負荷の異常検出装置
【課題】負荷の短絡等を電気的に迅速かつ確実に検出可能な負荷の異常検出装置を得る。
【解決手段】インバータ２によって駆動される容量性のオゾン発生器５の異常を、オゾン発生器５の電気特性を模擬する模擬回路として並列コンデンサ１１をオゾン発生器５に並列に接続し、並列コンデンサ１１に流れる電流を並列回路ＣＴ１２にて検出する。検出制御回路１７は、並列コンデンサ１１に流れる電流が所定値を超えたとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとしてインバータ２を停止し、警報する。オゾン発生器５に異常が発生してインピーダンスが変化すると並列コンデンサ１１に流れる電流が急変するので、負荷であるオゾン発生器５の異常を迅速かつ確実に検出できる。
【解決手段】インバータ２によって駆動される容量性のオゾン発生器５の異常を、オゾン発生器５の電気特性を模擬する模擬回路として並列コンデンサ１１をオゾン発生器５に並列に接続し、並列コンデンサ１１に流れる電流を並列回路ＣＴ１２にて検出する。検出制御回路１７は、並列コンデンサ１１に流れる電流が所定値を超えたとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとしてインバータ２を停止し、警報する。オゾン発生器５に異常が発生してインピーダンスが変化すると並列コンデンサ１１に流れる電流が急変するので、負荷であるオゾン発生器５の異常を迅速かつ確実に検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の、特にオゾナイザなど容量性の負荷の例えば部分短絡や断線などの異常を電気的に検出する負荷の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無声放電とは、電極と電極の間に誘電体を介して交流放電させるものであり、その構造上の特徴から容量性負荷、より厳密にはコンデンサのような純粋なキャパシタンスに加えて、放電の抵抗特性が非線形に表れるような負荷と考えることができる。こういった負荷を駆動するためには、つまり負荷の両端に放電に必要な電圧を印加し放電に必要な電流を流すためには、高周波の交流電力を生成する必要があるため、一般にはインバータ回路が用いられる。加えて、放電現象の場合は高い電圧が必要になる場合や、あるいは容量性負荷への無効電流を補償するために大電流を流す必要がある場合が多く、インバータに対して、負荷に直列あるいは並列にリアクトルを設けた共振回路が用いられることが多い。
【０００３】
オゾナイザつまりオゾン発生器は、無声放電によって空気又は酸素からオゾンを生成させる装置であり、多数の発生管を並列に接続した構成が一般的である。発生管は無声放電の構造上電極と誘電体から構成されるが、その誘電体としては例えばガラス管が用いられている。このとき、多数の発生管のどれかひとつが何らかの原因（機械的原因、あるいは絶縁破壊のような電気的原因、腐食のような化学的原因等）で壊れた場合、例えばガラス管が損傷した場合を考える。すると、壊れた箇所から電極間にアーク電流が流れ、当該発生管が一時的に短絡状態になる。
【０００４】
以下、負荷として特にオゾナイザを念頭に説明を行うが、オゾナイザに限らず容量性の負荷一般に適用することが可能である。ここで、容量性の負荷とは、無声放電負荷をはじめとして、負荷が容量成分を持つ、いい換えれば負荷両端の電圧に対して負荷電流が進み位相となるような負荷を意味する。
【０００５】
負荷の短絡検出としては、一般的には負荷の電圧を検出することが考えられる。負荷の電圧（端子電圧）が異常となった場合とは、負荷のインピーダンスが異常となった場合ということである。しかしながら、並列に接続された多数の負荷において個々の負荷の短絡によってインピーダンスの変化が発生したとしても、全体としてのインピーダンスの変化が小さく、電圧の検出だけでは短絡が検出できない場合がある。まず、オゾナイザの発生管の短絡現象の場合、短絡の状況によって短絡後のインピーダンスは広い範囲でばらつく。また、負荷のオゾン発生器が大容量化すると、等価的なインピーダンスは小さくなりさらに検出が困難になる。そもそも、容量性負荷の場合、有効電流と同時に負荷の容量に充放電する無効電流の割合が非常に大きく、有効電流になんらかの変化が生じても、無効電流に隠れて検出できないという問題がある。
【０００６】
こういった問題を解決するための一つの手段として、電圧だけでなく電流も検出し、電圧と電流の検出結果から負荷の力率を求めることにより、負荷のインピーダンスの変化を正確に検出する方法がある。例えば、モータなどの誘導性負荷において、負荷の電流と電圧を検出して、それらの値から負荷の力率を求め、異常検出に用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。なお、このような方法は、モータなどの誘導性負荷に限らず、本発明のような容量性負荷についても同様の考え方が適用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１０３４９６号公報（段落番号００１０及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、負荷の電圧実効値の変化あるいは力率の変化を検出するには、少なくとも一周期の波形、正確に検出しようとする場合は数周期以上の波形を検出する必要がある。さらに演算にも時間を要する。このため、力率を測定する方法は迅速な検出が必要とされる場合には適切でない。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、負荷の短絡を電気的に迅速かつ確実に検出することができる負荷の異常検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る負荷の異常検出装置においては、
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第１と第２の模擬回路の少なくとも一方を有するものであって、第１の模擬回路は負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、第２の模擬回路は負荷に直列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、第１の模擬回路に流れる電流及び第２の模擬回路に発生する電圧の少なくとも一方に基づき負荷の異常を検出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第１と第２の模擬回路の少なくとも一方を有するものであって、第１の模擬回路は負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、第２の模擬回路は負荷に直列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、第１の模擬回路に流れる電流及び第２の模擬回路に発生する電圧の少なくとも一方に基づき負荷の異常を検出するものであるので、
負荷の短絡等の異常を電気的に迅速かつ確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図２】動作を説明するための波形図である。
【図３】この発明の実施の形態２である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態８である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態８である負荷の異常検出装置の構成の変形例を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態９である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態１０である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態１１である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態１２である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態１３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態１３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図２は動作を説明するための波形図である。図１において、直流電源１の直流電力をインバータ２により高周波の交流電力に変換する。インバータ２から出力される交流電力はリアクトル３を介して容量性の負荷としてのオゾン発生器５に印加される。インバータ２によりオゾン発生器５に適した周波数及び電圧の交流を生成し、リアクトル３によって共振、昇圧されてオゾン発生器５に印加される。オゾン発生器５は、インバータ２から印加される電圧による無声放電によって空気又は酸素からオゾンを生成するものであり、図示していないが多数の発生管が並列に接続されて構成されている。無声放電の構造上電極と誘電体から構成されるが、その誘電体としては例えばガラス管が用いられ、電気的には容量性の負荷である。
【００１３】
容量性素子としての並列コンデンサ１１に並列回路ＣＴ（変流器）１２が直列に接続されて第１の検出回路１３が構成されている。並列回路ＣＴ１２は並列コンデンサ１１を流れる電流を検出する。オゾン発生器５と並列に第１の検出回路１３が接続されている。検出制御回路１７は並列回路ＣＴ１２により検出される電流を監視し、異常があればインバータ２を停止するとともにその旨報知及び警報する。並列コンデンサ１１は、インバータ２の負荷としてのオゾン発生器５と電気的にほぼ相似な特性を示す模擬回路の一例であり、この実施の形態においては、オゾン発生器５の容量の１／ｋ（ｋは１よりも大きい所定の定数）の容量を有するコンデンサを用いている。なお、並列コンデンサ１１がこの発明における第１の模擬回路であり、並列回路ＣＴ１２及び検出制御回路１７がこの発明における異常検出手段である。
【００１４】
オゾン発生器５の電気的特性すなわちインピーダンス特性を模擬する第１の模擬回路については以下の各実施の形態においていくつかの具体例を説明するが、負荷（オゾン発生器５）が容量性であるということは、通常は模擬回路あるいは等価回路として、コンデンサを含む回路と考えられる。図１において、オゾン発生器５と並列コンデンサ１１には、ほぼ同じ電圧が印加される。並列コンデンサ１１がオゾン発生器５の電流の１／ｋの電流を流すように、電気的に相似に設計されているので、正常動作時は常にオゾン発生器５の１／ｋの電流が並列回路ＣＴ１２に流れることになる。そしてオゾン発生器５に異常が発生した場合は、これから外れる電流が観測されるはずである。これを検出することによってオゾン発生器５の異常検出を行うことが、本発明の基本的な概念である。
【００１５】
今、オゾン発生器５に短絡などの異常が発生したとする。すると、オゾン発生器５と並列コンデンサ１１のインピーダンスの割合が、定常状態から変動するため、並列コンデンサ１１からオゾン発生器５へパルス的な電流が流れる。これを検出することでオゾン発生器５の異常の検出を行うことができる。このような検出の方法は実は、オゾン発生器５の電圧の微分値を検出していることに等しい。オゾン発生器５を構成する発生管が短絡した場合、まわりの静電容量から短絡した発生管へ電流が流れ込むため、オゾン発生器５の両端の電圧が変化する。オゾン発生器５の短絡を迅速に検出するためには、電圧値ではなく、電圧の微分値の変化を検出するほうがよい。
【００１６】
しかし、例えばオゾン発生器５の電圧を分圧抵抗などを用いて検出し、この電圧の微分値をアナログ回路で求めたりあるいはデジタル処理により数値的に演算した場合、微分後の信号のＳ／Ｎ比が悪く、検出が非常に困難になる。このため、オゾン発生器５に並列に並列コンデンサ１１を設け、並列コンデンサ１１に流れる電流を並列回路ＣＴ１２により測定する。一般的にコンデンサは理想的な容量成分と考えてよく、その電流値はコンデンサの電圧の微分値に比例する。従って、検出用の並列コンデンサ１１の電流を測定することにより、等価的にオゾン発生器５の両端の電圧の微分値を測定することが可能になる。
【００１７】
並列コンデンサ１１に流す電流は交流でかつ小信号であるので、測定にはＣＴ（カレントトランス）を用いても、検出用のシャント抵抗を用いてもよい。また、検出用のコンデンサである並列コンデンサ１１の容量が大きいとインバータ２の電流がそれだけ大きくなってしまうため、オゾン発生器５の等価的な静電容量と比較して十分に小さい値に選定する。但し、あまり小さすぎると検出電流に十分なＳ／Ｎ比が得られなくなる。
【００１８】
図２は検出の様子を示す波形図である。図２（ａ）において、オゾン発生器５の両端には高電圧のほぼ正弦波の端子電圧（負荷電圧）Ｖｆが発生している。時間ｔ１において短絡が発生すると、端子電圧Ｖｆは急激に低下し、同時に図２（ｂ）に示すように時間ｔ１において並列回路ＣＴ１２にて検出される検出信号Ｓ１が急変する。なかでも、端子電圧Ｖｆの尖頭値付近で短絡が発生した場合に最も強い検出信号が得られる。検出制御回路１７は、並列回路ＣＴ１２による検出信号Ｓ１が所定の値を超えると、オゾン発生器５の短絡や断線など故障であると判断し、インバータ２を停止するともに警報を発する。このようにして、負荷であるオゾン発生器５の短絡等の異常を極めて迅速かつ確実に検出することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。実施の形態１で示した並列コンデンサ１１を用いる方法は、オゾン発生器５の短絡時にオゾン発生器５のインピーダンスが大きく変化する、つまりオゾン発生器５のインピーダンスが十分小さい場合には、十分なＳ／Ｎ比で、非常に迅速な検出が可能になる。しかしながら、短絡後のインピーダンスがかなり大きい場合には、オゾン発生器５の端子電圧が急激に変化せず、この方法では検出の精度が低下する可能性がある。このような場合を補完するために、通常の電圧低下による検出、つまりオゾン発生器５の端子電圧（電圧実効値）の低下を検出する方法を併用する。以下、具体的に説明する。
