JPH0954123A - 交流負荷の過電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明の課題は、飽和電流など交流負荷に
サイクリックに流れる過電流を的確に検知できる過電流
検出装置を提供することにある。 【解決手段】 この発明装置は、まず負荷２に流れる交
流電流を電流検出器３で検出し、その検出信号を整流回
路４で整流する。この整流信号を予め設定された基準値
レベル信号６と比較することによって、交流負荷の飽和
電流をパルス状信号として取り出すもので、この信号を
カウント１０１（１０２）することにより、過電流とし
て的確に把握し、制御回路１１１（１１２）出力により
保護回路を停止駆動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インバータなど
電力変換回路に接続される交流負荷の過電流検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電源回路等での過電流検出装置
は、負荷短絡あるいは負荷地絡事故などにより短時間に
また一時的に急上昇する負荷電流を検出し、その検出電
流値が予め設定した基準値を越えたときに過電流が発生
したとして回路保護動作を起動するよう構成されてい
る。

【０００３】電気車の補助電源装置等では、交流負荷と
して比較的磁束密度の低いトランス等が採用されるが、
このような交流負荷にインバータなどの電力変換回路を
介して電力を供給する場合、供給電圧の印加のタイミン
グによっては、しばしば数１０の長いサイクルにわたっ
て、飽和電流が一方向に流れる現象が発生する。その一
方向に流れるトランスの飽和電流値は、いわゆる短時間
に急上昇する過電流の検知レベルには達しないものの、
それに近いレベルの電流が流れる。

【０００４】このような、従来の過電流検知レベルには
達しないが、そのレベルに極めて近く、かつ長いサイク
ルにわたり発生する飽和電流は、インバータを構成する
サイリスタ等の半導体素子におけるジャンクション温度
の上昇を招き、素子の短絡事故にもつながるので改善が
要望されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の交流負荷の過電
流検出装置は、一般に短絡事故など急激な負荷電流が検
出されたときには作動するが、トランスなど比較的磁束
密度の低い負荷に一方向へ繰り返し流れる飽和電流には
作動しないので、改善が要望されていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一の発明による交流負
荷の過電流検出装置は、電源に接続された交流負荷と、
この交流負荷に供給される交流電流を検出する電流検出
器と、この電流検出器で検出された交流電流を整流する
整流回路と、この整流回路で整流された交流電流値と予
め設定された基準電流値とを比較する比較回路と、前記
電流検出器に接続され検出された交流電流に対応する矩
形波信号を導出する矩形波形成回路と、この矩形波形成
回路及び前記比較回路に接続されこれら両回路からの出
力信号を導入し論理積演算を行う論理回路と、この論理
回路から導出される論理積信号の出力数を計数する計数
回路と、この計数回路における計数値が予め設定された
規定値を越えたときに前記交流負荷への電力供給を停止
するよう制御する制御回路とを具備することを特徴とす
る。

【０００７】この発明装置は上記のように構成され、交
流負荷電流に基準電流値を越える飽和負荷電流が流れた
場合、計数回路がその発生回数を計数して予め設定され
た規定値を越えたときに、交流負荷への電力供給を停止
するので、負荷に採用された電力変換素子等の破壊を未
然に防止できる。

【０００８】第二の発明による交流負荷の過電流検出装
置は、電源に接続された交流負荷と、この交流負荷に供
給される交流電流を検出する電流検出器と、この電流検
出器に接続され検出された交流電流を整流する整流回路
と、この整流回路で整流された交流電流のうち所定の周
波数成分を抽出するバンドパスフィルタと、このバンド
パスフィルタに接続され抽出された通過電流値と予め設
定された基準電流値とを比較する比較回路と、この比較
回路からの比較出力信号の出力数を計数する計数回路
と、この計数回路における計数値が予め設定された規定
値を越えたときに前記交流負荷への電力供給を停止する
よう制御する制御回路とを具備することを特徴とする。

【０００９】この第二の発明装置でも、交流負荷電流に
基準電流値を越える飽和電流が流れた場合、バンドパス
フィルタでその飽和電流成分が抽出され、計数回路でそ
の発生回数を計数しその計数値が予め設定された規定値
を越えたときに、交流負荷への電力供給を停止するの
で、電力変換素子等の破壊を未然に防止できる。

