(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、３相電源の接続状態を判定して逆相および欠相を検出する。【解決手段】３相電源の各相間電圧信号をそれぞれパルス波形に変換する波形変換回路３Ｒ、３Ｓ、３Ｔと、変換された３つのパルス波形の位相順序を判定する順序判定回路４と、順序の判定結果に応じて異常信号を発生する出力回路５とを有し、順序判定回路４は、３つのパルス波形の波形値を論理演算して位相順序を表す論理値列を出力する論理回路を有する。【選択図】図１
2011053108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相電源の各相間電圧信号をそれぞれパルス波形に変換する波形変換回路と、
変換された３つのパルス波形の位相順序を判定する順序判定回路と、
順序の判定結果に応じて異常信号を発生する出力回路と
を有し、
上記順序判定回路は、上記３つのパルス波形の波形値を論理演算して上記位相順序を表す論理値列を出力する論理回路を有する
ことを特徴とする逆相欠相検出器。
【請求項２】
請求項１記載の逆相欠相検出器において、前記波形変換回路は、前記３相電源に要求される最低電圧に対応してあらかじめ定められた非零のしきい値を基準として波形変換を行う、ことを特徴とする逆相欠相検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相電源の逆相および欠相を検出する逆相欠相検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相電源を利用する機器は、電源に逆相や欠相があると、正常に動作できなくなるものが多い。たとえば３相誘導モーターは、電源が逆相であると、逆方向に回転してしまう。また、欠相があると、他の相に過大な電流が流れることになり、故障の原因となることがある。このような障害を避けるため、３相電源とそれを利用する機器との間に、保護継電器が設けられる。このような保護継電器は、逆相あるいは欠相がある場合にそれを検出する逆相欠相検出器を有し、この逆相欠相検出器の出力により３相電源を利用する機器への電力供給を制御することで、機器の安全を保つことができる。
【０００３】
３相電源の逆相および欠相の接続状態は、一般に、各相のベクトル状態を判定して検出している。また、特許文献１には、３相電路の２つの線間電圧を方形波電圧に変換し、一方の立ち上がり時におけるそれぞれの方形波の電圧レベルを比較することで、逆相および欠相を判定することが記載されている。特許文献２には、複数相関の電源の相関電圧に同期した２相パルスを発生し、この２相パルスから欠相、逆相を判定することが記載されている。特許文献３には、３相電源の少なくとも２相の周波数を検出し、その検出出力の立ち上がりまたは立ち下がりの相順を検出することが記載されている。特許文献４には、位相信号の立ち上がりまたは立ち下りをゼロクロスタイミングで検出し、立ち上がりまたは立ち下りの順番を判断することにより、逆相または欠相を判断することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２２５１７３号公報
【特許文献２】特開平９−３０８０８３号公報
【特許文献３】実開昭６２-４４６９５号公報
【特許文献４】特開２００５−３６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、３相電源の各相のベクトル状態を判定する方法は、負荷の影響によっては、逆相あるいは欠相を検出できないことがある。
【０００６】
特許文献１〜４にそれぞれ記載の技術は、いずれも、マイクロプロセッサによるディジタル処理により、逆相、欠相を検出するものである。マイクロプロセッサは、専用の回路構成が必要となり、プログラムを開発する必要もあることから、高価なものとなってしまう。また、特許文献１〜４のいずれに記載の技術においても、３相電源の波形をパルス波形に変換する際に、電源電圧に関しては考慮していないため、たとえば電源電圧が低下していても、相順が正しければ、そのまま電源が正常であると判断してしまう。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決し、比較的簡単な構成で、３相電源の接続状態を判定して逆相および欠相を検出することのできる逆相欠相検出器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】
