JP3724523B2 - 突入電流防止用抵抗器の保護方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ入力形整流回路を有する電源装置の、電源投入時の突入電流防止用抵抗器の保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンデンサ入力形整流回路の電源装置は、図８に示すように、電源投入時の突入電流を防止するため、平滑コンデンサの手前に突入電流防止用抵抗器を設け、平滑コンデンサへの充電が完了した後に、リレー等で抵抗器を短絡するように構成されている。同図において、１は整流回路、２はリレー、３は電源投入時の突入電流を防止するための抵抗器、４は平滑コンデンサ、５は電源の投入、遮断を検出するための検出回路、６は例えば、マイクロコンピュータ等を用いた演算回路、７はリレードライブ回路である。また、１０は交流電源、１１は交流電源をオン、オフするコンタクターである。
コンタクター１１によって、交流電源１０を投入すると、平滑コンデンサ４を充電する電流は突入電流防止用抵抗器３を介して流れる。リレー２は平滑コンデンサの充電が完了した後に、前記抵抗器３を短絡し、電源装置の通常運転時は、抵抗器３に流れる電流によって、電圧降下あるいは電力損失が発生しないようにするため設けられている。
交流電源１０の投入時に、平滑コンデンサ４に充電されるエネルギー（Ｅ）は次の式で与えられる。
Ｅ＝（１／２）・ＣＶ² （１）
ここで、Ｃはコンデンサの容量［Ｆ］、Ｖは整流平滑された直流電源電圧［Ｖ］である。今、ある時間間隔ｔ［ｓｅｃ］にＮ回の投入遮断が行われたものとすると、この時の平均電力Ｐ［Ｗ］は（２）式で表すことができる。
Ｐ＝ＥＮ／ｔ （２）
この電力の大半は、突入電流防止用抵抗器３が消費することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、交流電源１０の投入遮断を煩繁に繰り返した場合は、（２）式で表わされる電力Ｐ［Ｗ］が突入電流防止用抵抗器３の許容電力を越え、焼損もしくは断線に至る場合がある。
ところが、突入電流防止用抵抗器３の電力容量（Ｗ）は、通常、電源投入時のみと言う限られた間だけの使用方法であるため、過負荷耐量は高いが、その電力容量は小さなものを適用することが多い。従って、頻繁に電源のオン・オフを繰り返した場合は、温度上昇が高くなり突入電流防止用抵抗器３が焼損もしくは断線すると言う問題があった。
そこで、本発明はコンデンサ入力形整流回路を有する電源装置の平滑コンデンサへの突入電流を制限する抵抗器の焼損あるいは断線を未然に防止することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と整流平滑直流電圧の値から電源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、前記エネルギーとある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を算出し、この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越えた場合は、警告表示をし、電源の投入ができないようにインターロックし、あるいは負荷側装置の駆動を停止するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。従来技術を説明する図８と同じ符号のものは説明を省略する。本実施例は電源投入遮断回数を演算回路６によって記憶し、（２）式によって得られる電力が、突入電流防止用抵抗器３の許容電力を越えた場合には、表示器８によって警告表示しようとするものである。なお、平滑直流電源の電圧は、予め交流電圧の値がわかっていれば、容易に計算できるので演算回路６に記憶しておけばよい。また、演算すべき時間間隔については突入電流防止用抵抗器３の過負荷耐量を求めておくことにより、設定することができる。なお、図１に示すリレー２はリレーに限定するものではなく、リレーのかわりにサイリスタ等の半導体スイッチあるいは電力が大きい場合はコンタクターを用いてもよい。本リレーの投入遮断のタイミングは、電源投入遮断検出回路５の信号を受けて、演算回路６によって制御する。
すなわち、電源投入遮断検出回路５は、電源を投入した場合はＬレベルの信号を出力し、遮断した場合はＨレベルの信号を出力する。電源投入時の電源投入遮断検出回路５のＬレベルの信号を受けて、演算回路６は、抵抗器３の抵抗値とコンデンサ４の容量の積で求まる時定数より十分長い時間後、リレードライブ回路７にリレー２の投入信号を与える。また、同時に電源投入回数を記憶する。さらに電源遮断のＨレベルの信号により、リレードライブ回路７にリレー２の遮断信号を与える。このように、演算回路６はリレードライブ回路への制御信号を与えるとともに、電源の投入遮断の回数を記憶し、（２）式に基づいて電力の演算をして、突入電流防止抵抗器３の許容電力を越えたならば表示器８によって警告を出す。
