JP2001281275A - 負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧検出手段や電流検出手段について入れ違
いに配線しても電力を正常に表示させる。 【解決手段】 操作用変圧器９により検出された主回路
電圧Ｅtrおよび変流器７により検出された主回路電流Ｉ
s 、Ｉt は、制御回路ユニット１１においてそれぞれ電
圧検出回路１５および電流検出回路１６を介して制御回
路１７に入力される。制御回路１７は、主回路電圧Ｅtr
および主回路電流Ｉs 、Ｉt に基づいて演算した電力の
絶対値を表示器１９に表示する。また、制御回路１７
は、電力の絶対値を時間積分して電力量を得るととも
に、電力の絶対値に基づいて過負荷保護を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源母線と負荷と
の間の主回路に介在する開閉手段を開閉制御することに
より負荷の始動、停止、保護などを行うものであって、
特に負荷に供給される電力を演算して表示する負荷制御
装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えばコントロールセ
ンタにおいては、単位回路毎にユニット化された複数の
負荷制御装置が多段に収納されている。これらユニット
化された各負荷制御装置は、電源母線（例えば三相交流
電源の母線）と各負荷（例えば誘導電動機）との間を接
続する主回路に設けられた配線用遮断器、電磁接触器、
変流器、操作用変圧器などの主回路機器、電磁接触器を
開動作および閉動作させる開操作信号および閉操作信号
を入力するための停止スイッチおよび始動スイッチ、負
荷の状態監視や電磁接触器の開閉制御を行う制御回路な
どから構成されている。

【０００３】ここで、変流器は、例えば三相三線式の主
回路のうちＳ相とＴ相の主回路電流を検出するもので、
電磁接触器の励磁コイルの動作用電圧を得るために設け
られる操作用変圧器の二次側端子からは例えばＲ相−Ｔ
相間の主回路電圧が検出されるようになっている。

【０００４】制御回路は、ユニットの使用条件の変更に
対して容易に対応できるようにマイクロコンピュータを
主体として構成されている。このため、変流器により検
出された主回路電流および操作用変圧器により検出され
た主回路電圧は、それぞれ制御回路に内蔵されたＡ／Ｄ
変換器によりディジタル化された上で取り込まれる。ま
た、制御回路は、取り込んだ主回路電流と主回路電圧と
を乗算することにより主回路を通して誘導電動機に供給
される電力を得、さらにその演算した電力を時間積分す
ることにより電力量を求めるようになっている。これら
電力や電力量は、制御回路に設けられた表示器に表示さ
れる。

【０００５】制御回路は、入力した開操作信号および閉
操作信号に応じて前記電磁接触器を開閉動作させて誘導
電動機の停止および始動を行う。また、制御回路は、主
回路電流値と電力値とを監視しており、主回路電流値が
制限電流値を超えた場合または電力値が制限電力値を超
えた場合には、過負荷状態と判断して電磁接触器を開動
作させることにより誘導電動機に対する過負荷保護を行
っている。

【０００６】ところで、上記操作用変圧器の二次側端子
と制御回路の入力端子との間は２本の電線で配線され、
この２本の電線はノイズの混入を防ぐためツイストされ
ている。このため、誤ってこれら２本の電線を２つの入
力端子に入れ違いに配線してしまい、操作用変圧器の二
次側端子と制御回路の入力端子との接続関係が逆接続と
なることがあった。また、これとは別に主回路と操作用
変圧器の一次側端子との配線についても誤って入れ違い
に配線したり、主回路に対する変流器の介挿方向や変流
器の配線を逆にしてしまう虞もあった。

