(57)【要約】 【課題】従来の欠相検出回路より少ない部品点数で確実に３相交流電源からの給電の欠相を検出ことが可能な欠相検出回路を提供する。【課題を解決するための手段】  ３相交流電源の各相の電源線である第１相電源線、第２相電源線、及び第３相電源線からの給電の欠相を検出する欠相検出回路において、第１相電源線及び第２相電源線と、第３相電源線との間がフォトカプラの一次側を介して結線され、当該フォトカプラの二次側で観測されるパルス波形から欠相を検出する。【選択図】図１
2011135752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電源の各相の電源線である第１相電源線、第２相電源線、及び第３相電源線からの給電の欠相を検出する欠相検出回路であって、
第１相電源線及び第２相電源線と、第３相電源線との間がフォトカプラの一次側を介して結線され、当該フォトカプラの二次側で観測されるパルス波形から欠相を検出する欠相検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の欠相検出回路であって、
一端が上記第１相電源線に接続される第１ダイオードと、
一端が上記第２相電源線に接続される第２ダイオードと、
一端が上記第３相電源線に接続される第３ダイオードと、
一端が上記第１ダイオードの他端及び上記第２ダイオードの他端に接続される第１抵抗と、
一端が電源に接続される第２抵抗と、
パルス波形を観測し欠相を検出する判定手段と、
一次側の一端に上記第１抵抗の他端が、一次側の他端に上記第３ダイオードの他端が、二次側の一端に上記第２抵抗の他端と上記判定手段が、それぞれ接続され、二次側の他端が接地されるフォトカプラと、
を備える欠相検出回路。
【請求項３】
請求項１に記載の欠相検出回路であって、
一端が上記第１相電源線に接続される第１ダイオードと、
一端が上記第２相電源線に接続される第２ダイオードと、
一端が上記第３相電源線に接続される第３ダイオードと、
一端が上記第３ダイオードの他端に接続される第１抵抗と、
一端が電源に接続される第２抵抗と、
パルス波形を観測し欠相を検出する判定手段と、
一次側の一端に上記第１ダイオードの他端と上記第２ダイオードの他端が、一次側の他端に上記第１抵抗の他端が、二次側の一端に上記第２抵抗の他端と上記判定手段が、それぞれ接続され、二次側の他端が接地されるフォトカプラと、
を備える欠相検出回路。
【請求項４】
請求項１に記載の欠相検出回路であって、
一端が上記第１相電源線に接続される第１ダイオードと、
一端が上記第２相電源線に接続される第２ダイオードと、
一端が上記第３相電源線に接続される第１抵抗と、
一端が上記第１抵抗の他端に接続される第３ダイオードと、
一端が電源に接続される第２抵抗と、
パルス波形を観測し欠相を検出する判定手段と、
一次側の一端に上記第１ダイオードの他端と上記第２ダイオードの他端が、一次側の他端に上記第３ダイオードの他端が、二次側の一端に上記第２抵抗の他端と上記判定手段が、それぞれ接続され、二次側の他端が接地されるフォトカプラと、
を備える欠相検出回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の欠相検出回路であって、
上記第１ダイオード、上記第２ダイオード、及び上記フォトカプラの上記一次側のそれぞれの一端がアノード側、上記第３ダイオードの上記一端がカソード側であることを特徴とする欠相検出回路。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の欠相検出回路であって、
上記第１ダイオード、上記第２ダイオード、及び上記フォトカプラの上記一次側のそれぞれの一端がカソード側、上記第３ダイオードの上記一端がアノード側であることを特徴とする欠相検出回路。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載の欠相検出回路であって、
上記判定手段は、欠相が無い状態のパルス波形と欠相がある状態のパルス波形との相違により欠相を検出する
ことを特徴とする欠相検出回路。
【請求項８】
３相交流電源の第１相電源線及び第２相電源線と、第３相電源線との間がフォトカプラの一次側を介して結線された欠相検出回路において、
上記フォトカプラの二次側で観測されるパルス波形から欠相を検出する欠相検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の欠相検出方法において、
欠相が無い状態のパルス波形と欠相がある状態のパルス波形との相違により欠相を検出する