【００１０】第三の発明による交流負荷の過電流検出装
置は、電源に接続された交流負荷と、この交流負荷に供
給される交流電流を検出する電流検出器と、この電流検
出器で検出された前記交流電流の正側及び負側の各ピー
ク電流値を検出するピーク電流検出回路と、このピーク
電流検出回路で検出された各ピーク電流値の一方で他方
を互いに除算する除算回路と、この除算回路からの各除
算出力値と予め設定された基準値とを比較する比較回路
と、この比較回路からの比較出力信号の出力数を計数す
る計数回路と、この計数回路における計数値が予め設定
された規定値を越えたときに前記交流負荷への電力供給
を停止するよう制御する制御回路とを具備することを特
徴とする。

【００１１】この第三の発明装置でも、交流負荷電流に
基準電流値を越える飽和電流が流れた場合、その飽和電
流をピーク電流検出回路で検出し、交流の正側及び負側
の格差を利用し各ピーク電流値で互いに除算し、計数回
路における計数値が予め設定された規定値を越えたとき
に交流負荷への電力供給を停止するよう制御するので、
飽和電流を明確にとらえ的確な回路保護が可能となる。

【００１２】第四の発明による交流負荷の過電流検出装
置は、三相交流電源に接続された負荷と、この負荷に供
給される三相交流電流または三相交流電流の内のいずれ
かの二相交流電流を検出する電流検出器と、この電流検
出器に接続され検出された前記三相交流電流または前記
二相交流電流を夫々全波整流する整流回路と、この整流
回路に接続され全波整流された前記三相交流電流または
前記各二相交流電流値と予め設定された基準値とを比較
する比較回路と、この比較回路に接続され導出された比
較出力信号の出力数を計数する計数回路と、この計数回
路における計数値が予め設定された規定値を越えたとき
に前記交流負荷への電力供給を停止するよう制御する制
御回路とを具備することを特徴とする。

【００１３】この第四の発明装置でも、トランス等から
なる三相交流負荷に飽和電流が流れると、全波整流によ
り検出された電流値が比較回路で基準値と比較されるの
で、その比較出力を計数し、その計数値が予め設定され
た規定値を越えたときに交流負荷への電力供給を停止す
るよう制御するので、電力変換素子等の破壊を未然に防
止できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明による交流負荷の
過電流検出装置の一実施の形態を図面を参照して、詳細
に説明する。

【００１５】図１は、この発明装置の第一の実施の形態
を示す構成図である。即ち、交流電源１は交流負荷２に
電力を供給するように接続され、その接続線路に流れる
交流電流は電流検出器３により検出される。いま交流負
荷２は比較的磁束密度の低いトランスで構成され、印加
電圧のタイミングの関係で長い時間にわたって一方向に
飽和電流が流れているとすると、図２（ａ）に示すよう
に一方向に数サイクル現れるパルス状の電流が電流検出
器３から検出される。

【００１６】電流検出器３で検出された交流電流の一方
は、整流回路４に供給され、図２（ｂ）に示す整流信号
が導出されるともに、比較回路５に供給され、基準値設
定回路６で予め定められた基準電流レベル信号Ｌと比較
され、図２（ｃ）に示したパルス状の比較出力信号が得
られる。

【００１７】電流検出器３で検出された交流電流の他方
は、矩形波変換回路７に供給され、図２（ｄ）に示すよ
うに交流電流に対応する矩形波信号が導出され、一方は
前記比較回路５の出力とともに、第一のＡＮＤ回路８１
に、また他方は反転回路９で図２（ｅ）に示すような反
転出力が生成され、同じく前記比較回路５の出力ととも
に第二のＡＮＤ回路８２に供給される。従って、第一の
ＡＮＤ回路８１は、図２（ｃ）に示した比較回路６の出
力信号と図２（ｄ）に示した矩形波変換回路５の出力信
号との間の論理積（ＡＮＤ）信号（図２（ｆ））を導出
し、第一のカウンタ回路１０１へ供給される。他方、第
二のＡＮＤ回路８２は、同じく比較回路６の図２（ｃ）
に示した出力信号と、反転回路９の図２（ｅ）に示した
出力信号との論理積（ＡＮＤ）信号が第二のカウンタ回
路１０１へ夫々供給される。