【００２０】
図３において、図１の構成に加えて、オゾン発生器５の電流を検出する負荷電流検出手段としての主回路ＣＴ２１、オゾン発生器５の両端の電圧（端子電圧）を検出する負荷電圧検出手段としての端子電圧検出器２２、主回路ＣＴ２１と端子電圧検出器２２の検出結果に基づいてオゾン発生器５の力率を求める力率算出手段２４を設けている。オゾン発生器５の電流検出についてはＣＴ（変流器）を用いる方法や電流検出用のシャント抵抗を用いる方法があるが、一般に電流値も非常に大きいため、ＣＴを用いるほうが適していることが多い。また、一般にオゾン発生器５には高電圧が印加されるため、電圧検出は例えば抵抗分圧による方法やトランスによって電圧を下げる方法があるが、この実施の形態においては端子電圧検出器２２として分圧抵抗を用いている。
【００２１】
力率算出手段２４は、主回路ＣＴ２１及び端子電圧検出器２２で得られた電流波形、電圧波形を演算して力率を計算する。検出制御回路２７は並列回路ＣＴ１２により検出される電流及び力率算出手段２４から出力される力率を監視し、検出される電流が所定値よりも大きい場合や力率が予め設定した値よりも大きい場合、異常（短絡事故）であるとしてインバータ２を停止するとともにその旨報知及び警報する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、この実施の形態における並列回路ＣＴ１２、主回路ＣＴ２１、端子電圧検出器２２、力率算出手段２４及び検出制御回路２７が、この発明の異常検出手段である。
【００２２】
この方法は、オゾン発生器５全体の力率、つまりインピーダンスを求めるので、オゾン発生器５のインピーダンスが大きく、オゾン発生器５の端子電圧の変化があまり発生しなかった場合でも、インピーダンスの変化として検出することができ、実施の形態１においては感度良く検出できない時間域における検出が可能であり、並列コンデンサ１１による検出を補完することができる。
【００２３】
なお、図３ではオゾン発生器５単独の電流を主回路ＣＴ２１にて検出しているが、主回路ＣＴ２１を並列コンデンサ１１とオゾン発生器５との接続点よりもインバータ２側に設けて、並列コンデンサ１１を流れる電流を含めて検出するようにしてもよい。なお、力率算出手段２４による力率の求め方としては、アナログ的に計算する方法もあるし、あるいは電圧波形及び電流波形をＡＤ変換して、デジタル的に計算する方法もある。
【００２４】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。実施の形態１の図１において、オゾン発生器５の電気的特性が十分にコンデンサの特性に近いと考え、検出用の並列コンデンサ１１とオゾン発生器５とに電流が分流している、という点に着目すると、同じような構成で別の観点から検出を行うことが可能になる。図４において、負荷の異常検出装置は、主回路ＣＴ２１で検出した電流をｋで除算して除算値を求める除算手段としての除算器３１、並列回路ＣＴ１２で検出した電流と除算器３１から出力される除算値（電流）との差δ１を求める減算器３６、検出制御回路３７を有する。検出制御回路３７は減算器３６からの信号を監視し、異常があればインバータ２を停止するとともにその旨報知及び警報する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、この実施の形態における並列コンデンサ１１と直列抵抗４１との直列回路がこの発明における第１の模擬回路であり、並列回路ＣＴ１２、主回路ＣＴ２１、除算器３１、減算器３６、検出制御回路３７が、この発明の異常検出手段である。
【００２５】
ここで、並列コンデンサ１１の容量が、オゾン発生器５の等価的な容量の１／ｋ（ｋは１より大きい定数）であるとする。このとき、まず、除算器３１にてオゾン発生器５の電流の測定波形を１／ｋ倍し、減算器３６にてその値と並列コンデンサ１１の電流波形との差を求める。つまり、並列コンデンサ１１の電流波形からオゾン発生器５への無効電流分の波形を差し引くような演算を行う。オゾン発生器５が理想的なコンデンサであった場合は、検出電流波形つまり
（（並列コンデンサ１１の電流）−（オゾン発生器５の電流）／ｋ）
は、全ての位相においてゼロになるはずである。この状態でオゾン発生器５になんらかの異常が発生した場合、例えば一部の容量が短絡した場合、その短絡によって発生した電流のみを検出することが可能になる。つまり、正常動作時には十分小さな信号しか発生せず、異常発生時は十分に高いＳ／Ｎ比で検出が可能になる。並列コンデンサ１１への電流波形から、オゾン発生器５の無効電流分を差し引くことによって、有効電流分だけを検出する、といい換えることもできる。
【００２６】
このような状況はもちろん、オゾン発生器５が十分に理想コンデンサに近い場合に可能となる。実際にはオゾン発生器５が電力を消費するものである以上、オゾン発生器５が純粋なコンデンサであるとはいえない。従って、純粋なコンデンサ特性との違いが、検出信号のＳ／Ｎ比に影響することになる。さて、上記定数ｋを与えるためには、オゾン発生器５の静電容量を明確にしなければならない。並列コンデンサ１１の静電容量を決定するに当たっては、オゾン発生器５の動作中の代表的な静電容量値を用いる。オゾナイザの場合であれば、例えば特開２００１−３５６９３号広報の段落番号０００７，０００８に示された式（３）のＣ３、すなわち
Ｃ３＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）
ここに、Ｃ１：オゾン発生器５の電極間に介在する誘電体の静電容量値、
Ｃ２：オゾン発生器５のガス領域の静電容量、
を用いることが考えられる。
【００２７】
この考え方では、オゾン発生器５をひとつのコンデンサであるとして近似するため、場合によっては実際にオゾン発生器５に流れる電流波形と近似した並列コンデンサ１１を流れる電流波形との間に位相差が生じる可能性がある。この場合は、第１の検出回路１３に位相を補正する位相補正手段を設けることで、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２８】
以上では、オゾン発生器５の電流を（１／ｋ）倍して、並列コンデンサ１１の電流との差を求めたが、並列コンデンサ１１の電流をｋ倍してオゾン発生器５の電流との差を求めてもよいことはいうまでもない。また、オゾン発生器５の電流を測定する位置すなわち主回路ＣＴ２１を第１の検出回路１３よりもリアクトル３に近い位置に設けると、第１の検出回路１３への電流を含めて測定することになるが、並列コンデンサ１１を流れる電流は小さいので殆ど影響はない。しかし、厳密にいえば検出された電流を１／（１＋ｋ）とする必要がある。
【００２９】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図５において、負荷の異常検出装置は、電流検出用抵抗としての直列抵抗４１、除算手段としての除算器４４、減算器４６、検出制御回路４７を有する。その他の構成については、図４に示した実施の形態３と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。並列コンデンサ１１と直列に直列抵抗４１を設け、直列抵抗４１の端子電圧を検出信号Ｖｓｒとして除算器４４に供給する。除算器４４にて、当該検出信号ＶｓｒをＲｃ（Ｒｃは、直列抵抗４１の抵抗）で除算して、減算器４６へ出力する。減算器４６は除算器４４の出力と除算器３１の出力（オゾン発生器５の電流／ｋ）との差δ１を求め、検出制御回路４７へ出力する。検出制御回路４７は差δ１の値を監視し、その値が所定の値を超えたとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２の停止及び故障警報を発する。なお、主回路ＣＴ２１、除算器３１、直列抵抗４１、除算器４４、減算器４６及び検出制御回路４７がこの発明における異常検出手段である。
【００３０】
オゾン発生器５の電流は、産業用のオゾン発生器５の場合は非常に大電流になることが多い。従って、抵抗によって測定することは困難であり、ＣＴによる測定が適している。並列コンデンサ１１の電流の測定は、ＣＴによってもよいが、電流が小さいためこの実施の形態のように並列コンデンサ１１に直列に直列抵抗４１を設けて、その端子電圧から電流を求める並列コンデンサ１１ことができる。抵抗を用いる場合のメリットは、位相のずれが生じないことである。ＣＴの場合は励磁インダクタンスによって位相がずれるため、位相を補償するなど何らかの対策を講じなければ精度の良い検出ができなくなる。
【００３１】
実施の形態５．
図６は、実施の形態５である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図６において、負荷の異常検出装置は、負荷電流検出手段としての主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７を有する。主回路ＣＴ５１は一種のトランスであるので、１次側と２次側の巻数比を１：ｎ（ｎは整数）とする。並列コンデンサ１１と直列抵抗４１の一方の端子との接続点は主回路ＣＴ５１の二次側の一方の端子に接続されている。主回路ＣＴ５１の二次側の端子間に二次側抵抗５２が接続され、主回路ＣＴ２１を流れる電流に比例した電圧を発生する。
【００３２】
また、主回路ＣＴ５１の二次側の他方の端子とオゾン発生器５の他方の端子との間に電圧検出器５４が接続され、直列抵抗４１の電圧と二次側抵抗５２の電圧との差を検出するように構成されている。電圧検出器５４の検出信号は検出制御回路５７に出力され、検出信号の値が所定の値を超えたとき、検出制御回路５７はオゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２の停止及び故障警報を発する。なお、直列抵抗４１、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４及び検出制御回路５７がこの発明の異常検出手段である。
【００３３】
ここで、オゾン発生器５に流れる電流をＪとすると、主回路ＣＴ５１の２次側にはＪ／ｎの電流が流れ、二次側に検出用に設けられている二次側抵抗５２の抵抗をＲｓとすると、その両端にはＲｓ×Ｊ／ｎの電圧が発生する。一方、並列コンデンサ１１にはＩ／ｋの電流が流れるため、これに直列な抵抗Ｒｃの両端には、Ｒｃ×Ｊ／ｋの電圧が発生する。このとき、Ｒｓ及びＲｃを、電圧の向きが逆になるように図６のように接続すると、電圧検出器５４には両者の差の電圧が発生する。このとき、理想的にこれらの電圧が打ち消しあうためには、Ｒｃ＝Ｒｓ×ｋ／ｎ、の関係が成り立てばよい。例えばＲｃを可変抵抗器で実装しておき、実際に装置を動かしてみてから検出信号が最も小さくなるように調整すれば、ｋやＲｓの誤差によらず、検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３４】
実施の形態６．
図７は、実施の形態６である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図７において、負荷の異常検出装置は、図５の構成に加えて、位相補正用の二次側コンデンサ６１を有する。二次側コンデンサ６１は、主回路ＣＴ５１の二次側に二次側抵抗５２と並列に接続されている。なお、直列抵抗４１、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、二次側コンデンサ６１及び検出制御回路５７がこの発明の異常検出手段である。これまでも述べたが、ＣＴを電流検出に用いる場合、これが基本的にはトランスであることから、１次側の電流と２次側の電流との間に僅かながら位相差が生じる。これはＣＴの一次側の励磁インダクタンスの影響である。これを補正するための一つの方法として、図７に示したように、主回路ＣＴ５１の２次側に位相補正用の二次側コンデンサ６１を設けたものである。二次側コンデンサ６１の容量は主回路ＣＴ５１の励磁インダクタンスと、インバータ２の周波数から、適切な値を求めることができる。
【００３５】
実施の形態７．
図８は、実施の形態７である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図８（ａ）において、負荷の異常検出装置は、並列コンデンサ７１、第２抵抗７２、電流検出用抵抗としての直列抵抗７３を有する。直列に接続された第２抵抗７２と直列抵抗７３との直列回路が並列コンデンサ７１と直列に接続されている。第２抵抗７２の一方の端子は並列コンデンサ７１に接続され他方の端子は直列抵抗７３の一方の端子に接続され、直列抵抗７３の他方の端子はオゾン発生器５の他方の端子に接続されている。また、第２抵抗７２と直列抵抗７３との接続点は主回路ＣＴ５１の一方の端子に接続されている。なお、並列コンデンサ７１、第２抵抗７２及び直列抵抗７３がこの発明における第１の模擬回路であり、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７及び直列抵抗７３ｃがこの発明における異常検出手段である。
【００３６】
