JP2020171187A - Overload protective relay and mcc unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導電動機の過負荷保護継電器及びそれを備えたモータコントロールセンタ(MCC:Motor Control Center)ユニットに関する。 The present invention relates to an overload protection relay for an induction motor and a motor control center (MCC) unit including the relay.
平成21年度に実施した資源エネルギー庁の調査結果によれば、三相誘導電動機は、産業部門においてポンプ、送風機、圧縮機などの多様な用途で使用されており、消費電力量は日本における産業部門の消費電力量の75%、日本の消費電力量全体の約55%を占め、相当量のエネルギーを消費する機器となっている。
出典:経済産業省「三相誘導電動機の現状について」
(http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/shou_energy_kijun/sansou_yudou/001_04_00.pdf)
また、三相誘導電動機の国内市場の現状(出典:経済産業省生産動態統計(2008年度))として、2008年度の電動機の生産・出荷実績(2008年度)容量(MW)に対して三相誘導電動機が83%を占めていることが示されている。したがって、三相誘導電動機の高効率化は日本における省エネに大きく貢献する。
According to the results of a survey conducted by the Resources and Energy Agency in 2009, three-phase induction motors are used in various applications such as pumps, blowers, and compressors in the industrial sector, and the power consumption is the industrial sector in Japan. It accounts for 75% of the total power consumption of Japan and about 55% of the total power consumption of Japan, and is a device that consumes a considerable amount of energy.
Source: Ministry of Economy, Trade and Industry "Current status of three-phase induction motors"
(Http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/shou_energy_kijun/sansou_yudou/001_04_00.pdf)
In addition, as the current state of the domestic market for three-phase induction motors (Source: Ministry of Economy, Trade and Industry Production Dynamics Statistics (FY2008)), three-phase induction with respect to the production and shipment results (FY2008) capacity (MW) of motors in FY2008. It is shown that electric motors account for 83%. Therefore, improving the efficiency of three-phase induction motors will greatly contribute to energy saving in Japan.
2015年4月以降、国内向けに出荷する三相誘導電動機を含むモータのエネルギー消費効率を区分ごとに出荷台数により加重平均した数値が、基準エネルギー消費効率を下回らないようにしなければならない。これらを進める上で三相誘導電動機は効率区分がIE1(標準効率)、IE2(高効率)、IE3(プレミアム効率)で規定されており、効率が一番高いIE3モータはトップランナーモータとも云われている。
モータ(誘導電動機)は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械であり、エネルギー変換に際して、その一部が熱エネルギーとしてモータ内部で消費している。この内部で消費され、動力として使用できないエネルギーは損失であり、損失が大きい場合、モータ入力に対する出力が小さくなり、無駄な電力を消費することになる。この入力と出力の比がモータの効率である。
From April 2015 onward, the energy consumption efficiency of motors including three-phase induction motors shipped domestically must not fall below the standard energy consumption efficiency, weighted by the number of units shipped for each category. In advancing these, the efficiency classification of three-phase induction motors is defined by IE1 (standard efficiency), IE2 (high efficiency), and IE3 (premium efficiency), and the IE3 motor with the highest efficiency is also called the top runner motor. There is.
A motor (induction motor) is a machine that converts electrical energy into mechanical energy, and a part of it is consumed inside the motor as thermal energy during energy conversion. The energy that is consumed inside and cannot be used as power is a loss, and if the loss is large, the output to the motor input becomes small, and wasteful power is consumed. The ratio of this input to output is the efficiency of the motor.
モータの発生損失は、固定損(鉄損及び機械損)、負荷損(一次銅損及び二次銅損)、漂遊負荷損に分けることができる。このうち、鉄損とは、磁気回路の磁場の変化に伴って発生する損失である。機械損とは、回転子と固定子の軸受の摩擦抵抗による損失、冷却ファンの風損などがある。銅損とは、電気エネルギーが銅巻線の導線にある電気抵抗によって熱エネルギーにかわる損失である。
なお、一次銅損は固定子導体、二次銅損は回転子導体で発生する。漂遊負荷損とは、上記以外の損失である。モータの各発生損失の内訳例では、定格運転時の全体損失の内1次銅損が40%、鉄損が30%、2次銅損が16%、機械損が12%、漂遊負荷損が2%などの報告例もある。
The loss generated by the motor can be divided into fixed loss (iron loss and mechanical loss), load loss (primary copper loss and secondary copper loss), and stray load loss. Of these, iron loss is a loss that occurs with a change in the magnetic field of a magnetic circuit. Mechanical loss includes loss due to frictional resistance between the rotor and stator bearings, wind loss of the cooling fan, and the like. Copper loss is the loss of electrical energy that replaces thermal energy due to the electrical resistance in the wires of the copper winding.
The primary copper loss occurs in the stator conductor, and the secondary copper loss occurs in the rotor conductor. The drifting load loss is a loss other than the above. In the breakdown example of each generated loss of the motor, of the total loss during rated operation, the primary copper loss is 40%, the iron loss is 30%, the secondary copper loss is 16%, the mechanical loss is 12%, and the stray load loss is. There are also reports such as 2%.
したがって、モータの効率を高める方法としてモータの損失の中で大きな割合を占める銅損を削減するなどが行なわれている。銅損を削減するためにコイル巻線の断面積を増やして銅損を抑える構造とすることで、上記の例では全体損失の56%に相当する銅損による損失を低減させることなどが行われている。このため、モータを始動してから定格稼働状態まで回転を加速するために必要な駆動トルクを維持するため、モータの始動電流が増加する。
一方、三相誘導電動機への電力供給は、元の電力供給源から配線用遮断器(MCCB,MCB,ブレーカーとも云う)、電磁接触器(MC)、サーマルリレーを経由して行なわれる。配線用遮断器、電磁接触器、サーマルリレーは総称してMCCユニットとも呼ばれ、三相誘導電動機の短絡保護を行なう配線用遮断器と電動機の過負荷に対する保護継電器であるサーマルリレーとの組合せにより適切なモータ保護協調が行なわれている。
Therefore, as a method of improving the efficiency of the motor, reduction of copper loss, which accounts for a large proportion of the loss of the motor, is being carried out. By increasing the cross-sectional area of the coil winding to suppress the copper loss in order to reduce the copper loss, in the above example, the loss due to the copper loss corresponding to 56% of the total loss is reduced. ing. Therefore, the starting current of the motor increases in order to maintain the drive torque required to accelerate the rotation from the start of the motor to the rated operating state.
On the other hand, power is supplied to the three-phase induction motor from the original power supply source via a molded case circuit breaker (also referred to as MCCB, MCB, breaker), an electromagnetic contactor (MC), or a thermal relay. Circuit breakers for wiring, electromagnetic contacts, and thermal relays are also collectively called MCC units, and are made by combining a circuit breaker for wiring that protects a short circuit of a three-phase induction motor and a thermal relay that is a protective relay against overload of the motor. Appropriate motor protection coordination is in place.
