(57)【要約】【課題】三相交流電源から出力される交流電流に歪みが発生しても正確に欠相を検出する。【解決手段】欠相検出装置３は、電流指令器５から出力される交流電流値を検出する電流検出器３１と、有効電流成分及び無効電流成分を算出する三相二相変換器３２と、有効電流成分及び無効電流成分と、有効電流指令値及び無効電流指令値とに基づいて電流値の異常を検出する電流制御異常検出器３４と、三相交流電源２の各相の交流電圧値を検出する電圧検出器３６と、無効電圧成分を算出する回転座標変換器３７と、無効電圧成分が０になるよう、回転座標系の周波数を出力するＰＩ制御器３８と、周波数を積分して位相を算出する積分器３９と、積分器３９によって算出された位相の異常を検出する位相同期異常検出器４１と、電流値の異常、及び位相の異常に基づいて、三相交流電源２の欠相を検出する欠相検出器４３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源から出力される交流電流値を検出する電流検出器と、
前記交流電流値を回転座標系に変換して、前記回転座標系における前記交流電流の有効電流成分及び無効電流成分を算出する三相二相変換器と、
前記有効電流成分及び前記無効電流成分と、電流指令器が出力する交流電流値を指令する有効電流指令値及び無効電流指令値とに基づいて電流値の異常を検出する電流制御異常検出器と、
前記三相交流電源の各相の交流電圧値を検出する電圧検出器と、
前記交流電圧値を回転座標系に変換して、前記回転座標系における無効電圧成分を算出する回転座標変換器と、
前記無効電圧成分が０になるよう制御して、前記回転座標系の周波数を出力するＰＩ制御器と、
前記周波数を積分して位相を算出する積分器と、
前記積分器によって算出された前記位相の異常を検出する位相同期異常検出器と、
前記電流制御異常検出器によって検出された前記電流値の異常、及び前記位相同期異常検出器によって検出された前記位相の異常に基づいて、前記三相交流電源の欠相を検出する欠相検出器と、
を備えることを特徴とする欠相検出装置。
【請求項２】
前記三相二相変換器は、前記積分器によって算出された位相に基づいて、前記有効電流成分及び前記無効電流成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の欠相検出装置。
【請求項３】
前記欠相検出装置は、前記三相交流電源から出力された三相の交流電圧の位相を算出するＰＬＬ回路を備え、
前記三相二相変換器は、前記ＰＬＬ回路によって算出された位相に基づいて前記有効電流成分及び前記無効電流成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の欠相検出装置。
【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欠相検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流電源を直流に変換し三相交流電源の電流を正弦波となるよう三相交流電圧をＰＷＭ制御するコンバータにおいて、三相交流電源のうち少なくとも一相が欠相状態（以下単に「欠相」という。）となった場合、コンバータをそのまま運転継続する事は危険であり、欠相を検出しコンバータを停止させる必要がある。欠相のまま運転を継続すると危険となる装置においては通常、欠相を検出する欠相検出回路がとりつけられており、欠相検出回路には欠相を検出するための電気回路が構成されている。欠相検出回路が欠相を検出した場合は、装置を停止させるよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図２に示すように、従来の欠相検出システム８において、欠相検出装置９の電圧検出器３６が、三相交流電源２のＵ相の交流電圧Ｖｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖｖ、Ｗ相の交流電圧Ｖｗを検出し、検出された交流電圧値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗをＰＬＬ回路４５に出力する。そして、ＰＬＬ回路４５が、交流電圧値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに基づいて、三相交流電源２の電圧の位相θａを出力する。
【０００４】
一方、欠相検出装置９の電流検出器３１が、三相交流電源２から出力された交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、検出された交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを三相二相変換器３２へ出力する。そして、三相二相変換器３２は、ＰＬＬ回路４５によって出力された位相θａを用いて、電流検出器３１によって検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ軸及びｄ軸に直交するｑ軸の２軸を有する回転座標系に変換し、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとを算出する。
【０００５】
電流比較器３３は、三相二相変換器３２によって出力されたｄ軸電流値（有効電流値）ｉｄ及びｑ軸電流値（無効電流値）ｉｑと、電流指令器５から出力されたｄ軸電流指令値（有効電流指令値）ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値（無効電流指令値）ｉｑ＊とに基づいて、これらの大きさの差分を電流誤差として算出する。そして、電流制御異常検出器３４は、電流比較器３３によって算出された誤差ｉｅｒｒが、電流制御異常レベル設定器３５に設定されている所定の閾値ｉｔｈ以上である場合、電流値の異常があったことを検出する。
