JPH0128477B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は定電流調整装置など定電流形の交流
電源装置により、それぞれ絶縁変圧器を介して複
数のランプを点灯する直列点灯回路において、断
芯ランプに接続された絶縁変圧器の磁気飽和によ
る出力電圧の電圧時間面積から断芯ランプの数量
を検出する直列点灯回路の断芯検出装置に関す
る。

一般に、空港の滑走路には、滑走路灯、接地帯
灯、末端灯、進入灯、進入角指示灯などの多種多
数の標識灯が使用されている。空港ではこれらの
標識灯を常時点灯しておくこと、および標識灯を
一定の明るさに保つことが、空港に発着する航空
機の安全性などの点から、欠くことのできない条
件となつている。このため、空港における標識灯
の電源装置には厳格な定電流特性を持ため、かつ
同種の標識灯群を直列接続して同種の標識灯が一
定の明るさで点灯するようにしている。

従来の空港標識灯装置は、例えば第１図に示す
ように、交流電源１に接続されたサイリスタ形定
電流調整装置（以下、サイリスタ形CCRと呼
ぶ。）２および滑走路照明用の直列点灯回路３か
ら構成されている。

上記サイリスタ形CCR２は、交流電源１に平
滑リアクトル４、サイリスタ５ａおよび５ｂを逆
並列接続したサイリスタ回路５を直列に介して１
次側が接続された出力変圧器６、この出力変圧器
６の出力電流を検出する電流検出器７、前記出力
変圧器６の１次側電圧を検出する電圧検出器８、
この電圧検出器８の検出電圧ｖおよび前記の電流
検出器７の検出電流ｉを入力し直列点灯回路３の
断芯を検出する断芯検出装置９、この断芯検出装
置９から出力される警報信号Ａを入力すると警報
を発する警報装置１０、後述する差動増幅器１２
の基準値を設定する設定信号C_Sを出力する電流設
定器１１、この電流設定器１１から出力される設
定信号C_Sおよび電流検出器７の検出電流ｉを入力
して両者を比較し増幅信号G₀を出力する差動増
幅器１２、この差動増幅器１２の増幅信号G₀を
入力し、サイリスタ回路５のサイリスタ５ａ，５
ｂへゲート信号G₁，G₂を与えるパルス移相器１
３より構成されている。

前記断芯検出装置９は、第２図に示すように構
成されている。第２図において、Ｄ１，Ｄ２は整
流器、Ｒは抵抗、Ｃはコンデンサ、Trはトラン
ジスタである。

また、第１図の直列点灯回路３は、複数の絶縁
変圧器１４Ａ−１，１４Ａ−２，１４Ａ−ｎ，１
４Ｂ−１，１４Ｂ−２，…，１４Ｂ−ｎおよび複
数のランプ１５Ａ−１，１５Ａ−２，…，１５Ａ
−ｎ，１５Ｂ−１，１５Ｂ−２，…，１５Ｂ−ｎ
より構成され、上記絶縁変圧器１４Ａ−１〜１４
Ａ−ｎおよび１４Ｂ−１〜１４Ｂ−ｎの１次側は
出力変圧器６の２次側に直列に接続され、各２次
側には上記ランプ１５Ａ−１〜１５Ａ−ｎおよび
１５Ｂ−１〜１５Ｂ−ｎがそれぞれ接続されてい
る。

このような構成において、直列点灯回路３に一
定電流を供給する場合は、第１図に示す出力変圧
器６の出力電流を電流検出器７で検出し、その検
出電流ｉと電流設定器１１からの設定信号C_Sによ
り選定された基準値とを差動増幅器１２で比較し
かつ増幅して信号G₀を作り、これをパルス移相
器１３に与え、サイリスタ５ａ，５ｂのゲート信
号G₁，G₂を作り、サイリスタ出力電圧を制御し
てCCR２の出力電流を一定に保ち、直列点灯回
路３のランプの輝度を一定にしている。

