JPH11332257A - Power supply apparatus - Google Patents

Power supply apparatus

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JPH11332257A
JPH11332257A JP10153960A JP15396098A JPH11332257A JP H11332257 A JPH11332257 A JP H11332257A JP 10153960 A JP10153960 A JP 10153960A JP 15396098 A JP15396098 A JP 15396098A JP H11332257 A JPH11332257 A JP H11332257A
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JP
Japan
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current
circuit
power supply
power
contactor
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Application number
JP10153960A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Kono
新一 河野
Hideki Kagami
秀樹 加々美
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Publication of JPH11332257A publication Critical patent/JPH11332257A/en
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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To assure safety by preventing increase of damages caused by a short-circuited power element. SOLUTION: A converter 1 uses transistors 11a to 16a, diodes 11b to 16b, and a filter capacitor 17 (capacitor C). An auxiliary charging circuit is provided in parallel with a contactor CT. A relay RL is operated by a control circuit 10, thereby starting auxiliary charging. At the normal time, an attenuating pulse current is supplied to the capacitor 17 via a current limit resistor R1 and the other. For example, if a short circuit exists in a power element 12a, a current continuously flows between phases as indicated by a group of arrows. The current at the time of the auxiliary charging is detected by a current detector 31 and a current detecting circuit 30. Presence or absence of the short circuit in the element is decided by a deciding circuit 20 and a controller 10 from a current change, and only at the normal time, the contactor CT is closed. At the time of detecting a fault, an alarm is output, and the contactor CT is not closed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電力用半導体素子
(トランジスタ、ダイオード、FET、サイリスタ等)
に代表されるパワー素子を用いた電力供給装置における
パワー素子の短絡検出のための技術に関し、更に詳しく
言えば、電源に直接的に接続されたパワー素子を有する
コンバータ、3相/単相整流回路等の電力供給装置にお
いて、本運転の開始に先だってパワー素子の短絡を検出
し、周辺回路素子の防護を図るための技術に関する。
The present invention relates to a power semiconductor device (transistor, diode, FET, thyristor, etc.).
More specifically, the present invention relates to a technique for detecting a short circuit of a power element in a power supply device using a power element, and more specifically, a converter having a power element directly connected to a power supply, a three-phase / single-phase rectifier circuit. The present invention relates to a technology for detecting a short circuit of a power element and protecting peripheral circuit elements prior to the start of a main operation in a power supply device such as the one described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばコンバータ、3相/単相整流回路
等のように、負荷に対して電力を供給する装置(本明細
書では、「電力供給装置」と呼ぶ)においては、トラン
ジスタ、ダイオード、サイリスタ、FET等の電力用半
導体からなるパワー素子が、入力部に設けられたコンタ
クタ等のスイッチ手段を挟んで電源に直接的に接続され
る形で使用されている。なお、本明細書で言う「直接
的」とは、後述する予備充電回路で用いられるような実
質的に電流を制限する回路要素が電源とパワー素子の間
に存在しないことを意味している。
2. Description of the Related Art In a device for supplying power to a load (hereinafter, referred to as a "power supply device") such as a converter, a three-phase / single-phase rectifier circuit, etc., a transistor, a diode, 2. Description of the Related Art A power element made of a power semiconductor such as a thyristor or an FET is used in a form directly connected to a power supply with a switch unit such as a contactor provided in an input unit interposed therebetween. It should be noted that “direct” in this specification means that there is no circuit element that substantially limits the current as used in the pre-charging circuit described later, between the power supply and the power element.

【0003】電力供給装置で使用されるパワー素子に、
長期使用等の要因による短絡障害が発生すると、そのパ
ワー素子を通って電源が短絡され、入力部に過大な電流
が流れることになる。
[0003] Power elements used in power supply devices include:
When a short-circuit fault occurs due to factors such as long-term use, the power supply is short-circuited through the power element, and an excessive current flows to the input section.

【0004】これを防止するために、入力部に流れる電
流を監視し、過電流が検出されたならばコンタクタ(接
点装置)をオフにして装置の運転を非常停止させ、アラ
ーム表示を行なわせる回路が付設されていた。
In order to prevent this, a circuit for monitoring the current flowing to the input section and, when an overcurrent is detected, turning off the contactor (contact device) to stop the operation of the device and display an alarm Was attached.

【0005】この手法を適用した場合、一旦電源がオフ
となった後は、非常停止の原因に関する情報は消失して
おり、再度の電源投入が可能な状態となっている。その
ため、オペレータは非常停止の原因が良く判らないまま
電源再投入を行なってしまうという可能性がある。
When this method is applied, once the power is turned off, the information regarding the cause of the emergency stop has been lost, and the power can be turned on again. Therefore, there is a possibility that the operator may turn on the power again without knowing the cause of the emergency stop.

【0006】ところで、コンバータ、3相/単相整流回
路等の電力供給装置においては、電源投入時の突入電流
によりパワー素子が破壊されるのを防ぐために、予備充
電回路が設けられているのが通例である。予備充電回路
が直流部に設けられている装置の場合、非常停止の原因
を除去しないまま電源の再投入がなされると、相間に再
び過電流が流れる。この過電流は直ちに検出され、再度
非常停止がかかり、アラームが再表示される。
Incidentally, in a power supply device such as a converter, a three-phase / single-phase rectifier circuit or the like, a pre-charging circuit is provided to prevent a power element from being destroyed by an inrush current when the power is turned on. It is customary. In the case of a device in which the precharge circuit is provided in the DC section, if the power is turned on again without removing the cause of the emergency stop, an overcurrent flows again between the phases. This overcurrent is immediately detected, an emergency stop is applied again, and the alarm is displayed again.

【0007】このような、短絡→過電流検出→非常停止
(アラーム)→電源再投入→短絡→・・・というサイク
ルは、非常停止(アラーム)の原因を解消しない限り何
度でも繰り返される可能性がある。前記サイクルを繰り
返していると、やがてパワー素子の障害が更に重くな
り、短絡を起したパワー素子から周辺要素に被害が拡大
し、パワー素子の破裂やコンタクタの溶着、パワー素子
ドライブ回路の破損等の事態に至るおそれがある。
Such a cycle of short circuit → over current detection → emergency stop (alarm) → power supply → short circuit →... May be repeated as long as the cause of the emergency stop (alarm) is not eliminated. There is. When the above cycle is repeated, the failure of the power element eventually becomes more severe, the damage from the short-circuited power element to peripheral elements spreads, and rupture of the power element, welding of the contactor, breakage of the power element drive circuit, etc. It could lead to a situation.

