WO1998028835A1 - Procede de protection pour resistance anti-courant d'appel - Google Patents

Description

明 細 書 突入電流防止用抵抗器の保護方法 〔技術分野〕

本発明は、 コンデンサ入力形整流回路を有する電源装置の、 電源投入時の突入 電流防止用抵抗器の保護方法に関するものである。

〔技術背景〕

従来、 コンデンサ入力形整流回路の電源装置は、 図 8に示すように、 電源投入 時の突入電流を防止するため、 平滑コンデンサ 4の手前に突入電流防止用抵抗器 3を設け、 平滑コンデンサ 4への充電が完了した後に、 リレー 2等で突入電流防 止用抵抗器 3を短絡するように構成されている。 同図において、 1は整流回路、 5は電源の投入、 遮断を検出するための検出回路、 6は例えば、 マイクロコンビ ュ一タ等を用いた演算回路、 7はリレードライブ回路である。 また、 10は交流 電源、 1 1は交流電源をオン ·オフするコンタクタ一である。

コンタクター 1 1によって、 交流電源 10を投入すると、 平滑コンデンサ 4を 充電する電流は突入電流防止用抵抗器 3を介して流れる。 リレ一 2は平滑コンデ ンサの充電が完了した後に、 前記突入電流防止用抵抗器 3を短絡し、 電源装置の 通常運転時は、 前記突入電流防止用抵抗器 3に流れる電流によって、 電圧降下あ るレ、は電力損失が発生しなレヽようにするために設けられている。

交流電源 10の投入時に、 平滑コンデンサ 4に充電されるエネルギー （E) は 次の式で与えられる。

E= (1/2) · CV² (1) ここで、 Cはコンデンサの容量 [F] 、 Vは整流平滑された直流電源電圧 [V ] である。 今、 ある時間間隔 t [s e c] に N回の投入遮断が行われたものとす ると、 この時の平均電力 P [W] は （2) 式で表すことができる。

P = EN/t (2) この電力の大半は、 突入電流防止用抵抗器 3が消費することになる。 従って、 交流電源 1 0の投入遮断を頻繁に繰り返した場合は、 （2 ) 式で表わ される電力 P [W] が突入電流防止用抵抗器 3の許容電力を越え、 焼損もしくは 断線に至る場合がある。

ところ力 突入電流防止用抵抗器 3の電力容量 （W) は、 通常、 翁源投入時の みと言う限られた間だけの使用方法であるため、 過負荷耐量は高いが、 その電力 容量は小さなものを適用することが多レ、。 従って、 頻繁に電源のオン .オフを繰 り返した場合は、 温度上昇が高くなり突入電流防止用抵抗器 3が焼損もしくは断 線すると言う問題があった。

そこで、 本発明はコンデンサ入力形整流回路を有する電源装置の平滑コンデン サへの突入電流を制限する抵抗器の焼損あるいは断線を未然に防止することを目 的とする。

〔発明の開示〕

本発明は、 コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と整流平滑直流 SIEの値から電源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、 前 記エネルギーとある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均 電力を算出し、 この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電 力を越えた場合には、 アラーム表示あるいはアラーム出力で警告し、 電源の投入 ができないようにインター口ックし、 あるいは負荷側装置の駆動を停止するもの である。

あらかじめ平滑コンデンサの容量と整流平滑直流電圧の値が分かっている場合 は、 （1 ) および （2 ) 式を用いて、 ある定められた時間内に許容される電源ォ ン ·オフ回数は算出できるので、 この電源オン ·オフ回数が定められた回数を超 えた場合は、 アラーム表示あるいはアラーム出力で警告する。

