WO2005012928A1

WO2005012928A1 - ３相コンバータの電源欠相検出方法

Info

Publication number: WO2005012928A1
Application number: PCT/JP2004/010407
Authority: WO
Inventors: Kazuhiko Hiramatsu; Hajime Takahashi
Original assignee: Yaskawa Electric Corp; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2006-01-30
Also published as: JP4300571B2; CN100447574C; CN1823276A; JP2005049278A; US20060186892A1

Abstract

　簡素なハード構成でコストダウンを実現し、ＩＲＱ数を減らすことによりＣＰＵの負荷を軽減し、位相差と電圧符号の２面から欠相を検出することにより誤検出の可能性を低減し、欠相した相の特定も可能な欠相検出方法を提供する。　３相コンバータの電源欠相検出方法において、中性点（Ｎ１）を整流手段の直流側出力の負極側母線（Ｎ）と接続し、各相の第１抵抗と第２抵抗とを連結する各相毎の前記第１抵抗の他端を各相毎に高入力インピーダンス手段を介してＡＤコンバータへ接続して各相毎の電圧を検出し、該各相毎の電圧を欠相判断手段であるＣＰＵへ出力し、該各相毎の電圧に基づいて求めた３相分の線間電圧のうち２相の符号が異なり且つ位相差が１８０゜の半波整流波形になったとき欠相と判断するものである。

Description

明細書

3相コンバータの電源欠相検出方法

技術分野

[0001] 本発明は、 3相コンバータの電源欠相検出方法に関する _c

背景技術

[0002] 従来の 3相コンバータの欠相検出方法では、 3相交流電源の疑似中性点と入力電圧との比較により生成される論理信号をカウンタに入力して各相の位相差を検出しその位相差が所定値以上離れた場合に欠相と判断している。

[0003] 図 10にこの従来例の構成図を示す (特開 2003— 235154号公報：以下従来例 1という）。図 10において、 3相交流電源!:、 s、 tの各相を抵抗 55— 60でスター結線した中点を疑似中性点 N1とし、擬似中性点 N1から見た r、 sの電圧を Rl、 SIとして検出している。 Rl、 SIが擬似中性点 N1以上になったことをコンパレータ 61、 62で検出し、コンパレータから" 1"となる論理信号 R2、 S2を出力する。 R2、 S2はそれぞれカウンタ 64、 65のゲート GA1、 GA2に入力され立ち上がりエッジでカウント値をラッチするように CPU67によって予め設定されている。また、カウンタ 64、 65の入力には発信器 63が接続され常にカウントしている。カウンタ 64、 65はバス 66によって CPU67と接続され、ラッチされた値を CPU67によって読み出すことができる。論理信号 R2、 S 2は CPU67の IRQ1、 IRQ2にも入力され R2、 S2の立ち上がりにより CPU67に割り込みを発生させその割り込みによりカウンタ 64、 65のラッチされた値を読み込んで R 2、 S2の位相差を算出する。ここで IRQとは、 CPUへの割り込み要求用ポートのことである。

R相が欠相したときは R1は擬似中性点 N1と同電位になる為、 R2は変化しない。また S相が欠相した場合も前記と同様になる。

一方、 T相が欠相したときは R、 S間は単相になるため Rl、 SI間の位相差は 180° となり、尺 2と S2との間の位ネ目差ち 180°となる。

このように正常時は R2、 S 2の位相差は 120°である力 3相交流電源に欠相が発生すると位相差が 180°になる力、または、欠相の生じた相に対応する R2もしくは S2 の出力信号が変化しなくなるので、 R2と S2との位相差が 120°力も所定値 (CPU67 に対し予め設定した値)以上離れたこと、または、 R2もしくは S2のどちらかが所定時間（CPU67に対し予め設定した値)以上変化しないことを CPU67に監視させて欠相を判断して、る（従来例 1)。

[0004] また、交流起電システムにおいても欠相検知を確実にできる信頼性の高い欠相検知装置を提供する従来技術として特許文献 1 (特開平 6— 335154号公報:以下従来例 2という）がある。特許文献 1によれば、フィルタコンデンサの両端電圧を監視し、架線を流れる交流の 2倍の周波数の整数倍の周期で両端電圧を抽出し、その両端電圧の変動量を検知する電圧変動量検出装置と、この電圧変動量検出装置の出力を所定の基準値と比較し、異常値と判断した時にインバータ装置に対して保護動作指令を出力する制御装置とを備えている。また、インバータ装置の出力端に流れる相電流を検出して実効値を演算し、この実効値を架線を流れる交流の 2倍の周波数の整数倍の周期で抽出し、実効値の変動量を検知する実効電流変動量検出装置と、この実効電流変動量検出装置の出力を所定の基準値と比較し、異常値と判断した時にインバータ装置に対して保護動作指令を出力する制御装置とを備えている。