この場合、断芯検出装置９は第２図に示すよう
に、電圧検出器８からの電圧信号ｖと電流検出器
７からの電流信号ｉを入力し、整流器D₁，D₂で
整流したのち波形面積の差分ｅを取出し、抵抗Ｒ
とコンデンサＣで平滑した電圧値でトランジスタ
Trを動作させ、警報信号Ａを出力する。警報装
置１０は警報信号Ａによりブザーやランプで警報
表示を行なう。

例えば、断芯ランプがない場合には、断芯検出
装置９に与えられる電圧信号ｖと電流信号ｉは第
３図ａ及びｂに示す波形v₁，i₁となり、これらの
差分ｅは第３図ｃに示す波形e₁となる。この波形
e₁は第３図ｃのように小さく、この波形e₁を平滑
した電圧値はトランジスタTrを動作させるのに
十分な値ではないため、警報信号Ａは出力されな
い。

一方、ある個数のランプが断芯すると、電圧信
号ｖと電流信号ｉは第３図ｄ及びｅに示す波形
v₂，i₂となる。この波形v₂の立ち上がりは大き
く、波形i₂の立ち上がりは小さい。従つて、これ
らの差分ｅの波形は第３図ｆに示すe₂となり、こ
れを平滑した電圧値はトランジスタTrを動作さ
せ、警報信号Ａが出力される。

このようにしてランプの断芯検査を行なつてい
るが、電圧信号ｖや電流信号ｉは、アナログ信号
特有のノイズ等の外乱により、その波形が大きく
変形することがある。このため、実際にはランプ
が断芯していないにもかかわらず、波形面積の差
分ｅを平滑した電圧値がトランジスタTrを動作
させ得る値になり、警報信号Ａを出力することが
ある。このような誤検出を避けるためには、トラ
ンジスタTrを動作させる電圧値を大きく設定し
なければならず、高感度の検出は不可能となる。
その検出感度は定格負荷量10％程度が限度であ
り、５％の検出は望み得ない。このため滑走路照
明の不備による危険を招く恐れがあり、さらにラ
ンプの断芯で二次側が開放となつた絶縁変圧器が
長期間放置されて、高圧パルスによるレヤシヨー
トや温度上昇による焼損を招く恐れがある。ま
た、警報機能以外に実際に断芯しているランプの
個数を表示するためには、新たな回路を増設する
必要がある。

さらに、ランプの断芯が検出できた場合でも直
列点灯回路３のランプが点灯中は、空港の滑走路
照明では危険であるため、ランプの交換はできな
い。しかしながら、断芯検出は直列点灯回路３の
ランプの点灯時しか検出できず、保守点検の際に
は点灯しなければならない。また、このような断
芯検出を高感度（例えば１灯断芯検出）にするた
めには、高度な回路をCCR２毎（１滑走路当り
CCRは50台程度ある）に付加する必要がある。

この発明は上記のような事情に基づいてなされ
たもので、直列点灯回路のランプが点灯していな
いときにも断芯ランプの検出が行なえ得る安全で
信頼性の高い直列点灯回路の断芯検出装置を提供
することを目的とする。

以下、この発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。

第４図は、この実施例の構成を示した回路図で
ある。第４図において、１６は交流電源で、サイ
リスタ形CCR１７に電力を供給する。このサイ
リスタ形CCR１７は、直列点灯回路１８に定電
流を供給するものである。この直列点灯回路１８
は、複数の絶縁変圧器１９−１，１９−２，…，
１９−ｎ（任意の１つを示す場合は、絶縁変圧器
１９と表わす。）および複数のランプ２０−１，
２０−２，…，２０−ｎ（任意の１つを示す場合
は、ランプ２０と表わす。）より構成され、上記
絶縁変圧器１９−１〜１９−ｎの一次側はCCR
１７の出力端に直列接続され、各２次側には上記
ランプ２０−１〜２０−ｎがそれぞれ接続されて
いる。上記CCR１７には、電磁接触器接点２１
ａとリアクトル２２の直列回路が並列に接続され
ている。上記接点２１ａは、CCR１７の制御が
停止されているときのみ閉じている接点である。