過負荷保護継電器としてのサーマルリレーは、バイメタルとヒータを組み合わせた素子を用い、例えばモータの負荷電流をヒータで熱に変換してバイメタルを加熱することでバイメタルを湾曲させ、このバイメタルの湾曲変位により電流検出を行ない、過負荷による過電流に対してモータの保護を行う仕組みである。その故、熱動式の過負荷保護継電器と云われている。
サーマルリレーの動作電流値は機械式サーモスタットのようにダイヤル設定しており、通常3極品は両端2極のみヒータが入っている。そして、電流整定値はモータ負荷で通常時の1.73倍以下の値にセットするなど、アナログ的にシステムの安全性を確保している。
The thermal relay as an overload protection relay uses an element that combines a bimetal and a heater. For example, the load current of the motor is converted into heat by a heater to heat the bimetal to bend the bimetal, and the bending displacement of the bimetal causes the bimetal to bend. It is a mechanism that detects current and protects the motor against overcurrent due to overload. Therefore, it is called a thermal overload protection relay.
The operating current value of the thermal relay is set by dialing like a mechanical thermostat, and normally the 3-pole product has a heater only at both ends. The current settling value is set to 1.73 times or less of the normal value with the motor load, ensuring the safety of the system in an analog manner.
ところで、三相誘導電動機などのモータにおいては、運転時の効率を高めたトップランナーモータ(IE3)への移行が進んでいる。トップランナーモータは、効率を高める手段としてコイル巻線の断面積を増やして銅損を抑える構造のため、従来のモータ(IE1,IE2)と比べて効率がよく省エネになる反面、始動電流が大きくなる。
一方、既存のMCCユニットは、従来モータに合わせた機器選定を行っているため、トップランナーモータを適用した場合、始動電流により配線用遮断器やサーマルリレーが不要動作し、トップランナーモータが始動できなくなる可能性がある。このため、トップランナーモータの特性に合わせた適切な保護協調を行う必要がある。
By the way, in motors such as three-phase induction motors, the shift to top runner motors (IE3) with improved efficiency during operation is progressing. The top runner motor has a structure that increases the cross-sectional area of the coil winding to suppress copper loss as a means of increasing efficiency, so it is more efficient and energy efficient than conventional motors (IE1, IE2), but the starting current is large. ..
On the other hand, since the existing MCC unit is selected according to the conventional motor, when the top runner motor is applied, the molded case circuit breaker and thermal relay may not be required due to the starting current, and the top runner motor may not be able to start. There is sex. Therefore, it is necessary to perform appropriate protection coordination according to the characteristics of the Top Runner motor.
そこで、特許文献1では、従来のサーマルリレーに対し、ケース内部の温度上昇によりバイメタルが湾曲する方向とは反対方向に湾曲する補助バイメタルと、バイメタルと補助バイメタルの2つの湾曲変位により接点の開閉状態を反転させる反転機構部とを有する構成とすることで、効率を高めたトップランナーモータを適用して始動電流が増加した場合にもミストリップしないサーマルリレーを提案している。
Therefore, in
しかしながら、サーマルリレーはバイメタルおよびヒータを流れる電流による熱エネルギーによりバイメタルを可動させている。そして、トップランナーモータによる始動電流が増加したことによる熱エネルギーはヒータを流れる電流の二乗に比例する。このため、従来のモータに対する始動電流の増加による熱エネルギーによりバイメタルが可動する時間まで厳密に制御しているとは言えない。つまり、電流の増加に対して電流から変換された熱エネルギーの増加分、サーマルリレーは遮断処理を早く作動することとなる。したがって、特許文献1では、主たるバイメタルとは逆方向に作動する補助のバイメタルを搭載させ、モータの始動電流による影響をバイメタルによるモータに対する電力供給の不要動作(ミストリップ)を回避するために、時間的に遅延させていると云える。
However, the thermal relay moves the bimetal by the thermal energy generated by the bimetal and the electric current flowing through the heater. The thermal energy due to the increase in the starting current of the Top Runner motor is proportional to the square of the current flowing through the heater. Therefore, it cannot be said that the time for the bimetal to move is strictly controlled by the thermal energy due to the increase in the starting current for the conventional motor. That is, the thermal relay operates the cutoff process faster by the amount of the increase in the thermal energy converted from the current with respect to the increase in the current. Therefore, in
また、サーマルリレーは、バイメタルに巻きつけられたヒータ熱による電力損失も無視できない。ここでの電力損失が無ければ、モータに供給できる電力もさらに効率化できることになる。加えて、モータ始動時による突入電流の影響による回路遮断は配線用遮断器での対応としている。
本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電動機の負荷電流に過負荷が検出されたときに負荷電流をより高精度で遮断することが可能な過負荷保護継電器及びそれを備えたMCCユニットを提供することにある。
In addition, the thermal relay cannot ignore the power loss due to the heat of the heater wound around the bimetal. If there is no power loss here, the power that can be supplied to the motor can be further improved. In addition, circuit breakers due to the influence of inrush current when the motor is started are handled by a molded case circuit breaker.
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to cut off the load current with higher accuracy when an overload is detected in the load current of the electric motor. It is an object of the present invention to provide a possible overload protection relay and an MCC unit equipped with the relay.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る過負荷保護継電器は、電路を通して電動機にかかる負荷電流を計測し、計測した負荷電流を電気信号に変換して出力する電流センサと、電流センサから出力された電気信号を入力し、入力した電気信号に基づく負荷電流値が予め定められた閾値を超えたときに電磁接触器を駆動して電動機にかかる負荷電流を遮断する駆動制御部と、を備えている。 In order to achieve the above object, the overload protection relay according to one aspect of the present invention measures a load current applied to an electric motor through an electric circuit, converts the measured load current into an electric signal, and outputs a current sensor and a current sensor. A drive control unit that inputs the electric signal output from the motor and drives the electromagnetic contactor to cut off the load current applied to the electric motor when the load current value based on the input electric signal exceeds a predetermined threshold. It has.
また、本発明の一態様に係るMCCユニットは、上記過負荷保護継電器と、上記電路を開閉する配線用遮断器及び上記電磁接触器と、を備えている。 Further, the MCC unit according to one aspect of the present invention includes the overload protection relay, a molded case circuit breaker for opening and closing the electric circuit, and an electromagnetic contactor.
また、本発明の一態様に係るMCCユニットは、上記過負荷保護継電器と、上記電路を開閉する開閉部、及び、開閉部の開閉を制御する駆動制御部を有する配線用遮断器及び電磁接触器とを備えている。そして、過負荷保護継電器の駆動制御部は、電流センサが計測した電動機の始動電流値、定格電流値をデジタル値に変換する変換器と、変換器で変換されたデジタル値データを始動電流値ごとに処理する処理装置と、処理装置で処理された始動電流値及び定格電流値を保管する記憶部とを備えている。そして、配線用遮断器及び電磁接触器の各々の駆動制御部は、デジタル処理及び通信機能を具備するデジタル処理装置を備えている。そして、MCCユニットは、過負荷保護継電器の記憶部に保管されたデータをシリアル通信によって配線用遮断器及び電磁接触器の各々の駆動制御部に送信する送信系を更に備えている。 Further, the MCC unit according to one aspect of the present invention includes a molded case circuit breaker and an electromagnetic contactor having the overload protection relay, an opening / closing part for opening / closing the electric circuit, and a drive control part for controlling the opening / closing of the opening / closing part. And have. Then, the drive control unit of the overload protection relay converts the starting current value and rated current value of the electric motor measured by the current sensor into a digital value, and the digital value data converted by the converter for each starting current value. It is provided with a processing device for processing and a storage unit for storing the starting current value and the rated current value processed by the processing device. Each drive control unit of the molded case circuit breaker and the magnetic contactor is provided with a digital processing device having digital processing and communication functions. The MCC unit further includes a transmission system that transmits data stored in the storage unit of the overload protection relay to each drive control unit of the molded case circuit breaker and the magnetic contactor by serial communication.