【０００７】こうした場合であっても、操作用変圧器の
二次側電圧は交流電圧であるため、電磁接触器の励磁コ
イルの動作用電圧を得る上では問題はなく、また主回路
電流を用いた過負荷保護機能も正常に動作する。しか
し、制御回路内において電力を演算する上では電圧や電
流の位相が逆になるため、力行運転にもかかわらず演算
した電力がマイナスになり、電力や電力量が異常表示さ
れるとともに電力による過負荷保護が正常に動作しなく
なるという不具合が発生する。このため、操作用変圧器
や変流器の配線を行う場合に互いに異なる色の電線を用
いたり、配線結果についての検査項目を増やすなどの手
間を要していた。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、操作用変圧器などの電圧検出手段や変
流器などの電流検出手段について入れ違いに配線して
も、電力を正常に表示することができる負荷制御装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の負荷制御装置は、電源母線と負荷と
の間の主回路に介在する開閉手段と、前記主回路に流れ
る電流を検出する電流検出手段と、前記主回路の電圧を
検出する電圧検出手段と、前記検出電流と検出電圧とに
基づいて前記主回路を通して前記負荷に供給される電力
を演算する電力演算手段と、この電力演算手段から出力
される電力を表示する表示手段と、前記開閉手段を開閉
制御する開閉制御手段とを備えた負荷制御装置におい
て、前記電力演算手段を、前記検出電流と検出電圧とに
基づいて演算した電力の絶対値を出力するように構成し
たことを特徴とする。

【００１０】この構成によれば、電圧検出手段と主回路
との配線、電圧検出手段と電力演算手段との配線、電流
検出手段と電力演算手段との間を入れ違いに配線した
り、主回路に対する電流検出手段の介挿方向を逆にした
りして、検出される主回路電圧や主回路電流の位相が逆
になった場合であっても、電力演算手段は、これら検出
電流と検出電圧とに基づいて演算して得た正または負の
電力値を全て正の電力値に変換して出力する。その結
果、常に正しい電力表示が可能になるとともに、上記各
配線における接続極性および電流検出手段の介挿方向が
実質的になくなり、配線上の手間や検査の手間を低減す
ることができる。

【００１１】この場合、電力演算手段から出力される電
力を時間積分することにより電力量を求める電力量演算
手段を備えるとともに、表示手段を、この電力量演算手
段から出力される電力量を表示するように構成すること
が好ましい（請求項２）。この構成によれば、操作者
は、表示手段の表示により、電源母線から主回路を通し
て負荷に供給された正しい電力量を知ることができ、そ
れに基づいた負荷の管理が可能となる。

【００１２】また、開閉制御手段を、電力演算手段から
出力される電力が予め設定された制限電力を超えた場合
に、所定の遅延時間が経過した後開閉手段を開動作させ
るように構成することが好ましい（請求項３）。

【００１３】この構成によれば、過負荷状態または負荷
の異常などにより負荷に供給される電力が制限電力を超
えた場合に、開閉手段が開動作して負荷に対する電力供
給が停止されるので、負荷を保護することができる。ま
た、開動作について遅延時間が設けられているので、瞬
時的な過負荷の発生により負荷が頻繁に停止するといっ
た事態を回避することができ、負荷を安定して運転でき
る。

【００１４】以上の各場合において、誘導電動機を負荷
とすることができる（請求項４）。この構成によれば、
表示手段の電力表示と誘導電動機の定格電力とを比較す
ることにより、誘導電動機に供給される電力を監視でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。図１には、コントロ
ールセンタの１ユニット分について負荷制御装置１の電
気的構成が示されている。この図１において、三相（Ｒ
相、Ｓ相、Ｔ相）の電源母線２と負荷である三相の誘導
電動機３の各相巻線端子との間には主回路４が形成され
ており、この主回路４には、電源母線２側から順に配線
用遮断器５、電磁接触器６（本発明でいう開閉手段に相
当）、変流器７（本発明でいう電流検出手段に相当）、
零相変流器８が具備されている。

【００１６】すなわち、電源母線２と主回路４との間に
は配線用遮断器５が接続されており、この配線用遮断器
５は、過大な電流が流れると開路して主回路４を電源母
線２から切り離すようになっている。この配線用遮断器
５の負荷側には電磁接触器６の主接点６ａが介在してい
る。この主接点６ａは、励磁コイル６ｂに通電すること
により閉動作し、励磁コイル６ｂを断電することにより
開動作するようになっている。さらに、この電磁接触器
６の主接点６ａと誘導電動機３の各相巻線端子との間に
は、例えばＳ相およびＴ相の主回路電流Ｉs 、Ｉt を検
出するための変流器７と地絡電流Ｉz を検出するための
零相変流器８が設けられている。