PT１は変圧器で、１次側が交流電源１６の出
力端に接続され、２次側が電圧零クロス検出器２
３に接続されている。この電圧零クロス検出器２
３は、変圧器PT１を通して与えられる電源電圧
信号Ｖが零レベルとクロスする点でパルス信号Ｓ
を出力するものである。PT２は変圧器で、１次
側がCCR１７の出力端に接続され、２次側が電
圧検出器２１に接続されている。この電圧検出器
２４は、適当な振幅を有する電圧信号ｖを出力す
るものである。２５は上記電圧信号ｖを入力し、
その信号の大きさに比例したデイジタル信号を得
るアナログ・デイジタル変換器である。以後、こ
れをＡ／Ｄ変換器２５と略称する。

２６は前記電圧零クロス検出器２３から出力さ
れるパルス信号ＳおよびＡ／Ｄ変換器２５から出
力されるデイジタル信号を入力して演算処理する
電子計算機である。この電子計算機２６は、入力
回路２７、中央処理装置（以下、CPUと略称す
る。）２８、ランダムアクセスメモリ（以下、
RAMと略称する。）２９、リードオンメモリ
（以下、ROMと略称する。）３０、出力回路３１
を備えており、ROM３０に記憶されているプロ
グラムに従つてCPU２８が演算を実行し、必要
に応じて入力回路２７を介してデータを入力し、
演算結果をRAM２９に記憶したり、出力回路３
１を介して警報信号Ｂを出力する。３２は警報装
置で、計算機２６から出力される警報信号Ｂによ
り、警報ブザーや警報表示器を動作させて警報を
発するものである。

上記のような構成において、その動作を第５図
の波形図を参照しながら説明する。

直列点灯回路１８の断芯ランプの有無を検出す
る場合、昼間のように直列点灯回路１８のランプ
２０−１〜２０−ｎが点灯していない時には、接
点２１ａを閉路して、交流電源１６から直列点灯
回路１８へリレー接点２１ａ、リアクトル２２を
通してランプ２０−１〜２０−ｎが点灯するに至
らない微小電源を流す。なお、前記リアクトル２
２（リアクタンスＸ）は微小電流を流すための電
流制限回路である。また、夜間は接点２１ａを開
路し、サイリスタ形CCR１７の定電流を直列点
灯回路１８に流し、ランプ２０−１〜２０−ｎを
点灯させる。

そして、各ランプ２０が点灯するに至らない微
小電流を流している状態において、断芯ランプが
ない場合には、電源電圧信号Ｖに対して直列点灯
回路１８に印加される電圧信号ｖと電流信号ｉ
は、第５図ａに示すような波形となる。今、ラン
プ２０が断芯すると、この断芯ランプ２０の接続
してある絶縁変圧器１９はその二次側が開放され
るので磁気飽和現象が発生し、直列点灯回路１８
の負荷インダクタンスが増加する。従つて絶縁変
圧器１９が磁気飽和するまで回路電圧ｖはインダ
クタンスに比例した電圧を発生し、第５図ｂに示
すように、電圧の零クロスと共に急に立ち上がる
波形v′となる。このときの電圧の零クロスと共に
急に立ち上がる度合は、断芯ランプが増加するに
従い増してくる。

次に、電圧波形v′の立上り時の動作を等価回路
を用いて説明する。すなわち、各絶縁変圧器１９
の等価回路は、変圧器の一次側インピーダンス及
び二次側インピーダンスを無視すると、第６図ａ
に示すように、励磁インピーダンスZ₀と変圧器の
一次側に換算したランプ２０のランプ抵抗R_Lと
が並列接続された回路となる。そして、一般にZ₀
≫R_Lであるので、この等価回路のインピーダン
スＺは、ランプ２０が断芯していない状態におい
ては、Ｚ≒R_Lとなる。しかし、ランプ２０が断
芯するとR_Lが非常に大きくなるので、励磁イン
ピーダンスZ₀が無視できなくなる。

したがつて、第４図においてサイリスタ形
CCR１７が非動作時で、かつｎ個全部のランプ
２０に断芯が無ければ、この断芯検出装置の等価
回路は第６図ｂに示すことが可能である。すなわ
ち、直列点灯回路１８のインピーダンス分は無視
され、抵抗分nR_Lのみとなる。