要は、主回路を流れる電流値を直接計測できるようにすることである。少なくとも、バイメタルで消費される電力の一部を使用すれば、主回路の電流計測と計測された電流値によるサーマルリレーとしての処理動作、すなわち、モータ始動時の大電流期間を除いた、定常稼働時の主回路を流れるモータの過負荷検知と過負荷検知に基づく主回路遮断処理が可能となる。
バイメタルで消費される電力はバイメタルに流れる電流の二乗に比例する。MCCユニットを構成する電磁接触器が始動し、モータ(電動機)が始動する直前はバイメタルで消費される電力はゼロであるが、モータの回転速度が定格動作に至るまでは、モータの回転加速に必要なトルクを励起させることとなり、この回転加速に必要なトルクは、定格回転数に至るまでのある適当な回転周波数で最大に達し、それ以降は定格回転数まで減少する動きを見せる。
The point is to be able to directly measure the current value flowing through the main circuit. If at least a part of the electric power consumed by the bimetal is used, the current measurement of the main circuit and the processing operation as a thermal relay by the measured current value, that is, the steady operation excluding the large current period at the time of starting the motor. It is possible to detect the overload of the motor flowing through the main circuit at the time and to cut off the main circuit based on the overload detection.
The power consumed by the bimetal is proportional to the square of the current flowing through the bimetal. Immediately before the electromagnetic contactors that make up the MCC unit start and the motor (motor) starts, the power consumed by the bimetal is zero, but until the rotation speed of the motor reaches the rated operation, the rotation of the motor is accelerated. The required torque is excited, and the torque required for this rotational acceleration reaches the maximum at a certain appropriate rotation speed up to the rated rotation speed, and then decreases to the rated rotation speed.
モータ始動時に必要な始動電流はモータを構成する主に回転トルクの発生に必要なインダクタンス成分と磁気励起に必要なアドミッタンス成分であり、上記インダクタンス成分に流れる電流がモータの始動時に流れる増加電流分と考えることができる。
したがって、モータの始動時に流れる始動電流を計測する手段を設け、加えて、モータが始動後に定格稼働運転状態になっている状態の比較的小さな電流を精度よく計測する手段を設ければ、モータの始動時に流れるモータ始動電流変化プロセスをデータ化することができ、加えて、モータは始動後の定格運転状態になった場合の定格電流の電流変化についての電流変化をデータ化することが可能となる。
The starting current required when starting the motor is the inductance component required to generate rotational torque and the admittance component required to magnetically excite the motor, and the current flowing through the inductance component is the increased current flowing when the motor is started. I can think.
Therefore, if a means for measuring the starting current flowing when the motor is started is provided, and a means for accurately measuring a relatively small current in a state where the motor is in the rated operating operation state after the start is provided, the motor It is possible to digitize the motor starting current change process that flows at the time of starting, and in addition, it is possible to digitize the current change of the rated current when the motor is in the rated operating state after starting. ..
以上の電流などのモータの稼働プロセスのデータ化は、モータの長期に亘る使用を想定した場合に、設置されているモータ動作状態の変化の傾向から故障予知をデジタル的に実現することに繋がり、併せて、省電力化も実現可能となる。
加えて、MCCユニットの中で配線用遮断器、電磁接触器、過負荷保護継電器をデジタル化するなどシリアル通信を通して情報共有するシステムを構成することで、例えば、電磁接触器では電力供給を行なう主回路電圧駆動情報を過負荷保護継電器へ、また、過負荷保護継電器では主回路を流れる電流値情報を電磁接触器へ情報共有することが可能となり、MCCユニットの上位システムにモータの現在の稼働運転状態情報に加え、長期に亘る運転状態の変化の情報の共有することができ、モータの運転状態や故障予知情報を的確に監視することができる。
Data conversion of the motor operating process such as the above current leads to digital realization of failure prediction from the tendency of changes in the operating state of the installed motor, assuming long-term use of the motor. At the same time, power saving can be realized.
In addition, by configuring a system for sharing information through serial communication, such as digitizing wiring breakers, magnetic contactors, and overload protection relays in the MCC unit, for example, the magnetic contactor mainly supplies power. The circuit voltage drive information can be shared with the overload protection relay, and the overload protection relay can share the current value information flowing through the main circuit with the magnetic contactor, and the current operating operation of the motor can be shared with the higher system of the MCC unit. In addition to the state information, information on changes in the operating state over a long period of time can be shared, and the operating state of the motor and failure prediction information can be accurately monitored.
本発明の一態様によれば、電動機の負荷電流に過負荷が検出されたときに負荷電流をより高精度で遮断することが可能な過負荷保護継電器及びそれを備えたMCCユニットを提供することができる。 According to one aspect of the present invention, there is provided an overload protection relay capable of cutting off the load current with higher accuracy when an overload is detected in the load current of the electric motor, and an MCC unit including the overload protection relay. Can be done.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
以下の実施形態では、過負荷保護継電器及びそれを備えたMCCユニット並びに電力供給システムについて説明する。
なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
また、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものではない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following embodiments, an overload protecting relay, an MCC unit including the relay, and a power supply system will be described.
In all the drawings for explaining the embodiment of the invention, those having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
In addition, each drawing is schematic and may differ from the actual one. In addition, the following embodiments exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and do not specify the configuration to the following. That is, the technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope described in the claims.
(第1実施形態)
まず、モータへの電力を供給する電力供給システムについて、図1を用いて説明する。
図1に示すように、電力供給システム1は、電力供給源2からMCCユニット3を経由してモータ(電動機)5に電力を供給するようになっている。そして、MCCユニット3は、電力供給源2とモータ5とを電気的に接続する電路としての主回路電線4に直列接続で電力供給源2側から順に挿入される配線用遮断器10、電磁接触器20及び過負荷保護継電器30を備えている。すなわち、モータ5への電力供給は、電力供給源2からMCCユニット3の配線用遮断器10、電磁接触器20及び負荷保護継電器30の順に行われる。
(First Embodiment)
First, a power supply system for supplying power to the motor will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the electric
ここで、一般的なモータの保護協調について、図5(出典:一般社団法人日本電機工業会Webページから抜粋)を用いて説明する。
図5に示されるように、モータは、始動時に発生する始動電流が定格電流に対して増加する。これは、モータのインダクターにエネルギーを蓄える電流と、モータのトルクを発生させるために必要な電流の増加によるものである。図5では、配線用遮断器での不要動作領域とサーマルリレーの不要動作領域を示している。配線用遮断器の不要動作領域は、上述のインダクターにエネルギーを蓄える電流と、モータの始動トルクを発生させる電流である。サーマルリレーの不要動作領域はモータのトルク発生のために流れる電流である。
Here, a general motor protection coordination will be described with reference to FIG. 5 (Source: Excerpt from the Web page of the Japan Electric Industry Association).
As shown in FIG. 5, in the motor, the starting current generated at the time of starting increases with respect to the rated current. This is due to the increase in the current that stores energy in the inductor of the motor and the current that is required to generate the torque of the motor. FIG. 5 shows an unnecessary operating area of the molded case circuit breaker and an unnecessary operating area of the thermal relay. The unnecessary operating region of the molded case circuit breaker is the current that stores energy in the above-mentioned inductor and the current that generates the starting torque of the motor. The unnecessary operating region of the thermal relay is the current that flows to generate the torque of the motor.