【００１７】主回路４において、配線用遮断器５の負荷
側の２つの相例えばＲ相とＴ相との間には電圧検出手段
としての操作用変圧器９の一次巻線が接続されている。
この操作用変圧器９は２つの二次巻線を備えており、こ
のうちの一つは、制御母線１０ａ、１０ｂに接続される
とともに、制御回路ユニット１１の動作用電源である直
流電源回路（図示せず）に接続されている。また、他の
一つは、Ｒ相とＴ相との線間電圧つまり主回路電圧Ｅtr
（＝Ｅt −Ｅr ）を検出するもので、配線１２ａ、１２
ｂを介して制御回路ユニット１１の入力端子１１ａ、１
１ｂに接続されている。なお、制御母線１０ｂは制御回
路ユニット１１の操作用電源端子１１ｃに接続されてい
る。

【００１８】制御母線１０ａと制御回路ユニット１１の
入力端子１１ｄ、１１ｅとの間には、それぞれ始動操作
スイッチ１３、停止操作スイッチ１４が接続されてお
り、制御回路ユニット１１は、これら始動操作スイッチ
１３、停止操作スイッチ１４が押圧操作されることによ
り、それぞれ閉操作信号、開操作信号を入力するように
なっている。また、制御母線１０ａと制御回路ユニット
１１の出力端子１１ｆ、入力端子１１ｇとの間には、そ
れぞれ電磁接触器６の励磁コイル６ｂ、電磁接触器６の
常開形補助接点６ｃが接続されている。

【００１９】制御回路ユニット１１は、入力端子１１
ａ、１１ｂから入力した主回路電圧Ｅtrを所定の電圧レ
ベルに変換後Ａ／Ｄ変換して出力する電圧検出回路１
５、変流器７が検出した主回路電流Ｉs 、Ｉt および零
相変流器８が検出した零相電流Ｉz をＡ／Ｄ変換して出
力する電流検出回路１６、マイクロコンピュータを主体
として構成される制御回路１７、励磁コイル６ｂを駆動
するための駆動回路１８および表示器１９（本発明でい
う表示手段に相当）から構成されている。

【００２０】制御回路１７は、開閉制御手段、電力演算
手段および電力量演算手段に相当し、検出した主回路電
圧Ｅtrと主回路電流Ｉs 、Ｉt とにより主回路４を通し
て誘導電動機３に供給される電力および電力量を演算
し、主回路電圧Ｅtr、主回路電流Ｉs 、Ｉt 、電力およ
び零相電流Ｉz に基づいて誘導電動機３の異常例えば過
負荷、欠相、地絡を検出するようになっている。また、
詳しくは後述するが、制御回路１７は演算した電力の絶
対値を得る絶対値回路１７ａを備えており、配線の入れ
違いなどがあっても正常な値の電力および電力量を出力
することができるようになっている。

【００２１】そして、制御回路１７は、前記異常の検出
結果と前記開閉操作信号とに基づいて、駆動回路１８を
介して励磁コイル６ｂを通断電し、主接点６ａを開閉制
御するようになっている。さらに、主回路電流Ｉs 、Ｉ
t 、演算された電力や電力量などは、ＬＥＤや液晶パネ
ルなどから構成される表示器１９に表示されるようにな
っている。なお、図示しないが、制御回路ユニット１１
はインターフェース回路を備えており、複数の負荷制御
装置１を管理するために設けられているプログラマブル
コントローラとの間でデータの送受信が可能となるよう
に構成されている。

【００２２】次に、本実施例の作用について図２も参照
しながら説明する。配線用遮断器５が閉路されており且
つ誘導電動機３に異常が発生していない場合において、
始動操作スイッチ１３が押圧操作されて閉操作信号が入
力されると、制御回路１７は、駆動回路１８により電磁
接触器６の励磁コイル６ｂに通電しその主接点６ａを閉
路する。これにより、電源母線２から主回路４を通して
誘導電動機３に三相の交流電圧が印加され、誘導電動機
３は回転駆動を開始する。そして、停止操作スイッチ１
４が押圧操作されて開操作信号が入力されると、制御回
路１７は主接点６ａを開路して誘導電動機３を停止させ
る。