一方、ｎ個のランプ２０のうちｍ個のランプ２
０が断芯すると、前述したように励磁インピーダ
ンスZ₀の値を無視できなくなり、鉄心による磁束
飽和を有するインダクタンス分mZ₀を含む第６図
ｃに示す等価回路となる。なお、この場合の抵抗
分は（ｎ−ｍ）R_Lとなる。

したがつて、ランプ２０に断芯が存在する場合
の第６図ｃの電圧、電流波形を求めるために、第
６図ｃをさらに第６図ｄの等価回路に置換えるこ
とが可能である。すなわち第６図ｄは絶縁変圧器
１９の二次側を開放して無負荷にした場合の等価
回路を示し、無負荷励磁回路を表わし、鉄心のイ
ンダクタンスＬと巻線抵抗Ｒとがスイツチを介し
て電圧ｅの交流電源に接続されている。ただし、
ｅは電源電圧であり次式で示される。

ｅ＝√２Vsinωt 第６図ｄの等価回路の回路方程式は、コイルの
巻数をＮとすると、 Ri＋Ｎ（dφ／dt）＝ｅ ……(1) となる。そして、ｔ＝０〜ｔの鉄心が磁束飽和す
るまでの微少時間においては、電流ｉ値は微少で
あるために、Riの項はＮ（dφ／dt）の項に比較し
て無視できる。したがつて、前記ｔ＝０〜ｔまで
の微少時間における磁束変化量Δφは、 Δφ＝（１／Ｎ）∫^t ₀edt ＝（１／Ｎ）∫^t ₀√２Vsinωtdt ……(2) となり、電源電圧ｅが飽和電圧を越すと、抵抗Ｒ
に電流ｉが流れ始める。このときの飽和時間を
t₀、飽和磁束をφ_Sとすると、磁束変化量Δφは−
φ_Sから＋φ_Sまで変化する。

第８図は磁束φの飽和・非飽和状態と電圧波形
との関係を示す図であり、ｔ＝−t₀で磁束φは−
φ_Sに飽和し、ｔ＝−t₀〜０の期間は飽和状態のま
まであり電流ｉが流れる（電圧v′は低下）。そし
て、ｔ＝０で電源電圧ｅ（Ｖ）が反転して、磁束
φが＋側に変化する。よつて、磁束φは非飽和状
態になりインピーダンスが高くなり、電流ｉが流
れにくくなる（電圧v′は上昇）。そして、ｔ＝t₀
になると、磁束φが＋φ_Sに飽和する。そして、電
流ｉが再び流れる（電圧v′は低下）。

したがつて、磁束変化量Δφは、 となる。

今、(3)式を鉄心を有するコイル固有の定数で整
理してS₀とすると、 S₀＝√２V∫^t0 ₀sinωtdt＝2φ_SＮ ……(4) となる。

すなわち、(4)式はｔ＝０〜t₀間の電圧を積分し
た値であり、電圧時間面積を表わしている。そし
て、この電圧時間面積とコイルの鉄心の磁束飽和
値とが対応している。したがつて、断芯したラン
プ２０を有する絶縁変圧器１９の個数ｍが増加す
れば、その個数ｍに比例して前記電圧時間面積を
増加した状態で飽和させることになる。例えば第
９図に示すように、斜線で示す電圧時間面積が断
芯数ｍに応じて変化する。

よつて、断芯したランプ２０を有する絶縁変圧
器１９の個数ｍと磁束飽和に要する電圧時間面積
Ｓとの関係式は Ｓ＝2φ_SNm ……(5) となる。

このように電圧時間面積Ｓが断芯ランプの個数
に比例して変化するので、半サイクルの電圧時間
面積も第５図ａのS₁から同図ｂのS₂に変化し、
S′の面積分が増加する。よつて、断芯ランプのな
い状態の基準電圧時間面積S₁に対して、断芯ラン
プの生じた状態の電圧時間面積の増加分S′を含め
た電圧時間面積S₂とを比較することによりランプ
の断芯を検知することができる。

