JPH0161240B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば空港照明施設の直列点灯回
路のように複数個の負荷を絶縁トランスなどを介
して電源に直列に接続した回路における負荷回路
の開路検出装置の改良に関する。

空港照明施設のように広い場所で、しかも均一
な明るさを得たい場合には、ランプを直列に接続
する直列点灯方式を採用する。この場合、一部の
ランプ断心により全部のランプが消灯するのを避
けるため、ランプ毎に負荷トランスを設け、これ
ら各負荷トランスの１次巻線を電源に直列に接続
し、また、各２次巻線にそれぞれ負荷であるラン
プを接続している。

このような回路方式において、目視によらず、
しかも負荷の１％前後がその回路を開いたときに
おいてもこれを適格に検出する開路検出装置が必
要とされていた。そこで昭和54年特許願第30279
号に示す負荷回路の開路検出装置が考えられた。
これを第１図乃至第３図を用いて説明する。

第１図はこの装置の回路図である。

３１はサイリスタ５，６を用いた定電流装置３
０を有する定電流電源、３２は負荷回路で、負荷
トランス８₁，８₂……８_oと、このトランス負荷
８₁，８₂……８_oの２次巻線８_1b，８_2b……８_obに
接続されたランプ９₁，９₂……９_oとからなつて
いる。３３は電源３１の電圧信号を出力するトラ
ンス１０からなる第１の電圧信号発生回路、３４
は負荷回路３２の負荷電流を電圧信号として出力
するトランス１３からなる第２の電圧信号発生回
路、３５はランプ断心検出装置で、差分回路１
５、増幅回路１６、整流回路１７、ゲート回路１
８、前記負荷電流を用いた区分信号発生回路１
９、レベル保持回路２０、比較回路２１、基準値
保持回路２２にて形成されている。２３は警報回
路である。

また、１１は変流器、１４はトランス、２４は
定電流制御回路である。

次に、第２図を参照して作用を説明する。ラン
プ９₁，９₂……９_oが正常である場合は、負荷ト
ランス８₁，８₂……８_oのインピーダンスは比較
的低く、また、抵抗的である。このときのトラン
ス７の２次側の電流すなわち負荷電流は変流器１
１によつて検出され、トランス１４を介して制御
回路２４に導入される。制御回路２４からはサイ
リスタ５，６に対し前記２次側の電流値に対応し
た所定位相の点弧信号を与える。このためサイリ
スタ５，６は所定の導通角で導通、不導通を繰返
し、トランス７を介して２次側に一定電流を流
す。この状態における第１の電圧信号発生回路３
３の出力すなわちトランス１０の２次巻線１０_b
の出力である電源の電圧信号は第２図ａ，イで示
す波形となる。また、この状態における第２の電
圧信号発生回路３４の出力すなわちトランス１３
の２次巻線１３b₁の出力である負荷電流波形は、
負荷回路３２が完全な抵抗性負荷の場合、第２図
ａ，ロのようになる。従つて、差分回路１５の出
力であるこれら両電圧信号の差分は第２図ａ，ハ
で示すようになる。

しかし、実際の負荷では線路のインダクタン
ス、浮遊容量等の影響で前記第１および第２の電
圧信号発生回路３３，３４の出力電圧間には第２
図ｂ，イ，ロのように位相のずれが生じる。従つ
て、両者の差分は第２図ｂ，ハのようになる。

ランプ９₁，９₂……９_oのいずれかが断線した
場合、すなわち負荷回路の開路が生じた場合、対
応する負荷トランス、たとえば８₁は、その１次
巻線８_1aに励磁電流しか流れない高インピーダン
ス状態となり、第３図ａ，ロのように負荷電流は
最初のうちは小さな電流値になる。このときトラ
ンス７の１次側にはやはり電流は少ししか流れな
いので、リアクトル２による電圧降下は殆どなく
なる。従つて、第１の電圧信号発生回路３３の出
力電圧は、第３図ａ，イで示すようにサイリスタ
５または６がターンオンする各半サイクルの初期
の部分で急峻な立上りを示す。