【0008】一方、予備充源回路がパワー素子に関して
並列に接続されている装置の場合には、非常停止の原因
を除去しないまま電源の再投入がなされても、予備充電
が完了してコンタクタがオンされるまでは、パワー素子
への電流供給は抵抗を通る経路でなされるので、過電流
が流れず、従って過電流の検出も行なわれない。
On the other hand, in the case of a device in which the pre-charging circuit is connected in parallel with respect to the power element, even if the power is turned on again without removing the cause of the emergency stop, the pre-charging is completed and the contactor is operated. Until the power element is turned on, the current is supplied to the power element through a path passing through the resistor, so that no overcurrent flows and, therefore, no overcurrent is detected.

【0009】しかし、予備充電が完了後にコンタクタが
オンされると相間に過電流が流れるようになる。この過
電流は検出され、再度非常停止がかかり、アラームが再
表示される。即ち、短絡→過電流検出→非常停止(アラ
ーム)→電源再投入→予備充電→短絡→・・・という経
過を辿る。
However, when the contactor is turned on after the completion of the pre-charging, an overcurrent flows between the phases. This overcurrent is detected, an emergency stop is applied again, and the alarm is displayed again. That is, the sequence of short circuit → overcurrent detection → emergency stop (alarm) → power supply again → preliminary charge → short circuit →.

【0010】従って、この場合でも、アラームの原因と
なる障害を取り除かない限り、電源投入が繰り返されて
過電流が何度も流れてしまうことになり易い。その結
果、短絡を起したパワー素子から周辺要素に被害が拡大
し、パワー素子の破裂やコンタクタの溶着、パワー素子
ドライブ回路の破損等の事態を招くおそれがある。ま
た、そのような事態に至ることは保安上も好ましくな
い。
Therefore, even in this case, unless the fault causing the alarm is removed, the power is repeatedly turned on and the overcurrent is likely to flow many times. As a result, damage is spread from the short-circuited power element to peripheral elements, which may cause rupture of the power element, welding of the contactor, damage to the power element drive circuit, and the like. Moreover, such a situation is not preferable in terms of security.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電源
に直接的に接続されたパワー素子を有するコンバータ、
3相/単相整流回路等の電力供給装置において、パワー
素子に短絡が生じても上述したような経緯で被害が拡大
することがないようにすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a converter having a power element directly connected to a power supply,
In a power supply device such as a three-phase / single-phase rectifier circuit, even if a short-circuit occurs in a power element, the damage is not increased in the above-described manner.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、開閉可能なス
イッチ手段を設けた入力部を通して電源に直接的に接続
される少なくとも一つのパワー素子を有するとともに、
容量を随伴した電力供給装置に適用される。
According to the present invention, there is provided at least one power element directly connected to a power supply through an input unit provided with switchable means.
Applied to power supply devices with accompanying capacity.

【0013】本発明の特徴に従えば、電力供給装置に随
伴した容量を予備充電するための予備充電回路がスイッ
チ手段と並列に設けられ、そのスイッチ手段を開成した
状態において予備充電回路を通して制限された電流が供
給され、その際の電流を検出した結果に基づいてパワー
素子中に短絡が発生しているかが判定される。
According to a feature of the present invention, a pre-charging circuit for pre-charging the capacity associated with the power supply device is provided in parallel with the switch means, and is limited through the pre-charge circuit when the switch means is opened. The supplied current is supplied, and it is determined whether a short circuit has occurred in the power element based on a result of detecting the current at that time.

【0014】典型的な実施形態においては、正常/異常
(短絡の有無)の判定は、予備充電開始後の所定時間経
過時点に予備充電電流が正常に減衰しているか否かを判
断して行なわれる。そして、判定の結果が短絡発生を肯
定するものである場合にはアラームメッセージが出力さ
れる。また、判定の結果が短絡発生を否定するものであ
る場合には、スイッチ手段が自動的に閉成される。
In a typical embodiment, the determination of normal / abnormal (presence or absence of a short circuit) is performed by determining whether or not the pre-charge current is normally attenuated at a predetermined time after the start of the pre-charge. It is. If the result of the determination is affirmative of the occurrence of a short circuit, an alarm message is output. If the result of the determination is that the occurrence of a short circuit is denied, the switch means is automatically closed.

【0015】なお、パワー素子の例としてはトランジス
タ、ダイオード、FET、サイリスタ等がある。また、
電力供給装置に随伴した容量は、予備充電対象と出来る
容量であれば良く、必ずしも電力供給装置自身の内部に
積極的に組み込まれた容量素子でない場合もあり得る。
例えば、電力供給装置自身が持つ潜在容量、電力供給装
置の出力側に接続される負荷の持つ容量が予備充電対象
とされても良い。
[0015] Examples of the power element include a transistor, a diode, an FET, and a thyristor. Also,
The capacity that accompanies the power supply device only needs to be a capacity that can be precharged, and may not necessarily be a capacitive element that is necessarily positively incorporated inside the power supply device itself.
For example, the potential capacity of the power supply device itself and the capacity of the load connected to the output side of the power supply device may be set as precharge targets.

