JP6948245B2 - 判定システム、判定システムによる判定方法及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、判定システム、判定システムによる判定方法及びプログラムに関する。
交流電力を直流電力に変換する電源回路が知られている。この電源回路は、一般的に、コンバータと呼ばれている。このコンバータに入力される交流電圧としては、例えば３相交流電源のように複数の相を有するものがあり、複数の相のうち何れかが欠相（断線など）する不具合が発生する場合がある。
特許文献１には、交流電力波形を読み取ってその交流電力波形についてＦＦＴ演算を行い、演算の結果得られた交流電力波形に含まれる周波数成分から欠相を判定する技術が記載されている。
特許文献１には、交流電力波形を読み取ってその交流電力波形についてＦＦＴ演算を行い、演算の結果得られた交流電力波形に含まれる周波数成分から欠相を判定する技術が記載されている。
ところで、交流電源からコンバータへ引き込む交流電力（特に、交流電流）が歪むと、交流電源側、すなわち電力系統における歪み等の悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、交流電源からコンバータへ引き込む交流電力を補正するアクティブフィルタを備えるコンバータがある。また、整流回路がスイッチング素子で構成されたコンバータがある。これらのようなコンバータでは、負荷に供給される電流に応じた制御が行われる場合があり、負荷から交流電源へのリターン電流を検出する電流センサをコンバータが備えている場合がある。
そこで、コンバータが備える電流センサを有効利用することのできる技術が求められている。
そこで、コンバータが備える電流センサを有効利用することのできる技術が求められている。
本発明は、上記の課題を解決することのできる判定システム、判定システムによる判定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の第１の態様によれば、判定システムは、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた信号を出力する電流センサを有するコンバータと、前記電流センサが出力した前記信号と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記電流センサが出力する前記信号の上限を規定する第１しきい値及び前記信号の下限を規定する第２しきい値とに基づいて、前記欠相の有無を判定する判定回路と、を備える。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様における判定システムにおいて、前記電流センサは、抵抗と差動アンプを備え、前記抵抗は、前記負荷に流れる電流を検出し、前記差動アンプは、前記抵抗が検出した電流に応じた電圧を出力し、前記判定回路は、前記差動アンプが出力した前記電圧と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記差動アンプが出力する前記電圧の上限を規定する第１しきい値及び前記信号の下限を規定する第２しきい値とに基づいて、前記欠相の有無を判定するものであってもよい。
本発明の第３の態様によれば、判定システムによる判定方法は、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた信号を出力する電流センサを有するコンバータを備える判定システムによる判定方法であって、前記電流センサが出力した前記信号と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記電流センサが出力する前記信号の上限を規定する第１しきい値及び前記信号の下限を規定する第２しきい値とに基づいて、前記欠相の有無を判定すること、を含む。
本発明の第４の態様によれば、プログラムは、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた信号を出力する電流センサを有するコンバータを備える判定システムのコンピュータに、前記電流センサが出力した前記信号と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記電流センサが出力する前記信号の所定範囲とに基づいて、前記欠相の有無を判定すること、を実行させる。
本発明の実施形態による判定システムによれば、コンバータが備える電流センサを有効利用することができる。
＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による空調システムの構成について説明する。
本発明の一実施形態による空調システム１は、コンバータが既に備えている電流センサを利用して、入力される交流電源の欠相を判定するシステムである。空調システム１（判定システムの一例）は、図１に示すように、コンバータ１０、インバータ２０、モータ３０、制御回路４０（判定回路の一例）を備える。
以下、本発明の一実施形態による空調システムの構成について説明する。
本発明の一実施形態による空調システム１は、コンバータが既に備えている電流センサを利用して、入力される交流電源の欠相を判定するシステムである。空調システム１（判定システムの一例）は、図１に示すように、コンバータ１０、インバータ２０、モータ３０、制御回路４０（判定回路の一例）を備える。
コンバータ１０は、図１に示すように、整流回路１０１、コンデンサ１０２、電流センサ１０３を備える。コンバータ１０は、３相交流電源２が出力する交流電圧を直流電圧に変換する。また、コンバータ１０は、３相交流電源２における欠相を判定するための電流を検出する。
整流回路１０１は、交流電源３が出力する交流電圧を受ける。整流回路１０１は、受けた交流電圧を整流する。
整流回路１０１は、整流後の電圧でコンデンサ１０２を充電する。
コンデンサ１０２は、平滑コンデンサであり、コンバータ１０の出力電圧を一定の電圧に安定させる。コンデンサ１０２が一定に安定させた電圧は、インバータ２０に供給される。