一方、断心したランプに対応する負荷トランス
８₁は、前述のように一旦高インピーダンスとな
るが、負荷トランス８₁の鉄心が磁気飽和すると
低インピーダンスとなる。従つて、第３図ａ，ロ
に示すようにトランス７の２次側に流れる電流
は、その後は増加する。

すなわち、ランプが断線した場合、対応する負
荷トランスが磁気飽和するまではトランス７の１
次側の電圧は急峻な立上りを示し、トランス７の
２次側の電流は逆になだらかな立上りとなる。従
つて、第１、第２の電圧信号発生回路３３，３４
の出力電圧の差分は第３図ａ，ハのようになる。
なお、これは第２図ａに対応する完全な抵抗性負
荷の場合であり、実際の負荷では第３図ｂ，イ，
ロ，ハの関係になる。

上記第３図ａ，ハから明らかなように、断心が
生じると、第１、第２の電圧信号発生回路３３，
３４の出力電圧の差分が増大することが解る。従
つて、この差分が一定レベル以上になつたことに
より断心ありと判断することが考えられる。しか
し、実際の負荷では、第２図ｂ，ハ、第３図ｂ，
ハで示すように線路のリアクタンスやキヤパシタ
ンスの影響による差分であり、しかもこの差分は
負荷により、あるいは周囲の環境により変動す
る。従つて、従来のように単にこの差分を基準レ
ベルと比較するだけでは少数のランプ断心による
差分の増加を適格に検出するのが難かしく、誤動
作防止のため検出精度を上げるのが困難であつ
た。

そこで、ランプ断心による出力電圧、電流の波
形歪が電流の立上り部分で発生することに着目
し、第３図ｃで示す如く歪部のみの差分を検出し
て断心検知精度を上げている。

すなわち、第２の検出トランス１３の第２の２
次巻線１３_b2に接続した区分信号発生回路１９
は、上記第２の２次巻線１３_b2から第３図ｂ，ロ
で示す波形の電圧信号を受け、トランス７の２次
側の出力電流の立上りのタイミングを検出する。
そして、このタイミングにより前記ゲート回路１
８に信号を与え、第３図ｃで示す如く歪発生区間
のみを導通させるべく制御する。従つて、前記差
分回路１５、増幅回路１６、整流回路１７を介し
て差分波形は、ゲート回路１８により歪部部分の
みが後続の回路に出力される。この出力される差
分の波形は、正常時は第３図ｃ，ニのようであ
り、また、断心発生時は第３図ｃ，ハのようにな
る。

上記ゲート回路１８からのパルス的な出力をレ
ベル保持回路２０にて平滑した値としてそのレベ
ルを保持する。そして、この保持された検出レベ
ルと、正常時レベルにノイズレベルを加算した基
準レベルとを比較回路２１で比較し、その結果を
警報装置２３に出力する。

しかしながら、上記説明の昭和54年特許願第
30279号の装置では、断心検出精度はかなり向上
され、これは特に負荷量が変化しない場合に有効
である。そして、断心検出対象である空港におけ
る直列点灯回路の場合、回路における負荷量は一
律ではなく、また、同一の電源、たとえば予備用
電源、方向切換用電源等に対し容量の異なる複数
の負荷が接続される場合がある。この場合、第４
図ａ，ｂに示すように第１、第２の電圧信号発生
回路３３，３４の出力電圧が負荷量により異な
り、このため線路のリアクタンス分など第１図に
示すバイパス時リアクトル３の影響により、負荷
ランプ９₁，９₂……９_oの断心がない場合でも全
負荷量の差により、第１、第２の電圧信号発生回
路３３，３４の出力電圧の差分は、第４図ａ，
ハ，ｂハに示すように異なり、たとえば第４図
ａ，ハに示す出力波形を平滑した値に基づいて、
基準値保持回路２２の基準レベルを決めると、第
４図ｂ，ハに示す出力波形を平滑した値は大きく
異なるため、前記基準値保持回路２２の基準レベ
ルより大きくなり、断心と判断し誤動作を生ずる
という問題があつた。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、
負荷量が変化しても誤動作することなく、確実に
負荷回路の開路を検出することのできる負荷回路
の開路検出装置を提供することを目的とするもの
である。

