JP3215336B2 - センサレスポンプ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工事現場等で給排
水作業を行うセンサレスポンプ制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】工事現場等で給排水作業を行うために用
いられるポンプ制御装置は、通常、液面センサとして機
能する電極棒を有するものである。ところが、このよう
な液面センサを有するポンプ制御装置は、電極棒への汚
物の付着による液面の誤検出をさけるために定期的に汚
物除去作業を行わなければならないなどメインテナンス
上に難点を有するものである。

【０００３】そこで、近時は、電極棒等の液面センサを
持たないポンプ制御装置が次第に多く用いられるように
なってきている。液面センサを持たないこのようなポン
プ制御装置は、通常、「センサレスポンプ制御装置」と
呼ばれている。このセンサレスポンプ制御装置は、液面
が低下しポンプが空転状態になったことを、ポンプ駆動
用交流電動機の電流低下によって検出してポンプの運転
のオンオフを行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のセンサ
レスポンプ制御装置は、上記の空転状態の検出の他に
も、過電流状態及び欠相状態を検出して交流電動機を保
護しなければならないため、電流検出器、各状態の判別
回路、タイマ等を数多く設けなければならず複雑な構成
となっていた。特に、交流電動機が３相の場合は、各相
毎の欠相状態を検出しなければならないために電流検出
器も３個用いなければならず、コスト的にも不利なもの
となっていた。

【０００５】また、従来のセンサレスポンプ制御装置
は、空転状態、過電流状態、欠相状態のいずれかの異常
状態を検出した場合は直ちにポンプ運転を停止させるよ
うにしているが一定時間経過した後は再度ポンプ運転を
一律に行うようにしている。したがって、上記の異常状
態が継続している限りはポンプの間欠運転が繰り返され
ることになる。この場合、間欠運転が行われている間に
水位が変化したり、弁に付着していたゴミ等が除去され
ることにより正常状態に戻ることも考えられるので、空
転状態及び過電流状態を検出した場合に間欠運転が継続
されることについては充分に意味がある。しかし、欠相
状態を検出した場合は、その後に欠相状態が復旧するわ
けではないため、間欠運転を継続することは無意味であ
り、却って交流電動機の焼損事故を招く虞がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、構成を簡単化してコストダウンを図ると共に、交
流電動機が３相用のものである場合には、その欠相状態
を検出した際に間欠運転を繰り返すことのないセンサレ
スポンプ制御装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、３相又は単相の交流電源に電
磁接触器の主接点を介して電源コネクタを接続し、この
電源コネクタにポンプ駆動用の３相交流電動機又は単相
交流電動機を接続して成るセンサレスポンプ制御装置で
あって、前記３相又は単相のいずれか１相に介挿された
主接点に流れる電流を検出し、この検出に基づき前記電
源コネクタと前記交流電動機とが接続状態にあることを
示すコネクタ接続検出信号を出力する、コネクタ接続検
出回路と、前記いずれか１相に流れる電流を検出する電
流検出器と、前記電流検出器の検出に基づいて、いずれ
かの相が欠相した状態若しくは過電流状態又は空転状態
で前記交流電動機の運転が行われている場合に異常信号
を出力する異常信号出力回路と、前記コネクタ接続検出
回路及び前記異常信号出力回路からの各信号の入力状態
に基づき前記電磁接触器の主接点のオンオフを制御する
制御回路部と、を備え、しかも、前記制御回路部は、前
記異常信号出力回路から前記異常信号を入力した場合
に、前記電磁接触器の主接点を少なくとも所定時間が経
過するまではオフにすると共に、前記コネクタ接続検出
回路からのコネクタ接続検出信号が遮断されているとき
には、前記電源コネクタと前記交流電動機とが非接続状
態にあると判別するか、あるいは前記いずれか１相又は
このいずれか１相と共に閉ループ回路を形成する他の相
が欠相状態にあると判別して、前記電磁接触器の主接点
を前記所定時間が経過した後も継続してオフにするもの
である、ことを特徴とする。

【０００８】上記構成では、電流検出器はいずれか１相
に取り付ければよい。そして、コネクタ接続検出回路
は、このいずれか１相に介挿された主接点に流れる電流
を検出した場合にコネクタ接続検出信号を出力する。制
御回路部は、このコネクタ接続検出信号を入力している
場合のみ電磁接触器の主接点をオンにし、そうでなけれ
ば強制的にオフにする。したがって、作業員が電源コネ
クタの接続作業を行う際の感電事故を防止することがで
きる。

