(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＰＵの処理負荷を増大させることなく三相各相の欠相を検出可能とした欠相検出装置を提供する。【解決手段】三相交流電源の何れかの相の欠相を検出する装置において、三相交流電源の線間電圧を検出してパルスに変換する電圧／パルス変換手段としてのフォトカプラ２５ａ，２５ｂと、フォトカプラから出力されたパルスに基づいて線間電圧に同期した欠相判定パルスを生成する欠相判定パルス生成手段としてのコンパレータ２７ａ，２７ｂと、これらのコンパレータにより生成された欠相判定パルスをカウントし、線間電圧を構成する一相の欠相の有無を検出する欠相判定手段としてのＣＰＵ２８と、を備える。これにより、ＣＰＵの処理負荷を増大させることなく三相各相の欠相を検出可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源の何れかの相の欠相を検出する欠相検出装置において、
前記三相交流電源の少なくとも一つの線間電圧を検出してパルスに変換する電圧／パルス変換手段と、
前記電圧／パルス変換手段から出力されたパルスに基づいて前記線間電圧に同期した欠相判定パルスを生成する欠相判定パルス生成手段と、
前記欠相判定パルス生成手段により生成された欠相判定パルスを用いて、前記線間電圧を構成する一相の欠相の有無を検出する欠相判定手段と、
を備えたことを特徴とする欠相検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載した欠相検出装置において、
前記欠相判定パルス生成手段は、前記電圧／パルス変換手段から出力されたパルスを閾値と比較して前記欠相判定パルスを生成するコンパレータを有することを特徴とする欠相検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載した欠相検出装置において、
前記三相交流電源の電圧を整流・平滑して得た直流電圧が所定の基準値以上であるときに、前記欠相判定手段が、前記線間電圧の変動に応じて前記閾値を変化させることを特徴とする欠相検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した欠相検出装置において、
前記欠相判定手段は、前記欠相判定パルスの数をカウントして欠相の有無を検出する
ことを特徴とする欠相検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載した欠相検出装置において、
欠相が検出されない二相の情報と、前記三相交流電源の電圧を整流・平滑して得た直流電圧情報とに基づいて、前記線間電圧の基準となる残り一相の欠相を検出することを特徴とする欠相検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電源の欠相を検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の欠相検出装置としては、例えば特許文献１，２に記載されたものが知られている。
図６は、特許文献１に記載された欠相検出装置の構成図である。図６において、１００は三相交流電源、１１０は三相交流電源１００の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに複数の抵抗を接続して擬似中性点Ｎ１を得る手段、１２１，１２２は擬似中性点Ｎ１から見た端子Ｒ，Ｓの電位をそれぞれ電圧Ｒ１，Ｓ１として検出し、論理信号Ｒ２，Ｓ２に変換するコンパレータ、１２０は論理信号出力手段、１３０は発振器、１４１，１４２は論理信号Ｒ２，Ｓ２に従って発振器１３０のクロックをそれぞれカウントするカウンタ、１４３はカウンタ１４１，１４２とＣＰＵ１５０とを接続するバスであり、ＣＰＵ１５０には前記論理信号Ｒ２，Ｓ２及びクロックも入力されている。
【０００３】
この従来技術では、電圧Ｒ１，Ｓ１が擬似中性点Ｎ１以上になったことをコンパレータ１２１，１２２により検出してHighレベルの論理信号Ｒ２，Ｓ２を出力させ、カウンタ１４１，１４２は論理信号Ｒ２，Ｓ２の立ち上がりエッジでカウント値をラッチする。ＣＰＵ１５０は、論理信号Ｒ２，Ｓ２の立ち上がりエッジに基づく割り込み要求（ＩＲＱ：Interrupt Request）により、カウンタ１４１，１４２にラッチされた値を読み込んで論理信号Ｒ２，Ｓ２の位相差を検出する。