【0016】本発明によれば、パワー素子を配した回路
に制限された予備充電電流を流す機械を利用して電流異
常の有無を検知し、それに基づいてパワー素子の短絡の
存在を本運転に先だって検出することが出来る。そのた
め、パワー素子の短絡に気付かずに大電流を何度も流し
て他のパワー素子等に被害を及ぼす事態が避けられる。
According to the present invention, the presence or absence of a current abnormality is detected by using a machine that supplies a limited pre-charging current to a circuit in which a power element is provided, and the presence of a short circuit in the power element is determined in the main operation based on the current abnormality. It can be detected ahead of time. For this reason, it is possible to avoid a situation in which a large current is caused to flow many times without noticing the short circuit of the power element and damage to other power elements or the like.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、回生機能を有するコンバ
ータに本発明を適用した回路構成の概要を記したもので
ある。同図を参照すると、3相交流を直流に変換するコ
ンバータは符号1で示した部分の回路で構成されてい
る。コンバータを構成する回路は通常のもので、パワー
素子として、トランジスタ(パワートランジスタ)11
a〜16aとダイオード(パワーダイオードト)11b
〜16bが6個づつ使用されている。また、出力側には
電力供給装置(ここではコンバータ)に随伴した容量を
構成するコンデンサ(平滑コンデンサ)17が設けられ
ている。
FIG. 1 shows an outline of a circuit configuration in which the present invention is applied to a converter having a regenerative function. Referring to FIG. 1, a converter for converting a three-phase alternating current to a direct current includes a circuit indicated by reference numeral 1. The circuit constituting the converter is a normal circuit, and a transistor (power transistor) 11 is used as a power element.
a to 16a and a diode (power diode) 11b
.About.16b are used six by six. On the output side, a capacitor (smoothing capacitor) 17 constituting a capacity associated with a power supply device (here, a converter) is provided.

【0018】コンバータ1の入力部には、コンタクタC
Tに加えて予備充電回路と電流検出部31が設けられて
いる。コンタクタCTは、コンバータ1に対する本運転
のための電流供給をオン/オフするためのスイッチ手段
であり、その開閉動作は制御回路10によって制御され
る。一方、予備充電回路は、コンタクタCTと並列に設
けられており、リレーRLと電流制限抵抗R1〜R3を
備えている。
The input section of the converter 1 has a contactor C
In addition to T, a pre-charge circuit and a current detection unit 31 are provided. The contactor CT is a switch means for turning on / off the current supply to the converter 1 for the main operation, and the opening and closing operation thereof is controlled by the control circuit 10. On the other hand, the preliminary charging circuit is provided in parallel with the contactor CT, and includes a relay RL and current limiting resistors R1 to R3.

【0019】リレーRLは、予備充電回路への3相交流
入力をオン/オフするためのスイッチ手段であり、その
開閉動作はコンタクタCTと同じく制御回路10によっ
て制御される。電流検出部31は電流検出回路30に接
続されており、電流計の原理に基づき、コンバータ1の
入力部に流れる電流を検出する。
The relay RL is switch means for turning on / off the three-phase AC input to the pre-charging circuit, and its opening / closing operation is controlled by the control circuit 10 like the contactor CT. The current detection unit 31 is connected to the current detection circuit 30 and detects a current flowing to the input unit of the converter 1 based on the principle of an ammeter.

【0020】コンタクタCT及びリレーRLの動作を制
御する制御回路10は、判定回路20を介して電流検出
回路30に接続されている。判定回路20は、電流検出
回路30の出力に基づいて、コンバータ1の入力部に流
れる電流の正常/異常を判定する。次の動作の説明の中
で詳しく述べるように、正常/異常の判定は予備充電時
と本運転時に行なわれるが、両者の判定基準は異なって
いる。
A control circuit 10 for controlling the operation of the contactor CT and the relay RL is connected to a current detection circuit 30 via a judgment circuit 20. Determination circuit 20 determines whether the current flowing through the input unit of converter 1 is normal or abnormal based on the output of current detection circuit 30. As will be described in detail in the following description of the operation, the normal / abnormal judgment is made at the time of pre-charging and at the time of main operation, but the judgment criteria are different.

【0021】制御回路10は、予備充電時の判定結果が
「正常」であればコンタクタCTを閉成するが、「異
常」であれば制御装置10に付設されたディスプレイD
Pにアラームメッセージを出力し、アラーム表示を行な
わせる。コンタクタCTの閉成は行なわない。
The control circuit 10 closes the contactor CT if the judgment result at the time of preliminary charging is "normal", but if the judgment result is "abnormal", the display D attached to the control device 10 is closed.
An alarm message is output to P and an alarm is displayed. The contactor CT is not closed.

【0022】一方、コンタクタCT閉成後の本運転時に
「異常」の判定結果が出力された場合も、制御装置10
に付設されたディスプレイDPにアラームメッセージを
出力して、アラーム表示を行なわせ、コンタクタCTを
開成して運転を非常停止する。このような動作を行なう
ために、制御回路10は、CPU、メモリ、入出力装置
等を備えている。制御回路10及び判定回路20の関連
構成並びに処理の概要については後述する。
On the other hand, when the result of the judgment of "abnormal" is output during the actual operation after the contactor CT is closed, the control device 10
An alarm message is output to a display DP attached to the terminal to display an alarm, and the contactor CT is opened to stop the operation in an emergency. In order to perform such an operation, the control circuit 10 includes a CPU, a memory, an input / output device, and the like. The related configuration of the control circuit 10 and the determination circuit 20 and the outline of the processing will be described later.

【0023】以上、図1に示した実施形態の構成及び各
部の機能に関する概要を述べたので、次に、全体として
の動作を順を追って説明する。説明の便宜上、初期状態
として、未予備充電の運転停止状態(コンタクタCT、
リレーRLいずれも開成、コンデンサ17は未予備充
電)を想定する。 (1)先ず、マニュアル指令入力等により、リレーRL
を動作させ、予備充電回路を3相交流電源(R、S、
T)に接続する。すると、予備充電回路を通してコンデ
ンサ17の充電が開始される。予備充電時の電流経路と
電流値の推移は、パワー素子11a〜16a、11b〜
16bのいずれにも短絡が生じていない正常時と、それ
らパワー素子11a〜16a、11b〜16bのいずれ
かに短絡が生じている異常時とで異なって来る。
The outline of the configuration of the embodiment shown in FIG. 1 and the function of each unit has been described above. Next, the overall operation will be described step by step. For convenience of explanation, as an initial state, a non-precharged operation stop state (contactor CT,
It is assumed that all the relays RL are opened and the capacitor 17 is not preliminarily charged. (1) First, the relay RL is input by manual command input or the like.
Is operated, and the preliminary charging circuit is connected to the three-phase AC power supply (R, S,
T). Then, charging of the capacitor 17 is started through the preliminary charging circuit. The transition of the current path and the current value at the time of pre-charging is determined by the power elements 11a to 16a, 11b to
16b is different from a normal state in which a short circuit has not occurred in any of the power elements 11a to 16a and an abnormal state in which a short circuit has occurred in any of the power elements 11b to 16b.

