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【発明の名称】 電源電圧異常による電気設備の障害診断装置
【発明者】 【氏名】松本 外左

【氏名】仁平 秀一
【要約】 【課題】電源電圧の異常変化によって生ずる電気設備の障害を予め診断することができる障害診断装置を提供すること。

【解決手段】負荷の給電ライン１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗに設けて疑似的な異常電圧を出力させる異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗと、電源電圧の様々な異常予測情報を設定する情報設定部１６と、設定された異常予測情報をパタ−ン化し、パタ−ン信号Ｓｏを出力する設定情報出力部１７と、パタ−ン信号Ｓｏをパルス幅変調してパルス制御信号Ｐｏを出力し、このパルス制御信号Ｐｏによって異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗを動作させる制御部１５とによって構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 交流電力によって運転される電気設備が電源電圧の異常により発生する障害を予め診断するための障害診断装置において、電気設備の電源電圧給電ラインに設け、疑似的な異常電圧を出力させる異常電圧生成手段と、電源電圧の様々な異常予測情報を設定する情報設定手段と、この情報設定手段により設定した異常予測情報に応じた制御信号を出力し、上記異常電圧生成手段を当該制御信号にしたがって動作させ異常電圧を出力させる制御手段とより構成したことを特徴とする電源電圧異常による電気設備の障害診断装置。
【請求項２】 情報設定手段は、異常予測情報にしたがって電圧値または電圧値と時間とを設定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載した電源電圧異常による電気設備の障害診断装置。
【請求項３】 情報設定手段によって設定した異常予測情報をパタ−ン化して、パタ−ン信号を出力する設定情報出力手段を設けると共に、制御手段がそのパタ−ン信号をパルス幅変調してパルス制御信号を出力し異常電圧生成手段を動作させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載した電源電圧異常による電気設備の障害診断装置。
【請求項４】 異常電圧生成手段が、パルス制御信号を入力して動作する交流スイッチングレギュレ−タからなることを特徴とする請求項３に記載した電源電圧異常による電気設備の障害診断装置。
【請求項５】 ＡＣ−ＡＣインバ−タ回路からなる異常電圧生成手段と、情報設定手段によって設定した異常予測情報に応じたパルス制御信号を出力する制御手段とを備え、パルス制御信号によって異常電圧生成手段を動作させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載した電源電圧異常による電気設備の障害診断装置。
【請求項６】 リニアアンプ回路からなる異常電圧生成手段と、情報設定手段によって設定した異常予測情報により交流基準電圧を振幅変調する変調回路を含み、交流基準電圧の変調信号を制御信号として出力する制御手段とを備え、制御信号によって異常電圧生成手段を動作させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載した電源電圧異常による電気設備の障害診断装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流電力によって運転される電気設備が電源電圧の異常により発生する障害を予め診断するための障害診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】商用電源と自家発電機により並行給電するシステムでは、商用電源に停電事故が発生した場合、自家発電機が過負荷となって停止してしまうため、負荷である電気機器もずべて停止してしまう。
【０００３】一方、商用電源が何等かの原因で瞬停（例えば、数秒程度の瞬時停電）したときは、その後直ちに回復して給電継続するが、負荷である電気設備には無給電の時が発生するため、電気設備によっては障害が生じたり、延いては運転が停止することがある。
【０００４】このような実情から、商用電源が停電した場合、自家用発電機によって継続給電する方策が望まれている。しかし、自家発電機によるこのような継続給電は、既に述べたように過負荷となり、給電電圧が低下するため、電気設備の全てに給電することができないことから、重要負荷（重要な電気設備）に限り継続給電するシステムが提案されている。