上記の動作により、ＣＰＵ１５０は、論理信号Ｒ２，Ｓ２の何れかが一定期間以上、変化しない場合、または、論理信号Ｒ２，Ｓ２の位相差が１２０°から所定値以上離れた場合に、Ｒ相またＳ相の何れかに欠相が発生したと判定している。
【０００４】
次に、図７は、特許文献２に記載された欠相検出装置の構成図である。なお、図６と同一の機能を有するものには同一の番号を付してある。
図７において、１６１，１６２，１６３はオペアンプであり、電位Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１に基づいて擬似中性点Ｎ１から見た出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｒ-Ｎ１，Ｓ-Ｎ１，Ｔ-Ｎ１をそれぞれ求め、これらの電圧Ｒ-Ｎ１，Ｓ-Ｎ１，Ｔ-Ｎ１をＡＤコンバータ１７１，１７２，１７３に入力する。
一方、１８０は電源１００に接続された整流回路、１９０は整流回路１８０の正，負極端子Ｐ，Ｎ間に接続されたコンデンサであり、負極端子Ｎは前記擬似中性点Ｎ１及びＡＤコンバータ１７１，１７２，１７３に接続されている。
【０００５】
この従来技術では、ＡＤコンバータ１７１，１７２，１７３によりＡ／Ｄ変換された電圧Ｒ-Ｎ１，Ｓ-Ｎ１，Ｔ-Ｎ１をＣＰＵ１５０が読み取り、線間電圧波形及び位相差に基づいてＲ相，Ｓ相，Ｔ相の何れかに欠相が発生したと判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８８３０５４号公報（段落［０００５]、図１等）
【特許文献２】特許第４３００５７１号公報（段落［０００９]、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたＩＲＱを用いる場合には、特許文献２にも指摘されているように、ＣＰＵの処理負荷が増大する。また、他の制御による高優先度の割り込みが重なった場合には、欠相検出が遅れ、場合によっては検出不能となることもあった。従って、欠相検出以外の制御も考慮したＩＲＱの割り付けが必要になり、ソフトウェアの設計が複雑化して多くの労力を要するという問題があった。
【０００８】
特許文献２では、ＣＰＵが線間電圧の位相差算出、判定処理等を行って欠相を検出しているが、位相差を求めるには処理速度が速いタスクを用いたデータ処理が必要である。また、ＡＤコンバータとして、一般に高価である高精度の製品を使用する場合を除き、線間電圧のＡ／Ｄ変換データはバラつきが大きいため平均化処理を行う必要があり、この点でＣＰＵの処理負荷が大きくなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、ＣＰＵの処理負荷を増大させることなく三相各相の欠相を検出可能とした欠相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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、三相交流電源の何れかの相の欠相を検出する欠相検出装置において、
前記三相交流電源の少なくとも一つの線間電圧を検出してパルスに変換する電圧／パルス変換手段と、
前記電圧／パルス変換手段から出力されたパルスに基づいて前記線間電圧に同期した欠相判定パルスを生成する欠相判定パルス生成手段と、
前記欠相判定パルス生成手段により生成された欠相判定パルスを用いて、前記線間電圧を構成する一相の欠相の有無を検出する欠相判定手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した欠相検出装置において、前記欠相判定パルス生成手段は、前記電圧／パルス変換手段から出力されたパルスを閾値と比較して前記欠相判定パルスを生成するコンパレータを有するものである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載した欠相検出装置において、前記三相交流電源の電圧を整流・平滑して得た直流電圧が所定の基準値以上であるときに、前記欠相判定手段が、前記線間電圧の変動に応じて前記閾値を変化させるものである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