JP2016516385A

JP2016516385A - 知的なモータ保護および／または制御のための装置、システム、および／または方法

Info

Publication number: JP2016516385A
Application number: JP2016502274A
Authority: JP
Inventors: ピエールペラアンドレ; ジェフリーホルチェケント; イー．レオナルドスコット
Original assignee: フランクリンコントロールシステムズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-06-02
Also published as: CN105453361A; CL2015002645A1; AU2014243723A1; MX359931B; MX2015012226A; US20140368956A1; KR20160008513A; BR112015022814A2; EP2973917A4; AU2018201000A1; EP2973917A1; ZA201507532B; WO2014160518A1; HK1216943A1; NZ713115A

Abstract

改良されたモータスタータおよび／または過負荷電子装置は、工業オートメーションシステム、ＨＶＡＣシステム、ポンプシステム、および／または類似の実装に対して提示される。保護デバイスは、モータのために、最初に手動で較正されていない、または適正に較正されていないモータに対する、実質的に自動的な制御および／または保護を提供するように構成され得る。過負荷、モータスタータ、ならびに／または他のモータ保護および／もしくは制御デバイスは、実質的に普遍的な電圧入力、状態出力／報知のための真の電力特性感知、統合されたダンパ制御、ならびに、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）、モータ分類、モータ馬力、監視される電流、監視される電圧、および力率値を含む真の電力特性などの起動値および／またはシステムパラメータを参照して実質的に自動化された、保護および／またはトリップポイント選択および／または保護パラメータの計算および実装を可能にすることができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体において本明細書に参照により援用される、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ，Ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ／ｏｒＭｅｔｈｏｄｆｏｒＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ／ｏｒＣｏｎｔｒｏｌ」と題された２０１３年３月１３日に出願された、米国仮特許出願第６１／７８０、９７１号の非仮出願であり、その優先権の利益を主張する。

著作権に関する注記
（著作権）２０１４ＦｒａｎｋｌｉｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．。本特許文書の開示の一部は著作権保護を受ける資料を含んでいる。著作権所有者は、米国特許商標局（ＰａｔｅｎｔａｎｄＴｒａｄｅｍａｒｋＯｆｆｉｃｅ）の特許ファイルまたは記録に現れる形で、何人かによって特許文書または特許開示がファクシミリ複製されることに対しては異議を申し立てないが、それ以外のすべての著作権は一切を留保する。米国連邦規則法典第３７巻§１．７１（ｄ）、（ｅ）。

本出願は、工業オートメーションシステム、ＨＶＡＣシステム、ポンプシステム、および類似の実装に対するモータ保護の分野を対象とし、特に、そのようなモータの実質的に自動的に利用可能な保護および／または制御を提供するモータスタータおよび関連した電子装置を対象とする。

ビルディングオートメーションシステム、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）設備、ポンプシステム、ならびに他の工業的な実装において、モータを制御および保護するためにスタータまたはスタータ機構を使用することは普通である。モータなどのためのスタータは、一般に当該技術分野において周知である。典型的なスタータは、望ましくない動作条件の場合回線電力からモータの接続を切断するために接触器と組み合わされたサーマルトリップ要素を備える。合衆国では、米国電気工事規定（ＮＥＣ：ＮａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｄｅ）はコンビネーションスタータを熱的過負荷保護およびモータ接続切断機能を提供するデバイスとして分類する。

従来のスタータのキーコンポーネントは電磁接触器および過負荷リレーを含む。このような従来のスタータの電気回路は、制御されている特定のモータのために理想的に具体的に選択されたまたは較正された単独のデバイスを介してモータ制御およびモータ保護の両方の機能を提供する。モータの動作（例えば、モータの始動および停止、など）は、付勢または消勢されたコイルによって電気機械的／電磁的に操作される分離可能な接点を含む、接触器の調節を通して制御され得る。接点を閉じることにより回線電力がモータを付勢することを可能にし、他方、接点を開くことによりモータから電力を遮断する。

上述のように、スタータは、モータを好ましくない動作条件から保護するために、モータに熱的保護（すなわち過負荷保護）を提供することが同様に可能である。従来のスタータは通常この目的で過負荷リレーを含む。機器が、通常の完全な負荷電流定格を超えて、電気的に損傷がない回路で動作する（例えば、導体が機器または導体の定格アンペア数を超えて電流を流す）場合、過負荷条件は発生する。過負荷は、（所定のモータ分類に対して電流および時間の関数としてトリップポイントを明示する、トリップ曲線として表現される）適用可能な電流トリップポイントを基準にして、過負荷リレーによって検出される。十分な長さの時間持続している過負荷条件は、モータ、導体、または他の機器に損傷を与え得る。合衆国において、および、本出願全体で使用される、「過負荷」、「過負荷保護」および「過負荷リレー」という用語は、その全体が本明細書に参照により援用される、全米電機製造業者協会（ＮＥＭＡ：ＮａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格ＩＣＳ２によって定義される。過去に、典型的な過負荷リレーは、バイメタルリレーまたは熱ヒーター素子を使用するなど、ヒーター／検出器要素を使用して実装された。しかしながら、最近では、電子式過負荷がますます使用されている。電子式過負荷は、モータに供給される電流を検出および監視するために変流器または他の電流センサを含むことができる。

単純な電気機械式モータについては、制御および過負荷保護機能を有する従来のスタータ装置は、一般に、それが保護している特定のモータに対して較正される資産である場合、十分なモータ保護を提供する。各々の分類のモータはそれ自身の適用可能な過負荷許容値および動作パラメータを有する。したがって、モータを動作させるスタータは、保護されている特定のモータ（または特定のクラスのモータ）に適正なレベルの熱的保護が与えられることを確実にするために、具体的に選択され較正された過負荷リレーおよび対応する過負荷トリップ回路を用いることを必要とされる。従来の較正手順は、設置者が、電子式過負荷リレー上の１つまたは複数のポテンショメータを、モータの表示板および／またはシステム概略図に指定されたように、モータの全負荷アンペア数（「ＦＬＡ」）定格などの既知のパラメータ値にダイヤルすることによって、トリップポイントを手動で設定する必要がある。

適正に較正された保護機器を必要とすることは、いくつかのスタータがまとめて相手先商標製品の製造会社（ＯＥＭ）に出荷され、ＯＥＭが多数のスタータをまとめて仕事の現場に出荷する事態において、問題を提起する可能性がある。多くの場合、仕事の現場に到着するスタータには標識またはラベルがつけられていないことがある。設置者はしばしば、ラベルが付いていないスタータを不適切に設置し、次いで、スタータの適正な較正を確実にすることなく、取り付けられたモータを始動させようと試みる。このような手順は危険であり、機器の損傷、人身傷害、またはさらに悪い事象をもたらす可能性がある。同様の問題は、ＨＶＡＣシステムにおいてファンまたは他の機器が追加されるかまたは管路が変更されるとき、あるいはモータもしくはポンプなどが追加され、取り外され、または設備から変更されるときのように、システム要求または機器が変化する場合、起こり得る。スタータが保護および／または制御しようとする新しい負荷に対して、スタータが適正に較正されるか、または較正された状態であることを確実にすることを怠ると、意図しないかつ／または望ましくない結果をもたらす可能性がある。

スタータ、過負荷リレー、および／または熱的または電気的保護デバイスは当該技術分野でよく知られているが、本発明の実施形態は、出願者が従来的な製品提供および従来の設備で発見した問題を解決する新規かつ非自明の改良を提供する。本発明の実施形態は、独立型の過負荷リレーデバイスとして、または単一のスタータハウジングの中に集約されたものとして、統合された新規で非自明の機能を提供でき、したがって、著しいコスト節減、容易化された設置／操作、ならびに従来型のスタータに対する他の利点および／または改良点を有する改良された保護を提供できる。

