JPS5843403Y2 - 電動機の過負荷保護装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電動機の過負荷保護装置に関するものである。

従来、電動機の過負荷継電器としては熱応動型過負荷継
電器が一般的に適用されてきた。

以下、これを説明するに当り、まず第１図により電動機
駆動制御主回路について説明する。

第１図の電動機駆動制御主回路においては、交流電源１
０から遮断器１１を介して交流電力を可制御整流器１２
に導いて直流電力に変換し、これを電動機１３に給電す
るように構成されている。

このような主回路構成の下で電動機１３の過負荷保護を
行なう場合、従来方式によれば、負荷電流を交流側で、
たとえば変流器等の電流検出器１４によって検出し、そ
の二次電流を熱応動型過負荷継電器１５に流し、この継
電器１５に流れる電流により電動機１３の非繰返し過負
荷耐量を保護するものである。

ここで非繰返し過負荷耐量というのは、その負荷パター
ンの概念を第２図に示すように、連続定格負荷での運転
状態から１回だげ印加し得る許容過負荷耐量であり、許
容時間だけ過負荷をかげた後、定格以下の負荷、たとえ
ば零負荷とし、電動機１３内の熱特性が元の状態に復し
た後に、再び負荷をかげることができるような過渡的過
負荷耐量を表わす特性である。

しかるに、実際の運転パターンは過負荷印加後も引続き
成る負荷（必ずしも一定しない）で運転される場合が一
般的であり、これを従来方式で保護するためには継電器
１５の設定を第３図の特性線１（上方実線）に示す電動
機の非繰返し過負荷耐量よりも下げて使用することが肝
要であるが、上述のごとく実際の負荷パターンは必ずし
も一定であるとは限らないため、設定値の選定は単純に
はいかず、次のような不具合点がある。

（リ 設定値を上げ過ぎると保護が不完全となり、電動
機焼損事故に発展するおそれがある。

（２）設定値を下げ過ぎると過保護となり、電動機能力
の過少利用となる。

取分け、近年、電動機は益々経済設計を指向し、その過
負荷耐量の裕度が少なくなってきており、より適切な保
護機能が要求されているのが実情である。

本考案の目的は従来方式の上記（１）、（２）の不具合
点を解消し、電動機の過負荷耐量を過不足なく保護する
電動機の過負荷保護装置を提供することである。

この目的を達成するために本考案は、第３図の特性線２
（下方実線）に示す一定周期における電動機の繰返し過
負荷耐量を、特性線４（破線）に示すような保護特性を
有する静止型過負荷継電器を用いて保護するようにした
ものである。

ここで、繰返し過負荷耐量とは、その負荷パターンの概
念を、第４図に示すように、印加される過負荷の一定期
間内、たとえば５分間における実効値が定格実効値と等
しくなるような許容過負荷耐量である。

すなわち、一定周期内における負荷電流の実効値（ＲＭ
Ｓ値）が電動機の連続定格の電流値を超えてはならない
、とする限度を規定したものである。

ここで一定周期は５分間（３００秒）と規定されている
ので、第３図の特性線２は、電流実効値１００φの負荷
のとき、最初の１周期で３００秒通電可能、続く第２、
第３・・・の周期でもそれぞれ３００秒通電呵能であり
、結局、ＲＭＳ１００ダ負荷では連続通電可能であるこ
とを意味している。

負荷が１００％を超えると、図示の特性に従って、１周
期内の通電可能時間（許容時間）は保体に減少して行く
。

本考案の一実施例を、図面を参照して説明する。

まず第１図を参照して、本考案によれば、従来の熱応動
型過負荷継電器１５０代りに、第３図の特性線４（破線
）に示す過負荷保護特性を有する静止型過負荷継電器を
直流側（継電器２０）または交流側（継電器２１）に設
け、その異常検出信号により遮断器１１を列外して、電
動機１３の繰返し過負荷耐量を保護し、それにより電動
機１３の焼損を防止するものである。

継電器２０は、直流側主回路に挿入された、たとえば分
流器などの電流検出器２２によって検出された負荷電流
信号で動作し、また、継電器２１は、交流側主回路に挿
入された、たとえば変流器等の電流検出器１４の二次側
から取出される負荷電流信号で動作する。

