JP2001258151A

JP2001258151A - 電源電圧異常検出回路および方法

Info

Publication number: JP2001258151A
Application number: JP2000063716A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Hara; 英則原; Eiji Yamamoto; 栄治山本; Sadao Ishii; 佐田夫石井; Eiji Watanabe; 英司渡邊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】１相のみ欠相した状態、相順が逆相となった
状態のどちらの状態の電源電圧異常でも検出する。【解決手段】電源電圧情報生成回路４１は、三相交流
電源１のＲ、Ｓ、Ｔの各相の電圧値の大小関係に応じた
情報を検出して電源電圧情報信号Ｒmax〜Ｔminとして出
力する。異常検出用信号生成回路４２は、三相交流電源
１が正常である場合のＲ、Ｓ、Ｔの各相の電圧値の大小
関係に基づく情報を予め保持しておき、この情報を異常
検出用信号Ｒmax*〜Ｔmin*として出力する。判定回路４
３では、電源電圧情報信号Ｒmax〜Ｔminと異常検出用信
号Ｒmax*〜Ｔmin*を一定間隔で比較し、これらの信号が
異なっている場合には電源電圧異常信号１０１を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三相電源の電源電
圧異常を検出するための電源電圧異常検出回路および方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一定周波数の交流電源から任意の周波数
の交流出力を直流を介さずに直接生成する電力変換装置
であるサイクロコンバータ、特にパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）制御方式を用いたＰＷＭサイクロコンバータを用い
て、電動機等を制御するための研究、開発が近年行われ
ている。この、ＰＷＭサイクロコンバータでは、入力電
源と出力とが直接双方向に電流が流れることができる双
方向スイッチを介して直接接続されている。このような
ＰＷＭサイクロコンバータの構成の概略を図８に示す。

【０００３】このＰＷＭサイクロコンバータは、三相交
流電源１と、入力フィルタ２と、入力電圧検出回路５０
と、制御コントローラ６０と、ゲートドライバ７０と、
双方向スイッチモジュール８０とから構成されていて、
交流電動機３の制御を行っている。。

【０００４】三相交流電源１は、入力フィルタ２を介し
て双方向スイッチモジュール８０に接続されている。双
方向スイッチモジュール８０は、入力フィルタ２を介し
て入力された三相交流電源１の三相電圧（Ｒ、Ｓ、Ｔ）
と三相の出力電圧（Ｕ、Ｖ、Ｗ）との間の全ての組合わ
せを接続する９つの双方向スイッチＳur〜Ｓwtにより構
成されている。そして、双方向スイッチモジュール８０
の出力は、交流電動機３に接続されている。入力電圧検
出回路５０は、三相交流電源１の電圧値、および位相の
検出を行っている。

【０００５】制御コントローラ６０は、入力電圧検出回
路５０から入力される情報に基いて、ゲートドライバ７
０へゲート信号を出力している。ゲートドライバ７０
は、ゲート信号に基いて双方向スイッチモジュール８０
の各双方向スイッチＳUR〜ＳWTを駆動している。

【０００６】上記で説明したようなＰＷＭサイクロコン
バータ等のＡＣ−ＡＣ直接変換機では、入力電源電圧と
出力電圧とが双方向スイッチにより直接接続されている
ため、入力電源電圧に異常が発生した場合には、出力電
圧波形にも異常が発生してしまい交流電動機の良好な運
転が困難となる。

【０００７】電源電圧に異常が発生した状態には、３相
のうちの１相だけの配線が断線した状態である欠相状態
や、電源の相順が逆相となった状態等の様々な状態があ
る。

【０００８】ここで、電源の相順が逆相となった状態に
ついて説明する。例えば、三相電源が正常な状態では、
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の順序でそれぞれ１２０度づつ位相が
ずれているような場合、相順が逆相となった状態とは、
相順がＲ相、Ｔ相、Ｓ相のようになってしまった状態
のことを示している。

【０００９】また、ＰＷＭサイクロコンバータ以外の三
相交流電源を入力とする電力変換装置でも、欠相状態で
運転を続けると、トランジスタインバータ等においては
主回路のコンデンサのリップル電流の増大等により装置
の信頼性に悪影響をおよぼすこととなる。