本発明は交流電源と、この電源に直列に接続し
た複数個の可飽和素子と、この各可飽和素子を介
して各々給電される負荷と、上記電源に接続され
その電圧に対応した信号を発生する第１の電圧信
号発生回路と、上記可飽和素子のインピーダンス
に対応した電流信号を電圧変換して交流電圧信号
を発生する第２の電圧信号発生回路と、上記可飽
和素子のインピーダンス変化が生じたときに上記
第２の電圧信号発生回路の半サイクル出力中の歪
が生じる個所を区分する信号を発生する区分信号
発生回路と、上記第１の電圧信号発生回路および
第２の電圧信号発生回路の出力を各々絶対値変換
する絶対値変換回路と、上記区分信号発生回路に
より指定した区間において上記絶対値変換回路の
２つの出力を比較し上記第１の電圧信号発生回路
の信号の絶対値が第２の電圧信号発生回路の信号
の絶対値より大きい場合のみ上記絶対値変換回路
の２つの出力差を検出対象入力とする検出回路と
を具備したことを特徴とするものである。

本発明の負荷回路の開路検出装置は、複数個の
負荷を可飽和素子に取付け、この可飽和素子を介
して直列に接続して給電し、一部の負荷に開路が
生じた場合、それに対応する半サイクルの歪を生
ずる個所でとらえ、かつ線路のインダクタンスや
キヤパシタンスの影響を最小限に抑えるため、歪
が生じたとき第１の電圧信号発生回路および第２
の電圧信号発生回路両方の出力を検出回路で比較
して負荷回路の開路状態を検知するに際して、絶
対値変換回路と検出回路により、検出区間内にお
いて電源の電圧信号の絶対値が負荷電流を電圧に
変換した波形の絶対値より大きい場合の両出力の
差を検出対象波形としたため、断心がなく負荷量
が変化した場合には、断心の場合に比して出力差
が小さく、負荷量の変化を断心として誤作動する
ことがないものである。

次に、本発明の一実施例を第５図乃至第７図に
基づいて説明する。なお、第５図は第１図と同一
部分は同一符号を用いて説明する。

１は交流電源で、リアクタンス素子であるリア
クトル２および２つのサイリスタ５，６を逆並列
接続した定電流装置３０を直列に介してトランス
７の１次巻線７ａと接続し、閉回路を構成する。
上記定電流装置３０にはバイパス用のリアクトル
３をスイツチング素子４を直列に介して並列接続
する。また、トランス７の２次巻線７ｂには可飽
和素子、たとえば可飽和特性を有する負荷トラン
ス（絶縁トランス）８₁，８₂……８_oの各１次巻
線８_1a，８_2a……８_oaを直列に接続する。これら
各負荷トランス８₁，８₂……８_oの２次巻線８_1a，
８_2a……８_oaには抵抗性負荷であるたとえばラン
プ９₁，９₂……９_oをそれぞれ接続する。

