JP2004147393A - Protective relay against overcurrent - Google Patents

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Toshiyuki Sasaki
佐々木 俊之
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Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd
富士電機機器制御株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize cost reduction and low current consumption by stabilizing a trip time and lessening used parts. <P>SOLUTION: An arithmetic processing unit 14 calculates the thermal data having simulated the heat generation of a motor, based on a DC voltage signal outputted from an AC/DC converting circuit 1, and controls a switching element SW1 so that the calculated thermal data and the charge voltage of a capacitor C1 may accord with each other; and outputs a tripping signal in case that the calculated thermal data come to a preset tip level or over. This protective relay reads in the charge voltage of the capacitor C1, and switches on or switches off the switching element so that it may conform to the thermal data to perform closed loop control, so this can materialize high precision without cost up. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータを過電流から保護するために用いられる電子式の過電流保護継電器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の過電流保護継電器は、たとえば、モータの電流を検出する変流器と、この変流器の出力をAC/DC変換回路により直流電圧信号に変換し、この電圧信号Er,Es,Etを演算処理部に入力し、この演算処理部の遮断特性演算プログラムにより、入力された電圧信号のうち最大電圧相を選択し、この最大電圧相の電圧に基づき渦電流レベルの判定を行って時間設定を行い、所定時間経過後、引き外し信号を引き外し回路に出力しトリップコイルを励磁してモータへの電流供給を遮断している。
【0003】
ところが、演算処理部は変流器の2次電流を電源として用いるので、負荷電流が短時間で断続的に与えられると、演算処理部のリセット機能が繰り返し作動して渦電流に応じた時間設定ができず、トリップ動作が得られないので、断続的に流れる渦電流によりモータが発熱して焼損事故を起こす原因となり、モータの保護を確実に行うことができないという問題があった。
【0004】
そこで、従来は、例えば、図1に示すようなものが知られている(特許文献1参照)。図1において、8は三相電路、CT1,CT2,CT3は変流器、1はAC/DC変換回路、2は電源部である。3は演算処理部であって、電圧/周波数変換手段とA/D変換手段とを有し、AC/DC変換回路1から出力された直流電圧信号を電圧レベルに応じた粗密のパルスに変換する。4は電圧/電流変換回路であって、演算処理部3から出力されたパルスを電流に変換する。電圧/電流変換回路4の出力電流はダイオード9を通して時限用のコンデンサ11を充電する。10はコンデンサ11と並列接続した充電抵抗である。
【0005】
コンデンサ11の充電電圧は、コンパレータ12において予め設定された定電圧ダイオード13の電圧と比較され、この設定電圧よりコンデンサ11の充電電圧が大きい場合にコンパレータ12はオンして引き外し信号を、引き外し回路5に供給する。引き外し回路5は入力された引き外し信号に応答してトリップユニット6を駆動し、駆動されたトリップユニット6は開閉機構7を制御して三相電路8の開閉接点を開いてモータへの電流供給を遮断する。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−170651号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例では、時限用のコンデンサ11の充電電圧を粗密のパルス電流で制御するので、電源電圧が変動した場合や、各時限用部品の定数のばらつきや温度変動があると、トリップ時間の精度が悪化してしまう。また、時限用のコンデンサ電圧とトリップレベルとの判別回路が必要となり、コストアップしてしまう等の問題があった。
【0008】
そこで本発明の目的は以上のような問題を解消した過電流保護継電器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、モータを保護するための引き外し手段に引き外し信号を供給する過電流保護継電器であって、前記モータの電流を検出する変流器と、前記変流器の出力を直流電圧信号に変換する第1変換手段と、前記第1変換手段の出力に基づいてモータの発熱を模擬する熱データを演算する演算処理手段と、スイッチング手段と、前記スイッチング手段を介して電源電圧を充電するコンデンサとを具え、前記演算処理手段は、前記演算された熱データと前記コンデンサの充電電圧とが一致するように前記スイッチング手段を制御して、前記演算された熱データが予め設定されたトリップレベル以上になった場合に前記引き外し信号を出力する過電流保護継電器を特徴とする。