【0024】[正常時の電流経路と電流値の推移];3
相交流のR相、S相、T相の電圧(瞬時電圧)の関係に
よって変化する。一例として図2に、R相が最も高い電
圧、S相が最も低い電圧となる位相における予備充電電
流経路を記した。矢印群で示されているように、予備充
電電流は、電流制限抵抗(R1〜R3の内の少なくとも
一つ)と、電流検出部31を必ず通るように流れる。電
流値は、3相交流の位相に応じて脈動しつつ、コンデナ
17の充電の進行に伴いピーク値が抑えられる。図3に
は、正常時について、予備充電開始以降の電流値の一般
的な推移がグラフで示されている。
[Normal Current Path and Transition of Current Value]; 3
It changes according to the relationship between the R-phase, S-phase, and T-phase voltages (instantaneous voltages) of the phase alternating current. As an example, FIG. 2 shows a precharge current path in a phase where the R phase has the highest voltage and the S phase has the lowest voltage. As indicated by the arrows, the precharge current flows so as to always pass through the current limiting resistor (at least one of R1 to R3) and the current detection unit 31. The current value pulsates according to the phase of the three-phase alternating current, and the peak value is suppressed as the charging of the condenser 17 progresses. FIG. 3 is a graph showing a general transition of the current value after the start of the preliminary charging in the normal state.

【0025】グラフの横軸は時間t(予備充電開始時
点;t=0)、縦軸は電流値iを表わしている。但し、
電流値iは、R相、S相、T相の各瞬時電流値の内、絶
対値最大のものの値(絶対値)を指すものとする。本グ
ラフに示したように、電流値iは、コンデンサ17の容
量Cと電流制限抵抗の値R(R1〜R3共通とする)で
決まる時定数2CRで減衰する包絡線ABを持つように
推移する。包絡線ABのt=0における値(最大値)
は、21/2 Vs /2Rとなる。ここで、Vs は3相交流
の電圧振幅である。このようにピーク値が定まった時定
数を以て順調に減衰して行くような脈動電流が流れるこ
とが正常時の特徴である。
The horizontal axis of the graph represents time t (start of preliminary charging; t = 0), and the vertical axis represents current value i. However,
The current value i indicates the value (absolute value) of the maximum absolute value among the instantaneous current values of the R phase, S phase, and T phase. As shown in this graph, the current value i changes so as to have an envelope AB that attenuates with a time constant 2CR determined by the capacitance C of the capacitor 17 and the value R of the current limiting resistor (common to R1 to R3). . Value at envelope t = 0 (maximum value)
Is 2 1/2 Vs / 2R. Here, Vs is the voltage amplitude of the three-phase alternating current. It is a feature of the normal state that a pulsating current flows such that the peak value is smoothly attenuated with the determined time constant.

【0026】[異常時の電流経路と電流値の推移];こ
れに対して、パワー素子11a〜16a、11b〜16
bのいずれかに短絡している異常時には、短絡個所に応
じて電流経路が変わってしまう。一例として図4に、ト
ランジスタ12aに短絡が生じた場合について、R相が
最も高い電圧、S相が最も低い電圧となる位相における
電流経路を記した。
[Transition of current path and current value at the time of abnormality]; power elements 11a to 16a and 11b to 16
In the case of an abnormality short-circuited to one of the points b, the current path changes depending on the short-circuit location. As an example, FIG. 4 illustrates a current path in a phase where the R-phase has the highest voltage and the S-phase has the lowest voltage when a short circuit occurs in the transistor 12a.

【0027】矢印群で示されているように、予備充電の
ために供給された電流は、トランジスタ12aが短絡し
ているために、コンデンサ17の充電に寄与することな
く、異なる相間(図4の状態ではR相からS相へ)で流
れてしまう。但し、異常時であっても電流は、電流制限
抵抗(R1〜R3の内の少なくとも一つ)と、電流検出
部31を必ず通ることに注意する必要がある。即ち、電
流制限抵抗により、異常時でも他の正常なパワー素子
(ここではダイオード14b)に過大な電流が流れて被
害が拡がることが回避される。また、電流検出部31を
通ることで異常電流の検知が可能となる。
As indicated by the arrows, the current supplied for pre-charging does not contribute to the charging of the capacitor 17 due to the short-circuit of the transistor 12a, and therefore does not contribute to the charging of the capacitor 17 (FIG. 4). In the state, it flows in R phase to S phase). However, it should be noted that even when abnormal, the current always passes through the current limiting resistor (at least one of R1 to R3) and the current detection unit 31. In other words, the current limiting resistor prevents an excessive current from flowing to another normal power element (the diode 14b in this case) even when an abnormality occurs, thereby preventing the damage from spreading. In addition, detection of an abnormal current is enabled by passing through the current detection unit 31.

【0028】電流値は、正常時と同じく3相交流の位相
に応じて脈動するが、コンデナ17の充電はわずかしか
進行せず、殆どが相間に流れる電流のため、複雑な波形
を単位として脈動を繰り返す推移を示すことになる。図
5には、異常時について、予備充電開始以降の電流値の
一般的な推移が図3と同様の描示形式のグラフで示され
ている。
Although the current value pulsates in accordance with the phase of the three-phase alternating current as in the normal state, the charging of the condenser 17 proceeds only slightly, and most of the current flows between the phases. Will be shown. FIG. 5 is a graph showing a general transition of the current value after the start of the pre-charging in the same drawing format as that of FIG.