【０００９】また、交流電動機の通常の欠相状態、過電
流状態、及び空転状態は、電流検出器の電流検出に基づ
き判別することができ、異常信号出力回路はこの電流検
出に基づき第１又は第２の異常信号を出力する。制御回
路部は、これらの異常信号を入力した場合には電磁接触
器の主接点を少なくとも所定時間はオフにする。一方、
電流検出器が取り付けられている相、又はこの相と共に
閉ループを形成している相が欠相している場合にはコネ
クタ接続検出回路がコネクタ接続検出信号を出力しなく
なる。これにより制御回路部は電磁接触器の主接点をオ
フにする。つまり、コネクタ接続検出回路が異常信号出
力回路の補助的な役割を果たしている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。図１は、本発明の実施形態に係るセンサ
レスポンプ制御装置の回路構成図である。この図におい
て、３相２００Ｖの交流電源のＲ，Ｓ，Ｔ相の各端子に
電磁接触器Ｍｃの主接点が接続され、更にこの主接点に
交流電動機としての３相誘導電動機Ｍ（本実施形態で
は、０．７５ｋｗ〜７．５ｋｗ程度の容量の電動機を想
定している。）のＵ，Ｖ，Ｗ相の各端子が接続されてい
る。この主接点と誘導電動機ＭのＵ，Ｖ，Ｗ相の各端子
との間の接続は電源コネクタ（図示せず）を介して行わ
れている。

【００１１】電磁接触器Ｍｃの主接点２ａには、抵抗Ｒ
1及びダイオードＤ1から成る直列接続体が並列接続され
ており、また、主接点２ｂには抵抗Ｒ2、ダイオードＤ
2、抵抗Ｒ3の直列接続体が並列接続されると共に抵抗Ｒ
3にフォトカプラＰ．Ｃの発光ダイオードが並列接続さ
れている。ダイオードＤ1，Ｄ2は、それぞれ抵抗Ｒ1，
Ｒ2に電流が流れたときのワットロスを半波整流を行う
ことにより削減するためのものである。本実施形態で
は、上記のダイオードＤ1，Ｄ2、抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3、
及びフォトカプラＰ．Ｃの発光ダイオードによりコネク
タ接続検出回路が構成されている。

【００１２】主接点２ｂと誘導電動機ＭのＷ相の端子と
の間には電流検出器であるＣＴ３が取り付けられてい
る。ＣＴ３の２次側からの電流検出信号は、はダイオー
ドブリッジＢＤにより形成された整流器４に出力される
ようになっている。整流器４には、電流検出信号を電圧
信号として取り出すための抵抗Ｒ4及び可変抵抗ＶＲの
直列負荷が接続されており、更にこの直列負荷に過大電
圧を防止するためのツェナーダイオードＺＤ2が並列接
続されている。

【００１３】ツェナーダイオードＺＤ2には抵抗Ｒ5，Ｒ
6の直列接続体が並列接続されており、その共通接続点
からの所定レベル以上の電圧信号が第１の異常信号とし
て制御回路部７に出力されるようになっている。また、
抵抗Ｒ5の一端側には、抵抗Ｒ7，Ｒ9が直列接続されて
おり、抵抗Ｒ9の他端側からの所定レベル以下の電圧信
号が第２の異常信号として制御回路部７に出力されるよ
うになっている。なお、抵抗Ｒ8が並列接続され一端側
が抵抗Ｒ7，Ｒ9の共通接続点に接続されているコンデン
サＣ2は平滑用のものである。上記の整流器４、可変抵
抗ＶＲ、ツェナーダイオードＺＤ2、抵抗Ｒ4〜Ｒ9、コ
ンデンサＣ2により異常信号出力回路が構成されてい
る。