【０００６】
さらに、欠相検出器４３は、電流制御異常検出器３４によって電流値の異常があったことが検出された場合、三相交流電源２に欠相があったことを検出して、その旨を示す欠相信号をコンバータ制御部６１に出力する。そして、コンバータ制御部６１は欠相信号に基づいてコンバータを停止するよう制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−４２２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、三相交流電源に該三相交流電源から出力される交流電流を歪ませるような機器が接続されている場合、交流電流には歪みが発生し、上記の従来技術のような欠相検出装置は、欠相が発生していなくても交流電流の歪みに起因して電流値の異常を検出することがある。このため、欠相検出装置は、三相交流電源が欠相していないにもかかわらず欠相状態を誤検出するという課題がある。
【０００９】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、三相交流電源から出力される交流電流に歪みが発生しても正確に欠相を検出することができる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】
上述した課題を解決すべく、本発明に係る欠相検出装置は、三相交流電源から出力される交流電流値を検出する電流検出器と、前記交流電流値を回転座標系に変換して、前記回転座標系における前記交流電流の有効電流成分及び無効電流成分を算出する三相二相変換器と、前記有効電流成分及び前記無効電流成分と、電流指令器が出力する交流電流値を指令する有効電流指令値及び無効電流指令値とに基づいて電流値の異常を検出する電流制御異常検出器と、前記三相交流電源の各相の交流電圧値を検出する電圧検出器と、前記交流電圧値を回転座標系に変換して、前記回転座標系における無効電圧成分を算出する回転座標変換器と、前記無効電圧成分が０になるよう制御して、前記回転座標系の周波数を出力するＰＩ制御器と、前記周波数を積分して位相を算出する積分器と、前記積分器によって算出された前記位相の異常を検出する位相同期異常検出器と、前記電流制御異常検出器によって検出された前記電流値の異常、及び前記位相同期異常検出器によって検出された前記位相の異常に基づいて、前記三相交流電源の欠相を検出する欠相検出器と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る欠相検出装置において、前記三相二相変換器は、前記積分器によって算出された位相に基づいて、前記有効電流成分及び前記無効電流成分を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る欠相検出装置において、前記欠相検出装置は、前記三相交流電源から出力された三相の交流電圧の位相を算出するＰＬＬ回路を備え、前記三相二相変換器は、前記ＰＬＬ回路によって算出された位相に基づいて前記有効電流成分及び前記無効電流成分を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、三相交流電源から出力される交流電流に歪みが発生しても正確に欠相を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る欠相検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】従来の欠相検出装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る欠相検出装置３の構成例を示すブロック図である。図１に示す例では、欠相検出システム１は、三相交流電源２、及び欠相検出装置３、電流指令器５、コンバータ６、及び負荷７を備える。
【００１７】
三相交流電源２は、負荷に電力を供給して駆動させるために、三相の交流電力をコンバータに出力する。また、三相交流電源２は、三相の交流電力に係る交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを欠相検出装置３に出力する。
【００１８】
欠相検出装置３は、三相交流電源２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれから出力される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのうち少なくとも一相の交流電流が異常となる状態、すなわち欠相を検出する。
【００１９】
欠相検出装置３は、電流検出器３１、三相二相変換器３２、電流比較器３３、電流制御異常検出器３４、電流制御異常レベル設定器３５、電圧検出器３６、回転座標変換器３７、ＰＩ（Proportional-Integral）制御器３８、積分器３９、位相変化量算出器４０、位相同期異常検出器４１、位相同期異常レベル設定器４２、及び欠相検出器４３を備える。
【００２０】
電流検出器３１は、三相交流電源２から出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれから出力される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出して、検出された交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを三相二相変換器３２へ出力する。
【００２１】
