JPH01231638A - 電動機の巻線温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、交流電動機等の電動機における巻線温度の検
出装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、電動機、特に交流電動機の制御装置において
、その巻線の加熱に対する保護・監視を行っｌｃす、巻
線の温度変化に伴う抵抗等の回路定数の変動に応じて制
御定数の補償を行ったりする目的で、電動機の巻線温度
を検出することがある。この場合ｒＪＩｓＣ１６０４Ｊ
で規定されるように、白金抵抗線等の様な温度係数の安
定した抵抗体を測温抵抗体として電動機に埋め込み、こ
の抵抗体に一定電流を流したときに生ずる電圧降下から
抵抗値の変化を求め、これを温度変化として検出するこ
とが行われている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、ｒＪ　Ｉｓ　　Ｃ１６０４Ｊの一例として、
基準抵抗値１００Ωの白金抵抗線による測温抵抗体に５
ｍＡの電流を印加した場合、その電圧降下０．５Ｖは、
通常の電子回路の信号レベルからみると極めて低レベル
であり、検出回路内におけるゲイン誤差、オフセット誤
差等の影響も無視できない。また、電動機内部のように
劣悪な電磁環境での巻線温度検出の場合、信号レベルに
対するノイズ・レベルの比、叩ちＳ／Ｎ比が無視しえな
い程に低下する恐れもある。さらに、ここで胴側される
測温抵抗体の両端間の電位差は、電流と抵抗値の積であ
ることから、上配測渇抵抗体に印加する電流値の誤差が
そのまま反映する。

そこで、従来は抵抗ブリッジ等の手段を用いて、温度の
計測を行なっていたが、このような従来の温度検出回路
は、回路構成が複雑になるという問題点を有していた。

さらに、温度センサが設置される電動機は、振動等の環
境条件が厳しいために、白金抵抗体の断線等の不良を生
じ易いが、すでに完成された電動機の測温抵抗体を交換
することは極めて困難である。そこで、１つの電動機に
複数の測温抵抗体を設ける、いわゆる冗長システムを構
成することがある。その場合、冗長化して設けた測温抵
抗体ひとつひとつに、前記のブリッジ回路を必要とする
ので、複数点の温度検出を行う場合は、回路構成が複雑
かつ膨大なものになるという問題点を有していた。

従って、本発明の目的は、簡単な回路構成で、高精度の
温度検出を行うことのできる電動機の巻線湿度検出装置
を提供するにある。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明に係る電動機の巻線温度検出装置は、直列接続さ
れた複数の測温抵抗体および該測温抵抗体と直列接続さ
れ温度に対して抵抗値の安定した基準抵抗体と、前記測
温抵抗体および基準抵抗体に一定電流を印加する定電流
源と、前記基準抵抗体における電位降下量に対する前記
各測温抵抗体における電位降下量の比から基準温度に対
する温度変化量を得る演算手段とから構成することを特
徴どする。

前記の巻線温度検出装置において、各測湿抵抗体にそれ
ぞれ定電圧ダイオードを並列接続し、前記測温抵抗体の
端子間電圧が前記定電圧ダイオードのツェナー電圧と等
しくなることを判別して前記測温抵抗体の断線を検出す
るよう構成すれば好適である。

［作用］ 本発明に係る電動機の巻線温度検出装置によれば、各測
温抵抗体には基準抵抗体と同一の電流が流れ、基準抵抗
体の端子間電圧に対する各測温抵抗体の端子間電圧の比
は、これらを流れる電流に関係なく、抵抗値の比に一致
するので、これら端子間電圧の比の変化に基づいて温度
変化を正確に測定することができる。

また、各測温抵抗体に並列に定電圧ダイオードを設ける
ことにより、いずれかの測温抵抗体が断線した時、これ
ど並列の定電圧ダイオードが導通して湿度計測を継続し
得ると共に、断線した測温抵抗体の端子間電圧が定電圧
ダイオードのツェナー電圧と等しくなることからその断
線状態を検出することができる。

［実施例］ 次に、本発明に係る電動機の巻線温度検出装置の実施例
につぎ、添イ４図面を参照しながら以下詳細に説明する
。

第１図は、三相誘導電動機１の各相の巻線Ｗ１、Ｗ２、
Ｗ３に、それぞれひとつずつ白金抵抗線からなる測温抵
抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を設けて温度センサとし、これら
を互いに直列に接続することにより、電動機１の巻線温
度の検出装置を構成したものである。なお、ここで使用
される測温抵抗体はｒＪＩｓ　　Ｃ１６０４Ｊで規定さ
れるような測温抵抗体としての特性を持つものとする。