【００２３】また、制御回路１７は、主回路電圧Ｅtr、
主回路電流Ｉs 、Ｉt 、零相電流Ｉz について大きさな
どを監視しており、それに基づいて過負荷、欠相、地絡
などの異常状態を検出する。そして、制御回路１７は、
異常を検出した時には、主接点６ａを開路して誘導電動
機３を停止させる。なお、制御回路１７は、運転時間の
監視なども行っている。

【００２４】制御回路１７は、電圧検出回路１５から入
力した主回路電圧Ｅtrおよび電流検出回路１６から入力
した主回路電流Ｉs 、Ｉt の各周期について所定回数だ
けサンプリングし、次の（１）式に基づいて電力Ｗを演
算する。（１）式における相電圧Ｅr 、Ｅs 、Ｅt およ
び相電流Ｉr 、Ｉs 、Ｉt は全てベクトルであって、
“×”はベクトル積を表している。図２は、この電力演
算に関するベクトル図を示している。

【００２５】 Ｗ＝Ｅr ×Ｉr ＋Ｅs ×Ｉs ＋Ｅt ×Ｉt ＝−Ｅr ×（Ｉs ＋Ｉt ）＋Ｅs ×Ｉs ＋Ｅt ×Ｉt ＝（Ｅs −Ｅr ）×Ｉs ＋（Ｅt −Ｅr ）×Ｉt ＝Ｅsr×Ｉs ＋Ｅtr×Ｉt …（１）

【００２６】この（１）式において、主回路電圧Ｅsrは
検出されないが、主回路４の負荷（誘導電動機３）が平
衡した状態にあれば、主回路電圧Ｅsrは、主回路電圧Ｅ
trと同じ大きさを有し且つ主回路電圧Ｅtrに対して位相
が６０度だけ遅れた電圧となる。そこで、制御回路１７
は、主回路電圧Ｅtrのサンプリング値をメモリ回路（図
示せず）に記憶し、主回路電圧Ｅsrをその記憶された値
に基づいて演算により求める。

【００２７】さて、負荷制御装置１の配線を行うにあた
り、操作用変圧器９の一次巻線と主回路４との間を入れ
違いに配線した場合、または操作用変圧器９の二次巻線
と制御回路ユニット１１の入力端子１１ａ、１１ｂとの
間を入れ違いに配線した場合、主回路電圧Ｅtrに対して
１８０度位相が異なる主回路電圧Ｅrtが検出されること
になる。それに伴って、主回路電圧Ｅsrに対して１８０
度位相が異なる主回路電圧Ｅrsが求められる。

【００２８】この場合、制御回路１７は、（１）式では
なく次の（２）式により電力Ｗ′を演算することにな
る。 Ｗ′＝Ｅrs×Ｉs ＋Ｅrt×Ｉt …（２）

【００２９】この（２）式により演算された電力Ｗ′と
（１）式により演算された電力ＷとはＷ′＝−Ｗの関係
があるため、誘導電動機３が力行運転を行っているにも
拘らず電力Ｗ′は負の値となる。

【００３０】こうした事態は、主回路４に対する変流器
７の介挿方向を逆方向とした場合、変流器７と制御回路
ユニット１１との間を入れ違いに配線した場合にも発生
する。この場合、主回路電流Ｉs 、Ｉt に対してそれぞ
れ１８０度位相が異なる主回路電流−Ｉs 、−Ｉt が検
出されることになる。

【００３１】従って、制御回路１７は、（１）式ではな
く次の（３）式により電力Ｗ″を演算することになり、
同様にして電力（Ｗ″）が負の値となる。 Ｗ″＝−Ｅsr×Ｉs −Ｅtr×Ｉt …（３）

【００３２】こうした事態に対処するため、制御回路１
７は絶対値回路１７ａを備えており、電圧検出回路１５
から入力した主回路電圧と電流検出回路１６から入力し
た主回路電流とに基づいて演算した電力の絶対値を求
め、この絶対値としての電力あるいはそれを時間積分し
て得た電力量を表示器１９に対し出力する。また、制御
回路１７は、絶対値としての電力と予め設定された制限
電力とを比較しており、電力が制限電力を超えた場合に
過負荷状態が発生したと判断し、所定の遅延時間が経過
した後励磁コイル６ｂを断電し主接点６ａを開路する。

