(57)【要約】【課題】３相電源からの交流電力を整流して直流出力電力を得る直流電源装置において、欠相が生じた３相電源の整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲がある場合を含む広範な場合であっても、３相電源の何れか１相の欠相を良好に検出可能な３相電源の欠相検出構成を有する直流電源装置を提供する。【解決手段】３相電源Ｅからの交流電力Ｐａｃを整流して直流出力電力Ｐｄｃを得る直流電源装置１００において、直流出力電力Ｐｃｄの変化に対する直流電圧Ｖｄｃの変化の割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜を算出する変化割合算出手段Ｐ１と、変化割合算出手段Ｐ１にて算出した変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜が所定値ΔＶを超える場合は欠相発生と判断する欠相判定手段Ｐ２とを有している。【選択図】図２
2010230402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相電源からの交流電力を整流して直流出力電力を得る直流電源装置において、
直流出力電力の変化に対する直流電圧の変化の割合の絶対値を算出する変化割合算出手段と、
前記変化割合算出手段にて算出した変化割合の絶対値が所定値を超える場合は欠相発生と判断する欠相判定手段と
を設けたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
３相電源からの交流電力を整流して直流出力電力を得る直流電源装置において、
直流電圧の変化に対する直流出力電力の変化の割合の絶対値を算出する変化割合算出手段と、
前記変化割合算出手段にて算出した変化割合の絶対値が所定値を下回る場合は欠相発生と判断する欠相判定手段と
を設けたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の直流電源装置において、
需要電力に関わらず、直流出力電力を増減できる構成としたことを特徴とする直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相電源の欠相の有無を検出する３相電源の欠相検出構成を有する直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相電源においては、ヒューズ切れや断線等の何らかの原因で、３相のうち何れか１相が欠相してしまうと、次のような不都合を生じる。
【０００３】
すなわち、３相電源のうち少なくとも２相が欠相してしまえば、電力供給が行われなくなるが、何れか１相だけが欠相した場合には本来の３相状態ではない欠相状態で（単相状態で）交流電力を供給してしまうことになる。直流電源装置において、３相電源から欠相状態で交流電力が供給されてしまうと、出力される直流電圧は、狙った値よりも低下するために、例えば、この直流電源装置に接続される負荷が正常に動作しなくなるといった不都合を招く。
【０００４】
このため、直流電源装置では、３相電源の何れか１相の欠相を検出する３相電源の欠相検出構成を備えていることが好ましい。３相電源の欠相検出構成として、下記特許文献１には、電圧の異なる単相電源と３相電源との何れか一方の電源を選択できる装置において、３相電源の欠相を検出する欠相検出回路が開示されている。
【０００５】
詳しくは、特許文献１は、単相電源を整流したときの最大電圧と３相電源を整流したときの最小電圧との間で第１の所定値Ｖｒｅｆ１を設定すれば、正常な３相電源の整流電圧はＶｅｒｆ１を常に上回り、単相電源の整流電圧はＶｅｒｆ１を常に下回り、欠相が発生している３相電源の整流電圧はＶｅｒｆ１を上回ったり下回ったりすることを検出する欠相検出回路を開示している（特許文献１の請求項１、図２及び図３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２７３８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記した従来の欠相検出構成は、単相電源を整流したときの最大電圧が３相電源を整流したときの最小電圧よりも常に小さい場合に有効な構成であり、欠相が生じた３相電源を整流したときの電圧と欠相が生じていない正常な３相電源を整流したときの電圧とでラップ（重複）する範囲がある場合には適用できない。
【０００８】
そこで、本発明は、３相電源からの交流電力を整流して直流出力電力を得る直流電源装置において、欠相が生じた３相電源の整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲がある場合を含む広範な場合であっても、３相電源の何れか１相の欠相を良好に検出可能な３相電源の欠相検出構成を有する直流電源装置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】
【０００９】