測温抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３による直列回路には、一端
が接地された基準抵抗体ＲＯが直列接続され、これら測
温抵抗体と基準抵抗体との直列回路に、定電流源６から
定電流が供給されるよう回路構成される１、前記測温抵
抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３には定電圧ダイオ−ドアＤ１、Ｚ
Ｄ２．７Ｄ３が並列に接続されている。

定電流源６は、トランジスタ５及び演算増幅器４を有し
、該演算増幅器４の−・方の入力端子には電源電圧Ｖ、
を抵抗器Ｒ４、Ｒ５で分圧した基準電圧Ｖｏが加えられ
、他方の入力端子には基準抵抗体Ｒｏの端子電圧ｖ１１
ｏが加えられており、前記演算増幅器４はこれら電圧Ｖ
ｏとＶＲｏとを比較演算して１〜ランジスタ５のベース
に加え、両者が一致するようにそのベース電流を制御す
るよう構成されている。この結果、この定電流源回路は
、Ｖｏ／Ｒｏに相当する電流を出力し、定電流源として
の動作をする。従って、ここで用いる抵抗器Ｒｏ　、Ｒ
４、Ｒ５は温度による抵抗値の変化の少ないものとする
。

前記基準抵抗体Ｒｏおよび測温抵抗体Ｒ１、Ｒ２１，Ｒ
ａの各端子ＰｏＸＰ１、Ｒ２、Ｒ３の端子電圧ｖ　　、
ｖ　　、ｖ　　、ｖ　　と基準電ＲＯＲＩ　　　　Ｒ２
Ｒ３ 位点電圧Ｖｏは、アナログスイッチ２に加えられ、マイ
クロ１コンピユータ７からの選択信号Ｓによって前記各
電圧が順次選択され、それぞれ出ノｊ信号Ｖ８をアナロ
グ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する）
３に加えるよう回路構成される。なお、Ａ／Ｄ変換器３
は、アナログスイッチ２の出力■８を入力として、これ
をディジタルｆｆ１ＤＶに変換してデータ・コントロー
ルバス８に出ノ〕するよう構成される。

次に、前記構成からなる電動機の巻線温度検出装置の動
作につき説明する。

今、測温抵抗体Ｒ１、ＩＲ２、Ｒ３の基準温度にお【ノ
る抵抗値をｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、温度変化による抵抗値の
変化分をそれぞれΔｒ１、Δｒ２、Δｒ３どする。また
、基準抵抗体Ｒｏの抵抗値をｒＱとし、この値は温度が
変化しても変らずに一定とする。

−７＝ これらの直列抵抗体における各端子電圧ｖ　　、ｖ　　
、ｖ　　、ｖ　　、ｖ　　ハ、アナログＯＲＯＲＩ　　
　Ｒ２Ｒ３ スイッチ２により選択されてＡ／Ｄ変換器３に加えられ
、これら各抵抗の端子電圧に対するディジタル変換量Ｄ
　　、Ｄ　　１Ｄ　　、Ｄｏ　　　ｖｏ　　　ＶＩ　　
　Ｖ２ およびＤＶ３が得られる。ここで、Δ／Ｉ’）変換器３
の入力抵抗を無限大と仮定覆れば、アナログスイッチ２
のオン抵抗の影響は無視できる。そこで、Ａ／Ｄ変換器
３にお【プる変換ゲイン、その誤差及びオフセット誤差
をそれぞれに１に、ＶＯｆｆＳ。１とし、定電流除６か
らの定電流の大きさ及びその誤差をそれぞれｉ及びΔ１
とすれば、上記各ディジタル変換量は以下のように表わ
せる。

Ｄｏ＝Ｋ・に・■ｏｆｆｓ。１　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・　（２）Ｄｖｏ−Ｋ・に−（（ｉ＋Δ
１）−ｒ。

十Ｖ。Ｈｓｅｔ）　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（３）Ｄｖｌ−Ｋ・に−（（ｉ＋Δ
１）・（ｒＯ十ｒ１　＋へｒ１）十Ｖｏｆｆ８ｏｔ）・
・・・・・　（４）Ｄｖ２−Ｋ・に・（（１＋Δｉ）・
（ｒ。

