JPS5849996B2 - 直列点灯回路の断芯検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は定電流調整器（以下ＯＣＲと呼ぶ。

）など定電流形の交流電源からそれぞれ絶縁変圧器を介
して複数のランプを点灯する直列点灯回路において、断
芯ラングに接続された絶縁変圧器の磁気飽和による出力
電圧の電圧時間面積から断芯ランプの数量を検出する直
列点灯回路の断芯検出装置に関するものである。

従来から空港の滑走路照明用直列点灯回路の電源として
、第１図に示すようなサイリスタ形ＣＣＲが使用されて
いる。

第１図において１は交流電源、２は平滑リアクトル、３
，４はサイリスタ、５は出力変圧器、６は電流検出器、
７は差動増幅器、８はパルス検出器、９は電圧検出器、
１０は断芯検出装置、１１は警報装置、１２は絶縁変圧
器１２１の一次側を直列に接続し二次側にそれぞれラン
プ１２２を接続した直列点灯回路、１３は電流設定器で
ある。

第１図に示すようにサイリスタ形ＣＣＲの出力電流を電
流検出器６で検出し、差動増幅器７で電流設定器１３か
らの設定信号Ｃｓにより選定した基準値と比較し増幅し
て信号Ｇ。

を作り、これをパルス移相器８に人力してサイリスタ３
，４のケース信号Ｇ１．Ｇ２を作り、サイリスタ出力電
圧を制御してＣＣＲの出力電流を一定に保ち、ランプの
輝度を一定にしている また、断芯検出装置１０は第２図に示す回路構成で電圧
検出器９からの電圧信号Ｖと電流検出器６からの電流信
号ｉを入力し、整流器Ｄ１．Ｄ２で整流したのち波形面
積の差分ｅを取出しコンデンサＣと抵抗Ｒで平滑した電
圧値でトランジスタＴｒを動作させ警報信号Ａを出力す
る。

警報装置１１は警報信号Ａによりブザーやランプで警報
表示を行なう。

断芯ランプがない場合は、電圧信号Ｖと電流信号ｉは第
３図ａ及びｂに示す波形ｖ０゜１１ となり、これら
の差分ｅは第３図Ｃに示す波形ｅ１ となる。

波形ｅ□を平滑した電圧値ではトランジスタＴｒが動作
せず警報信号を出力しない。

もし、ある個数のランプが断芯すると、電圧信号Ｖと電
流信号ｉは第３図ｄ及びｅに示す波形Ｖ２） ｉ２と
なり、波形ｖ２の立ち上がりは大きく、波形ｊ２の立ち
上がりは小さい。

従って、これらの差分ｅの波形は第３図ｆに示すｅ２
となり、これを平滑した電圧値はトランジスタＴｒを動
作させ、警報信号Ａを出力することになる。

このようにしてランプの断芯検出を行なっているが、電
圧信号Ｖや電流信号ｉは、アナログ信号特有のノイズ等
の外乱により、その波形が大きく変形することがある。

このため、実際にはランプが断芯していないにもかかわ
らず、波形面積の差分ｅを平滑した電圧値がトランジス
タＴｒを動作させ得る値になり、警報信号Ａを出力する
ことがある。

このような誤検出を避けるためには、トランジスタＴｒ
を動作させる電圧値を大きく設定しなければならず高感
圧の検出は不可能となる。

その検出感度は定格負荷量の１０係程度が限度であり、
５φの検出は望み得ない。

このため滑走路照明の不備による危険を招く恐れがあり
、さらにランプの断芯で二次側が開放となった絶縁変圧
器が長期間放置されて、高圧パルスによるレヤショート
や温度上昇による焼損を招く恐れがある。

また、警報機能以外に実際に断芯しているランプの個数
を表示するためには、新たな回路を増設する必要がある
。

また、ランプの断芯が検出できた場合でも、直列点灯回
路点灯中は、空港の滑走路照明では、危険であるためラ
ンプの交換はできない。

そして、ランプの断芯の有無を検出したい時には、直列
点灯回路を点灯しなげればならず、直列点灯回路の点灯
時のみしか検出できなかった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので
、ランプが点灯するに致らない微小電流が流れる電圧を
印加させ、ランプの断芯量を絶縁変圧器の磁気飽和を利
用して検出する直列点灯回路の断芯検出装置を提供する
ものである。

また、本発明によれば直列点灯回路のランプを点灯する
ことなく、断芯しているランプの個数を容易に表示する
こともできるため、ランプの断芯状態から断芯ランプの
交換作業が計画でき、空港の保守作業を能率よく行なう
ことが可能となる。

