JP2010268587A - 三相電源の結線判定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判定できる三相電源の結線判定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の三相電源の結線判定装置は、三相交流電源2のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第1の波形整形回路3と、前記S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第2の波形整形回路4と、前記第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻と前記第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記R、S、T端子への三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相の少なくとも一つを判断するマイコン5とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の三相電源の結線判定装置は、三相交流電源2のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第1の波形整形回路3と、前記S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第2の波形整形回路4と、前記第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻と前記第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記R、S、T端子への三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相の少なくとも一つを判断するマイコン5とを備える。
【選択図】 図1
Description
この発明は、三相電源の結線判定装置に関する。
従来より、三相電源を用いた空調機などにおいて電源を誤判定してしまった場合にコンプレッサモータを含むシステムに多大な影響を与えてしまうという問題があった。このような問題点を解決する従来技術として、三相電源の結線状態を判定する技術が提案されている。例えば特許文献1記載の従来技術では、三相電源のRS相間とST相間の位相差から逆相を検知するようにしている。
また、特許文献2及び3の従来技術では、三相電源のRS相間とST相間の波形をフォトカプラを利用して電圧を検出して欠相を判定するようにしている。また、特許文献4の従来技術では、三相電源の位相信号の立ち上がり又は立下りをゼロクロスタイミングで検出して三相電源の逆相又は欠相を判定するようにしている。
しかしながら、特許文献1の従来技術では、逆相を判定することはできるが、欠相を判定することができないという問題がある。また、特許文献2及び3の従来技術では、欠相を判定することができるが、逆相を判定することができないという問題がある。また、特許文献4の従来技術では、R相、S相及びT相の位相信号を検出する必要があるため、検出を行うマイコンにおいて3つの端子が必要であった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判定できる三相電源の結線判定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の三相電源の結線判定装置は、予め定められたR、T、S端子に接続される三相交流電源のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第1の波形整形回路と、前記S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第2の波形整形回路と、前記第2の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻と前記第1の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記R、S、T端子への三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相の少なくとも一つを判断する制御部とを備える。
本発明によれば、制御部は第1の波形整形回路と第2の波形整形回路で整形された二つの信号のみを監視することで足りるため、マイコンの入力端子を多く占有することはない。又、時間差の範囲を予め定めておくことにより、三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相の全てを判定することができる。
また、上記発明において、前記三相交流電源は、前記R、S、T端子を介して三相交流電動機へ接続されていることを特徴とする。
また、上記発明において、前記三相交流電源は、前記R、S、T端子及びインバータ装置によりその周波数もしくはその通電タイミングが変換されて電動機へ供給されることを特徴とする。
本発明によれば、多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判定できる三相電源の結線判定装置を提供することができる。
以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明の三相電源の結線判定装置は例えば業務用の空調機等に適用される。
図1は、本発明の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステム1の概略図である。三相交流電源2は、R相、S相及びT相の三相交流を三相交流電動機7に供給する。この三相交流電動機2は、例えばコンプレッサ用モータとして利用される。又、本発明の三相電源の結線判定装置は、第1の波形整形回路3と、第2の波形整形回路4と、制御部としてのマイコン5とにより構成される。
第1の波形整形回路3は、三相交流電源2のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する。第2の波形整形回路4は、S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する。
マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差t=t2−t1が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じてR、S、T端子への三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判断する。