〔図面の簡単な説明〕

図 1は、 本発明の第 1の実施例を説明する図である。

図 2は、 本発明の第 2の実施例を説明する図である。

図 3は、 本発明の第 3の実施例を説明する図である。 図 4は、 エネルギー算出手順の説明図である。

図 5は、 本発明の第 4の実施例を説明する図である。

図 6は、 本発明の第 5の実施例を説明する図である。

図 7は、 本発明の第 6の実施例を説明する図である。

図 8は、 従来例を説明する図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

以下、 本発明の第 1の実施例を図 1に基づいて説明する。 従来技術を説明する 図 8と同じ符号のものは説明を省略する。 本実施例は電源投入遮断回数を演算回 路 6によって記憶し、 （2 ) 式によって得られる電力が、 突入電流防止用抵抗器 3の許容電力を越えた場合には、 アラーム表示器あるいはアラーム出力回路 8に よって警告表示あるいは警告出力するものである。 なお、 平滑コンデンサの容量 と直流電源を ffの値が予め分かつている場合は、 ある定められた時間内に行わ れた電源のオン ·オフ回数のみ計数し、 定められた回数を超えた場合は、 アラー ム表示あるいはアラーム出力で警告する。 また、 演算すべき時間間隔については 突入電流防止用抵抗器 3の過負荷耐量を求めておくことにより、 設定することが できる。 なお、 図 1に示すリレー 2はリ レーに限定するものではなく、 リ レ一の かわりにサイリスタ等の半導体スィツチあるいは電力が大きい場合はコンタクタ 一を用いてもよい。 本リ レーの投入遮断のタイミングは、 電源投入遮断検出回路 5の信号を受けて、 演算回路 6によって制御する。

すなわち、 電源投入遮断検出回路 5は、 電源を投入した場合は Lレべノレの信号 を出力し、 遮断した場合は Hレベルの信号を出力する。 電源投入時の電¾1投入遮 断検出回路 5の Lレベルの信号を受けて、 演算回路 6は、 突入電流防止用抵抗器 3の抵抗値とコンデンサ 4の容量の積で求まる時定数より十分長レ、時間後、 リレ —ドライブ回路 7にリ レー 2の投入信号を与える。 また、 同時に電源投入回数を 記憶する。 さらに電源遮断の Hレベルの信号により、 リ レードライブ回路 7にリ レ一2の遮断信号を与える。 このように、 演算回路 6はリ レードライブ回路 7へ の制御信号を与えるとともに、 電源の投入遮断の回数を記憶し、 （2 ) 式に基づ レ、て電力の演算をして、 突入電流防止抵抗器 3の許容電力を越えたならばァラ一 ム表示器あるいはアラーム出力回路 8によって警告を出す。

図 2は電源装置の第 2の実施例を示すもので、 アラーム表示器による警告表示 あるいはアラーム出力回路による警告出力のみならず、 突入電流防止用抵抗器の 許容電力を越える電源の投入遮断が行われた場合は、 リ レー 9によつて交流電源 の供給ができなくなるような、 回路構成としたものである。

以下に図 2の動作を説明する。 まず、 交流電源、 1 0がコンタクタ一 1 1のォ ンによつて投入されたものとする。 電源投入遮断検出回路 5は、 交流電源 1◦が 投入されたことを検出すると、 演算回路 6はリレー 9を投入するための信号をリ レードライブ回路 7に与える。 そして、 リレー 9がオンする。 リレー 9がオンし て、 平滑コンデンサ 4が充電された後に、 演算回路 6はリレー 2をオンする信号 を出力する。 また、 電源が遮断された場合は、 リレー 2およびリレー 9を遮断す る信号をリレードライブ回路 7に与える。 電源投入遮断の頻度が高く、 （2 ) 式 で与えられる電力が突入電流防止抵抗器の許容電力を越えた場合、 演算回路 6は アラーム表示器あるいはアラーム出力回路 8に警告表示を出力するとともに、 リ レー 2， 9を遮断する信号をリ レードライブ回路 7に与える。 リ レー 9のかわり にコンタクタ一 1 1が電源のそばにあり、 ナイフスィッチのような手動操作を行 なうものである場合が多く、 操作性の良いリレー 9を用いるのが望ましい。

なお、図 1および図 2においては、単相交流電源の整流回路の場合を示したが、 整流回路は単相交流電源用に限定されるものではない。 三相交流電源、 多相交流 電源の場合でも、 同様に構成することができる。