特に、過負荷またはスタータが初めに較正されたかあるいは適正に較正されたかどうかにかかわらず、拡張され、かつ実質的に自動的に適用されるモータ保護機能を提供するように、改良された過負荷およびスタータは供給され得る。実質的に自動的な保護は、本出願に合致する安全スタータ、スマートスタータ、および／または他の知的な保護および／または制御機器において具現化されるものとして提供できる。このような安全スタータは、たとえ誰かが全負荷定常運転電流／アンペア数（ＦＬＡ）に基づいてトリップポイントを設定していなかったとしても、あるいはスタータを較正していなかったとしても、モータを保護しかつ制御するように設計され得る。スタータは、数ある可能性のあるパラメータの中で、始動電流および力率特性を測定し、それらを既知の許容可能なおよび／または予想されるモータ始動条件値と比較することにより、過負荷条件から自動的にモータを保護するように設計できる。突入ピーク電流および経時的な電流測定などの測定されたパラメータは、少なくとも部分的に、モータの定常運転電流が許容可能な電流値の１つまたは複数の所定の比率または範囲内に入る（または留まる）かどうか決定するために、使用され得る。もしそうであるならば、モータは適正に運転していると推定される。定常運転電流が所定の範囲外である場合、スタータは、それが較正外であり再較正が必要であることを指示するために障害および／または警告の報知／メッセージを提供可能であり、かつ／または、スタータはトリップ可能でありリレーはモータへの電力を切断可能であり、したがって機器損傷のリスクを減少させることができる。エンドユーザは、問題が検出された場合にスタータが報知および／またはトリップするかどうか選択するために、ジャンパスイッチ、プログラム可能な入力、および／または他の入力インターフェースを提供され得る。さらに、電圧値を監視することは、改良された保護および／または制御を提供するために力率などの真の電力値を決定し使用することにおいて、本発明の実施形態を容易にすることができる。

本明細書に説明されるように、スマートスタータに統合された電子式過負荷構成要素または過負荷構成要素は、拘束回転子保護、サイクル異常保護、較正外保護、失速保護、および最大始動時間保護などを含むがこれらに限定されない、さまざまな有利なモータ保護機能を提供するように構成され得る。この機能は、そのような過負荷デバイスを用いる過負荷リレーおよび／またはスタータに組み込むことができ、それらの過負荷リレーおよび／またはスタータで自動的に利用可能とすることができる。このようなモータ保護機能を自動的に提供する安全スタータを設置することにより、スタータが較正されたかあるいは適正に較正されたかどうかにかかわらず、最初の始動時に、スタータが少なくとも初期レベルのモータ保護および制御機能を提供できることを実質的に保証することができる。本明細書に開示されたスタータは、同様に、モータ動作中に実質的に自動的な継続中レベルの保護として、１つまたは複数のモータ保護機能を実質的に可能とすることができる。適当なマイクロコントローラおよび／またはマイクロコントローラベースの制御基板は、少なくとも部分的に、指定されたパラメータを監視し、エラー処理、障害報知、ならびにモータおよび／または関連した機器を保護する電子部品の調節のための適正な手順を開始するために、プログラム可能な不揮発または実質的に不揮発なメモリなどの当該技術分野で周知の適当なメモリ記憶装置とともに使用され得る。

本出願に合致して、スタータ実施形態は、所定の設備に応じて、付加的な、および／または代わりに望ましい機能を同様に含み得る。例えば、過負荷、モータスタータ、ならびに／または他のモータ保護および／もしくは制御デバイスにおいて具現化されるそのような機能は、実質的に普遍的な電圧入力、状態出力／報知のための真の電力特性感知、統合されたダンパ制御、ならびに、電流、電圧、力率、および／または負荷に特有の他の値の起動時または定常運転時の値に少なくとも部分的に基づく実質的に自動化されたトリップポイント選択および／または保護パラメータ実装を可能とするように構成でき、それは適用可能なシステムパラメータ（たとえば、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）、モータ分類、モータ馬力、力率値など）に合致して適切に実施され得る。

本発明のさらなる実施態様および利点は、添付の図面を参照して進める、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

特許請求された主題に合致するスタータ装置の１つの実施形態を示す。特許請求された主題に合致するスタータ実施形態に対するシステム概略図の１つの実施形態を示す。特許請求された主題に合致する保護特性を示す電流−時間グラフの１つの実施形態を描写する。本発明の主題の１つの実施形態に合致するモータ起動期間に対する電流および力率のグラフの１つの実施形態を描写する。

以下の説明は、限定としてではなく例示の目的で提示された、システムの単なる少数の例示的な実施例を挙げるために、ビルディングオートメーション、工業システムオートメーション、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）設備などの用途、ならびに、モータおよびポンプ、ファン、ベルトコンベヤ、などのモータで駆動される電気機械的デバイスの制御および保護を含む用途において、少なくとも部分的に、使用するためのスタータ装置、システム、および方法に関連したさまざまな実施形態および機能を開示する。

特に、本明細書で説明される本出願の主題および詳細なスタータ実施形態は、好ましくは、保護機器が初めに較正されたあるいは正確に較正されたかどうかにかかわらず、実質的に自動的なモータの制御および／または保護を提供するように適合される。当業者は、本明細書に説明される有利な機能は、（電子式過負荷リレーなどの）独立型の過負荷装置実施形態として、あるいは、接触器および／または他のスタータ構成要素とともに、そのような過負荷保護を構成要素として含むスタータまたはコンビネーションスタータ実施形態として、具現化できることを理解するであろう。

本発明の主題に合致する１つの実施態様で、スタータ機能は、少なくとも部分的に、スタータ制御モジュール（ＳＣＭ：ｓｔａｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅ）実施形態および関連技術の１つまたは複数の実施形態を通して、可能とすることができる。ＳＣＭの１つの実施形態は、モータの制御および／または保護を協調的に促進するために計器ベースおよびカスタムインターフェースプリント回路基板アセンブリなどの構成要素を含み得る。ＳＣＭを備える特定の電子装置は、（例えば、ＨＶＡＣ実装などのための）エネルギー管理スタータ、（例えば、工業的な制御用途などのための）ビルディングオートメーションスタータ、または（たとえば、ポンプ制御用途などのための）知的なポンプスタータを実質的に表すような、特定の意図された動作環境／用途に対する最適化を促進するようにさらに適合され、選択され、かつ／または構成される。本明細書で使用される、「スタータ制御モジュール」または「ＳＣＭ」という用語は、統合されたスタータコントローラ全体よりむしろ、実際のプリント回路基板ならびに関連した制御基板電子装置および機械的インターフェースを意味する。例えば、１つのＳＣＭ実施形態は、モータスタータを備えるために統合された過負荷リレーおよび任意の必要とされる電磁接触器とともに単独の一体型筐体に統合可能である。しかしながら、ＳＣＭ実施形態は、サードパーティ供給の接触器、過負荷リレー、および／または外部電流センサなどと連携する独立型の構成要素として使用され得るように、モジュール式に提供されかつ／または用いられることが同様に可能である。

図１は、本出願の主題に合致するスタータ制御モジュールの１つの実施形態を示す概念図を提示する。図１を特に参照すると、スタータ制御モジュール１００は制御基板１０２および計器ベース１０４を含むものとして描写される。図１の計器ベース１０４は３つの電流センサ実施形態１０６ａ〜１０６ｃを含む。制御基板１０２は、ファームウェア命令および／またはプログラム可能なメモリ記憶装置を含み得るメモリ１１０と機能的に結合されたマイクロプロセッサ１０８を含む。制御基板１０２はユーザインターフェースアセンブリ１１２を同様に含み得る。図１に示されたユーザインターフェースアセンブリ実施形態１１２は、スタータ制御モジュール１００の現在の動作モードをユーザに指示するのに適したパイロットライト指示器１１６と同様に２つのユーザ選択可能なスイッチ１１４ａ〜１１４ｂを含む。スタータ制御モジュール１００は、端子盤１１８を有するものとして同様に描写され、入力／出力配線インターフェースの単なる１つの実施例を示している。当業者は、本発明の主題に合致して、付加的な、代替の、または図１に示された構成要素より少ない構成要素が用いられ得ることを容易に理解するであろう。