図5に示すように、モータの熱特性は、モータが熱的に耐え得る電流−時間の関係を示し、反時限特性となる。従来モータの場合、始動時には一般的に数倍の始動電流(実効換算値)が流れ、モータ回転数の上昇に伴い定格電流に徐々に収束する。モータの過負荷保護を行うには、サーマルリレーの動作特性がモータの熱特性より小さく、かつ、モータ始動電流と交差しないサーマルリレー動作特性とし、保護強調を取る必要があった。運転時の効率を高めたトップランナーモータの場合、始動電流が図5中のハッチング部のように増加する傾向にある。このため、サーマルリレーの動特性とモータ始動電流が交差し、サーマルリレーがミストリップする可能性があった。
なお、図5では熱的に制御するサーマルリレーについて述べているが、このサーマルリレーに対してこの第1実施形態の過負荷保護継電器30は電子的に制御するものである。
As shown in FIG. 5, the thermal characteristics of the motor show the current-time relationship that the motor can thermally withstand, and become anti-timed characteristics. In the case of a conventional motor, a starting current (effective conversion value) that is several times higher generally flows at the time of starting, and gradually converges to the rated current as the motor rotation speed increases. In order to protect the motor from overload, it is necessary to emphasize the protection by setting the operating characteristics of the thermal relay to be smaller than the thermal characteristics of the motor and not intersecting with the motor starting current. In the case of a top runner motor with improved efficiency during operation, the starting current tends to increase as shown in the hatched portion in FIG. For this reason, the dynamic characteristics of the thermal relay and the motor starting current may intersect, and the thermal relay may mistrip.
Although the thermal relay that is thermally controlled is described in FIG. 5, the
次に、電力供給システム1及びMCCユニット3の具体的な構成について図2を用いて説明する。この第1実施形態は、MCCユニット全体を各ユニットにおける電力供給形態と情報連携形態と電力系統のセンシングに関して示したシステムの一例である。付け加えるならば、図2に示す電力供給システム1は本発明を説明するための一例であり、電力供給形態と情報連携形態と電力系統のセンシングについて限定されるものではなく、例えば電力系統例ではAC系統から供給を受けて内部回路駆動電源を構成する例としているが、例えばUSB(Universal Serial Bus)接続による電源供給を外部から行うと同時にシリアル通信を行うシステムとしても良い。
Next, a specific configuration of the
図2はモータに供給する電力供給のシーケンスを示した図であり、三相交流で電力供給源2からモータ5に電力を供給する電力供給システムの一例である。
モータ5への電力供給は、MCCユニット3を構成する配線用遮断器10、電磁接触器20、過負荷保護継電器30の順に行なわれる。
配線用遮断器10では三相交流を遮断している。そして、配線用遮断器10を閉路すると内部のスイッチを経由して電力供給が電磁接触器20に対してなされる。
FIG. 2 is a diagram showing a sequence of power supply to be supplied to the motor, and is an example of a power supply system for supplying power from the
Power is supplied to the
The molded
電磁接触器20も外部から供給される電源から電源回路により内部の制御回路22aおよび駆動回路22bを駆動することによって、電磁石の磁気エネルギーを利用して接点部の開閉を行なう。なお、電磁接触器20の初期の状態では接点部は開放しており、電磁石の磁力により接点部は閉じた状態を継続する。
以後、接続の過負荷保護継電器30を経由してモータの電流供給を行なう。過負荷保護継電器30は常時電流監視をしており、許容される電流値を超える電流がモータに流れた場合にトリップ信号を出力し電力供給系を電磁接触器20で遮断する動作を行なう。
The
After that, the current of the motor is supplied via the connected
配線用遮断器10及び電磁接触器20の各々は、電路としての主回路電線4を開閉する開閉部11,21と、この開閉部11,21の開閉を制御する駆動制御部12,22とを備えている。開閉部11,21は、主回路電線4に直列接続で挿入された接点部と、この接点部を開閉駆動させるコイル部とを備えている。駆動制御部12,22は、制御回路12a,22aと、駆動回路12b,22bと、を備えている。ここで、電磁石で開閉するのは電磁接触器20のみである。配線用遮断器10は閉じる動作は一般的に手動で、開く動作は電子式原理の場合はトリップコイルを駆動回路で励磁して接点部を動作させる。制御回路12a,22aは、例えば、記憶部を内蔵し、更にデジタル処理及び通信機能を具備するマイクロプロセッサなどのデジタル処理装置で構成されている。
Each of the molded
図2に示すように、過負荷保護継電器30は、電力供給系に流れる電流の電流値を計測する電流センサ36(●印で図示)を備えている。電流センサ36としては、例えば交流の場合であればカレントトランス、ロゴスキーコイル、ホール素子センサを用いた磁気センサによる電流センサに加えて、シャント抵抗を使った電流センシング回路も存在し、どの電流センサにするかを定めるものではない。必要なことはモータ5への電力供給系と、駆動制御部(駆動回路および制御回路)、通信系、外部給電との間に絶縁が必要なことである。
As shown in FIG. 2, the
過負荷保護継電器30の制御回路42は、演算処理装置として例えばマイクロプロセッサ(以下、MPUと記載)を搭載し、アナログ/デジタル変換器(以下、ADC)を内蔵していることが好ましい。MPUに内蔵されているADCにより、電流供給系の電流値はMPUおよび制御回路42に内蔵する記憶部101(図4参照)に保管することができる。
過負荷保護継電器30で計測され、保管された電力供給系の瞬時値データは、図2に点線で示す通信系50を介して、配線用遮断器10および電磁接触器20の各々の制御回路12a及び制御回路22aに搭載されたMPUと例えばシリアル通信として情報共有が可能となる。
The
The instantaneous value data of the power supply system measured and stored by the
次に、電磁接触器20及び過負荷保護継電器30の具体的な構成について、図3及び図4を用いて説明する。
図3に示すように、電磁接触器20は、電路としての内部電源ラインLp1と、内部電源ラインLp1の一端側に接続された第1外部端子28と、内部電源ラインLp1の他端側に接続された第2外部端子29とを備えている。また、電磁接触器20は、開閉部21を備えている。
Next, the specific configurations of the
As shown in FIG. 3, the
内部電源ラインLp1は主回路電線4(図1参照)に直列接続で挿入されている。そして、第1外部端子28には主回路電線4の電力供給源2側が接続され、第2外部端子29には主回路電線4のモータ5側が接続されている。すなわち、内部電源ラインLp1は、主回路電線4の一部を構成し、モータ5が動作しているときの負荷電流が流れる。負荷電流としては、定格電流、始動電流、突入電流などがある。電磁接触器20の第2外部端子29は、後述する過負荷保護継電器30の第1外部端子31に主回路電線4を介して電気的に接続されている。
The internal power supply line Lp1 is inserted in series with the main circuit electric wire 4 (see FIG. 1). The
開閉部21は、内部電源ラインLp1に直列接続で挿入された接点部24と、コイル電源ライン26に直列接続で挿入され、接点部24を開閉駆動させるコイル部25とを備えている。
接点部24は、一対の固定接触子(固定コンタクト部)24aと、この一対の固定接触子24a及び24bに対して接離可能に配置された可動接触子(可動コンタクト部)24cと、を有する。接点部24は、通常、一対の固定接触子24a及び24bに対して可動接触子24cが離間した開状態(オフ状態)になっている。そして、接点部24は、コイル部25における電磁石の電磁力により、一対の固定接触子24a及び24bに対して可動接触子24cが接触した閉状態(オン状態)を維持する。
The opening /
The
コイル部25は、コイル電源ライン26に直列接続で挿入されている。そして、コイル部25は、コイル電源ライン26の電源から供給される電力によって電磁石が励磁されることにより、接点部24を開状態から閉状態に切り替える。そして、コイル部25は、電力の供給が途絶えることにより、接点部24を閉状態から開状態に切り替える。
