JP2011237332A

JP2011237332A - 入力電圧監視回路

Info

Publication number: JP2011237332A
Application number: JP2010110323A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Kumagai; 智和熊谷
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】従来の入力電圧監視回路は、パルス波形のＨレベルの時間に基づいて入力電圧の状態を判定するように構成されているので、入力電圧周波数の切換え及び変動が生じた場合に、入力電圧の状態が誤って判定される可能性があり、動作の信頼性が低下している。
【解決手段】本発明による入力電圧監視回路では、整流手段３１は、三相交流電源１０から入力電圧監視回路３０への入力電圧であるＲ−Ｔ相間の線間電圧１０ａを全波整流して全波整流波形３４を出力する。パルス成形手段３２は、線間電圧１０ａに対応する全波整流波形３４からパルス波形３５を成形する。演算手段３３は、パルス波形３５の１周期の時間とパルス波形３５の１周期中に含まれるＬレベルの時間とに基づいて、三相交流電源１０の入力電圧の電圧値を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力電圧監視回路に関し、特に、交流電源の入力電圧に対応するパルス波形の１周期の時間とＬレベルの時間とに基づいて、交流電源の入力電圧の電圧値を求めるようにすることで、入力電圧の状態判定をより正確に行うことができ、動作の信頼性を向上できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の入力電圧監視回路としては、例えば特許文献１等に示されている構成が用いられている。すなわち、従来の入力電圧監視回路では、交流電源の入力電圧が全波整流されるとともに、この全波整流波形に対応するパルス波形が成形される。このとき、パルス波形のＨレベルの時間が監視されるとともに、Ｈレベルの時間と所定の基準時間とが比較される。そして、この比較結果に基づいて、入力電圧が、定格電圧であるか、高電圧であるか、又は低電圧であるかが判定される。

特開２００７−３２２１９２号公報

ところで、上述のパルス波形のＨレベルの時間は入力電圧の周波数に大きく依存する。すなわち、上記のような従来の入力電圧監視回路では、パルス波形のＨレベルの時間に基づいて入力電圧の状態を判定するように構成されているので、入力電圧周波数の切換え及び変動が生じた場合に、入力電圧の状態が誤って判定される可能性があり、動作の信頼性が低下している。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、入力電圧の状態判定をより正確に行うことができ、動作の信頼性を向上できる入力電圧監視回路を提供することである。

本発明に係る入力電圧監視回路は、交流電源からの入力電圧を全波整流して全波整流波形を出力する整流手段と、前記整流手段の出力端に接続され、前記全波整流波形の電圧値が所定の閾値レベルよりも高いときにＨレベルとなり、前記全波整流波形の電圧値が前記閾値レベルよりも低いときにＬレベルとなるパルス波形を成形するパルス成形手段と、前記パルス成形手段の出力端に接続されるとともに、前記パルス波形の１周期の時間と前記パルス波形の１周期中に含まれる前記Ｌレベルの時間とを監視して、前記閾値電圧レベルをＶ１とし、前記パルス波形の１周期をＴとし、前記パルス波形の１周期中に含まれる前記Ｌレベルの時間を２ｔ_Ｌとして、

により前記交流電源の前記入力電圧の電圧値Ｖａｃを求める演算手段とを備える。

また、前記交流電源は、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相を有する三相交流電源であり、前記整流手段は、前記入力電圧である前記三相交流電源のＲ−Ｓ相間、Ｒ−Ｔ相間、及びＳ−Ｔ相間のうちの少なくとも２つの線間電圧を全波整流して前記全波整流波形を出力し、前記パルス成形手段は、前記線間電圧に対応する前記全波整流波形から前記パルス波形を成形し、前記演算手段は、前記パルス波形に基づいて前記線間電圧の電圧値を求めるとともに、Ｌレベルの継続時間が所定の基準時間を超える前記パルス波形があるか否かを判定し、前記継続時間が前記基準時間を超える前記パルス波形があると判定した場合に、該パルス波形の組み合わせに基づいて、どの相が欠相しているのかを検出することを特徴とする。