【0029】図3のグラフと同じく、横軸は時間t(予
備充電開始時点;t=0)、縦軸は電流値iを表わして
いる。但し、電流値iは、R相、S相、T相の各瞬時電
流値の内、絶対値最大のものの値(絶対値)を指すもの
とする。図中、曲線ABは正常時のグラフ(図3)にお
ける包絡線ABと同じもので、t=0で最大値21/2Vs
/2Rをとり、時定数2CRで減衰する減衰曲線を表
わしている。
As in the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents time t (start of preliminary charging; t = 0), and the vertical axis represents current value i. However, the current value i indicates the value (absolute value) of the maximum absolute value among the instantaneous current values of the R phase, S phase, and T phase. In the figure, the curve AB is the same as the envelope AB in the normal graph (FIG. 3), and the maximum value 2 1/2 Vs at t = 0.
/ 2R represents an attenuation curve that attenuates with a time constant of 2CR.

【0030】異常時にはコンデンサ17の充電がわずか
しか進行せずに短絡したパワー素子(図4の例ではトラ
ンジスタ12a)を通して相間に電流が流れるために、
電流値の推移は3相交流の位相でほぼ決まる。その結
果、本グラフに示したように、ほぼ一定の電流ピーク値
(絶対値)ip を持つピークp1、p2、p3・・・が
繰り返し現れることになる。ピーク値(絶対値)ip
は、パワー素子(図4の例ではトランジスタ12a)の
短絡のため、一般に減衰曲線ABの最大値21/2 Vs /
2Rより大きくなる。また、わずかながらコンデンサ1
7の充電も進行するため、ピーク間の推移波形に減衰が
生じる。
In the event of an abnormality, current flows between the phases through the short-circuited power element (the transistor 12a in the example of FIG. 4) because the charging of the capacitor 17 proceeds only slightly.
The transition of the current value is substantially determined by the phase of the three-phase alternating current. As a result, as shown in this graph, peaks p1, p2, p3,... Having a substantially constant current peak value (absolute value) ip repeatedly appear. Peak value (absolute value) ip
Is generally 2 1/2 Vs / maximum value of the attenuation curve AB due to a short circuit of the power element (the transistor 12a in the example of FIG. 4).
It becomes larger than 2R. In addition, capacitor 1
7 also progresses, so that the transition waveform between the peaks is attenuated.

【0031】(2)上述したように、パワー素子の短絡
の有無に応じて予備充電中に異なる電流推移が生起され
る現象を利用して、種々の手法によりパワー素子の短絡
の有無を判定することが出来る。ここでは2つの例を説
明する。 [例1]図1に示した構成における制御回路10と判定
回路20を併せたものを図6に示したように、AD変換
器41とマイクロコンピュータ42を用いた構成とす
る。電流検出回路30からの電流データ(アナログデー
タ)は、所定周期で電流データをサンプリングしてAD
変換した上でマイクロコンピュータ42に渡される。マ
イクロコンピュータ42は、CPU、メモリ、入出力装
置を備えた通常構成のもので良く、図7のフローチャー
トに記した処理を実行するためのソフトウェアが装備さ
れている。
(2) As described above, the presence / absence of a short circuit in a power element is determined by various methods, utilizing the phenomenon that different current transitions occur during precharge depending on the presence / absence of a short circuit in a power element. I can do it. Here, two examples will be described. [Example 1] A combination of the control circuit 10 and the determination circuit 20 in the configuration shown in FIG. 1 has a configuration using an AD converter 41 and a microcomputer 42 as shown in FIG. The current data (analog data) from the current detection circuit 30 is obtained by sampling the current data at a predetermined cycle and performing AD sampling.
After being converted, it is passed to the microcomputer 42. The microcomputer 42 may have a normal configuration including a CPU, a memory, and an input / output device, and is equipped with software for executing the processing described in the flowchart of FIG.

【0032】各ステップの処理の要点は次の通りであ
る。なお、予め次のパラメータがマイクロコンピュータ
に設定される。
The main points of the processing in each step are as follows. The following parameters are set in the microcomputer in advance.

【0033】tq ;予備充電における電流値(電流推
移)について正常/異常の判定を実行するタイミングを
定めるパラメータ。このtq は、図3に例示したよう
に、正常時の電流推移の包絡線ABが後述する判定レベ
ルIavを下回るに要する時間より十分大きく、また、3
相交流の周期よりも大きく(例;数倍程度)設定され
る。
Tq: a parameter that determines the timing at which the normal / abnormal judgment is performed on the current value (current transition) in the pre-charging. As shown in FIG. 3, this time tq is sufficiently larger than the time required for the envelope AB of the normal current transition to fall below the judgment level Iav, which will be described later.
The period is set to be larger than the period of the phase exchange (eg, about several times).

【0034】Tav;移動平均算出処理の時定数で、異常
時(図5)の電流推移の脈動周期(3相交流の周期)と
同程度に設定される。 ts ;移動平均算出処理の開始タイミングを定めるパラ
メータ。このts は、図3、図5に例示したように、t
q より十分小さく、且つ、Tavよりは大きく設定され
る。 Iav;電流値の移動平均に基づいて、予備充電における
電流値(電流推移)正常/異常の判定を行なうための判
定レベル。図3、図5に例示したように、正常時の電流
推移の包絡線ABの最大値21/2 Vs /2Rを十分下回
るように設定される。但し、設定値が小さ過ぎるとtq
を大きく設定する必要が生じることに注意する必要があ
る。図3、図5の例示では、最大値21/2 Vs /2Rの
1/2(=21/2 Vs /4R)程度とされている。
Tav: a time constant of the moving average calculation processing, which is set to be substantially the same as the pulsation cycle (cycle of three-phase alternating current) of the current transition at the time of abnormality (FIG. 5). ts: a parameter that determines the start timing of the moving average calculation process. This ts is, as exemplified in FIG. 3 and FIG.
It is set to be sufficiently smaller than q and larger than Tav. Iav: a determination level for determining whether the current value (current transition) is normal / abnormal in the preliminary charging based on the moving average of the current value. As illustrated in FIG. 3 and FIG. 5, it is set so as to be sufficiently lower than the maximum value 2 1/2 Vs / 2R of the envelope AB of the current transition in the normal state. However, if the set value is too small, tq
Need to be set large. In the examples of FIGS. 3 and 5, the maximum value is about 1/2 of the maximum value 2 1/2 Vs / 2R (= 21/2 Vs / 4R).