三相二相変換器３２は、積分器３９から出力された位相θｂを用いて、電流検出器３１によって検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ軸及びｄ軸に直交するｑ軸の２軸を有する回転座標系に変換する。また、三相二相変換器３２は、回転座標系におけるｄ軸電流値（有効電流成分）ｉｄとｑ軸電流値（無効電流成分）ｉｑとを算出して、電流比較器３３へ出力する。
【００２２】
電流比較器３３は、三相二相変換器３２によって出力されたｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑと、電流指令器５から出力されたｄ軸電流指令値（有効電流指令値）ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値（無効電流指令値）ｉｑ＊とに基づいて、これらの大きさの差分を電流誤差ｉｅｒｒとして算出する。ここで、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊とは、コンバータ６が負荷に供給する電流を調整するよう、コンバータ制御部６１に指令する電流値である。三相交流電源２から正常に交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが出力されている場合、三相二相変換器３２によって算出されたｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑは、それぞれｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊とほぼ同一となる。
【００２３】
電流制御異常検出器３４は、電流検出器３１によって検出された交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの異常を検出する。具体的には、電流制御異常検出器３４は、電流比較器３３によって算出された誤差ｉｅｒｒと、電流制御異常レベル設定器３５に設定されている所定の閾値ｉｔｈとに基づいて、交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのいずれかに異常があるか否かを判定する。また、電流制御異常検出器３４は、三相交流電源２から出力された交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのいずれかに異常がある場合、その旨を表す電流値異常信号を欠相検出器４３へ出力する。
【００２４】
さらに具体的には、電流制御異常検出器３４は、誤差ｉｅｒｒが所定の閾値ｉｔｈ以上である場合、交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのいずれかに異常があると判定する。また、電流制御異常検出器３４は、誤差ｉｅｒｒが所定の閾値ｉｔｈ未満である場合、交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのいずれにも異常がないと判定する。
【００２５】
電流制御異常レベル設定器３５は、電流制御異常検出器３４が交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのいずれかに異常があるか否かを判定するために、誤差ｉｅｒｒと比較する閾値ｉｔｈを設定する。閾値ｉｔｈは、誤差ｉｅｒｒがこの値以上である場合に、三相の交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのいずれかの値に異常があると実験等により認められた値である。
【００２６】
電圧検出器３６は、三相交流電源２の各相の交流電圧値、すなわち、Ｕ相の交流電圧Ｖｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖｖ、Ｗ相の交流電圧Ｖｗを検出して、検出された交流電圧値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを回転座標変換器３７に出力する。
【００２７】
回転座標変換器３７は、積分器３９から出力された位相θｂを用いて、電圧検出器３６によって検出された交流電圧値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを、ｄ軸及びｄ軸に直交するｑ軸の２軸を有する回転座標系に変換する。また、三相二相変換器３２は、回転座標系におけるｄ軸電圧値（有効電圧成分）ｖｄとｑ軸電圧値（無効電圧成分）ｖｑとを算出して、ｑ軸電圧値ｖｑをＰＩ制御器３８へ出力する。
【００２８】
ＰＩ制御器３８は、回転座標変換器３７によって算出されたｑ軸電圧値ｖｑが０となるように制御することによって、回転座標系における周波数ｆを算出する。このようにｑ軸電圧値ｖｑが０となるようにして算出された、回転座標系における周波数ｆは、三相交流電源２から出力される電圧の周波数と一致する。また、ＰＩ制御器３８は算出された周波数ｆ、すなわち三相交流電源２から出力される電圧の周波数を積分器３９に出力する。
【００２９】
積分器３９は、ＰＩ制御器３８によって算出された周波数ｆを積分することによって、三相交流電源２の位相θｂを算出する。
【００３０】
位相変化量算出器４０は、所定の期間において積分器３９によって算出された位相θｂの変化量Δθを算出する。ここで、所定の期間とは、三相交流電源２の１周期より短い期間である。
【００３１】