本発明の入力電圧監視回路によれば、演算手段は、交流電源からの入力電圧に対応するパルス波形の１周期の時間とＬレベルの時間とに基づいて、交流電源の入力電圧の電圧値を求めるようにすることで、入力電圧周波数の切換え及び変動が生じた場合でも、交流電源の入力電圧の電圧値を得られる。これにより、入力電圧の状態判定をより正確に行うことができ、動作の信頼性を向上できる。

本発明の実施の形態１による入力電圧監視回路を示す構成図である。図１の入力電圧監視回路での波形処理を示す説明図である。本発明の実施の形態２による入力電圧監視回路を示す構成図である。本発明の実施の形態３による入力電圧監視回路を示す構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による入力電圧監視回路３０を示す構成図であり、図２は図１の入力電圧監視回路３０での波形処理を示す説明図である。図１において、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相を有する三相交流電源１０（交流電源）には、電源回路２０と入力電圧監視回路３０とが接続されている。電源回路２０には、ダイオードブリッジからなる電源用整流手段２１と、電源用整流手段２１の第１及び第２出力端２１ａ，２１ｂに並列に接続された一対のコンデンサからなる平滑部２２とが含まれている。三相交流電源１０からの三相交流電圧は、電源用整流手段２１で全波整流されるとともに平滑部２２で平滑化されて、負荷（図示せず）に供給される。なお、電源用整流手段２１の第２出力端２１ｂに接続されたラインをマイナスライン２３と呼ぶ。

入力電圧監視回路３０には、整流手段３１と、パルス成形手段３２と、演算手段３３とが含まれている。

整流手段３１は、三相交流電源１０のＲ相に接続された第１ダイオードＤ１と、三相交流電源１０のＴ相に接続された第２ダイオードＤ２とによって構成された第１整流部３１１を含んでいる。第１整流部３１１（整流手段３１）は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、三相交流電源１０から入力電圧監視回路３０への入力電圧であるＲ−Ｔ相間の線間電圧１０ａを全波整流して、全波整流波形３４を出力する。

パルス成形手段３２は、例えばコンパレータやフォトカプラ等により構成された第１成形部Ｕ１を有している。第１成形部Ｕ１は、図２の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、抵抗器Ｒ１を介して第１整流部３１１の出力端に接続されるとともに、マイナスライン２３との間に接続されており、全波整流波形３４の電圧値が所定の閾値レベルよりも高いときにＨレベル（ハイレベル）となり、全波整流波形３４の電圧値が閾値レベルよりも低いときにＬレベル（ローレベル）となるパルス波形３５を成形する。閾値レベルは、周知のように回路的に決定されるものである。

演算手段３３は、例えばマイクロコンピュータ等により構成されており、第１成形部Ｕ１の出力端に接続されている。演算手段３３は、第１成形部Ｕ１からのパルス波形３５に基づいてＲ−Ｔ相間の線間電圧１０ａ（入力電圧）の電圧値Ｖａｃを求める。

具体的には、パルス波形３５の１周期の時間（ＨレベルとＬレベルとの繰り返し時間）をＴとし、パルス波形３５の１周期中に含まれるＬレベルの時間を２ｔ_Ｌとし、入力電圧のピーク値をＶｐとした場合、第１成形部Ｕ１（パルス成形手段３２）における閾値レベルＶ１、及び入力電圧の電圧値Ｖａｃは、以下のように表すことができる。但し、式（１）中のｆは、電源周波数であり１／２Ｔである。

式（１）をＶｐについて整理するとともに該Ｖｐを式（２）に代入すると、入力電圧の電圧値Ｖａｃは以下の式（３）ように表される。なお、式（３）では、ｆに１／２Ｔを代入している。

演算手段３３は、第１成形部Ｕ１からのパルス波形３５について、パルス波形３５の１周期の時間Ｔと、パルス波形３５の１周期中に含まれるＬレベルの時間を２ｔ_Ｌとを監視するとともに、これらＴ及びｔ_Ｌを上記式（３）に代入することで入力電圧の電圧値Ｖａｃを求める。演算手段３３は、求めた入力電圧の電圧値Ｖａｃと予め記憶している基準電圧値との差を求め、この求めた差が所定値を超える場合に入力電圧の異常を検出する。