さて、これまでの議論は、容量性負荷であるオゾン発生器５が理想的なコンデンサの特性に十分に近いことを前提としていた。しかし、オゾン発生器５が電力を消費する以上、純粋なコンデンサの特性とのずれがあり、これが検出制御回路に入力される信号のＳ／Ｎ比に影響する。Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、例えば図１における並列コンデンサ１１を含む第１の検出回路１３の特性を、オゾン発生器５の特性に近づければよい。例えば、オゾン発生器５は、図８（ｂ）に示すように、オゾン発生器の模擬回路として、コンデンサＣＬと、抵抗ＲＬの直列回路で表されるとする。そして、図８（ａ）のように、並列コンデンサ７１の容量をＣＬ／ｋとし、この並列コンデンサ７１と第２抵抗７２とを直列に接続し、第１の模擬回路としている。
【００３７】
第２抵抗７２と直列抵抗７３との抵抗の和は、オゾン発生器５の抵抗ＲＬを模擬するものでその値をＲＬ×ｋし、第２抵抗７２の抵抗は（ＲＬ×ｋ−Ｒｃ）とし、直列抵抗７３は電流検出用であり抵抗をＲｃとしている。これにより、オゾン発生器５の電流に１／ｋを乗じた正確な電流が直列抵抗７３に流れることになり、直列抵抗７３と主回路ＣＴ５１との検出信号の差を求めることにより、両者を極めて正確に相殺することができ、Ｓ／Ｎ比の良い検出を行うことが可能になる。
【００３８】
なお、並列コンデンサ１１に直列な抵抗（第２抵抗７２の抵抗＋直列抵抗７３の抵抗）は、オゾン発生器５を模擬する抵抗であり、厳密には上述のようにＲＬ／ｋであり、この中に電流検出用の抵抗Ｒｃが含まれている。すなわち、電流検出用の抵抗Ｒｃと、抵抗成分（ＲＬ×ｋ−Ｒｃ）とに分かれることになる。しかし、実際にはＲＬ×ｋに比較してＲｃは十分に小さいので、調整時にＲｃを多少増減させても大きな影響はない。このような、コンデンサＣＬと抵抗ＲＬという第１の模擬回路で表される容量性のオゾン発生器５には、例えば無声放電励起の炭酸ガスレーザなど、さまざまなアプリケーションが存在する。
【００３９】
実施の形態８．
図９、図１０は、実施の形態８を示すものであり、図９は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図１０は変形例を示す構成図である。図９（ａ）において、負荷の異常検出装置は、容量性素子よしての並列コンデンサ８１及び第２コンデンサ８２、電圧制限手段としてのツェナーダイオード８３、電流検出用抵抗としての直列抵抗８４を有する。第２コンデンサ８２とツェナーダイオード８３との並列回路は並列コンデンサ８１と直列に接続され、電流検出用抵抗としての直列抵抗８４がこれら並列コンデンサ８１と第２コンデンサ８２との直列回路に直列に接続されて、オゾン発生器５を模擬する第１の模擬回路が構成され、全体が主回路ＣＴ５１を介してオゾン発生器５と並列接続されている。オゾナイザなどの無声放電は、容量性のオゾン発生器５で行われるが、オゾン発生器５はより厳密にはコンデンサとツェナーダイオードとを組み合わせた模擬回路で表されることが知られている（例えば、特開２００１−３５６９３号公報、段落番号００１７及び図１参照）。
【００４０】
つまり、図９（ｂ）に示すように、オゾン発生器５は、誘電体の静電容量Ｃｄ、ギャップの静電容量Ｃｇを直列に接続し、静電容量Ｃｇに並列に２個のツェナーダイオード素子のカソード同士が接続され逆極性に直列接続された直列接続回路が接続されたものであり、このツェナーダイオード素子の降伏電圧は放電維持電圧Ｖ＊であるとして表される。従って、この発明におけるオゾン発生器５の電気的特性を模擬する第１の模擬回路は、並列コンデンサ８１、第２コンデンサ８２、第２のコンデンサ８３に並列に接続されたツェナーダイオード８３にて構成することができる。ツェナーダイオード８３はカソード同士が接続されて逆極性に直列接続された２個のツェナーダイオード素子で構成されている。また、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗８４がこの発明における異常検出手段である。
【００４１】
この実施の形態においては、本体のオゾン発生器５と電気的に相似な動作を行う上記のような第１の模擬回路を設けることがポイントである。オゾナイザの場合は上記のような非線形な第１の模擬回路として表現できるので、オゾン発生器５の模擬回路として組み込むことも可能である。具体的には、容量Ｃｄ／ｋの並列コンデンサ８１と容量Ｃｇ／ｋの第２コンデンサ８２とを直列に接続し、第２コンデンサ８２と並列に、ツェナー降伏電圧がＶ＊であるような２個のツェナーダイオード素子を逆向きにカソード同士を対向させて逆極性に直列に接続したツェナーダイオード８３を接続する。そして、電流検出のために、並列コンデンサ８１と第２コンデンサ８２との直列回路に例えば検出用の抵抗Ｒｃの直列抵抗８４を直列に挿入し、第１の模擬回路を構成する。ここで、Ｒｃ＝Ｒｓ×ｋ／ｎであり、Ｒｃは十分に小さくする。これにより、オゾン発生器５の電流を正確に１／ｋ倍した電流が直列抵抗８４に流れることになり、直列抵抗８４と主回路ＣＴ５１との検出信号の差を求めることにより、両者を極めて正確に相殺することができ、精度の良い検出を行うことが可能になる。
【００４２】
このような構成であれば、直列抵抗８４の抵抗Ｒｃを十分に小さくできるので、並列コンデンサ８１、第２コンデンサ８２、ツェナーダイオード８３にて構成される第１の模擬回路、あるいはこの第１の模擬回路と直列抵抗８４との直列回路が、オゾン発生器５の電気的な特性とほぼ同じ特性を示し、正確に１／ｋの電流波形が検出できるため、十分にＳ／Ｎ比の高い検出が可能になる。
【００４３】
図１０は、図９に示した負荷の異常検出装置の変形例である。図１０（ａ）において、負荷の異常検出装置は、容量性素子としての並列コンデンサ９１及び第２コンデンサ９２、ツェナーダイオード９３、電流検出用抵抗としての直列抵抗９４を有する。第２コンデンサ９２とツェナーダイオード９３との並列回路は並列コンデンサ９１と直列に接続され、電流検出用の直列抵抗９４がこれら並列コンデンサ９１と第２コンデンサ９２との直列回路に直列に接続されている。ツェナーダイオード９３は、ツェナー降伏電圧がＶ＊であるような２個のツェナーダイオード素子をカソード同士を接続して逆極性に直列接続したツェナーダイオード素子直列回路である。並列コンデンサ９１と第２コンデンサ９２とツェナーダイオード９３と直列抵抗９４が、この発明におけるオゾン発生器５の特性を模擬する第１の模擬回路を構成し、この第１の模擬回路が主回路ＣＴ５１を介することなく直接オゾン発生器５に並列接続されている。なお、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗９４がこの発明における異常検出手段である。
【００４４】
上記図９においては、オゾン発生器５の電流検出用の主回路ＣＴ５１を並列コンデンサ８１とオゾン発生器５との接続点に内側に設けてオゾン発生器５単独の電流を検出しているが、図１０（ａ）に示すように、並列コンデンサ９１とオゾン発生器５との接続点よりもインバータ２側に設けて並列コンデンサ９１の電流を含めて検出するものであっても、同様の効果を奏する。この場合、主回路ＣＴ５１にて検出される電流検出用抵抗Ｒｃは、Ｒｃ＝Ｒｓ×（ｋ＋１）／ｎとなる。ただ、検出のための並列コンデンサ９１の電流とオゾン発生器５の電流との比ｋは通常非常に大きいので、図９に示した負荷の異常検出装置との違いはあまり問題にならない。また、直列抵抗９４の抵抗を十分に小さくできるので、第１の模擬回路、あるいはこの第１の模擬回路と直列抵抗９４との直列回路が、オゾン発生器５の電気的な特性とほぼ同じ特性を示し、正確に１／ｋの電流波形が検出できるため、十分にＳ／Ｎ比の高い検出が可能になる。
【００４５】
実施の形態９．
図１１は、実施の形態９である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図１１（ａ）において、負荷の異常検出装置は、容量性素子としての並列コンデンサ１０１及び第２コンデンサ１０２、単相全波整流回路１０３、直流定電圧電源１０４、電流検出用抵抗としての直列抵抗１０５を有する。並列コンデンサ１０１と第２のコンデンサ１０２と直列抵抗１０５とが直列に接続され、単相全波整流回路１０３の直流出力側が第２コンデンサ１０２と並列に接続され、単相全波整流回路１０３の交流入力側に各アームの導通方向と逆極性に直流定電圧電源１０４が接続されてこの発明におけるオゾン発生器５の電気的特性（インピーダンス特性）を模擬する第１の模擬回路が構成されている。そして、この第１の模擬回路が主回路ＣＴ５１を介することなく直接オゾン発生器５と並列接続されている。なお、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗１０４がこの発明における異常検出手段である。
【００４６】
オゾナイザなどの無声放電の第１の模擬回路として、実施の形態８（図９、図１０参照）ではツェナーダイオードを用いるものを示したが、同様の効果を得る方法として、４つのダイオードと直流定電圧電源を用いる方法がある。この方法によって模擬回路を構成したものが図１１（ａ）である。直流定電圧電源１０４の電圧がＶ＊に対応し、ソースではなくシンクとして動作する。理想的には回路的にツェナーダイオード素子を２個逆極性に直列接続した場合と同等である。模擬回路として構成する場合にどちらが構成しやすいかの問題がある。図９や図１０のように模擬回路にツェナーダイオードを用いると、模擬回路に流れる電流はツェナーダイオードで消費されるため、ツェナーダイオードの容量に充分に留意する必要がある。一方、図１１の場合では直流定電圧電源１０４が必要となり構成が複雑になるが、模擬回路を流れる電流は直流定電圧電源１０４で消費されるため、電力損失を軽減できる。なお、直列抵抗１０４の抵抗を十分に小さくできるので、第１の模擬回路が、オゾン発生器５の電気的な特性とほぼ同じ特性を示し、正確に１／ｋの電流波形が検出できるため、十分に精度及びＳ／Ｎ比の高い検出が可能になる。
【００４７】
実施の形態１０．
図１２は、実施の形態１０である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図１２（ａ）において、負荷の異常検出装置は、絶縁アンプ１１４を有する。電圧検出器５４にて検出された検出信号は絶縁アンプ１１４を介して検出制御回路５７に供給される。これにより、電圧検出器５４から検出制御回路５７へ、絶縁された状態で検出信号が伝達される。その他の構成については、図１０に示した負荷の異常検出装置と同様のものである。模擬回路である電圧検出器５４から得られた検出信号は、その後検出制御回路５７で制御に用いられることになるが、その際の問題の一つはノイズである。
【００４８】
オゾン発生器５の容量が非常に大きい場合、例えば図１０のような構成で第１の模擬回路内部に直列抵抗９４やツェナーダイオード９３などが設けられている場合、その損失を軽減するためには、オゾン発生器５と第１の模擬回路の容量比である係数ｋを十分に大きくしなければならない。その場合検出電圧が小さくなり、ノイズの影響を受けやすくなる。そこで、第１の模擬回路部分と検出制御回路５７との間のどこかに、例えば絶縁アンプを設けることが考えられる。図１２（ａ）はそのような負荷の異常検出装置を示すものである。絶縁手段としての絶縁アンプはこの位置ではなく、例えば直列抵抗９４と主回路ＣＴ５１の二次巻線との間などでも構わない。あるいは絶縁アンプだけではなく、フェライトコイルを併用するなど、一般的なノイズ除去手段を適用すると効果が期待できることはいうまでもない。なお、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗９４，絶縁アンプ１１４がこの発明における異常検出手段である。
【００４９】
実施の形態１１．
図１３は、実施の形態１１である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。以上の実施の形態１〜１０では、オゾン発生器５に並列に第１の模擬回路である並列コンデンサ１１等を設ける構成を示したが、オゾン発生器５に直列に配することも可能である。図１３はこのような負荷の異常検出装置に示すものである。図１３において、容量性素子及び負荷直列コンデンサとしての直列コンデンサ１３１に直列コンデンサ１３１の電圧を検出するための電流検出用抵抗としての並列抵抗１３２が並列に接続され、第２の検出回路１３３が構成されている。第２の模擬回路としての直列コンデンサ１３１は、オゾン発生器５の電気特性すなわちインピーダンス特性を模擬するためのものであり、この実施の形態ではオゾン発生器５の容量のｍ倍の容量を有するコンデンサが用いられている。なお、直列コンデンサ１３１が、この発明における第２の模擬回路及び負荷直列コンデンサ、コンデンサ素子である。また、並列抵抗１３２及び検出制御回路５７がこの発明における異常検出手段である。
【００５０】
そして、第２の検出回路１３３はオゾン発生器５と直列に接続されている。第２の検出回路１３３をオゾン発生器５と直列に接続した場合は、直列コンデンサ１３１にはオゾン発生器５とほぼ同じ電流が流れる。従って、直列コンデンサ１３１をオゾン発生器５の端子電圧の１／ｍ倍の電位差を生じるように、電気的に相似に設計しておけば、正常動作時には常に、オゾン発生器５の両端の電位差の１／ｍの電圧が直列コンデンサ１３１の両端に生じることになる。検出制御回路１３７は、並列抵抗１３２にて検出された電圧が異常であるとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２を停止するとともに、警報を発する。
【００５１】