【００１４】制御回路部７は、ツェナーダイオードＺＤ
1が並列接続されたコンデンサＣ1により電源供給されて
いる。このコンデンサＣ1は、３相交流電源のＲ相及び
Ｔ相よりダイオードＤ3及び抵抗Ｒ3を介して充電される
ようになっている。そして、制御回路部７には、フォト
カプラＰ．Ｃのフォトトランジスタ８からのコネクタ接
続検出信号や、上記の異常信号出力回路からの第１及び
第２の異常信号が入力されるようになっており、制御回
路部７は、これらの信号の入力に基づき駆動回路部９に
制御信号を出力するようになっている。なお、制御回路
部７は、プログラムを組み込むことが可能なＰＬＡＴ−
ＩＣにより形成されている。駆動回路部９は、制御回路
部７からの制御信号の入力に基づき電磁接触器Ｍｃをオ
ンオフさせるようになっている。駆動回路部９の出力側
は、３相２００Ｖの交流電源のＲ，Ｔ相と電磁接触器Ｍ
ｃのコイル１を介して接続されており、このコイル１へ
の通電制御により主接点のオンオフを制御するようにな
っている。なお、ＺＲ1，ＺＲ2はサージアブソーバであ
る。

【００１５】次に、図１のように構成されるセンサレス
ポンプ制御装置の作用の概略につき説明する。工事現場
において、作業員は誘導電動機Ｍの端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電
源コネクタを接続した後、配電盤スイッチをオンにして
３相交流電源の端子Ｒ，Ｓ，Ｔを接続し、更に運転開始
ボタン（図示せず）を押す。このとき、３相交流電源の
端子Ｔ→抵抗Ｒ2→ダイオードＤ2→抵抗Ｒ3→端子Ｗ→
誘導電動機Ｍ→端子Ｕ→ダイオードＤ1→抵抗Ｒ1→３相
交流電源の端子Ｒの閉ループ回路に電流が流れるので、
抵抗Ｒ3の両端電圧によりフォトカプラＰ．Ｃの発光ダ
イオードが発光動作を行い、コネクタ接続検出信号とし
ての光信号がフォトカプラＰ．Ｃのフォトトランジスタ
８に出力される。フォトトランジスタ８はこのコネクタ
接続検出信号を電磁接触器Ｍｃのコイル１の通電許可指
令として制御回路部７に出力する。

【００１６】制御回路部７は、運転開始ボタンからの運
転開始指令と上記のコネクタ接続検出信号との双方を入
力した場合のみ駆動回路部９に対して通電制御信号を出
力する。駆動回路部９は、この通電制御信号の入力に基
づき電磁接触器Ｍｃのコイル１に通電を行う。これによ
り、主接点がオンとなり、３相交流電源からの交流電力
が誘導電動機Ｍに供給される。

【００１７】このとき、もし誘導電動機Ｍの端子Ｕ，
Ｖ，Ｗに電源コネクタが接続されていないとすると、上
記の閉ループ回路に電流は流れず、フォトカプラＰ．Ｃ
の発光ダイオードがコネクタ接続検出信号を出力するこ
とはない。したがって、作業者がいくら運転開始ボタン
を押したとしても、制御回路部７は通電制御指令を駆動
回路部９に出力することはなく、主接点がオンとなるこ
とはない。すなわち、作業者が電源コネクタを誘導電動
機Ｍに接続した後、最後に配電盤のスイッチをオンにし
た場合のみ運転開始ボタンの操作が有効となる。したが
って、本発明では、従来のセンサレスポンプ制御装置に
おいては設けられていなかった電源コネクタを新たに追
加した構成となっているが、この電源コネクタの接続作
業を作業員が現場で行う際に感電事故が発生しないよう
に配慮がなされている。

【００１８】さて、上記のように主接点がオンとなり、
誘導電動機Ｍの運転が行われると、制御回路部７は抵抗
Ｒ5，Ｒ6の共通接続点からの電圧信号、及び抵抗Ｒ9の
他端側からの電圧信号をＣＴ３からの電流検出信号とし
て入力する。この状態でもし誘導電動機Ｍに過負荷状態
が発生すると、抵抗Ｒ5，Ｒ6の共通接続点からの電圧信
号のレベルが所定以上となり、これが第１の異常信号と
して制御回路部７に出力される。これにより制御回路部
７は通電停止指令を駆動回路部９に出力し、電磁接触器
Ｍｃのコイル１への通電を停止させて主接点をオフにす
る。