本発明者は、３相電源からの交流電力を整流して得られた直流出力電力と直流電圧との比例関係において、直流出力電力と直流電圧との変化割合（傾き）が交流電圧の大小に関わらず、ほぼ一定であり、欠相が生じた場合と欠相が生じていない正常な場合とで直流出力電力と直流電圧との変化割合（傾き）が異なることに着目し、この違いを判断することで、欠相が生じた３相電源の整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲があったとしても、３相電源の何れか１相の欠相を良好に検出できることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づくものであり、前記課題を解決するため、次の第１態様及び第２態様の直流電源装置を提供する。
【００１１】
すなわち、第１態様及び第２態様の直流電源装置は、３相電源からの交流電力を整流して直流出力電力を得る直流電源装置を前提とする。
【００１２】
そして、第１態様では、直流出力電力の変化に対する直流電圧の変化の割合の絶対値を算出する変化割合算出手段と、前記変化割合算出手段にて算出した変化割合の絶対値が所定値を超える場合は欠相発生と判断する欠相判定手段とを設けている。
【００１３】
この第１態様によれば、３相電源から欠相状態で供給された交流電力を変換して得られた直流出力電力の変化に対する直流電圧の変化の割合の絶対値が正常状態の場合での前記絶対値を上回ることを利用して３相電源の何れか１相が欠相しているか否かを検出する。これにより、欠相が生じた３相電源の整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲がある場合を含む広範な場合であっても、３相電源の何れか１相の欠相を良好に検出することができる。
【００１４】
また、第２態様では、直流電圧の変化に対する直流出力電力の変化の割合の絶対値を算出する変化割合算出手段と、前記変化割合算出手段にて算出した変化割合の絶対値が所定値を下回る場合は欠相発生と判断する欠相判定手段とを設けている。
【００１５】
この第２態様によれば、３相電源から欠相状態で供給された交流電力を変換して得られた直流電圧の変化に対する直流出力電力の変化の割合の絶対値が正常状態の場合での前記絶対値を下回ることを利用して３相電源の何れか１相が欠相しているか否かを検出する。これにより、欠相が生じた３相電源の整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲がある場合を含む広範な場合であっても、３相電源の何れか１相の欠相を良好に検出することができる。
【００１６】
しかも、本発明の第１態様及び第２態様の直流電源装置では、整流後に得られる直流出力電力及び直流電圧を欠相判断の引数とするので、交流側の何れの地点で欠相となる要因（例えば、ヒューズ切れや断線等）が発生しても、何ら支障なく検出することが可能である。
【００１７】
本発明の第１態様及び第２態様の直流電源装置において、需要電力に関わらず、直流出力電力を増減できる構成とすることが好ましい。
【００１８】
この特定事項では、需要電力に関わらず、直流出力電力を増減させることができ、これにより、欠相を検知したいときに直流出力電力と直流電圧との変化割合の絶対値を判断することができる。従って、当該直流電源装置に接続される負荷の変動を待たずとも、任意に欠相を検知することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明に係る第１態様の直流電源装置によると、直流出力電力の変化に対する直流電圧の変化の割合の絶対値が所定値を超える場合は欠相発生と判断するので、また、本発明に係る第２態様の直流電源装置によると、直流電圧の変化に対する直流出力電力の変化の割合の絶対値が所定値を下回る場合は欠相発生と判断するので、欠相が生じた３相電源の整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲がある場合を含む広範な場合であっても、３相電源の何れか１相の欠相を良好に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る直流電源装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示す直流電源装置における直流変換手段にて出力される直流出力電力と直流電圧との関係について欠相が生じている場合と欠相が生じていない正常な場合との傾きの違いを説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る直流電源装置１００の概略構成を示す回路構成図である。
【００２３】
図１に示す直流電源装置１００は、３相電源Ｅからの交流電力Ｐａｃを整流して直流出力電力Ｐｄｃを得るものであり、３相電源Ｅからの交流電力Ｐａｃを直流電力Ｐｄｃに変換する整流器等の直流変換手段１１０と、直流電源装置１００全体を制御する制御装置１２０とを備えている。直流変換手段１１０の出力側には、負荷Ｆが接続されている。
【００２４】
直流変換手段１１０は、ここでは、ダイオードブリッジ１１１及びキャパシタ１１２を含む整流器とされている。
【００２５】
制御装置１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部１２１と、記憶部１２２とを備えている。記憶部１２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶メモリを含み、各種制御プログラムや必要な関数及び後述する所定の閾値ΔＶ等のデータを予め記憶するようになっている。