特許文献 1 :特開平 6— 335154号公報図 1参照

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 従来例 1の電源欠相検出方法では、疑似中性点を作る手段と 2相分のカウンタが必要である。そのためハード構成が複雑になりコストアップになるという問題があった。また、位相差のみで欠相を判断しているため誤検出の可能性を否めないという問題もあった。またさらに、 IRQを 2本使用するため CPUの負荷が増大するという問題も抱えていた。

本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、簡素なハード構成によりコストダウンを実現し、 IRQ数を減らすことにより CPUの負荷を軽減し、位相差と電圧符号の 2面力も欠相を検出することにより誤検出の可能性を低減し、欠相した相の特定も可能な欠相検出方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 [0006] 上記問題を解決するため、本発明は、 3相交流電源を直流電源に変換する整流手段と、 3相交流電源各相の一端が各相毎に設けられた第 1抵抗の一端に接続され、該第 1抵抗の他端が各相の第 2抵抗の一端に接続され、各相の該第 2抵抗の他端 3 つを接続して Y結線の中性点 (N1)とする 3相コンバータの電源欠相検出方法において、前記中性点 (N1)を前記整流手段の直流側出力の負極側母線 (N)と接続し、各相の第 1抵抗と第 2抵抗とを連結する各相毎の前記第 1抵抗の他端を各相毎に高入力インピーダンス手段を介して ADコンバータへ接続して各相毎の電圧を検出し、該各相毎の電圧を欠相判断手段である CPUへ出力し、該各相毎の電圧に基づいて求めた 3相分の線間電圧のうち 2相の符号が異なり且つ位相差が 180°の半波整流波形になったとき欠相と判断するものである。

また、前記高入力インピーダンス手段が、オペアンプを使用した非反転増幅回路としたものである。

発明の効果

[0007] 請求項 1に記載の発明によると、 3相交流電源を直流に変換する 3相コンバータにおいて、簡素なハード構成によりコストダウンを実現し、 IRQ数を減らすことにより CP Uの負荷を軽減し、位相差と電圧符号の 2面力ゝら欠相を検出することにより誤検出の可能性を低減し、欠相した相の特定も可能な欠相検出方法を提供することができる。図面の簡単な説明

[0008] [図 1]本発明の方法を適用する 3相交流電源の欠相検出装置の構成図

[図 2]本発明の方法の正常時の AD入力電圧を示すグラフ

[図 3]本発明の方法の T相欠相時の AD入力電圧を示すグラフ

[図 4]本発明の方法の正常時の電源電圧を示すグラフ

[図 5]本発明の方法の T相欠相時の電源電圧を示すグラフ

[図 6]本発明の方法の正常時の線間電圧を示すグラフ

[図 7]本発明の方法の T相欠相時の線間電圧を示すグラフ

[図 8]本発明の方法の正常時の直流母線 N側の電圧を示すグラフ

[図 9]本発明の方法の T相欠相時の直流母線 N側の電圧を示すグラフ

[図 10]従来の方法を適用した 3相交流電源の欠相検出装置の構成図符号の説明

1 3相交流電源

2、 3、 4、 5、 6、 7 抵抗

8、 9、 10オペアンプ

11、 12、 13ADコンノータ

14 CPU

15 3相ダイオードブリッジ

16 コンデンサ

17 パス

r 3相交流電源 R相

s 3相交流電源 S相

t 3相交流電源 T相

rl Nから見た電圧 R相

si Nから見た電圧 S相

tl Nから見た電圧 T相

r-n AD入力電圧

s-n AD入力電圧

t-n AD入力電圧

P 直流母線 P側

N 直流母線 N側

AG ADコンバータアナロググランド

51 3相交流電源

55、 56、 57、 58、 59、 60 抵抗

61、 62 コンノルータ

63 発振器

64、 65 カウンタ

66 ノス 68 3相交流電源力擬似中性点を得る手段

69 論理信号出力手段

R1 擬似中性点 N1から見た電圧 R相

S1 擬似中性点 N1から見た電圧 S相

R2 論理信号細

S2 論理信号 S相

N1 擬似中性点

GA1 カウンタゲート

GA2 カウンタゲート

IRQ1 CPU割り込みポート

IRQ2 CPU割り込みポート

発明を実施するための最良の形態

[0010] 以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

実施例 1

[0011] 図 1は本発明の方法を実施した 3相コンバータの実施例である。図 2は正常時の A D入力電圧、図 3は T相欠相時の AD入力電圧、図 4は正常時の電源電圧、図 5は T 相欠相時の電源電圧、図 6は正常時の線間電圧、図 7は T相欠相時の線間電圧、図 8は正常時の直流母線 N側の電圧、図 9は T相欠相時の直流母線 N側の電圧を示したものである。