【０００８】
本発明の逆相欠相検出器は、３相電源の各相間電圧信号をそれぞれパルス波形に変換する波形変換回路と、変換された３つのパルス波形の位相順序を判定する順序判定回路と、位相順序の判定結果に応じて異常信号を発生する出力回路とを有し、順序判定回路は、３つのパルス波形の波形値を論理演算して位相順序を表す論理値列を出力する論理回路を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、比較的簡単な構成で、３相電源の接続状態を判定して逆相および欠相を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る逆相欠相検出器の構成例を示すブロック図である。
【図２】３相電源の接続状態が正常である場合の相間電圧信号波形およびその相間電圧信号波形から変換されるパルス波形を示す図である。
【図３】３相電源の接続状態が逆相である場合の相間電圧信号波形およびその相間電圧信号波形から変換されるパルス波形を示す図である。
【図４】３相電源のＲ相が欠相となった場合の相間電圧信号波形およびその相間電圧信号波形から変換されるパルス波形を示す図である。
【図５】図１に示す逆相欠相検出器内の順序判定回路のブロック構成およびその真理値表を示す図である。
【図６】図５に示す順序判定回路の動作を説明する図であり、３相電源の接続状態が正常である場合の動作を示す。
【図７】図５に示す順序判定回路の動作を説明する図であり、３相電源の接続状態が逆相である場合の動作を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る逆相欠相検出器の構成例を示すブロック図である。この逆相欠相検出器は、保護継電器内に設けられ、トランス回路１Ｒ、１Ｓ、１Ｔ、フィルタ回路２Ｒ、２Ｓ、２Ｔ、波形変換回路３Ｒ、３Ｓ、３Ｔ、順序判定回路４、出力回路５および電源回路６を有する。
【００１３】
トランス回路１Ｒは、３相電源のＲ相とＳ相との相間電圧信号を降圧させる。フィルタ回路２Ｒは、トランス回路１Ｒの出力から、電源ノイズなどの不要成分を除去する。波形変換回路３Ｒは、フィルタ回路２Ｒから出力されるＲ相とＳ相との相間電圧信号をパルス波形に変換する。トランス回路１Ｓは、３相電源のＳ相とＴ相との相間電圧信号を降圧させる。フィルタ回路２Ｓは、トランス回路１Ｓの出力から、電源ノイズなどの不要成分を除去する。波形変換回路３Ｓは、フィルタ回路２Ｓから出力されるＳ相とＴ相との相間電圧信号をパルス波形に変換する。トランス回路１Ｔは、３相電源のＴ相とＲ相との相間電圧信号を降圧させる。フィルタ回路２Ｔは、トランス回路１Ｔの出力から、電源ノイズなどの不要成分を除去する。波形変換回路３Ｔは、フィルタ回路２Ｔから出力されるＴ相とＲ相との相間電圧信号をパルス波形に変換する。各パルス波形を以下「位相信号」という。順序判定回路４は、３つのパルス波形の波形値を論理演算して位相順序を判定し、位相順序を表す論理値列を出力する。出力回路５は、位相順序の判定結果が異常である場合、異常信号を発生する。電源回路６は、波形変換回路３Ｒ、３Ｓ、３Ｔ、順序判定回路４および出力回路５に電力を供給する。
【００１４】
図２は、３相電源の接続状態が正常である場合の相間電圧信号波形およびその相間電圧信号波形から変換される位相信号（パルス波形）を示す図である。ここでは、フィルタ回路２Ｒ、２Ｓ、２Ｔにより各相間電圧信号波形とそれに対応する位相信号との間に遅延が生じるものとして示す。また、波形変換回路３Ｒ、３Ｓ、３Ｔは、各相間電圧信号波形を全波整流し、３相電源に要求される最低電圧に対応してあらかじめ定められた非零の電圧しきい値を基準として波形変換を行うものとする。
【００１５】
