(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源電圧を整流する整流回路と、この整流回路の直流出力側に接続された主回路コンデンサと、を備え、この主回路コンデンサの両端電圧を負荷に供給する直流電源装置において、
前記整流回路の出力電流を検出する手段と、
前記出力電流が極小値となる少なくとも３つの極小点によって区切られる区間の前記出力電流の二乗平均値を演算する手段と、
前記二乗平均値が予め設定した過負荷検出レベルを超えた場合に前記整流回路が過負荷状態であると判定する手段と、
を備えたことを特徴とする過負荷検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載した過負荷検出装置において、
前記整流回路の出力電流を検出する手段は、
前記主回路コンデンサの両端電圧を微分する微分演算手段と、
この微分演算手段の出力と前記主回路コンデンサの容量設定値とを乗算する乗算手段と、
前記負荷を流れる電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段の出力と前記乗算手段の出力とを加算して前記出力電流を求める加算手段と、
を備えたことを特徴とする過負荷検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載した過負荷検出装置において、
前記整流回路の出力電流を検出する手段は、
前記主回路コンデンサの両端電圧を微分する微分演算手段と、
この微分演算手段の出力と前記主回路コンデンサの容量設定値とを乗算する乗算手段と、
前記主回路コンデンサの両端電圧を前記負荷の抵抗設定値により除算する除算手段と、
この除算手段の出力と前記乗算手段の出力とを加算して前記出力電流を求める加算手段と、
を備えたことを特徴とする過負荷検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載した過負荷検出装置において、
前記負荷がインバータであるとともに、
前記整流回路の出力電流を検出する手段は、
前記主回路コンデンサの両端電圧を微分する微分演算手段と、
この微分演算手段の出力と前記主回路コンデンサの容量設定値とを乗算する乗算手段と、
前記インバータの出力電圧及び出力電流から前記整流回路の出力電力を演算する手段と、
前記出力電力を前記主回路コンデンサの両端電圧により除算する除算手段と、
この除算手段の出力と前記乗算手段の出力とを加算して前記整流回路の出力電流を求める加算手段と、
を備えたことを特徴とする過負荷検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源電圧を整流して得た直流電圧を負荷に供給する直流電源装置において、整流回路の過負荷状態を検出するための過負荷検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の過負荷検出装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。
この従来技術では、インバータ装置の直流中間回路に設けられた主回路コンデンサの電圧Ｖｃの時間微分値が、主回路コンデンサを流れるリプル電流のピーク値（整流回路のダイオードを流れる電流のピーク値に依存する）に比例するものとみなしており、電源電圧のアンバランスや欠相に起因して前記リプル電流のピーク値が大きくなり、主回路コンデンサの電圧Ｖｃの時間微分値が閾値を超えた場合に、整流回路が過負荷状態にあると判断して制御動作を停止させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４５９１４号公報（段落[００１５]〜[００２１]、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、図５は、三相交流電圧を整流して得た直流電圧を負荷に供給する直流電源装置の回路構成図であり、１は三相交流電源、２はダイオードＤ１〜Ｄ６をブリッジ接続してなる整流回路、３は電解コンデンサ等の主回路コンデンサ、４は直流負荷、２３は整流回路２と主回路コンデンサ３との間に挿入された直流リアクトルを示している。なお、直流リアクトル２３は、整流回路２の入力電流に含まれる高調波を抑制したり入力力率を改善するために設けられている。
【０００５】
図５において、仮に直流回路に直流リアクトル２３が挿入されておらず、電源電圧がバランスしている場合の整流回路２の出力電流波形及びダイオードＤ１〜Ｄ６の電流波形は、図６のようになる。この図６から明らかなように、ダイオードＤ１〜Ｄ６を流れる電流はピーク値が大きく、通流時間が短いパルス状の電流波形となり、実効値としてはピーク値よりかなり小さな値となる。
【０００６】
一方、直流回路に直流リアクトル２３を挿入した場合、電源電圧がバランスしていると、図７に示すように、ダイオードＤ１〜Ｄ６の電流はピーク値が図６とほとんど変わらない場合でも通流時間の長いパルス状の波形になり、電流の実効値は直流リアクトル２３がない場合よりも大きくなる。
従って、前述した従来技術のように、整流回路のダイオードを流れる電流に依存した主回路コンデンサのリプル電流のピーク値だけに着目し、このピーク値に合わせて過負荷検出レベルを設定すると、直流リアクトル２３を有する整流装置では過負荷状態を検出することができない場合があった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、直流リアクトルの有無に関わらず、整流回路の過負荷状態を確実に検出可能とした過負荷検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、三相交流電源電圧を整流する整流回路と、この整流回路の直流出力側に接続された主回路コンデンサと、を備え、この主回路コンデンサの両端電圧を負荷に供給する直流電源装置において、