図 1において、 1は 3相交流電源、 2は r相電圧を分圧するための第 1抵抗、 5は r相電圧を分圧するための第 2抵抗である。 s相、 t相も r相と同様 s相電圧を分圧するための第 1抵抗 3、第 2抵抗 6、 t相電圧を分圧するための第 1抵抗 4、第 2抵抗 7を備えている。 8— 10は演算増幅器であるオペアンプ、 11一 13は ADコンバータ、 17は該 A Dコンバータと欠相判断をする CPU14とを結ぶバスである。 15は 3相交流電源を直流電源に変換する整流手段、 16は該整流手段の直流出力電圧を平滑するコンデンサである。 Pは整流手段 15の正側の直流母線、 Nは負側の直流母線である。 3相各相の第 2抵抗 5、 6、 7の一端を接続しその接続点を中性点 (N1)とする。この中性点 N1は整流手段 15の負側の直流母線 Nと接続している。 3相交流電源!:、 s、 tの各相を抵抗 2— 7でスター結線した中点ならびに各 ADコンバータのアナロググランド AGを整流手段としての 3相ダイオードブリッジ 15の出力である直流母線 N側 Nと接続する。この Nカゝら見た rの電圧を検出するために抵抗 2、 5 で分圧した電圧 r 1を ADコンバータに入力する力直接入力すると ADコンバータのインピーダンスが低いために正常に分圧されず電圧の検出ができない。よって高インピーダンス化するために、高入力インピーダンス手段としてオペアンプ 8を使用したゲイン 1倍の非反転増幅回路を使って電圧 r~nを求め、 ADコンバータ 11に入力する。 s、 tの電圧の検出も同様にしてオペアンプ 9、 10を使って電圧 s n、 t nを求め AD コンバータ 12、 13に入力する。

3相ダイオードブリッジの N側を基準点として、るため図 4の 3相電源電圧の最小値を基準とした電圧が r一！!、 s— _n、 t nに現れる。このときの直流母線 N側 Nの電圧を図 8に、 r n、 s n、 t nに現れる電圧を図 2に示す。この AD変換された入力電圧値をバス 17で接続された CPU14で読み取り、各相の差を算出することにより図 6のような正弦波形の線間電圧が求まる。

ここで例えば T相が欠相した場合を考える。 3相ダイオードブリッジに入力される電源電圧は!:、 sだけになり、直流母線 N側には!:、 sの電源電圧の最小値が現れる。このときの電源電圧を図 5に、直流母線 N側の電圧を図 9に示す。その結果、 AD入力電圧には図 3のように位相差が 180°の半波整流波形が現れ欠相した相の t nはほぼゼロの電圧となる。ここで各相の差力も求めた線間電圧は図 7のようになり t nとの差をとつた t一!:、 s— tの 2相の線間電圧は符号が異なり位相差が 180°の半波整流波形となって現れる。他の相が欠相した場合も前記と同様になり欠相した相との線間電圧は符号が異なり位相差が 180°の半波整流波形となって現れる。

このように上記方法で求めた線間電圧は正常時は 120°の位相差であるが、欠相時は欠相した相との線間電圧は符号が異なり位相差が 180°の半波整流波形となつて現れるので、 3相分の線間電圧のうち 2相の符号が異なり位相差が 180°の半波整流波形になったことを CPU14に監視させることにより欠相と判断することができ、また欠相した相の特定も可能となる。例えば、図 7では各線間電圧のうち r s間の電圧は正弦波形になっているので残りの相である T相が欠相していると判断できる。産業上の利用可能性

3相電源の波形のひずみを検出することから地落検出の用途にも適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 3相交流電源を直流電源に変換する整流手段と、 3相交流電源各相の一端が各相毎に設けられた第 1抵抗の一端に接続され、該第 1抵抗の他端が各相の第 2抵抗の一端に接続され、各相の該第 2抵抗の他端 3つを接続して Y結線の中性点 (N1)とする 3相コンバータの電源欠相検出方法において、

前記中性点 (N1)を前記整流手段の直流側出力の負極側母線 (N)と接続し、各相の第 1抵抗と第 2抵抗とを連結する各相毎の前記第 1抵抗の他端を各相毎に高入力インピーダンス手段を介して ADコンバータへ接続して各相毎の電圧を検出し、該各相毎の電圧を欠相判断手段である CPUへ出力し、該各相毎の電圧に基づいて求めた 3相分の線間電圧のうち 2相の符号が異なり且つ位相差が 180°の半波整流波形になったとき欠相と判断することを特徴とする 3相コンバータの電源欠相検出方法。

[2] 前記高入力インピーダンス手段が、オペアンプを使用した非反転増幅回路である請求項 1記載の 3相コンバータの電源欠相検出方法。