このような入力電圧監視回路では、演算手段３３は、三相交流電源１０の入力電圧に対応するパルス波形３５の１周期の時間ＴとＬレベルの時間２ｔ_Ｌとに基づいて、三相交流電源１０の入力電圧の電圧値Ｖａｃを求めるようにすることで、入力電圧周波数の切換え及び変動が生じた場合でも、三相交流電源１０の入力電圧の電圧値Ｖａｃを得られる。これにより、入力電圧の状態判定をより正確に行うことができ、動作の信頼性を向上できる。

なお、実施の形態１では、入力電圧監視回路３０は、三相交流電源１０からの入力電圧の電圧値Ｖａｃを求めると説明したが、単相交流電源からの入力電圧の電圧値を求めてもよい。すなわち、本発明は単相の交流電源にも適用できる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２による入力電圧監視回路３０を示す構成図である。なお、実施の形態１の構成と同一又は同等の構成については、同一の符号を付して説明する。実施の形態１では、三相交流電源１０の１つの線間電圧の電圧値が求められるように説明したが、この実施の形態２では、三相交流電源１０の３つの線間電圧１０ａ〜１０ｃの電圧値Ｖａｃが求められる。

図３に示すように、この実施の形態２の整流手段３１は、第１整流部３１１に加えて、第２及び第３整流部３１２，３１３をさらに含んでいる。第２整流部３１２は、三相交流電源１０のＳ相に接続された第３ダイオードＤ３と、三相交流電源１０のＲ相に接続された第４ダイオードＤ４とによって構成されており、Ｒ−Ｓ相間の線間電圧１０ｂを全波整流するものである。第３整流部３１３は、三相交流電源１０のＴ相に接続された第５ダイオードＤ５と、三相交流電源１０のＳ相に接続された第６ダイオードＤ６とによって構成されており、Ｓ−Ｔ相間の線間電圧１０ｃを全波整流して全波整流波形３４するものである。

また、この実施の形態２の整流手段３１は、パルス成形手段３２は、第１成形部Ｕ１に加えて、第２及び第３成形部Ｕ２，Ｕ３をさらに有している。第２及び第３成形部Ｕ２，Ｕ３は、第１成形部Ｕ１と同様に例えばコンパレータやフォトカプラ等により構成されており、Ｒ−Ｓ相間及びＳ−Ｔ相間の線間電圧１０ｂ，１０ｃに対応する第２及び第３パルス波形３６，３７を成形するものである。第２及び第３パルス波形３６，３７は、第１パルス波形３５に対して位相が１２０度及び２４０度ずれたパルス波形である。

演算手段３３は、第１〜第３成形部Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の出力端に接続されており、入力電圧監視回路３０への入力電圧であるＲ−Ｔ相間、Ｒ−Ｓ相間、及びＳ−Ｔ相間の線間電圧１０ａ〜１０ｃの電圧値Ｖａｃをそれぞれ求める。

また、この実施の形態２の演算手段３３は、電圧値Ｖａｃを求めるとともに、Ｌレベルの継続時間が所定の基準時間を超えるパルス波形３５〜３７があるか否かを判定し、継続時間が基準時間を超えるパルス波形３５〜３７があると判定した場合に、該パルス波形３５〜３７の組み合わせに基づいて、どの相が欠相しているのかを検出する。

具体的には、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相のいずれかに欠相が発生した場合、どの相に欠相が発生したかに応じて第１〜第３パルス波形３５〜３７の状態が変わる。すなわち、
Ｒ相が欠相の場合には、Ｒ相に関わる第１及び第２パルス波形３５，３６の両方においてＬレベルの継続時間が正常時よりも長くなり、
Ｓ相が欠相の場合には、Ｓ相に関わる第２及び第３パルス波形３６，３７の両方においてＬレベルの継続時間が正常時よりも長くなり、
Ｔ相が欠相の場合には、Ｔ相に関わる第１及び第３パルス波形３５，３７の両方においてＬレベルの継続時間が正常時よりも長くなる。
演算手段３３は、このようなＬレベルの継続時間が基準時間を超えるパルス波形３５〜３７の組み合わせに基づいて、どの相が欠相しているのかを検出する。