電流センサ１０３は、コンバータ１０の負荷であるモータ３０に流れる電流を、３相交流電源２へのリターン電流によって検出、検出結果を制御回路４０に出力する。電流センサ１０３は、例えば、図１に示すように、リターン電流が流れるモータ３０から３相交流電源２への経路に直列に設けられた抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ１の両端の電位差に応じた電圧を出力する差動アンプＯＰ１（図１において「ＯＰＡＭＰ」と記載）で構成される。この場合、電流センサ１０３は、リターン電流を抵抗Ｒ１の両端の電位差として検出し、検出した電位差を差動アンプＯＰ１で電位差に応じた電圧に変換して制御回路４０に出力する。
整流回路１０１は、交流電源３が出力する交流電圧を受ける。整流回路１０１は、受けた交流電圧を整流する。
整流回路１０１は、整流後の電圧でコンデンサ１０２を充電する。
コンデンサ１０２は、平滑コンデンサであり、コンバータ１０の出力電圧を一定の電圧に安定させる。コンデンサ１０２が一定に安定させた電圧は、インバータ２０に供給される。
電流センサ１０３は、コンバータ１０の負荷であるモータ３０に流れる電流を、３相交流電源２へのリターン電流によって検出、検出結果を制御回路４０に出力する。電流センサ１０３は、例えば、図１に示すように、リターン電流が流れるモータ３０から３相交流電源２への経路に直列に設けられた抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ１の両端の電位差に応じた電圧を出力する差動アンプＯＰ１（図１において「ＯＰＡＭＰ」と記載）で構成される。この場合、電流センサ１０３は、リターン電流を抵抗Ｒ１の両端の電位差として検出し、検出した電位差を差動アンプＯＰ１で電位差に応じた電圧に変換して制御回路４０に出力する。
インバータ２０は、コンバータ１０が生成した直流電圧からモータ３０を駆動するための３相交流電圧を生成する。
モータ３０は、インバータ２０が生成した３相交流電圧に応じて回転する。モータ３０は、例えば、コンプレッサモータである。
制御回路４０は、コンバータ１０から受ける電流センサ１０３の出力電圧に基づいて、３相交流電源２の欠相を判定する。具体的には、制御回路４０は、欠相がない場合の電流範囲からはずれることを判定するための、欠相がない場合の電流値の上限からはずれたと判断するための第１しきい値、及び、欠相がない場合の電流値の下限からはずれたと判断するための第２しきい値と、電流センサ１０３の出力電圧とを比較する。そして、制御回路４０は、電流センサ１０３の出力電圧が第１しきい値と第２しきい値との間にあると判定した場合、欠相がないと判定する。また、制御回路４０は、電流センサ１０３の出力電圧が第１しきい値を超えた、または、第２しきい値未満となったと判定した場合、欠相があると判定する。
なお、制御回路４０が行うこの判定は、欠相がない場合には、図２（ａ）に示すように、ある限られた電流値の範囲内で電流が変動する。それに対して、３相交流電源２における３相のうちの１相が欠相している場合、欠相した１相に対応する配線には電流が流れない。そのため、図２（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間が周期的に必ず発生する。第２しきい値はこの下限を判定するためのしきい値である。また、欠相がある場合には、電流がほぼ０となる期間にはコンデンサ１０２からインバータ２０へ電荷が放電され、欠相していない２つの相の間で電流が流れるときに、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ１０２を充電する電流が流れて欠相がない場合の電流値の上限を超える期間が周期的に発生する。第１しきい値はこの上限を判定するためのしきい値である。なお、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間は、瞬間的な短い期間ではなく、３相交流電源２の周波数に応じた期間である。一般的な制御回路は、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間よりも充分に高速動作するため、制御回路４０はこの判定を、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間中に行うことができる。
モータ３０は、インバータ２０が生成した３相交流電圧に応じて回転する。モータ３０は、例えば、コンプレッサモータである。
制御回路４０は、コンバータ１０から受ける電流センサ１０３の出力電圧に基づいて、３相交流電源２の欠相を判定する。具体的には、制御回路４０は、欠相がない場合の電流範囲からはずれることを判定するための、欠相がない場合の電流値の上限からはずれたと判断するための第１しきい値、及び、欠相がない場合の電流値の下限からはずれたと判断するための第２しきい値と、電流センサ１０３の出力電圧とを比較する。そして、制御回路４０は、電流センサ１０３の出力電圧が第１しきい値と第２しきい値との間にあると判定した場合、欠相がないと判定する。また、制御回路４０は、電流センサ１０３の出力電圧が第１しきい値を超えた、または、第２しきい値未満となったと判定した場合、欠相があると判定する。
なお、制御回路４０が行うこの判定は、欠相がない場合には、図２（ａ）に示すように、ある限られた電流値の範囲内で電流が変動する。それに対して、３相交流電源２における３相のうちの１相が欠相している場合、欠相した１相に対応する配線には電流が流れない。そのため、図２（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間が周期的に必ず発生する。第２しきい値はこの下限を判定するためのしきい値である。また、欠相がある場合には、電流がほぼ０となる期間にはコンデンサ１０２からインバータ２０へ電荷が放電され、欠相していない２つの相の間で電流が流れるときに、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ１０２を充電する電流が流れて欠相がない場合の電流値の上限を超える期間が周期的に発生する。第１しきい値はこの上限を判定するためのしきい値である。なお、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間は、瞬間的な短い期間ではなく、３相交流電源２の周波数に応じた期間である。一般的な制御回路は、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間よりも充分に高速動作するため、制御回路４０はこの判定を、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間中に行うことができる。