【００１０】そのため、このような電力変換装置では、
電源電圧の欠相状態を何らかの方法で検出し、運転を停
止させるような電源電圧異常検出回路が必要となる。そ
のため、下記に示すように、電力変換装置において電源
電圧の異常検出を行うための様々な電源電圧異常検出回
路および方法が提案されている。

【００１１】特開昭５２−２３６４１号公報には、三相
電源の各相と中性点との間に、ホトカプラを含む検出チ
ャネルを接続し、欠相検出出力で単安定マルチバイブレ
ータを動作させ、一定時間だけ出力信号を保持する三相
電源の欠相検出回路が記載されている。

【００１２】また、特開平５−６８３２７号公報には、
三相電源の各相間の電流を検出するためのホトカプラ
と、その出力信号を１つにまとめて取り出して積分し、
積分値と基準値との比較を行うことにより欠相が否かを
判定する方法が記載されている。

【００１３】また、三相入力電圧を直流に変換するダイ
オードブリッジと直流部分に抵抗を挿入し、抵抗に流れ
る電流を検出する電流検出回路により、電流値が断続し
て流れる場合には欠相であると判定する欠相判定方法等
がある。

【００１４】しかし、上記の特開昭５２−２３６４１号
公報や特開平５−６８３２７号公報に記載されている方
法では、三相電源のうちの１相のみが欠相した状態の電
源電圧異常を検出することがができない。また、前述し
たいずれの電源電圧異常検出回路および方法を用いて
も、瞬時に電源の相順が逆相になった状態の電源電圧異
常を検出することがができないため、ＰＷＭサイクロコ
ンバータ等のＡＣ−ＡＣ直接変換機においては、その区
間のみ出力電圧の波形が歪んでしまう。そのため、新た
に逆相順であるかどうかを検出することができる回路を
併用しなくてはならない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電源電
圧異常検出回路では、下記のような問題点があった。（１）上記公報記載の電源電圧異常検出回路では、１相
のみ欠相した状態の電源電圧異常を検出することができ
ない。（２）従来のいずれの電源電圧異常検出回路でも、電源
の相順が逆相になった状態の電源電圧異常を検出するこ
とができない。

【００１６】本発明の目的は、１相のみ欠相した状態、
相順が逆相となった状態のどちらの状態の電源電圧異常
でも検出することができる電源電圧異常検出回路を提供
することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電源電圧異常検出回路は、三相交流電源の
電源電圧の異常を検出するための電源電圧異常検出回路
であって、前記三相交流電源の各相の電圧値の大小関係
に応じた情報を検出し、該情報を電源電圧情報信号とし
て出力している電源電圧情報生成回路と、前記三相交流
電源が正常である場合の各相の電圧値の大小関係に基づ
く情報を予め保持しておき、該情報を前記三相交流電源
の出力電圧に同期させて異常検出用信号として出力して
いる異常検出用信号生成回路と、前記電源電圧情報信号
と前記異常検出用信号とを一定間隔で比較し、これらの
信号が異なっている場合には電源電圧異常信号を出力す
る判定回路とを備えている。

【００１８】本発明は、電源電圧情報生成回路により三
相交流電源の各相の電圧値の大小関係に応じた情報を検
出し電源電圧情報信号とし、判定回路においてその電源
電圧情報信号と、三相交流電源が正常である場合の各相
の電圧値の大小関係に基づく情報である異常検出用信号
との比較を行っている。そして、三相交流電源に何らか
の電源電圧異常が発生した場合には電源電圧情報信号の
信号パターンと、異常検出用信号の信号パターンとの間
には何らかの差が発生する。したがって、本発明によれ
ば、１相のみ欠相した状態、相順が逆相となった状態の
どちらの状態の電源電圧異常でも検出することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施形態の電源電圧異常
検出回路４０が設けられたＰＷＭサイクロコンバータの
構成を示すブロック図である。図１において、図８中の
構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明
を省略するものとする。

【００２１】本実施形態の電源電圧異常検出回路４０
は、三相交流電源１に欠相状態、相順が逆相になる等の
異常が発生した場合には、電源電圧異常信号１０１を出
力し、制御コントローラ６０に対して電源異常が発生し
たことを通知する。

【００２２】この本実施形態の電源電圧異常検出回路４
０は、図２に示すように、電源電圧情報生成回路４１
と、異常検出用信号生成回路４２と、判定回路４３とか
ら構成されている。