【0010】
また、本発明においては、前記演算処理手段は、さらに、電源立ち上り時に前記コンデンサ電圧を読み込んで前記熱データの演算を継続することができる。
【0011】
さらに、前記演算処理手段は、前記第1変換手段からの出力と前記コンデンサの充電電圧とを入力してデジタルデータに各々変換する第2変換手段と、前記第2変換手段によってデジタルデータに変換された前記第1変換手段からの出力に基づいてモータ電流の大きさを演算する負荷電流演算手段と、前記負荷電流演算手段によって得られた負荷電流データから熱データを演算する熱データ演算手段と、前記デジタルデータに変換されたコンデンサの充電電圧と前記熱データ演算手段の演算結果とを比較して当該充電電圧が当該演算結果と一致するように前記スイッチング手段を制御する第1比較手段と、前記トリップレベルと前記熱データ演算手段の演算結果とを比較して当該演算結果が当該トリップレベル以上になったときに前記引き外し信号を出力する第2比較手段とを有することができる。
【0012】
さらに、前記熱データ演算手段は、電源立ち上り時に前記デジタルデータに変換されたコンデンサの充電電圧から熱データを演算することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図2は本発明の実施形態を示す。
図2において、8は三相電路、CT1,CT2,CT3は三相電路8に設けた変流器、1はAC/DC変換回路、2は電源部である。C1は充電用コンデンサであって、充電用抵抗R1およびスイッチング素子SW1を通して電源部2の電圧を充電する。R2はコンデンサC1に並列接続された放電用抵抗である。
【0014】
14は演算処理部であって、AC/DC変換回路1から出力された直流電圧信号とコンデンサC1の充電電圧を入力し、スイッチング素子SW1を制御し、引き外し信号を引き外し回路5に出力する。引き外し回路5は入力された引き外し信号に応答してトリップユニット6を駆動し、駆動されたトリップユニット6は開閉機構7を制御して三相電路8の開閉接点を開いてモータへの電流供給を遮断する。
【0015】
演算処理部14は、AC/DC変換回路1から出力された直流電圧信号に基づいてモータの発熱を模擬する熱データを演算するものであって、演算された熱データとコンデンサC1の充電電圧とが一致するようにスイッチング素子SW1を制御して、前記演算された熱データが予め設定されたトリップレベル以上になった場合に引き外し信号を出力する機能と、電源立ち上り時にコンデンサC1の充電電圧を読み込んで前記熱データの演算を継続する機能とを有する。演算処理部14で演算するのは熱データなので、その時定数は数十秒程度の非常に長い時間であり、これを従来のように時限用コンデンサ電圧で実現しようとすると、コンデンサや抵抗の定数のばらつきがトリップ時間に大きく影響してしまうが、本実施形態における演算処理部14では、充電用コンデンサC1の充電電圧を読み込み、前記熱データと一致するようにスイッチング素子をオン/オフして閉ループ制御することによって、コストアップ無しに高精度化を図ることができる。
【0016】
図3は演算処理部14の詳細を示す。すなわち、AC/DC変換回路1からの出力Er,Es,EtとコンデンサC1の充電電圧とを入力してデジタルデータに各々変換するA/D変換回路15と、A/D変換回路15によってデジタルデータに変換された出力Er,Es,Etに基づいてモータ電流の大きさを演算する負荷電流演算手段16と、負荷電流演算手段16によって得られた負荷電流データから熱データを演算する熱データ演算手段17と、デジタルデータに変換されたコンデンサC1の充電電圧と熱データ演算手段17の演算結果とを比較して当該充電電圧が当該演算結果と一致するようにスイッチング素子SW1を制御する比較手段18と、前記トリップレベルと熱データ演算手段17の演算結果とを比較して当該演算結果が当該トリップレベル以上になったときに引き外し信号を出力する比較手段19とを有する。また、熱データ演算手段17は、電源立ち上り時にA/D変換回路15によってデジタルデータに変換された充電用コンデンサC1の充電電圧を読み込み、この読み込んだ充電電圧を用いて熱データの演算を継続する。
【0017】
こうすることによって、外付け部品のコンデンサや抵抗の定数のばらつきがトリップ時間に大きく影響することがなくなり、演算処理部のリセット機能が繰り返し作動しても、充電用コンデンサに充電されている電荷の放電により負荷の放熱を模擬するので、負荷電流に応じた時間設定ができ、トリップ動作が得られるので、断続的に流れる渦電流によりモータが発熱して焼損事故が発生するという問題を回避することができる。しかも、外付け部品の定数のばらつきは、トリップ時間に大きく影響しないので、安い部品が使えるとともに、使用部品も少なくなるので、低コスト化と低消費電流化を実現することができ、変流器の小型化と省スペース化が実現できるようになる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トリップ時間を安定させることができ、使用部品も少なく、低コスト化と低消費電流化を実現することができ、変流器の小型化と省スペース化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の過電流保護継電器の回路図である。
【図2】本発明の過電流保護継電器の回路図である。
【図3】同過電流保護継電器の演算処理部の内部ブロック図である。
【符号の説明】
1  AC/DC変換回路
2  電源部
5  引き外し回路
6  トリップユニット
7  開閉機構
8  三相電路
14  演算処理部
15  A/D変換回路
16  負荷電流演算手段
17  熱データ演算手段
18,19  比較手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic overcurrent protection relay used to protect a motor from overcurrent.