＋ｒＩ　＋へｒ１　十ｒ２−４−Δｒ２）＋Ｖｏｆｆｓ
。１）　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・　（５）Ｄｖ３−Ｋ・に−（（ｉ＋Δｉ）
・（ｒＯ十ｒ１＋Δｒ１＋ｒ２＋△ｒ２＋ｒ３ ＋Δｒａ）４−Ｖ。ｆｆｓ。ｔ）　・・・・・・・・・
・・・　（６）そこで、各抵抗体Ｒｏ、ＩＲｌ、Ｒ２及
びＲ３の各端子間電圧（電位降下量）に対するディジタ
ル値をそれぞれＤ　　　、Ｄ ｒｔｖｏ　　　ｎｖｉ’ Ｄ　　及びＤ　　とすると、これらは以下のＲＶ２　　
　　ＲＶ３ ように表わせる。

ＤＲｖＯ−ＤｖＯ−Ｄｏ −Ｋ・に（ｉ斗△ｉ）・ｒＱ・・・・・・　（７）同様
に、 Ｄ＝Ｄ−Ｄ ＲＶＩ　　　ＶＩ　　　ＶＯ −Ｋ・に・　（ｉ　ト△１）　・ （ｒ１＋八ｒ１）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　（８）Ｄ　　−Ｄｖ２−Ｄｖｌ Ｖ２ −Ｋ・に・（ｉ＋Δ１）・ （ｒ２＋Δｒ２）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　（９）Ｄ＝Ｄ−Ｄ ＲＶ３　　　Ｖ３　　　Ｖ２ −Ｋ・に・（ｉ十Δ１）・ （ｒａ＋Δｒａ）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（１０）従って、基準抵抗体ＲＯの端子間電圧ＤＲＶ
。

に対する他の測温抵抗体Ｒ１〜Ｒ３の端子間電圧Ｄ　　
　、Ｄ　　　、Ｄ　　　の比は、ＲＶ１Ｒν２　　　Ｒ
Ｖ３ Ｄ　　　／Ｄ　　　＝（ｒｌ　＋Δｒ１）／ｒ’。

ＲＶＩ　　　ＲＶＯ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）ＤＲｖ
２／ＤＲＶｏ−（ｒ２＋△ｒ２）／ｒ。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１２）Ｄ　　
　　／Ｄ　　　　＝（ｒａ　　＋Δｒ３　）／ｒ。

ＲＶ３　　　　　ＲＶＯ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１３）となる
。

ここで、基準温度における測温抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３
の抵抗値ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を基準抵抗体Ｒｏの抵抗値ｒ
Ｑと等しいものとし、各測温抵抗体の温度係数をρとし
、各測温抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の基準温度からの温度
変化をそれぞれΔｔ　１Δｔ　　Δｔ　とすＲＩ　　　
　Ｒ２ゝ　　Ｒ３ ると、前記抵抗値の変化量Δｒ１、Δｒ２、Δｒ３は、
これらの積ρ・Δｔ　−ｒｇで表わされる。すなわち、
上記式（１１）〜（１３）は、ＤＲｖ１／ＤＲｖ〇 −ｒＯ・（１＋ρ・ΔｔＲ１）／ｒ〇 −１＋ρ・ΔｔＲ１・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１４）−１１〜 Ｄ　　　　／Ｄ　　　　＝１−１　　ρ　・Δｔ　　　
・・・・・・（１５）ＲＶ２　　　　　ＲＶＯＲ２ Ｄ　　　　／Ｄ　　　　＝１　＋ρ　拳Δｔ　　　・・
・・・・（１６）Ｒν３　　　　　ＲＶＯＲ３ となり、これら端子間電圧の比は、前記定電流１の誤差
Δ１、Ａ／Ｌ〕変換器３のゲイン誤差に、オフレット誤
差Ｖ　　　の影響を受（プｔｔｓｅｔ ず、各測温抵抗体の温度変化率ρ（定数）と基準温度ｔ
ｏからの温度変化分ΔｔＲ１、Δｔ　、ΔｔＲ３により
定まる量となり、その温度変化量Δｔ　、Δ↑　　Δ↑
　を容易に旧　　　　Ｒ２’　　　　Ｒ３ 且つ正確に求めることができる。

