(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波でかつ非位相制御の略正弦波の電圧を出力する定電流電源装置と；
一次巻線を互いに直列接続されて定電流電源装置の出力を供給され、各二次巻線から各負荷に対して給電する複数個の可飽和形のトランスと；
直列接続された可飽和形のトランスの一次巻線に流れる電流に対応した信号を検出し、一次巻線に流れる電流を各負荷の内の一部の負荷が開放したときにも一定化するように定電流電源装置の出力を制御する電流制御手段と；
定電流電源装置の出力電流波形、出力電圧波形の少なくとも一方を検出し、これら検出波形と正弦波波形との差分または検出波形の微分値に応じて各負荷の内の一部の負荷が開放したときの異常を検知する負荷異常検知手段と；を具備していることを特徴とする直列負荷給電装置。
【請求項２】
直流電源装置と；
直流電源装置の出力をスイッチングし、低周波の略正弦波成分に対応するようにそれぞれがＰＷＭ制御された高周波電圧を出力する高周波発生装置と；
高周波発生装置の出力から高周波成分を除去して略正弦波電圧を出力するフィルタ手段と；
一次巻線を互いに直列接続されてフィルタ手段の出力を供給され、各二次巻線から各負荷に対して給電する複数個の可飽和形のトランスと；
直列接続された可飽和形のトランスの一次巻線に流れる電流に対応した信号を検出し、一次巻線に流れる電流を各負荷の内の一部の負荷が開放したときにも一定化するように高周波発生装置の高周波電圧をＰＷＭ制御する電流制御手段と；
可飽和形のトランスに給電される電流波形、電圧波形の少なくとも一方を検出し、これら検出波形と正弦波波形との差分または検出波形の微分値に応じて各負荷の内の一部の負荷が開放したときの異常を検知する負荷異常検知手段と；を具備していることを特徴とする直列負荷給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空港における標識灯に対する定電流供給装置のように直列接続された複数個の負荷に対して給電する直列負荷給電装置に関する。
【従来の技術】
従来、空港における標識灯に対する定電流供給装置は、位相制御装置を備え、負荷電流を検出してこの検出信号が一定化するように位相制御装置の導通位相を制御するようになっている。また、負荷に対しては可飽和形の絶縁トランスを介して電力供給がなされるようになっている。これによって、仮に負荷が断心等開放された場合には可飽和トランスの磁心が飽和し、一次側インピーダンスを低下させて、直列接続された他の負荷（絶縁トランス）への給電を可能にしている。
【０００２】
また、負荷開放等の異常状態は、可飽和形の磁心の飽和時に現われる位相制御電圧波形上の歪を検出して行うことが提案されている。すなわち、位相制御電圧波形の特定位相範囲内に歪が発生するか否かによって負荷異常の有無を検知するようにしている。
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のものは、定電流化のために位相制御された電圧波形を出力するもので、もともと歪成分を含んだ波形である。したがって、負荷異常時の可飽和形の磁心の飽和時に現われる歪を検出して異常検知することは、実際には複雑なフィルタ回路および判定回路が必要で高価格化の一要因となっていた。また、定電流供給装置の出力段に中間タップを有するトランスを用い、タップの切換えにより調光点灯する場合には、タップによって歪の発生位相、歪成分が異なるため、高精度な異常検知が困難であった。
【０００３】
本発明は、簡単な構成で高精度に負荷の異常状態を検知することができる直列負荷給電装置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】
請求項１記載の発明は、低周波でかつ非位相制御の略正弦波の電圧を出力する定電流電源装置と；一次巻線を互いに直列接続されて定電流電源装置の出力を供給され、各二次巻線から各負荷に対して給電する複数個の可飽和形のトランスと；直列接続された可飽和形のトランスの一次巻線に流れる電流に対応した信号を検出し、一次巻線に流れる電流を各負荷の内の一部の負荷が開放したときにも一定化するように定電流電源装置の出力を制御する電流制御手段と；定電流電源装置の出力電流波形、出力電圧波形の少なくとも一方を検出し、これら検出波形と正弦波波形との差分または検出波形の微分値に応じて各負荷の内の一部の負荷が開放したときの異常を検知する負荷異常検知手段と；を具備していることを特徴とする。
【０００４】
請求項１記載の発明および以下の発明において、特に断らない限り各構成、各用語はつぎのように定義される。
定電流電源装置としては、インバータ、チョッパ等の高周波発生装置を主として構成することができる。この場合には半導体スイッチング素子等の電子部品を中心に構成できるので小形、軽量化に有利である。定電流電源装置の低周波とは、50Hz、60Hzの商用周波数を中心に、数Hz〜1KHzの範囲に設定するのが好ましい。すなわち、数Hz以上であれば可飽和形のトランスを使用でき、1KHz以下であれば相当に長距離に亘って設置される配線に伴う浮遊容量、誘導性インピーダンスによる電圧降下の問題を少なくできる。