コイル電源ライン26には、後述する過負荷保護継電器30の開閉部33が直列接続で挿入されている。そして、開閉部33の駆動は、過負荷保護継電器30の駆動制御部38によって制御される。すなわち、電磁接触器20の駆動は、過負荷保護継電器30の駆動制御部38によって制御される。
The
The opening / closing
図3に示すように、過負荷保護継電器30は、電路としての内部電源ラインLp2と、内部電源ラインLp2の一端側に接続された第1外部端子31と、内部電源ラインLp2の他端側に接続された第2外部端子32とを備えている。また、過負荷保護継電器30は、コイル電源ライン26に直列接続で挿入された開閉部33と、内部電源ラインLp2に直列接続で挿入された電流センサ36と、を備えている。また、過負荷保護継電器30は、電源生成部37と、駆動制御部38と、信号絶縁器39と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
内部電源ラインLp2は主回路電線4(図1参照)に直列接続で挿入されている。そして、第1外部端子31には主回路電線4の電力供給源2側が接続され、第2外部端子32には主回路電線4のモータ5側が接続される。すなわち、内部電源ラインLp2は、主回路電線4の一部を構成し、モータ5が動作しているときの負荷電流が流れる。過負荷保護継電器30の第1外部端子31は、電磁接触器20の第2外部端子29に主回路電線4を介して電気的に接続されている。
The internal power supply line Lp2 is inserted in series with the main circuit electric wire 4 (see FIG. 1). Then, the
開閉部33は、コイル電源ライン26に直列接続で挿入された接点部34と、この接点部34を開閉駆動させるコイル部35とを備えている。接点部34は、一対の固定接触子(固定コンタクト部)34a及び34bと、この一対の固定接触子34a及び34bに対して接離可能に配置された可動接触子(可動コンタクト部)34cとを有する。開閉部33は、通常、一対の固定接触子34a及び34bに可動接触子33cが接触した閉状態(オン状態)になっており、コイル電源ライン26に電流が流れる導通状態となっている。
The opening / closing
開閉部33は、第2外部端子32からモータ5に電力を供給する電力供給系統に過大電流が検出された場合に、コイル部35の電磁力によりコイルを励磁することで、接点部34が可動し、電力供給系統を遮断する。
図3に示すように、電流センサ36は、内部電源ラインLp2を通してモータ5にかかる負荷電流を計測し、計測した負荷電流を電気信号に変換して出力する。この第1実施形態では、電流センサ36をシャント抵抗による一例で示している。このシャント抵抗では、モータ5への電力供給時に第1外部端子31から第2外部端子32に流れる負荷電流を、シャント抵抗値と電流値との積の形で電圧として検出することができる。勿論、電流センサ36としてはシャント抵抗に限るものではないが、説明を簡単にするために抵抗形式として記述している。
When an excessive current is detected in the power supply system that supplies electric power from the second
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、電源生成部37は、整流回路37A、電圧検出回路37B及び電源回路37Cを備えている。整流回路37Aは、スイッチ41を閉状態(オン状態)にすることにより外部から給電される電源40を直流に変換すると共に、電圧検出回路37Bで供給された電源電圧が内部回路を動作させるのに充分か否かを検出する。この第1実施形態では、交流シンボルで説明しているが直流であっても構わない。もし、電源電圧が内部の制御回路42を駆動するのに充分でない場合は、MCCユニット3としての動作を停止する処置を行なっても良い。
As shown in FIG. 3, the power
電源回路37Cは、整流回路37Aで直流に変換された電圧から制御回路42及び駆動回路(パルス発生回路)43が動作するために必要な電源を生成する。
駆動制御部38は、制御回路42と、駆動回路43とを備えている。制御回路42は、例えば、図4に示す記憶部101を内蔵するマイクロプロセッサなどの演算処理装置で構成されている。駆動回路43は、例えばパルス発生回路で構成されている。
The
The
記憶部101は、ROMなどの不揮発性記憶装置によって構成され、制御回路42の動作を制御する制御プログラムを保管している。また、記憶部101は、モータ5を始動したときに内部電源ラインLp2を通してモータ5にかかる過負荷電流に対して予め定められた閾値のデータを保管している。また、記憶部101は、負荷電流の異常の有無を判定する負荷電流異常判定プログラムを保管している。負荷電流異常判定プログラムは、電流センサ36で計測された負荷電流値が予め定められた閾値を超えた場合には「異常あり」と判定し、電流センサ36で計測された負荷電流値が予め定められた閾値以下の場合には「異常なし」と判定する異常判定機能を備えている。そして、負荷電流異常判定プログラムは、異常判定機能で「異常あり」と判定した場合には、駆動回路43に駆動命令の信号を出力する駆動命令出力機能を備えている。
The
また、記憶部101は、開閉部33の駆動(開放処理)を制御する駆動プログラムパターン102を予め保管している。この保管された駆動プログラムパターン102にしたがって、駆動電力46sを発することでコイル部35のコイルを駆動回路43により励磁し、一対の固定接触子34a及び34bから可動接触子24cが離れた開状態(オフ状態)にする。このことにより、モータ5に異常な電流が検出された場合に、電磁接触器20で主回路電線4を遮断できるので、サーマルリレーとしての機能を果たすことが可能となる。
Further, the
信号絶縁器39は、電流センサ36(出力側)の電気信号を駆動制御部38の制御回路42(入力側)に伝達する信号線44に直列接続で挿入され、かつ電流センサ36と駆動制御部38の制御回路42との絶縁を確保した状態で信号を転送する。
電流センサ36は、モータ5にかかる負荷電流を計測し、計測した負荷電流を電気信号(電流センサ信号)に変換して信号線44に出力する。電流センサ36の電気信号は信号線44を介して信号絶縁器39に伝達される。そして、電流センサ36から信号絶縁器39に伝達された電気信号は、信号絶縁器39により信号線44を介して駆動制御部38の制御回路42に伝達される。図4の一点鎖線はシステムとして制御回路系と電力供給系との間に必要な絶縁を示している。一例として、開閉部33の接点部34及び電流センサ36を含む電力供給系と、駆動制御部38を含む制御回路系との間の絶縁を示している。
The
The
信号絶縁器39は、電流センサ36側で検出された電圧信号を適切な演算増幅器によるインピーダンス変換を行なうとともに、アナログ/デジタル変換を有する機能を持つことを一例として示している。デジタル化を行なうことは必須事項ではないので、検出された信号を絶縁化することで絶縁部を簡易的に実現している例として示している。加えて記載すれば、信号絶縁器39は市販されているデバイスであるため、絶縁機能を容易に実現できるものとして図への記載としている。もちろん、アナログ信号による絶縁も実現可能である。また、図示していないが、信号絶縁器39の電流センサ36側に電源供給を行なう電源機能は必要である。
As an example, the
信号絶縁器39で絶縁された電流センサ信号44sは信号線44を介して駆動制御部38の制御回路42に入力される。電流センサ36で検出された電圧信号は、制御回路42内の記憶部101に保管された電流計測パターン103で、モータ5への電力供給系の供給が開始されてからモータ5を磁気励磁するためのアドミッタンス成分およびモータのトルクを発生し駆動に関わるインダクター成分への始動電流が供給される。
モータ5が定格運転になった場合には、回転加速度は必要ではなくなりモータ5が定格運転を維持していくために、定格運転時にはモータ5が有するすべり成分を補充する電力供給が最低限必要であり、一定の供給電力が必要である。
The
When the
制御回路42内の記憶部101に保管された電流計測パターン103は、コピーされて記憶部101に複製電流計測パターン104として保存される。もし、電力供給系のモータ5が継続運転される場合は、定期的に定格運転電流の履歴を、制御回路42内の記憶部101に保管されている、可動接触子34c(接点部34)を制御するプログラムに加えて上述の履歴情報を評価できるプログラムを付加すれば良い。
また、初期の始動電流および始動期間の時間情報を制御回路42の記憶部101に格納しておくことが可能であるので、モータ5が交換されるまでの間の期間では電力供給を行なうモータの情報についての経時変化についても把握することが可能となる。
The
Further, since the initial starting current and the time information of the starting period can be stored in the
さらに、モータ5の交換が行われず電源供給系は定期点検などで電源供給が止められる場合もあるので、再度モータ5への電力供給が行われる場合にはすでに保管している始動電流および始動期間についての計測結果と比較評価することができ、この場合にはモータ5が持つインダクタンス成分についての変化履歴を確認(処理)することが可能となり、この変化量が大きいときにモータ5の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械の劣化診断を行なう重要な判断基準となる。
モータ5に供給される皮相電力については、
√3×供給電圧×供給電流
で決められた電力量を目安にすれば良い。
Further, since the
Regarding the apparent power supplied to the
The amount of power determined by √3 x supply voltage x supply current can be used as a guide.