【００１８】第一及び第二の各カウンタ回路１０１，１
０２は、夫々第一及び第二のＡＮＤ回路８１，８２の出
力パルス信号数を計数し、その計数値に対応した出力信
号を導出して制御回路１１に供給する。第一のカウンタ
回路１０１は、図２（ｆ）に示したように、飽和電流に
対応したパルス信号を計数するので、図２（ｇ）に示す
計数出力信号を導出するが、第二のカウンタ回路１０２
は、（この実施の形態の場合は）図２（ａ）の検出信号
で負側に飽和電流が現れないことから、第二のＡＮＤ回
路８２の出力にパルス信号は導出されない（図２
（ｈ））。

【００１９】従って、交流検出電流で正または負側のい
ずれか一方向にパルス状の電流が現れれば、カウンタ回
路１０１、または１０２のいずれか一方から計数出力が
得られる。このカウンタ回路１０１または１０２の出力
は、制御回路１１１または１１２にて、夫々対応して設
けられた規定値設定回路１２１または１２２にて予め設
定された規定値と比較され、規定値を越えたときに制御
出力信号を導出するので、電力変換用半導体素子などの
保護防止を図ることができる。

【００２０】なお、図１に示す装置において、負荷２が
絶縁トランスで構成され、電流検出器３がその絶縁トラ
ンスの一次側電流を検出する場合でも、同様な効果を得
ることができる。

【００２１】図３は、この発明装置の第二の実施の形態
を示す回路図である。即ち、図１に示した第一の実施の
形態と同様に、交流電源１から交流負荷２に供給される
交流電流は電流検出器３により検出され、検出された交
流電流は、整流回路４に供給される。いま交流負荷２の
トランスに、長い時間にわたってサイクリックに一方向
に飽和電流が流れた場合、図４（ａ）に示すように一方
向にパルス状電流が電流検出器３から検出され、整流回
路４で図４（ｂ）に示す整流信号が導出される。

【００２２】次に、整流回路４出力が、パンドパスフィ
ルタ（ＢＰＦ）１３に供給され、図４（ｃ）のように、
整流された交流電流のうち所定の周波数成分、即ち負荷
電流に含む飽和電流周波数成分のみの出力が比較回路５
に供給される。比較回路５では、図１に示した構成と同
様に、基準値設定回路６で予め定められた基準電流レベ
ル信号Ｌと比較され、図４（ｄ）に示したパルス状の比
較出力信号が導出され、第一のカウンタ回路１０へ供給
される。

【００２３】第一のカウンタ回路１０は、比較回路５か
らの比較出力信号のパルス数を計数し、第一の実施の形
態と同様に、図４（ｅ）に示すような計数出力信号を導
出し、制御回路１１に供給する。制御回路１１は、規定
値設定回路１２にて予め設定された規定値と比較され、
規定値を越えたときに制御出力信号を導出し、図示しな
い保護回路を起動することができる。この図３に示した
装置においても、負荷２が絶縁トランスで構成され、電
流検出器３がその絶縁トランスの一次側電流を検出する
場合でも、同様な効果を得ることができる。

【００２４】図５は、この発明装置の第三の実施の形態
を示す回路図である。即ち、図１及び図３に示した上記
第一及び第二の実施の形態と同様に、交流電源１から交
流負荷２に供給される交流電流は電流検出器３により検
出され、検出された交流電流は、夫々第一及び第二の半
波整流回路４１，４２に供給される。交流負荷２のトラ
ンスに、長い時間にわたって一方向に飽和電流が流れる
と、図６（ａ）に示すように一方向に数サイクルにわた
って流れるパルス状電流が電流検出器３から検出され、
夫々第一及び第二の半波整流回路４１，４２からは図６
（ｂ），（ｃ）に示すように、一方の半波整流信号
（ｂ）にのみ飽和電流に対応するパルス状出力がサイク
リックに現れる。