なお、この場合、継電器１５はその機能を無効にするか
、全く取外すか、あるいはその機能よりも継電器２１０
機能が優先するようにする。

第５図は静止型過負荷継電器の具体構成例を継電器２０
について示すものである。

第５図において、たとえば分流器等の電流検出器２２か
らの検出信号は継電器２０内の増幅器３０．３１で増幅
される。

３２は電動機１３の定格電流値■。

すなわち連続通電容量を設定する定格電流設定器であり
、この設定値と増幅器３０゜３１からダイオード３３．
３４および共通の抵抗３５を介して得られる電流検出信
号との差が加算器３６で形成されて、積分コンデンサ３
７を有する積分器３８で積分される。

その積分値が所定値に達すると、オア回路３９を介して
トランジスタ４０がオンとなり、出力端子４１に異常検
出信号を出す。

ところで、ダイオード３３，３４と抵抗３５との接続点
には加算器４２が挿入されている。

加算器４２に人力される増幅器３０．３１からの負極性
信号による電位は検出電流値すなわち電動機１３の負荷
電流値が増大するほど低くなり、この電位が、屈折点設
定器４３で設定されてダイオード４４を介して取出され
る屈折点設定値よりも低くなると、ダイオード４４を通
して電流が流れる。

これは等価的に電流検出値を小さくしたことに相当し、
したがって、継電器２０の過負荷保護特性は第３図に示
すように屈折特性を持たない反比例曲線状の特性線４か
ら屈折特性を持った特性線４に修正される。

増幅器３１の出力側に設けられた瞬時過電流検出器４５
の働きで、電動機１３が過電流になると、オア回路３９
を介してトランジスタ４０をオンにして異常検出信号を
出力する。

すなわち、継電器２０は過電流検出器としての機能をも
有する。

以上の説明では、電動機１３の繰返し過負荷耐量は第３
図の特性線２に示されるものとして話を進めてきた。

このときの繰返し過負荷パターンは第４図に示される通
りであるが、実際の電動機制御においては過負荷後も成
る負荷で継続運転されるのが一般的であり、特に第６図
に示すように同で形の負荷パターンが繰返される場合は
、第５図の定格電流設定器３２でその負荷パターンにお
ける継電器２０の動作点を設定することによって電動機
１３の繰返し過負荷耐量を保護することができる。

第７図ａは負荷電流パターンの一例を示すものであり、
同図すは同図ａと時間軸を共通にする、負荷電流に対応
する積分器３８の出力電圧特性を示すものである。

時間軸は初期点をｔ。とじて、電流値の変化点を順次ｔ
１＋ ｔ２ｒ・・ｔ８として示されている。

負荷電流が定格値■。を超えたときはその電流値１１．
Ｉ２＋ Ｉ３ｙ Ｉ４と定格値■ｏとの差に応じた
積分傾斜をもって上昇する出力電圧が積分器３８に生ず
る。

積分器３８のこの出力電圧は、負荷電流が定格値■。

を超えてもその継続時間が短く、過負荷検出点に達しな
い場合（負荷電流Ｉ、が流れているｔｌ−１２区間、お
よび負荷電流■２が流れているｔ３〜ｔ４区間）は瞬時
過電流検出器４５が動作するような過大負荷電流値に達
しない限りトランジスタ４０を動作させる動作値ｖａに
達することはなく、負荷電流が定格値■ｏを下まわるこ
とにより、その極大値となるＡ、Ｂ点から−Ｖレベルへ
向って積分電圧値は所定の傾斜で漸減して行く。

この減小過程で再び定格値■。

を超える負荷電流となった場合■３は積分器３８は再び
積分を開始しく時間ｔ５）、その瞬時の極小値となるＢ
点から■３−■ｏの値に応じた傾斜をもって積分器出力
電圧が上昇する。

定格電流値■。

を下まわる電流値で長時間運転した後の過負荷■４の場
合は、積分器３８の出力電圧は下限値−■をとるＶ点か
ら■４−■ｏの値に応じた傾斜で上昇して行く。

ここで、仮に屈折点設定器４３による設定変更が無い場
合（第３図：特性線４）は、積分器３８の出力電圧はＢ
’−Ｃ。

Ｂ”−Ｄのようにより急傾斜をもって上昇し、特性線４
における電流値Ｉ３＋ Ｉ４の点Ｃ，Ｄに対応する、
過負荷耐量に対して余裕を持ったより短い時間で動作値
ｖａに達してしまう。

