JPS62100176A - 電力変換装置の欠相検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電源と電力の授受を行う電力変換装置に係
り、特に保護手法としての電源の欠相検出を行う電力変
換装置の欠相検出方法に関する。

〔従来の技術〕

交流電源と電力の授受を行う電力変換装置においては常
に電源電圧の状態、例えば電圧２周波数。

位相を正確に把握してそれに応じた制御が必要であり、
停電時や欠相時にも適切な検出と保護動作が要求される
。特に交流電源へ電力を回生じている状態における停電
や欠相の発生は装置の動作上非常に苦しいものとなる。

そして、装置が回生中には停電や欠相の発生にも拘らず
電源電圧に何らかの電圧が現われるものとなるため、適
切な検知を行うことは難しいものとなっていた。

第３図は欠相検出回路を有する交流電動機駆動装置の要
部構成の従来例を示すもので、１は三相交流電源、２は
交流リアクトル、３はコンバータ部、４は直流平滑部、
５はインパーメ部、６は交流電動機、７は位相検出回路
、８はベース増幅器、９は欠相検出回路である。ここに
、コンバータ部３はトランジスタとダイオードの逆並列
回路３ａ。

３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆにより三相ブリッジ接続
構成をなして順変換および逆変換動作が可能であり、ペ
ース増幅器８はコンバータ部３の逆並列回路の各トラン
ジスタを駆動するものである。また、位相検出回路７は
７オトカプラおよびダイオードからなる整流回路と抵抗
７３と位相検出部７４ａ〜７４ｆからなる簡便な一例の
ものであり、欠相検出回路９は出力信号９Ａをペース増
幅器８に与えてペース増幅器８の動作を停止させる作用
を行うものとなる。

ここで、主回路動作については周知であるので説明を割
愛する。

位相検出回路７において、フォトカプラのダイオード７
１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅ、７１ｆは逆阻
止耐圧を有するダイオード７２ａ　、　７２ｂ　、　７
２ｃ　、　７２ｄ　、　７２ｅ　、　７２ｆと直列接続
され、さらにこれらで三相ブリッジ整流回路をなし、そ
の整流回路に抵抗７３が負荷抵抗として接続構成されて
いる。

この構成により、フォトカプラのダイオード７１ａ〜７
１ｆには個々が接続されている相の相電圧が最高または
最低の１２０°期間のみに電流が流れ、位相検出部７４
ａ　、　７４ｂ　、　７４ｃ　、　７４ｄ　、　７４ｅ
　、　７４ｆ内の７オトカプラのトランジスタ７１ａ’
　、７１ｂ’　、’７１ｃ’　、７１ｄ’　。

７１ｅ’　、７１ｆ’を導通させる。そして位相検出部
７４ａ〜７４ｆにおいて、フォトカプラのトランジスタ
７１ａ′〜７１ｆ′の動作により、例えば抵抗７４１ａ
およびインバータゲー）　７４１ｂによって波形整形さ
ね位相検出信号７Ａ、７Ｂ、７０，７Ｄ、７Ｂ、７Ｆを
発生する。ここに、位相検出信号７Ａ〜７Ｆはコンバー
タ部３の逆並列回路内のトランジスタにとり位相角１８
０°。

通流中１２０’の信号と一致しており、この信号がペー
ス増幅器８を介して駆動信号８Ａ、８Ｂ、８０，８Ｄ。

８Ｅ、８Ｆとして信号送出させられる。つぎに、第４図
および第５図を参照して欠相検出回路を説明する。

第４図および第５図は第３図の欠相検出回路を説明する
ため示したもので、欠相検出回路９は電源電圧検出用ト
ランス９１と各相電圧検出部９２゜９２’　、９２“と
ダイオード９３．９３’　、９３’と基準設定器９４と
コンパレータ９５からなる一例のものである。

また第５図において、（ａ）は三相交流電源ｌの３個の
線間電圧を示し、（ｂｌ　＊　（Ｃ）　ｌ　（ｄ）は例
えば各相電圧検出部９２において整流回路９２１ａの出
力電圧、コンパレータ９２１ｃの出力電圧、コンデンサ
９２１ｈの電圧を示し、（ｅ）はコンパレータ９５の出
力信号を示している。なお、回申実線表示９点線表示、
一点鎖線表示はそれぞれ各相電圧検出部９２．９２’　
、９２’についての波形を示している。