図２は電源装置の第２の実施例を示すもので、表示器８による警告表示のみならず、突入電流防止用抵抗器の許容電力を越える電源の投入遮断が行われた場合は、リレー９によって交流電源の供給ができなくなるような、回路構成としたものである。
以下に図２の動作を説明する。まず、交流電源１０がコンタクター１１のオンによって投入されたものとする。電源投入遮断検出回路５は、交流電源１０が投入されたことを検出すると、演算回路６はリレー９を投入するための信号をリレードライブ回路７に与える。そして、リレー９がオンする。リレー９がオンして、平滑コンデンサ４が充電された後に、演算回路６はリレー２をオンする信号を出力する。また、電源が遮断された場合は、リレー２およびリレー９を遮断する信号をリレードライブ回路７に与える。電源投入遮断の頻度が高く、（２）式であたえられる電力が突入電流防止抵抗器の許容電力を越えた場合、演算回路６は表示器８に警告表示を出力するとともに、リレー２、９を遮断する信号をリレードライブ回路７に与える。リレー９のかわりにコンタクタ１１を遮断してもよいが、コンタクタ１１が電源のそばにあり、ナイフスイッチのような手動操作をおこなうものである場合が多く、操作性のよいリレー９を用いるのが望ましい。
なお、図１および図２においては、単相交流電源の整流回路の場合を示したが、整流回路は単相交流電源用に限定されるものではない。三相交流電源、多相交流電源の場合でも、同様に構成することができる。
【０００６】
以下、本発明の第３の実施例を図３に基づいて説明する。同図において、１２は平滑コンデンサの端子電圧を測定するための電圧検出回路である。
コンタクター１１によって、交流電源１０を投入すると、平滑コンデンサ４を充電する電流は突入電流防止用抵抗器３を介して流れる。このとき、平滑コンデンサ４を充電する時定数は次式で与えられる。
Ｔ＝ＲＣ （３）
ここで、Ｒは突入電流防止用抵抗器３の抵抗値［Ω］、Ｃは平滑コンデンサの容量［Ｆ］である。従って、時定数Ｔと抵抗値Ｒの値が分かれば、Ｃの値が算出できる。一般的に、Ｒの値は平滑コンデンサの容量値よりも、そのバラツキが小さいので、設計値で代用するものとする。時定数Ｔは電源投入時の平滑コンデンサの端子電圧の過渡的変化量から求めることができる。すなわち、平滑直流電圧出力の無負荷における定常電圧をＶ［Ｖ］とすれば、平滑コンデンサの端子電圧が、約０．６３×Ｖ［Ｖ］に達するまでの時間を計測することによって、Ｔの値を求めることができる。Ｖは電圧検出回路１２で検出する。
交流電源１０の投入時に、コンデンサに充電されるエネルギーＥは図４の手順によって算定することができる。
以下、図４にしたがってエネルギーＥの算定手順を説明する。
電源投入遮断検出回路５と演算回路６で交流電源１０が投入されたか否かを監視する（ステップ１）。つぎに、電圧検出回路１２の値を演算回路６が読み込み、平滑コンデンサの端子電圧を測定する（ステップ２）。平滑コンデンサの端子電圧が０．６３Ｖ［Ｖ］となったか否かを演算回路６で判定する（ステップ３）。そしてこの電圧になるまでの時間を演算回路６で算出する（ステップ４）。つぎに演算回路６ではステップ４で求めた時間から時定数Ｔを求め平滑コンデンサ容量Ｃを算出する（ステップ５）。その後演算回路６でエネルギーＥを算出する（ステップ６）。
図５は電源装置の第４の実施例を示すもので、表示器８による警告表示のみならず、突入電流防止用抵抗器３の許容電力を越える電源の投入遮断が行われた場合は、リレー９によって交流電源の供給ができなくなるような、回路構成としたものである。
以下に図５の動作を説明する。先ず、交流電源１０がコンタクター１１のオンによって投入されたものとする。電源投入遮断検出回路５は、交流電源が投入されたことを検出すると、演算回路６に信号を出力する。演算回路６はリレー９を投入するための信号をリレードライブ回路７に与える。そして、リレー９がオンする。リレー９がオンすると、平滑コンデンサ４が充電されるが、この時、同時に上述のステップ１〜５の手順で平滑コンデンサ４の容量を求め、充電エネルギーを算定する。その後、平滑コンデンサ４の充電時定数よりも十分長い時間経過後に、演算回路６はリレー２をオンする信号を出力する。また、電源が遮断された場合は、リレー２およびリレー９を遮断する信号をリレードライブ回路７に与える。電源投入遮断頻度が高く、（１）式で与えられる電力が突入電流防止抵抗器の許容電力を越えた場合、演算回路６は表示器８に警告表示を出力するとともに、リレー２、９を遮断する信号をリレードライブ回路７に与える。
次に第５、第６の実施例を図６および図７に示す。図６、７ではリレードライブ回路７にリレードライブ信号のみならず負荷側装置の駆動停止信号等の制御信号を送出するＩ／Ｏポート機能を含んだものとなっている。負荷側装置１３は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータあるいはモータを駆動するインバータ回路である。また、負荷側装置１３には交流電源をオフした場合に、平滑コンデンサの充電電荷を放電するための回路等も含まれる。
