JPH0458723A - 電動機回転子コイルの温度監視装置 - 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〕 この発明は、電動機、特にかご形誘導電動機の回転子コ
イルの温度上昇値を監視することにより効率的な電動機
の運転を行うための電動機回転子コイルの温度監視装置
に関する。

〔従来の技術］ 周知のように、かご形誘導電動機は始動時に短時間では
あるが定格電流の数倍の大ｉｉｔ流が流れ急激な温度上
昇が生ずるという特徴がある。特に冷却ファンのように
慣性の大きな負荷では１回の始動で回転子コイルの温度
上昇値が１００″Ｃに達する場合もある。

このような始動時の温度上昇が特に問題になるのは容量
が大きい電動機の場合であるが、大容量のかご形誘５ｉ
Ｉｔ動機の回転子コイルの材質は一般に銅又は銅合金で
あり、これらは３００°Ｃ付近で引張り強度が低下する
という機械的強度の特性を持っているので、電動機の始
動時に回転子コイルが過度の温度にまで上昇すると、過
大なｔ流のために！磁力も増大するために、回転子コイ
ルに変形、切損を生ずる危険が増大する。そのため回転
子コイルの温度が過大にならないよう始動の頻度や回数
を制限する必要がある。

従来、許容始動回数は、電動機が停止後充分に時間が経
過していて回転子コイルも周囲温度になっている冷機状
態から始動するときには２回、定格負荷で連続運転した
ときの温度を越えない範囲での暖機状態からは１回と制
限して回転子が過大な温度にならないようにしている。

ｔＩ！子コイルは静止しているので、必要ならば温度セ
ンサを埋め込んで直接電機子コイルの温度を計測して合
理的な監視や運転をすることは可能であるが、回転子コ
イルは運転中には回転しているので、電機子コイルと同
じように温度センサを埋め込んで温度を計測するのは実
質的に不可能である。実験的、研究的にこのような回転
子コイルの温度計測が行われた例はあるが、実用される
電動機に適用された例はない。

このような事情から前述のように、大まかな条件の制限
を設けることにより、電動機が使用不可能になるような
故障を回避するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、始動回数を１回ないし２回に制限するこ
とにより回転子コイルの温度が過大にならないようにし
ているのであるが、このような始動回数の制限を設ける
場合、安全側に設定されるのが普通であるから、実際に
はもっと始動回数を増やして効率のよい運転が可能であ
るかも知れないという問題がある。この問題を解決する
ために前述のように温度センサを回転子コイルに埋め込
んで直接回転子コイルの温度を計測する方式は高価であ
るとともに、本来構造が簡単でかつ故障しにくいことが
特長であるかご形誘導電動機に余分なものを付属させる
ことになって、信鯨性が低下するという問題がある。

この発明はこのような問題を解決し、電動機に何も追加
することなしに、始動の可否の判定を合理的に行い効率
のよい運転が可能となる電動機回転子コイルの温度監視
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、演算手段
と、電動機の始動時、運転時、停止時それぞれの時刻、
温度上昇値及び温度上昇値の時間変化関数を記憶させる
記憶手段と、電動機の始動指令信号、実際の始動信号及
び停止信号を受信し前記演算手段に入力する入力手段と
、演算手段が演算した結果を出力する出力手段からなる
コンピュータを備え、前記演算手段が、前記始動指令信
号が入力されたときにこの信号の入力時点を基に始動予
定時刻を求め、最近の停止時刻とこの予定時刻との時間
差と停止時の温度上昇値とを前記停止時の温度上昇値時
間変化関数に代入して始動予定時刻における回転子コイ
ル温度上昇便を求め、始動時の温度上昇最高値を前記始
動時温度上昇便の時間変化関数から求めてこれと前記始
動予定時刻での回転子コイル温度上昇便と周囲温度値と
を加算した回転子コイル最高温度を求め、この回転子コ
イル最高温度値が回転子コイル許容温度を越えたとき前
記出力手段を介して始動不許可信号を出力した上で再度
始動指令信号の入力待ちの状態に戻り、越えないとき前
記出力手段を介して始動許可信号を出力し、前記始動信
号が入力されたときに、この信号を基に始動時刻を求め
て前記記憶手段に記憶させ、前記停止信号が入力された
ときに、この信号を基に停止時刻を求めて前記記憶手段
に記憶させるとともに、前記始動時刻とこの停止時刻と
の時間差を前記運転時の温度上昇値の時間変化関数に代
入して前記停止時刻での回転子コイルの温度上昇値を求
めて前記記憶手段に記憶させるものとする。