ことを特徴とする欠相検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３相交流電源の欠相検出回路および欠相検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相交流電源から受電する装置は、全ての相から給電されていることが正常動作の前提となっている。そのため、いずれかの相からの給電が欠相し、装置の動作に異常が生じるのを未然に防ぐべく、欠相の有無を検知する欠相検出回路が設けられている。
【０００３】
確実に欠相の有無を検知できる欠相検出回路として、例えば特許文献１で開示された回路が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８０４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の欠相検出回路は、フォトカプラ３個、抵抗器１個、ダイオード９個の計１３個の部品を使用し、部品点数が多い。
【０００６】
本発明の目的は、従来の欠相検出回路より少ない部品点数で確実に３相交流電源からの給電の欠相を検出ことが可能な欠相検出回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の欠相検出回路は、３相交流電源の各相の電源線である第１相電源線、第２相電源線、及び第３相電源線からの給電の欠相を検出する欠相検出回路であって、第１相電源線及び第２相電源線と、第３相電源線との間がフォトカプラの一次側を介して結線され、当該フォトカプラの二次側で観測されるパルス波形から欠相を検出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フォトカプラの一次側で各相の相間電圧をモニタし、フォトカプラの二次側に正常時に表れるパルス波形と欠相時に表れるパルス波形との違いから欠相を検出するという構成・方法を採るため、従来の欠相検出回路より少ない部品点数（フォトカプラ１個、抵抗器１個、ダイオード４個の計６個）で確実に３相交流電源からの給電の欠相を検出することが可能な欠相検出回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】欠相検出回路１００の機能構成例を示す図。
【図２】図１の構成から第４ダイオードを除いた構成を示す図。
【図３】図１の構成で第１抵抗１０５を異なる位置に配置する場合の一例を示す図。
【図４】図１の構成で第１抵抗１０５を異なる位置に配置する場合の別の一例を示す図。
【図５】図１の各ダイオードの極性を反転させた場合の構成を示す図。
【図６】各相の入力電圧波形、相間電圧波形、及びフォトカプラの二次側で観測されるパルス波形の例を示す図。
【図７】相間電圧Ｒ−Ｔが正の時の電流経路を示す図。
【図８】相間電圧Ｓ−Ｔが正の時の電流経路を示す図。
【図９】Ｒ相が欠相し、電源線間に回り経路が無い場合の電流経路を示す図。
【図１０】Ｒ相が欠相し、第１、第２電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図１１】Ｒ相が欠相し、第２、第３電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図１２】Ｒ相が欠相し、第１、第３電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図１３】Ｓ相が欠相し、電源線間に回り経路が無い場合の電流経路を示す図。
【図１４】Ｓ相が欠相し、第１、第２電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図１５】Ｓ相が欠相し、第２、第３電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図１６】Ｓ相が欠相し、第１、第３電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図１７】Ｔ相が欠相し、電源線間に回り経路が無い場合に電流経路が無いことを示す図。
【図１８】Ｔ相が欠相し、第１、第２電源線間に回り経路がある場合に電流経路が無いことを示す図。
【図１９】Ｔ相が欠相し、第２、第３電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【図２０】Ｔ相が欠相し、第１、第３電源線間に回り経路がある場合の電流経路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明の欠相検出回路１００の機能構成例を示す。欠相検出回路１００は、第１ダイオード１０１、第２ダイオード１０２、第３ダイオード１０３、第４ダイオード１０４、第１抵抗１０５、フォトカプラ１１１、判定手段１２１、及び第２抵抗１２２を備える。
【００１１】