【００２６】
そして、直流電源装置１００は、３相電源Ｅの各相のうち何れか１相が欠相しているか否かを検出する欠相検出構成を備えている。詳しくは、制御装置１２０は、処理部１２１によって、欠相検出制御を含む制御プログラムを記憶部１２２から読み出し、該読み出した制御プログラムを実行することで、直流電源装置１００全体の制御を行うように構成されている。
【００２７】
この制御プログラムは、変化割合算出手段Ｐ１と、欠相判定手段Ｐ２とを含む手段として処理部１２１を機能させるようになっている。
【００２８】
図２は、図１に示す直流電源装置１００における直流変換手段１１０にて出力される直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃとの関係について欠相が生じている場合と欠相が生じていない正常な場合との傾きの違いを説明するためのグラフである。
【００２９】
なお、図２において、符号αｍａｘ及び符号αｍｉｎは、欠相が生じていない正常な場合での直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃとの関係を示しており、符号αｍａｘは、交流電圧Ｖａｃの定格範囲（例えばＡＣ２００Ｖ±２０Ｖ）が最大値（例えばＡＣ２２０Ｖ）とされた関係を、符号αｍｉｎは、交流電圧Ｖａｃの定格範囲が最小値（例えばＡＣ１８０Ｖ）とされた関係を示している。
【００３０】
また、図２において、符号βｍａｘ及び符号βｍｉｎは、欠相が生じている場合での直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃとの関係を示しており、符号βｍａｘは、交流電圧Ｖａｃの定格範囲が最大値とされた関係を、符号βｍｉｎは、交流電圧Ｖａｃの定格範囲が最小値とされた関係を示している。
【００３１】
３相電源Ｅからの交流電力Ｐａｃを直流変換手段１１０にて整流して得られた直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃとは、図２に示すように、比例関係にある。
【００３２】
ところで、直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃの関係が図２中のεの領域にあるときには、比例関係αｍｉｎ（三相時）よりも欠相時における直流電圧Ｖｄｃが小さくなるため、直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃの関係から、３相電源Ｅの欠相の有無を検出することができる。しかし、直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃの関係が図２中のγの領域にあるときには、三相時と欠相時の直流電圧Ｖｄｃが重複することがある。例えば、直流電圧Ｖｄｃが、欠相が生じていない場合において交流電圧Ｖａｃの定格範囲が最小値とされた状態での比例関係αｍｉｎに該当しているのか、或いは、欠相が生じている場合において交流電圧Ｖａｃの定格範囲が最大値とされた状態での比例関係βｍａｘに該当しているのかを見分けることができない。この点に関し、交流電圧Ｖａｃを計測し、該計測した交流電圧Ｖａｃの大小を把握することで、３相電源Ｅの欠相の有無を検出することが可能となる。すなわち、各比例関係αｍａｘ，αｍｉｎ（三相時），βｍａｘ，βｍｉｎ（欠相時）において直流電圧Ｖｄｃが重複することがあっても、交流電圧Ｖａｃの大小を把握しておけば、例えば、直流電圧Ｖｄｃが比例関係αｍｉｎに該当しているのか、比例関係βｍａｘに該当しているのかを見分けることができる。
【００３３】
しかし、この場合、交流電圧Ｖａｃを計測するための電圧計測手段を交流側に別途設ける必要があり（例えば、図１の交流側における破線や鎖線で示す電圧計測手段Ｇ１参照）、それだけ、装置構成の複雑化、高コスト化を招く。
【００３４】
そこで、本実施形態の３相電源Ｅの欠相検出構成では、図２に示す比例関係において、欠相が生じていない正常な場合（比例関係αｍａｘ，αｍｉｎ）での変化割合（傾き）ΔＶｄｃ’及び欠相が生じている場合（比例関係βｍａｘ，βｍｉｎ）での変化割合（傾き）ΔＶｄｃ”が、ぞれぞれ、交流電圧Ｖａｃの大小に関わらずほぼ一定であり、さらに、欠相が生じている場合（比例関係βｍａｘ，βｍｉｎ）での変化割合（傾き）の絶対値｜ΔＶｄｃ”｜は、欠相が生じていない正常な場合（比例関係αｍａｘ，αｍｉｎ）での変化割合（傾き）の絶対値｜ΔＶｄｃ’｜よりも大きくなる傾向を利用している。
【００３５】
すなわち、変化割合算出手段Ｐ１は、直流出力電力Ｐｄｃに対する直流電圧Ｖｄｃの変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜を算出するようになっている。また、欠相判定手段Ｐ２は、変化割合算出手段Ｐ１にて算出した変化割合の絶対値｜ΔＶｄｃ｜と、記憶部１２２に記憶されている閾値ΔＶとを比較し、絶対値｜ΔＶｄｃ｜が閾値ΔＶを超える場合は欠相が発生していると判断するようになっている。一方、欠相判定手段Ｐ２は、絶対値｜ΔＶｄｃ｜が閾値ΔＶ以下の場合には欠相が発生していないと判断するようになっている。
【００３６】