第４図は、本発明の一実施例を示さ系統図である。

第４図において２０は第１図に示したサイリスタ形ＣＣ
Ｒ１１３及び１４は直列点灯回路１２に微小電流を流す
ためのリレー接点及びリアクタンスである。

また２１は変圧器ＰＴを使用して適当な振巾を有する電
圧信号Ｖを出力する電圧検出器、２３は電圧信号Ｖを人
力しこの電圧信号■が零レベルとクロスする点でレベル
“１”となり一定時間（次の零レベルとクロスする点ま
での時間に比較して十分小さい時間）後レベル“′Ｏ″
となる信号ｖ８を出力する電圧零クロス検出器、２４は
最初の信号ｖ８によりセットして出力Ｑをレベル“１”
にすると共に次の信号ｖ８にてリセットして出力Ｇをレ
ベル“１”にするフリップフロップ、２６は電圧信号Ｖ
を半波整流して電圧信号Ｖ を作るダイオード、２７は
電圧信号Ｖｐを適当な比に分圧して電圧信号ｖ、 ／を
得るポテンショメータ、２８は電圧信号ｖＰ′のプラス
の電圧値に比例した周波数で発振してパルス列ＣＰを出
力する電圧周波数変換器、２９はフリップフロップ２４
の出力Ｑがレベル“１”のときだけパルス列ＣＰを通過
させ、パルス列ＣＫを作るケート回路３０はパルス列Ｃ
Ｋを計数してデジタル計数値ＳＤを出力すると共に、フ
リップフロップ２４の出力Ｑが“１”になったときにシ
ングルショットの信号Ｓ８を出力するシングルショット
２５の出力により計数値ＳＤをゼロにクリアするカウン
タ３１はｆ報断芯量すなわち断芯ランプの個数をセット
してデジタル設定値ＭＤを出力する断芯置設定器、３２
はデジタル計数値ＳＤとデジタル設定値Ｍ を入力しＳ
ＤがＭＤよりも太きいとき警報り 信号Ａ８を出力するデジタル比較器、３３は警報信号Ａ
８でセットしリセットスイッチでリセットするフリップ
フロップ（図示せず）と警報ブザーや警報ランプ（図示
せず）及びこれらを動作させるスイッチ回路（図示せず
）とで構成された警報装置である。

以上述べた構成についてその動作を第５図のタイムチャ
ートに従って説明する。

直列点灯回路１２の断芯の有無を検出するため検出用の
指令を与えると、サイリスタ形ＣＣＲ２０の制御が停止
している時のみリレー接点１３が閉となり、直列点灯回
路１２へは、リレー接点１３、リアクタンス１４を通し
てランプが点灯するに致らない微小電流が流れる。

断芯ラングがない場合には電源電圧信号Ｖに対して電圧
信号Ｖと電流信号ｉは第５図に示すような波形となる。

今、ランプが断芯すると、この断芯ランプの接続しであ
る絶縁変圧器１２１はその二次側が開放されるので磁気
飽和現象を発生し、直列点灯回路１２の負荷インダクタ
ンスは増加する。

従って絶縁変圧器１２１が磁気飽和するまで回路電圧υ
はインダクタンスに比例した電圧を発生し電圧の零クロ
スと共に急に立ち上がる波形♂となる。

このときの電圧の零クロスと共に急に立ち上がる度合は
、断芯ランプが増加するに従い増してくる。

この増加の度合いは第６図のような、鉄心が磁束の飽和
を有するインダクタンスＬと抵抗Ｒの等働回路から求め
ることができる。

この図の回路方程式は、コイルの巻数とＮをすると、 ｔ−＝ｏ−ｔまでの微少時間の磁速変化量△φは、Ｒｉ
を無視すると であり、電源電圧ｅが飽和電圧を越すと、抵抗Ｒに電流
ｉが流れ始める。

このときの飽和時間をｔｏ、飽和磁束をφ８とすると、
磁束変化量△φは一φ８から＋φ８まで変化することに
なり、となる。

今、（３）式を鉄心を有するコイル個有の定数で整理し
てＳ。

とすると。となる。

。すなわち、コイルの鉄心が飽和するまで
の電圧時間面積は一定となる。

従ってコイルすなわち断芯ランプを有する絶縁変圧器１
２１０個数ｎと、磁気飽和に要する電圧時間面積Ｓとの
関係式はとなる。

このように、電圧時間面積Ｓが断芯ランプの個数に比例
して変化するので、半サイクルの電圧時間面積も第５図
の如くＳ□から８２に変化し、Ｓ ／の面積分増加する
。

よって断芯ランプのない状態の基準電圧時間面積Ｓ１
に対して電圧時間面積の増加分Ｓ′を含めた電圧時間面
積Ｓ２を計測し、基準の面積に相当する量と比較するこ
とにより、ランプの断芯量を検知することができる。