【０００５】
負荷異常検知手段は、定電流電源装置の出力電流波形および出力電圧波形のうちの少なくとも一方を検出するものであるが、要は負荷の内の一部が開放した場合の、検出波形と正弦波との差分または検出波形の微分値を検出可能であればよい。したがって、厳密に定電流電源装置の出力端間における電流波形、電圧波形を検出する必要はなく、検出個所は特に限定されない。また、検出波形と正弦波波形との差分または検出波形の微分値を求める方法としては、検出波形と基準正弦波波形との差分を求める方法、検出波形を正弦波阻止フィルタに入力しその出力を監視する方法、検出波形を微分演算する方法等が考えられる。また、単にピーク値が所定値を超えるか否かを検知するようにしてもよい。
【０００６】
請求項１記載の発明は、負荷の内の一部が開放すると、この負荷に対応した可飽和形のトランスが飽和して他の負荷に対して給電可能にする。しかし、負荷が開放した場合、定電流電源装置の出力電流は、トランスが非飽和から飽和へ変化するまでの間は実質流れないため、その波形は正弦波波形に比べて非飽和から飽和へ変化するまでの間を切取られたような波形となる。また、出力電圧は、トランスが非飽和から飽和へ変化するまでの間は大きな値となり、トランスが飽和した後は負荷が正常時のものとなる。負荷異常検知手段は、これら波形について、正弦波波形との差分または微分値を求めて負荷の異常を検知して報知し、かつ、必要に応じて記録する。この場合、定電流電源装置の負荷正常時の出力電流波形、出力電圧波形は略正弦波であるので、上記差分が明確に検知可能であり、また、可飽和形のトランスの特性により出力波形の急激な変化により微分値も大きくなって明確に検知可能であり、その分、回路構成の簡単化を図れ、また、検知精度の向上を図れる。負荷異常時でも定電流電源装置により他の負荷に対しては、平均値的または実効値的には一定化された電流を供給可能である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、直流電源装置と；直流電源装置の出力をスイッチングし、低周波の略正弦波成分に対応するようにそれぞれがＰＷＭ制御された高周波電圧を出力する高周波発生装置と；高周波発生装置の出力から高周波成分を除去して略正弦波電圧を出力するフィルタ手段と；一次巻線を互いに直列接続されてフィルタ手段の出力を供給され、各二次巻線から各負荷に対して給電する複数個の可飽和形のトランスと；直列接続された可飽和形のトランスの一次巻線に流れる電流に対応した信号を検出し、一次巻線に流れる電流を各負荷の内の一部の負荷が開放したときにも一定化するように高周波発生装置の高周波電圧をＰＷＭ制御する電流制御手段と；可飽和形のトランスに給電される電流波形、電圧波形の少なくとも一方を検出し、これら検出波形と正弦波波形との差分または検出波形の微分値に応じて各負荷の内の一部の負荷が開放したときの異常を検知する負荷異常検知手段と；を具備していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明において、電流制御手段の電流に対応した信号を検出する手段を負荷異常検知手段の電流波形検出手段と兼用してもよいものである。この場合、部品点数を減少して小形軽量化、低価格化を図れる。
【０００９】
請求項2の発明は、電流制御手段にて可飽和形のトランスに流れる電流に応じて高周波発生装置の高周波電圧をＰＷＭ制御する。したがって、フィルタ手段を介して直列接続された可飽和形のトランス(負荷)に供給される電流は一定化されたものとなっている。負荷が異常になると、請求項1記載の発明と同様に負荷異常検知手段が負荷異常を検知する。また、ＰＷＭ制御による定電流化制御が平均値的または実効値的に行われる場合には、他の負荷には継続して一定化されたた電流を供給できる。
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の一実施形態を図1および図2を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す回路図、図2は作用を説明する波形図である。１は定電流電源装置で、たとえば50Hzの正弦波交流電圧を出力するものである。図1では、直流電源装置2、この直流電源装置2の出力をスイッチングする出力可変の高周波発生装置3、高周波発生装置3の出力から高周波成分を除去するフィルタ手段4を有してなるものである。前記高周波発生装置3は、発振制御手段5によってスイッチングを制御され、もって出力を変化可能なものである。発振制御手段5は後述する帰還信号によって出力を変化するが、その詳細は後述する。
【００１０】
フィルタ手段4の出力は出力トランス6を介して直列接続された複数個の可飽和形のトランス(変流器)7、7、に供給される。可飽和形のトランス7、7、には各々負荷8、8、が接続されている。図1において負荷8、8、は電球を示しているが、空港における標識灯用の定電流給電装置として用いる場合には、負荷8、8、は地中に埋込まれた、あるいは地上に設置された標識灯となる。