すなわち、欠相検出回路９において電源電圧検出用トラ
ンス９１の一次巻線はデルタ接続されて二次巻線には線
間電圧ＶＨ８＋　Ｖ８Ｔ＋　ｖ’ｒｙｔが得られる。さ
らに各相電圧検出部９２にて整流回路９２１ａにより全
波整流されて出力電圧ＶＲＦが得られ、基準設定器９２
１ｂに対してコンパレータ９２１Ｃで比較され出力電圧
ＶＣＰとして方形波が出力されるものとなる。ただし、
レベル■９２１は基準設定器９２１ｂの設定レベルであ
る。よって、図示の如くに出力電圧ＶＣＰの方形波はほ
ぼ一定のディティとなっていた。

また、各相電圧検出部９２にて抵抗９２１ｄ、９２１ｅ
とダイオード９２１ｆ、９２１ｇとコンデンサ９２１ｈ
は積分回路を構成し、したがってかような積分アンプは
線間電圧値が基準電圧に関する値より小さくなったとき
に積分出力を増加させ、逆の場合にはコンデンサ９２１
ｈが放電して積分出力は低下する。ここで、正常な電源
状態において線間電圧が基準電圧より大きく、積分出力
が減少している期間中に積分出力は充分低下するように
積分抵抗を選んでおくものとする。このようにすること
により、コンデンサ９２１ｈの電圧ｖｃは例示の如くに
ほぼ一定した三角波となり、そのピーク値も概ね一定と
なる。

つぎに、電力変換装置における電源ヒユーズの溶断、開
閉器の接触不良による一線開極等によって欠相を生じ、
その欠相が発生した時点をＴｏとしてＲ相にて欠相した
一例の場合を説明する。

第５図において時点Ｔ。以降は線間電圧■Ｒ８ｔ　ＶＴ
Ｒが急激に減少し、したがってコンパレータ９２１ｃ　
＋ｃ　ｒ出力電圧ＶＣＰもそのディティが大きく変化し
、しかも例示のように前述の積分出力を増大する方向に
変化する。そして、ダイオード９３．９３’　、９３“
は各相電圧検出部９２，９２’、９３’のうちのコンデ
ンサ電圧の最大のものをコンパレータ９５に与え、した
がって基準設定器９４およびコンパレータ９５にて、コ
ンパレータ９５はダイオード９３　、９３’　、　９３
’より発生される入力値が基準設定器９４によるレベル
Ｖ９４を超えると、欠相検知の出力信号９Ａを送出する
ものとなる。

〔発明が解決しようさする問題点〕

第４図および第５図に示した如〈従来の電力変換装置の
欠相検出方法によるものは、電源の相の電圧値を個別に
検知し監視して欠相検出機能を一応果たすものであり、
また装置全体としての保護機能の能力に応じて電動機を
駆動できる長所を有するものであるが、一方、つぎのよ
うな欠点を有していた。

すなわち、第３図に示した装置が電源に電力回生してい
る状態において、あるいは同一電源に接続される他の状
態が電力回生中の状態において、電源が停電したときに
は電源のインピーダンスを負荷として回生中の装置が電
圧を発生するようになる。しかも、この電圧は装置の回
路定数と電源インピーダンスにより決まる周波数にて単
相方形波電圧となる。

このような事態では電源電圧は方形波でありながらも充
分な電圧を有するため、停電を検知すべき回路が動作せ
ず、また方形波の波高値が第４図にて各相電圧検出部９
２の基準設定器９２１ｂのレベルより大きい場合欠相検
出回路９も動作せず、装置は自励状態を継続し極めて危
険な状態に陥いる。

また、基準設定器９２１ｂの設定の仕方によっては、電
源電圧が定格より高めであるときに発生した欠相に対し
て動作しなかったり、逆に定格よりかなり電圧が低下し
たときに不平衡電圧状態にあれば、停電停止の必要とす
る電圧状態でないにも拘らず欠相検出してしまう不具合
を生じる。

こねは、固定された基準設定器に関する電圧と一義的に
比較することにより、３個の線間電圧を全く個々に切離
しして検知しているに他ならない。

例えば、電圧２００　、２２０ボルトを共用とする制御
回路にてその動作限界を１５０ボルトとした場合、電源
電圧が２２０ボルトの１１０　％の状態から一線が欠相
しても、欠相に関係する２個の線間電圧は電源電圧の半
分の１２１ボルトまでしか低下しない。