【００３３】以上述べたように、本実施例の負荷制御装
置１によれば、主回路電圧および主回路電流の検出値に
基づいて演算された電力の絶対値が表示器１９に表示さ
れるので、操作用変圧器９と主回路４との配線、操作用
変圧器９と制御回路ユニット１１との配線、主回路４に
対する変流器７の介挿方向、変流器７と制御回路ユニッ
ト１１との配線などを逆（入れ違い）にした場合であっ
ても、力行運転中の誘導電動機３に供給される電力が常
に正常に表示される。また、その電力を用いて正しい電
力量が得られるので、電力量も常に正常に表示される。
その結果、各配線における接続極性および変流器７の介
挿方向が実質的になくなり、配線上の手間や配線チェッ
クの手間が低減される。

【００３４】さらに、その正常化された電力が所定の制
限電力と比較されて過負荷状態が判断されるので、誘導
電動機３を過負荷状態から確実に保護することができ
る。この場合、電磁接触器６の開動作について遅延時間
が設けられているので、瞬時的な過負荷の発生により負
荷が頻繁に停止するといった事態を回避することができ
る。

【００３５】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張または
変更が可能である。上記実施例においては、三相三線式
の主回路４に三相の負荷例えば誘導電動機３を接続した
場合について説明したが、主回路４の構成は三相四線式
あるいは三相以外の多相式であっても良い。また、負荷
は誘導電動機３に限られず他の形態の交流電動機や抵抗
などであっても良い。主回路電圧を検出するための電圧
検出手段として操作用変圧器９を用いたが、ＰＴ（計器
用変圧器）を設けてこれにより主回路電圧を検出しても
良い。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明の負荷制御装置は、検出電流と検出電圧とに基づい
て演算した電力の絶対値を表示手段に表示するので、電
圧検出手段と主回路との間、電圧検出手段と電力演算手
段との間、電流検出手段と電力演算手段との間をそれぞ
れ入れ違いに配線したり、主回路に対する電流検出手段
の介挿方向を逆にした場合であっても、正しい電力表示
が可能になる。その結果、これらの各配線における接続
極性および電流検出手段の介挿方向を実質的になくすこ
とができ、配線や検査に要する手間を低減することがで
きる。

【００３７】また、電力演算手段から出力される電力が
予め設定された制限電力を超えた場合に、所定の遅延時
間が経過した後開閉手段を開動作させるように構成した
ので、正確且つ確実な過負荷保護が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す負荷制御装置の電気的
構成図

【図２】電力演算を説明するためのベクトル図

【符号の説明】

１は負荷制御装置、２は電源母線、３は誘導電動機（負
荷）、４は主回路、６は電磁接触器（開閉手段）、７は
変流器（電流検出手段）、９は操作用変圧器（電圧検出
手段）、１７は制御回路（開閉制御手段、電力演算手
段、電力量演算手段）、１９は表示器（表示手段）であ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源母線と負荷との間の主回路に介在す
   る開閉手段と、前記主回路に流れる電流を検出する電流
   検出手段と、前記主回路の電圧を検出する電圧検出手段
   と、前記検出電流と検出電圧とに基づいて前記主回路を
   通して前記負荷に供給される電力を演算する電力演算手
   段と、この電力演算手段から出力される電力を表示する
   表示手段と、前記開閉手段を開閉制御する開閉制御手段
   とを備えた負荷制御装置において、 前記電力演算手段は、前記検出電流と検出電圧とに基づ
   いて演算した電力の絶対値を出力するように構成されて
   いることを特徴とする負荷制御装置。
2. 【請求項２】 電力演算手段から出力される電力を時間
   積分することにより電力量を求める電力量演算手段を備
   え、 表示手段は、この電力量演算手段から出力される電力量
   を表示するように構成されていることを特徴とする請求
   項１記載の負荷制御装置。
3. 【請求項３】 開閉制御手段は、電力演算手段から出力
   される電力が予め設定された制限電力を超えた場合に、
   所定の遅延時間が経過した後開閉手段を開動作させるよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１または２
   記載の負荷制御装置。
4. 【請求項４】 前記負荷は誘導電動機であることを特徴
   とする請求項１ないし３の何れかに記載の負荷制御装
   置。