする請求項1乃至6の何れかに記載の電源装置。 - 【請求項8】 所定のしきい値として、インバータ回路
の出力周波数の関数値を用いることを特徴とする請求項
7記載の電源装置。 - 【請求項9】 インバータ回路がモータを駆動する場合
において、所定のしきい値として、モータ電流のトルク
成分の関数値を用いることを特徴とする請求項7記載の
電源装置。 - 【請求項10】 所定の異常判定値として、インバータ
回路の出力周波数の関数値を用いることを特徴とする請
求項7記載の電源装置。 - 【請求項11】 インバータ回路がモータを駆動する場
合において、所定の異常判定値として、モータ電流のト
ルク成分の関数値を用いることを特徴とする請求項7記
載の電源装置。 - 【請求項12】 比較判定手段は、インバータ回路の出
力周波数が所定値以下のときには異常信号の出力を禁止
することを特徴とする請求項7記載の電源装置。 - 【請求項13】 インバータ回路がモータを駆動する場
合において、比較判定手段は、モータ電流のトルク成分
が所定値以下のときには異常信号の出力を禁止すること
を特徴とする請求項7記載の電源装置。 - 【請求項14】 比較判定手段は、インバータ回路が停
止しているときには異常信号の出力を禁止することを特
徴とする請求項7記載の電源装置。 - 【請求項15】 比較判定手段は、インバータ回路の出
力周波数が増加中または減少中のときには異常信号の出
力を禁止することを特徴とする請求項7記載の電源装
置。 - 【請求項16】 所定の期間を交流電源の周波数の1/
2周期以上としたことを特徴とする請求項1乃至15の
何れかに記載の電源装置。
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