ところで、実施の形態１における図１のようにオゾン発生器５に並列に第１の検出回路１３を設ける場合は、オゾン発生器５と第１の検出回路１３とは印加される電圧が共通である。また、この実施の形態における図１３のようにオゾン発生器５に第２の検出回路１３３を直列に設ける場合は、オゾン発生器５と電流が共通になる。並列コンデンサ１１あるいは直列コンデンサ１３１は、通常はオゾン発生器５に比し消費電力が十分に小さくなるように設計される。従って、オゾン発生器５に印加される電力が高電圧、大電流である場合、図１の場合は並列コンデンサ１１は高電圧で微小な電流が流れ並列回路ＣＴ１２が当該電流を検出することになる。図１３の場合は、直列コンデンサ１３１には大電流が流れ、並列抵抗１３２が微小な電位差を検出することになる。どちらのほうが回路的にメリットがあるかを検討して構成を選択する。
【００５２】
例えば負荷がオゾン発生器５であった場合、まさに高電圧、大電流であるが、模擬回路として一般には、大電流で低耐圧の回路よりは、高耐圧で小電流の回路のほうが構成しやすい。従って、負荷がオゾン発生器５である場合は、実施の形態１〜１０で説明したようなオゾン発生器５に並列に検出用の並列コンデンサ１１等の模擬回路を設ける方が一般的といえる。
【００５３】
実施の形態１２．
図１４及び図１５は、実施の形態１２を示すものであり、図１４は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図１５は動作を説明するための波形図である。図１に示したようなオゾン発生器５に並列に並列コンデンサ１１を設ける場合は電圧変動を感度よく検出できるのに対して、実施の形態１１（図１３）のようにオゾン発生器５に直列に直列コンデンサ１３１を設けてその電圧を検出する場合は、直列コンデンサ１３１は電流の偏りを検出することになる。
【００５４】
従って、実施の形態１の並列コンデンサ１１による検出を補完するような効果も得ることができる。すなわち、実施の形態１で述べたオゾン発生器５に並列に並列コンデンサ１１（第１の検出回路１３）を接続する方法では、オゾン発生器５の端子電圧Ｖｆ（図２（ａ）参照）の尖頭値付近で短絡が発生した場合には十分なＳ／Ｎ比の信号が得られるが、オゾン発生器５の端子電圧が低いとき（このときはオゾン発生器５の電流が大きい）に短絡が発生した場合には、端子電圧が殆ど低下しないので、検出が困難である。短絡の発生原因は電気的な絶縁破壊が主であり、電圧が高い場合に生じやすいため、このような検出でもある程度の目的は達成できるが、できるならばこれを補完するような検出方法が望まれる。
【００５５】
図１４の負荷の異常検出装置はこのような要請に応えるものである。図１４において、オゾン発生器５に並列に第１の検出回路１３を設けて第２の模擬回路としての並列コンデンサ１１の電流を検出すると同時に、オゾン発生器５に直列に第２の検出回路１３３を設けて第２の模擬回路及び負荷直列コンデンサとしての直列コンデンサ１３１の両端の電圧を並列抵抗１３２により検出し、検出制御回路１４７により監視する。なお、並列回路ＣＴ１２、並列抵抗１３２及び検出制御回路１４７がこの発明における異常検出手段である。検出制御回路１４７は、並列回路ＣＴ１２にて検出した電流及び並列抵抗１３２にて検出された電圧のうちの少なくとも一方が所定の値を超えたとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２を停止するとともに、警報を発する。
【００５６】
この場合、直列コンデンサ１３１への電流の積分値、つまり電流の偏り（直流成分）を測定していることと等価になる。ここで、この直列コンデンサ１３１の容量はオゾン発生器５の等価的な静電容量よりも十分に大きな容量である必要がある。十分に大きくないと直列の直列コンデンサ１３１の両端に大きな電圧が印加されてしまい、回路として発生させる電圧が高くなる。一方、あまりに大きな容量の直列コンデンサ１３１を用いると、直列コンデンサ１３１の端子電圧が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。
【００５７】
図１５はこの第２の検出回路１３３の動作を示したものである。この図１５では図２とは異なり、図１５（ａ）における、オゾン発生器５の端子電圧Ｖｆがゼロに近い時間である、時間ｔ１において短絡が発生した場合を考える。この場合、図１５（ｂ）の並列コンデンサ電流Ｊｐｃに示すようにオゾン発生器５に並列な並列コンデンサ１１への電流を検出する並列回路ＣＴ１２には検出信号は得られない。一方、図１５（ｃ）の直列コンデンサ電圧Ｖｓｃ（直列コンデンサ１３１の電圧）は、短絡発生（時間ｔ１）後に値が大きくなり、検出が可能である。このように、オゾン発生器５に直列な直列コンデンサ１３１を設けてその電圧を測定することにより、オゾン発生器５に並列な並列コンデンサ１１の電流による検出を補完することができ、どのような位相で短絡が発生しても迅速かつ確実に感度良く検出が可能になる。
【００５８】
実施の形態１３．
図１６は、実施の形態１３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図１６において、負荷の異常検出装置は、負荷電圧検出用抵抗としての主回路電圧検出器１６１、乗算手段としての乗算器１６２、減算器１６３、検出制御回路１６７を有する。図１６ではオゾン発生器５の第２の模擬回路としてオゾン発生器５の容量のｍ（ｍは１よりも大きい所定の定数）倍の容量を有する直列コンデンサ１３１をオゾン発生器５と直列に接続し、オゾン発生器５の端子電圧を主回路電圧検出器１６１にて検出し、直列コンデンサ１３１の端子電圧を並列抵抗１３２で検出し、並列抵抗１３２で検出した電圧信号を乗算器１６２にてｍで除算して減算器１６３に入力する。減算器１６３では、主回路電圧検出器１６１の出力信号と乗算器１６２の出力信号の差δ３を求め、検出制御回路１６７へ出力する。検出制御回路１６７は、減算器１６３からの差信号が所定の範囲から逸脱したとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２を停止するとともに、警報を発する。なお、並列抵抗１３２、主回路電圧検出器１６１、乗算器１６２、減算器１６３、検出制御回路１６７がこの発明における異常検出手段である。
【００５９】
以上のように、オゾン発生器５に並列に第１の模擬回路を設けるものを実施の形態１〜１１に示した。また、オゾン発生器５に直列に第２の模擬回路を設けるものについて、実施の形態１１〜１３に示した。これらの組み合わせを適宜行うことにより、より多様な負荷に適用して、確実かつ迅速な故障の検出が可能である。最初にも述べたように、本発明の適用先として、オゾン発生器（オゾナイザ）が考えられる。オゾン発生器は多数の放電管（発生管）を並列に接続した構成をしており、その一部が破損した場合は何らかの方法で検出しなければならない。またオゾン発生器の駆動は、大電流、高電圧、高周波であり、通常は異常の検出が難しく、本発明を適用することで、正確で迅速なオゾン発生器５の異常検出が可能となる。なお、負荷として、オゾン発生器５に限らず、無声放電を行う機器のほか、さまざまな負荷に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 直流電源、２ インバータ、５ オゾン発生器、１１ 並列コンデンサ、
１２ 直列抵抗、１３ 第１の検出回路、１７ 検出制御回路、２２ 端子電圧検出器、
２４ 力率算出手段、２７ 検出制御回路、３１ 除算器、３６ 減算器、
３７ 検出制御回路、４１ 直列抵抗、４４ 除算器、４６ 減算器、
４７ 検出制御回路、５１ 主回路ＣＴ、５２ 二次側抵抗、５４ 電圧検出器、
５７ 検出制御回路、６１ 二次側コンデンサ、７１ 並列コンデンサ、
７２ 第２抵抗、７３ 直列抵抗、８１ 並列コンデンサ、８２ 第２コンデンサ、
８３ ツェナーダイオード、８４ 直列抵抗、９１ 並列コンデンサ、
９２ 第２コンデンサ、９３ ツェナーダイオード、９４ 直列抵抗、
１０１ 並列コンデンサ、１０２ 第２コンデンサ、１０３ 単相全波整流回路、
１０４ 直流定電圧源、１０５ 直列抵抗、１３１ 直列コンデンサ、
１３２ 並列抵抗、１３３ 第２の検出回路、１３７ 検出制御回路、
１４７ 検出制御回路、１６１ 主回路電圧検出器、１６２ 乗算器、
１６３ 減算器、１６７ 検出制御回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の、特にオゾナイザなど容量性の負荷の例えば部分短絡や断線などの異常を電気的に検出する負荷の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無声放電とは、電極と電極の間に誘電体を介して交流放電させるものであり、その構造上の特徴から容量性負荷、より厳密にはコンデンサのような純粋なキャパシタンスに加えて、放電の抵抗特性が非線形に表れるような負荷と考えることができる。こういった負荷を駆動するためには、つまり負荷の両端に放電に必要な電圧を印加し放電に必要な電流を流すためには、高周波の交流電力を生成する必要があるため、一般にはインバータ回路が用いられる。加えて、放電現象の場合は高い電圧が必要になる場合や、あるいは容量性負荷への無効電流を補償するために大電流を流す必要がある場合が多く、インバータに対して、負荷に直列あるいは並列にリアクトルを設けた共振回路が用いられることが多い。
【０００３】
オゾナイザつまりオゾン発生器は、無声放電によって空気又は酸素からオゾンを生成させる装置であり、多数の発生管を並列に接続した構成が一般的である。発生管は無声放電の構造上電極と誘電体から構成されるが、その誘電体としては例えばガラス管が用いられている。このとき、多数の発生管のどれかひとつが何らかの原因（機械的原因、あるいは絶縁破壊のような電気的原因、腐食のような化学的原因等）で壊れた場合、例えばガラス管が損傷した場合を考える。すると、壊れた箇所から電極間にアーク電流が流れ、当該発生管が一時的に短絡状態になる。
【０００４】
以下、負荷として特にオゾナイザを念頭に説明を行うが、オゾナイザに限らず容量性の負荷一般に適用することが可能である。ここで、容量性の負荷とは、無声放電負荷をはじめとして、負荷が容量成分を持つ、いい換えれば負荷両端の電圧に対して負荷電流が進み位相となるような負荷を意味する。
【０００５】
負荷の短絡検出としては、一般的には負荷の電圧を検出することが考えられる。負荷の電圧（端子電圧）が異常となった場合とは、負荷のインピーダンスが異常となった場合ということである。しかしながら、並列に接続された多数の負荷において個々の負荷の短絡によってインピーダンスの変化が発生したとしても、全体としてのインピーダンスの変化が小さく、電圧の検出だけでは短絡が検出できない場合がある。まず、オゾナイザの発生管の短絡現象の場合、短絡の状況によって短絡後のインピーダンスは広い範囲でばらつく。また、負荷のオゾン発生器が大容量化すると、等価的なインピーダンスは小さくなりさらに検出が困難になる。そもそも、容量性負荷の場合、有効電流と同時に負荷の容量に充放電する無効電流の割合が非常に大きく、有効電流になんらかの変化が生じても、無効電流に隠れて検出できないという問題がある。
【０００６】
こういった問題を解決するための一つの手段として、電圧だけでなく電流も検出し、電圧と電流の検出結果から負荷の力率を求めることにより、負荷のインピーダンスの変化を正確に検出する方法がある。例えば、モータなどの誘導性負荷において、負荷の電流と電圧を検出して、それらの値から負荷の力率を求め、異常検出に用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。なお、このような方法は、モータなどの誘導性負荷に限らず、本発明のような容量性負荷についても同様の考え方が適用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１０３４９６号公報（段落番号００１０及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、負荷の電圧実効値の変化あるいは力率の変化を検出するには、少なくとも一周期の波形、正確に検出しようとする場合は数周期以上の波形を検出する必要がある。さらに演算にも時間を要する。このため、力率を測定する方法は迅速な検出が必要とされる場合には適切でない。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、負荷の短絡を電気的に迅速かつ確実に検出することができる負荷の異常検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る負荷の異常検出装置においては、
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第１と第２の模擬回路の少なくとも一方を有するものであって、第１の模擬回路は負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、第２の模擬回路は負荷に直列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、第１の模擬回路に流れる電流及び第２の模擬回路に発生する電圧の少なくとも一方に基づき負荷の異常を検出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
模擬回路装置は、第１と第２の模擬回路の少なくとも一方を有するものであって、第１の模擬回路は負荷に並列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、第２の模擬回路は負荷に直列に接続され負荷の電気的特性を模擬するものであり、