【００２３】電源電圧情報生成回路４１は、三相交流電
源１のＲ、Ｓ、Ｔの各相の電圧値の大小関係に応じた情
報を検出し、その情報を電源電圧情報信号Ｒmax〜Ｔmin
として出力している。異常検出用信号生成回路４２は、
三相交流電源１が正常である場合のＲ、Ｓ、Ｔの各相の
電圧値の大小関係に基づく情報を予めテーブル等に保持
しておき、この情報を三相交流電源１の出力電圧に同期
させて異常検出用信号Ｒmax*〜Ｔmin*として出力してい
る。判定回路４３は、電源電圧情報信号Ｒmax〜Ｔminと
異常検出用信号Ｒmax*〜Ｔmin*を一定間隔で比較し、こ
れらの信号が異なっている場合には電源電圧異常信号１
０１を出力する。

【００２４】次に、電源電圧情報生成回路４１の、具体
的な回路構成例を図３を参照して説明する。電源電圧情
報生成回路４１は、６つの電流検出回路２２₁〜２２₆と
抵抗３４とから構成されている。電流検出回路２２₁〜
２２₆は、全て同一の構成となっているため、電流検出
回路２２₁、２２₄を代表して説明する。

【００２５】電流検出回路２２₁は、ダイオード２８、
２９と、ホトカプラ３０と、抵抗３１と、反転回路３２
とから構成されている。

【００２６】Ｒ相の電圧がＳ、Ｔ相の電圧のいずれかよ
りも高い場合には、電流検出回路２２₁は動作しないた
め、ホトカプラ３０はオフとなる。そして、反転回路３
２の入力は抵抗３１により直流電源Ｖｃｃに接続されて
いるためハイレベル（以下Ｈとする）となるので、反転
回路３２の出力であるＲminはロウレベル（以下Ｌとす
る）となる。

【００２７】そして、Ｒ相の電圧がＳ、Ｔ相のどちらの
電圧よりも低くなった場合には、電流検出回路２２₁が
動作することとなり、抵抗３４を介した電圧とＲ相の電
圧との電位差によりダイオード２９およびホトカプラ３
０がオンする。すると、ホトカプラ３０の出力はＬとな
り、反転回路３２の出力であるＲminはＨとなる。

【００２８】また、電流検出回路２２₄は、ダイオード
３５、３６と、ホトカプラ３７と、抵抗３８と、反転回
路３９とから構成されている。

【００２９】Ｒ相の電圧がＳ、Ｔ相の電圧のいずれかよ
りも低い場合には、電流検出回路２２₄は動作しないた
め、ホトカプラ３７はオフとなる。そして、反転回路３
９の入力は抵抗３８により直流電源Ｖｃｃに接続されて
いるためＨとなるので、反転回路３９の出力であるＲma
xはＬとなる。

【００３０】そして、Ｒ相の電圧がＳ、Ｔ相のどちらの
電圧よりも高くなった場合には、電流検出回路２２₄が
動作することとなり、抵抗３４を介した電圧とＲ相の電
圧との電位差によりダイオード３５およびホトカプラ３
７がオンする。すると、ホトカプラ３７の出力はＬとな
り、反転回路３９の出力であるＲmaxはＨとなる。

【００３１】つまり、Ｒ相の電圧がＳ相、Ｔ相のいずれ
の相の電圧よりも高い場合、電流検出回路２２₄が動作
しＲmaxはＨとなり、Ｒ相の電圧がＳ相、Ｔ相のいずれ
の相の電圧よりも低い場合、電流検出回路２２₁が動作
しＲminはＨとなる。

【００３２】この電流検出回路２２₁、２２₄の動作をよ
り具体的に示すために、Ｒ相電圧と電源電圧情報信号Ｒ
max、Ｒminとの関係を図４に示す。図４では、時刻ｔ₁₀
〜時刻ｔ₂₀までの期間では、Ｒ相電圧がＳ相、Ｔ相の電
圧よりも高くなっているためＲmaxがＨとなっている。
そして、時刻ｔ₃₀〜時刻ｔ₄₀までの期間では、Ｒ相電圧
がＳ相、Ｔ相の電圧よりも低くなっているためＲminが
Ｈとなっている。そして、時刻ｔ₅₀では、再度Ｒ相電圧
が最も電圧が高くなっているため、ＲmaxがＨとなって
いる。