さらなる例示のために、および議論を容易にするために、図２は、本発明の主題を実質的に実装および／または具現化することに、少なくとも部分的に適した、１つのスタータ実施形態の概略図を示す。このようなスタータ実施形態用のマイクロプロセッサベースのプリント回路基板は、望ましい有利な機能を少なくとも部分的に提供するために、独自のカスタマイズされたファームウェアを用いることができる。これは、ビルディングオートメーション制御ロジックおよび通信を収容可能なスタータ制御基板として具現化され得る。図２を特に参照すると、従来工業用途で使用された典型的な誘導モータなどの、三相モータ２００は、三相電力線２２４上で動作する。図２のスタータ実施形態は、図１に描写され前述されたものと類似の制御基板１０２および計器ベース１０４を含む。図２に示すように、計器ベース１０４は電流センサ１０６および／または電圧センサ２３２を含み得る。このような１つの実施形態で、電流センサ１０６は回線の電流を監視する変流器とすることができる（しかしながら、当業者は、単なる１つの代替の実施例として分岐開路で電流を測定することのように、特許請求された主題に合致して、代替の電流感知機構が同様に実装可能であることを理解するであろう−しかし、電流が分岐回路で測定される場合、電圧を適切なレベルに下げるために電流分割器およびまたは他の適当な電子部品の実装が必要となる可能性がある）。電流センサ１０６は電流測定信号、出力電圧、または計量および／または過負荷保護目的に適した他の出力２２２を提供できる。図２は１つの電流センサ１０６を示すが、電流は１つまたは複数の三相電力線２２４から測定され得ることは理解されている。図２の計器ベース１０４の実施形態は、線間電圧を監視するための電圧センサ２３２を同様に描写する。同様に、電圧は、電圧を監視および測定するための周知のデバイスおよび／または方法論／電子回路によって、１つまたは複数の三相電力線２２４から測定され得る。例えば、電圧は、導体から直接それをサンプリングすることによって測定でき、あるいは、比例的な誘導電圧定格を提供するために変流器を用いることができる。そのような実施形態は、広い範囲の電力供給および広い範囲の電圧感知を実質的に受け入れるように供給されかつ／または構成されることが同様に可能である。回線の電源電圧は、制御電力変圧器、電圧コンバータ、スケーラ、整流器、または相対的に高い線間電圧を回路構成要素に電力供給するために適切な電圧範囲（例えば、４８０ＶＡＣから２４ＶＤＣへ、など）に下げるために有利な１つまたは複数の他の適当なデバイスまたは回路要素を用いることによって、制御基板１０２および／またはその上で動作するマイクロプロセッサもしくは他の回路要素への電力源として同様に使用できる。電流および電圧の両方を測定することは、本発明の主題に合致する実施形態に、以下でより詳細に議論されるように、モータ制御および／または保護のために明確な利点を提供し得る、真の消費電力を計算する能力を同様に与える。

図２に示されたスタータ実施形態を続けると、制御基板１０２は制御スイッチ２０８、２１０などのユーザインターフェース制御を同様に含み得る。制御スイッチ２０８、２１０は、ビルディングオートメーションシステムに実装され得るように、ユーザがスタータ実施形態を手動指令により動作させるか、または遠隔制御器から駆動される指令により動作させるか、選択可能にできる。したがって、制御基板１０２は、自動−低指令２１２、自動−高指令２１４、および運転停止指令２１６などの複数の自動化された制御入力を受信するように構成され得る。当該技術分野で一般に使用されているように、ハンド・オフ・オート（ＨＯＡ）制御インターフェースからの１つの実施例として、このような指令は埋め込まれ得る。運転状態信号２１８または障害信号２２０などの適当な出力信号が制御基板１０２によって同様に生成され得る。

本発明の主題に合致して、モータ制御基板１０２は、分離可能な接点２２８を含む接触器２０２の協調動作を介してモータ２００を制御し保護するために使用できる。図２のスタータ実施形態に示されるように、過負荷リレーは、電流測定値２２２を得るために計器ベース１０４に描写される変流器１０６を含むことができ、接触器２０２を介してモータ２００に過負荷保護を提供することを容易にできる。制御基板１０２は、動作状態を監視し、入力信号２１２、２１４、２１６、および／またはユーザインターフェーススイッチ２０８、２１０を通して指示されるように、接触器を適切に制御する。

図２を続けると、制御基板１０２は、組込み機能として運転状態信号２１８指示を提供するために状態出力リレーを同様に含み得る。このような実施形態は、代替機能の複数の実施態様に対して同じセンサを使用できる。例えば、電流センサ１０６は過負荷保護および運転状態指示２１８を提供するために使用可能である。このような実施形態の機能は、監視される電流２２２が全負荷アンペア数（ＦＬＡ）の少なくとも予め指定された割合であることに基づいて状態報知するために自動感知を含み得る。

ＨＶＡＣ制御および保護などの用途で、ベルトの切断などの望ましくない事態が起き、それに対応して電流が低下した場合、状態出力は状況を指示するように提供され得る。これは、対応するトリップ指令が与えられているか否かにかかわらず、必要に応じて起こり得る。

制御基板１０２はエネルギー管理機能を同様に提供できる。電流センサ１０６を介して監視される電流２２２および電圧センサ２３２を介して監視される電圧は計器ベース１０４での電力計測を実質的に可能にする。電圧は電圧センサ２３２を介して監視できるので、運転状態指示２２２は（電流だけでなく）真の電力に基づくことができる。電圧および電流の両方を監視することにより、負荷への電力のより正確な感知が達成され得る。これは、より厳しい許容値でより正確な制御を可能にし、モータドライブのベルト損失などの望ましくない事象を検出することにおいて、より良い仕事をすることができる。さらなる有利な実施態様では、１つまたは複数のスタータ実施形態は、同様に接触器と組み合わせることができる、組み合わせデバイスにおいて状態指示および過負荷保護の両方を提供するために、手動のおよび／または実質的に自己較正の過負荷を用いることができる。このような実施形態の機能は、流れの証明または流れの損失／ベルト損失の監視などにおける実装に対して、監視される電流２２２が全負荷アンペア数（ＦＬＡ）の少なくとも予め指定された割合であることに基づいて状態報知するための自動感知を同様に含む。ＦＬＡは、ほんの数例を示せば、初めに制御基板１０２に供給することができ、各モータ巻線に対して動作メモリ２４０から参照値として得ることができ、かつ／または自己較正過負荷回路／リレーを介して自動的に決定することができる。

メモリ記憶装置２４０は、いくつかのプログラム可能な不揮発性のメモリデバイスまたは他の適当なメモリデバイスのいずれとしてでも制御基板１０２に利用可能とすることができる。メモリ記憶装置２４０は制御基板１０２と一体に供給されてもよく、または遠隔の記憶場所に通信リンクを介してアクセスされてもよい。メモリリンク２４２は、メモリが、メモリ記憶装置２４０に書かれるデータと同様、制御基板１０２によってアクセスされ得ることを指示する。当業者は、このようなシステムアーキテクチャが提供する利点を理解するであろう。特に、そして以下により詳細に示される方法論に合致して、メモリ記憶装置２４０は、１つまたは複数の参照テーブル、データベース、および／または、以下に指示されるように制御および／または保護の方法論を実装するときに参照のために制御基板に適切な既知のおよび／または経験的に決定された電子デバイスの保護およびおよび／または制御パラメータ（例えば、熱逆トリップ曲線値など）を供給するのに実質的に適した他の記憶装置実施形態で、事前に入力され得る。このような実施形態は、保護および／または制御されている、または保護および／または制御されるべき、既知のまたは識別されたモータに対する既知の適切な制御パラメータ値の便利な参照を可能にすることができる。同じく、１つまたは複数の本発明の実施形態は、システム内で制御および／または保護されている１つまたは複数のモータに対して感知された、計算された、および／または決定された値から文脈学習することが同様に可能である。新たに得られたデータは、システムが動作する特定の環境および／または用途に対してその制御および／または保護の方法論をより細かく調整するまたは合わせること（例えば、システムに結合された特定のタイプ、大きさ、効率、および／またはクラスのモータを実質的に適切に保護および／または制御すること）を実質的に容易にするためだけでなく、より強固なまたはより広い適用範囲を含むために、データセットが時間とともに構築されるように、メモリ記憶装置２４０に同様に書き込まれ得る。