[0002]
[Prior art]
A conventional overcurrent protection relay includes, for example, a current transformer for detecting a current of a motor, and an output of the current transformer being converted into a DC voltage signal by an AC / DC conversion circuit, and converting the voltage signals Er, Es, Et into a DC voltage signal. The maximum voltage phase is selected from the input voltage signals according to the interruption characteristic calculation program of the calculation processing unit, and the eddy current level is determined based on the voltage of the maximum voltage phase to set the time. After a lapse of a predetermined time, a trip signal is output to the trip circuit to excite the trip coil and cut off the current supply to the motor.
[0003]
However, since the arithmetic processing unit uses the secondary current of the current transformer as a power source, when the load current is intermittently applied in a short time, the reset function of the arithmetic processing unit repeatedly operates to set the time according to the eddy current. However, since a trip operation cannot be obtained, the motor generates heat due to intermittent eddy currents, causing a burnout accident, and there is a problem that the motor cannot be reliably protected.
[0004]
Therefore, conventionally, for example, one shown in FIG. 1 is known (see Patent Document 1). In FIG. 1, 8 is a three-phase circuit, CT1, CT2, and CT3 are current transformers, 1 is an AC / DC conversion circuit, and 2 is a power supply unit. An arithmetic processing unit 3 includes a voltage / frequency conversion unit and an A / D conversion unit, and converts a DC voltage signal output from the AC / DC conversion circuit 1 into coarse / fine pulses corresponding to the voltage level. . Reference numeral 4 denotes a voltage / current conversion circuit, which converts a pulse output from the arithmetic processing unit 3 into a current. The output current of the voltage / current conversion circuit 4 charges the time-limit capacitor 11 through the diode 9. Reference numeral 10 denotes a charging resistor connected in parallel with the capacitor 11.
[0005]
The charge voltage of the capacitor 11 is compared with a preset voltage of the constant voltage diode 13 in the comparator 12, and when the charge voltage of the capacitor 11 is higher than the set voltage, the comparator 12 turns on and trips the trip signal. Supply to circuit 5. The tripping circuit 5 drives the trip unit 6 in response to the input tripping signal, and the driven trip unit 6 controls the switching mechanism 7 to open and close the switching contacts of the three-phase electric circuit 8 to supply current to the motor. Shut off supply.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-170651
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, the charging voltage of the time-limit capacitor 11 is controlled by the coarse and fine pulse currents. The accuracy of the time deteriorates. In addition, a circuit for discriminating between the capacitor voltage for the time limit and the trip level is required, and there is a problem that the cost is increased.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an overcurrent protection relay that has solved the above-mentioned problems.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an overcurrent protection relay for supplying a trip signal to tripping means for protecting a motor, wherein the current transformer detects a current of the motor; First converting means for converting the output of the heater into a DC voltage signal, arithmetic processing means for calculating heat data simulating heat generation of the motor based on the output of the first converting means, switching means, and the switching means. A capacitor for charging the power supply voltage via the power supply, and the arithmetic processing means controls the switching means so that the calculated heat data and the charging voltage of the capacitor coincide with each other. The overcurrent protection relay outputs the tripping signal when the trip level exceeds a preset trip level.
[0010]
Further, in the present invention, the arithmetic processing means can further read the capacitor voltage at power-on and continue the arithmetic of the thermal data.
[0011]
Further, the arithmetic processing unit receives the output from the first conversion unit and the charging voltage of the capacitor and converts them into digital data. The second conversion unit converts the digital data into digital data. Load current calculation means for calculating the magnitude of the motor current based on the output from the first conversion means, heat data calculation means for calculating heat data from the load current data obtained by the load current calculation means, First comparing means for comparing the charging voltage of the capacitor converted to the digital data with the calculation result of the thermal data calculation means and controlling the switching means so that the charging voltage matches the calculation result; The trip level is compared with the calculation result of the thermal data calculation means, and when the calculation result is equal to or higher than the trip level, the tripping is performed. It may have a second comparing means for outputting a signal.
[0012]
Further, the heat data calculation means can calculate the heat data from the charging voltage of the capacitor converted into the digital data when the power supply rises.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention.