異常検出手段は、第１の模擬回路に流れる電流及び第２の模擬回路に発生する電圧の少なくとも一方に基づき負荷の異常を検出するものであるので、
負荷の短絡等の異常を電気的に迅速かつ確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図２】動作を説明するための波形図である。
【図３】この発明の実施の形態２である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態８である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態８である負荷の異常検出装置の構成の変形例を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態９である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態１０である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態１１である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態１２である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態１３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態１３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図２は動作を説明するための波形図である。図１において、直流電源１の直流電力をインバータ２により高周波の交流電力に変換する。インバータ２から出力される交流電力はリアクトル３を介して容量性の負荷としてのオゾン発生器５に印加される。インバータ２によりオゾン発生器５に適した周波数及び電圧の交流を生成し、リアクトル３によって共振、昇圧されてオゾン発生器５に印加される。オゾン発生器５は、インバータ２から印加される電圧による無声放電によって空気又は酸素からオゾンを生成するものであり、図示していないが多数の発生管が並列に接続されて構成されている。無声放電の構造上電極と誘電体から構成されるが、その誘電体としては例えばガラス管が用いられ、電気的には容量性の負荷である。
【００１３】
容量性素子としての並列コンデンサ１１に並列回路ＣＴ（変流器）１２が直列に接続されて第１の検出回路１３が構成されている。並列回路ＣＴ１２は並列コンデンサ１１を流れる電流を検出する。オゾン発生器５と並列に第１の検出回路１３が接続されている。検出制御回路１７は並列回路ＣＴ１２により検出される電流を監視し、異常があればインバータ２を停止するとともにその旨報知及び警報する。並列コンデンサ１１は、インバータ２の負荷としてのオゾン発生器５と電気的にほぼ相似な特性を示す模擬回路の一例であり、この実施の形態においては、オゾン発生器５の容量の１／ｋ（ｋは１よりも大きい所定の定数）の容量を有するコンデンサを用いている。なお、並列コンデンサ１１がこの発明における第１の模擬回路であり、並列回路ＣＴ１２及び検出制御回路１７がこの発明における異常検出手段である。
【００１４】
オゾン発生器５の電気的特性すなわちインピーダンス特性を模擬する第１の模擬回路については以下の各実施の形態においていくつかの具体例を説明するが、負荷（オゾン発生器５）が容量性であるということは、通常は模擬回路あるいは等価回路として、コンデンサを含む回路と考えられる。図１において、オゾン発生器５と並列コンデンサ１１には、ほぼ同じ電圧が印加される。並列コンデンサ１１がオゾン発生器５の電流の１／ｋの電流を流すように、電気的に相似に設計されているので、正常動作時は常にオゾン発生器５の１／ｋの電流が並列回路ＣＴ１２に流れることになる。そしてオゾン発生器５に異常が発生した場合は、これから外れる電流が観測されるはずである。これを検出することによってオゾン発生器５の異常検出を行うことが、本発明の基本的な概念である。
【００１５】
今、オゾン発生器５に短絡などの異常が発生したとする。すると、オゾン発生器５と並列コンデンサ１１のインピーダンスの割合が、定常状態から変動するため、並列コンデンサ１１からオゾン発生器５へパルス的な電流が流れる。これを検出することでオゾン発生器５の異常の検出を行うことができる。このような検出の方法は実は、オゾン発生器５の電圧の微分値を検出していることに等しい。オゾン発生器５を構成する発生管が短絡した場合、まわりの静電容量から短絡した発生管へ電流が流れ込むため、オゾン発生器５の両端の電圧が変化する。オゾン発生器５の短絡を迅速に検出するためには、電圧値ではなく、電圧の微分値の変化を検出するほうがよい。
【００１６】
しかし、例えばオゾン発生器５の電圧を分圧抵抗などを用いて検出し、この電圧の微分値をアナログ回路で求めたりあるいはデジタル処理により数値的に演算した場合、微分後の信号のＳ／Ｎ比が悪く、検出が非常に困難になる。このため、オゾン発生器５に並列に並列コンデンサ１１を設け、並列コンデンサ１１に流れる電流を並列回路ＣＴ１２により測定する。一般的にコンデンサは理想的な容量成分と考えてよく、その電流値はコンデンサの電圧の微分値に比例する。従って、検出用の並列コンデンサ１１の電流を測定することにより、等価的にオゾン発生器５の両端の電圧の微分値を測定することが可能になる。
【００１７】
並列コンデンサ１１に流す電流は交流でかつ小信号であるので、測定にはＣＴ（カレントトランス）を用いても、検出用のシャント抵抗を用いてもよい。また、検出用のコンデンサである並列コンデンサ１１の容量が大きいとインバータ２の電流がそれだけ大きくなってしまうため、オゾン発生器５の等価的な静電容量と比較して十分に小さい値に選定する。但し、あまり小さすぎると検出電流に十分なＳ／Ｎ比が得られなくなる。
【００１８】
図２は検出の様子を示す波形図である。図２（ａ）において、オゾン発生器５の両端には高電圧のほぼ正弦波の端子電圧（負荷電圧）Ｖｆが発生している。時間ｔ１において短絡が発生すると、端子電圧Ｖｆは急激に低下し、同時に図２（ｂ）に示すように時間ｔ１において並列回路ＣＴ１２にて検出される検出信号Ｓ１が急変する。なかでも、端子電圧Ｖｆの尖頭値付近で短絡が発生した場合に最も強い検出信号が得られる。検出制御回路１７は、並列回路ＣＴ１２による検出信号Ｓ１が所定の値を超えると、オゾン発生器５の短絡や断線など故障であると判断し、インバータ２を停止するともに警報を発する。このようにして、負荷であるオゾン発生器５の短絡等の異常を極めて迅速かつ確実に検出することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。実施の形態１で示した並列コンデンサ１１を用いる方法は、オゾン発生器５の短絡時にオゾン発生器５のインピーダンスが大きく変化する、つまりオゾン発生器５のインピーダンスが十分小さい場合には、十分なＳ／Ｎ比で、非常に迅速な検出が可能になる。しかしながら、短絡後のインピーダンスがかなり大きい場合には、オゾン発生器５の端子電圧が急激に変化せず、この方法では検出の精度が低下する可能性がある。このような場合を補完するために、通常の電圧低下による検出、つまりオゾン発生器５の端子電圧（電圧実効値）の低下を検出する方法を併用する。以下、具体的に説明する。
【００２０】
図３において、図１の構成に加えて、オゾン発生器５の電流を検出する負荷電流検出手段としての主回路ＣＴ２１、オゾン発生器５の両端の電圧（端子電圧）を検出する負荷電圧検出手段としての端子電圧検出器２２、主回路ＣＴ２１と端子電圧検出器２２の検出結果に基づいてオゾン発生器５の力率を求める力率算出手段２４を設けている。オゾン発生器５の電流検出についてはＣＴ（変流器）を用いる方法や電流検出用のシャント抵抗を用いる方法があるが、一般に電流値も非常に大きいため、ＣＴを用いるほうが適していることが多い。また、一般にオゾン発生器５には高電圧が印加されるため、電圧検出は例えば抵抗分圧による方法やトランスによって電圧を下げる方法があるが、この実施の形態においては端子電圧検出器２２として分圧抵抗を用いている。
【００２１】
力率算出手段２４は、主回路ＣＴ２１及び端子電圧検出器２２で得られた電流波形、電圧波形を演算して力率を計算する。検出制御回路２７は並列回路ＣＴ１２により検出される電流及び力率算出手段２４から出力される力率を監視し、検出される電流が所定値よりも大きい場合や力率が予め設定した値よりも大きい場合、異常（短絡事故）であるとしてインバータ２を停止するとともにその旨報知及び警報する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、この実施の形態における並列回路ＣＴ１２、主回路ＣＴ２１、端子電圧検出器２２、力率算出手段２４及び検出制御回路２７が、この発明の異常検出手段である。
【００２２】
この方法は、オゾン発生器５全体の力率、つまりインピーダンスを求めるので、オゾン発生器５のインピーダンスが大きく、オゾン発生器５の端子電圧の変化があまり発生しなかった場合でも、インピーダンスの変化として検出することができ、実施の形態１においては感度良く検出できない時間域における検出が可能であり、並列コンデンサ１１による検出を補完することができる。
【００２３】
なお、図３ではオゾン発生器５単独の電流を主回路ＣＴ２１にて検出しているが、主回路ＣＴ２１を並列コンデンサ１１とオゾン発生器５との接続点よりもインバータ２側に設けて、並列コンデンサ１１を流れる電流を含めて検出するようにしてもよい。なお、力率算出手段２４による力率の求め方としては、アナログ的に計算する方法もあるし、あるいは電圧波形及び電流波形をＡＤ変換して、デジタル的に計算する方法もある。
【００２４】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。実施の形態１の図１において、オゾン発生器５の電気的特性が十分にコンデンサの特性に近いと考え、検出用の並列コンデンサ１１とオゾン発生器５とに電流が分流している、という点に着目すると、同じような構成で別の観点から検出を行うことが可能になる。図４において、負荷の異常検出装置は、主回路ＣＴ２１で検出した電流をｋで除算して除算値を求める除算手段としての除算器３１、並列回路ＣＴ１２で検出した電流と除算器３１から出力される除算値（電流）との差δ１を求める減算器３６、検出制御回路３７を有する。検出制御回路３７は減算器３６からの信号を監視し、異常があればインバータ２を停止するとともにその旨報知及び警報する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、この実施の形態における並列コンデンサ１１と直列抵抗４１との直列回路がこの発明における第１の模擬回路であり、並列回路ＣＴ１２、主回路ＣＴ２１、除算器３１、減算器３６、検出制御回路３７が、この発明の異常検出手段である。
【００２５】
ここで、並列コンデンサ１１の容量が、オゾン発生器５の等価的な容量の１／ｋ（ｋは１より大きい定数）であるとする。このとき、まず、除算器３１にてオゾン発生器５の電流の測定波形を１／ｋ倍し、減算器３６にてその値と並列コンデンサ１１の電流波形との差を求める。つまり、並列コンデンサ１１の電流波形からオゾン発生器５への無効電流分の波形を差し引くような演算を行う。オゾン発生器５が理想的なコンデンサであった場合は、検出電流波形つまり
（（並列コンデンサ１１の電流）−（オゾン発生器５の電流）／ｋ）
は、全ての位相においてゼロになるはずである。この状態でオゾン発生器５になんらかの異常が発生した場合、例えば一部の容量が短絡した場合、その短絡によって発生した電流のみを検出することが可能になる。つまり、正常動作時には十分小さな信号しか発生せず、異常発生時は十分に高いＳ／Ｎ比で検出が可能になる。並列コンデンサ１１への電流波形から、オゾン発生器５の無効電流分を差し引くことによって、有効電流分だけを検出する、といい換えることもできる。
【００２６】
このような状況はもちろん、オゾン発生器５が十分に理想コンデンサに近い場合に可能となる。実際にはオゾン発生器５が電力を消費するものである以上、オゾン発生器５が純粋なコンデンサであるとはいえない。従って、純粋なコンデンサ特性との違いが、検出信号のＳ／Ｎ比に影響することになる。さて、上記定数ｋを与えるためには、オゾン発生器５の静電容量を明確にしなければならない。並列コンデンサ１１の静電容量を決定するに当たっては、オゾン発生器５の動作中の代表的な静電容量値を用いる。オゾナイザの場合であれば、例えば特開２００１−３５６９３号広報の段落番号０００７，０００８に示された式（３）のＣ３、すなわち
Ｃ３＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）
ここに、Ｃ１：オゾン発生器５の電極間に介在する誘電体の静電容量値、
Ｃ２：オゾン発生器５のガス領域の静電容量、
を用いることが考えられる。
【００２７】
この考え方では、オゾン発生器５をひとつのコンデンサであるとして近似するため、場合によっては実際にオゾン発生器５に流れる電流波形と近似した並列コンデンサ１１を流れる電流波形との間に位相差が生じる可能性がある。この場合は、第１の検出回路１３に位相を補正する位相補正手段を設けることで、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２８】