【０００５】具体的には、商用電源の停電を高速検出し、この検出に基づいて自家発電機の給電系を商用電源の給電系から切り離すと共に、重要負荷を選択し、この重要負荷を自家発電機によって継続給電する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、商用電源が停止した場合、上記のようにして自家発電機により継続給電する重要負荷が電源電圧の変動によって支障を来たすことがないように、この重要負荷について予め疑似的な異常電圧を印加し、これによって障害が発生するか否かを模擬テストするために利用する障害診断装置を提案する。
【０００７】ただ、本発明の障害診断装置は、電気機器等の交流電気設備について試験研究し、また、検査する場合においても、電源電圧の様々な変動を予測して試験研究し、検査することに利用することができる。
【０００８】上記したように、本発明は、交流電力により運転される電気機器等の電気設備の電源電圧を様々に変え、電気設備に障害が発生するか否かを診断することができることと、大電力供給負荷についても容易に利用することができ、かつ、装置コストの低廉化を計ることができる障害診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成するため、本発明は、交流電力によって運転される電気設備が電源電圧の異常により発生する障害を予め診断するための障害診断装置に関する。
【００１０】そして、第１の発明の障害診断装置は、電気設備の電源電圧給電ラインに設け、疑似的な異常電圧を出力させる異常電圧生成手段と、電源電圧の様々な異常予測情報を設定する情報設定手段と、この情報設定手段により設定した異常予測情報に応じた制御信号を出力し、上記異常電圧生成手段を当該制御信号にしたがって動作させ異常電圧を出力させる制御手段とより構成してある。
【００１１】第２の発明は、上記した情報設定手段について、異常予測情報にしたがって電圧値または電圧値と時間とを設定する構成としてある。
【００１２】第３の発明は、第１の発明において、情報設定手段によって設定した異常予測情報をパタ−ン化して、パタ−ン信号を出力する設定情報出力手段を設けると共に、制御手段がそのパタ−ン信号をパルス幅変調してパルス制御信号を出力し異常電圧生成手段を動作させる構成としてある。
【００１３】第４の発明は、上記した異常電圧生成手段が、パルス制御信号を入力して動作する交流スイッチングレギュレ−タからなる構成となっている。
【００１４】第５の発明は、ＡＣ−ＡＣインバ−タ回路からなる異常電圧生成手段と、情報設定手段によって設定した異常予測情報に応じたパルス制御信号を出力する制御手段とを備え、パルス制御信号によって異常電圧生成手段を動作させる構成としてある。
【００１５】第６の発明は、リニアアンプ回路からなる異常電圧生成手段と、情報設定手段によって設定した異常予測情報により交流基準電圧を振幅変調する変調回路を含み、交流基準電圧の変調信号を制御信号として出力する制御手段とを備え、制御信号によって異常電圧生成手段を動作させる構成としてある。
【００１６】
【作用】電源電圧の電圧値の上昇、低下、電圧消滅、異常電圧の発生時点、異常電圧時間の長短などを予測し、この予測情報を異常予測情報として情報設定手段によって設定する。
【００１７】このように設定された異常予測情報は、予測情報に応じた制御信号として制御手段から出力され、異常電圧生成手段がこの制御信号を入力して動作する。
【００１８】すなわち、給電ラインより印加された正常の電源電圧が異常電圧生成手段の動作により、異常予測情報にしたがって変化し電気設備に印加される。この結果、電気設備が予測した異常電源電圧によって支障を来たすか否かを診断することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態について図面に沿って説明する。図１は、三相交流によって運転する負荷（電気機器等の電気設備）の障害を診断する障害診断装置の電気回路図を示す。
【００２０】図示するように、この障害診断装置は、一方のタ−ミナルベ−ス１０ａの各端子Ｕ、Ｖ、Ｗに交流電源（２００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）を接続し、他方のタ−ミナルベ−ス１０ｂの各端子ｕ１、ｖ１、ｗ１、ｕ２、ｖ２、ｗ２に接続した各負荷（図示省略）を給電する。なお、タ−ミナルベ−ス１０ｂの端子は負荷数に応じて増減することができる。
【００２１】三相の給電ライン１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗの各々には、異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗを接続し、この異常電圧生成部の各出力電圧が三相複巻変圧器（例えば、Δ−Ｙ結線変圧器）１３を介して各負荷に印加される。なお、この三相複巻変圧器１３は必ずしも必要となるものではない。また、タ−ミナルベ−ス１０a側にはしゃ断器１４ａが、タ−ミナルベ−ス１０ｂ側にはしゃ断器１４ｂ、１４ｃが設けてある。