ここで、第５図のトランス７より図示左方を一
括して電源３１と呼び、また、図示右方を一括し
て負荷回路３２と呼ぶ。

３３は上記電源３１の出力電圧に対応した電圧
信号を発生する第１の電圧信号発生回路で、検出
トランス１０の１次巻線１０ａの両端を前記トラ
ンス７の１次巻線７ａの両端に接続し、また、そ
の２次巻線１０ｂを絶対値変換回路４１を介して
後述する差分回路１５の一方の入力端子に接続し
て成る。３４は前記可飽和素子、すなわち負荷ト
ランス８₁，８₂……８_oのインピーダンスに対応
した電流信号を電圧変換して電圧信号を発生する
第２の電圧信号発生回路で、トランス７の出力回
路すなわち負荷回路３２を１次とする変流器１１
の２次巻線間に、負荷電流の電流信号を電圧信号
に変換する抵抗１２を設け、この抵抗１２の両端
を第２の検出トランス１３の１次巻線１３ａの両
端に接続してなるものである。この第２の検出ト
ランス１３の第１の２次巻線１３_b1は絶対値変換
回路４２を介して前記差分回路１５の他方の入力
端子に接続する。また、上記変流器１１の２次巻
線はトランス１４の１次巻線１４ａにも接続す
る。このトランス１４はその２次巻線１４ｂを制
御回路２４に接続しており、この制御回路２４に
負荷電流値に対応した信号を与える。制御回路２
４は、上記負荷電流値を一定にすべく、前記定電
流装置３０を構成するサイリスタ５，６に所定位
相の点弧信号を与える。

３５は前記ランプ９₁，９₂……９_oの開路、す
なわち上記絶対値変換回路４１，４２の２つの出
力を比較し上記第１の電圧信号発生回路４１の信
号の絶対値が第２の絶対値変換回路４２の信号の
絶対値より大きい場合のみ上記絶対値変換回路４
１，４２の２つの出力差を検出対象入力としラン
プ断心を検出する検出回路で、前記各絶対値変換
回路４１，４２、この絶対値変換回路４１，４２
の出力の差を出力する差分回路１５、その出力を
増幅する増幅回路１６、増幅された信号が正の場
合のみ通過させるパスゲート回路４３、このパス
ゲート回路４３の出力を後述する一定条件下で通
過させ検出対象信号を出力するゲート回路１８、
ゲート回路１８を通つたパルス的出力のレベルを
保持するレベル保持回路２０、こレベル保持回路
２０の出力を一方の入力とする比較回路２１を有
する。上記比較回路２１は、基準値保持回路２２
からの予め設定された値を他方の入力端子に受
け、前記レベル保持回路２０との比較を行う。ま
た、その出力端子は警報装置２３の入力端子に接
続する。なお、警報装置２３は、たとえば警報ラ
ンプやブザー等を警報素子として構成したもの
で、前記レベル保持回路２０の出力信号レベルが
基準値保持回路２２の基準値以上になると作動す
る。

１９は区分信号発生回路で、前記可飽和素子の
インピーダンス変化が生じたときに上記第２の電
圧信号発生回路の各半サイクル出力中の歪が生じ
る個所を区分する信号を発生するもので、前記第
２の検出トランス１３の第２の２次巻線１３b₂に
入力端子が接続され、その出力端子は前記ゲート
回路１８の制御信号入力端子に接続され、例えば
特公昭62−58205号公報に記載されているように
前記第２の検出トランス１３の第２の２次巻線１
３b₂の出力各半サイクルにおける出力電流の立上
りタイミングを検出し、このタイミングによりゲ
ート回路１８に信号を与え、歪発生区画のみを導
通させるように制御する。

第５図において、第１図の示す回路と異なる部
分は、検出トランス１０の２次巻線１０ｂと差分
回路１５との間および第２の検出トランス１３の
２次巻線１３_b1と前記差分回路１５との間にそれ
ぞれ絶対値変換回路４１，４２を設け、検出トラ
ンス１０，１３の２次巻線に発生する信号を絶対
値に変換する点と、増幅回路１６とゲート回路１
８との間に増幅回路１６の出力が正の場合すなわ
ち絶対値変換回路４１の出力｜ｖ｜が絶対値変換
回路４２の出力｜ｉ｜より大きい場合、｜ｖ｜＞
｜ｉ｜、その値に対応する信号を出力するパスゲ
ート回路４３を設けた点である。