今、電源電圧信号Ｖが零レベルとクロスする点
で電圧零クロス検出器２３が第５図に示すパルス
Ｓを発生すると、このパルスＳは計算器２６の入
力回路２７に割込信号として入力する。CPU２
８はROM３０に記憶されているプログラムに従
つて、その割込信号が入つた時刻から所定時間間
隔（例えば500マイクロ秒間隔）ごとにＡ／Ｄ変
換器２５からのデイジタル入力信号を読み込み、
RAM２９に記憶する。すなわち電圧信号ｖ又は
v′の電圧波形がデイジタル値に変換されて、
RAM２９に順々に半サイクル分のデイジタル化
された電圧値を記憶する（例えば、500マイクロ
秒間隔の場合には、両端の零クロス時の値を除い
て、50Hz電源のとき19個のデイジタル値を記憶す
る。）。これらのデイジタル値は、例えばRAM２
９のうちの100番地から118番地に常時１サイクル
毎に更新して記憶される。一方、比較の基準とな
るデータを、例えば200番地から以後に前もつて
記憶しておく。この基準データは例えば断芯ラン
プのない状態の電圧波形の値を200番地から218番
地に、断芯ランプが１個生じた状態の電圧波形値
を219番地から237番地に、さらに断芯ランプの個
数に応じた電圧波形値を238番地以後に、前もつ
て記憶しておく。なお、第４図の実際の回路にお
いて各電圧波形をRAM２９内に記憶させる場
合、全部のランプ２０を各絶縁変圧器１９に装着
した状態で電圧波形ｖを前述した500μsec毎にサ
ンプリングして読込ます。次に、ランプ２０を１
個ずつ順次取外していけば前述した断芯数ｍに対
応した第９図の各電圧波形v′が得られ、この各電
圧波形v′をRAM２９内のそれぞれ前述した各指
定領域に読込ませる。

従つて、毎サイクル読み込むごとに100番地か
ら118番地のデータと200番地なら218番地のデー
タを順々に比較（100番地と200番地、101番地と
201番地、102番地と202番地、…118番地と218番
地を各々比較）して、同じであれば断芯ランプの
ない状態と判定し、もし同じでなければ、次に
219番地から237番地の値と、同様に比較（100番
地と219番地、…、118番地と237番地の比較）し
て、以後一致するまで比較する。そして、あらか
じめ設定された許容誤差を有して一致すれば、一
致した番地に対応して割付けられた断芯ランプ数
ｍを得ることが可能となる。このように、電圧波
形をデジタル値で比較することによつて、ランプ
２０の断芯発生と、断芯発生のランプ数ｍが検知
される。ランプ２０の断芯発生および断芯したラ
ンプ数ｍが検知されると、出力回路３１を通して
警報信号Ｂを出し、また断芯数のデイジタル出力
（例えばバイナリーコードデシマル出力）を出し、
警報装置３２で警報ブザーをならしたり断芯数の
表示などの警報表示をする。

第７図は上述の演算処理におけるフローチヤー
トの一例である。

上記のようにこの実施例によれば、直列点灯回
路１８の各ランプの絶縁変圧器がランプの断芯に
より磁気飽和するまで、CCR１７をバイパスす
るようにリアクトル２２を通して与えられる電流
の立ち上がりに時間遅れを生じ、この間電圧が高
くなり、電圧波形が断芯ランプの個数が増加する
にしたがつて変化することに着目し、電圧波形比
較によつて、過断芯の警報や断芯ランプの個数の
表示をおこなうようにしたので、電圧波形そのも
のを識別するため高精度の断芯検出及び絶縁変圧
器の２次側の配線の断線又はランプのソケツトの
接触不良あるいはランプの灯器が航空機や車に破
壊された場合等の検出が可能となる。

また、CCR１７の制御が停止されている時は、
直列点灯回路１８には接点２１ａおよびリアクト
ル２２を通して微小電流しか流さないため、日中
のランプの点灯が不必要な時にランプ２０−１〜
２０−ｎが点灯することなく、ランプの断芯の有
無を検出することができ、夜間のための断芯チエ
ツクを前もつておこなうことができる。さらに、
直列点灯回路１８のランプを点灯することなく断
芯しているランプの個数を容易に表示することも
できるため、ランプの断芯状態から断芯ランプの
交換作業を前もつて計画でき、空港の保守作業を
能率よく行なうこととが可能となり、安全性、信
頼性を向上させることができる。