記憶部101内の複製電流計測パターン104に保管されている始動電流期間において、複製電流計測パターン104に保管されている始動電流値を始動電流期間中に超えない場合は、駆動プログラムパターン102に記載するコイル部35を励磁しないシーケンスとするシーケンスを記憶部101の処理プログラムに組み込んでおけば、モータ始動時のサーマルリレーとしてのミストリップを防止することができる。
In the starting current period stored in the replication
次に、駆動制御部38の制御について説明する。
電流センサ36は、モータにかかる負荷電流を計測し、計測した負荷電流を電気信号(電流センサ信号44s)に変換して出力する。電流センサ36から出力された電流センサ信号44sは、信号線44に供給され、この信号線44に直列接続で挿入された信号絶縁器39を介して駆動制御部38の制御回路42に入力される。制御回路42は、電流センサ36から出力され、信号絶縁器39を介して入力された電流センサ信号44sに基づく負荷電流値が予め定めた閾値を超えたか否かを判定する。そして、制御回路42は、負荷電流値が閾値を超えた場合に「異常あり」と判定し、信号線45を介して駆動回路(パルス発生回路)43に駆動命令の信号45sを出力する。制御回路42から駆動命令の信号45sを受けた駆動回路(パルス発生回路)43は、配線46を通して開閉部33のコイル部35に駆動電力46sを供給してコイル部35のコイルを励磁する。コイル部35のコイルが励磁されたことにより可動接触子34cが一対の固定接触子34a及び34bから離れてオン状態からオフ状態となってコイル電源ライン26が遮断状態となり、電磁接触器20のコイル部35への電力供給が止まる。そして、コイル部35への電力供給が止まったことにより、電磁接触器20の接点部24もオン状態からオフ状態となり、主回路電線4を遮断してモータ5にかかる負荷電流を遮断する。
Next, the control of the
The
すなわち、駆動制御部38は、電流センサ36で計測された負荷電流値が予め設定した閾値を超えたときに開閉部33をオフ状態にして電磁接触器20でモータ5にかかる負荷電流を遮断する。
このように、この第1実施形態の過負荷保護継電器30は、モータ5の負荷電流に過負荷が検出されたときに開閉部33の作動を電子的に制御して負荷電流を遮断する。したがって、この第1実施形態によれば、従来のサーマルリレーのように開閉部の作動をバイメタルによる機械的な制御で行う場合と比較して、モータ5にかかる負荷電流をより高精度で遮断することが可能な過負荷保護継電器30、及びこの過負荷保護継電器30を備えたMCCユニット3並びに電源供給システム1を提供することができる。
また、この第1実施形態の過負荷保護継電器30は、主回路電線4、電流センサ36及び開閉部33の接点34を含む電力供給系と駆動制御部38を含む制御系とが信号絶縁器39及び開閉部33のコイル部35によって絶縁分離されているので、信頼性の向上を図ることができる。
That is, when the load current value measured by the
As described above, the
Further, in the
次に、モータ5が効率区分IE1(標準効率)またはIE2(高効率)のモータから、IE3(プレミアム効率)のモータに更新される場合について説明する。
定格運転時の供給電流には変化は無いものの、モータの始動時にはモータの巻線を構成する銅損が低く抑えられているため、電流計測パターン103の突入電流値と始動電流値は明らかに増大する。
Next, a case where the
Although there is no change in the supply current during rated operation, the inrush current value and starting current value of the
この場合、先に記載のコイル部35の励磁シーケンスには、電力供給系の始動電流値および始動電流期間の情報は、電流計測パターン103で検出された電流値情報と複製電流計測パターン104に保管されている電流値情報とが明らかに異なるので、複製電流計測パターン104に保管されている電力供給系の始動電流値および始動電流期間の情報を更新する手続きとし、さらに、この期間で可動接触子34cを開放するような駆動プログラムパターン102による駆動信号46sは発信しないことでモータ5のミストリップを防止できる。
当然のことながら、上述の皮相電力量の更新を行なうことは言うまでもない。
In this case, in the excitation sequence of the
As a matter of course, it goes without saying that the above-mentioned apparent electric energy is updated.