しかも、この電圧は欠相の発生した個所や回路に接続さ
れている機器によって１５０ボルト以上の値が出ること
があるが、このような場合にはコンバータ部が単相運転
となっているにも拘らず、欠相検出が行わわないことに
なる。

様に調整せねばならず、したがって部品点数が多くなり
調整が煩しいものとなっていた。なお、電源電圧検出用
トランス９１や整流回路９２１ａなどについて位相検出
等のものと共用すわば例えば位相制御の回路方式を制約
しかねないため、一般に共用できず図示の如きものにな
っていた。

１ｒよ さらニテ他の従来の方法として電源周波数の倍調波に着
眼した方法、すなわち電源電圧の三相全波整流波形をバ
ンドパスフィルタにかけて電源周波数の２倍の周波数成
分を抽出し、その大きさにより欠相を検出しようとする
ものにあっては、バンドパスフィルタの調整が煩しいも
のとなるほか、欠相までに至らないような電源不平衡が
生じた場合にも欠相検出してしまうものであった。また
、前述したように停電時に電源が方形波となった場合１
その全波整流波形に倍調波が殆ど含まれないため、欠相
検出が行われないものになっていた。

〔問題点の解決手段と作用〕

本発明は上述したような問題点を解消するためなされた
もので、欠相時には位相検出回路の出力信号のデユティ
に変化が生じることに注目するとともに、このディティ
を監視することによって欠相検出する格別な装置を実現
できる方法を提供するものである。

以下、本発明を実施例図面を参照して詳細説明する。

〔実施例〕

第１図は第４図に類して表した本発明による一実施例の
要部構成を示すもので、９′は出力信号９Ａ’を第３図
に示したベース増幅器８に与える欠相検出回路である。

図中、第３図と同符号のものは同じ機能を有する部分を
示す。ここに、欠相検出回路９′はデユティ検出部９６
．９６’とダイオード９７．９７’と基準設定器９４′
とコンパレータ９５′からなる一例のものであり、その
ディティ検出部はそれぞれＯＲゲート、抵抗、ダイオー
ドおよびコンテンサによって構成されているものである
。

すなわも、欠相検出回路９′は第３図に示された位相検
出回路７出力のうち、位相検出信号７Ａ、７Ｄをディテ
ィ検出部９６に１位相検出信号７Ｂ　、　７Ｂをデユテ
ィ検出部９６′に得るものであり、位相検出回路の二出
力がそれぞれディティ検出部９６．９６’のＯＲゲート
の入力として与えられてなるものである。

かくの如き欠相検出回路９切動作を第２図を用いてつぎ
に説明する。

第２図は第１図の各部波形を示すもので、（ａ）は第５
図（ａ）と同じ状態の電源電圧波形を示し、（ｂ）　。

（Ｃ１、（ｄｌ　、　（ｅ）は位相検出信号７Ａ、７Ｄ
、７Ｂ、７Ｂの信号波形Ｗ７Ａ、　Ｗ７Ｄ、　ｗ７Ｂ、
　Ｗ７Ｅを示し、（’）　ｔ　（ｇ）はディティ検出部
９６．９６’のＯＲゲートの出力電圧ＶＯＲ＋　ＶＯＲ
’を示し、（ｈｌ　ｓ　（りはディティ検出部９６．９
６’の積分コンデンサによる電圧Ｖ９６．　Ｖ９６’を
示し、（ｊ）はコンパレータ９５′の出力信号を示して
いる。

第１図および第２図において、時点Ｔ１以前に示す如く
に、電源正常時に第３図に示した位相検出回路７は巾１
２０°の矩形波信号を発生することから、同じ相に関す
る位相検出信号７Ａ、７Ｄと位相検出信号７Ｂ、７Ｅは
１８００の位相差を有している。なお、位相検出信号７
Ａ、７Ｂ、７０間に１位相検出信号７Ｄ。

７Ｅ、７Ｂ間には１２０°の位相差を有するものとなっ
ていること勿論である。

したがって、第２図げ）　、　（ｇ）に示したようにデ
ィティ検出部９６．９６’のＯＲゲートにより同じ相に
関する２個の位相検出信号の論理和をとると、常に電源
周波数の倍周波のディティが（２：１）の矩形波として
得ることができる。

さらに、このＯＲゲート出力を抵抗９６１ｂ、９６１ｃ
とコンデンサ９６１ｆからなる積分回路に加えると、例
示の如きほぼ一定のピーク値をもつ三角波が得られるも
のとなる。このとき、抵抗９６１ｂ、９６１ｃはディテ
ィが（２：１）の矩形波形に対して１周期毎に充分放電
が行われるように値を選んでおくことが肝要である。