【００１９】そして、誘導電動機Ｍに空転状態が発生す
ると、抵抗Ｒ9の他端側からの電圧信号のレベルが所定
以下となり、これが第２の異常信号として制御回路部７
に出力される。これにより、上記と同様にして、制御回
路部７は通電停止指令を駆動回路部９に出力し、電磁接
触器Ｍｃのコイル１への通電を停止させて主接点をオフ
にする。なお、第２の異常信号すなわち空転時の異常信
号が第１の異常信号とは異なり、抵抗Ｒ9の他端側から
発生されるようになっているのは、空転時における電圧
信号のレベルは低くなるため、抵抗Ｒ5，Ｒ6の共通接続
点よりも電位の高い個所から異常信号を取り出す必要が
あるからである。なお、制御回路部７は、タイマを有し
ており、第１の異常信号又は第２の異常信号の入力に基
づき電磁接触器Ｍｃをオフにした場合は、所定時間経過
後に再度電磁接触器Ｍｃをオンにするようになってい
る。

【００２０】また、誘導電動機Ｍに欠相状態が発生した
場合を考えてみると、例えば、Ｗ相が欠相していればＣ
Ｔ３が検出する電流はゼロとなるので制御回路部７には
第２の異常信号が出力され、Ｕ相（Ｗ相と共に閉ループ
回路を形成する相）が欠相していればＶ−Ｗ間に流れる
電流が増大するので制御回路部７には第１の異常信号が
出力される。そして、Ｗ相又はＵ相のいずれかが欠相し
ている場合は、コネクタ接続検出回路内のフォトカプラ
Ｐ．Ｃの発光ダイオードも、それまで発していた光信号
を発しなくなるので、制御回路部７は通電許可指令とし
てのコネクタ接続検出信号を入力できなくなる。したが
って、タイマに設定された所定時間の経過の有無にかか
わらず、電磁接触器Ｍｃが再度オンになることはなく、
欠相状態の場合の間欠運転が防止される。

【００２１】但し、本発明では、構成の簡単化、部品点
数の削減のためにＶ相についてはコネクタ接続検出回路
を省略した構成としてあるため、Ｖ相欠相時には間欠運
転になる。しかし、この場合でも、最終的には、誘導電
動機Ｍ自体が内蔵している機能によって電動機の保護が
行われることになる。

【００２２】次に、図１の動作の具体例を図２のフロー
チャートに基づき説明する。作業員が電源コネクタの接
続作業を行った後、配電盤のスイッチを投入すると制御
回路部７に電源電圧が印加され（ステップ１０１）、制
御回路部７は初期設定動作を行う（ステップ１０２）。
そして、制御回路部７は、３相誘導電動機Ｍと電源コネ
クタとの接続が行われているか否かを判別し（ステップ
１０３）、行われていないと判別した場合にはタイマ＃
１で０．５秒を計測した後に電磁接触器Ｍｃをオフにし
（ステップ１０４，１０５）、その後ステップ１０３に
戻るようにする。

【００２３】一方、ステップ１０３で、３相誘導電動機
Ｍと電源コネクタとの接続が行われていると判別した場
合、制御回路部７は、タイマ＃１で０．５秒を計測した
後に電磁接触器Ｍｃをオンにし（ステップ１０６，１０
７）、その後異常信号出力回路からの信号の入力に基づ
き過電流状態又は欠相状態が発生しているか否かを判別
する（ステップ１０８）。そして、過電流状態も欠相状
態も発生していないと判別した場合は、次に空転状態が
発生しているか否かを判別し（ステップ１０９）、空転
状態も発生していないと判別した場合はステップ１０３
に戻るようにする。

【００２４】過電流状態若しくは欠相状態又は空転状態
が発生している場合、すなわちステップ１０８又はステ
ップ１０９の判別結果が「ＹＥＳ」の場合、制御回路部
７はタイマ＃２で１．５秒を計測した後に電磁接触器Ｍ
ｃをオフにする（ステップ１１０，１１１）。制御回路
部７は、その後タイマ＃２が３０秒を計測するのを待っ
て、全てのタイマ＃１，＃２をリセットし（ステップ１
１２，１１３）、ステップ１０３に戻るようにする。

【００２５】上述したように、誘導電動機ＭのＷ相が欠
相している場合はステップ１０９での判別が「ＹＥＳ」
となり、Ｕ相が欠相している場合にはステップ１０８で
の判別が「ＹＥＳ」となるが、その後のステップ１０３
での判別はコネクタ接続検出信号が制御回路部７に入力
されないために「ＮＯ」となる。したがって、間欠運転
が行われることはない。一方、誘導電動機ＭのＶ相が欠
相している場合はステップ１０８での判別が「ＹＥＳ」
となり、その後のステップ１０３での判別も「ＹＥＳ」
となる。したがって、ステップ１０７で電磁接触器Ｍｃ
がオンとなり、間欠運転が行われてしまうことになる。
しかし、既述したように、本発明では構成の簡単化にウ
エイトを置いているために、この不都合を容認すること
としている。