【００２５】次に、各半波整流回路４１，４２出力は、
夫々対応する第一及び第二のピークホールド回路１４
１，１４２に供給され、図６（ｄ），（ｅ）のように整
流出力信号の各ピーク値を保持した繰り返し信号が導出
される。各ピークホールド回路１４１，１４２の出力信
号（ｄ），（ｅ）は、夫々図示のように互いに一対の割
算回路１５１，１５２に供給される。一方の割算回路１
５１はピークホールド回路１４１の出力をピークホール
ド回路１４２で得られたピークホールド値ｅ´で、また
他方の割算回路１５２はピークホールド回路１４２の出
力をピークホールド回路１４１で得られたピークホール
ド値ｄ´で割算を行うことによって、夫々図６（ｆ），
（ｇ）のようにピーク値の比率に相当する出力信号が得
られる。これら割算回路１５１，１５２の出力信号
（ｆ），（ｇ）は、夫々対応して第一及び第二の比較回
路５１，５２に供給され、各基準値設定回路６１，６２
の予め定められた基準値レベルＬ１，Ｌ２と比較され、
その比較出力（ｈ），（ｉ）は夫々第一及び第二のカウ
ンタ回路１０１，１０２に供給され、飽和電流に対応し
た計数出力（ｊ）が第一のカウンタ回路１０１出力とし
て導出される。従って、割算回路１５２及び比較回路５
２および第二のカウンタ回路１０２の出力には飽和電流
に対応する出力信号は現れない（図６（ｋ））。

【００２６】第一及び第二のカウンタ回路１０１，１０
２の各出力は制御回路１１１、１１２に供給され、夫々
対応して設けられた規定値設定回路１２１、１２２にて
予め設定された規定値と比較され、比較値を越えたとき
に制御出力信号を導出する。この場合は第一のカウンタ
回路１０１の出力が得られているので、この計数値と規
定値設定回路１２１で設定された規定値とが比較され、
規定値を越えたときに、保護回路を作動するように制御
される。

【００２７】この図５の装置においても、負荷２が絶縁
トランスで構成され、電流検出器３がその絶縁トランス
の一次側電流を検出する場合でも、同様な効果を得るこ
とができる。

【００２８】次に、図７はこの発明による第四の実施の
形態を示す構成図である。第四の実施の形態は第一の実
施の形態と同様な回路構成からなるもので、第一の実施
の形態との相違点は、交流電源１が三相交流電源であ
り、当然ながら負荷２も三相交流負荷である。従って電
流検出器３は三相夫々の伝送線路の信号を対象として検
出している点が相違する。

【００２９】即ち、三相交流電源１１は三相交流負荷２
１に電力を供給するように接続され、その接続回線に流
れる三相交流電流は各相に対応して設けられた各電流検
出器３１，３２，３３により検出される。いま三相交流
負荷２１が比較的磁束密度の低いトランスで構成され、
長い時間にわたって一方向に飽和電流が流れているとす
ると、電流検出器３１及び３２からは図８（ａ），
（ｂ）に示すように一方向にパルス状に数サイクル現れ
る電流が検出される。電流検出器３１，３２で検出され
た二相の交流電流は、他の一相の交流電流（図８
（ｃ））とともに、三相整流回路４１に供給され、図８
（ｄ）に示す整流信号が導出される。次に、整流回路４
１出力は、比較回路６に供給され、基準値設定回路６で
予め定められた基準電流レベル信号Ｌと比較されるの
で、図８（ｅ）に示したパルス状の出力信号が得られ、
カウンタ回路１０へ供給される。

【００３０】カウンタ回路１０は比較回路６からの出力
パルス信号数を計数し、その計数値に対応した出力信号
を導出し図８（ｆ）の計数出力信号を制御回路１１に供
給する。従って、カウンタ回路１０からは、負荷２のト
ランスに流れる飽和電流の発生サイクルを計数するの
で、制御回路１１はその計数結果を規定値設定回路１２
からの規定値と比較し、予め設定され数値を越えたとき
に、制御信号を出力し、半導体素子など回路構成要素の
保護防止を図るものである。

【００３１】なお、この第四の実施の形態では、三相交
流電流が三相交流負荷に供給する回路構成の場合を説明
したが、いずれか二相の交流が二相交流負荷に電力を供
給する場合に適用しても、全く同様に適応できる。ま
た、この実施の形態でも、負荷２を絶縁トランスで構成
し、各電流検出器がその絶縁トランスの一次側電流を検
出する場合でも、同様な効果を得ることができる。

【００３２】以上説明のように、この実施の形態による
交流負荷の過電流検出装置は、交流負荷電流基準電流値
を越える飽和電流が流れた場合、比較回路でピックアッ
プされ、計数回路でその発生回数を積算し、その積算結
果を得て過電流保護回路等を制御できるので、電気車の
補助電源装置等に適用して電力変換素子等の破壊を未然
に防止できる。