つぎに、時点ＴＩにおいて几相にて欠相が生じると、時
点ＴＩ以降電圧の確立している線間電圧はＳＴ相のみと
なることから、位相検出信号７Ｂ　、　７Ｆが位相検出
信号７０．７Ｂが全く同じであり、巾１８０°９位相差
１８０°の２種の信号となる。

したがって、位相検出信号７Ｂ　、　７Ｂを入力とする
ディティ検出部９６′のＯＲゲートによる論理和の結果
、すなわち出力電圧ＶＯＲ’の波形がほぼ全期間が「１
」の状態となる。よって、電圧ｖ９６′は放電されるこ
となく徐々に上昇してゆき、この積分コンデンサ電圧が
基準設定器９４′によるレベルＶ９４′に到達すると、
コンパレータ９５′が欠相検知のうえ出力信号９Ｎを送
出するものとなる。

かような欠相検出回路９′の如く、本発明は位相検出回
路の出力信号が電源の正常時には巾１２０Ｐであるが、
欠相時にはほぼ１８０°に変化することを検出して作用
させてなるものである。さらには、電源の欠相により装
置が欠相状態に対応して単相運転を行っていることを格
別に検知すべく作用してなるものである。

したがって、第４図に示した従来例による如きものが、
単に固定された電圧と各線間電圧を個別に比較して判定
し、三相電源電圧の相互関係および装置の動作状況を無
視している方法によるものであるに比べて、電源全体を
監視しさらには装置の動作状況を監視した結果に基づき
欠相を検出するため、格段に適切な検出を行い得るもの
となる。

それゆえ、電源へ回生中の装置により停電時にも、電源
電圧が残存したり、単相方形波となった場合に位相検出
回路の出力信号として巾１８０°に近いものが得られる
ことから適確に動作できるものとなる。

また、欠相検知において実施例で示した如くに三相の全
相について配すべく設けることを要しない。すなわち、
欠相時には二相分の位相検出回路出力が巾１８０°とな
るため、三相のうちの二相を監視すれば、必らず巾１８
０°となった二相のうち少なくとも一方は監視されてい
ることになる。かようにして、第４図に示した従来例に
よるものよりも、回路数を低減し得ることは明らかであ
る。

さらにまた、制御上不可欠な位相検出回路出力を入力信
号として得るものであり、しかもその４６号はロジック
信号であるのが通常であることがら直接論理ゲートを用
いることができる。したがって、第４図に示した如きト
ランスや整流回路およびレベル比較部分を除去でき、回
路構成部品が大巾に削減された簡便な装置を実現できる
。

なお、本実施例では位相検出回路の出力信号の巾１２０
°から巾１８０°への変化を検出したものであるが、そ
の位相検出回路の制御方式によっては巾や変化の量が様
々に変化させられるものとなる。そして、本発明の主旨
とするところがかかる制御方式に応じて位相検出回路の
出力信号の巾の変化をとらえることにより、欠相検出を
行える点は勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、欠相検出が確実に
行えるものとなり、特に従来困難であった装置が電源へ
回生動作を行っている時にも適確な欠相検出を行える欠
相検出回路を実現でき、しかも回路構成部品の削減によ
り制御回路の小型化および信頼性向上に寄与することか
ら実用性は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による一実施例の要部構成
を示す回路図およびその各部波形図、第３図は欠相検出
回路を有する交流電動機駆動装置の従来例を示す回路図
、第４図および第５図は第３図の欠相検出回路を説明す
るため示した回路図およびその各部波形図である。 ｌ　・・・・三相交流電源、７・・・・位相検出回路、
８・・コンバータ部３のベース増１［ｉ、９６．９６’
　　・・欠相検出回路９′のディティ検出部、７Ａ、７
Ｂ、７Ｄ。 ７Ｅ・・・・位相検出信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三相交流電源電圧の最高および最低の二相を検知するこ
   とによりパルス幅１２０°を出力波形とする電源電圧位
   相検出回路を備え、該電源電圧位相検出回路の出力信号
   により交流電源と電力の授受を行う電力変換装置におい
   て、前記電源電圧位相検出回路の出力波形のデュティの
   広がりを検知することにより、前記交流電源の欠相を検
   出することを特徴とした電力変換装置の欠相検出方法。