【００２２】上記した異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは、フィルタ−回路を含むスイッチング回路によって構成してあり、制御部１５から送られるパルス制御信号Ｐｏによって異常電圧を出力する一種の交流スイッチングレギュレ−タとなっている。
【００２３】一方、情報設定部１６は、電源電圧の様々な異常情報を設定するもので、負荷が障害を発生する電源電圧の異常電圧を予測し、その異常予測情報を設定する。例えば、実際に起こる瞬停、停電、電圧変動などを予測し、その予測情報を設定する。
【００２４】上記のように設定された異常予測情報は、設定情報出力部１７によってパタ−ン化され、パタ−ン信号Ｓｏとして制御部１５に送られる。なお、設定情報出力部１７は、異常予測情報をパタ−ン化する他、動作モ−ド（手動、自動、瞬停）を切換えるために、ＣＰＵとその周辺機器などを備えた信号処理回路となっている。
【００２５】制御部１５は、パタ−ン信号Ｓｏをパルス変換し、パルス幅変調するパルス幅変調回路を備え、上記したようにパルス制御信号Ｐｏを出力する。
【００２６】その他、図１に示す参照符号１８はパイロットランプ、１９は電圧計、２０は電流計である。また、この障害診断装置では三相交流を直流変換するＡＣ／ＤＣ変換器２１を設け、このＡＣ／ＤＣ変換器２１に接続した表示器（図示省略）によって給電電圧状態を表示させる構成としてある。
【００２７】続いて、各回路部について今少し詳細に説明する。図２は上記した情報設定部１６に設けた操作パネル２２を示す。この操作パネル２２は、光学表示器によって光学的に映し出す構成としてあり、図示状態は自動モ−ドで表示された表示画面を示している。なお、瞬停モ−ドでも同様の操作パネルが映し出されるが、この場合には、Ｔ１、Ｔ３をｍｓ（ミリ秒）単位で設定する表示画面となる。
【００２８】図示するように、本実施形態の障害診断装置は、手動、自動、瞬停のいずれかの動作モ−ドが選択でき、また、正常電圧Ｖ１と異常電圧Ｖ２の設定と、３段階の時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とが設定できる構成となっている。なお、手動モ−ドは手動設定器でＶ１、Ｖ２を設定する。
【００２９】そして、この実施形態において、自動モ−ドを選択した場合には、Ｖ１、Ｖ２が共に０〜２２０Ｖ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が共に１．０〜９９．９ｓ（秒）の範囲で設定することができる。瞬停モ−ドを選択した場合は、Ｖ１が０〜２２０Ｖ、Ｖ２がＶ１の５０％〜Ｖ１、Ｔ１が２０〜９９９ｍｓ（ミリ秒）、Ｔ２が０〜９．９９ｓ（秒）、Ｔ３が１００〜９９９ｍｓ（ミリ秒）の範囲で設定することができる。
【００３０】上記した操作パネル２２によって自動モ−ドを選択し、Ｖ１、Ｖ２、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３によって異常予測情報を設定した場合は、この異常予測情報が設定情報出力部１７に入力し、この設定情報出力部１７が図３（ａ）に示したパタ−ン信号Ｓｏを出力する。
【００３１】上記設定情報出力部１７は、操作パネル２２の「ＯＮ」ボタンを押し操作すると、Ｖ１までソフトアップし、その後、「ＳＴＡＲＴ」ボタンを操作することにより、情報処理を開始し、図３（ａ）に示すパタ−ン信号Ｓｏを出力する。なお、設定情報出力部１７は、動作モ−ドを再選択することにより、その動作が停止する。
【００３２】そして、上記したパタ−ン信号Ｓｏは制御部１５に入力し、この制御部１５に備えたパルス幅変調回路によってパルス変換されると共に、パルス幅変調され、図３（ｂ）に示すパルス制御信号Ｐｏとして出力される。
【００３３】図４は制御部１５の一例を示す回路ブロック図である。なお、図面では異常電圧生成部１２Ｕのみを示したが、その他の異常電圧生成部１２Ｖ、１２Ｗは同構成となっている。図示するように、この制御部１５は、比較増幅器１５ａ、パルス幅変換回路１５ｂ、ＡＣ／ＤＣ変換回路を含むフィ−ドバック回路１５ｃより構成してあり、パタ−ン信号Ｓｏとフィ−ドバック信号Ｐ１とを比較増幅器１５ａで比較し、その増幅信号Ｓ１をパルス幅変調回路１５ｂによってパルス幅変調し、パルス制御信号Ｐｏを出力するようになっている。
【００３４】なお、この制御部１５によって行なわれるパルス幅変調は、パタ−ン信号Ｓｏのレベルが大きいほどパルス幅を広くし、そのレベルが小さいほどパルス幅を狭くする幅変調である。（図３（ｂ）参照）