次に、本発明の一実施形態による空調システム１の処理について図２を用いて説明する。
空調システム１が起動し（ステップＳ１）、３相交流電源２から空調システム１に交流電圧が供給されると（ステップＳ２）、整流回路１０１は、３相交流電源２から受ける交流電圧を整流する（ステップＳ３）。整流回路１０１は、整流後の電圧でコンデンサ１０２を充電する（ステップＳ４）。コンデンサ１０２は、コンバータ１０の出力電圧を一定の電圧に安定させ、その電圧をインバータ２０に供給する。
空調システム１が起動し（ステップＳ１）、３相交流電源２から空調システム１に交流電圧が供給されると（ステップＳ２）、整流回路１０１は、３相交流電源２から受ける交流電圧を整流する（ステップＳ３）。整流回路１０１は、整流後の電圧でコンデンサ１０２を充電する（ステップＳ４）。コンデンサ１０２は、コンバータ１０の出力電圧を一定の電圧に安定させ、その電圧をインバータ２０に供給する。
インバータ２０は、コンバータ１０が生成した直流電圧からモータ３０を駆動するための３相交流電圧を生成する（ステップＳ５）。
モータ３０は、インバータ２０が生成した３相交流電圧に応じて回転する。このとき、インバータ２０が生成した３相交流電圧に応じてモータ３０を流れる電流が、リターン電流として、抵抗Ｒ１を流れる（ステップＳ６）。
モータ３０は、インバータ２０が生成した３相交流電圧に応じて回転する。このとき、インバータ２０が生成した３相交流電圧に応じてモータ３０を流れる電流が、リターン電流として、抵抗Ｒ１を流れる（ステップＳ６）。
差動アンプＯＰ１は、抵抗Ｒ１の両端の電位差を受ける。差動アンプＯＰ１は、受けた電位差をその電位差に応じた電圧を生成し（ステップＳ７）、生成した電圧を、常時、制御回路４０に出力する。
制御回路４０は、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間よりも充分に短い所定の時間間隔で、差動アンプＯＰ１から受ける電圧をサンプリングする（ステップＳ８）。制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値と、第１しきい値とを比較する（ステップＳ９）。そして、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第１しきい値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０）。
制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第１しきい値を超えていると判定した場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、３相交流電源２に欠相があると判定する（ステップＳ１１）。
また、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第１しきい値以下であると判定した場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、サンプリングした電圧の電圧値と、第２しきい値とを比較する（ステップＳ１２）。そして、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第２しきい値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
また、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第１しきい値以下であると判定した場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、サンプリングした電圧の電圧値と、第２しきい値とを比較する（ステップＳ１２）。そして、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第２しきい値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第２しきい値未満であると判定した場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、３相交流電源２に欠相があると判定する（ステップＳ１１）。
また、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第２しきい値以上であると判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、ステップＳ１０の処理に戻り、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間よりも充分に短い所定の時間が経過した後、上記ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理を繰り返す。
また、制御回路４０は、サンプリングした電圧の電圧値が第２しきい値以上であると判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、ステップＳ１０の処理に戻り、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０となる期間よりも充分に短い所定の時間が経過した後、上記ステップＳ１０〜ステップＳ１３の処理を繰り返す。