前記整流回路の出力電流を検出する手段と、
前記出力電流が極小値となる少なくとも３つの極小点によって区切られる区間の前記出力電流の二乗平均値を演算する手段と、
前記二乗平均値が予め設定した過負荷検出レベルを超えた場合に前記整流回路が過負荷状態であると判定する手段と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した過負荷検出装置において、
前記整流回路の出力電流を検出する手段は、
前記主回路コンデンサの両端電圧を微分する微分演算手段と、この微分演算手段の出力と前記主回路コンデンサの容量設定値とを乗算する乗算手段と、前記負荷を流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の出力と前記乗算手段の出力とを加算して前記出力電流を求める加算手段と、を備えたものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載した過負荷検出装置において、
前記整流回路の出力電流を検出する手段は、
前記主回路コンデンサの両端電圧を微分する微分演算手段と、この微分演算手段の出力と前記主回路コンデンサの容量設定値とを乗算する乗算手段と、前記主回路コンデンサの両端電圧を前記負荷の抵抗設定値により除算する除算手段と、この除算手段の出力と前記乗算手段の出力とを加算して前記出力電流を求める加算手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載した過負荷検出装置において、
前記負荷がインバータであるとともに、
前記整流回路の出力電流を検出する手段は、
前記主回路コンデンサの両端電圧を微分する微分演算手段と、この微分演算手段の出力と前記主回路コンデンサの容量設定値とを乗算する乗算手段と、前記インバータの出力電圧及び出力電流から前記整流回路の出力電力を演算する手段と、前記出力電力を前記主回路コンデンサの両端電圧により除算する除算手段と、この除算手段の出力と前記乗算手段の出力とを加算して前記整流回路の出力電流を求める加算手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定区間における整流回路の出力電流の二乗平均値に基づいて過負荷を検出しているため、従来技術のようにリプル電流のピーク値に着目して過負荷を検出する場合に比べ、直流リアクトルの有無に関わらず整流回路の過負荷状態を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図５】従来の直流電源装置の回路図である。
【図６】直流回路に直流リアクトルがなく、電源電圧がバランスしている場合の整流回路の出力電流波形とダイオードの電流波形とを示す図である。
【図７】直流回路に直流リアクトルがあり、電源電圧がバランスしている場合の整流回路の出力電流波形とダイオードの電流波形とを示す図である。
【図８】直流回路に直流リアクトルがあり、電源電圧のアンバランス率が２％のときの整流回路の出力電流波形とダイオードの電流波形とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、本発明の第１実施形態を示す回路図であり、直流電源装置の主回路は前記直流リアクトル２３を有しない点を除いて図５と同一である。
【００１５】
図１において、５は整流回路２の出力電流ｉｄの極小値を演算する極小値演算器、６は上記極小値が発生するタイミング（以下、極小点という）を検出し、３つの極小点によって区切られる区間（現在の極小点から２回前の極小点までの区間）に対する演算タイミングを発生する演算タイミング発生器、７は演算タイミングに従って上記区間の出力電流ｉｄの二乗平均値を求める二乗平均演算器、８は整流回路２の過負荷とみなす出力電流ｉｄの検出レベルが設定された過負荷検出レベル設定器、９は二乗平均演算器７の出力が上記検出レベルを超えたときに過負荷検出信号を出力する過負荷検出器である。
【００１６】
以下、第１実施形態の動作を説明する。上述したように、この実施形態では、出力電流ｉｄの３つの極小点によって区切られる区間（現在の極小点から２回前の極小点までの区間）の出力電流ｉｄの二乗平均値を演算し、この二乗平均値を過負荷検出レベルと比較する。
【００１７】
図８は、図５のように直流回路に直流リアクトル２３が挿入されている場合であって、電源電圧にアンバランス（アンバランス率２パーセント）がある場合の整流回路２の出力電流波形とダイオードＤ１〜Ｄ６の電流波形とを示す図である。
電源電圧にアンバランスがあると、図８に示すように、ダイオードＤ１〜Ｄ６に流れる電流の波形は図７と異なってアンバランスになり、ある特定の相のダイオードに負担が集中する。従って、出力電流ｉｄの現在の極小点から２回前の極小点までの区間の二乗平均値を演算することで、特定のダイオードに電流が集中して過負荷状態になっていることを検出可能である。
【００１８】
なお、表１は、図８における整流回路出力電圧波形の極小点のうち、極小点（１）〜（３）の区間、同（２）〜（４）の区間、同（３）〜（５）の区間、同（４）〜（６）の区間、同（５）〜（７）の区間、同（６）〜（８）の区間をそれぞれ演算区間とした場合の、電流を検出可能なダイオードを示したものである。
【表１】
0005527034.tif 000002
【００１９】