（作用〕 この発明の構成において、コンピュータを構成する記憶
手段によって電動機の始動時、運転時、停止時それぞれ
の開始時の時刻及びそれぞれのときの温度上昇値の時間
変化関数を記憶し、入力手段によって電動機の始動指令
信号、実際の始動信号及び停止信号を演算手段に入力し
、演算手段によって、入力手段を介して始動指令信号が
入力されたときに、この信号の入力時点を基に始動予定
時刻を求めて、最近の停止時刻とこの予定時刻との時間
差と停止時の温度上昇値とを停止時の温度上昇値時間変
化関数に代入して始動予定時刻における回転子コイル温
度上昇値を求め、始動時の温度上昇最高値を始動時温度
上昇値の時間変化関数から求め、これと先に求めた始動
予定時刻での回転子コイル温度上昇値と周囲温度債とを
加夏した回転子コイル温度最高値の推定値を求め、この
推定値が回転子コイル許容温度を越えたとき始動不許可
信号を出力して始動指令信号の入力待ちの状態に戻り、
越えないとき始動許可信号を出力する。

電動機が始動を開始してその旨を知らせる始動信号がコ
ンピュータに入力されたときに、この信号を基に始動時
刻を求めて記憶手段に記憶させて待機状態になり、停止
信号が入力されたときに、この信号を基に停止時刻を求
めて記憶手段に記憶させるとともに、先に記憶させた始
動時刻とこの停止時刻との時間差を運転時の温度上昇値
の時間変化関数に代入して停止時刻での回転子コイルの
温度上昇値を求めて停止時刻とともに記憶させることに
より、始動指令信号が入力されたときに前の運転条件を
考慮した始動時の回転子コイルの最高温度を推定するこ
とができるので、この推定温度が許容温度を越えるか否
かで始動許可、不強化を判定を行うことによって合理的
な始動の可否の判定が可能になる。

（実施例］ 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例における電動機回転子コイルの温度監視
装置のコンピュータの構成を示すブロック図である。こ
の図においてコンピュータ１は演算手段としての演算部
１１、記憶手段としての記憶部１２、入力手段としての
入力インターフェース１３、出力手段としての出力イン
ターフェース１４及びこれの間をデータ伝送する図の実
線で示すデータバスで構成されている。記憶部１２には
後述する回転子コイルの温度上昇を計算するための関数
があらかじめ記憶されており、また、始動信号が入力さ
れた時点のコンピュータ内蔵のタイマによる時刻が求め
られてこれも記憶部１２に記憶される。停止信号を基に
停止時刻を求め記憶するのも同様である。

演算部によって電動機始動の可否が判断され、可の場合
は始動許可信号を、否の場合は始動不許可信号が出力イ
ンターフェーズ１４を介して出力される。また、必要に
応し適宜デイスプレーなどの表示器に情報が表示される
。このコンピュータ１は実際には対象となる電動機が所
属する装置全体を制御するメインのコンピュータを使用
するｆ）＜９通であり、この発明を実施するために専用
のコンピュータが使用されるわけではない。

第２図はコンピュータ１の演算部１１が行う手順を示す
フローチャートである。この図において、ステップ間を
つなぐ矢印を持った線が鎖線の部分は次のステップの入
力信号が入力されるまで待機状態になることを表してい
る。コンピュータＩが５ＴＡＲＴ　したときには、ステ
ップ１０１「初期値設定」で後のステップで使用される
データの初期値が設定される。すなわち、前に停止した
時刻やその時点での回転子コー”イルの温度上昇値など
であるが、この時点では電動機は停止時点から充分大き
な時間が経過していて回転子コイルの温度は周囲温度に
なっているのが実際であるから、温度上昇値はＯ１停止
時刻は実際上無限の過去に相当する値が設定される。ス
テップ１０２の始動指令信号が入力されるまで待機状態
にあって、始動指令信号が入力されるとステップ１０３
でコンピュータＩに内蔵されているタイマが示す時刻が
始動予定時刻ｔ１として求められる。ステップ１０４で
始動予定時刻１、における回転子コイル温度上屏値Ｔ、
が後述の関数を用いて計算される。ステップ１０５で始
動したときの温度上昇最高値Ｔ、が計算され、二〇Ｔ、
と前述のＴ、及び周囲温度Ｔ、が加算されて始動時回転
子コンピュータ温度層高値の推定値Ｔ、が求められる０
判定部１０６でこの推定［’ｒ。