次に断芯ランプがない場合について、各動作信号を第５
図のタイムチャートにより説明する。

電圧信号ｖ、ｖ’は電圧零クロス検出器２３で電圧信号
ｖ、 ｖ’が零レベルとクロスする点でレベル“１″と
なり一定時間（次の零レベルとクロスする点までの時間
に比例して十分小さい時間）後レベル“０”となる信号
ｖＳニ変形される。

フリップフロップ２４の出力Ｑは、最初の信号ｖＳがレ
ベル“１”でレベル“１”となり、次の信号ｖｓがレベ
ル“１”になるとレベル“０”となる また、パルス列ＣＫは、電圧信号Ｖのプラスの値の電圧
信号Ｖｐを適当に分電圧した電圧信号ｖ′Ｐを、電圧周
波数変換器２８で電圧信号ｖ′Ｐの電圧値に比例した周
波数に変換したパルス列ＣＰが、ゲート回路２９をフリ
ップフロップ２４の出力Ｑがレベル“１″の間に通過し
たものである。

デジタル計数値ＳＤ） ＳＩＳは、このパルス列ＣＫ
のパルス数をカウンタ３０が計数して出力したデジタル
計数値であり、シングルショット２５の出力がレベル“
１”になるとセロにクリアされる。

また、デジタル設定値ＭＤは、アナログ値又はデジタル
値で警報断芯量を設定する断芯置設定器３１が出力する
デジタル値であり、断芯置設定器３１の設定値を変えな
いかぎり一定値を保持する。

これらのデジタル計数値ＳＤ又はＳ′Ｄとデジタル設定
値Ｍ。

は、テジタル比較器３２で比較され、デジタル設作値Ｍ
Ｄよりも大きいデジタル計数値Ｓ／Ｄに対して警報信号
Ａ８が出力される。

この警報信号ＡＳは警報装置３３Ｖ−人力され、警報ブ
ザーやランプを動作させ、直列点灯回路１２の複数個の
ランプのうち、断芯ランプの個数が許容個数以上となっ
たことを表示する。

以上述べたように第４図に示す簡単な回路構成により、
ランプ断芯量を感度よく容易に且つ速かに検出すること
ができる。

なお、上記実施例においては、電流制御装置としてサイ
リスタ形ＯＣＲを使用した場合について説明したが１本
発明はこれに限定されるものでなく、ＬＣ共振回路を応
用したＣＣＲに対しても本発明の適用は可能である。

また、微小電流を流す手段として上記実施例はリレー接
点とりアクタンスを用いたが、この代りにサイリスタ３
，４にて微小電流の点弧角制御をすることにより同様に
おこなうことができる。

また、（５賦に示すように電圧時間面積Ｓは断芯ランプ
の個数ｎに比例するので、その関係は第７図のようにな
る。

よって第８図に示すブロック図のような回路構成を行な
い、断芯ランプの個数ｎを表示することができる。

第８図において第４図と同一符号で示される部分は第４
図と同一のものであり、その他３４は入力したデジタル
入力値を任意の値で割算してデジタル出力すると共に、
この出力値をラッチするラッチ機能を有するメモリ、３
５はデジタル入力値に対応したＬＥＤ等を点灯するデジ
タル表示器である。

この構成において、カウンタ３０でパルス列ＣＫのパル
ス数を積算し、出力したデジタル計数値ＳＤは、メモリ
３４でフリップフロップ２４０反転出力Ｑがレベル“１
”となったとき、すなわちカウンタ３０の積算が終了し
た時点でラッチされ、適当な値で割算され、デジタル値
の表示信号Ａｎとしてメモリ３４から出力される。

この表示信号Ａｎはデジタル表示器３５に入力され、表
示信号Ａｎに対応したＬＥＤを点灯し、ランプの断芯個
数をデジタル表示する。

このようにして、現在断芯しているランプの個数を常時
表示することができるため、断芯ランプの交換作業を前
もって計画することもできる。

また、第４図及び第８図の回路構成の一部を第９図に示
すようにマイクロプロセッサ３６におきかえることもで
きる。

すなわち、入出力インターフェース３６１に電圧零クロ
ス信号ｖ８及びパルス列ＣＰを入力し、マイクロプロセ
ッサ３６の演算部３６２において、パルス列ＣＰのパル
ス数を、演算部３６２のレジスタで電圧零クロス信号Ｖ
Ｓがレベル“１”になったときからカウントを開始し、
次に電圧零クロス信号ｖ３がレベル“１”になったらカ
ウントを停止する。

このレジスタのカウント値ＳＤと、記憶部３６３の指定
されるメモリに記憶されるメモリに記憶させた許容断芯
量のデジタル設定値ＭＤとを、演算部３６２において比
較演算し、レジスタのカウント値ＳＤの方が大きい過断
芯時に、入出力インターフニー７３６１から警報信号Ａ
ｓを警報装置３３に出力される。