【0035】ステップS1;リレーRLを動作させて予
備充電を開始する。これにより、上述した経路と時間推
移で電流が流れ始める。 ステップS2;マイクロコンピュータ内部のタイマをス
タートさせる(t=0)。 ステップS3;タイマ計数値がts −Tavに到達するの
を待って、ステップS4へ進む。
Step S1: The relay RL is operated to start preliminary charging. As a result, a current starts to flow along the above-described path and time transition. Step S2: Start a timer inside the microcomputer (t = 0). Step S3: Wait until the timer count value reaches ts-Tav, and then proceed to step S4.

【0036】ステップS4;移動平均算出処理のための
電流データ(ディジタル値)のサンプリングを開始す
る。サンプリング周期は、AD変換のサンプリング周期
と同じまたは正整数倍とする。 ステップS5;タイマ計数値がts に到達するのを待っ
て、ステップS6へ進む。
Step S4: Sampling of current data (digital value) for the moving average calculation process is started. The sampling cycle is the same as the sampling cycle of AD conversion or a multiple of a positive integer. Step S5: Wait until the timer count value reaches ts, and then proceed to step S6.

【0037】ステップS6;時定数Tavで移動平均算出
処理を開始する。移動平均算出処理の結果を表わす出力
の推移は、図3、図5に例示したように、正常時と異常
時で全く異なる。図3、図5において、移動平均算出処
理の出力推移は破線h1〜h2及びf1〜f5で描かれ
ている。 ステップS7;タイマ計数値がtq に到達するのを待っ
て、ステップS8へ進む。
Step S6: The moving average calculation process is started with the time constant Tav. The transition of the output indicating the result of the moving average calculation processing is completely different between the normal state and the abnormal state, as illustrated in FIGS. 3 and 5, the output transition of the moving average calculation process is depicted by broken lines h1 to h2 and f1 to f5. Step S7: Wait until the timer count value reaches tq and proceed to step S8.

【0038】ステップS8;時点tq における移動平均
値Iq を判定基準Iavと比較する。図3のグラフ中に点
Q1で例示したように、パワー素子11a〜16a、1
1b〜16bがすべて正常(短絡なし)であれば、時点
tq における移動平均値Iq1は判定基準Iavよりも十分
小さい値となっている。
Step S8: The moving average value Iq at the time point tq is compared with the criterion Iav. As exemplified by the point Q1 in the graph of FIG. 3, the power elements 11a to 16a, 1
If all of 1b to 16b are normal (no short circuit), the moving average value Iq1 at the time point tq is a value sufficiently smaller than the criterion Iav.

【0039】これに対して、図5のグラフ中に点Q2で
例示したように、パワー素子11a〜16a、11b〜
16bのいずれかに短絡が生じていれば、時点tq にお
ける移動平均値Iq2は判定基準Iavよりも十分大きく値
となっている。そこで、移動平均値Iq がIavを上回っ
ていれば「異常」と判定しステップS9へ進み、上回っ
ていなければ「正常」と判定してステップS11へ進
む。
On the other hand, as exemplified by the point Q2 in the graph of FIG. 5, the power elements 11a to 16a and 11b to
If a short circuit occurs in any of 16b, the moving average value Iq2 at the time point tq is sufficiently larger than the criterion Iav. Therefore, if the moving average value Iq is greater than Iav, it is determined to be "abnormal" and the process proceeds to step S9. If not, it is determined to be "normal" and the process proceeds to step S11.

【0040】ステップS9;アラームメッセージを出力
し、付設されたディスプレイあるいはブザー、警報ラン
プ等を用いてオペレータに放置する。 ステップS10;リレーRLを開成して予備充電を停止
し、処理を終了する。当然、コンタクタCTは開いたま
まであり、短絡したパワー素子(図4の例では12a)
及び他のパワー素子(図4の例では14b)を通して大
電流が流れてしまうことは無い。
Step S9: An alarm message is output and left to the operator using an attached display, buzzer, alarm lamp or the like. Step S10: The relay RL is opened to stop the pre-charging, and the process ends. Naturally, the contactor CT remains open and the short-circuited power element (12a in the example of FIG. 4)
Also, a large current does not flow through another power element (14b in the example of FIG. 4).

【0041】ステップS11;コンタクタCTを閉成
し、本運転を開始して処理を終了する。この際、コンタ
クタCTの閉成前にリレーRLは開成することが好まし
い。なお、図示は省略したが本運転開始後には、新たな
短絡の発生を監視するために、本運転中の電流が電流検
出部31、電流検出回路30で検出され、デジタル変換
器41を介してマイクロコンピュータに取り込まれる。
電流値は瞬時値で監視され、本運転中の基準値I0 と比
較される。本運転中の基準値I0 は、例えば正常時に想
定される供給電流の最大瞬時値の数割増し程度に設定さ
れる。本運転開始後の短絡発生監視は周知の技術である
から、詳しい説明は省略する。
Step S11: The contactor CT is closed, the main operation is started, and the processing is ended. At this time, it is preferable that the relay RL be opened before the contactor CT is closed. Although not shown, after the start of the main operation, in order to monitor the occurrence of a new short circuit, the current during the main operation is detected by the current detection unit 31 and the current detection circuit 30, and the current is detected via the digital converter 41. Captured by microcomputer.
The current value is monitored as an instantaneous value and compared with the reference value I0 during the actual operation. The reference value I0 during the actual operation is set to, for example, about several percent of the maximum instantaneous value of the supply current assumed in normal operation. Since the monitoring of the occurrence of a short circuit after the start of this operation is a well-known technique, a detailed description thereof will be omitted.

【0042】[例2]図1に示した構成における制御回
路10と判定回路20を併せたものを図8に示したブロ
ック構成を含むものとする。電流検出回路30からの電
流データ(アナログデータ)は、フィルタ51で平均化
され、演算増幅器52の+端子に入力される。演算増幅
器52の−端子には定電圧Vccを調整抵抗R10、R2
0で分割した基準電圧V0 が入力される。なお、調整抵
抗R10、R20の一方あるいは両方を可変抵抗として
も良い。
[Example 2] A combination of the control circuit 10 and the judgment circuit 20 in the configuration shown in FIG. 1 includes the block configuration shown in FIG. The current data (analog data) from the current detection circuit 30 is averaged by the filter 51 and input to the + terminal of the operational amplifier 52. The constant terminal Vcc is connected to the negative terminal of the operational amplifier 52 by adjusting resistors R10 and R2.
A reference voltage V0 divided by 0 is input. Note that one or both of the adjustment resistors R10 and R20 may be a variable resistor.