前述のように、本明細書で説明される（例えば、過負荷保護リレーなどの）電子式過負荷デバイスおよびスタータ実施形態は、好ましくは、保護機器が初めに較正されたかあるいは正確に較正されたかどうかにかかわらず、実質的に自動的なモータの保護を提供することができるよう適合される。当業者は、本明細書に説明される有利な機能は、（電子式過負荷リレーなどの）独立型の過負荷保護デバイスとして、あるいはそのような過負荷保護を構成要素として含むスタータまたはコンビネーションスタータ実施形態として具現化できることを理解するであろう。拘束回転子保護、サイクル異常保護、較正外保護、失速保護、および最大始動時間保護などを含むがこれらに限定されないモータ保護機能は、少なくとも部分的に、本明細書で説明される実施形態のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア構成要素の間の連携により使用可能とすることができる。実施形態が各々の予想されるおよび／または潜在的な障害条件に対して検出および保護するために使用できる方法論、ヒューリスティック、および手順は、マイクロプロセッサベースの制御基板上のメモリもしくはマイクロプロセッサベースの制御基板によりアクセス可能なメモリ、または該当する電子装置内の他の適当な場所に格納される、ファームウェアおよび／または（例えば、以下でより詳細に開示される状態機械手順および／またはロジックにより、高レベルで表される）機械実行可能な命令に、直接プログラムされ得る。過負荷保護の目的のために既知のまたは決定されたＦＬＡ設定を供給されることに加えて、力率などの計算された真の電力特性と同様に、入力電流、電圧、経時的な電流応答を監視するので、本発明の実施形態は、格納された命令を実行することにより望ましい付加的なレベルのモータ保護および／または制御を自動的に提供できる。

少なくとも部分的に、本明細書で説明される保護機能を可能にするために、過負荷保護デバイスおよび／またはスタータ（本明細書で以下「保護および制御機器」）は、起動および／または動作の間モータに印加される電流および電圧を監視することができる。保護および制御機器の変流器または他の電流感知構成要素は電流を監視するために使用できる。電圧センサは同様に使用され得る。監視される電流、電圧、および／または計算された電力値はそれから、制御／保護されている特定のモータに対する既知の予想される特性と比較できる。例えば、トリップクラス１０モータとして分類されたモータは、適正な動作条件において、起動時における、および経時的に表示される、一定の予想される電流および／または電力特性を呈するであろう。同様に、予想されるおよび／または潜在的な障害条件は、その分類のモータに対して、実質的に一貫していて、したがって識別可能である、さまざまな電流応答特性および／または力率応答特性を表示するであろう。同様に、トリップクラス２０モータはまた、モータに影響を与える動作条件に応じて一貫した電流および電力特性の挙動および／または応答特性を実質的に呈する。

図３は、正常なモータ動作に対する電流対時間特性をプロットしている電流−時間グラフの１つの実施例、およびさまざまな潜在的な障害条件ならびに不正確に較正されたモータ動作に特徴的な電流応答の例示的な実施例を示す。図３を特に参照すると、時間が横軸にプロットされ電流がグラフ３００の縦軸にプロットされる。グラフ３００に経時的に示されたさまざまな電流応答は、拘束回転子条件３０２、最大時間障害条件３０４、および較正外条件３０６と同様、モータの正常な始動条件３０８を表す実施例を示す。これらのさまざまな電流応答は、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）値３１０を基準にして示される。

図３を特に参照すると、保護の方法論は、設置者またはモータ操作者が、図３で１０Ａであるとして示される、ＦＬＡ値３１０などの、設定ＦＬＡ値を提供する（または不意図的に提供することを省略する）ときに開始できる。供給されたＦＬＡ値は通常モータの表示板、システム概略図、および／または他の便利で容易に確認可能な情報源から得られる。ＦＬＡ値は、適正な較正手順の一部としてモータ過負荷保護機器に提供される。しかしながら、本発明の実施形態にＦＬＡ値が提供されない、または制御／保護されるモータの実際のＦＬＡに合致しない値を指示するものとして提供される場合、本発明の実施形態の自動的な保護機能はそれでもモータを保護するであろう。少なくとも部分的に、始動電流、突入／ピーク電流、経時的な定常運転電流、および指示されたもしくは設定点のＦＬＡ値のうちの１つまたは複数を比較すること、ならびに、これらのパラメータのうちの１つまたは複数の間の関係を、対応する、モータに対する適正なまたは不適正な動作条件を示唆する予想される応答と比較することにより、望ましくない動作条件は検出され回避される。

図３を参照してこの概念を示すために、正常な電流応答特性は応答３０８として描写される。応答３０８で見られるように、起動時の初期電流は、ＦＬＡ値３１０より小さい定常運転電流値まで急速に戻って減少する前に、ゼロから（ここではおよそ６５Ａとして示される）ピーク値まですばやく急上昇する。この突入電流の急上昇は誘導モータの起動条件を示唆している。例えば、通常、誘導モータの大多数はＦＬＡ値のおよそ６〜１２倍の突入電流の急上昇を呈することが、経験的に決定されている。しかしながら、より高効率なモータの導入で、大抵のモータの代表的な突入電流急上昇の範囲はＦＬＡの５〜１３倍としてより包括的に指示され得る。言い換えれば、正常な動作の運転電流は、通常、突入電流の１／１３と１／５との間に位置する。モータ始動直後に予想される突入電流を適正に受け入れるために、過負荷保護デバイスはさまざまなモータ分類に対して一般に知られている標準的な逆トリップ曲線を用いる。これらのトリップ曲線は、長期間供給される過電流でモータおよび／または導体を損傷することを回避するために適切な過負荷保護時間応答を指示する。例えば、逆トリップ曲線は、過負荷保護デバイスがトリップする前にモータが特定の電流値で維持されるべき期間を指示するであろう。しかしながら、電流が突入電流の急上昇後適切に低下しない場合、または定常運転電流が許容範囲内のレベルを達成および維持しない場合、本明細書で開示された実施形態はそのような事象を障害条件および／または較正に対する要求を示すものとして自動的に検出するであろう。

続けて図３を特に参照すると、拘束回転子３０２に対する電流応答の１つの実施例が示される。拘束回転子条件で、電流は本質的にその突入電流のピーク値もしくはその近傍に留まるか、または突入電流のピーク後低下しない。回路の電流監視構成要素が、単なる１つの例として３秒などの、所定の許容できない時間この条件を検出する場合、拘束回転子障害を与えることができ、これを、警報、信号報知、またはトリップを通して指示することができる。当然、３秒の時間である。実施例は純粋に例示的な目的のためであり、これらに限定することを意味しない。２秒、またはより長いもしくはより短い期間などの他の期間は同様に、本発明の主題に合致して使用され得る。