なお、この発明は前記実施例に限定されるもの
ではない。例えば前記実施例においては、１つの
サイリスタ形CCR１７および直列点灯回路１８
に対して、１台の計算機２６により断芯ランプの
検出を行なう例を示したが、複数の直列点灯回路
に対して、１台の計算機の組合せで複数回路の
各々の断芯ランプの検出を行なうようにしてもよ
い。すなわち、電圧検出器２４及び電圧零クロス
検出器２３はそれぞれ複数の回路に備え、その電
圧信号v₁，v₂，v_o（図示せず）をマルチプレクサ
（図示せず）で切換えて、Ａ／Ｄ変換器２５に入
力し、また電圧零クロス信号S₁，S₂…S_o（図示せ
ず）をマルチプレクサ（図示せず）を通すかある
いは直接入力回路２７に入力して、各々の信号を
切換えて、順々に複数の直列点灯回路の電圧波形
をそれぞれの基準値と比較することにより１台の
計算機で複数回路の断芯ランプの検知を行なつて
もよい。

更に、電圧波形ｖを１サイクル毎にＡ／Ｄ変換
して、すぐに基準値と比較するのではなく、何サ
イクルかの平均値をとつてから基準値と比較する
ようにしてノイズ等による誤動作を防止するよう
にしてもよい。また、この発明は空港設備に限ら
ず、絶縁変圧器を使用した直列点灯回路にはすべ
て適用が可能である。その他、この発明の要旨を
変更しない範囲で、種々変形可能なことは勿論で
ある。

以上説明したようにこの発明によれば、直列点
灯回路のランプを点灯しない時には、ランプが点
灯に至らない微小電流が流れる電圧を印加し、ラ
ンプの断芯量を絶縁変圧器の磁気飽和を利用して
検出するようにしたので、直列点灯回路のランプ
が点灯していないときにも断芯ランプの検出が行
なえ得る安全で信頼性の高い直列点灯回路の断芯
検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空港標識灯装置の回路図、第２
図は従来の断芯検出装置を示す回路図、第３図は
第２図の動作を示す波形図、第４図はこの発明の
一実施例を示す回路図、第５図は第４図の動作を
示すタイムチヤート、第６図は第１図の直列点灯
回路の等価回路図、第７図はこの発明の一実施例
におけるフローチヤート、第８図および第９図は
それぞれ動作を説明するための電圧波形図であ
る。 １７……サイリスタ形定電流調整装置、１８…
…直列点灯回路、１９−１〜１９−ｎ……絶縁変
圧器、２０−１〜２０−ｎ……ランプ、２１ａ…
…接点、２２……リアクトル、２３……電圧零ク
ロス検出器、２４……電圧検出器、２５……Ａ／
Ｄ変換器、２６……電子計算機、３２……警報装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 定電流形の交流電源装置により、１次側が直
   列接続された複数の絶縁変圧器の２次側に個々に
   接続されたランプが点灯される直列点灯回路にお
   いて、前記直列点灯回路のランプを点灯しない時
   に、上記ランプが点灯に至らない微小な交流電流
   を前記直列点灯回路に与える回路と、この回路ま
   たは前記交流電源装置により前記直列点灯回路に
   印加される電圧信号を、所定時間ごとにデイジタ
   ル信号に変換するアナログ・デイジタル変換器
   と、前記電圧信号の零クロスを検出する電圧零ク
   ロス検出器と、この電圧零クロス検出器の電圧零
   クロス検出時点から前記デイジタル信号を所定時
   間ごとに記憶し、上記デイジタル信号と予め記憶
   している基準電圧のデイジタル信号とを比較し、
   その比較結果により前記ランプの断芯の有無を判
   定し、断芯がある場合には、前記比較結果により
   断芯ランプの数量を検出する装置とを備えたこと
   を特徴とする直列点灯回路の断芯検出装置。