あるいは、記憶部３６３のメモリに断芯ランプの個数に
相当するデジタル設定値Ｍ１２Ｍ２・・・・・・・・・
Ｍｎを記憶させ、このデジタル設定値Ｍ１２Ｍ２・・・
・・・Ｍｎと演算部３６２のレジスタのカウント値ＳＤ
とを演算部３６２において比較演算し、断芯ランプ数に
相当する信号Ａｎを人出力インターフェース３６１から
断芯ランプ数を表示するデジタル表示器３５に出力する
ようにしてもよいまた、上記実施例においては、電圧検
出器２１と電圧零クロス検出器２３をそれぞれ別個のも
のとして説明したが、これらの機能をそれぞれまとめた
電圧検出器としてもよい。

更に、カウンタ３０でのパルス列ＣＫのパルス数の積算
を、交流電源の１サイクルに１回行なうようにして説明
したが、これを半サイクルに１回行なうようにしてもよ
く、また、デジタル計数値ＳＤＯ数サイクルの平均値と
断芯置設定器３１のデジタル設定値ＭＤとを比較するよ
うにして、ノイズ等による誤動作する防止するようにし
てもよい。

以上述べた如く、本発明は直列点灯回路の各ランプ用絶
縁変圧器がランプの断芯により磁気飽和するまで、ＣＣ
Ｒのバイパス電流の立ち上がりに時間遅れを生じ、この
間電圧が高くなりこの部分の電圧時間面積が断芯ランプ
の個数に比例することに着目し、負荷電圧に比例した周
波数のパルス数を積算して過断芯の警報や、断芯ランプ
の個数の表示をおこなうようにしたものであり、この積
算値は電源電圧の変動の影響を受けず、回路に流れる電
流が正弦波であるため、ランプ断芯の絶縁変圧器の磁気
飽和による電圧の振動がないため高精題の断芯検出が可
能となる。

また直列灯火回路には微小電流しか流さないため日中ラ
ンプの点灯が不必要な時にランプを点灯することなくラ
ンプの断芯の有無を検出でき、夜のための断芯チェック
を前もっておこなうことができる。

さらに断芯しているランプの個数を容易に表示させるこ
とができるので、ランプの断芯状態から断芯ランプの交
換作業を前もって計画でき、空港の保守作業の能率化が
計れる事から保守要員の削減も可能である。

更に、本発明は空港設備に限らず絶縁変圧器を使用した
直列点灯回路にはすべて適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、サイリスク形ＣＣＲを用いた直列点灯回路の
一例を示す系統図、第２図は、従来の断芯検出装置を示
す回路図、第３図は第２図の動作を示す波形図、第４図
は本発明の一実施例を示す系統図、第５図は第４図の動
作を示すタイムチャート、第６図は第１国旗列点灯回路
の等何回路、第７図は第４図における断芯ランプ個数ｎ
とカウンタ積算値ＳＤとの関係を示す図、第８図は断芯
ランプ個数のデジタル表示回路、第９図は本発明の他の
実施例を示す系統図である。 １・・・交流電源、１２・・・直列点灯回路、１２１・
・・絶縁変圧器、１２２・・・ランプ、１３・・・リレ
ー接点、１４・・・リアクタンス、２０・・・サイリス
タ形ＣＣＲ１２００・・・ＣＲ形ＣＣＲ１２１・・・電
圧検出器、２２°°°電流検出器、２３・・・シングル
ショット、２４・・・フリップフロップ、２５・・・シ
ングルショット、２８・・・電圧周波数変換器、２９・
・・ゲート回路、３０・・・カウンタ、３１・・・テジ
タル設定器、３２・・・デジタル比較器、３３・・・警
報装置、３４・・・メモリ、３５・・・デジタル表示器
、３６・・・マイクロフロセッサ、３６１・・・入出力
インターフェース、３６２・・・演算部、３６３・・・
記憶部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 定電流形の交流電源からそれぞれ絶縁変圧器を介し
   て複数のランプを点灯する直列点灯回路において、この
   ランプに電圧を印加してランプが点灯するに致らない微
   小電流を流す手段と、この電圧波形の零クロス点を検出
   する検出器と、この電圧波形の零クロス点から次の零ク
   ロス点までの上記電圧の時間積分値を求める演算器を備
   え、上記積分値によって断芯したランプの数量を検知す
   ることを特徴とする直列点灯回路の断芯検出装置。 ２ 上記積分を上記電圧に比例した周波数のパルスを積
   算して行なうようにした特許請求の範囲第１項記載の直
   列点灯回路の断芯検出装置。 ３ 上記パルス積算値によって断芯ランプの数量をディ
   ジタル表示するようにした特許請求の範囲第２項記載の
   直列点灯回路の断芯検出装置。