最大始動時間障害３０４の１つの実施例は、同様に図３に示され、電流がピーク突入電流値の後着実に低下するが、正常な動作特性３０８を示唆するのに十分なほどすばやく低下しないことによって特徴づけることができる。もし、監視される継続中の電流が、低下するけれども、トリップクラス１０のモータに対して許された起動過負荷条件の１０秒（またはトリップクラス２０のモータに対する２０秒）などの所定の時間内に定義された安全動作の枠（例えば、単なる１つの例として、測定されたピーク値の１／１３と１／５との間）に入るほど十分急速に低下しない場合、最大始動時間障害を指示することができ、その障害を、障害報知、トリップ、または他の適当な応答によって処理することができる。ＦＬＡ設定またはｉ^２ｔ曲線にかかわらず、本発明の実施形態は、それでもなお、潜在的に損傷を与える過負荷条件からモータを自動的に保護することができる。最大始動時間障害３０４で、電流は過負荷保護デバイスの即時のトリップが生じるほど十分高くない場合があるが、それら電流はそれでも潜在的に損傷を与えるレベルにあまりにも長い間維持される可能性があり、したがって本発明の実施形態はこの事態に対して検出および保護するであろう。

較正外障害３０６の１つの実施例は同様に図３に示される。この条件は、単なる１つの例として、機器設置者がＦＬＡ値に対する較正を省略する、または過負荷トリップを回避しようと試みるために不正確に高いＦＬＡ値を指示する（例えば、既に１つの過負荷トリップを経験していて、他の過負荷トリップが起こったときシステムを再起動する煩わしさを回避しようと努める場合に、設置者が実際のＦＬＡ設定より高いＦＬＡ設定を意図的に指示する）場合に存在し得る。不適切に指示されたＦＬＡ設定にかかわらず、本発明の実施形態は、モータが許容可能な動作範囲内で動作していないことを検出できる。運転電流と始動電流との比率が所定の許容可能な範囲外である場合、本発明の実施形態は、警告および／またはトリップすることができ、または機器が較正もしくは再較正を必要とするという適当な指示を提供することができる。（図３で２０Ａとして示される）突入電流の急上昇が、１０Ａの指示されたＦＬＡの５〜１３倍の間になっていないという点で、電流応答３０６は不正確な較正を表す。これは、本発明の実施形態を通して、実際の突入電流を測定し、１つの実施例として、ＦＬＡに対する予想される突入電流乗数の外側の範囲で割ることにより検出される。例えば、本明細書で示されるように、突入電流がＦＬＡの５〜１３倍の間になると予想される場合、測定された突入ピーク電流を５で割り、それを測定された定常運転電流と比較することにより、較正外障害を検出することができる。言い換えれば、正常な定常運転電流はピーク電流値の１／１３と１／５との間であるべきである。図３に示された実施例では、２０Ａの測定されたピーク突入電流値を有するので、ＦＬＡ値は４Ａ（すなわち、２０Ａ／５）と１．５４Ａ（すなわち、２０Ａ／１３）との間であるべきである。しかしながら、指示されたＦＬＡは１０Ａであるから、それはこの許容可能な予想される範囲外であり、較正外障害が存在すると決定される。したがって、不正確なＦＬＡ値が意図的にまたは偶然に供給されるかどうかにかかわらず、本発明の実施形態はそれでも、モータを保護し、かつ／または不一致を検出し適正な較正が行われるように信号を送るために、適切に機能するであろう。そのうえ、以下により詳細に開示されるように、代替の実施形態は、測定された電流値を少なくとも部分的に使用して、訂正された較正パラメータを自動的に計算および／または使用することができる。

当業者は、本明細書に説明されるように構成された実施形態を用いて、付加的な、および／または代替の保護機能が使用され得ることを、同様に理解するであろう。例えば、拘束回転子障害保護と類似して、失速保護が本発明の実施形態を通してモータに与えられ得る。失速状態においては、たとえモータの起動モードが完了した後に発生するとしても、電流は正常な許容可能な動作範囲外に急上昇し、急上昇した値および／またはその近傍に留まる（すなわち、正常な許容可能な動作範囲外に留まる）と予想されるだろう。そのようなものとして、本発明の実施形態は、起動時であるかまたはその後の動作中であるかにかかわらず、モータが安全な動作範囲内で動作することを保証するのに実質的に役立ち得る。サイクル異常保護などの他のレベルの保護は本発明の実施形態に合致して同様に提供され得る。サイクル異常保護に関して、スタータ実施形態、またはモータに電流を供給する接触器を操作するスタータ制御基板と協調的に連携する過負荷リレー実施形態において、検出されている接触器始動信号の数がサイクル異常を指示することができる。例えば、接触器が１時間当たり１２００回を超える割合の始動回数で操作されている場合、障害指示および／またはトリップを通してサイクル異常が指示され得る。

さらに、当業者は、電流に加えて電圧を感知することにより、本発明の方法論に合致して、真の電力に関するより有用な情報を得てその情報を実装できることを理解するであろう。例えば、図４は、モータの初期起動期間中に経時的な電流と力率の関係を概念的に示すグラフの１つの実施形態を描写する。図４を特に参照すると、グラフ４００は、Ｘ軸４０４上の時間に対してＹ軸４０２上に電流および力率をグラフ化したものである。電流応答曲線４０６は力率曲線４０８とともに描写される。グラフ４００に見られるように、力率曲線４０８は、時間が進むにつれて１つの値４１０に接近する。

図４における電流および力率グラフの挙動は、単なる２つの例として、拘束回転子または失速状態などの、障害検出に有利な情報を提供し得る。ＡＣ配電システムの力率は、回路の皮相電力に対する（例えば、誘導モータなどの）負荷に流れる有効または真の電力の比率として決定される。それは−１と１との間の無次元の値として表される。それは、電流の瞬間的な実効値×電圧に対する瞬間的な実効値と比較した、電流×電圧の実効値として計算することができる。

当業者は、本発明の実施形態が実質的に、広範囲にわたる一連のモータ保護および／または制御の方法論を提供できることを容易に理解するであろう。電流に加えて、電圧を測定することにより、および、力率などの、真の電力特性を用いることにより、さらなる有利な機能が実質的に可能かつ／または容易になる。先に開示された実施形態は、モータ保護機能を提供するために単純に電流を監視したが、電流値だけを使用することは、真の電力を使用することがそうするほど、モータ性能の表現を完全に提供しない。特に、経時的に力率グラフ４０８の応答を監視し計算することは、障害検出に有利となり得る、モータ性能のより完全な描写を提供する。例えば、起動時に、電流値はそのピーク突入電流値の近傍に留まる場合がある。電流のみを考慮することにより、モータは拘束回転子条件にあると予想されるだろう。しかしながら、他の関係する要因がある場合があり、これらの他の要因が与えられたため電流が適切に高い場合がある。しかしながら、力率が増加または１．０に接近しない場合、拘束回転子条件と結論付けることができる。同様に、モータが動作している後に、電流が増加し力率が減少する場合、失速状態と結論付けることができる。

上述の保護機能を実装するために、本発明の実施形態は、電流および電圧のサンプリングを実施し、力率計算を行い、結果を期待値と比較し、それに応じて適切な保護および／または制御機能を実施するように、ファームウェアに実装された、または他の適当なプログラミングおよびメモリを介して実装されたプログラム可能な命令を実行するマイクロプロセッサを有する制御基板を含み得る。限定としてではなく議論を容易にするために、上述した保護および制御機能は、次の段落で、より多くのモータ保護状態機械実施形態を備えるまたは実装する、１つまたは複数のソフトウェアサブルーチンとして示される。

以下に述べる第１の実施例は、本発明の主題に合致する、電流監視を用いる安全始動実施形態に対する状態機械の１つの例示的な実施形態を表す。このような実施形態は上述のベースラインレベルの保護を提供できる。しかしながら、以下に述べる第２の例示的な実施例は、電流および電圧の両方を監視し、システムの力率などの真の電力特性を用いることにより実質的に可能かつ／または容易にできるさらなる保護および／または制御の方法論を指示する。さらに、以下の第２の例示的な実施例は、安全較正実施形態に対する状態機械の１つの代表的な実施形態を示す。第２の例示的な実施例で指示されるように、より強固で、正確で、細かく調整された保護および／または制御の方法論が有利に使用できる。もちろん、当業者は、本発明の主題の適用範囲を逸脱することなく、以下の２つの例示的な実施例に指示されたものと比較して、より少ない、付加的な、および／または代替の状態機械構成要素が使用できることを、容易に理解するであろう。