３相電源の接続状態が正常である場合には、相間電圧信号波形から変換される位相波形は、Ｒ−Ｓ相間位相信号、Ｓ−Ｔ相間位相信号、Ｔ−Ｒ相間位相信号の順で、位相が互いに１２０度ずつずれたパルス波形となる（全波整流の関係で、波形上は、Ｒ−Ｓ相間位相信号、Ｔ−Ｒ相間位相信号、Ｓ−Ｔ相間位相信号の順で、６０度ずつずれている）。
【００１６】
図３は、３相電源の接続状態が逆相である場合の図２と同様の相間電圧信号波形および位相信号を示す。この場合の位相信号は、Ｒ−Ｓ相間位相信号に対して、Ｓ−Ｔ相間位相信号とＴ−Ｒ相間位相信号の位相順序が逆になる。
【００１７】
図４は、３相電源のＲ層が欠相となっている場合の図２と同様の相間電圧信号波形および位相信号を示す。Ｒ相が欠相となっているため、Ｒ−Ｓ相間電圧およびＴ−Ｒ相間電圧が低下し、Ｒ−Ｓ相間位相信号およびＴ−Ｒ相間位相信号のそれぞれの幅が変化している。また、Ｒ−Ｓ相間位相信号とＴ−Ｒ相間位相信号とが同じ位相となり、Ｓ−Ｔ相間位相信号が１８０度ずれるというように、位相順序が正常の場合と異なるものとなる。
【００１８】
図５は、図１に示す逆相欠相検出器内の順序判定回路４のブロック構成およびその真理値表を示す図である。この順序判定回路４は、波形変換回路３Ｒの出力を第１の入力（入力１）、波形変換回路３Ｔの出力を第２の入力（入力２）とする第１の順序回路１１と、この第１の順序回路１１の出力を第１の入力（入力１）、波形変換回路３Ｓの出力を第２の入力（入力２）とする第２の順序回路１２とを有する。順序回路１１、１２はいずれも、第１の入力が「０」で第２の入力が「０」のとき、「１」を出力する。また、第１の入力が「０」で第２の入力が「１」のときにも、「１」を出力する。第１の入力が「１」で第２の入力が「０」のときは、「０」を出力する。第１の入力が「１」で第２の入力が「１」のとき、以前の状態を保持する。
【００１９】
図６は、図５に示す順序判定回路４の動作を説明する図であり、３相電源の接続状態が正常である場合の動作を示す。まず、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「０」のとき、Ｓ−Ｔ相間位相信号は「１」、Ｔ−Ｒ相間位相信号は「１」である。このとき、順序回路１１の出力は「１」であり、順序回路１２の出力には以前の状態が保持される。６０度ずれた位置では、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「１」、Ｓ−Ｔ相間位相信号が「１」、Ｔ−Ｒ相間位相信号が「０」となる。このとき、順序回路１１の出力は「０」となり、順序回路１２の出力は「１」となる。さらに６０度ずれた位置では、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「１」、Ｓ−Ｔ相間位相信号が「０」、Ｔ−Ｒ相間位相信号が「１」となる。このとき、順序回路１１の出力は前の状態を保持して「０」のままであり、順序回路１２の出力は「１」となる。さらに６０度ずれてＲ−Ｓ相間位相信号が再び「０」のときには、順序回路１２の出力が以前の状態「１」を保持する。したがって、順序回路１２の出力する論理値列は、「１１１」の繰り返しとなる。
【００２０】
図７は、図５に示す順序判定回路４の動作を説明する図であり、３相電源の接続状態が逆相である場合の動作を示す。次に、３相電源の接続状態が逆相である場合について、図３および図５を参照して、順序判定回路４の動作を説明する。まず、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「０」のとき、Ｓ−Ｔ相間位相信号は「１」、Ｔ−Ｒ相間位相信号は「１」である。したがって、正常のときと同様に、順序回路１２の出力には以前の状態が保持される。６０度ずれた位置では、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「１」、Ｓ−Ｔ相間位相信号が「０」、Ｔ−Ｒ相間位相信号が「１」となる。このとき、順序回路１１の出力は前の状態を保持して「１」のままであり、順序回路１２の出力は「０」となる。さらに６０度ずれた位置では、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「１」、Ｓ−Ｔ相間位相信号が「１」、Ｔ−Ｒ相間位相信号が「０」となる。このとき、順序回路１１の出力は「０」となり、順序回路１２の出力は「１」となる。さらに６０度ずれてＲ−Ｓ相間位相信号が再び「０」のときには、順序回路１１の出力が「１」となり、順序回路１２の出力が以前の状態「１」を保持する。したがって、順序回路１２の出力する論理値列は、「０１１」の繰り返しとなる。