以上では、オゾン発生器５の電流を（１／ｋ）倍して、並列コンデンサ１１の電流との差を求めたが、並列コンデンサ１１の電流をｋ倍してオゾン発生器５の電流との差を求めてもよいことはいうまでもない。また、オゾン発生器５の電流を測定する位置すなわち主回路ＣＴ２１を第１の検出回路１３よりもリアクトル３に近い位置に設けると、第１の検出回路１３への電流を含めて測定することになるが、並列コンデンサ１１を流れる電流は小さいので殆ど影響はない。しかし、厳密にいえば検出された電流を１／（１＋ｋ）とする必要がある。
【００２９】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図５において、負荷の異常検出装置は、電流検出用抵抗としての直列抵抗４１、除算手段としての除算器４４、減算器４６、検出制御回路４７を有する。その他の構成については、図４に示した実施の形態３と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。並列コンデンサ１１と直列に直列抵抗４１を設け、直列抵抗４１の端子電圧を検出信号Ｖｓｒとして除算器４４に供給する。除算器４４にて、当該検出信号ＶｓｒをＲｃ（Ｒｃは、直列抵抗４１の抵抗）で除算して、減算器４６へ出力する。減算器４６は除算器４４の出力と除算器３１の出力（オゾン発生器５の電流／ｋ）との差δ１を求め、検出制御回路４７へ出力する。検出制御回路４７は差δ１の値を監視し、その値が所定の値を超えたとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２の停止及び故障警報を発する。なお、主回路ＣＴ２１、除算器３１、直列抵抗４１、除算器４４、減算器４６及び検出制御回路４７がこの発明における異常検出手段である。
【００３０】
オゾン発生器５の電流は、産業用のオゾン発生器５の場合は非常に大電流になることが多い。従って、抵抗によって測定することは困難であり、ＣＴによる測定が適している。並列コンデンサ１１の電流の測定は、ＣＴによってもよいが、電流が小さいためこの実施の形態のように並列コンデンサ１１に直列に直列抵抗４１を設けて、その端子電圧から電流を求める並列コンデンサ１１ことができる。抵抗を用いる場合のメリットは、位相のずれが生じないことである。ＣＴの場合は励磁インダクタンスによって位相がずれるため、位相を補償するなど何らかの対策を講じなければ精度の良い検出ができなくなる。
【００３１】
実施の形態５．
図６は、実施の形態５である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図６において、負荷の異常検出装置は、負荷電流検出手段としての主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７を有する。主回路ＣＴ５１は一種のトランスであるので、１次側と２次側の巻数比を１：ｎ（ｎは整数）とする。並列コンデンサ１１と直列抵抗４１の一方の端子との接続点は主回路ＣＴ５１の二次側の一方の端子に接続されている。主回路ＣＴ５１の二次側の端子間に二次側抵抗５２が接続され、主回路ＣＴ２１を流れる電流に比例した電圧を発生する。
【００３２】
また、主回路ＣＴ５１の二次側の他方の端子とオゾン発生器５の他方の端子との間に電圧検出器５４が接続され、直列抵抗４１の電圧と二次側抵抗５２の電圧との差を検出するように構成されている。電圧検出器５４の検出信号は検出制御回路５７に出力され、検出信号の値が所定の値を超えたとき、検出制御回路５７はオゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２の停止及び故障警報を発する。なお、直列抵抗４１、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４及び検出制御回路５７がこの発明の異常検出手段である。
【００３３】
ここで、オゾン発生器５に流れる電流をＪとすると、主回路ＣＴ５１の２次側にはＪ／ｎの電流が流れ、二次側に検出用に設けられている二次側抵抗５２の抵抗をＲｓとすると、その両端にはＲｓ×Ｊ／ｎの電圧が発生する。一方、並列コンデンサ１１にはＩ／ｋの電流が流れるため、これに直列な抵抗Ｒｃの両端には、Ｒｃ×Ｊ／ｋの電圧が発生する。このとき、Ｒｓ及びＲｃを、電圧の向きが逆になるように図６のように接続すると、電圧検出器５４には両者の差の電圧が発生する。このとき、理想的にこれらの電圧が打ち消しあうためには、Ｒｃ＝Ｒｓ×ｋ／ｎ、の関係が成り立てばよい。例えばＲｃを可変抵抗器で実装しておき、実際に装置を動かしてみてから検出信号が最も小さくなるように調整すれば、ｋやＲｓの誤差によらず、検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３４】
実施の形態６．
図７は、実施の形態６である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図７において、負荷の異常検出装置は、図５の構成に加えて、位相補正用の二次側コンデンサ６１を有する。二次側コンデンサ６１は、主回路ＣＴ５１の二次側に二次側抵抗５２と並列に接続されている。なお、直列抵抗４１、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、二次側コンデンサ６１及び検出制御回路５７がこの発明の異常検出手段である。これまでも述べたが、ＣＴを電流検出に用いる場合、これが基本的にはトランスであることから、１次側の電流と２次側の電流との間に僅かながら位相差が生じる。これはＣＴの一次側の励磁インダクタンスの影響である。これを補正するための一つの方法として、図７に示したように、主回路ＣＴ５１の２次側に位相補正用の二次側コンデンサ６１を設けたものである。二次側コンデンサ６１の容量は主回路ＣＴ５１の励磁インダクタンスと、インバータ２の周波数から、適切な値を求めることができる。
【００３５】
実施の形態７．
図８は、実施の形態７である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図８（ａ）において、負荷の異常検出装置は、並列コンデンサ７１、第２抵抗７２、電流検出用抵抗としての直列抵抗７３を有する。直列に接続された第２抵抗７２と直列抵抗７３との直列回路が並列コンデンサ７１と直列に接続されている。第２抵抗７２の一方の端子は並列コンデンサ７１に接続され他方の端子は直列抵抗７３の一方の端子に接続され、直列抵抗７３の他方の端子はオゾン発生器５の他方の端子に接続されている。また、第２抵抗７２と直列抵抗７３との接続点は主回路ＣＴ５１の一方の端子に接続されている。なお、並列コンデンサ７１、第２抵抗７２及び直列抵抗７３がこの発明における第１の模擬回路であり、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７及び直列抵抗７３ｃがこの発明における異常検出手段である。
【００３６】
さて、これまでの議論は、容量性負荷であるオゾン発生器５が理想的なコンデンサの特性に十分に近いことを前提としていた。しかし、オゾン発生器５が電力を消費する以上、純粋なコンデンサの特性とのずれがあり、これが検出制御回路に入力される信号のＳ／Ｎ比に影響する。Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、例えば図１における並列コンデンサ１１を含む第１の検出回路１３の特性を、オゾン発生器５の特性に近づければよい。例えば、オゾン発生器５は、図８（ｂ）に示すように、オゾン発生器の模擬回路として、コンデンサＣＬと、抵抗ＲＬの直列回路で表されるとする。そして、図８（ａ）のように、並列コンデンサ７１の容量をＣＬ／ｋとし、この並列コンデンサ７１と第２抵抗７２とを直列に接続し、第１の模擬回路としている。
【００３７】
第２抵抗７２と直列抵抗７３との抵抗の和は、オゾン発生器５の抵抗ＲＬを模擬するものでその値をＲＬ×ｋし、第２抵抗７２の抵抗は（ＲＬ×ｋ−Ｒｃ）とし、直列抵抗７３は電流検出用であり抵抗をＲｃとしている。これにより、オゾン発生器５の電流に１／ｋを乗じた正確な電流が直列抵抗７３に流れることになり、直列抵抗７３と主回路ＣＴ５１との検出信号の差を求めることにより、両者を極めて正確に相殺することができ、Ｓ／Ｎ比の良い検出を行うことが可能になる。
【００３８】
なお、並列コンデンサ１１に直列な抵抗（第２抵抗７２の抵抗＋直列抵抗７３の抵抗）は、オゾン発生器５を模擬する抵抗であり、厳密には上述のようにＲＬ／ｋであり、この中に電流検出用の抵抗Ｒｃが含まれている。すなわち、電流検出用の抵抗Ｒｃと、抵抗成分（ＲＬ×ｋ−Ｒｃ）とに分かれることになる。しかし、実際にはＲＬ×ｋに比較してＲｃは十分に小さいので、調整時にＲｃを多少増減させても大きな影響はない。このような、コンデンサＣＬと抵抗ＲＬという第１の模擬回路で表される容量性のオゾン発生器５には、例えば無声放電励起の炭酸ガスレーザなど、さまざまなアプリケーションが存在する。
【００３９】
実施の形態８．
図９、図１０は、実施の形態８を示すものであり、図９は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図１０は変形例を示す構成図である。図９（ａ）において、負荷の異常検出装置は、容量性素子よしての並列コンデンサ８１及び第２コンデンサ８２、電圧制限手段としてのツェナーダイオード８３、電流検出用抵抗としての直列抵抗８４を有する。第２コンデンサ８２とツェナーダイオード８３との並列回路は並列コンデンサ８１と直列に接続され、電流検出用抵抗としての直列抵抗８４がこれら並列コンデンサ８１と第２コンデンサ８２との直列回路に直列に接続されて、オゾン発生器５を模擬する第１の模擬回路が構成され、全体が主回路ＣＴ５１を介してオゾン発生器５と並列接続されている。オゾナイザなどの無声放電は、容量性のオゾン発生器５で行われるが、オゾン発生器５はより厳密にはコンデンサとツェナーダイオードとを組み合わせた模擬回路で表されることが知られている（例えば、特開２００１−３５６９３号公報、段落番号００１７及び図１参照）。
【００４０】
つまり、図９（ｂ）に示すように、オゾン発生器５は、誘電体の静電容量Ｃｄ、ギャップの静電容量Ｃｇを直列に接続し、静電容量Ｃｇに並列に２個のツェナーダイオード素子のカソード同士が接続され逆極性に直列接続された直列接続回路が接続されたものであり、このツェナーダイオード素子の降伏電圧は放電維持電圧Ｖ＊であるとして表される。従って、この発明におけるオゾン発生器５の電気的特性を模擬する第１の模擬回路は、並列コンデンサ８１、第２コンデンサ８２、第２のコンデンサ８３に並列に接続されたツェナーダイオード８３にて構成することができる。ツェナーダイオード８３はカソード同士が接続されて逆極性に直列接続された２個のツェナーダイオード素子で構成されている。また、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗８４がこの発明における異常検出手段である。
【００４１】
この実施の形態においては、本体のオゾン発生器５と電気的に相似な動作を行う上記のような第１の模擬回路を設けることがポイントである。オゾナイザの場合は上記のような非線形な第１の模擬回路として表現できるので、オゾン発生器５の模擬回路として組み込むことも可能である。具体的には、容量Ｃｄ／ｋの並列コンデンサ８１と容量Ｃｇ／ｋの第２コンデンサ８２とを直列に接続し、第２コンデンサ８２と並列に、ツェナー降伏電圧がＶ＊であるような２個のツェナーダイオード素子を逆向きにカソード同士を対向させて逆極性に直列に接続したツェナーダイオード８３を接続する。そして、電流検出のために、並列コンデンサ８１と第２コンデンサ８２との直列回路に例えば検出用の抵抗Ｒｃの直列抵抗８４を直列に挿入し、第１の模擬回路を構成する。ここで、Ｒｃ＝Ｒｓ×ｋ／ｎであり、Ｒｃは十分に小さくする。これにより、オゾン発生器５の電流を正確に１／ｋ倍した電流が直列抵抗８４に流れることになり、直列抵抗８４と主回路ＣＴ５１との検出信号の差を求めることにより、両者を極めて正確に相殺することができ、精度の良い検出を行うことが可能になる。
【００４２】
このような構成であれば、直列抵抗８４の抵抗Ｒｃを十分に小さくできるので、並列コンデンサ８１、第２コンデンサ８２、ツェナーダイオード８３にて構成される第１の模擬回路、あるいはこの第１の模擬回路と直列抵抗８４との直列回路が、オゾン発生器５の電気的な特性とほぼ同じ特性を示し、正確に１／ｋの電流波形が検出できるため、十分にＳ／Ｎ比の高い検出が可能になる。
【００４３】
図１０は、図９に示した負荷の異常検出装置の変形例である。図１０（ａ）において、負荷の異常検出装置は、容量性素子としての並列コンデンサ９１及び第２コンデンサ９２、ツェナーダイオード９３、電流検出用抵抗としての直列抵抗９４を有する。第２コンデンサ９２とツェナーダイオード９３との並列回路は並列コンデンサ９１と直列に接続され、電流検出用の直列抵抗９４がこれら並列コンデンサ９１と第２コンデンサ９２との直列回路に直列に接続されている。ツェナーダイオード９３は、ツェナー降伏電圧がＶ＊であるような２個のツェナーダイオード素子をカソード同士を接続して逆極性に直列接続したツェナーダイオード素子直列回路である。並列コンデンサ９１と第２コンデンサ９２とツェナーダイオード９３と直列抵抗９４が、この発明におけるオゾン発生器５の特性を模擬する第１の模擬回路を構成し、この第１の模擬回路が主回路ＣＴ５１を介することなく直接オゾン発生器５に並列接続されている。なお、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗９４がこの発明における異常検出手段である。
【００４４】