第１の例示的な実施形態は、「安全スタータ」実施形態として説明できる。本出願に合致する主題は安全スタータとして提供され得る。このような安全スタータは、たとえ誰かが全負荷定常運転電流／アンペア数（ＦＬＡ）に基づくトリップポイントを設定しなかったとしてもモータを保護するように設計され得る。それは、過負荷、または、始動電流特性に少なくとも部分的に基づく他の望ましくない条件が起こった場合、モータを保護するように設計され得る。例えば、それは、突入電流を測定し、そして次に、モータの定常運転電流が所定の比率または値の範囲内に入るか決定できる。もしそうであるなら、それで動作は適正に機能していると考えられる。定常運転電流が範囲外である場合、スタータは、それが較正外であり再較正される必要があることを指示でき、かつ／またはそれはトリップすることができる。ＰＣＢジャンパセレクタは、問題が検出された場合スタータが報知するかトリップするかをエンドユーザが選択できるように、提供され得る。

このような実施形態は、いくつかのスタータがまとめてＯＥＭに出荷され、ＯＥＭがまとめて、スタータに標識またはラベルが付けられていない場合があり設置者がそれらを設置しスタータを較正せずにモータを始動させる、仕事の現場に出荷する事態において、有利であり得る。このような事態において、安全スタータはそれでもモータを保護するであろう。いったん較正されたならば、安全スタータ実施形態は、他の既知のスタータまたは本出願に合致した他の新型のスタータと実質的に同様に動作することができる。

スタータの電子式過負荷構成要素は、例えば、失速保護、拘束回転子障害など、さまざまなタイプの保護を提供できる。好ましくは、この機能は電子式過負荷とともにスタータに組み込むことができる。安全スタータは、このようなモータ保護機能の提供を容易にし、較正が行われたかあるいは正確に行われたかどうかにかかわらず、最初の始動に効果を発揮することができる。それは、モータが拘束回転子を有する場合、失速している場合、または電流がまだ減少しており（例えばクラス１０モータに対して１０秒、もしくはクラス２０モータに対して２０秒など）モータクラス毎に起動時に許される最大時間内に定常運転電流に到達しない場合、検出し、適切に報知またはトリップすることができるであろう。本明細書で使用される、「最大始動」という用語は、始動条件でシステムを動作させる最大時間を意味する。例えば、ファンは実質的に一定の負荷を有するので、特にファンのために、突入ピーク電流から定常運転電流まで低下するのに通常３〜４秒かかる。モータが始動することを可能にするための最大許容時間（例えば、クラス１０に対して１０秒、クラス２０に対して２０秒、など）の後に電流がまだ減少している場合、安全スタータが反応するであろう。また、いったんそれが運転していれば、モータが所定の「安全範囲」外で運転している場合安全スタータは報知および／または設定された期間の後トリップするようにプログラムすることができる。

次の段落では、上述されたもののような、安全スタータの１つの実施形態に合致する機械状態コード実施形態を表すファームウェアサブルーチンおよびプログラミングロジックの第１の例示的な実施形態について詳細に説明する。

安全始動コード実施形態の概要
以下のこのサブルーチンは、列挙されたものを含めて、低レベル優先度の割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ：ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＳｅｒｖｉｃｅＲｏｕｔｉｎｅ）で実行されるすべてのサブルーチンをスケジューリングする。
低レベルＩＳＲスケジューリング（ｓｃｈｅｄｌｏｗｉｓｒ）
もしも５ｍｓ割り込みであるならば
モータ保護状態機械（ｍｐｒ＿ｓｔａｔｅ＿ｍａｃｈｉｎｅ）を呼び出す

次のこのサブルーチンは、プログラムが、スタータのＦＬＡが許容可能な較正範囲外かどうか決定するのに必要な起動状態を通って遷移することを可能にする、モータ保護状態機械（ＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｔａｔｅＭａｃｈｉｎｅ）を包含する。モータ保護（ＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）状態は同様に他のサブルーチンによって、いつ運転するべきか決定するために使用される。このサブルーチンは、５ｍｓ毎の完了時に呼び出される。モータ保護状態（ＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｔａｔｅ）はグローバルである。

モータ保護状態機械（ｍｐｒｓｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅ）
状態１：運転指令待機状態（ＷＡＩＴ＿ＲＵＮ＿ＣＭＤ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも有効な運転指令であるならば
状態２に入る

状態２：０以上の電流待機状態（ＷＡＩＴ＿ＣＵＲ＿ＡＢＯＶＥ＿０＿ＳＴＡＴＥ）（誘導性キックはここで起こるべきである）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
あるいは、もしも任意の１つの相で流れの証明（ＰｒｏｏｆｏｆＦｌｏｗ）がある（電流＞０．５Ａ）ならば
もしも安全始動（ＳａｆｅｔｙＳｔａｒｔ）が使用可能であるならば
状態３に入る
さもなければ
状態７に入る
あるいは、もしもＰＯＦを待っている時間＞２分間であるならば
ダンパ／接触器（Ｄａｍｂｅｒ／Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）警告を設定する

状態３：始動条件処理状態（ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＳＴＡＲＴ＿ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
最大４つの始動電流サンプルを蓄積し、これらのサンプルおよびサンプル回数を後で使用するために保存する
電流を回転バッファに格納する
もしも拘束回転子条件（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（３秒間電流に変化がない）ならば
拘束回転子障害（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも最大始動時間条件（ＭａｘＳｔａｒｔＴｉｍｅＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（ＰＯＦからトリップクラス（１０、２０．．．６０）秒が経過した）ならば
最大始動時間障害（ＭａｘＳｔａｒｔＴｉｍｅＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも始動条件（ＳｔａｒｔＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）が進行中である（電流勾配＞−２）ならば
状態３に留まる
あるいは、もしも動作速度に到達した（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｐｅｅｄＲｅａｃｈｅｄ）（電流勾配＜−２）ならば
状態４に入る
あるいは、もしもこの予想外の条件が３回連続で起きるならば
安全始動障害（ＳａｆｅｔｙＳｔａｒｔＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る

状態４：動作速度処理状態（ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ＿ＳＰＥＥＤ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
電流を回転バッファに格納する
もしも失速（Ｓｔａｌｌ）である（電流が設定ＦＬＡの３００％を超え、かつ電流が０．５秒間減少していない）ならば
失速障害（ＳｔａｌｌＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも最大始動時間条件（ＭａｘＳｔａｒｔＴｉｍｅＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（ＰＯＦからトリップクラス（１０、２０．．．６０）秒が経過した）ならば
最大時間障害（ＭａｘＴｉｍｅＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしもサイクル異常（ＣｙｃｌｅＦａｕｌｔ）である（接触器が予め選択された、指定された閉鎖／時間で閉鎖される）ならば
サイクル異常（ＣｙｃｌｅＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも動作速度状態（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｐｅｅｄＳｔａｔｅ）が進行中であるならば：（電流勾配＞０．０５）
状態４に留まる
あるいは、もしも一定速度に到達した（ＳｔｅａｄｙＳｐｅｅｄＲｅａｃｈｅｄ）ならば：（−０．０５＜電流勾配＜０．０５）
状態５に入る
あるいは、もしもこの予想外の条件が３回連続で起きるならば
安全始動障害（ＳａｆｅｔｙＳｔａｒｔＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る