した欠相検出装置において、前記欠相判定手段は、前記欠相判定パルスの数をカウントして欠相の有無を検出するものである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載した欠相検出装置において、欠相が検出されない二相の情報と、前記三相交流電源の電圧を整流・平滑して得た直流電圧情報とに基づいて、前記線間電圧の基準となる残り一相の欠相を検出するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＣＰＵ等からなる欠相判定手段が、欠相判定パルスの有無を検出する（カウントする）簡単な処理によって欠相を検出することができ、処理負荷が小さい低速のタスクによって三相各相の欠相を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す誘導加熱装置の構成図である。
【図２】図１における制御回路の主要部を示す回路図である。
【図３】図２の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】特許文献１に記載された従来技術の構成図である。
【図７】特許文献２に記載された従来技術の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１において、１は三相交流電源、２は誘導加熱装置、３は加熱コイル、４，５は端子部であり、本実施形態に係る欠相検出装置は、誘導加熱装置２の制御回路２０によって実現されるものである。
【００１８】
誘導加熱装置２は、前記端子部４に接続されたヒューズ６と、バリスタ等の保護素子７と、電源の各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ相）に交流側が接続されたダイオードブリッジからなる整流回路８と、その直流出力端子間に接続された平滑コンデンサ９と、平滑コンデンサ９の両端に接続された２個の半導体スイッチング素子の直列回路及びコンデンサ群からなるインバータ１０と、を備え、インバータ１０の出力端子が端子部５を介して加熱コイル３の両端に接続されている。
また、整流回路８の入力端子及び平滑コンデンサ９の両端は、それぞれ接続線１１，１２を介して制御回路２０に接続されている。
【００１９】
図２は、図１における制御回路２０のうち、欠相検出に関する部分を表した回路図である。
接続線１１を介して制御回路２０に入力された三相交流電源１のＲ−Ｓ間の線間電圧（Ｓ相基準）を分圧抵抗２１ａ，２２ａにより分圧し、コンデンサ２３ａ及びダイオード２４ａを介してフォトカプラ２５ａの発光ダイオードに印加する。フォトカプラ２５ａのフォトトランジスタから出力されるパルスＰ１ＲＳはプルアップ抵抗２６ａの一端を介してコンパレータ２７ａの非反転入力端子に入力され、コンパレータ２７ａの反転入力端子にはＣＰＵ２８により設定された閾値ＴＨが入力されている。また、コンパレータ２７ａの出力パルスＰ２ＲＳはＣＰＵ２８に入力されている。
三相交流電源１のＴ−Ｓ間の線間電圧（Ｓ相基準）についても、上記と同様に構成された回路によって処理され、コンパレータ２７ｂの出力パルスＰ２ＴＳがＣＰＵ２８に入力されている。
【００２０】
図２には示されていないが、ＣＰＵ２８には図１の平滑コンデンサ９の電圧（直流中間電圧）が接続線１２を介して入力されており、この直流中間電圧は、後述するように、線間電圧の基準相（ここではＳ相）の欠相検出や、電源不平衡などにより三相交流電源１の電圧が変動した場合に前記閾値ＴＨの大きさを調整するために用いられる。
ここで、分圧抵抗２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの値は、例えば、欠相により三相交流電源１の線間電圧が低下した場合に誘導加熱装置の運転が不安定になるときの分圧抵抗２１ａ，２２ａの接続点（分圧抵抗２１ｂ，２２ｂの接続点）の電圧を測定し、その電圧に達するまではフォトカプラ２５ａ，２５ｂが正常に動作するように決定すれば良い。
【００２１】
図３は、図２の構成を機能ブロックによって表したものであり、電圧／パルス変換手段３０ＲＳ，３０ＴＳは前記フォトカプラ２５ａ，２５ｂにより、欠相判定パルス生成手段４０ＲＳ，４０ＴＳは前記コンパレータ２７ａ，２７ｂにより、それぞれ実現される。