【００２６】なお、上記の実施形態は、交流電源が３相
で交流電動機が３相誘導電動機Ｍの場合を例に取り説明
したものであるが、本発明の技術は単相交流電源及び単
相交流電動機の場合についても適用可能である。この場
合は、図１における抵抗Ｒ1及びダイオードＤ1の直列接
続体は不要となり、また、欠相状態の有無を判別するの
は無意味となるので（欠相状態が発生すれば必ず運転が
停止する）、異常信号出力回路は過電流状態又は空転状
態の場合に異常信号を出力することになる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電流検
出器の取り付け個数を１つとし、電磁接触器の主接点と
交流電動機との間に電源コネクタを介在させると共に、
この電源コネクタの接続を検出するコネクタ接続検出回
路を設け、このコネクタ接続検出回路がコネクタ接続検
出信号を出力していない場合は、電源コネクタが非接続
状態にあるか欠相状態が発生していると見なして電磁接
触器の主接点のオフ状態を継続するようにしているの
で、構成を簡単化してコストダウンを図ることができる
と共に、交流電動機が３相用のものである場合には、そ
の欠相状態を検出した際に間欠運転を繰り返すことのな
いセンサレスポンプ制御装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るセンサレスポンプ制御
装置の回路構成図。

【図２】図１の動作の具体例を説明するためのフローチ
ャート。

【符号の説明】

Ｍｃ 電磁接触器 １ 電磁接触器Ｍｃのコイル ２ａ，２ｂ 主接点 ３ ＣＴ（電流検出器） ４ 整流器（異常信号出力回路） ７ 制御回路部 ８ フォトカプラＰ．Ｃのフォトトランジスタ ９ 駆動回路部 Ｄ1，Ｄ2 ダイオード（コネクタ接続検出回路） Ｒ1〜Ｒ3 抵抗（コネクタ接続検出回路） Ｒ4〜Ｒ9 抵抗（異常信号出力回路） ＶＲ 可変抵抗（異常信号出力回路） ＺＤ2 ツェナーダイオード（異常信号出力回路） Ｃ2 平滑コンデンサ（異常信号出力回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−56819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−237197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−99722（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−133381（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−300788（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−189476（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−64849（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−105994（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 49/00 - 49/24 F04D 15/00 - 15/02 H02H 7/06 - 7/097 H02P 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相又は単相の交流電源に電磁接触器の主
   接点を介して電源コネクタを接続し、この電源コネクタ
   にポンプ駆動用の３相交流電動機又は単相交流電動機を
   接続して成るセンサレスポンプ制御装置であって、 前記３相又は単相のいずれか１相に介挿された主接点に
   流れる電流を検出し、この検出に基づき前記電源コネク
   タと前記交流電動機とが接続状態にあることを示すコネ
   クタ接続検出信号を出力する、コネクタ接続検出回路
   と、 前記いずれか１相に流れる電流を検出する電流検出器
   と、 前記電流検出器の検出に基づいて、いずれかの相が欠相
   した状態若しくは過電流状態又は空転状態で前記交流電
   動機の運転が行われている場合に異常信号を出力する異
   常信号出力回路と、 前記コネクタ接続検出回路及び前記異常信号出力回路か
   らの各信号の入力状態に基づき前記電磁接触器の主接点
   のオンオフを制御する制御回路部と、 を備え、しかも、前記制御回路部は、 前記異常信号出力回路から前記異常信号を入力した場合
   に、前記電磁接触器の主接点を少なくとも所定時間が経
   過するまではオフにすると共に、 前記コネクタ接続検出回路からのコネクタ接続検出信号
   が遮断されているときには、前記電源コネクタと前記交
   流電動機とが非接続状態にあると判別するか、あるいは
   前記いずれか１相又はこのいずれか１相と共に閉ループ
   回路を形成する他の相が欠相状態にあると判別して、前
   記電磁接触器の主接点を前記所定時間が経過した後も継
   続してオフにするものである、 ことを特徴とするセンサレスポンプ制御装置。