以降、モータ交換が行われず電源供給系は定期点検などで電源供給が止められる場合もあるので、再度モータへの電力供給が行われる場合には更新して保管している始動電流および始動期間についての計測結果と比較評価することができる。この場合にはモータ5が持つインダクタンス量とアドミッタンス成分についての変化履歴を確認(処理)することが可能であり、この変化量が大きいときにモータ5の電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械の劣化診断を行なう重要な判断基準となる。
記憶部101の複製電流計測パターン104に更新保管されている始動電流期間において、複製電流計測パターン104に保管されている始動電流値を始動電流期間中に超えない場合は、駆動プログラムパターン102に記載するコイル部35を励磁しないシーケンスとするシーケンスを記憶部101の処理プログラムに組み込んでおけば、モータ始動時の過負荷保護継電器30としてのミストリップを防止することができる。
After that, the motor may not be replaced and the power supply system may be stopped due to periodic inspections, etc., so if power is supplied to the motor again, the starting current and starting period that are updated and stored It can be compared and evaluated with the measurement result of. In this case, it is possible to confirm (process) the change history of the inductance amount and admittance component of the
If the starting current value stored in the replica
加えて、図4では制御回路42は記憶部101を内蔵するマイクロプロセッサを例に記載したが、マイクロプロセッサはシリアル通信インターフェースを備えることが可能である。図2で示しているようにMCCユニットにおける配線用遮断器10の制御回路12aおよび電磁接触器20の制御回路22aを過負荷保護継電器30の制御回路42と同様にマイクロプロセッサで構成することにより、制御回路12aのマイクロプロセッサおよび制御回路22aのマイクロプロセッサにシリアル通信インターフェースを備えていれば、電力供給ラインでモータへ供給する電流情報をMCCユニット3内の各装置(配線用遮断器10,電磁接触器20,過負荷保護継電器30)で情報共有することが可能となり、特に、モータ5への電力供給を開始する瞬間にモータ5に流れる始動電流による配線用遮断器10の過大電流によるミストリップ(誤遮断)を防止することができる。
In addition, in FIG. 4, the
配線用遮断器10、電磁接触器20、過負荷保護継電器30を統合したMCCユニット3として電力供給系の電流パターンの検出が可能となり、モータ5の電流始動パターンを把握した後にモータ5の電流パターンと初期のモータ電流パターンとを比較することで、モータ5の異常を判定することが可能となる。
図5で示しているモータの突入電流パターン、始動電流パターンおよび定格電流パターンを電流値データとしてサーマルリレーで検出保管されている電流値情報を、この第1実施形態の配線用遮断器、電磁接触器、過負荷保護継電器間で共有するシステムを構築しておけば、図5の突入電流動作期間での配線用遮断器の不要動作を防ぎ、加えて、同図の始動電流期間でのサーマルリレーに対応する過負荷保護継電器30の不要動作を防ぐことが可能となる。
The current pattern of the power supply system can be detected as an MCC unit 3 that integrates the
The inrush current pattern, starting current pattern, and rated current pattern of the motor shown in FIG. 5 are detected and stored by the thermal relay as current value data, and the current value information stored in the wiring breaker of the first embodiment is electromagnetically contacted. By constructing a system shared between the device and the overload protection relay, unnecessary operation of the wiring breaker during the inrush current operation period shown in Fig. 5 can be prevented, and in addition, the thermal relay during the starting current period shown in the figure can be prevented. It is possible to prevent unnecessary operation of the
また、例えば上位にモータ5を劣化診断監視し、モータ5で消費される電力をモニタリング監視するシステムに、MCCユニット3内のシリアル通信システムを接続することにより、モータ5の電力消費状況、モータ5の劣化診断による警報情報を的確に情報共有でき、工場設備の予知保全の的確な推進が可能となる。
Further, for example, by connecting the serial communication system in the MCC unit 3 to a system that monitors and monitors the deterioration of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係る過負荷保護継電器30Aは、上述の第1実施形態に係る過負荷保護継電器30とほぼ同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
すなわち、図6及び図7に示すように、この第2実施形態に係る過負荷保護継電器30Aは、第1実施形態の電流センサ36及び信号絶縁器39に換えて、ロゴスキーコイル方式の電流センサ50を備えている。他の構成は実施形態1と同様である。
(Second Embodiment)
The
That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the overload
図6に示すように、電流センサ50は、内部電源ラインLP2に直列接続で挿入された測定導体としてのバスバー(Bus-bar)51と、バスバー51の周辺に設置された空芯コイルとしてのロゴスキーコイル(Rogowski Coil)52とを有する。この電流センサ50は、バスバー51に流れる交流電流による磁界がロゴスキーコイル52と交差することでロゴスキーコイル52に誘起電圧が発生する。そして、この誘起電圧は測定電流の時間微分値(di/dt)となるため、積分器を通すことで測定電流に比例した出力信号(電流センサ信号44s)となる。この電流センサ50は、主回路電流が流れるバスバー51に沿った形態でロゴスキーコイル52を配置し、ロゴスキーコイル52の相互インダクタンスを用いて電流計測することができるので、バスバー51とロゴスキーコイル52との間の絶縁機能を確保することができる。
As shown in FIG. 6, the
図7では、バスバー51に並行に配置されたロゴスキーコイル52による電流検出を示している。図7に示すように、電流センサ50では、モータ5への電力供給時に必要な電流を、ロゴスキーコイル52及びバスバー51間の相互インダクタンス値と、バスバー51を流れる電流値の単位時間当たりの変化率と交流電流の各周波数の積の形で電圧として検出することができる。
FIG. 7 shows current detection by the Rogovski coils 52 arranged in parallel with the
電流センサ50は、内部電源ラインLp2及びバスバー51を通してモータ5にかかる負荷電流をバスバー51及びロゴスキーコイル52で計測し、計測した負荷電流を電気信号に変換して信号線44に出力する。そして、電流センサ50から信号線44に伝達された電気信号(電流センサ信号44s)は、駆動制御部38の制御回路42に伝達される。図7の一点鎖線はシステムとして制御回路系と電力供給系との間に必要な絶縁を示している。一例として、開閉部33の接点部34及び電流センサ50のバスバー51を含む電力供給系と、駆動制御部38を含む制御回路系との間の絶縁を示している。
The
ロゴスキーコイル52は、バスバー51側に流れている交流電流を、ロゴスキーコイル52とバスバー51との間の相互インダクタンスMと交流電流の角周波数ωにより、次の式(1)で示される電圧Vが検出される。
The
ここで、di/dtはバスバー51に流れる電流iの時間変化率を示している。上記の式(1)を時間に対する積分を行うことで電流値を計算することが可能となる。すなわち、電流センサ50は、モータ5にかかる負荷電流値を測定し、電流値を電圧信号(電流センサ信号44s)に変換して信号線44に出力する。そして、電流センサ50から出力された電圧信号は、信号線44を介して制御回路42へ送られる。制御回路42は、アナログ/デジタル変換を有する機能を持つことを例として示している。
Here, di / dt indicates the time change rate of the current i flowing through the
ADC内蔵のMPUでは、一定周期のサンプリング時間でADCを動作させ、上記の(1)式で計測されるロゴスキーコイル52で得られた電流センサ信号44sをサンプリング計測する。サンプリング計測された電圧値Vをサンプリング時間毎に電圧計測値を加算することがデジタルサンプリングにおける積分処理であり、この積分処理は、次の(2)式で表すことができる。
In the MPU with a built-in ADC, the ADC is operated with a sampling time of a fixed cycle, and the
例えば、商用周波数の電流計測を行う場合に、サンプリング周波数20KHzで上記の(2)式で示すサンプリング計測される電圧値Vnを1ミリ秒で加算し、次に1ミリ秒で計測される電圧値Vn+1、……を加算することを繰り返すことで、各々の計測区間で上記の(2)式を用いて電流In、In+1、……をデジタル的に演算することが可能となる。 For example, when measuring a current at a commercial frequency, the voltage value V n to be sampled and measured by the above equation (2) at a sampling frequency of 20 KHz is added in 1 millisecond, and then the voltage measured in 1 millisecond. the value V n + 1, by repeating the adding ..., current I n, I n + 1 at each measurement interval using the above equation (2), it is possible to digitally calculates .......