【００３５】パルス制御信号Ｐｏに応動する異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは、交流電源より周波数５０／６０Ｈｚの交流電圧を入力し、この交流電圧をパルス制御信号Ｐｏにしたがってスイッチングし、異常電圧を出力する。
【００３６】具体的には、この異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは、図５（ａ）に示すような正弦波の交流電圧Ｖｏ１を入力し、この交流電圧Ｖｏ１をパルス制御信号Ｐｏにしたがって図５（ｂ）に示すようにスイッチングする。そして、この異常電圧生成部に備えたフィルタ−回路で波形整形して図５（ｃ）に示すような振幅を変えた交流電圧（異常電圧）Ｖｏ２を出力する。
【００３７】次に、上記した障害診断装置の動作について説明する。既に述べたように、操作パネル２２によって動作モ−ドを選択し、Ｖ１、Ｖ２、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３によって異常予測情報を設定した後、先ず、「ＯＮ」ボタンを操作し、続いて、「ＳＴＡＲＴ」ボタンを操作することにより、異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗが出力動作する。
【００３８】図６（ｂ）は自動モ−ドで出力される異常電圧の一例を示す波形図である。この出力動作例は、異常予測情報として、Ｖ１＝２００Ｖ、Ｖ２＝１００Ｖ、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝１Ｓに設定した場合である。異常予測情報をこのように設定すると、設定情報出力部１７が図６（ａ）に示すパタ−ン信号Ｓｏを出力する。
【００３９】これより、制御部１５がそのパタ−ン信号Ｓｏに応じたパルス制御信号Ｐｏにより異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗを動作させるとから、各異常電圧生成部が正常な交流電圧を疑似的に変え図６（ｂ）に示すような異常電圧が出力する。
【００４０】このように出力された異常電圧が三相複巻変圧器１３を介して負荷に供給され、模擬テストされる。この結果、１００Ｖの電源電圧の変動が１秒間発生した場合、２００V給電負荷が正常に動作するか、また、障害を生ずるかを診断することができる。また、このときの電源電圧はAC／DC変換器２１に接続した表示器によって確認することができる。なお、非常停止するときは、しゃ断器を引き外す。
【００４１】図７は、上記同様の自動モ−ドにおいて、Ｖ１＝２００Ｖ、Ｖ２＝０Ｖ、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝１Ｓに設定した場合の出力動作例を示す波形図である。このように、異常予測情報の設定にしたがつて異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの出力電圧が様々に変わるから、このような異常電圧を電源電圧として負荷に印加することによって、負荷の動作状態を診断することができる。
【００４２】図８（ｂ）は瞬停モ−ドを選択して出力させた異常電圧の一例を示す波形図である。この波形図は、瞬停モ−ドでの操作パネルにおいて、Ｖ１＝２００Ｖ、Ｖ２＝１００Ｖ、Ｔ１＝２０ｍｓ、Ｔ２＝０ｓ、Ｔ３＝１００ｍｓの異常予測情報を設定した出力動作例である。
【００４３】このように異常予測情報（瞬停情報）を設定すると、設定情報出力部１７が図８（ａ）に示すパタ−ン信号Ｓｏを出力することから、異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗが正常な交流電圧を疑似的に瞬停の電源電圧に変え、その瞬停電圧を負荷に印加する。この結果、負荷が瞬停において支障なく動作するか、或いは、何等かの障害を発生するかを診断することができる。
【００４４】以上より分かる通り、電源電圧の異常によって電気設備がどのような動作状態となるかを模擬的に診断することができるので、商用電源の瞬停や停電時に自家発電機によって給電する重要負荷を選別するために利用する試験装置として有効なものとなる。
【００４５】また、この強電負荷と弱電負荷にかかわらず利用することができるので、大学や企業の研究機関、或いは、電気機器、電気部品生産工場等での試験、研究、検査用の障害診断装置として利用することができる。
【００４６】次に他の実施形態について説明する。図９は、異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２ＷをＡＣ−ＡＣインバ−タ回路で構成した実施形態を示す回路ブロック図である。なお、図面では異常電圧生成部１２Ｕのみを示したが、その他の異常電圧生成部１２Ｖ、１２Ｗは同構成となっている。