この回路の出力波形を第６図および第７図に示
す。

まず、ランプ断心がなく負荷量が大きい場合、
電源３１の電圧信号は第１の電圧信号発生回路３
３、絶対値変換回路４１を介して第６図ａ，イで
示す波形となる。また、負荷電流は第２の電圧信
号発生回路３４、絶対値変換回路４２を介して第
６図ａ，ロで示す波形となる。これらの波形は差
分回路１５、増幅回路１６、パスゲート回路４
３、ゲート回路１８を介して第６図ａ，ハに示す
波形となる。この波形が検出対象波形となる。

次に、ランプ断心がなく負荷量が小さい場合の
それぞれの出力波形を第６図ｂ，イ，ロ，ハにそ
れぞれ示す。

この第６図ａ，ハおよびｂ，ハの波形を平滑し
た値の差、すなわち実効値の差は、第４図ａ，ハ
およびｂ，ハの波形の実効値の差に比べてはるか
に小さい。

これは絶対値変換回路４１，４２とパスゲート
回路４３により、検出区間において電源３１の電
圧信号の絶対値が負荷電流を電圧に変換した波形
の絶対値より大きい場合の両波形の差を検出対象
波形としたためである。

このため負荷量により電源３１の電圧信号と負
荷電流の位相角が変化し、負荷電流の遅れが大き
くなつた場合に負荷電流波形の後ひき、すなわち
電圧信号に対し負荷電流の極性が逆であるために
生じる両者の相対値の差の増加を防止できる。

そして、負荷量の変化により検出対象波形があ
まり異ならないため、基準値保持回路２２から出
力される基準レベルをたとえば第６図ａ，ハに示
す出力波形を平滑した値とした場合、第６図ｂ，
ハに示す出力波形により誤動作することはない。

なお、断心が生じた場合は負荷量の大小にかか
わりなく電圧信号は急峻な立上りを生じ、負荷電
流はなだらかな立上りとなるため、絶対値変換回
路４１，４２を介しても第７図ａ，イ，ロおよび
ｂ，イ，ロに示す波形となるため、検出対象波形
は第７図ａ，ハおよびｂ，ハに示すようにその実
効値は、第６図ａ，ハを平滑した値に基づいて定
めた基準レベルより明らかに大きくなるため、警
報装置２３が動作し断心を知らせることになる。

本発明の装置では、負荷量が小さくなると若干
断心検出精度が悪くなるが、負荷量が変化しても
断心として誤動作することはない。

また、絶対値変換回路４１，４２としてはOP
アンプなどを用いた絶対値回路が一般に知られて
おり、これを用いればよく、パスゲート回路４３
としてはダイオードなどを用いればよい。

前記実施例ではトランス１０，１３の２次巻線
１０ｂ，１３_b1を直接絶対値変換回路４１，４２
に接続する構成としたが、第８図に示すように２
次巻線１０ｂ，１３_b1と絶対値変換回路４１，４
２との間にボリウムなどのレベル変換回路４６，
４７を設け、電源３１の電圧に対応する電圧信号
および負荷電流に対応する電圧信号をレベル変換
することにより、それぞれの信号を検出回路３５
の検出動作に適した信号とすることができる。

なお、第１の電圧信号発生回路および第２の電
圧信号発生回路はそれぞれ出力をレベル変換する
レベル変換回路を設けることによりそれぞれの出
力信号を検出回路の検出動作に適した信号とする
ことができ、断心の検出をより確実にできるもの
である。