と回転子コイル温度許容［Ｔ、とが比較され、Ｔ２の方
が大きかったらステップ１０７で始動不許可信号を出力
した上でステップ１０２の前に戻って待機状態になり、
Ｔ、の方が小さかったらステップ１０８で始動許可信号
を出力した上で待機状態になる。始動許可信号が出力さ
れることによって電動機が電源に投入されるのであるが
、その間に時間差があり、また、別の理由で電動機の電
源投入が遅らされたり中止されたりすることがありうる
ので、実際に電動機が始動を開始するのと一致した始動
信号がステップ１０９によって入力されるようにしてい
る。始動許可信号が出力された後電動機が電源に投入さ
れる間にはリレーなどが介在するがこれらによる時間差
は僅かなので、始動許可信号が出力されると必ず電動機
が始動開始するという装置になっているのであれば、こ
の始動信号を省略して始動許可信号の出力時点を始動開
始時点とみなして始動時刻を求めても実用上差し支えな
い、ステップ１０９で始動信号が入力されるとステップ
１１０で始動時刻ｔ！を求めて記憶部１２に記憶させて
待機状態になり、電動機は運転状態が継続される。電動
機に対して停止信号が発せられると同時にステップ１１
１で停止信号が入力されステップ１１２で停止時刻ｔ、
を求めて記憶部１２に記憶させ、続いてステップ１１３
で停止時回転子コイル温度Ｔ、を演算して記憶部１２に
記憶させた上でステップ１０２の前に戻って次の始動指
令信号が入力されるまで待機状態になる。ステップ１１
２．１１３で求められた停止時刻ｔｓ、Ｔｓは前述のよ
うに次の始動の可否の判定の際に使用される。

第３図は始動時と運転時の回転子コイルの温度上昇値の
時間変化を示すグラフである。この図において、横軸は
時間ｔで始動時刻を０としている。

始動開始によって大きな始動電流が流れる結果、温度上
昇値Ｔは０から急激に上昇して最高温度上昇値Ｔ、に達
し、以下電流の低下ともあいまって温度上昇値Ｔは低下
して時間ｔが充分経過した後にこのときの回転子コイル
電流に応じた一定温度上昇値Ｔ７に収束する。第２図の
ステップ１０５における始動時の温度上昇最高値Ｔ、は
第３図のＴ、である。第２図のステップ１１３における
停止時回転子コイル温度上昇値Ｔ、は第３図の時点ｔ１
以降のグラフから求められる。ただし、時点ｔｓでの温
度上昇値では図示のθ、ではなく、このθ、に前の停止
後徐々に冷却して未だ周囲温度よりも高い状態の温度上
昇値を加算した値であり、この状態の温度上昇値はステ
ップ１０４で演算されたＴ１である。したがって、時点
１．以鋒の温度上昇値Ｔは１＝１．でＴ＝Ｔｓ　＋Ｔ、
が初期値になってＴ、に収束することになる。第３図は
したがって、Ｔ、＝０のときのグラフであるといえる。

始動時刻ｔ、から停止時刻ｔ、までの時間経過（ｔｓ　
　Ｌｘ　）後の温度上昇値Ｔがステップ１１３で演算さ
れ停止時回転子コイル温度上昇値Ｔ、である。

第４図は電動機が停止後の冷却によって回転子コイルの
温度上昇値Ｔが順次低下してゆく変化を示すグラフであ
る。この図において、横軸は時間ｔであり、停止時刻を
１＝０としている。したがって、次の始動時刻１．はこ
の図では（ｔ＋　　　ｔｓ　）の位置になり、この時点
での温度上昇値がステップ１０４で演算されるＴ１であ
る。

第３図や第４図の温度上昇＋［Ｔの時間変化を示すグラ
フは最も簡単には周知のように指数関数で表すことがで
きる。しかし、実際には、熱伝達率は温度の関数でもあ
るので、厳密には前述のような指数関数で表すのは妥当
ではない。記憶部１２にこのような温度上昇値Ｔの時間
ｔに対する関数を記憶させる方法には指数関数などの関
数の定数を記憶させる記憶方法の他にカーブを折線近似
して（ｔ＝　’ｒ、）の組み合わせをｔ、の小さい順に
並べて順次記憶させる方法、巾乗級数のように複数の関
数の和又は積で表現する方法など種々あるので、回転子
コイルの温度上昇を前述の直接計測する方法などを使っ
てより正確に把握した上で前述の関数近似により記憶部
１２に記憶させるようにすればよい。