第５、第６の実施例では、負荷側は特に限定していない（受動負荷、能動負荷、その他の装置を含む）。負荷側の駆動を制御できる場合は、平滑直流電圧出力を無負荷状態とすることによって、２回目に交流電源を投入する場合は、平滑コンデンサにはまだ充電電荷が残留しているので、突入電流は小さな値となる。従って、繰り返しの電源投入遮断により平均電力が突入電流防止用抵抗器３の許容電力を越えた場合は、負荷側装置の駆動を停止することによって、次に電源を投入した場合の突入電流によるエネルギーを軽減でき、突入電流防止用抵抗器の負荷も軽減することが可能である。負荷側装置を駆動停止することによって、単に警告表示のみをする場合に比較し、異常に気付き易いと言う利点がある。なお、負荷側装置１３への駆動停止信号は演算回路６からの指令により、リレードライブ回路７を経由して与えられる。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、頻繁に電源のオン・オフを繰り返した場合にも突入電流防止用抵抗器の焼損あるいは断線を防止することができるので、抵抗器の焼損による電源装置の致命的な事故、例えば、火災等の発生を防止することができる。
また、たとえば焼損事故には至らず断線ですんだ場合でも、次に電源を投入した場合には、抵抗器による突入電流の防止ができないために、平滑用コンデンサを充電する時に突入電流防止用抵抗器短絡用リレー２を通して過大な電流が流れ、整流用ダイオードの破壊、リレー２の溶着等の二次破壊が発生する可能性があるが、本発明はこれらの二次破壊による危険性を防止することもできる。
さらに、本発明においては平滑コンデンサの端子電圧を検出することにより、入力交流電源電圧の変動、コンデンサ容量のバラツキなどの影響を受けないので、コンデンサの充電エネルギーを正確に求めることができ、突入電流防止用抵抗器の設計上のマージンを最適に選定することができる。また、１００Ｖ系、２００Ｖ系の交流電源に共用する際の電源装置の場合は、演算定数の設定ミス等によるトラブルを回避することができるので、より信頼性の高い電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施例を説明する図
【図２】 第２の実施例を説明する図
【図３】 第３の実施例を説明する図
【図４】 エネルギー算出手順の説明図
【図５】 第４の実施例を説明する図
【図６】 第５の実施例を説明する図
【図７】 第６の実施例を説明する図
【図８】 従来例を説明する図
【符号の説明】
１ 整流回路 ５ 電源投入遮断検出回路 １０ 交流電源
２、９ リレー ６ 演算回路 １１ コンタクター
３ 突入電流防止用抵抗器 ７ リレードライブ回路 １２ 電圧検出回路
４ 平滑コンデンサ ８ 表示器 １３ 負荷側装置

Claims (3)

1. コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と、整流平滑直流電圧の値から電源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、前記エネルギーとある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を算出し、この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越えた場合は、警告表示をすることを特徴とする突入電流防止用抵抗器の保護方法。
2. コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と、整流平滑直流電圧の値から電源突入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、前記エネルギーとある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を算出し、この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越えた場合は、電源の投入ができないようにインターロックすることを特徴とする突入電流防止用抵抗器の保護方法。
3. コンデンサ入力形整流回路の平滑コンデンサの容量と整流平滑直流電圧の値から電源投入時の平滑コンデンサに充電されるエネルギーを算出し、前記算出エネルギーとある定められた時間に行われた電源の投入遮断の回数とから平均電力を算出し、この平均電力が電源投入時の突入電流を防止する抵抗器の許容電力を越えた場合は、負荷側装置の駆動を停止することを特徴とする突入電流防止用抵抗器の保護方法。

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