【0043】アンド回路53の一方の端子には、タイマ
スタート計数値がtq に達した時に“1(ハイ)”を表
わす信号が入力される。タイマスタートは、リレーRL
の動作時(予備充電開始時)と同期するように制御され
る。また、アンド回路53の他方の端子には、演算増幅
器52の出力(“0;ロー状態”または“1;ハイ状
態”)が入力される。 図9のタイムチャートに示した
ように、先ずリレーRLが閉成され予備充電が開始され
る一方、これと同期してタイマ(制御回路10に内蔵)
がスタートされる(t=0)。タイマには、例1と同様
の趣旨で時間tqが設定されている。時間tq が経過ま
ではタイマ出力は“0(ロー状態)”であるが、時間t
q が経過するとタイマ出力が“1(ハイ状態)”とな
り、アンド回路53の上記一方の端子に“1(ハイ状
態)”が入力される。
A signal representing "1 (high)" is input to one terminal of the AND circuit 53 when the count value of the timer start reaches tq. Timer start is relay RL
Is controlled so as to synchronize with the operation of (i.e., the start of preliminary charging). The output (“0; low state” or “1; high state”) of the operational amplifier 52 is input to the other terminal of the AND circuit 53. As shown in the time chart of FIG. 9, first, the relay RL is closed to start the pre-charging, and in synchronization with this, the timer (built-in the control circuit 10)
Is started (t = 0). Time tq is set in the timer for the same purpose as in Example 1. Until the time tq elapses, the timer output is "0 (low state)".
When q elapses, the timer output becomes “1 (high state)”, and “1 (high state)” is input to the one terminal of the AND circuit 53.

【0044】従って、時間tq が経過するまではアンド
回路53から“1(ハイ状態)”が出力されることはな
い。時間tq の経過後は、アンド回路53の上記他方の
端子に演算増幅器52から“1(ハイ状態)”が出力さ
れた場合に限り、アンド回路53の出力が“1(ハイ状
態)”となる。
Therefore, "1 (high state)" is not output from the AND circuit 53 until the time tq has elapsed. After the elapse of the time tq, the output of the AND circuit 53 becomes "1 (high state)" only when "1 (high state)" is output from the operational amplifier 52 to the other terminal of the AND circuit 53. .

【0045】そこで、フィルタ51の時定数を予備充電
の時定数2CR程度とする一方、基準電圧V0 を、いず
れかのパワー素子11a〜16a、11b〜16bが短
絡した場合のフィルタ出力に対応する値(例えば、図
3、図5における判定基準Iavに対応する値)とする。
これにより、いずれかのパワー素子11a〜16a、1
1b〜16bが短絡した場合には、時間tq 経過後にア
ンド回路53の出力は“1(ハイ状態)”となる。これ
に対してすべてのパワー素子11a〜16a、11b〜
16bが正常であれば、時間tq 経過後にもアンド回路
53の出力は“0(ロー状態)”のままである。
Therefore, while the time constant of the filter 51 is set to about 2CR, the reference voltage V0 is set to a value corresponding to the filter output when any one of the power elements 11a to 16a and 11b to 16b is short-circuited. (For example, a value corresponding to the criterion Iav in FIGS. 3 and 5).
Thereby, any of the power elements 11a to 16a, 1
When 1b to 16b are short-circuited, the output of the AND circuit 53 becomes "1 (high state)" after the elapse of the time tq. On the other hand, all the power elements 11a to 16a, 11b to
If 16b is normal, the output of the AND circuit 53 remains "0 (low state)" even after the time tq has elapsed.

【0046】従って、時間tq 経過時点から適当に設定
された待ち時間Twaitの経過するまでにアンド回路53
の出力が“0(ロー状態)”のままであれば、すべての
パワー素子11a〜16a、11b〜16bは正常と判
断し、コンタクタCTを閉成して本運転を開始する。な
お、コンタクタCTの閉成前にリレーRLは開成するこ
とが好ましい。
Therefore, the AND circuit 53 is not used until the elapse of the appropriately set waiting time Twait from the elapse of the time tq.
Is kept "0" (low state), all the power elements 11a to 16a and 11b to 16b are determined to be normal, and the contactor CT is closed to start the main operation. It is preferable that the relay RL be opened before the contactor CT is closed.

【0047】一方、待ち時間Twaitの経過するまでにア
ンド回路53の出力が“1(ハイ状態)”となったなら
ば、いずれかのパワー素子が短絡が生じたと判断し、リ
レRLを開成して予備充電を停止する(コンタクタCT
を閉成せず)。
On the other hand, if the output of the AND circuit 53 becomes "1 (high state)" before the elapse of the waiting time Twait, it is determined that a short circuit has occurred in any of the power elements, and the relay RL is opened. To stop pre-charging (contactor CT
Without closing).

【0048】以上、パワー素子としてトランジスタ及び
ダイオードを有し、予備充電対象として平滑コンデンサ
を有するコンバータに本発明を適用した実施形態につい
て説明したが、一般に、パワー素子を備え、自身あるい
は出力側に容量を持つ電力供給装置であれば本発明は適
用可能である。パワー素子は、FET、サイリスタ等、
上記実施形態で使用されている素子を異なる種類のもの
であって良い。
As described above, the embodiment in which the present invention is applied to a converter having a transistor and a diode as a power element and having a smoothing capacitor as a precharge target has been described. The present invention can be applied to any power supply device having Power element, FET, thyristor, etc.
The elements used in the above embodiments may be of different types.