なお、前述の実施例ではかご形式導電動機について述べ
たが、同期電動機の始動巻線にもこの発明を適用して効
果をあげることができる。同期電動機の始動巻線は始動
時だけ電流が流れるので、始動完了後の温度上昇値は０
に収束する関数になるという点がかご形式導電動機と異
なる０巻線形誘導電動機の場合、始動時には回転子コイ
ルに始動抵抗を接続しこの抵抗値を順次変えることによ
って始動電流を制限するとともに大きな始動トルクを得
るものであり、したがって、回転子コイルの温度上昇値
が電動機の始動回数に与える影響はかご形式導電動機は
どではないが、それでも始動時の回転子巻線の電流は定
格電流を越えるので、この発明を適用することによって
より効率的な運転管理が可能になる。ただ、巻線形式導
電動機の回転子コイルに流れる電流は接続される抵抗値
によって変化するのでこれをあらかしめ考慮した始動時
の温度上昇値の時間関数を設定する必要かある。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、コンピュータを構成する記憶
手段によって電動機の始動時、運転時、停止時それぞれ
の時刻及び温度上昇値の時間変化関数を記憶し、入力手
段を介して電動機の始動指令信号、実際の始動信号及び
停止信号を演算手段に入力し、演算手段によって、入力
手段を介して始動指令信号が入力されたときに、この信
号の入力時点を基に始動予定時刻を求めて、最近の停止
時刻とこの予定時刻との時間差と停止時の温度上昇値と
を停止時の温度上昇値時間変化関数に代入して始動予定
時刻における回転子コイル温度上昇値を求め、始動時の
温度上昇最高値を始動時温度上昇値の時間変化関数から
求め、これと先に求めた始動予定時刻での回転子コイル
温度上昇値と周囲温度値とを加箕した回転子コイル温度
最高値の推定値を求め、この推定値が回転子コイル許容
温度を越えたときに始動不許可信号を出力した上で始動
指令信号の入力待ちの状態に戻り、越えないときに始動
許可信号を出力することによって、回転子コイルの最高
温度推定値によって始動可否の判定を行うので合理的な
判断が可能になって効率の良い運転を行うことができる
という効果が得られる。

電動機が始動を開始してその旨を知らせる始動信号がコ
ンピュータに入力されたときに、この信号を基に始動開
始時刻を求めて記憶手段に記憶させて待機状態となり、
停止信号が入力されたときに、この信号を基に停止時刻
を求めて記憶手段に記憶させるとともに、先に記憶させ
た始動時刻とこの停止時刻との時間差を運転時の温度上
昇値の時間変化関数に代入して停止時刻での回転子の温
度上昇値を求めて停止時刻とともに記憶させることによ
り、始動指令信号が入力されたときに前の運転条件を考
慮した始動時の回転子コイルの初期値を求めることがで
きるので、電動機停止後充分に冷却される前に次の始動
を行う場合でも、回転子コイルの最高温度を正確に推定
することができることから、前述の始動可否の判定がよ
り正確になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例におけるコンピュータの構成
を示すブロック図、第２図は第１図の演算図が行う手順
を示すフローチャート、第３図は始動時と運転時の回転
子コイルの温度上昇値の時間変化関数を示すグラフ、第
４図は停止後の回転子コイルの温度上昇値の時間変化関
数を示すグラフである。 １・・・コンピュータ、１１・・・演算部（演算手段）
１２・・・記憶部（記憶手段）１．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）演算手段と、電動機の始動時、運転時、停止時それ
   ぞれの時刻、温度上昇値及び温度上昇値の時間変化関数
   を記憶させる記憶手段と、電動機の指導指令信号、実際
   の始動信号及び停止信号を受信し前記演算手段に入力す
   る入力手段と、演算手段が演算した結果を出力する出力
   手段からなるコンピュータを備え、前記演算手段が、前
   記始動指令信号が入力されたときにこの信号の入力時点
   を基に始動予定時刻を求め、最近の停止時刻とこの予定
   時刻との時間差と停止時の温度上昇値とを前記停止時の
   温度上昇値時間変化関数に代入して始動予定時刻におけ
   る回転子コイル温度上昇値を求め、始動時の温度上昇最
   高値を前記始動時温度上昇値の時間変化関数から求めて
   これと前記始動予定時刻での回転子コイル温度上昇値と
   周囲温度値とを加算した回転子コイル最高温度を求め、
   この回転子コイル最高温度値が回転子コイル許容温度を
   越えたとき前記出力手段を介して始動不許可信号を出力
   した上で再度始動指令信号の入力待ちの状態に戻り、越
   えないとき前記出力手段を介して始動許可信号を出力し
   、前記始動信号が入力されたときに、この信号を基に始
   動時刻を求めて前記記憶手段に記憶させ、前記停止信号
   が入力されたときに、この信号を基に停止時刻を求めて
   前記記憶手段に記憶させるとともに、前記始動時刻とこ
   の停止時刻との時間差を前記運転時の温度上昇値の時間
   変化関数に代入して前記停止時刻での回転子コイルの温
   度上昇値を求めて前記記憶手段に記憶させることを特徴
   とする電動機回転子コイルの温度監視装置。