【００１１】
つぎに、前記発振制御手段5を帰還制御する構成について説明する。前記信号出力トランス6の二次巻線側には電流検出手段9としての変流器が介挿され、二次巻線の電流すなわち負荷8、8、に流れる電流を検出している。この電流検出手段9の出力は、実効値変換手段10を介して誤差増幅器11の負端子に入力されている。誤差増幅器11の正端子には基準信号源12が接続されており、その出力は乗算器13の一方の入力端子に入力されるようになっている。乗算器13の他方の入力端子には基準正弦波信号源14からの信号が入力されており、前記誤差増幅器12の出力と乗算された信号で発振制御手段5を制御する。
【００１２】
前記電流検出手段9の検出信号は負荷異常検知手段15にも入力される。負荷異常検知手段15は、整流手段16、微分演算手段17、この微分演算手段17の出力および基準信号源18からの出力を比較する比較手段19、ラッチ手段20および報知手段21を有している。
【００１３】
つぎに本実施形態の作用を説明する。負荷8、8、が正常である場合には、定電流電源装置1からは図2(a)に示すような略正弦波の電圧が出力され、各可飽和形のトランス7、7、を介して各負荷8、8、に供給されている。このときの負荷電流は電流検出手段9にて検出され、誤差増幅器11で基準信号との誤差を検出されて乗算器13に入力される。乗算器13は基準正弦波信号と乗算した信号を発振制御手段5に入力して、発振制御手段5を制御する。したがって、高周波発生装置3は出力を変化し、この結果、フィルタ手段4の出力は正弦波電圧の振幅が制御され、負荷8、8、の電流を一定化する。
【００１４】
電流検出手段9の検出信号は負荷異常検知手段15にも入力されている。負荷8、8、が正常であるときには、電流波形は図2(a)のように略正弦波であるから、微分演算手段17の出力は、零ないしは微小であり負荷異常を検知することはない。負荷8、8、のいずれかが開放等の異常状態になると、その異常な負荷を接続している可飽和トランスは交流電圧の半サイクル毎に非飽和状態から飽和状態への状態変化を繰返す。したがって、電流検出手段9によって検出された電流波形は図2(b)のようになる。この図2(b)のような波形を入力されることにより微分演算手段17の出力は大きくなり、基準信号源18の信号を越えると比較手段19は負荷異常信号を出力し、報知手段21で報知するとともに、ラッチ手段20によってラッチする。
【００１５】
図３は高周波発生装置の一実施形態を示す回路図である。図４は高周波発生装置の出力電圧波形およびフィルタ手段の出力電圧波形を簡略化して示す波形図である。図３の高周波発生装置はブリッジ接続された４個のスイッチング装置３１、３２、３３、３４を主として構成されている。スイッチング装置３１、３２、３３、３４は伝導度変調形電界効果トランジスタ（IGBT）である。これらスイッチング装置３１、３２、３３、３４は、発振制御手段５によってオンオフを制御される。本実施形態では、スイッチング装置３１と３４とが同期して、また、他方のスイッチング装置３２と３３とが同期してオンオフし、かつ、スイッチング装置３１および３４は、スイッチング装置３２および３３とはオンオフが逆になるように制御される。そして、低周波の略正弦波成分を含むようにそれぞれＰＷＭ制御された高周波電圧を出力する。図４（ａ）はこのような高周波電圧であり、正弦波電圧（同図（ｂ））の波高値が大きい部分ではオン期間が大きく、波高値が小さい部分ではオン期間が小さくなっている。正弦波（同図（ｂ））の負の半サイクルでも同様に制御された高周波電圧になっている。このような高周波電圧はフィルタ手段４に入力され、高周波成分を除去されて図４（ｂ）のような略正弦波電圧として出力する。
【発明の効果】
請求項１および２記載の発明は、負荷に対して低周波の略正弦波の電圧を供給しながら負荷電流値を設定された所定値に安定化するようにし、かつ、出力電圧波形、出力電流波形の少なくとも一方を検出してこれら検出波形と正弦波波形との差分または検出波形の微分値に応じて負荷開放時の異常を検知するようにしたから、フィルタ回路、判定回路等の構成を簡単化して低価格化を図れるとともに、異常検知の精度向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す回路図
【図２】同じく作用を説明する波形図
【図３】本発明の高周波発生装置の一実施形態を示す回路図
【図４】高周波発生装置の出力電圧波形およびフィルタ手段の出力電圧波形を簡略化して示す波形図
【符号の説明】
１…定電流電源装置、３…高周波発生装置、４…フィルタ手段、５…発振制御手段、６…出力トランス、７…可飽和形のトランス、８…負荷、１５…負荷異常検知手段。
【図１】
0004577542.tif 000002
【図２】
0004577542.tif 000003
【図３】
0004577542.tif 000004
【図４】
0004577542.tif 000005