上記図９においては、オゾン発生器５の電流検出用の主回路ＣＴ５１を並列コンデンサ８１とオゾン発生器５との接続点に内側に設けてオゾン発生器５単独の電流を検出しているが、図１０（ａ）に示すように、並列コンデンサ９１とオゾン発生器５との接続点よりもインバータ２側に設けて並列コンデンサ９１の電流を含めて検出するものであっても、同様の効果を奏する。この場合、主回路ＣＴ５１にて検出される電流検出用抵抗Ｒｃは、Ｒｃ＝Ｒｓ×（ｋ＋１）／ｎとなる。ただ、検出のための並列コンデンサ９１の電流とオゾン発生器５の電流との比ｋは通常非常に大きいので、図９に示した負荷の異常検出装置との違いはあまり問題にならない。また、直列抵抗９４の抵抗を十分に小さくできるので、第１の模擬回路、あるいはこの第１の模擬回路と直列抵抗９４との直列回路が、オゾン発生器５の電気的な特性とほぼ同じ特性を示し、正確に１／ｋの電流波形が検出できるため、十分にＳ／Ｎ比の高い検出が可能になる。
【００４５】
実施の形態９．
図１１は、実施の形態９である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図１１（ａ）において、負荷の異常検出装置は、容量性素子としての並列コンデンサ１０１及び第２コンデンサ１０２、単相全波整流回路１０３、直流定電圧電源１０４、電流検出用抵抗としての直列抵抗１０５を有する。並列コンデンサ１０１と第２のコンデンサ１０２と直列抵抗１０５とが直列に接続され、単相全波整流回路１０３の直流出力側が第２コンデンサ１０２と並列に接続され、単相全波整流回路１０３の交流入力側に各アームの導通方向と逆極性に直流定電圧電源１０４が接続されてこの発明におけるオゾン発生器５の電気的特性（インピーダンス特性）を模擬する第１の模擬回路が構成されている。そして、この第１の模擬回路が主回路ＣＴ５１を介することなく直接オゾン発生器５と並列接続されている。なお、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗１０４がこの発明における異常検出手段である。
【００４６】
オゾナイザなどの無声放電の第１の模擬回路として、実施の形態８（図９、図１０参照）ではツェナーダイオードを用いるものを示したが、同様の効果を得る方法として、４つのダイオードと直流定電圧電源を用いる方法がある。この方法によって模擬回路を構成したものが図１１（ａ）である。直流定電圧電源１０４の電圧がＶ＊に対応し、ソースではなくシンクとして動作する。理想的には回路的にツェナーダイオード素子を２個逆極性に直列接続した場合と同等である。模擬回路として構成する場合にどちらが構成しやすいかの問題がある。図９や図１０のように模擬回路にツェナーダイオードを用いると、模擬回路に流れる電流はツェナーダイオードで消費されるため、ツェナーダイオードの容量に充分に留意する必要がある。一方、図１１の場合では直流定電圧電源１０４が必要となり構成が複雑になるが、模擬回路を流れる電流は直流定電圧電源１０４で消費されるため、電力損失を軽減できる。なお、直列抵抗１０４の抵抗を十分に小さくできるので、第１の模擬回路が、オゾン発生器５の電気的な特性とほぼ同じ特性を示し、正確に１／ｋの電流波形が検出できるため、十分に精度及びＳ／Ｎ比の高い検出が可能になる。
【００４７】
実施の形態１０．
図１２は、実施の形態１０である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図１２（ａ）において、負荷の異常検出装置は、絶縁アンプ１１４を有する。電圧検出器５４にて検出された検出信号は絶縁アンプ１１４を介して検出制御回路５７に供給される。これにより、電圧検出器５４から検出制御回路５７へ、絶縁された状態で検出信号が伝達される。その他の構成については、図１０に示した負荷の異常検出装置と同様のものである。模擬回路である電圧検出器５４から得られた検出信号は、その後検出制御回路５７で制御に用いられることになるが、その際の問題の一つはノイズである。
【００４８】
オゾン発生器５の容量が非常に大きい場合、例えば図１０のような構成で第１の模擬回路内部に直列抵抗９４やツェナーダイオード９３などが設けられている場合、その損失を軽減するためには、オゾン発生器５と第１の模擬回路の容量比である係数ｋを十分に大きくしなければならない。その場合検出電圧が小さくなり、ノイズの影響を受けやすくなる。そこで、第１の模擬回路部分と検出制御回路５７との間のどこかに、例えば絶縁アンプを設けることが考えられる。図１２（ａ）はそのような負荷の異常検出装置を示すものである。絶縁手段としての絶縁アンプはこの位置ではなく、例えば直列抵抗９４と主回路ＣＴ５１の二次巻線との間などでも構わない。あるいは絶縁アンプだけではなく、フェライトコイルを併用するなど、一般的なノイズ除去手段を適用すると効果が期待できることはいうまでもない。なお、主回路ＣＴ５１、二次側抵抗５２、電圧検出器５４、検出制御回路５７、二次側コンデンサ６１、直列抵抗９４，絶縁アンプ１１４がこの発明における異常検出手段である。
【００４９】
実施の形態１１．
図１３は、実施の形態１１である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。以上の実施の形態１〜１０では、オゾン発生器５に並列に第１の模擬回路である並列コンデンサ１１等を設ける構成を示したが、オゾン発生器５に直列に配することも可能である。図１３はこのような負荷の異常検出装置に示すものである。図１３において、容量性素子及び負荷直列コンデンサとしての直列コンデンサ１３１に直列コンデンサ１３１の電圧を検出するための電流検出用抵抗としての並列抵抗１３２が並列に接続され、第２の検出回路１３３が構成されている。第２の模擬回路としての直列コンデンサ１３１は、オゾン発生器５の電気特性すなわちインピーダンス特性を模擬するためのものであり、この実施の形態ではオゾン発生器５の容量のｍ倍の容量を有するコンデンサが用いられている。なお、直列コンデンサ１３１が、この発明における第２の模擬回路及び負荷直列コンデンサ、コンデンサ素子である。また、並列抵抗１３２及び検出制御回路５７がこの発明における異常検出手段である。
【００５０】
そして、第２の検出回路１３３はオゾン発生器５と直列に接続されている。第２の検出回路１３３をオゾン発生器５と直列に接続した場合は、直列コンデンサ１３１にはオゾン発生器５とほぼ同じ電流が流れる。従って、直列コンデンサ１３１をオゾン発生器５の端子電圧の１／ｍ倍の電位差を生じるように、電気的に相似に設計しておけば、正常動作時には常に、オゾン発生器５の両端の電位差の１／ｍの電圧が直列コンデンサ１３１の両端に生じることになる。検出制御回路１３７は、並列抵抗１３２にて検出された電圧が異常であるとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２を停止するとともに、警報を発する。
【００５１】
ところで、実施の形態１における図１のようにオゾン発生器５に並列に第１の検出回路１３を設ける場合は、オゾン発生器５と第１の検出回路１３とは印加される電圧が共通である。また、この実施の形態における図１３のようにオゾン発生器５に第２の検出回路１３３を直列に設ける場合は、オゾン発生器５と電流が共通になる。並列コンデンサ１１あるいは直列コンデンサ１３１は、通常はオゾン発生器５に比し消費電力が十分に小さくなるように設計される。従って、オゾン発生器５に印加される電力が高電圧、大電流である場合、図１の場合は並列コンデンサ１１は高電圧で微小な電流が流れ並列回路ＣＴ１２が当該電流を検出することになる。図１３の場合は、直列コンデンサ１３１には大電流が流れ、並列抵抗１３２が微小な電位差を検出することになる。どちらのほうが回路的にメリットがあるかを検討して構成を選択する。
【００５２】
例えば負荷がオゾン発生器５であった場合、まさに高電圧、大電流であるが、模擬回路として一般には、大電流で低耐圧の回路よりは、高耐圧で小電流の回路のほうが構成しやすい。従って、負荷がオゾン発生器５である場合は、実施の形態１〜１０で説明したようなオゾン発生器５に並列に検出用の並列コンデンサ１１等の模擬回路を設ける方が一般的といえる。
【００５３】
実施の形態１２．
図１４及び図１５は、実施の形態１２を示すものであり、図１４は負荷の異常検出装置の構成を示す構成図、図１５は動作を説明するための波形図である。図１に示したようなオゾン発生器５に並列に並列コンデンサ１１を設ける場合は電圧変動を感度よく検出できるのに対して、実施の形態１１（図１３）のようにオゾン発生器５に直列に直列コンデンサ１３１を設けてその電圧を検出する場合は、直列コンデンサ１３１は電流の偏りを検出することになる。
【００５４】
従って、実施の形態１の並列コンデンサ１１による検出を補完するような効果も得ることができる。すなわち、実施の形態１で述べたオゾン発生器５に並列に並列コンデンサ１１（第１の検出回路１３）を接続する方法では、オゾン発生器５の端子電圧Ｖｆ（図２（ａ）参照）の尖頭値付近で短絡が発生した場合には十分なＳ／Ｎ比の信号が得られるが、オゾン発生器５の端子電圧が低いとき（このときはオゾン発生器５の電流が大きい）に短絡が発生した場合には、端子電圧が殆ど低下しないので、検出が困難である。短絡の発生原因は電気的な絶縁破壊が主であり、電圧が高い場合に生じやすいため、このような検出でもある程度の目的は達成できるが、できるならばこれを補完するような検出方法が望まれる。
【００５５】
図１４の負荷の異常検出装置はこのような要請に応えるものである。図１４において、オゾン発生器５に並列に第１の検出回路１３を設けて第２の模擬回路としての並列コンデンサ１１の電流を検出すると同時に、オゾン発生器５に直列に第２の検出回路１３３を設けて第２の模擬回路及び負荷直列コンデンサとしての直列コンデンサ１３１の両端の電圧を並列抵抗１３２により検出し、検出制御回路１４７により監視する。なお、並列回路ＣＴ１２、並列抵抗１３２及び検出制御回路１４７がこの発明における異常検出手段である。検出制御回路１４７は、並列回路ＣＴ１２にて検出した電流及び並列抵抗１３２にて検出された電圧のうちの少なくとも一方が所定の値を超えたとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２を停止するとともに、警報を発する。
【００５６】
この場合、直列コンデンサ１３１への電流の積分値、つまり電流の偏り（直流成分）を測定していることと等価になる。ここで、この直列コンデンサ１３１の容量はオゾン発生器５の等価的な静電容量よりも十分に大きな容量である必要がある。十分に大きくないと直列の直列コンデンサ１３１の両端に大きな電圧が印加されてしまい、回路として発生させる電圧が高くなる。一方、あまりに大きな容量の直列コンデンサ１３１を用いると、直列コンデンサ１３１の端子電圧が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。
【００５７】
図１５はこの第２の検出回路１３３の動作を示したものである。この図１５では図２とは異なり、図１５（ａ）における、オゾン発生器５の端子電圧Ｖｆがゼロに近い時間である、時間ｔ１において短絡が発生した場合を考える。この場合、図１５（ｂ）の並列コンデンサ電流Ｊｐｃに示すようにオゾン発生器５に並列な並列コンデンサ１１への電流を検出する並列回路ＣＴ１２には検出信号は得られない。一方、図１５（ｃ）の直列コンデンサ電圧Ｖｓｃ（直列コンデンサ１３１の電圧）は、短絡発生（時間ｔ１）後に値が大きくなり、検出が可能である。このように、オゾン発生器５に直列な直列コンデンサ１３１を設けてその電圧を測定することにより、オゾン発生器５に並列な並列コンデンサ１１の電流による検出を補完することができ、どのような位相で短絡が発生しても迅速かつ確実に感度良く検出が可能になる。
【００５８】
実施の形態１３．
図１６は、実施の形態１３である負荷の異常検出装置の構成を示す構成図である。図１６において、負荷の異常検出装置は、負荷電圧検出用抵抗としての主回路電圧検出器１６１、乗算手段としての乗算器１６２、減算器１６３、検出制御回路１６７を有する。図１６ではオゾン発生器５の第２の模擬回路としてオゾン発生器５の容量のｍ（ｍは１よりも大きい所定の定数）倍の容量を有する直列コンデンサ１３１をオゾン発生器５と直列に接続し、オゾン発生器５の端子電圧を主回路電圧検出器１６１にて検出し、直列コンデンサ１３１の端子電圧を並列抵抗１３２で検出し、並列抵抗１３２で検出した電圧信号を乗算器１６２にてｍで除算して減算器１６３に入力する。減算器１６３では、主回路電圧検出器１６１の出力信号と乗算器１６２の出力信号の差δ３を求め、検出制御回路１６７へ出力する。検出制御回路１６７は、減算器１６３からの差信号が所定の範囲から逸脱したとき、オゾン発生器５に短絡や断線等の異常が発生したとして、インバータ２を停止するとともに、警報を発する。なお、並列抵抗１３２、主回路電圧検出器１６１、乗算器１６２、減算器１６３、検出制御回路１６７がこの発明における異常検出手段である。
【００５９】
以上のように、オゾン発生器５に並列に第１の模擬回路を設けるものを実施の形態１〜１１に示した。また、オゾン発生器５に直列に第２の模擬回路を設けるものについて、実施の形態１１〜１３に示した。これらの組み合わせを適宜行うことにより、より多様な負荷に適用して、確実かつ迅速な故障の検出が可能である。最初にも述べたように、本発明の適用先として、オゾン発生器（オゾナイザ）が考えられる。オゾン発生器は多数の放電管（発生管）を並列に接続した構成をしており、その一部が破損した場合は何らかの方法で検出しなければならない。またオゾン発生器の駆動は、大電流、高電圧、高周波であり、通常は異常の検出が難しく、本発明を適用することで、正確で迅速なオゾン発生器５の異常検出が可能となる。なお、負荷として、オゾン発生器５に限らず、無声放電を行う機器のほか、さまざまな負荷に適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 直流電源、２ インバータ、５ オゾン発生器、１１ 並列コンデンサ、