なお、この様に共通のＡ／Ｄ変換器３を用いて複数点の
電位を計測すると、個々の点の計測時刻にズレが生じる
。この為、第２図のタイミング・チャートに示すように
、各測定点Ｐｏ、Ｐ１、Ｒ２、Ｒ３を短時間に順次測定
する動作を繰り返す様、アナログスイッチ２をシーケン
ス制御して、ある計測時点で１つの測定点の端子電圧を
測定し、次の副側時点では隣接する測定点の仝ｉ：子電
圧電圧定するものとし、これらの差を順次演算するよう
にすれば、２点間の計測時点のズレを最小にして各測温
抵抗体の電圧降下を演算することができる。また、計測
対象が電動機の巻線温度のように、変化が測定周期に比
べて充分短かければ、この様なシーケンシャルな目測に
Ｊこる誤差は無視できる。

なお、電動機のように振動条件の劣悪な環境では、測温
抵抗体の断線を生ずることがある。この場合、本実施例
の様に基準抵抗体と各測温抵抗体とを直列に接続したの
みでは測定ができなくなる。そこで本実施例においては
、第１図に示す様に巻線温度検出装置の本体側、すなわ
ち電動機１から温度的に隔絶された場所に測温抵抗体Ｒ
１、Ｒ２、Ｒ３と並列に定電圧（ツェナー）ダイオード
ＺＤ１．７Ｄ２、ＺＤ３を設【プる。この場合、定電圧
ダイオードには、各測定点の最高温度にお（プる各測温
抵抗体の端子間電圧よりも高いツ工−１／１　− ナー電圧を有するものを選ぶ。すると、−・つの測温抵
抗体が断線したとき、これと並列の定電圧ダイオードが
導通するので、他の断線していない測温抵抗体は依然と
して直列接続構成されたままであるから、湿度計測を継
続することができる。また、断線した測温抵抗体につい
ても、端子間電圧演算結果が正常値Ｊ：り高く、定電圧
ダイオードのツェナー電圧と等しくなることから、その
測温抵抗体が断線したことを検出できる。

以上の様な演算動作の制御は、マイクロコンピュータ７
により行われる。マイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと
記づ）７はデータ・コントロールバス８を介してアナロ
グスイッチ２へ選択信号Ｓを与え、それに対応して各端
子電圧Ｖ１ＶＩｌｏ１ＶＲ１、Ｖｌ、２、ＶＲ３からそ
の１つが選択され、アナログスイッチ２から出力Ｖ　と
して出力される。この出力ｖ８のディジタル変換１１Ｄ
ｖをＡ／Ｄ変換器３から得る。このディジタル変換量Ｄ
Ｖを用いて、俊述のアルゴリズムにより白金抵抗線から
なる測温抵抗体の抵抗値変化を求め、さらに温度変化量
を求める演算を行う。また、その結果を巻線湿度の保護
・監視、制御定数の補償演算等に適用する。

第３図は、この様なＣＰＵ７の動作の概略フローチャー
［へを示す。

ＣＰＵ７はデータ・コントロールバス８を介して、アナ
ログスイッチ２へ選択信号Ｓを与え（Ａ１、Ａ２）、３
つの測温抵抗体及び基準抵抗体の端子電圧のうちから順
次１つづつ選んで、Ａ／Ｄ変換器３へ供給し、Ａ／Ｄ変
換器３でディジタル量に変換された電圧Ｄｖを読み込む
（Ａ３）。

ここで選択信号Ｓは、Ｓ−０，１，２，３，４の値を有
し、これらの値に対して、ぞれぞれ端子電圧ｖ、ＶＲｏ
、ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３が選択されるものとする。

このとき、Ｓ−０の場合は、読み込んだＹイジタル量り
、が基準抵抗体Ｒｏの端子電圧ＤＶｏとなり、上記式（
１７）から基準抵抗体Ｒ。

の両端子間の電位差ＤＲＶｏを演算する（Ａ１２）　　
。

Ｄ＝Ｄ−Ｄ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１７）ＲＶＯＶＯＯ また、Ｓ−Ｏでない場合は、読み込んだディジタルｆｆ
１Ｄ、が各測温抵抗体の端子電圧Ｄｖ１、Ｄ　　、Ｄ　
　であるから、これらの値より各側Ｖ２　　　Ｖ３ 湿紙抗体の各端子間電圧を求め（Ａ６）、これら端子間
電圧と基準抵抗体の端子間°電圧ＤＲＶＯ及び測温抵抗
体の温度計数ρを用いて、各測定点の温度変化量Δｔｒ
ｓを求める（Ａ８）。