これに対して本考案に従い屈折点設定器４３による設定
変更がある場合（第３図：特性線４）は、積分器３８の
出力電圧はＢ’−Ｃ’、 Ｆｆ−Ｄ’のようにより緩い
傾斜をもって上昇し、特性線４における電流値Ｉ３＋■
４の点Ｃ’、 Ｄ’に対応する、過負荷耐量ぎりぎりの
より長い時間で動作値ｖａに達することになる。

このようにして本考案によれば合理的な過負荷保護を達
成することができる。

電動機の繰返し過負荷耐量の保護は負荷パターンに依存
するため種々の保護特性が要求されるが、本考案の過負
荷保護装置でをま保護特性の調整・変更が容易であるた
め、かなり広範囲の要求に容易に応することができる。

以上説明したように、本考案の過負荷保護装置は、従来
の熱応動型過負荷継電器を用いた保護装置と比較して、
従来方式では保護できなかった電動機の繰返し過負荷耐
量を保護できるという大きな特長を有するのに加えて、
以ｆに示す特長がある。

■）従来方式では、第３図の特性線３（１点鎖線）や特
性線３′（２点鎖線）に示すように熱応動型過負荷継電
器の特性がその使用状況（ホット・スタートかコールド
・スタートか）により変動するため、特性線３では過保
護となって電動機能力の有効活用ができなかった。

これに対して本考案装置では静止型過負荷継電器を使用
しているため使用状況による特注の変動がほとんどない
ので、過保護になることなく有効かつ十分な保護が可能
になる。

２）熱応動型過負荷継電器に比べて本考案の静止型過負
荷継電器は応答が速いため、本考案装置では従来方式に
比べて、より完全な保護が可能になる。

３）本考案の静止型過負荷継電器は過電流継電器として
の機能をも容易に付加できるので、本考案装置は過負荷
と過電流とを同時に保護することもできる。

上記実施例では電動機として直流電動機を例に挙げて説
明したが、本考案の適用対象はそれに限られることなく
、交流電動機にも適用用能であることはもちろんである
。

また、本考案による静止型過負荷継電器は集積回路等の
静止型電子回路で構成され、小型・軽量にして取扱い易
いという特長を持っているのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による電動機の過負荷保護装置の一実施
例を示す接続図、第２図は連続定格負荷からの非繰返し
許容過負荷パターンの−ｆｌＪを示す線図、第３図は電
動機および過負荷継電器の過負荷特性の例を示す特性線
図、第４図は一定周期における繰返し許容過負荷パター
ンの例を示す線図、第５図は第１図における静止型過負
荷継電器の具体構成の一例を示す接続図、第６図は電動
機制御における一般的な負荷パターンの例を示す線図、
第７図ａ＋ ｂは負荷パターンの例とそれに対応する
積分器出力電圧波形を示す線図である。 １０・・・・・・交流電源、１１・・・・・・遮断器、
１３・・・・・・電動機、１４，２２・・・・・・電流
検出器、２０．２１・・・・・・静止型過負荷継電器、
３０．３１・・曲増幅器、３２・・・・・・定格電流設
定器、３８・・・・・・積分器、４３・・・・・・屈折
点設定器、４５・・・・・・瞬時過電流検出器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電動機電流を検出する電流検出器と、電動機の連続通電
   容量に相当する電流値を設定する電流設定器と、前記連
   続通電容量に相当する電流値よりもわずかに大きな値以
   上の電流値領域で前記電流検出器による電流検出値を等
   価的に小さくする屈折点設定部と、この屈折点設定部に
   よる屈折効果を加味した前記電流検出器による電流検出
   器と前記電流設定器による設定電流値との差を積分する
   積分器と、この積分器による積分値が所定値以上になっ
   た時に異常検出信号を出力するスイッチング回路と、前
   記電動機の電流回路に直列に接続され、前記スイッチン
   グ回路からの異常検出信号によって列外される遮断器と
   を備えた電動機の過負荷保護装置。