例えば、図８及び表１によれば、極小点（１）〜（３）の演算区間では、整流回路２の出力電流ｉｄのうちダイオードＤ１を流れる電流が支配的である。このため、極小点（３）を検出したタイミングで、図１の二乗平均演算器７により極小点（１）〜（３）の区間の出力電流ｉｄの二乗平均値を求めることにより、ダイオードＤ１を流れる電流の大きさをある程度把握することができる。同様にして、極小点（２）〜（４）の区間については極小点（４）を検出したタイミングでダイオードＤ６を流れる電流の大きさを、また、極小点（３）〜（５）の区間については極小点（５）を検出したタイミングでダイオードＤ２を流れる電流の大きさを、ある程度把握することができる。このことは、その後の極小点（４）〜（６）の区間、同（５）〜（７）の区間、同（６）〜（８）についても同様である。
【００２０】
従って、図１の過負荷検出器９では、これらの二乗平均値が予め設定された過負荷検出レベルを超えたことをもって、いずれかのダイオードに過電流が流れて過負荷状態になっていることを検出可能である。
すなわち、本実施形態は、従来技術のように単に電流のピーク値に着目するのではなく、所定区間の出力電流ｉｄの二乗平均値に基づいて整流回路２の過負荷状態を検出するものであり、波形として図示されていないが、主回路に直流リアクトル２３が設けられていない状態で電源電圧にアンバランスがある場合も、同様の原理によって整流回路２の過負荷状態を検出することが可能である。
【００２１】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図２は、第２実施形態を示す回路図であり、以下では図１と異なる部分を中心に説明する。
図２において、１０は主回路コンデンサ３の電圧Ｖｃを微分する微分演算器、１３は主回路コンデンサ３の容量設定器、１１は微分演算器１０の出力と容量設定器１３の出力とを乗算する乗算器、２０は直流負荷４を流れる電流ｉｄｃを検出する電流検出器、１２は乗算器１１の出力と電流検出器２０の出力とを加算する加算器であり、この加算器１２の出力が整流回路２の出力電流ｉｄとして極小値演算器５及び二乗平均演算器７に入力されている。以後の構成は図１と同様である。
【００２２】
本実施形態では、図１のように電流検出器１９によって出力電流ｉｄを検出する代わりに、主回路コンデンサ３に流れ込む電流と負荷電流ｉｄｃとを加算することで出力電流ｉｄを求めている。ここで、主回路コンデンサ３に流れ込む電流は、主回路コンデンサ３の電圧Ｖｃの時間微分値を微分演算器１０により演算し、その演算値ｄＶｃ／ｄｔと主回路コンデンサ容量設定器１３にて設定した容量値とを乗算器１１により乗算することで求められる。
なお、本実施形態における過負荷検出原理は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００２３】
図３は、本発明の第３実施形態を示す回路図である。この実施形態が図２と相違する点は、主回路コンデンサ３の電圧Ｖｃ（便宜的に値ａとする）を負荷抵抗設定器１５により設定した直流負荷４の抵抗値（便宜的に値ｂとする）により除算する除算器１４を備え、この除算器１４の出力を加算器１２において乗算器１１の出力に加算している点である。
すなわち、この第３実施形態では、図２のように電流検出器２０が負荷電流ｉｄｃを検出する代わりに、上記除算器１４の動作によって負荷電流ｉｄｃ（＝ａ／ｂ）を求めている。
本実施形態によれば、第１，第２実施形態に比べて電流検出器が一切不要になるという利点がある。
【００２４】
次いで、図４は、本発明の第４実施形態を示す回路図である。この実施形態は、前記直流負荷が、三相交流電動機Ｍを駆動するインバータ１６である場合を想定している。
図４において、２１はインバータ１６の出力電圧を検出する電圧検出器、２２は同じく出力電流を検出する電流検出器であり、これらによる検出値は出力電力演算器１７に入力されている。また、出力電力演算器１７には、インバータ効率設定器１８により設定したインバータの効率も入力されている。
出力電力演算器１７による演算値（便宜的に値ｃとする）と主回路コンデンサ３の電圧Ｖｃ（便宜的に値ａとする）とは除算器１４に入力されており、この除算器１４の出力は加算器１２において乗算器１１の出力に加算される。以降の構成は図２、図３と同様である。
【００２５】
この第４実施形態では、出力電力演算器１７による演算値を整流回路２の出力電力とみなし、その出力電力と主回路コンデンサ３の電圧Ｖｃとを用いた除算器１４の動作によって負荷電流ｉｄｃ（＝ｃ／ａ）を求めるものである。
上記のようにインバータ１６の出力電力を用いて直流負荷電流を演算する場合には、図４に示した如くインバータ１６の効率を考慮することで負荷電流演算精度が高められるが、インバータ１６の効率や演算精度の具体的な数値は本発明の要旨ではないため、ここでは説明を省略する。
【００２６】
なお、本発明において、直流負荷の種類等は上記実施形態に何ら限定されないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２７】
１：三相交流電源
２：整流回路
３：主回路コンデンサ
４：直流負荷
５：極小値演算器
６：演算タイミング発生器
７：二乗平均演算器
８：過負荷検出レベル設定器
９：過負荷検出器
１０：微分演算器
１１：乗算器
１２：加算器
１３：主回路コンデンサ容量設定器
１４：除算器
１５：負荷抵抗設定器
１６：インバータ
１７：出力電力演算器
１８：インバータ効率設定器
１９，２０，２２：電流検出器
２１：電圧検出器
２３：直流リアクトル
Ｄ１〜Ｄ６：ダイオード
Ｍ：三相交流電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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