また、ＣＰＵ２８は欠相判定手段を構成しており、このＣＰＵ２８は、欠相判定パルス生成手段４０ＲＳ，４０ＴＳ（コンパレータ２７ａ，２７ｂ）から出力されてポート２８ａ，２８ｂに入力されるパルス（欠相判定パルス）Ｐ２ＲＳ，Ｐ２ＴＳをカウントし、欠相を判定するように動作する。
【００２２】
次に、この実施形態の動作を図４，図５に基づいて説明する。
図４の時刻ｔ０〜ｔ１に示すように、三相交流電源１が正常であって欠相が生じていない場合、Ｒ−Ｓ線間電圧、Ｔ−Ｓ線間電圧は図４の上段に示すように所定の振幅で変化する。このとき、コンパレータ２７ａ，２７ｂの入力パルス（フォトカプラ２５ａ，２５ｂの出力パルス）Ｐ１ＲＳ，Ｐ１ＴＳが周期的に閾値ＴＨを下回るように閾値ＴＨを設定しておき、更に適宜分周する手段を設ければ、コンパレータ２７ａ，２７ｂからは、図４の下段に示すように線間電圧に同期した欠相判定パルスＰ２ＲＳ，Ｐ２ＴＳを出力させることができる。よって、ＣＰＵ２８がこの欠相判定パルスＰ２ＲＳ，Ｐ２ＴＳの立ち下がりエッジ（または立ち上がりエッジ）をカウントし、例えば時刻ｔ１〜ｔ２のように一定期間のカウント値がゼロである場合に欠相と判定する。
【００２３】
図４における時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、例えばＲ相の電圧低下または無電圧によってＲ−Ｓ線間電圧の振幅が小さくなり、フォトカプラ２５ａの発光ダイオードに十分な電流が流れないことによってフォトトランジスタのオン時にその出力電圧（コンパレータ２７ａの入力パルスＰ１ＲＳの大きさ）が十分に低下しない状態である。このように入力パルスＰ１ＲＳの大きさが十分に低下しない期間では、Ｐ１ＲＳが閾値ＴＨを下回らないため、図示するごとく時刻ｔ１〜ｔ２では欠相判定パルスＰ２ＲＳが発生しない。よって、ＣＰＵ２８は、欠相判定パルスＰ２ＲＳのカウント値（＝０）に基づいて欠相（Ｒ相の電圧低下または無電圧）と判定することができる。
【００２４】
なお、線間電圧の基準相であるＳ相の欠相については、上述した動作によりＲ相またはＴ相の欠相の有無を確認すると共に、これらのＲ相またはＴ相の欠相が検出されない場合に、接続線１２を介して検出した直流中間電圧（平滑コンデンサ９の両端電圧）の状態から検出可能である。
【００２５】
次いで、図５は、三相交流電源１の電圧が変動した場合の動作を示している。
三相不平衡などにより電源１の線間電圧が変動すると、これに伴って図５に示すように直流中間電圧も変動する。このような場合に備えて、ＣＰＵ２８の内部で直流中間電圧の基準値を設定しておき、直流中間電圧が基準値以上である期間については、図示する閾値ＴＨ’のように、時刻ｔ０〜ｔ１にわたり線間電圧の変動に応じて閾値の大きさを変化させる。
これにより、電源電圧が変動している期間（時刻ｔ０〜ｔ１）において、欠相判定パルスが発生しないことによる欠相の誤判定を防止して、当該期間は三相交流電源１が正常であると判断することができ、時刻ｔ１以後の本来の欠相のみを確実に検出することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明が適用される三相交流電源の負荷は誘導加熱装置に限られないことは言うまでもなく、本発明は、各種の機器、装置に電力を供給する三相交流電源の欠相検出に利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１：三相交流電源
２：誘導加熱装置
３：加熱コイル
４，５：端子部
６：ヒューズ
７：保護素子
８：整流回路
９：平滑コンデンサ
１０：インバータ
１１，１２：接続線
２０：制御回路
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ：分圧抵抗
２３ａ，２３ｂ：コンデンサ
２４ａ，２４ｂ：ダイオード
２５ａ，２５ｂ：フォトカプラ
２６ａ，２６ｂ：プルアップ抵抗
２７ａ，２７ｂ：コンパレータ
２８：ＣＰＵ（欠相判定手段）
２８ａ，２８ｂ：ポート
３０ＲＳ，３０ＴＳ：電圧／パルス変換手段
４０ＲＳ，４０ＴＳ：欠相判定パルス生成手段
【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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