この温度変化量△ｔｒｓを用いれば測定点の湿度を求め
ることができる。以上の各ステップにより、下記式（１
８）の演算が行われ、測定点の温度ｔが求まる。

Ｄｖｎ　　’　ｖｎ−１ ｔ＝［−１］／ρ＋ｔ。

ＲｖＯ ＲＶｎ ＝−［−−１］　／ρ＋ｔ、　ｏ　　・・・・・・（１
８）ＲＶＯ ここでｔｏ　：白金抵抗線の抵抗値を規定する基準温度 またこのとき、その測温抵抗体にお１プる電圧降下Ｄ　
　　、Ｄ　　　、または’ＲＶ３がツ工ＲＶＩ　　　　
　ＲＶ２ ナー電圧ｖＺＤ程度である場合は、その測温抵抗体の断
線と判定しくＡ７）、測温抵抗体断線の警報を出ノ〕す
る（Ａ１３）。

検出が終わると、次の端子電圧に対して検出動作を実施
するために、繰り返し動作のためパラメータＳを更新し
くＡ９、△１０１Ａ１１）、その後送の検出動作に入る
。

［発明の効果］ 前）ホしたところから明らかなＪ：うに、本発明にＪ：
れば、電動機の巻線温度検出の為に複数点に配列された
測温抵抗体を、基準抵抗体と直列に接続してこれらに一
定電流を供給し、その電圧降下から複数点の温度を検出
する様に回路構成したので、前記検出回路の主要部分を
共通に使用でき、回路構成を簡略化覆ることができる。

また、基準抵抗体の端子間電圧に対する各測温抵抗体の
端子間電圧の比から、各々の抵抗の変化量を検出するよ
うにしたことにより、測温抵抗体に供給する電流の誤差
や検出・変換回路のゲイン誤差、オフセット誤差等の影
響が少ない。

また、測温抵抗体を直列に接続して、その両端の端子電
圧を検出するようにしたので、見掛は上の信号レベルを
大きくすることができ、その結果ノイズ等の影響を受け
にくくすることができる。

さらに、各測温抵抗体に並列に定電圧ダイオードを設け
ることにより、測温抵抗体の断線に際しても、他の断線
していない測温抵抗体の直列回路構成を維持できるため
、温度計測が引き続き可能であるばかりでなく、断線し
た測温抵抗体に対応した電位差がツェナー電圧の値に上
昇するので、測温抵抗体の断線も容易に検知することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動機の巻線温度検出装置の一実
施例を示すブロック回路図、第２図は第１図に示ず装置
の動作状態を示すタイミング・チャート図、第３図は第
１図に示す装置の動作手順を示すフローチャート図であ
る。 １・・・誘導電動機 Ｗｌ、Ｗ２、Ｗ３・・・電動機巻線 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・白金抵抗線 （測温抵抗体） Ｒｏ・・・基準抵抗体 Ｒ４、Ｒ５・・・分圧抵抗器 ７Ｄ１〜ＺＤａ・・・定電圧ダイオード２・・・アナロ
グスイッチ ３・・・Δ／Ｄ変換器 ４・・・演算増幅器 ５・・・トランジスタ ６・・・定電流源 ７・・・マイクロコンピュータ ８・・・データ・コントロールバス 一　　２０　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直列接続された複数の測温抵抗体および該測温抵
   抗体と直列接続され温度に対して抵抗値の安定した基準
   抵抗体と、前記測温抵抗体および基準抵抗体に一定電流
   を印加する定電流源と、前記基準抵抗体における電位降
   下量に対する前記各測温抵抗体における電位降下量の比
   から基準温度に対する温度変化量を得る演算手段とから
   構成することを特徴とする電動機の巻線温度検出装置。
2. （２）各測温抵抗体にそれぞれ定電圧ダイオードを並列
   接続し、前記測温抵抗体の端子間電圧が前記定電圧ダイ
   オードのツェナー電圧と等しくなることを判別して前記
   測温抵抗体の断線を検出するよう構成してなる請求項１
   記載の電動機の巻線温度検出装置。