図2は、本発明の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの構成図である。三相交流電源2は、R相、S相及びT相はそれぞれ配線r,s,tによって三相交流電動機の電源端子15のR端子、S端子及びT端子に対応させて結線されている。三相交流電源2から三相交流電動機7に対して相回転方向をR,S,T相の正相方向とした電流を供給して、三相交流電動機7を正回転させる。
また、マイコン5には、サーミスタ8、スイッチ9、警告用LED10が接続されている。サーミスタ8は対象の温度を検出するためのものである。スイッチ9は、キーマトリックス状のスイッチであり、様々な設定をマイコン5に対して入力することができる。マイコン5は、スイッチ9により設定された温度とサーミスタ8により検知された温度との比較によって各部の制御を行う。又、マイコン5の出力側には、スイッチング部6を駆動するリレー61が接続されている。マイコン5は、抵抗12、13を介して接続されたトランジスタ11に制御信号を出力してリレー61を制御して、電動機7の作動−停止制御を行う。
また、第1の波形成形回路3は、フォトカプラ30、抵抗33、34、コンデンサ35によって構成されている。この第1の波形整形回路3は、三相交流電源2のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する。フォトカプラ30は、三相交流電源のR相及びS相に接続されている。このフォトカプラ30は、フォトダイオード31とフォトトランジスタ32によって構成されている。フォトダイオード31は、RS相間に設けられている。フォトダイオード31のアノード及びカソードは、配線r及び配線sにそれぞれ接続されている。
フォトトランジスタ32は、NPN型であって、フォトダイオード31と結合し、フォトダイオード31に所定のしきい値以上の順方向電圧が与えられるとオンする。フォトトランジスタ32のエミッタは抵抗33を介して接地され、コレクタは正電位が印加されている。フォトトランジスタ32がオン、オフするのに対応してそれぞれ高電位及び低電位を得る。フォトトランジスタ32の出力はマイコン5に入力される。
また、第2の波形成形回路4は、フォトカプラ40、抵抗43、44、コンデンサ45によって構成されている。第2の波形整形回路4は、S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する。また、フォトカプラ40は三相交流電源のS相及びT相に接続されている。このフォトカプラ40はフォトダイオード41とフォトトランジスタ42によって構成されている。
フォトダイオード41はST相間に設けられている。フォトダイオード41のアノード及びカソードは配線s及び配線tにそれぞれ接続されている。フォトトランジスタ42はNPN型であって、フォトダイオード41と結合し、フォトダイオード41に所定のしきい値以上の順方向電圧が与えられるとオンする。フォトトランジスタ42のエミッタは抵抗43を介して接地され、コレクタは正電位が印加されている。フォトトランジスタ42がオン、オフするのに対応してそれぞれ高電位及び低電位を得る。フォトトランジスタ42の出力はマイコン5に入力される。
第1の波形整形回路3で整形された波形と、第2の波形整形回路4で整形された波形は、三相交流波形の120°の位相関係と同様に、120°の位相差を有する。
マイコン5は第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差t=t2−t1が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じてR、S、T端子への三相交流電源2の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判断する。時間差tは表1に示すようにマイコン5のメモリ内に予め格納されている。
図3は、三相交流電源の結線状態が正相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図3には、RS相間の電圧波形ERS、RS相間のゼロクロス入力波形VRS、ST相間の電圧によって得られるST相間のゼロクロス入力波形VSTをそれぞれ示している。マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2(2)と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1(1)との時間差tを測定する。
また、図3に示すように、波形の1周期のパターンは、入力波形VRSと入力波形VSTがそれぞれ(1)〜(5)までのLH、LL、HL、HHの4パターンとなる。マイコン5は波形の1周期のパターンを利用して結線状態を判定してもよい。
図4は、三相交流電源の結線状態が逆相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図4には、RS相間の電圧波形ERS、RS相間のゼロクロス入力波形VRS、ST相間のゼロクロス入力波形VSTをそれぞれ示している。マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2(4)と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1(1)との時間差tを測定する。尚、波形の1周期のパターンは、入力波形VRSと入力波形VSTがそれぞれ(1)〜(5)までのLL、LH、HH、HLの4パターンとなる。マイコン5はこれを判定基準とすることもできる。
図5は、三相交流電源の結線状態がR相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図5には、RS相間のゼロクロス入力波形VRS、ST相間のゼロクロス入力波形VSTをそれぞれ示している。マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2(4)と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1(1)との時間差tを測定する。波形の1周期のパターンは、入力波形VRSと入力波形VSTがそれぞれ(1)〜(5)までのLL、HL、HH、HLの4パターンとなる。
図6は、三相交流電源の結線状態がS相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図6には、RS相間のゼロクロス入力波形VRS、ST相間のゼロクロス入力波形VSTをそれぞれ示している。マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2(4)と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1(1)との時間差tを測定する。波形の1周期のパターンは、入力波形VRSと入力波形VSTがそれぞれ(1)〜(5)までのLL、HL、HH、HLの4パターンとなる。