【００３３】Ｓ相、Ｔ相についても同様な動作が行われ
ることにより、電流検出回路２２₁〜２２₃のうちのいず
れか１つ、および電流検出回路２２₄〜２２₆のうちのい
ずれか１つのみが動作状態となり、電源電圧情報生成信
号Ｒmin〜Ｔminのうちの１つの信号、および電源電圧情
報生成信号Ｒmax〜Ｔmaxのうちの１つの信号のみがＨと
なる。

【００３４】次に、異常検出用信号生成回路４２の動作
を、図５を参照してより詳細に説明する。図５は、電源
電圧情報生成回路４１により得られる電源電圧情報信号
群Ｒmin〜Ｔminと、異常検出用信号生成回路４２により
生成される異常検出用信号群Ｒmin*〜Ｔmin*の関係を示
すタイミングチャートである。

【００３５】異常検出用信号生成回路４２では、三相交
流電源１が正常である場合の電源電圧情報信号群Ｒmax
〜Ｔminに対応した情報を、図５に示すように時刻ｔ₁〜
ｔ₆毎に格納している。図５では、三相交流電源１が正
常である場合の電源電圧情報信号群Ｒmax〜Ｔminを示し
ているため、電源電圧情報信号群Ｒmax〜Ｔminの信号パ
ターンと、異常検出用信号生成回路４２に格納されてい
る異常検出用信号群Ｒmax*〜Ｔmin*の信号パターンは一
致している。

【００３６】次に、判定回路４３のより具体的な回路構
成を図６に示す。図６では、判定回路４３は、Ｄフリッ
プフロップ回路１３と、カウンタ等により構成されてい
るクロック信号生成回路１４と、論理和回路１５と、６
つの排他的論理和回路１６₁〜１６₆とから構成されてい
る。

【００３７】６つの排他的論理和回路１６₁〜１６₆は、
異常検出用信号群Ｒmax*〜Ｔmin*と、電源電圧情報信号
群Ｒmax〜Ｔminとの間の排他的論理和演算をそれぞれ行
い、その演算結果を出力している。論理和回路１５は、
６つの排他的論理和回路１６ ₁〜１６₆の各出力どうしの
論理和演算を行い、その演算結果を出力している。つま
り、論理和回路１５は、６つの排他的論理和回路１６₁
〜１６₆の出力のうちの１つでもＨとなっている場合に
はＨを出力する。Ｄフリップフロップ回路１３は、クロ
ック信号生成回路１４により生成されたクロック信号が
変化したタイミングに入力されている論理和回路１５の
出力値を保持して電源電圧異常検出信号１０１として出
力している。

【００３８】図６に示された判定回路４３は、上記の構
成となっていることにより、電源電圧情報信号Ｒmax〜
Ｔminと、異常検出用信号Ｒmax*〜Ｔmin*の信号のうち
のいずれか１組でも異なっている場合には電源電圧異常
信号１０１を出力する。

【００３９】次に、本実施形態の電源電圧異常検出回路
４０により電源電圧の異常を検出する際の動作を図７を
参照して説明する。

【００４０】図７では、時刻ｔ₅においてＳ相が欠相し
ている場合を示している。時刻ｔ₁〜ｔ₅までの期間で
は、三相交流電源１に異常は発生していないため電源電
圧情報信号Ｒmax〜Ｔminと、異常検出用信号Ｒmax*〜Ｔ
min*は全て一致しており電源電圧異常信号１０１はＬの
ままとなっている。そして、時刻ｔ₅においてＳ相が欠
相する電源電圧異常が発生したため、電源電圧情報信号
群Ｒmax〜ＴminのうちのＲminとＳminが、異常検出用信
号Ｒmin*、Ｓmin*とは異なる信号となってしまう。この
ことにより、時刻ｔ₆において電源電圧異常信号１０１
はＨとなり、Ｓ相が欠相した電源電圧異常が検出される
こととなる。

【００４１】また、図７では３相のうちの１相のみが欠
相した場合を用いて説明したが、相順が逆相になった状
態の電源異常が発生した場合でも、電源電圧情報生成回
路４１により生成される電源電圧情報信号群Ｒmax〜Ｔm
inの信号パターンは、正常な場合の信号パターンとは異
なるものとなる。そして、本実施形態の電源電圧異常検
出回路４０では、電源電圧情報信号群Ｒmax〜Ｔminと、
異常検出用信号群Ｒmax*〜Ｔmin*の比較が一定時間間隔
で常時行われているので、相順が逆相になった場合の電
源異常でも欠相と同様にして検出することができる。