上記の式(1)及び式(2)で記載しているロゴスキーコイル52が持つ相互インダクタンスMや商用交流周波数ωについても、製品出荷前検査において一定の条件で得られる結果を上記MPUに内蔵されるメモリーに情報を格納しておけば、その上記保管データに基づいて補正することが可能となる。
Regarding the mutual inductance M and commercial AC frequency ω of the
電流センサ50で検出された電圧信号は、制御回路42内の記憶部101に保管された電流計測パターン103で、モータ5への電力供給系の供給が開始されてからモータ5を磁気励磁するためのアドミッタンス成分およびモータのトルクを発生し駆動に関わるインダクター成分への始動電流が供給される。
モータ5が定格運転になった場合には、回転加速度は必要ではなくなりモータ5が定格運転を維持していくために、定格運転時にはモータ5が有するすべり成分を補充する電力供給が最低限必要であり、一定の供給電力が必要である。
The voltage signal detected by the
When the
電流センサ50は、モータにかかる負荷電流を計測し、計測した負荷電流を電気信号(電流センサ信号44s)に変換して出力する。電流センサ50から出力された電流センサ信号44sは、駆動制御部38の制御回路42に入力される。制御回路42は、電流センサ50から出力された電流センサ信号44sに基づく負荷電流値が予め定めた閾値を超えたか否かを判定する。そして、制御回路42は、負荷電流値が閾値を超えた場合に「異常あり」と判定し、信号線45を介して駆動回路(パルス発生回路)43に駆動命令の信号45sを出力する。制御回路42から駆動命令の信号45sを受けた駆動回路(パルス発生回路)43は、開閉部33のコイル部35に駆動電力46sを供給してコイル部35のコイルを励磁する。コイル部35のコイルが励磁されたことにより可動接触子34cが一対の固定接触子34a及び34bから離れてオン状態からオフ状態となってコイル電源ライン26が遮断状態となり、電磁接触器20のコイル部35への電力供給が止まる。そして、コイル部35への電力供給が止まったことにより、電磁接触器20の接点部34もオン状態からオフ状態となり、主回路電線4を遮断してモータ5にかかる負荷電流を遮断する。
すなわち、駆動制御部38は、電流センサ50で計測された負荷電流値が予め設定した閾値を超えたときに開閉部33をオフ状態にして電磁接触器20でモータ5にかかる負荷電流を遮断する。
The
That is, when the load current value measured by the
このように、この第2実施形態に係る過負荷保護継電器30Aは、上述の第1実施形態に係る過負荷保護継電器30と同様に、モータ5の負荷電流に過負荷が検出されたときに開閉部33の作動を電子的に制御して負荷電流を遮断する。したがって、この第2実施形態においても、従来のサーマルリレーのように開閉部の作動をバイメタルによる機械的な制御で行う場合と比較して、モータ5にかかる負荷電流をより高精度で遮断することが可能な過負荷保護継電器30A、及びこの過負荷保護継電器30Aを備えたMCCユニット3並びに電源供給システム1を提供することができる。
また、この第2実施形態の過負荷保護継電器30Aは、主回路電線4、電流センサ50のバスバー51及び開閉部33の接点部34を含む電力供給系と電流駆動制御部38を含む制御系とが、電流センサ50のロゴスキーコイル52及び開閉部33のコイル部35によって絶縁分離されているので、信頼性の向上を図ることができる。
As described above, the
Further, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
1…電力供給システム
2…電力供給源
3…MCCユニット
4…主回路電線(電路)
5…モータ(電動機)
10…配線用遮断器
20…電磁接触器
21…開閉部
24…接点部
24a,24b…固定接触子
24c…可動接触子
25…コイル部
28…第1外部端子
29…第2外部端子
30…過負荷保護継電器
31…第1外部端子
32…第2外部端子
33…開閉部(スイッチ)
34…接点部(コンタクタ)
34a,34b…固定接触子(固定コンタクト部)
34c…可動接触子(可動コンタクト部)
35…コイル部
36…電流センサ
37…電源生成部
37A…整流回路
37B…電圧検出回路
37C…電源回路
38…駆動制御部
39…信号絶縁器
40…電源
41…スイッチ
42…制御回路
43…駆動回路
44,45…信号線
46…配線
50…電流センサ
51…バスバー(測定導体)
52…ロゴスキーコイル(空芯コイル)
101…記憶部
102…駆動プログラムパターン
103…電流計測パターン
104…複製電流計測パターン
Lp1,Lp2…内部電源ライン
1 ...
5 ... Motor (electric motor)
10 ... Molded
34 ... Contact part (contactor)
34a, 34b ... Fixed contact (fixed contact)
34c ... Movable contactor (movable contact part)
35 ...
52 ... Rogovski coil (air core coil)
101 ...
Claims (8)
前記電流センサから出力された電気信号を入力し、入力した電気信号に基づく負荷電流値が予め定められた閾値を超えたときに電磁接触器を駆動して前記電動機にかかる負荷電流を遮断する駆動制御部と、
を備えていることを特徴とする過負荷保護継電器。 A current sensor that measures the load current applied to the electric motor through the electric circuit, converts the measured load current into an electric signal, and outputs it.
A drive that inputs an electric signal output from the current sensor and drives an electromagnetic contactor to cut off the load current applied to the electric motor when the load current value based on the input electric signal exceeds a predetermined threshold value. Control unit and
An overload protective relay characterized by being equipped with.
前記駆動制御部は、前記信号絶縁器及び前記コイル部によって、前記電路、前記電流センサ及び前記接点部を含む電力供給系と絶縁分離されていることを特徴とする請求項2に記載の過負荷保護継電器。 The magnetic contactor includes a contact portion that is inserted into the electric circuit in series, and a coil portion that opens and closes the contact portion.
The overload according to claim 2, wherein the drive control unit is insulated and separated from the power supply system including the electric circuit, the current sensor, and the contact portion by the signal insulator and the coil portion. Protective relay.
前記駆動制御部は、前記電流センサの前記空芯コイル及び前記コイル部によって、前記電路及び、前記電流センサの前記測定導体及び前記接点部を含む電力供給系と絶縁分離されていることを特徴とする請求項4に記載の過負荷保護継電器。 The magnetic contactor includes a contact portion that is inserted into the electric circuit in series, and a coil portion that opens and closes the contact portion.
The drive control unit is characterized in that it is insulated and separated from the electric circuit and the power supply system including the measuring conductor and the contact portion of the current sensor by the air core coil and the coil portion of the current sensor. The overload protection relay according to claim 4.
前記電路を開閉する配線用遮断器及び前記電磁接触器と、
を備えていることを特徴とするMCCユニット。 The overload protection relay according to any one of claims 1 to 6.
A molded case circuit breaker that opens and closes the electric circuit, the electromagnetic contactor, and
An MCC unit characterized by being equipped with.
前記電路を開閉する開閉部、及び、前記開閉部の開閉を制御する駆動制御部を有する配線用遮断器及び電磁接触器と、を備え、
前記配線用遮断器及び前記電磁接触器の各々の前記駆動制御部は、デジタル処理及び通信機能を具備するデジタル処理装置を備え、
更に、前記過負荷保護継電器の前記記憶部に保管されたデータをシリアル通信によって前記配線用遮断器及び前記電磁接触器の各々の前記駆動制御部に送信する送信系を備えていることを特徴とするMCCユニット。 The overload protection relay according to claim 6 and
An opening / closing unit for opening / closing the electric circuit, and a molded case circuit breaker and an electromagnetic contactor having a drive control unit for controlling the opening / closing of the opening / closing unit are provided.
The drive control unit of each of the molded case circuit breaker and the magnetic contactor includes a digital processing device having digital processing and communication functions.
Further, it is characterized by including a transmission system that transmits data stored in the storage unit of the overload protection relay to the drive control unit of each of the molded case circuit breaker and the electromagnetic contactor by serial communication. MCC unit to do.
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