欠相検出回路１００は、３相交流電源の各相の電源線である第１相電源線１０、第２相電源線２０、及び第３相電源線３０から整流回路４０への給電の欠相を検出する欠相検出回路である。３相交流電源からはそれぞれ位相が１２０度ずつ異なるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の交流電流が、それぞれ第１相電源線１０、第２相電源線２０、及び第３相電源線３０のいずれかに送出される。Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相と第１相、第２相、第３相との対応関係は１対１であればいかなる組み合わせでも構わない。後述する欠相の検出原理の説明では、Ｒ相が第１相、Ｓ相が第２相、Ｔ相が第３相にそれぞれ対応する場合について説明するが、他の組み合わせの場合でも構成や欠相の検出原理は同様である。
【００１２】
第１相電源線１０及び第２相電源線２０と、第３相電源線３０との間は、フォトカプラ１１１の一次側を介して結線され、欠相検出回路１００はフォトカプラ１１１の二次側で観測されるパルス波形の変化から欠相を検出する。より具体的には、第１相電源線１０に第１ダイオード１０１の一端が、第２相電源線２０に第２ダイオード１０２の一端がそれぞれ接続され、両者の他端が共に第１抵抗１０５の一端に接続される。第１抵抗１０５の他端はフォトカプラ１１１の一次側の一端に接続される。また、第３ダイオード１０３の一端が第３相電源線３０に、他端がフォトカプラ１１１の一次側の他端にそれぞれ接続される。フォトカプラ１１１の二次側の一端には、一次側端子間電圧の変化に応じて二次側に伝達されるパルス波形の変化を観測して欠相を検出する判定手段１２１とプルアップ抵抗である第２抵抗１２２を介して＋Ｖｃｃが接続され、他端は接地される。判定手段１２１は、欠相が無い状態を基準として、観測されたパルス波形が如何に変化したかにより、いずれの電源線に欠相が生じているかを判定する。判定手段１２１は、ＣＰＵによるタイマ機能を用いてパルスオン時間の計測を行う回路を用いて実現してもよいし、ＦＰＧＡ等のディジタル信号処理を行うものを用いて実現してもよい。なお、図１ではフォトカプラ１１１の二次側をコレクタ負荷により構成しているが、エミッタ負荷により構成しても構わない。また、図１ではフォトカプラ１１１の一次側の端子間に第４ダイオード１０４を設ける構成としているが、第１〜３ダイオードにより逆電圧の印加は回避できるため、図２に示すように必ずしも設けなくても構わない。また、第１抵抗１０５の接続位置は、必ずしも図１に示すように第１、第２ダイオードとフォトカプラとの間でなくてもよく、例えば、図３に示すようにフォトカプラ１１１と第３ダイオード１０３との間に接続してもよいし、図４に示すように第３ダイオード１０３と第３電源線３０との間に接続してもよい。
【００１３】
以下、図１に示す構成により欠相を検出する原理を説明する。なお、ここでは各ダイオードの向きにつき、第１ダイオード１０１及び第２ダイオード１０２のアノード側、並びに第３ダイオード１０３のカソード側が電源線に、フォトカプラ１１１のカソード側が第３ダイオード１０３のアノード側にそれぞれ接続されている場合について説明するが、図５に示すように第１ダイオード１０１及び第２ダイオード１０２のカソード側、並びに第３ダイオード１０３のアノード側が電源線に、フォトカプラ１１１のアノード側が第３ダイオード１０３のカソード側にそれぞれ接続されている場合においても、観測波形の極性が反転するだけで同様に検出が可能である。
【００１４】
図６(a)は、第１相（Ｒ相）、第２相（Ｓ相）、及び第３相（Ｔ相）それぞれの入力電圧波形であり、図６(b)は各相間電圧を示したものである。第１相電源線１０及び第２相電源線２０と、第３相電源線３０との間を図１に示すように結線した場合、第１相の電位が第３相の電位より高い時、つまり、相間電圧Ｒ−Ｔが正の時、第１相電源線１０から第３相電源線３０に向けて図７に示すように電流が流れる。また、第２相の電位が第３相の電位より高い時、つまり、相間電圧Ｓ−Ｔが正の時、第２相電源線２０から第３相電源線３０に向けて図８に示すように電流が流れる。このように電流が流れている時には、フォトカプラ１１１の一次側の発光ダイオードが発光してＯＮ状態となり、二次側の電位は０（接地電位）となる。一方、相間電圧Ｒ−Ｔ、Ｓ−Ｔが共に負の時には、フォトカプラ１１１の一次側には電流が流れないため、フォトカプラ１１１はＯＦＦ状態となり二次側の電位は正の値（＋Ｖｃｃ）で維持される。このような原理の下、フォトカプラ１１１の一次側に相間電圧Ｒ−Ｔのみが印加された場合には図６(c)に示すパルス波形が、また相間電圧Ｓ−Ｔのみが印加された場合には図６(d)に示すパルス波形が二次側の判定手段１２１でそれぞれ観測される。図６(c)の波形と図６(d)の波形は形状は同じである。そして、欠相が無い状態では、フォトカプラ１１１は相間電圧Ｒ−ＴとＳ−Ｔの少なくともいずれか一方が正である間はオン状態となるため、正常時には判定手段１２１において図６(e)に示すパルス波形が観測される。本発明では、この正常時のパルス波形を基準として、当該パルス波形に生じた変化・変動の態様により各相の欠相を検出する。具体的には次のとおりである。