【００４７】この実施形態の異常電圧生成部１２Ｕは、商用電源から交流電圧を入力して整流、平滑する整流回路３１と入力平滑回路３２、整流平滑された電源電圧を制御信号Ｐｏにしたがってスイッチングしてパルス出力するスイッチング回路３３、そのパルス出力電圧を平滑して疑似的な異常電圧を出力する出力平滑回路３４とから構成してある。
【００４８】また、この実施形態の制御部１５は、基準波形出力回路３５から出力された交流電圧を設定情報出力部１７から出力されたパタ−ン信号Ｓｏによって振幅変調する振幅変調回路３６、出力電圧を検出して帰還するフィ−ドバック回路３７、振幅変調電圧とフィ−ドバック電圧とを入力し、これらの差電圧にしたがって出力する差動増幅器３８、差動増幅器３８の出力信号をパルス変調し、パルス制御信号Ｐｏを出力するパルス変調回路３９とより構成してある。
【００４９】この実施形態の障害診断装置は、既に述べたところにしたがって異常予測情報を情報設定部１６によって設定すれば、設定情報出力部１７が設定された異常予測情報をパタ−ン化し、パタ−ン信号Ｓｏを出力する。
【００５０】これより、交流基準電圧がパタ−ン信号Ｓｏにより振幅変調され、この振幅変調電圧とフィ−ドバック電圧とを入力する差動増幅器３８がこれらの差電圧信号を出力し、その差電圧信号がパルス変調回路３９によってパルス変換され、パルス変調される。
【００５１】そして、パルス変調回路３９が出力するパルス制御信号Ｐｏにしたがってスイッチング回路３３が動作することから、ＡＣ−ＡＣインバ−タ回路の出力電圧が異常予測情報にしたがって変化する。この結果、ＡＣ−ＡＣインバ−タ回路からなる異常電圧生成部１２Ｕが疑似的な異常電圧を出力し、この異常電圧が負荷に印加される。
【００５２】図１０は、異常電圧生成部１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗをリニアアンプ回路で構成した実施形態を示す回路ブロック図である。なお、図面では異常電圧生成部１２Ｕのみを示したが、その他の異常電圧生成部１２Ｖ、１２Ｗは同構成となっている。
【００５３】この実施形態の異常電圧部１２Ｕは、商用電源から交流電圧を入力して整流、平滑する整流回路４１と入力平滑回路４２、出力増幅器４３とから構成してある。
【００５４】また、この実施形態の制御部１５は、基準波形出力回路４４、振幅変調回路４５、フィ−ドバック回路４６、差動増幅器４７とから構成してある。つまり、この制御部１５は図９に示したパルス変調回路３９を取り除いた回路構成となっている。
【００５５】本実施形態の障害診断装置は、差動増幅器４７の出力信号が制御信号Ｐｏとして出力増幅器４３に入力され、この出力増幅器４３から疑似的な異常電圧が出力する。その他の回路部動作は図９の実施形態と同様となる。
【００５６】上記したように、本発明の障害診断装置は、ＡＣ−ＡＣインバ−タ回路（図９）を利用し、また、リニアアンプ回路（図１０）を利用しても実施することができ、図１に示した障害診断装置と同様にして異常電圧による電気設備の障害を模擬的に診断することができる。
【００５７】なお、本発明は三相交流電源の電気設備に限らず単相交流電源の電気設備についても同様に実施することができる。
【００５８】
【発明の効果】上記した通り、本発明の障害診断装置は、電源電圧の様々な異常変化を予測し、異常予測情報にしたがって疑似的に電源電圧を変えて負荷給電する構成としたので、電源電圧の異常変化によって生ずる電気設備（負荷）の障害を簡単に診断することができる。
【００５９】例えば、商用電源の瞬時停電の発生や三相不平衡電圧の発生などによって生ずる電気設備の障害を予め診断し、その障害を未然に防止することができる。
【００６０】また、この発明の障害診断装置は、電気回路によって構成することができるから、小形化、軽量化と共に、製造コストの低廉化に有利となる。
【出願人】 【識別番号】０００２２０２６２
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
【識別番号】３９１０２５２４６
【氏名又は名称】株式会社東京理工舎
【出願日】 平成１１年７月２７日（１９９９．７．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００７６１９６
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 寛治
【公開番号】 特開２００１−４１９９０（Ｐ２００１−４１９９０Ａ）
【公開日】 平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願番号】 特願平１１−２１１５１４