状態５：定常処理状態（ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＳＴＥＡＤＹ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
ＬＲＣ＝蓄積されたＬＲＣ／サンプル（４以下）
［ここでＬＲＣは拘束回転子電流（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｅｒＣｕｒｒｅｎｔ）である］
運転電流（ＲｕｎＣｕｒｒｅｎｔ）を格納する
次からなる３つのログに記録される始動条件の最新のログに記録する：
ＦＬＡ設定（ＦＬＡＳｅｔｔｉｎｇ）
拘束回転子電流（ＬＲＣ：ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＣｕｒｒｅｎｔ）
始動時間（ＴｉｍｅｔｏＳｔａｒｔ）
運転電流（ＲｕｎＣｕｒｒｅｎｔ）
状態７に入る

状態６：障害リセット待機状態（ＷＡＩＴ＿ＦＡＵＬＴ＿ＲＥＳＥＴ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも障害がリセットされているならば、または、もしも運転が指令されないならば
状態１に入る

状態７：定常運転状態（ＲＵＮＮＩＮＧ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
あるいは、もしもＦＬＡ較正外（ＦＬＡＯＵＴＯＦＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ）であるならば（もしも運転電流がＬＲＣの許容範囲内であるならば）
もしもＦＬＡ較正外障害（ＦＬＡＯＵＴＯＦＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮＦＡＵＬＴ）が使用可能であるならば
ＦＬＡ較正外障害（ＦＬＡＯＵＴＯＦＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
さもなければ
ＦＬＡ較正外警告（ＦＬＡＯＵＴＯＦＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮＡｌａｒｍ）を設定する
あるいは、もしも失速（Ｓｔａｌｌ）である（電流がＦＬＡの３００％を超え、かつ電流が０．５秒までに減少していない）ならば
失速障害（ＳｔａｌｌＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしもサイクル異常（ＣｙｃｌｅＦａｕｌｔ）である（接触器が指定された閉鎖／時間で閉鎖される）ならば、
サイクル異常（ＣｙｃｌｅＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る

前述の説明は、本出願に合致する１つまたは複数の安全スタータ実施形態のための情報について説明し、１つの例示的な実施例を提供する。もちろん、この出願の中で説明された情報および実施例の実施形態は例示的な目的のみで提示される。それらは、本発明の主題の適用範囲を提示された特定の実施形態に限定するように意味または意図されない。当業者は、本出願に合致して、付加的な、より少ない、または代替の実施形態が同様に使用できることを理解するであろう。したがって、本出願の適用範囲は、ただ本出願に対してなされた特許請求の範囲によって限定されるべきである。

次の説明は、「安全較正」実施形態を表す、第２の例示的な実施例を提供する。次の段落では、上述のような保護および制御機能を提供する、１つのそのような安全較正実施形態に合致する機械状態コード実施形態について詳細に説明する。

安全較正コード実施形態の概要
次のサンプルサブルーチンは、具体的に列挙された列挙されたものを含めて、低レベル優先度の割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ）で実行される他のサブルーチンをスケジューリングすることができる。
低レベルＩＳＲスケジューリング（ｓｃｈｅｄｌｏｗｉｓｒ）
もしも５ｍｓ割り込みであるならば
もしもサイクル（１２８サンプル）が完了するならば
モータ保護状態機械（ｍｐｒ＿ｓｔａｔｅ＿ｍａｃｈｉｎｅ）を呼び出す

サンプリングの目的で、実施形態は瞬間的な電流および電圧を測定し、力率値を計算するためにこれらを使用することができる。１つのこのような例示的な実施形態において、３つの数値演算操作が発生する。第１に、電流測定値を２乗し、電流実効値計算（Ｉｒｍｓ）のために蓄積せよ。第２に、電圧測定値を２乗し、電圧実効値計算（Ｖｒｍｓ）のために蓄積せよ。第３に、電流測定値に電圧測定値を乗じ、電力実効値計算（Ｐｒｍｓ）のために蓄積せよ。

ひとたび全サイクルが完了すると（例えば１２８サンプル）、蓄積されたデータから実効値計算を完了することができる。力率は、皮相電力によって除された有効電力を使用して計算され得る（Ｐｒｍｓ／（Ｉｒｍｓ＊Ｖｒｍｓ））。実効値および力率計算はそれから、開示されたモータ保護状態機械の決定において、適切な保護挙動を識別および選択するために使用できる。

次の実施例のサブルーチンは、プログラムがモータ保護のために使用される有効な安全較正（ＳａｆｅｔｙＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）ＦＬＡを計算するのに必要な状態を通って遷移することを可能にする、モータ保護状態機械（ＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｔａｔｅＭａｃｈｉｎｅ）を包含する。モータ保護（ＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）状態は同様に他のサブルーチンによって、いつ運転するべきか決定するために使用される。このサブルーチンは、すべてのサイクル（１２８サンプル）の完了時に呼び出される。モータ保護状態（ＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｔａｔｅ）はグローバルとすることができる。多くの他の保護機能と同様、サイクル異常（ＣｙｃｌｅＦａｕｌｔ）保護はすべての状態において起こり得る。

状態２：０以上の電流待機状態（ＷＡＩＴ＿ＣＵＲ＿ＡＢＯＶＥ＿０＿ＳＴＡＴＥ）（誘導性キックはここで起こるべきである）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
あるいは、もしも任意の１つの相で流れの証明（ＰｒｏｏｆｏｆＦｌｏｗ）がある（電流＞０．５Ａ）ならば
もしも安全較正（ＳａｆｅｔｙＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）が進行中であるならば
状態３に入る
さもなければ
状態７に入る
あるいは、もしもＰＯＦを待っている時間＞２分間であるならば
ダンパ／接触器（Ｄａｍｐｅｒ／Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）警告を設定する

状態３：始動条件処理状態（ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＳＴＡＲＴ＿ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
最大４つの始動電流およびＰＦサンプルを蓄積し、これらのサンプルおよびサンプル回数を後で使用するために保存する
電流およびＰＦを回転バッファに格納する
もしも拘束回転子条件（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（電流がＦＬＡの３００％を超え、かつ電流が減少しておらず、かつＰＦが０．５秒間変化していない）ならば
拘束回転子障害（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも安全較正過負荷条件（ＳａｆｅｔｙＣａｌＯｖｅｒｌｏａｄＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（ＰＯＦからトリップクラス（１０、２０．．．６０）秒が経過した）（すなわち、最大始動時間障害（ＭａｘＳｔａｒｔＦａｕｌｔ））ならば
安全較正過負荷障害（ＳａｆｅｔｙＣａｌＯｖｅｒｌｏａｄＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも始動条件状態（ＳｔａｒｔＣｏｎｄｉｔｉｏｎＳｔａｔｅ）が進行中であるならば：（−０．０５＜電流勾配＜０）かつ（０＜ｐｆ勾配＜０．０５）（すなわち、電流勾配は一定またはわずかに負であり、ｐｆ勾配は一定またはわずかに正である）
状態３に留まる
あるいは、もしも動作速度に到達した（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｐｅｅｄＲｅａｃｈｅｄ）ならば：（電流勾配＜−２）
状態４に入る
あるいは、もしもこの予想外の条件が３回連続で起きるならば
安全較正障害（ＳａｆｅｔｙＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る