In FIG. 2, reference numeral 8 denotes a three-phase circuit, CT1, CT2, and CT3 denote current transformers provided in the three-phase circuit 8, 1 denotes an AC / DC conversion circuit, and 2 denotes a power supply unit. C1 is a charging capacitor that charges the voltage of the power supply unit 2 through the charging resistor R1 and the switching element SW1. R2 is a discharging resistor connected in parallel with the capacitor C1.
[0014]
An arithmetic processing unit 14 receives the DC voltage signal output from the AC / DC conversion circuit 1 and the charging voltage of the capacitor C1, controls the switching element SW1, and outputs a trip signal to the trip circuit 5. . The tripping circuit 5 drives the trip unit 6 in response to the input tripping signal, and the driven trip unit 6 controls the switching mechanism 7 to open and close the switching contacts of the three-phase electric circuit 8 to supply current to the motor. Shut off supply.
[0015]
The arithmetic processing unit 14 calculates heat data that simulates heat generation of the motor based on the DC voltage signal output from the AC / DC conversion circuit 1, and calculates the calculated heat data, the charging voltage of the capacitor C1, And a function of outputting a trip signal when the calculated thermal data becomes equal to or higher than a preset trip level, and changing a charging voltage of the capacitor C1 when the power is turned on. A function of reading and continuing the calculation of the heat data. Since thermal data is calculated by the arithmetic processing unit 14, the time constant is a very long time of about several tens of seconds. If this is to be realized with a time-limited capacitor voltage as in the prior art, the constant of a capacitor or a resistor is reduced. Although the variation greatly affects the trip time, the arithmetic processing unit 14 in the present embodiment reads the charging voltage of the charging capacitor C1 and turns on / off the switching element so as to match the thermal data to perform closed-loop control. By doing so, high precision can be achieved without increasing the cost.
[0016]
FIG. 3 shows details of the arithmetic processing unit 14. That is, an A / D conversion circuit 15 that inputs the outputs Er, Es, Et from the AC / DC conversion circuit 1 and the charging voltage of the capacitor C1 and converts them into digital data, respectively. Load current calculating means 16 for calculating the magnitude of the motor current based on the outputs Er, Es, Et converted to the above, and heat data calculating means for calculating heat data from the load current data obtained by the load current calculating means 16 And comparing means 18 for comparing the charging voltage of the capacitor C1 converted into digital data with the calculation result of the thermal data calculation means 17 and controlling the switching element SW1 such that the charging voltage matches the calculation result. Comparing the trip level with the calculation result of the thermal data calculation means 17 and determining that the calculation result exceeds the trip level. And a comparing means 19 for outputting a trip signal to. Further, the thermal data calculating means 17 reads the charging voltage of the charging capacitor C1 converted into digital data by the A / D conversion circuit 15 when the power is turned on, and continues to calculate the thermal data using the read charging voltage. .
[0017]
In this way, variations in the constants of capacitors and resistors of external components do not significantly affect the trip time, and even if the reset function of the arithmetic processing unit is repeatedly activated, the charge stored in the charging capacitor can be reduced. Discharge simulates the heat radiation of the load, so that the time can be set according to the load current and trip operation can be obtained, thus avoiding the problem that the motor generates heat due to intermittent eddy currents and burns out Can be. In addition, variations in the constants of external components do not significantly affect the trip time, so that cheaper components can be used and fewer components are used, so that cost reduction and current consumption can be reduced. It is possible to realize the miniaturization and space saving of the device.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the trip time can be stabilized, the number of components used can be reduced, the cost and current consumption can be reduced, and the current transformer can be reduced in size and space can be saved. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional overcurrent protection relay.
FIG. 2 is a circuit diagram of the overcurrent protection relay of the present invention.
FIG. 3 is an internal block diagram of an arithmetic processing unit of the overcurrent protection relay.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 AC / DC conversion circuit 2 Power supply unit 5 Tripping circuit 6 Trip unit 7 Opening / closing mechanism 8 Three-phase circuit 14 Operation processing unit 15 A / D conversion circuit 16 Load current calculation means 17 Thermal data calculation means 18, 19 Comparison means

Claims (4)

  1. モータを保護するための引き外し手段に引き外し信号を供給する過電流保護継電器であって、
    前記モータの電流を検出する変流器と、前記変流器の出力を直流電圧信号に変換する第1変換手段と、前記第1変換手段の出力に基づいてモータの発熱を模擬する熱データを演算する演算処理手段と、スイッチング手段と、前記スイッチング手段を介して電源電圧を充電するコンデンサとを具え、
    前記演算処理手段は、前記演算された熱データと前記コンデンサの充電電圧とが一致するように前記スイッチング手段を制御して、前記演算された熱データが予め設定されたトリップレベル以上になった場合に前記引き外し信号を出力することを特徴とする過電流保護継電器。
    An overcurrent protection relay for supplying a trip signal to trip means for protecting a motor,
    A current transformer for detecting a current of the motor, a first converter for converting an output of the current transformer into a DC voltage signal, and heat data simulating heat generation of the motor based on an output of the first converter. An arithmetic processing unit for performing an operation, a switching unit, and a capacitor that charges a power supply voltage via the switching unit,
    The arithmetic processing means controls the switching means so that the calculated heat data matches the charging voltage of the capacitor, and when the calculated heat data becomes equal to or higher than a preset trip level. An overcurrent protection relay for outputting the trip signal.