以下、 本発明の第 3の実施例を図 3に基づいて説明する。 同図において、 1 2 は平滑コンデンサの端子 ffiを測定するための電圧検出器である。

コンタクター 1 1によって、 交流電源 1 0を投入すると、 平滑コンデンサ 4を 充電する電流は突入電流防止用抵抗器 3を介して流れる。 このとき、 平滑コンデ ンサ 4を充電する時定数は次式で与えられる。

T = R C ( 3 ) ここで、 Rは突入電流防止用抵抗器 3の抵抗値 [ Ω] 、 Cは平滑コンデンサの 容量 [ F ] である。 従って、 時定数 Tと抵抗値 Rの値が分かれば、 Cの値が算出 できる。 一般的に、 Rの値は平滑コンデンサの容量値よりも、 そのバラツキが小 さいので、 設計値で代用するものとする。 時定数 Tは電源投入時の平滑コ サの端子 の過渡的変化量から求めることができる。 すなわち、 平滑直流電圧 出力の無負荷における定常電圧を V [V] とすれば、 平滑コンデンサの端子電圧 力 約 0 . 6 3 V [V] に達成するまでの時間を計測することによって、 Tの値 を求めることができる。 Vは flff検出回路 1 2で検出する。

交流電源 1 0の投入時に、 コンデンサに充電されるエネルギー Eは図 4の手順 によって算定することができる。

以下、 図 4にしたがってエネルギー Eの算定手順を説明する。

1：源投入遮断検出回路 5と演算回路 6で交流電源 1 0が投入されたか否かを監視 する （ステップ 1 ) 。 つぎに、 電圧検出回路 1 2のイ直を演算回路 6が読み込み、 平滑コンデンサの端子電圧を測定する （ステップ 2 ) 。 平滑コンデンサの端子電 圧が 0 . 6 3 V [V] となったか否かを演算回路 6で判定する （ステップ 3 ) 。 そしてこの電圧になるまでの時間を演算回路 6で算出する （ステップ 4 ) 。 つぎ に演算回路 6ではステップ 4で求めた時間から時定数 Tを求め平滑コンデンサ容 量 Cを算出する （ステップ⁵ )。その後演算回路 6でエネルギ一 Eを算出する （ス 図 5は電源装置の第 4の実施例を示すもので、 アラーム表示器による警告表示 あるレ、はァラーム出力回路 8による警告出力のみならず、 突入電流防止用抵抗器 3の許容電力を越える電源の投入遮断が行われた場合は、 リ レー 9によって交流 電源の供給ができなくなるような、 回路構成としたものである。

以下に図 5の動作を説明する。 先ず、 交流電源 1 0がコンタクター 1 1のオン によって投入されたものとする。 電源投入遮断検出回路 5は、 交流電源が投入さ れたことを検出すると、 演算回路 6に信号を出力する。 演算回路 6はリレー 9を 投入するための信号をリレードライブ回路 7に与える。 そして、 リレー 9がオン する。 リレー 9がオンすると、 平滑コンデンサ 4が充電されるが、 この時、 同時 に上述のステップ 1〜 5の手順で平滑コンデンサ 4の容量を求め、 充電エネルギ —を算出する。 その後、 平滑コンデンサ 4の充電時定数よりも十分長い時問経過 後に、 演算回路 6はリレー 2をオンする信号を出力する。 また、 電源が遮断され た場合は、 リ レー 2およびリレー 9を遮断する信号をリレードライブ回路 7に与 える。 電源、投入遮断頻度が高く、 （1 ) 式で与えられる電力が突入電流防止用抵 抗器 3の許容電力を越えた場合、 演算回路 6はァラーム表示器あるいはアラーム 出力回路 8による警告表示または出力するとともに、 リレー 2、 9を遮断する信 号をリレードライブ回路 7に与える。

次に第 5、 第 6の実施例を図 6および図 7に示す。 図 6， 7ではリレードライ ブ回路 7にリレードライブ信号のみならず負荷側装置の駆動停止信号等の制御信 号を送出する I /Oポート機能を含んでいる。 負荷側装置 1 3は、 例えば、 D C D Cコンバータあるいはモータを駆動するインバータ回路である。 また、 負荷 側装置 1 3には交流電源 1 0をオフした場合に、 平滑コンデンサ 4の充電電荷を 放電するための回路も含まれる。