以上、本発明の一実施形態による空調システム１について説明した。空調システム１（判定システムの一例）は、電流センサ１０３を有するコンバータ１０、制御回路４０を備える。電流センサ１０３が負荷であるモータ３０に流れる電流を検出し、その電流の電流値に応じた信号を制御回路４０に出力する。制御回路４０は、電流センサ１０３から受けた信号が、３相交流電源２に欠相がない場合に電流センサ１０３が出力する信号の所定範囲にあるか否かに基づいて、３相交流電源２の欠相を判定する。
制御回路４０が所定の時間間隔ごとに電流センサ１０３から受ける信号について欠相の有無の判定を行うことで、電流センサ１０３の本来の用途（例えば、整流回路のスイッチング素子の制御、アクティブフィルタの制御など）に加えて、３相交流電源２の欠相を判定することができる。
その結果、コンバータが備える電流センサを有効利用することができる。
なお、本発明の別の実施形態では、制御回路４０は、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０アンペアとなること複数回検出した場合に、欠相と判定するものであってもよい。
制御回路４０が所定の時間間隔ごとに電流センサ１０３から受ける信号について欠相の有無の判定を行うことで、電流センサ１０３の本来の用途（例えば、整流回路のスイッチング素子の制御、アクティブフィルタの制御など）に加えて、３相交流電源２の欠相を判定することができる。
その結果、コンバータが備える電流センサを有効利用することができる。
なお、本発明の別の実施形態では、制御回路４０は、抵抗Ｒ１に流れる電流がほぼ０アンペアとなること複数回検出した場合に、欠相と判定するものであってもよい。
なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。
記憶部のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
本発明の実施形態について説明したが、上述の制御回路４０、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図５は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図５に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の制御回路４０、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。
図５は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図５に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の制御回路４０、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。
ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。
１・・・空調システム
２・・・３相交流電源
１０・・・コンバータ
２０・・・インバータ
３０・・・モータ
４０・・・制御回路
１０１・・・整流回路
１０２・・・コンデンサ
１０３・・・電流センサ
ＯＰ１・・・差動アンプ
Ｒ１・・・抵抗
２・・・３相交流電源
１０・・・コンバータ
２０・・・インバータ
３０・・・モータ
４０・・・制御回路
１０１・・・整流回路
１０２・・・コンデンサ
１０３・・・電流センサ
ＯＰ１・・・差動アンプ
Ｒ１・・・抵抗
Claims (4)
- 負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた信号を出力する電流センサを有するコンバータと、
前記電流センサが出力した前記信号と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記電流センサが出力する前記信号の上限を規定する第１しきい値及び前記信号の下限を規定する第２しきい値とに基づいて、前記欠相の有無を判定する判定回路と、
を備える判定システム。 - 前記電流センサは、抵抗と差動アンプを備え、
前記抵抗は、前記負荷に流れる電流を検出し、
前記差動アンプは、前記抵抗が検出した電流に応じた電圧を出力し、
前記判定回路は、
前記差動アンプが出力した前記電圧と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記差動アンプが出力する前記電圧の所定範囲とに基づいて、前記欠相の有無を判定する、
請求項１に記載の判定システム。 - 負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた信号を出力する電流センサを有するコンバータを備える判定システムによる判定方法であって、
前記電流センサが出力した前記信号と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記電流センサが出力する前記信号の上限を規定する第１しきい値及び前記信号の下限を規定する第２しきい値とに基づいて、前記欠相の有無を判定すること、
を含む判定システムによる判定方法。 - 負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた信号を出力する電流センサを有するコンバータを備える判定システムのコンピュータに、
前記電流センサが出力した前記信号と、前記コンバータに交流電圧を供給する交流電源に欠相がない場合に前記電流センサが出力する前記信号の上限を規定する第１しきい値及び前記信号の下限を規定する第２しきい値とに基づいて、前記欠相の有無を判定すること、
を実行させるプログラム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017241912A JP6948245B2 (ja) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | 判定システム、判定システムによる判定方法及びプログラム |
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