図7は、三相交流電源の結線状態がT相の欠相時のゼロクロス入力波形を示す図である。図7には、RS相間のゼロクロス入力波形VRS、ST相間のゼロクロス入力波形VSTを示している。マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2(3)と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1(1)との時間差tを測定する。波形の1周期のパターンは、入力波形VRSと入力波形VSTがそれぞれ(1)〜(5)までのLH、HH、HL、HHの4パターンとなる。
図8は、三相交流電源の接続状態を判断するマイコンの処理フローチャートである。ステップS11において、マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差tが3.0〜7.5ms±α(αはマイコンの制御上の調整に用いる値であり、0以上の数値を用いることができる。)の場合、ステップS12において、カウンタの値をアップして三相交流電源2の結線状態が正相であると判定し、ステップS13において例えばカウンタの値Nが16場合に、すなわち16回繰り返して正常であると判定して処理を終了する。
次に、ステップS14において、マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差tが7.5〜10.0msの場合、ステップS15において、カウンタの値をアップして三相交流電源2の結線状態がR相欠相であると判定し、ステップS16においてカウンタの値Nが16の場合にステップS17において警告用LED10を点灯させてR相欠相の異常を表示させる。
次に、ステップS18において、マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差tが10.0〜12.5msの場合、ステップS19において、カウンタの値をアップして三相交流電源2の結線状態がT相欠相であると判定し、ステップS20においてカウンタの値Nが16の場合にステップS21において警告用LED10を点灯させてT相欠相の異常を表示させる。
次に、ステップS22において、マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差tが12.5〜15.0msの場合、ステップS23において、カウンタの値をアップして三相交流電源2の結線状態がT相欠相であると判定し、ステップS24においてカウンタの値Nが16の場合にステップS25において警告用LED10を点灯させて逆相の異常を表示する。
次に、ステップS26において、マイコン5は、第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差tが18.0〜22.0msの場合、ステップS27において、カウンタの値をアップして三相交流電源2の結線状態がS相欠相であると判定し、ステップS28においてカウンタの値Nが16の場合にステップS29において警告用LED10を点灯させてS相欠相の異常を表示する。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図9は、本発明の他の実施形態に係る三相電源の結線判定装置を採用したシステムの構成図である。三相交流電源2は、R、S、T端子及びインバータ装置70によりその周波数もしくはその通電タイミングが変換されて電動機7へ供給される。
インバータ装置70は、整流回路71、電圧ドロップ用のダイオード72、コンデンサ73、6個の電力用のスイッチング素子74〜79、スイッチング素子74〜79を制御するインバータ駆動部80を備える。
フォトカプラを構成するフォトダイオード51とフォトトランジスタ52、抵抗53、54、コンデンサ55によって図1の第1の波形整形回路3が構成されている。この第1の波形整形回路3は、三相交流電源2のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する。また、フォトカプラを構成するフォトダイオード61とフォトトランジスタ62、抵抗63、64、コンデンサ65によって図1の第2の波形整形回路4が構成されている。第2の波形整形回路4は、S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する。
マイコン90は第2の波形整形回路4から出力される方形波の立下り時刻t2と第1の波形整形回路3から出力される方形波の立下り時刻t1との時間差t=t2−t1が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じてR、S、T端子への三相交流電源2の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判断し、それぞれの判断結果に応じてインバータ駆動部80を制御する。
上記各実施形態によれば、多くのマイコンの端子を必要とすることなく、三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相を判定できる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
1,50 システム
2 三相交流電源
3 第1の波形整形回路
4 第2の波形整形回路
5 マイコン
7 三相交流電動機
8 サーミスタ
9 スイッチ
10 警告用LED
70 インバータ装置
2 三相交流電源
3 第1の波形整形回路
4 第2の波形整形回路
5 マイコン
7 三相交流電動機
8 サーミスタ
9 スイッチ
10 警告用LED
70 インバータ装置
Claims (3)
- 予め定められたR、T、S端子に接続される三相交流電源のR−S端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第1の波形整形回路と、
前記S−T端子間の電圧波形をゼロクロス付近に立上り/立下りを有する周期的な方形波に変換する第2の波形整形回路と、
前記第2の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻と前記第1の波形整形回路から出力される方形波の立下り時刻との時間差が予め定めた時間の範囲内にある際に、夫々の時間に応じて前記R、S、T端子への三相交流電源の逆相接続、R端子の欠相、S端子の欠相及びT端子の欠相の少なくとも一つを判断する制御部と、を備えることを特徴とする三相電源の結線判定装置。 - 前記三相交流電源は、前記R、S、T端子を介して三相交流電動機へ接続されていることを特徴とする請求項1に記載の三相電源の結線判定装置。
- 前記三相交流電源は、前記R、S、T端子及びインバータ装置によりその周波数もしくはその通電タイミングが変換されて電動機へ供給されることを特徴とする請求項1に記載の三相電源の結線判定装置。
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