本発明によれば、電源の電圧に対応した信号を
発生する第１の電圧信号発生回路と、複数の負荷
にそれぞれ給電する各可飽和素子の対応した電流
信号を電圧変換して交流電圧変換して交流電圧信
号を発生する第２の電圧信号発生回路にて出力さ
れたそれぞれの電圧信号と負荷電流とを絶対値変
換回路で絶対値変換し、上記可飽和素子のインピ
ーダンス変化が生じたときに上記第２の電圧信号
発生回路の各半サイクル出力中の歪が生じる個所
を区分する区分信号発生回路により指定した区間
において検出回路で上記絶対値変換回路の２つの
出力を比較し上記第１の電圧信号発生回路の信号
の絶対値が第２の電圧信号発生回路の信号の絶対
値より大きい場合のみ上記絶対値変換回路の２つ
の出力差を検出対象入力としたので、全負荷量が
変化することにより電源の電圧信号波形と負荷電
流波形の位相差が変化し、両波形の相対値の差が
大きくなつても、開路による電圧信号の急峻な立
上りがない場合は検出対象入力が基準レベルを越
えることがなく、このため負荷量の変化を断心と
して誤動作することがないものである。すなわち
第１および第２の絶対値変換回路と検出回路とに
より、検出区間内において電源の電圧信号の絶対
値が負荷電流を電圧に変換した波形の絶対値より
大きい場合の両出力の差を検出対象波形としたた
め、負荷量により電源の電圧信号と負荷電流の位
相角が変化し、負荷電流の遅れが大きくなつた場
合に負荷電流波形の後ひき、すなわち電圧信号に
対し負荷電流の極性が逆であるために生じる両者
の相対値の差の増加がなく、負荷量の変化により
検出対象波形が大きく変化しないため、検出回路
から出力波形により誤動作することがなく、ま
た、断心が生じた場合は負荷量の大小にかかわり
なく電圧信号は急峻な立上りを生じ、負荷電流は
なだらかな立上りとなるため、絶対値変換回路の
出力を比較しても検出対象波形の実効値は、負荷
量により電源の電圧信号と負荷電流の位相角が変
化し、負荷電流の遅れが大きくなつた場合でも絶
対値変換回路の２つの出力差は大きくなるため、
確実に断心を検出できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の負荷回路の開路検出装置の回路
図、第２図ａ，ｂは第１図の各部の波形を正常時
について示す波形、第３図ａ，ｂ，ｃは同波形を
開路発生時について示す波形、第４図ａ，ｂは同
波形を負荷量が変化した場合に示す波形、第５図
は本発明の負荷回路の開路検出装置の回路図、第
６図ａ，ｂは第５図の各部の波形を正常時負荷量
が変化した場合について示す波形、第７図ａ，ｂ
は同波形を開路発生時について示す波形、第８図
は本発明の他の実施例を示す一部を省略した回路
図である。 １９……区分信号発生回路、３１……電源、３
３……第１の電圧信号発生回路、３４……第２の
電圧信号発生回路、３５……検出回路、４１，４
２……絶対値変換回路、４６，４７……レベル変
換回路、８₁，８₂…８_o……可飽和素子、９₁，９₂
…９_o……負荷。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、 この電源に直列に接続した複数個の可飽和素子
   と、 この各可飽和素子を介して各々給電される負荷
   と、 上記電源に接続されその電圧に対応した信号を
   発生する第１の電圧信号発生回路と、 上記可飽和素子のインピーダンスに対応した電
   流信号を電圧変換して交流電圧信号を発生する第
   ２の電圧信号発生回路と、 上記可飽和素子のインピーダンス変化が生じた
   ときに上記第２の電圧信号発生回路の半サイクル
   出力中の歪が生じる個所を区分する信号を発生す
   る区分信号発生回路と、 上記第１の電圧信号発生回路および第２の電圧
   信号発生回路の出力を各々絶対値変換する絶対値
   変換回路と、 上記区分信号発生回路により指定した区間にお
   いて上記絶対値変換回路の２つの出力を比較し上
   記第１の電圧信号発生回路の信号の絶対値が第２
   の電圧信号発生回路の信号の絶対値より大きい場
   合のみ上記絶対値変換回路の２つの出力差を検出
   対象入力とする検出回路と を具備したことを特徴とする負荷回路の開路検出
   装置。 ２ 第１の電圧信号発生回路および第２の電圧信
   号発生回路はそれぞれの出力をレベル変換するレ
   ベル変換回路を設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の負荷回路の開路検出装置。