状態４：動作速度処理状態（ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ＿ＳＰＥＥＤ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
電流およびＰＦを回転バッファに格納する
もしも拘束回転子条件（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（電流がＦＬＡの３００％を超え、かつ電流が減少しておらず、かつＰＦが０．５秒間変化していない）ならば
拘束回転子障害（ＬｏｃｋｅｄＲｏｔｏｒＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも安全較正負荷条件（ＳａｆｅｔｙＣａｌＯｖｅｒｌｏａｄＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）である（ＰＯＦからトリップクラス（１０、２０．．．６０）秒が経過した）ならば
安全較正過負荷障害（ＳａｆｅｔｙＣａｌＯｖｅｒｌｏａｄＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る
あるいは、もしも動作速度状態（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｐｅｅｄＳｔａｔｅ）が進行中であるならば：（電流勾配＜−０．０５）
状態４に入る
あるいは、もしも一定速度に到達した（ＳｔｅａｄｙＳｐｅｅｄＲｅａｃｈｅｄ）ならば：（−０．０５＜電流勾配＜０．０５かつ−０．０５＜ｐｆ勾配＜０．０５）
状態５に入る
あるいは、もしもこの予想外の条件が３回連続で起きるならば
安全較正障害（ＳａｆｅｔｙＣａｌＦａｕｌｔ）を設定する
状態６に入る

状態５：定常処理状態（ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＳＴＥＡＤＹ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
ＬＲＣ＝蓄積されたＬＲＣ／サンプル（４以下）
ＰＦ＝蓄積されたＰＦ／サンプル（４以下）
［（単なる１つの実施形態として、４以下のサンプルにわたって、などで）平均することは、どんなノイズによっても望ましくない影響を受けることなく実質的に正確な適切な値が決定されることを確実にするために、ノイズのフィルタリングを容易にすることができる］
ＬＲＣに基づいてインデックス付けされたＫを見つけるためにＦＬＡトリップ乗数表へのインデックス付けする
ＣＡＬＩＢ＿ＦＬＡ＝ＬＲＣ／Ｋ

不揮発メモリにログを記録する：
ＣＡＬＩＢ＿ＦＬＡ
ＬＲＣ
ＬＲＭＵＬＴ（ＬＲ乗数値（Ｋ））
安全較正（ＳａｆｅｔｙＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）＝進行中でない
状態７に入る

状態６：障害リセット待機状態（ＷＡＩＴ＿ＦＯＲ＿ＦＡＵＬＴ＿ＲＥＳＥＴ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも障害がリセットされているならば、または、もしも運転が指令されないならば
状態１に入る

状態７：定常運転状態（ＲＵＮＮＩＮＧ＿ＳＴＡＴＥ）
もしも運転が指令されないならば
状態１に入る
さもなければ
正常モータ保護監視（ＮｏｒｍａｌＭｏｔｏｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を行う
もしも安全較正が使用可能（ＳａｆｅｔｙＣａｒｉｂｒａｔｉｏｎＥｎａｂｌｅｄ）であるならば
計算においてＦＬＡの代わりにＣＡＬＩＢ＿ＦＬＡを使用する
＊＊＊

例えば、上に開示された参照テーブル実施形態１と対照的に、１つの代替の実施形態にすぎないが、次のテーブルのような代替の参照テーブルを参照できる。いずれの場合においても、拘束回転子の乗数Ｋは、経験的に決定するか、またはさまざまなモータ分類および／または大きさに対して利用可能な製造業者データから得ることができる。

同様に、さらなる実施形態は、上述の実施形態に描写された状態に対して、付加的な、より少ない、または代替の状態を有してもよい。例えば、機械状態実施形態は、検出される任意の監視対象障害に対して「障害リセット待機状態（Ｗａｉｔ＿Ｆｏｒ＿Ｆａｕｌｔ＿Ｒｅｓｅｔ＿Ｓｔａｔｅ）」などの整理統合された障害状態を有するように構成されるのではなく、むしろ、機械状態実施形態は、「拘束回転子障害リセット待機状態（Ｗａｉｔ＿Ｆｏｒ＿Ｌｏｃｋｅｄ＿Ｒｏｔｏｒ＿Ｆａｕｌｔ＿Ｒｅｓｅｔ＿Ｓｔａｔｅ）」などの状態、または「安全較正過負荷障害リセット待機状態（Ｗａｉｔ＿Ｆｏｒ＿Ｓａｆｅｔｙ＿Ｃａｌ＿Ｏｖｅｒｌｏａｄ＿Ｆａｕｌｔ＿Ｒｅｓｅｔ＿Ｓｔａｔｅ）」などの状態のように、異なるタイプの障害に対して個々の分離した状態を収容することができる。このような実施形態は、実行可能なファームウェアプログラミング命令が、遭遇した障害のタイプに応じて、より具体的に合わせた障害処理または状態報知を適用することを、少なくとも部分的に可能にすることができる。

本明細書に包含される開示は、例示的な目的のために、議論を容易にする方法によって提示されるので、本発明の基礎をなす原理から逸脱することなく上述の実施形態の細部に多くの変更がなされ得ることは、当業者には明白であろう。本発明の適用範囲は、したがって、次の特許請求の範囲をのみを参照して決定されるべきである。

Claims

負荷を保護するためのシステムであって、
負荷への電流を測定するための電流センサと、
前記負荷への電圧を測定するための電圧センサと、
検出されている障害条件に応答して保護作用を実施するために構成されたリレーと、
メモリ記憶装置およびマイクロプロセッサを有する制御基板と、
を備え、
前記マイクロプロセッサは、
前記測定された電流および前記測定された電圧から力率値を決定し、
経時的に電流変化および力率変化を監視し、
前記監視された電流変化および前記監視された力率変化を、前記負荷に対する正常動作条件を指示する対応する期待値と比較し、
好ましくない比較に応答して、前記リレーに前記保護作用を実施するように信号を送る
ためのプログラミング命令を実行するように構成される、システム。
前記負荷に電力を制御可能に接続するための接触器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
前記好ましくない比較に応答して、前記リレーは前記接触器に前記負荷への電力の接続を切断するように信号を送る、請求項２に記載のシステム。
前記保護作用は障害報知を含む、請求項１に記載のシステム。
前記障害条件は、拘束回転子障害、失速障害、過負荷障害、および最大始動時間超過障害、サイクル異常、ならびに較正外障害を含むグループから選択される、請求項１に記載のシステム。
較正外障害が検出されることに応答して、前記マイクロプロセッサは前記リレーの自動的な再較正を開始するようにさらに構成される、請求項５に記載のシステム。
モータ保護および制御のための装置であって、
経時的な複数の電流値をサンプリングするために供給された電流センサと、
経時的な複数の電圧値をサンプリングするために供給された電圧センサと、
マイクロプロセッサであって、
経時的な複数の力率値を計算するために前記複数の電流値および前記複数の電圧値を使用し、
１つまたは複数の障害条件を検出するために経時的な前記電流値および経時的な前記電力値を監視する
ための実行可能なプログラミング命令を含むマイクロプロセッサと、
を備える、装置。
前記１つまたは複数の障害条件は、拘束回転子障害、失速障害、過負荷障害、および最大始動時間超過障害、サイクル異常、ならびに較正外障害を含むグループから選択される、請求項７に記載の装置。
前記マイクロプロセッサがモータ保護デバイスに対する較正外障害を検出することに応答して、前記マイクロプロセッサは前記モータ保護デバイスに対する訂正された較正値を計算するようにさらに構成される、請求項８に記載の装置。
負荷の保護および制御のための方法であって、前記方法は、
負荷への電流および電圧を測定することと、
前記測定された電流および電圧を使用して、前記負荷に対する力率を計算することと、
前記測定された電流および計算された力率を経時的に監視することと、
前記監視が望ましくない動作条件を指示することに応答して、前記負荷に対する保護作用を開始することと、
を備える、方法。
前記保護作用は、トリップするために保護リレーに信号を送ることを含む、請求項１０に記載の方法。
前記保護作用は障害条件を報知することを含む、請求項１０に記載の方法。
前記障害条件は、拘束回転子障害、失速障害、過負荷障害、および最大始動時間超過障害、サイクル異常、ならびに較正外障害のうちの１つである、請求項１２に記載の方法。
較正外障害に応答して、訂正された較正値を計算することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
前記訂正された較正値を自動的に実施することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
前記訂正された較正値は前記負荷に対する全負荷アンペア数値である、請求項１４に記載の方法。