１２ 直列抵抗、１３ 第１の検出回路、１７ 検出制御回路、２２ 端子電圧検出器、
２４ 力率算出手段、２７ 検出制御回路、３１ 除算器、３６ 減算器、
３７ 検出制御回路、４１ 直列抵抗、４４ 除算器、４６ 減算器、
４７ 検出制御回路、５１ 主回路ＣＴ、５２ 二次側抵抗、５４ 電圧検出器、
５７ 検出制御回路、６１ 二次側コンデンサ、７１ 並列コンデンサ、
７２ 第２抵抗、７３ 直列抵抗、８１ 並列コンデンサ、８２ 第２コンデンサ、
８３ ツェナーダイオード、８４ 直列抵抗、９１ 並列コンデンサ、
９２ 第２コンデンサ、９３ ツェナーダイオード、９４ 直列抵抗、
１０１ 並列コンデンサ、１０２ 第２コンデンサ、１０３ 単相全波整流回路、
１０４ 直流定電圧源、１０５ 直列抵抗、１３１ 直列コンデンサ、
１３２ 並列抵抗、１３３ 第２の検出回路、１３７ 検出制御回路、
１４７ 検出制御回路、１６１ 主回路電圧検出器、１６２ 乗算器、
１６３ 減算器、１６７ 検出制御回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
上記模擬回路装置は、第１と第２の模擬回路の少なくとも一方を有するものであって、上記第１の模擬回路は上記負荷に並列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するものであり、上記第２の模擬回路は上記負荷に直列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するものであり、
上記異常検出手段は、上記第１の模擬回路に流れる電流及び上記第２の模擬回路に発生する電圧の少なくとも一方に基づき負荷の異常を検出するものである
負荷の異常検出装置。
【請求項２】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、上記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出手段と、上記負荷の電流及び電圧に基づき上記負荷の力率を求める力率算出手段とを有するものであって、上記第１の模擬回路に流れる電流及び上記力率に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項３】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、上記負荷に並列に接続されるコンデンサを有するものであり、
上記異常検出手段は、上記コンデンサに流れる電流に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項４】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、コンデンサと電流検出用抵抗とが直列に接続された直列回路を有し、上記直列回路が上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項５】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、上記コンデンサの静電容量が上記負荷の静電容量の１／ｋ（ｋは１より大きい定数）であり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、上記負荷の電流を上記定数ｋで除算して除算値を求める除算手段とを有するものであって、上記コンデンサを流れる電流と上記除算値との差に基づいて上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項６】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、第１及び第２のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、上記コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、上記第２のコンデンサに並列に接続された電圧制限手段とを有し、上記コンデンサ回路が上記電流検出用抵抗を介して上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項７】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、第１及び第２のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、上記コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、上記第２のコンデンサに並列に接続された単相全波整流回路とを有し、上記コンデンサ回路が上記電流検出用抵抗を介して上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項８】
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出するためのものであって一次側巻線と二次側巻線との巻数比が１：ｎ（ｎは整数）である変流器と、上記二次側巻線に並列に接続され上記二次側巻線に流れる電流に応じた電圧を発生する抵抗値がＲｓである二次側抵抗とを有するものであって、上記第１の模擬回路の上記電流検出用抵抗は上記二次側抵抗の抵抗値Ｒｓに対して所定の倍数の抵抗値を有するようにされたものであって、上記電流検出用抵抗の電圧及び上記二次側抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項９】
上記異常検出手段は、上記二次側抵抗と並列に接続された二次側コンデンサを有するものである
ことを特徴とする請求項８に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１０】
上記模擬回路装置は、第２の模擬回路を有するものであり、
上記第２の模擬回路は、上記負荷に直列に接続される負荷直列コンデンサを有するものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷直列コンデンサに発生する電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１１】
上記第２の模擬回路は、上記負荷直列コンデンサの静電容量が上記負荷の静電容量のｍ倍（ｍは１より大きい定数）であり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出手段と、上記負荷の電圧を上記定数ｍで乗じて乗算値を求める乗算手段とを有するものであって、上記負荷直列コンデンサの電圧と上記除算値との差に基づいて上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１０に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１２】
上記負荷がオゾン発生器である
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１】
交流電圧によって駆動される容量性の負荷の異常検出装置であって、模擬回路装置と異常検出手段とを備え、
上記模擬回路装置は、第１と第２の模擬回路の少なくとも一方を有するものであって、上記第１の模擬回路は上記負荷に並列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するものであり、上記第２の模擬回路は上記負荷に直列に接続され上記負荷の電気的特性を模擬するものであり、
上記異常検出手段は、上記第１の模擬回路に流れる電流及び上記第２の模擬回路に発生する電圧の少なくとも一方に基づき負荷の異常を検出するものである
負荷の異常検出装置。
【請求項２】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、上記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出手段と、上記負荷の電流及び電圧に基づき上記負荷の力率を求める力率算出手段とを有するものであって、上記第１の模擬回路に流れる電流及び上記力率に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項３】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、上記負荷に並列に接続されるコンデンサを有するものであり、
上記異常検出手段は、上記コンデンサに流れる電流に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項４】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、コンデンサと電流検出用抵抗とが直列に接続された直列回路を有し、上記直列回路が上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項５】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、上記コンデンサの静電容量が上記負荷の静電容量の１／ｋ（ｋは１より大きい定数）であり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出する負荷電流検出手段と、上記負荷の電流を上記定数ｋで除算して除算値を求める除算手段とを有するものであって、上記コンデンサを流れる電流と上記除算値との差に基づいて上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項６】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、第１及び第２のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、上記コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、上記第２のコンデンサに並列に接続された電圧制限手段とを有し、上記コンデンサ回路が上記電流検出用抵抗を介して上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項７】
上記模擬回路装置は、第１の模擬回路を有するものであり、
上記第１の模擬回路は、第１及び第２のコンデンサが直列に接続されたコンデンサ回路と、上記コンデンサ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、上記第２のコンデンサに並列に接続された単相全波整流回路とを有し、上記コンデンサ回路が上記電流検出用抵抗を介して上記負荷に並列に接続されるものであり、
上記異常検出手段は、上記電流検出用抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項８】
上記異常検出手段は、上記負荷の電流を検出するためのものであって一次側巻線と二次側巻線との巻数比が１：ｎ（ｎは整数）である変流器と、上記二次側巻線に並列に接続され上記二次側巻線に流れる電流に応じた電圧を発生する抵抗値がＲｓである二次側抵抗とを有するものであって、上記第１の模擬回路の上記電流検出用抵抗は上記二次側抵抗の抵抗値Ｒｓに対して所定の倍数の抵抗値を有するようにされたものであって、上記電流検出用抵抗の電圧及び上記二次側抵抗の電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項９】
上記異常検出手段は、上記二次側抵抗と並列に接続された二次側コンデンサを有するものである
ことを特徴とする請求項８に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１０】
上記模擬回路装置は、第２の模擬回路を有するものであり、
上記第２の模擬回路は、上記負荷に直列に接続される負荷直列コンデンサを有するものであり、
上記異常検出手段は、上記負荷直列コンデンサに発生する電圧に基づき上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１１】
上記第２の模擬回路は、上記負荷直列コンデンサの静電容量が上記負荷の静電容量のｍ倍（ｍは１より大きい定数）であり、
上記異常検出手段は、上記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出手段と、上記負荷の電圧を上記定数ｍで乗じて乗算値を求める乗算手段とを有するものであって、上記負荷直列コンデンサの電圧と上記除算値との差に基づいて上記負荷の異常を検出するものである
ことを特徴とする請求項１０に記載の負荷の異常検出装置。
【請求項１２】
上記負荷がオゾン発生器である
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の負荷の異常検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１６３７８５（Ｐ２０１１−１６３７８５Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６７３（Ｐ２０１０−２３６７３）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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