【００２１】
３相電源のＲ相が欠相である場合には、各相間位相信号のパルス幅が変化し、位相もずれている。パルス幅の変化は電圧しきい値に依存するため、順序判定回路４の動作を簡単に説明することはできないが、接続状態が正常な場合や逆相の場合とはまた異なる論理値列が出力されることは明らかである。
【００２２】
このように、順序判定回路４の出力する論理値列によって、３相電源の接続状態を判定し、逆相および欠相を検出することができる。出力回路５は、この論理値列にしたがって、保護継電器の動作を指示する信号を出力する。たとえば、出力回路５は、「１１１」の繰り返しが入力されたときは何も出力せず、「１１１」以外の繰り返しが入力されたとき、異常である旨の信号を出力する。「０１１」の繰り返しのときと、「１１１」の繰り返しでも「０１１」の繰り返しでもないときとで、別々の異常信号を出力してもよい。さらに、正常と判定したときには正常信号を出力し、異常と判定したときには異常信号を出力するようにしてもよい。
【００２３】
以上説明した実施の形態では、比較的単純な論理回路である順序回路１１、１２を用いて、３相電源の接続状態を判定し、逆相および欠相を検出することができる。また、この実施の形態の逆相欠相検出器は、接続された３相電源により内部回路を動作させているため、継電器用の電源が不要となり、配線を簡略化が可能である。さらに、この実施の形態の逆相欠相検出器は、３相電源をその波形により常時監視していることから、電源が欠相または逆相状態となった場合に、瞬時に異常出力を行うことができる。この逆相欠相検出器を保護継電器に用いることで、３相電源に接続されている負荷を保護することができる。
【００２４】
以上の説明では、波形整形回路３Ｒ、３Ｓ、３Ｔは、各相間電圧信号波形を全波整流して各相間位相信号を得るものとしたが、半波整流を行って波形整形してもよい。また、全波整流して得た各相関位相信号について１２０度ごとにパルス検出を行い、順序回路１２の出力する論理値列が「０１１」の繰り返しのときに正常、「１１１」の繰り返しのときに逆相と判断してもよい。
【００２５】
各相間位相信号の波形値の論理演算は、Ｒ−Ｓ相間位相信号が「０」のタイミングを基準とし、そこから６０度ずれるごとに行うものとしたが、それ以外のタイミングで行ってもよい。順序判定回路４は、図５に示したものに限定されるものではなく、３相電源の逆相および欠相に対して正常とは異なる論理値列を出力するものであれば、どのようなものでもよい。また、相間位相信号が「１」のタイミングで論理演算を行うこともできる。
【００２６】
波形変換回路３Ｒ、３Ｓ、３Ｔが波形変換を行うときの電圧しきい値としては、電源に要求される許容範囲がたとえば７５〜１１５％である場合には、それより小さい５５〜６５％とするのが好ましく、５８〜６２％とするのがより好ましい。これにより、電源電圧の低下時にも、効率よく異常信号を発生することができる。また、用途によって逆相と欠相との一方のみを検出すればよい場合には、順序判定回路４および出力回路６をそのような用途に適応するように変更することもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１Ｒ、１Ｓ、１Ｔ  トランス回路
２Ｒ、２Ｓ、２Ｔ  フィルタ回路
３Ｒ、３Ｓ、３Ｔ  波形変換回路
４  順序判定回路
５  出力回路
６  電源回路
【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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