このような入力電圧監視回路３０では、演算手段３３は、線間電圧の電圧値Ｖａｃを求めるとともに、継続時間が基準時間を超えるパルス波形３５〜３７の組み合わせに基づいて、どの相が欠相しているのかを検出するので、線間電圧１０ａ〜１０ｃの電圧値Ｖａｃを求めるための回路構成を欠相検出にも兼用でき、部品コストを低減できる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３による入力電圧監視回路３０を示す構成図である。なお、実施の形態１，２の構成と同一又は同等の構成については、同一の符号を付して説明する。実施の形態２の構成では、三相交流電源１０の３つの線間電圧１０ａ〜１０ｃの電圧値Ｖａｃが求められるように説明したが、この実施の形態３の構成では、三相交流電源１０の２つの線間電圧１０ａ，１０ｂの電圧値Ｖａｃが求められる。すなわち、実施の形態３の入力電圧監視回路３０は、実施の形態２の入力電圧監視回路３０の構成（図３参照）から第３整流部３１３及び第３成形部Ｕ３が省略された構成である。

このような構成では、
Ｒ相が欠相の場合には、Ｒ相に関わる第１及び第２パルス波形３５，３６の両方においてＬレベルの継続時間が正常時よりも長くなり、
Ｓ相が欠相の場合には、Ｓ相に関わる第２パルス波形３６のみでＬレベルの継続時間が正常時よりも長くなり、
Ｔ相が欠相の場合には、Ｔ相に関わる第１パルス波形３５のみでＬレベルの継続時間が正常時よりも長くなる。
演算手段３３は、このようなＬレベルの継続時間が基準時間を超えるパルス波形３５，３６の組み合わせに基づいて、どの相が欠相しているのかを検出する。

このように、三相交流電源１０の２つの線間電圧１０ａ，１０ｂを全波整流する構成でも、どの相が欠相しているのかを検出できる。すなわち、欠相検出するためには、少なくとも２つの線間電圧を全波整流すればよい。

１０三相交流電源（交流電源）
１０ａ〜１０ｃ線間電圧（入力電圧）
３０入力電圧監視回路
３１整流手段
３２パルス成形手段
３３演算手段
３４全波整流波形
３５〜３７パルス波形

Claims

交流電源（１０）からの入力電圧（１０ａ〜１０ｃ）を全波整流して全波整流波形（３４）を出力する整流手段（３１）と、
前記整流手段（３１）の出力端に接続され、前記全波整流波形（３４）の電圧値が所定の閾値レベルよりも高いときにＨレベルとなり、前記全波整流波形（３４）の電圧値が前記閾値レベルよりも低いときにＬレベルとなるパルス波形（３５〜３７）を成形するパルス成形手段（３２）と、
前記パルス成形手段（３２）の出力端に接続されるとともに、前記パルス波形（３５〜３７）の１周期の時間と前記パルス波形（３５〜３７）の１周期中に含まれる前記Ｌレベルの時間とを監視して、前記閾値電圧レベルをＶ１とし、前記パルス波形の１周期をＴとし、前記パルス波形の１周期中に含まれる前記Ｌレベルの時間を２ｔ_Ｌとして、

により前記交流電源（１０）の前記入力電圧（１０ａ〜１０ｃ）の電圧値Ｖａｃを求める演算手段（３３）と
を備えていることを特徴とする入力電圧監視回路。
前記交流電源（１０）は、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相を有する三相交流電源（１０）であり、
前記整流手段（３１）は、前記入力電圧（１０ａ〜１０ｃ）である前記三相交流電源のＲ−Ｓ相間、Ｒ−Ｔ相間、及びＳ−Ｔ相間のうちの少なくとも２つの線間電圧（１０ａ〜１０ｃ）を全波整流して前記全波整流波形（３４）を出力し、
前記パルス成形手段（３２）は、前記線間電圧（１０ａ〜１０ｃ）に対応する前記全波整流波形（３４）から前記パルス波形（３５〜３７）を成形し、
前記演算手段（３３）は、前記パルス波形（３５〜３７）に基づいて前記線間電圧（１０ａ〜１０ｃ）の電圧値Ｖａｃを求めるとともに、Ｌレベルの継続時間が所定の基準時間を超える前記パルス波形（３５〜３７）があるか否かを判定し、前記継続時間が前記基準時間を超える前記パルス波形（３５〜３７）があると判定した場合に、該パルス波形（３５〜３７）の組み合わせに基づいて、どの相が欠相しているのかを検出する
ことを特徴とする請求項１記載の入力電圧監視回路。