【００３３】

【発明の効果】この発明は、交流負荷の過電流検出装置
は、従来の過電流検出方法では的確な保護を困難とした
飽和電流に起因する回路素子の破壊に対して、効果的な
保護機能を発揮するもので、実用に際し顕著な効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による交流負荷の過電流検出装置の第
一の実施の形態を示す構成図である。

【図２】図１に示す装置の動作波形図である。

【図３】この発明による交流負荷の過電流検出装置の第
二の実施の形態を示す構成図である。

【図４】図３に示す装置の動作波形図である。

【図５】この発明による交流負荷の過電流検出装置の第
三の実施の形態を示す構成図である。

【図６】図５に示す装置の動作波形図である。

【図７】この発明による交流負荷の過電流検出装置の第
四の実施の形態を示す構成図である。

【図８】図７に示す装置の動作波形図である。

【符号の説明】

１、１１ 交流電源 ２、２１ 交流負荷 ３、３１、３２、３３ 電流検出器 ４、４１ 整流回路 ５ 比較回路 ６ 基準値設定回路 ７ 矩形波変換回路 ８１，８２ ＡＮＤ回路 １０，１０１，１０２ カウンタ回路 １１，１１１，１１２ 制御回路 １２，１２１，１２２ 規定値設定回路 １３ バンドパスフィルタ １４１，１４２ ピークホールド回路 １５１，１５２ 割算回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源に接続された交流負荷と、この交流
   負荷に供給される交流電流を検出する電流検出器と、こ
   の電流検出器に接続され検出された交流電流を整流する
   整流回路と、この整流回路に接続され整流された交流電
   流値と予め設定された基準電流値とを比較する比較回路
   と、前記電流検出器に接続され検出された交流電流に対
   応する矩形波信号を導出する矩形波形成回路と、この矩
   形波形成回路及び前記比較回路に接続されこれら両回路
   からの出力信号を導入し論理積演算を行う論理回路と、
   この論理回路から導出される論理積信号の出力数を計数
   する計数回路と、この計数回路における計数値が予め設
   定された規定値を越えたときに前記交流負荷への電力供
   給を停止するよう制御する制御回路とを具備することを
   特徴とする交流負荷の過電流検出装置。
2. 【請求項２】 電源に接続された交流負荷と、この交流
   負荷に供給される交流電流を検出する電流検出器と、こ
   の電流検出器に接続され検出された交流電流を整流する
   整流回路と、この整流回路に接続されこの整流回路で整
   流された交流電流のうち所定の周波数成分を抽出するバ
   ンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタに接続さ
   れこのバンドパスフィルタで抽出された通過電流値と予
   め設定された基準電流値とを比較する比較回路と、この
   比較回路に接続され比較出力信号の出力数を計数する計
   数回路と、この計数回路における計数値が予め設定され
   た規定値を越えたときに前記交流負荷への電力供給を停
   止するよう制御する制御回路とを具備することを特徴と
   する交流負荷の過電流検出装置。
3. 【請求項３】 電源に接続された交流負荷と、この交流
   負荷に供給される交流電流を検出する電流検出器と、こ
   の電流検出器で検出された前記交流電流の正側及び負側
   の各ピーク電流値を検出するピーク電流検出回路と、こ
   のピーク電流検出回路に接続され検出された各ピーク電
   流値の一方で他方を互いに除算する除算回路と、この除
   算回路に接続され各除算出力値と予め設定された基準値
   とを比較する比較回路と、この比較回路に接続され比較
   出力信号の出力数を計数する計数回路と、この計数回路
   における計数値が予め設定された規定値を越えたときに
   前記交流負荷への電力供給を停止するよう制御する制御
   回路とを具備することを特徴とする交流負荷の過電流検
   出装置。
4. 【請求項４】 三相交流電源に接続された負荷と、この
   負荷に供給される三相交流電流または三相交流電流の中
   のいずれか二相交流電流を検出する電流検出器と、この
   電流検出器に接続され検出された前記三相交流電流また
   は前記二相交流電流を全波整流する整流回路と、この整
   流回路に接続され全波整流された前記各三相交流電流値
   または前記各二相交流電流値と予め設定された基準値と
   を比較する比較回路と、この比較回路に接続され導出さ
   れた比較出力信号の出力数を計数する計数回路と、この
   計数回路における計数値が予め設定された規定値を越え
   たときに前記交流負荷への電力供給を停止するよう制御
   する制御回路とを具備することを特徴とする交流負荷の
   過電流検出装置。