【００１５】
Ｒ相が欠相した場合、相間電圧Ｓ−Ｔのみが印加されるため、フォトカプラ１１１には相間電圧Ｓ−Ｔが正の時に、図９に示す経路で電流が流れ、図６(d)に示すパルス波形が観測される。また、図１０から図１２に示すように、各電源線間に何らかの原因で回り回路（インピーダンスＺ１〜Ｚ３）が形成される場合があるが、Ｒ相欠相の場合は電流経路に変化が生じないため、回り回路が無い場合と同様、図６(d)に示すパルス波形の観測によりＲ相の欠相を検出することができる。次に、Ｓ相が欠相した場合、相間電圧Ｒ−Ｔのみが印加されるため、フォトカプラ１１１には相間電圧Ｒ−Ｔが正の時に、図１３に示す経路で電流が流れ、図６(c)に示すパルス波形が観測される。また、図１４から図１６に示すように、各電源線間に何らかの原因で回り回路（インピーダンスＺ１〜Ｚ３）が形成される場合があるが、Ｓ相欠相の場合にも電流経路には変化が生じないため、回り回路が無い場合と同様、図６(c)に示すパルス波形の観測によりＳ相の欠相を検出することができる。次に、Ｔ相が欠相した場合、図１７に示すようにフォトカプラ１１１には電流が流れないため、図６(f)に示す平坦な波形が観測される。また、図１８に示すように第１電源線１０と第２電源線２０との間にインピーダンスＺ１の回り回路が形成された場合もフォトカプラ１１１には電流が流れないため、図６(f)に示す平坦な波形の観測によりＴ相の欠相を検出することができる。一方、第２電源線２０と第３電源線３０との間にインピーダンスＺ２の回り回路が形成された場合、相間電圧Ｒ−Ｓのみが印加されるため、フォトカプラ１１１には相間電圧Ｒ−Ｓが正の時に、図１９に示す経路で電流が流れ、図６(g)に示すパルス波形が観測される。また、第１電源線１０と第３電源線３０との間にインピーダンスＺ３の回り回路が形成された場合、相間電圧Ｒ−Ｓのみが印加されるため、フォトカプラ１１１には相間電圧Ｒ−Ｓが負の時に、図２０に示す経路で電流が流れ、図６(g)に示すパルス波形を反転させた図６(h)に示すパルス波形が観測される。そのため、図６(g)、(h)のパルス波形の観測によりＴ相の欠相を検出することができる。
【００１６】
判定手段１２１においては、欠相の検出を図６(e)の正常時のパルス波形を基準に行う。正常時のパルス波形は、ＯＮ状態と比べＯＦＦ状態の時間が短いが、各相に欠相が生じた場合は、波形が交流電源周期において一定（図６(f)の場合）、又はＯＮ状態とＯＦＦ状態の時間が同程度（図６(c)、図６(d)、図６(g)、図６(h)の場合）になるため、このような波形の相違により欠相が生じていることを検出することができる。なお、欠相の判定に際しては、フォトカプラ１１１への電流経路が確保されるまでの時間を考慮する必要があるため、判定時間の閾値はユーザにおいて適宜設定しておく。
【００１７】
以上のように、本発明においてはフォトカプラの一次側で各相の相間電圧をモニタし、フォトカプラの二次側に正常時に表れるパルス波形と欠相時に表れるパルス波形との違いから欠相を検出するという構成・方法を採ることにより、従来の欠相検出回路より少ない部品点数で確実に３相交流電源からの給電の欠相を検出することが可能な欠相検出回路を実現することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１０  第１相電源線    ２０  第２相電源線    ３０  第３相電源線
４０  整流回路
１００  欠相検出回路
１０１  第１ダイオード    １０２  第２ダイオード
１０３  第３ダイオード    １０４  第４ダイオード
１０５  第１抵抗
１１１  フォトカプラ
１２１  判定手段
１２２  第２抵抗
【図１】
2011135752.tif 000003
【図２】
2011135752.tif 000004
【図３】
2011135752.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011135752.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2011135752.tif 000018
【図１７】
2011135752.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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