【0049】また、予備充電対象とされる容量について
は、上記実施形態のように積極的に組み込まれた容量素
子でない場合もあり得る。例えば、電力供給装置自身が
持つ潜在容量、電力供給装置の出力側に接続される負荷
の持つ容量も、本発明に言う容量になり得る。これら容
量手段が、「電力供給装置に随伴した容量」を与える。
The capacity to be precharged may not be a positively incorporated capacity element as in the above embodiment. For example, the potential capacity of the power supply device itself and the capacity of the load connected to the output side of the power supply device can also be the capacity according to the present invention. These capacity means provide “capacity associated with the power supply device”.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、電源に直接的に接続さ
れたパワー素子を有するコンバータ、3相/単相整流回
路等の電力供給装置において、パワー素子の短絡発生後
にオペレータが誤って装置を起動しても、予備充電段階
で異常が検出されるから、大電流が再度流れて回路に使
用されている他のパワー素子等に被害が拡大することが
なくなり、また、保安対策上も有利となる。
According to the present invention, in a power supply apparatus such as a converter having a power element directly connected to a power supply, a three-phase / single-phase rectifier circuit, etc., an operator erroneously operates the apparatus after a short circuit occurs in the power element. Even if the power is turned on, an abnormality is detected in the pre-charging stage, so that a large current does not flow again and damage to other power elements used in the circuit does not spread, and it is also advantageous for security measures Becomes

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】回生機能を有するコンバータに本発明を適用し
た回路構成の概要を記したものである。
FIG. 1 schematically shows a circuit configuration in which the present invention is applied to a converter having a regenerative function.

【図2】正常時に予備充電を行なった場合の電流経路を
例示した図である。
FIG. 2 is a diagram exemplifying a current path when pre-charging is performed in a normal state.

【図3】正常時について、予備充電開始以降の電流値の
一般的な推移を表わしたグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a general transition of a current value after a start of preliminary charging in a normal state.

【図4】異常時に予備充電を行なった場合の電流経路を
例示した図である。
FIG. 4 is a diagram exemplifying a current path when pre-charging is performed at the time of abnormality.

【図5】異常時について、予備充電開始以降の電流値の
一般的な推移を表わしたグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a general transition of a current value after the start of pre-charging in an abnormal state.

【図6】実施形態において、予備充電時に流れる電流の
正常/異常の判定のために用いられる構成の一例につい
て説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration used for determining whether the current flowing at the time of preliminary charging is normal / abnormal in the embodiment.

【図7】図6に記した構成を用いて予備充電時に行なわ
れる正常/異常の判定のための処理の概要を説明するフ
ローチャートである。
7 is a flowchart illustrating an outline of a process for normal / abnormal determination performed during pre-charging using the configuration illustrated in FIG. 6;

【図8】実施形態において、予備充電時に流れる電流の
正常/異常の判定のために用いられる構成の別の一例に
ついて説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of a configuration used for determining whether the current flowing at the time of preliminary charging is normal or abnormal in the embodiment.

【図9】図8に記した構成を用いて予備充電時に行なわ
れる正常/異常の判定に関連したタイムチャートであ
る。
FIG. 9 is a time chart related to normal / abnormal determination performed at the time of preliminary charging using the configuration shown in FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コンバータ 10 制御回路 11a〜16a トランジスタ 11b〜16b ダイオード 17 コンデンサ 20 判定回路 30 電流検出回路 31 電流検出部 41 AD変換器 42 マイクロコンピュータ 51 フィルタ 52 演算増幅器 53 AND回路 CT コンタクタ RL リレー R1、R2、R3 電流制限抵抗 R10、R20 分割抵抗 Reference Signs List 1 converter 10 control circuit 11a to 16a transistor 11b to 16b diode 17 capacitor 20 determination circuit 30 current detection circuit 31 current detection unit 41 AD converter 42 microcomputer 51 filter 52 operational amplifier 53 AND circuit CT contactor RL relay R1, R2, R3 Current limiting resistor R10, R20 Split resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H02M 7/219 H02M 7/219 7/48 7/48 M ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H02M 7/219 H02M 7/219 7/48 7/48 M

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 開閉可能なスイッチ手段を設けた入力部
を通して電源に接続される少なくとも一つのパワー素子
を有し、容量を随伴した電力供給装置であって、 前記容量を予備充電するための予備充電回路が前記スイ
ッチ手段と並列に設けられ、前記スイッチ手段を開成し
た状態において前記予備充電回路を通して予備充電電流
を供給し、 前記予備充電電流を検出し、前記検出の結果に基づいて
前記少なくとも一つのパワー素子の中に短絡が発生して
いるかを判定するようにした、前記電力供給装置。
1. A power supply device having at least one power element connected to a power supply through an input unit provided with an openable and closable switch means, the power supply device having a capacity, and a spare for precharging the capacity. A charging circuit is provided in parallel with the switch means, supplies a pre-charge current through the pre-charge circuit in a state in which the switch means is opened, detects the pre-charge current, and detects the at least one The power supply device, wherein it is determined whether a short circuit has occurred in one of the power elements.
【請求項2】 前記判定が、前記予備充電開始後の所定
時間経過時点に前記予備充電電流が正常に減衰している
か否かを判断して行なわれる、請求項1に記載された電
力供給装置。
2. The power supply device according to claim 1, wherein the determination is made by determining whether or not the pre-charge current is normally attenuated at a predetermined time after the start of the pre-charge. .
【請求項3】 前記判定の結果が短絡発生を肯定するも
のである場合にはアラームメッセージを出力するように
した、請求項1または請求項2に記載された電力供給装
置。
3. The power supply device according to claim 1, wherein an alarm message is output when the result of the determination is affirmative of occurrence of a short circuit.
【請求項4】 前記判定の結果が短絡発生を否定するも
のである場合には、前記スイッチ手段を自動的に閉成す
るようにした、請求項1または請求項2に記載された電
力供給装置。
4. The power supply device according to claim 1, wherein the switch means is automatically closed when the result of the determination is that the occurrence of a short circuit is denied. .
【請求項5】 前記判定の結果が短絡発生を肯定するも
のである場合にはアラームメッセージを出力する一方、
前記判定の結果が短絡発生を否定するものである場合に
は、前記スイッチ手段を自動的に閉成するようにした、
請求項1または請求項2に記載された電力供給装置。
5. An alarm message is output when the result of the determination is affirmative of occurrence of a short circuit,
If the result of the determination is to deny the occurrence of a short circuit, the switch means was automatically closed,
The power supply device according to claim 1.
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