【００４２】従って、本実施形態の電源電圧異常検出回
路４０は、１つの相のみが欠相した電源電圧の状態や、
相順が逆相になった状態のどちらの状態の電源異常でも
検出することができる。

【００４３】さらに、本実施形態の電源電圧異常検出回
路では、ＰＷＭサイクロコンバータに電源電圧異常検出
回路４０を設けた場合を用いて説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、三相交流電源を用いる機
器であれば同様に本発明を適用することができるもので
ある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、１相の
み欠相した状態、相順が逆相となった状態のどちらの状
態の電源電圧異常でも検出することができるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の電源電圧異常検出回路４
０が設けられたＰＷＭサイクロコンバータの構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態の電源電圧異常検出回路４
０の構成を示すブロック図である。

【図３】図２中の電源電圧情報生成回路４１の構成を示
す回路図である。

【図４】電源電圧情報生成回路４１の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図５】電源電圧情報信号群Ｒmax〜Ｔminと異常検出用
信号群Ｒmax*〜Ｔmin*の関係を示すタイミングチャート
である。

【図６】図２中の判定回路の構成を示す回路図である。

【図７】電源異常が発生した場合の電源電圧情報信号群
Ｒmax〜Ｔminと異常検出用信号群Ｒmax*〜Ｔmin*の関係
を示すタイミングチャートである。

【図８】ＰＷＭサイクロコンバータの構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１三相交流電源２入力フィルタ３交流電動機１３Ｄフリップフロップ回路１４クロック信号生成回路１５論理和回路１６₁〜１６₆ 排他的論理和回路２２₁〜２２₆ 電流検出回路２８、２９ダイオード３０ホトカプラ３１抵抗３２反転回路３４抵抗３５、３６ダイオード３７ホトカプラ３８抵抗３９反転回路４０電源電圧異常検出回路４１電源電圧情報生成回路４２異常検出用信号生成回路４３判定回路５０入力電圧検出回路６０制御コントローラ７０ゲートドライバ８０双方向スイッチモジュール１０１電源電圧異常信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井佐田夫福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内 (72)発明者渡邊英司福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三相交流電源の電源電圧の異常を検出す
るための電源電圧異常検出回路であって、前記三相交流電源の各相の電圧値の大小関係に応じた情
報を検出し、該情報を電源電圧情報信号として出力して
いる電源電圧情報生成回路と、前記三相交流電源が正常である場合の各相の電圧値の大
小関係に基づく情報を予め保持しておき、該情報を前記
三相交流電源の出力電圧に同期させて異常検出用信号と
して出力している異常検出用信号生成回路と、前記電源電圧情報信号と前記異常検出用信号とを一定間
隔で比較し、これらの信号が異なっている場合には電源
電圧異常信号を出力する判定回路とを備えている電源電
圧異常検出回路。
【請求項２】前記判定回路が、前記異常検出用信号と前記電源電圧情報信号との間の排
他的論理和演算をそれぞれ行い、該演算結果を出力して
いる複数の排他的論理和回路と、前記複数の排他的論理和回路の各出力どうしの論理和演
算を行い、該演算結果を出力する論理和回路と、前記論理和回路の出力値を一定時間間隔で保持して前記
電源電圧異常検出信号として出力するフリップフロップ
回路とから構成されている請求項１記載の電源電圧異常
検出回路。
【請求項３】前記電源電圧情報信号により示される情
報が、各相の電圧のうちのどの相の電圧値が最も高いか
を示す情報と、各相の電圧のうちのどの相の電圧値が最
も低いかを示す情報である請求項１または２記載の電源
電圧異常検出回路。
【請求項４】三相交流電源の電源電圧の異常を検出す
るための電源電圧異常検出方法であって、前記三相交流電源が正常である場合の各相の電圧値の大
小関係に基づく情報を異常検出用情報として予め保持し
ておき、前記三相交流電源の各相の電圧値の大小関係に応じた情
報を電源電圧情報として検出し、前記電源電圧情報と、前記異常検出用信号のうちの当該
電源電圧情報が得られたタイミングに応じた異常検出用
情報とを一定間隔で比較し、これらの情報が異なってい
る場合には電源電圧異常が発生したと判定する電源電圧
異常検出方法。