位相同期異常検出器４１は、三相交流電源２から出力され、電圧検出器３６によって検出された交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗの位相θｂの異常を検出する。具体的には、位相同期異常検出器４１は、位相変化量算出器４０によって算出された位相θｂの変化量Δθが、位相同期異常レベル設定器４２に設定されている所定の閾値Δθｔｈ以上である場合、三相交流電源２から出力され、電圧検出器３６によって検出された交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗの位相θｂに異常があると判定する。また、位相同期異常検出器４１は、三相交流電源２から出力された交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗの位相θｂに異常があると判定した場合、その旨を表す位相異常信号を欠相検出器４３へ出力する。
【００３２】
位相同期異常レベル設定器４２は、位相同期異常検出器４１が電圧検出器３６によって検出された交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗの位相θｂに異常があるか否かを判定するために、位相θｂの変化量Δθと比較する閾値Δθｔｈを設定する。閾値Δθｔｈは、位相θｂの変化量Δθがこの値以上である場合に、交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗの位相θｂに異常があると実験等により認められた値である。
【００３３】
欠相検出器４３は、電流制御異常検出器３４によって出力された電流値異常信号が示す交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの異常と、位相同期異常検出器４１によって出力された位相異常信号が示す位相θｂの異常とに基づいて、三相交流電源２の欠相を検出する。
【００３４】
具体的には、欠相検出器４３は、電流制御異常検出器３４から電流値異常信号が出力され、かつ、位相同期異常検出器４１から位相異常信号が出力された場合、三相交流電源２に欠相があると判定し、その旨を表す欠相信号をコンバータ６のコンバータ制御部６１に出力する。
【００３５】
電流指令器５は、ｄ軸電流指令値（電流指令値）ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値（無効電流指令値）ｉｑ＊を欠相検出装置３及びコンバータ６に出力する。
【００３６】
コンバータ６は、電源２から供給された三相の交流電力を、電流指令器５からの電流指令値に基づいて直流電力に変換し、負荷７に供給する。コンバータ６はコンバータ制御部６１を備え、コンバータ制御部６１がコンバータ６全体を制御する。
【００３７】
コンバータ制御部６１は、欠相検出器４３から欠相信号が出力されると、コンバータ６が停止するよう制御する。
【００３８】
負荷７は、コンバータ６から供給された直流電力によって駆動する。負荷７は、コンバータ６が直流電力を供給する装置、該装置によって駆動される装置等を含んで構成することができる。例えば、負荷７には、インバータ及びモータが含まれてもよいし、チョッパユニットが含まれてもよい。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、三相交流電源２から出力される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの異常と、三相交流電源の位相θｂの異常とに基づいて、欠相を検出するため、三相交流電源２から出力される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、あるいは交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに歪みが発生しても正確に欠相を検出することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、ＰＩ制御器３８による制御によって位相θｂを算出する。この場合、従来のようなＰＬＬ回路を用いて位相を算出する場合のように電圧のゼロクロスを検出するためのハードウェアを備える必要がなく、欠相検出装置３の小型化及び信頼性の向上を実現することが可能となる。
【００４１】
本実施形態においては、欠相検出装置３は、ＰＩ制御器３８による制御によって算出された位相θｂを用いて三相の交流電流を２軸の回転座標系に変換するとしたが、この限りではない。例えば、欠相検出装置３は、回転座標変換器３７及びＰＩ制御器３８の代わりにＰＬＬ回路を備え、ＰＬＬ回路によって検出された三相の交流電圧の位相に基づいて、三相の交流電流を２軸の回転座標系に変換してもよい。
【００４２】
本発明を図面及び実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロック、に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１      欠相検出システム
２      三相交流電源
３      欠相検出装置
５      電流指令器
６      コンバータ
７      負荷
３１    電流検出器
３２    三相二相変換器
３３    電流比較器
３４    電流制御異常検出器
３５    電流制御異常レベル設定器
３６    電圧検出器
３７    回転座標変換器
３８    ＰＩ制御器
３９    積分器
４０    位相変化量算出器
４１    位相同期異常検出器
４２    位相同期異常レベル設定器
４３    欠相検出器
６１    コンバータ制御部
【図１】
2018096881.tif 000003
【図２】
2018096881.tif 000004