第 5、 第 6の実施例では、 負荷側は特に限定していない （受動負荷、 能動負荷 、 その他の装置を含む） 。 負荷側の駆動を制御できる場合は、 平滑直流電圧出力 を無負荷状態にすることによって、 2回目に交流電源 1 0を投入する場合は、 平 滑コンデンサにはまだ充電電荷が残留しているので、突入電流は小さな値となる。 従って、 繰り返しの電源投入遮断により平均電力が突入電流防止用抵抗器 3の許 容電力を越えた場合は、 負荷側装置の駆動を停止することによって、 次に電源を 投入した場合の突入電流によるエネルギーを軽減でき、 突入電流防止用抵抗器の 負荷も軽減することが可能である。 負荷側装置を駆動停止することによって、 単 に警告表示あるいは警告出力のみをする場合に比較し、 異常に気付き易いと言う 利点がある。 なお、 負荷側装置 1 3への駆動停止信号は演算回路 6からの指令に より、 リレードライブ回路 7を経由して与えられる。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、 頻繁に電源のオン ·オフを繰り返した場合にも突入電流防止用抵抗 器 3の焼損あるレ、は断線を防止することができるので、 突入電流防止用抵抗器 3 の焼損による電源装置の致命的な事故、 例えば、 火災等の発生を防止することが できる。

また、 焼損事故には至らず断線ですんだ場合でも、 次に電源を投入した場合に は、 突入電流防止用抵抗器 3による突入電流の防止ができなレ、ために、 平滑コン デンサを充電する時に突入電流防止用抵抗器短絡用リ レー 2を通して過大な電流 が流れ、 整流用ダイォードの破壊、 リ レー 2の溶着等の二次破壊が発生する可能 性があるが、 本発明はこれらの二次破壊による危険性を防止することもできる。 さらに、 平滑コンデンサ 4の端子電圧を検出することにより、 入力交流電源電 圧の変動、 コンデンサ容量のバラツキ等の影響を受けないので、 コンデンサの充 電工ネルギ一を正確に求めることができ、 突入電流防止用抵抗器 3の設計上のマ —ジンを最適に選定することができる。

また、 1 0 0 V系、 2 0 0 V系の交流電源に共用する際の電源装置の場合は、 演算定数の設定ミス等によるトラフ "ノレを回避することができるので、 より信頼性 の高い電源装置を提供できる。

Claims

請求の範囲

1 . コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と、 整流平滑直流電圧の 値から Φ源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、 前記エネ ルギ一とある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を 算出し、 この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越 えた場合は、 アラーム表示あるいはアラーム出力で警告することを特徴とする突 入電流防止用抵抗器の保護方法。

2 . コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と、 整流平滑直流電圧の 値から電源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、 前記エネ ルギ一とある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を 算出し、 この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越 えた場合は、 電源の投入ができないようにインタ一ロックすることを特徴とする 突入電流防止用抵抗器の保護方法。

3 . コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と、 整流平滑直流電圧の 値から T源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、 前記エネ ルギーとある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を 算出し、 この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越 えた場合は、 負荷側装置の駆動を停止することを特徴とする突入電流防止用抵抗 器の保護方法。

4 . コンデンサ入力形整流回路を有する電源装置において、 ある定められた時間 内に行われた電源の投入遮断の回数を計数し、 電源投入遮断回数が所定の回数を 超えた場合は、 アラーム表示あるいはアラーム出力で警告することを特徴とする 電源装置の突入電流防止用抵抗器の保護方法。

5 . コンデンサ入力形整流回路を有する電源装置において、 ある定められた時問 内に行われた電源の投入遮断の回数を計数し、 電源投入遮断回数が所定の回数を 超えた場合は、 電源の投入ができないようにインターロックすることを特徴とす る電源装置の突入電流防止用抵抗器の保護方法。

6 . コンデンサ入力形整流回路を有する電源装置において、 ある定められた時問 内に行われた電源の投入遮断の回数を計数し、 電源投入遮断回数が所定の回数を 超えた場合は、 負荷側装置の駆動を停止することを特徴とする電源装置の突入電 流防止用抵抗器の保護方法。