  2. 請求項1において、
    前記演算処理手段は、さらに、電源立ち上り時に前記コンデンサ電圧を読み込んで前記熱データの演算を継続することを特徴とする過電流保護継電器。
    In claim 1,
    The overcurrent protection relay, wherein the arithmetic processing means further reads the capacitor voltage at power-on and continues the arithmetic of the thermal data.
  3. 請求項1において、
    前記演算処理手段は、前記第1変換手段からの出力と前記コンデンサの充電電圧とを入力してデジタルデータに各々変換する第2変換手段と、前記第2変換手段によってデジタルデータに変換された前記第1変換手段からの出力に基づいてモータ電流の大きさを演算する負荷電流演算手段と、前記負荷電流演算手段によって得られた負荷電流データから熱データを演算する熱データ演算手段と、前記デジタルデータに変換されたコンデンサの充電電圧と前記熱データ演算手段の演算結果とを比較して当該充電電圧が当該演算結果と一致するように前記スイッチング手段を制御する第1比較手段と、前記トリップレベルと前記熱データ演算手段の演算結果とを比較して当該演算結果が当該トリップレベル以上になったときに前記引き外し信号を出力する第2比較手段とを有することを特徴とする過電流保護継電器。
    In claim 1,
    The arithmetic processing unit is configured to input the output from the first conversion unit and the charging voltage of the capacitor and convert them into digital data, respectively, and the second conversion unit converts the digital data into digital data by the second conversion unit. Load current calculating means for calculating the magnitude of the motor current based on the output from the first converting means; heat data calculating means for calculating heat data from the load current data obtained by the load current calculating means; First comparing means for comparing the charging voltage of the capacitor converted into data with the calculation result of the thermal data calculating means and controlling the switching means so that the charging voltage coincides with the calculation result; And the calculation result of the thermal data calculation means, and when the calculation result is equal to or higher than the trip level, the trip signal is output. Overcurrent protection relay, characterized in that a second comparison means for force.
  4. 請求項2において、
    前記演算処理手段は、前記第1変換手段からの出力と前記コンデンサの充電電圧とを入力してデジタルデータに各々変換する第2変換手段と、前記第2変換手段によってデジタルデータに変換された前記第1変換手段からの出力に基づいて負荷電流の大きさを演算する負荷電流演算手段と、前記負荷電流演算手段によって得られた負荷電流データおよび電源立ち上り時に前記デジタルデータに変換されたコンデンサの充電電圧から熱データを演算する熱データ演算手段と、前記デジタルデータに変換されたコンデンサの充電電圧と前記熱データ演算手段の演算結果とを比較して当該充電電圧が当該演算結果と一致するように前記スイッチング手段を制御する第1比較手段と、前記トリップレベルと前記熱データ演算手段の演算結果とを比較して当該演算結果が当該トリップレベル以上になったときに前記引き外し信号を出力する第2比較手段とを有することを特徴とする過電流保護継電器。
    In claim 2,
    The arithmetic processing unit is configured to input the output from the first conversion unit and the charging voltage of the capacitor and convert them into digital data, respectively, and the second conversion unit converts the digital data into digital data by the second conversion unit. Load current calculating means for calculating the magnitude of the load current based on the output from the first converting means; and load current data obtained by the load current calculating means and charging of the capacitor converted to the digital data at the time of power supply rise A heat data calculating means for calculating heat data from the voltage, and comparing a charge voltage of the capacitor converted into the digital data with a calculation result of the heat data calculation means so that the charge voltage matches the calculation result. First comparing means for controlling the switching means, and comparing the trip level with the calculation result of the thermal data calculating means. Overcurrent protection relay in which the operation result; and a second comparator means for outputting the trip signal when it is above the trip level.
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