本実施形態の直流電源装置１００では、直流出力電力Ｐｄｃに対する直流電圧Ｖｄｃの変化割合の絶対値｜ΔＶｄｃ｜を変化割合算出手段Ｐ１にて算出するが、この算出のために用いる直流出力電力Ｐｄｃ及び直流電圧Ｖｄｃは、既存構成から得ることができる。
【００３７】
直流出力電力Ｐｄｃを得るための既存構成としては、例えば、インバータ等の電力変換手段を備える場合での該電力変換手段を制御する制御装置の制御構成や、既存の電圧計等の直流電圧計測手段（図１の直流側における破線で示す電圧計測手段Ｇ２参照）及び電流計等の直流電流計測手段（図１の直流側における破線で示す電流計測手段Ｇ３参照）を挙げることができる。また、直流電圧Ｖｄｃを得るための既存構成としては、例えば、既存の電圧計等の直流電圧計測手段（電圧計測手段Ｇ２参照）を挙げることができる。なお、他の計測要素や指令要素から間接的に直流出力電力や直流電圧を予測ないしは計算することも可能である。
【００３８】
そして、欠相判定手段Ｐ２において、変化割合算出手段Ｐ１にて変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜が閾値ΔＶを超える場合は欠相が発生していると判断する一方、該変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜が閾値ΔＶ以下の場合には欠相が発生していないと判断する。
【００３９】
従って、欠相が生じている３相電源Ｅの整流電圧と欠相が生じていない正常な３相電源の整流電圧とでラップする範囲の有無に関わらず、３相電源Ｅの何れか１相が欠相したか否かを良好に検出することができる。さらに、変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜を既存構成による直流出力電力Ｐｄｃ及び直流電圧Ｖｄｃから算出できるので、部品点数が増えることがなく、しかも、交流電圧Ｖａｃを計測するための電圧計測手段を別途設ける必要がないので、装置構成の複雑化、高コスト化を招くことはない。
【００４０】
さらに、交流電圧Ｖａｃを計測するための電圧計測手段を別途設ける場合には、交流側の何れかの地点で欠相となる要因（例えば、ヒューズ切れや断線等）が発生すると（図１中符号Ｘ参照）、それより直流電源装置１００側で電圧計測手段が設けられている場合には（電圧計測手段Ｇ１参照）交流電圧Ｖａｃを計測することができない。この点、本実施形態の直流電源装置１００では、整流後に得られる直流出力電力Ｐｄｃ及び直流電圧Ｖｄｃを欠相判断の引数とするので、交流側の何れの地点で欠相となる要因が発生しても、何ら支障なく検出することが可能である。
【００４１】
本実施形態の直流電源装置１００では、負荷Ｆによる需要電力が変動したときの直流出力電力Ｐｄｃの変動によって、変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜を算出してもよいが、需要電力に関わらず、直流出力電力Ｐｄｃを増減するようにしてもよい。例えば、直流電源装置１００は、制御装置１２０の指示によって直流出力電力Ｐｄｃを意図的に変更できるように構成されたものであってもよい。
【００４２】
より具体的な直流電源装置１００としては、それには限定されないが、例えば、直流出力電力Ｐｄｃを交流出力電力に変換するインバータ等の電力可変手段を備え、制御装置１２０は、需要電力に関わらず、直流出力電力Ｐｄｃを増減可能に、前記電力可変手段を制御するように構成したものを挙げることができる。
【００４３】
かかる構成の直流電源装置１００では、需要電力に関わらず、直流出力電力Ｐｄｃを増減させることにより、欠相を検知したいときに直流出力電力Ｐｄｃと直流電圧Ｖｄｃとの変化割合の絶対値｜ΔＶｄｃ｜を判断することができる。これにより、当該直流電源装置１００に接続される負荷Ｆの変動を待たずとも、任意に欠相を検知することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態の直流電源装置１００においては、記憶部１２２に閾値ΔＶを予め記憶し、変化割合算出手段Ｐ１が直流出力電力Ｐｄｃに対する直流電圧Ｖｄｃの変化割合ΔＶｄｃの絶対値｜ΔＶｄｃ｜を算出し、欠相判定手段Ｐ２が変化割合算出手段Ｐ１にて算出した変化割合の絶対値｜ΔＶｄｃ｜が閾値ΔＶを超える場合は欠相発生と判断するようになっているが、記憶部１２２に所定の閾値ΔＰを予め記憶し、変化割合算出手段Ｐ１が直流電圧Ｖｄｃに対する直流出力電力Ｐｄｃの変化割合ΔＰｄｃの絶対値｜ΔＰｄｃ｜を算出し、欠相判定手段Ｐ２が変化割合算出手段Ｐ１にて算出した変化割合の絶対値｜ΔＰｄｃ｜が閾値ΔＰを下回る場合は欠相発生と判断するようになっていてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１００        直流電源装置
Ｅ            ３相電源
Ｖｄｃ        直流電圧
Ｐ１          変化割合算出手段
Ｐ２          欠相判定手段
Ｐａｃ        交流電力
Ｐｄｃ        直流出力電力
ΔＶ          閾値（所定値）
ΔＶｄｃ      変化割合
【図１】
2010230402.tif 000003
【図２】
2010230402.tif 000004