JPS596155B2 - 電動機の停止制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続定格の電動機を高頻度で始動・停止させる
場合において、停止前の無負荷運転時間を短くして節電
を図るようになした電動機の停止制御装置に関する。

圧縮機やポンプ等の被駆動機械を駆動する連続定格の電
動機において、高頻度に電動機を始動・停止させる場合
には、その始動時の温度上昇分を定格飽和温度にまで低
下させる必要があるため、回転中の電動機を一旦停止さ
せるときは、一定時間（例えば３０分程度）無負荷運転
を行ない、規定温度まで低下させた後にその回転を停止
させていた。

従つて、停止後再始動しても電動機が熱限界を超えるこ
とはないのである。しかしながら、始動後長時間運転を
継続する電動機では、その運転中に電動機温度が規定値
まで低下していることから、停止のときに無負荷運転を
一定時間行なわなければならない必要性はない二このた
め、そのような電動機にあつては、一定時間無負荷運転
を行なうのに要する消費電力が無駄となるほか、連結さ
れて同時に作動する被駆動機械の寿命が短くなる等の欠
点があつた。

本発明はこのような欠点を除去すべくなされたものであ
り、その目的とするところは、電動機本体には全く付加
物なしに電動機の熱限界を検知し、電動機の熱定格限界
特性によつて停止のときの無負荷運転時間を演算制御す
るようになし、無負荷運転に伴う被駆動機械の寿命を長
くでき、かつ節電を推進できる電動機の停止制御装置を
提供するにある。

以下に本発明の好適一実施例を添付図面によつて詳述す
る。

第１図は本発明に係る装置の構成を示すものであり、こ
の構成を第２図ａ乃至れに示すパルス信号波形図に対応
して説明する。

１はクロックパルス発生器で、等間隔時間（例えば１個
／ ０．１秒）毎に第２図ａに示す如きパルス信号Ａを
発生させる。

この信号Ａは分周回路により（Ｎ）及び（Ｎ’）とされ
、各々同図ｂ及びｃに示す如きパルス信号Ｂ、Ｃとなる
（Ｎ、Ｎ’＆ま整数）。これらの信号Ｃ、Ｂは各々アン
ドゲート３、４に入れられるが、一方のアンドゲート３
には被駆動機械及び電動機の負荷運転状態を示す同図ｄ
の如き負荷信号Ｄが入り、他方のアンドゲート４には被
駆動機械の無負荷運転状態を示す同図ｅの如き無負荷信
号Ｅが入る。そのため、各アンドゲート３，４の出力Ｆ
．Ｇは、負荷信号Ｄ１無負荷信号Ｅがオンのときだけパ
ルス信号Ｃ，Ｂを通すことから、同図ｆ及びｇに示す如
き波形となる。これらの出力Ｆ，Ｇはオアゲート５に入
力され、同図ｈに示す如く合成された信号Ｈとなり、パ
ルス積分回路６に入れられ、パルス数を加算（積分）さ
れる。このパルス数の加算値には、負荷信号Ｄの時間幅
が長いときであつても、所定間隔時間毎のパルス信号Ｃ
が含まれることとなることから、その加算値によつて電
動機の熱限界を知ることができる。従つて、以上の構成
は、電動機本体に全く付加物がなくとも、被駆動機械の
負荷、無負荷信号Ｄ，Ｅのみにて電動機の熱限界を検知
する第１演算器を形成する。パルス積分回路６には比較
回路７が接続され、ここでパルス数の加算値Ｋと予め電
動機定数設定回路８に設定してある電動機定数Ｍとを比
較する。パルス数の加算値がその定数に到達した時に比
較回路７より電動機を停止させる停止信号１を出すと共
に、パルス積分回路６にりセツト信号Ｊを発してその積
分回路６内の数値を零にする。従つて、予め電動機定数
Ｍを設定した電動機定数設定回路８が接続された比較回
路７は、電動機の熱定格限界特性により無負荷運転時間
を定め、電動機に停止信号１を発する第２演算器を構成
する。第１図中、９は電源回路を示し、第１演算器及び
第２演算器に必要な電力を供給するものである。

第１図に示す如き構成の装置としては、計算機のように
数値演算機能を有する機器又は関数発生器等を用いるこ
とができるが、電動機の始動回数に制限を設ける目的で
、圧縮機やポンプの運転台数制御のように多数の電動機
を使用する場合には、電動機の起動停止回路や被駆動機
械の保安インターロツク回路等のシーケンス回路内に内
蔵させたほうが経済的で、かつ装置の取扱い上も望まし
いことから、シーケンス制御用機器を用いるとよい。そ
のシーケンス制御用機器としては、シーケンサ一又はマ
イクロコンピユータ等のソフトワイアードロジック形制
御器又は一般のタイマー、カウンタ等の制御用機器のい
ずれでも使用可能であり、その動作も同一である。従つ
て、一般のタイマー、カウンタ等を用いて第１図に示す
如き構成の装置を形成することができる。この場合は、
クロツクパルス発生器１にはタイマー又はフリツカーリ
レ一等を使用して等時間間隔のパルス信号Ａを発生させ
、分周回路２にはプリセツトカウンタを２組使用してパ
ルス信号Ａを計数した後所定数毎に１個のパルス信号Ｂ
，Ｃを発生させる。アンドゲート３，４及びオアゲート
５にはリレー接点を使用してアンド回路及びオア回路を
構成し、パルス積分回路６、比較回路７及び電動機定数
設定回路８にはプリセツトカウンタを使用すればよい。
更に、電源回路９には上記タイマーやカウンタ等が直流
電源用のものであれば直流電源装置を使用し、それらが
交流電源用のものであれば一般商用電源を直接使用すれ
ばよい。次に本発明の作用を基礎的原理と共に述べる。

まず基礎知識として、連続定格仕様の電動機が一旦始動
した後に停止し、その停止後直ちに再始動し得る熱定格
限界特性（時間特性）について説明する。この特性は一
般的には第３図に示す如く表わされる。図中、横軸は負
荷運転時間ＴＬｌ縦軸は無負荷運転時間ＴＮＬを示し、
曲線ノの上方、すなわち斜線部分は停止後直ちに再始動
できる領域Ｒを表わす。例えば、始動後負荷運転を（ｔ
１）時間継続した電動機は、熱限界を超えないためには
、停止の前に無負荷運転（被駆動機械を無負荷として運
転するもので、一般的には電動機側より見ると定格の１
０（ｆｌ）程度の負荷運転に相当する．）を少なくとも
Ｔ２時間行なう必要があり、こうして停止すれば直ちに
始動してよいことになる。上記特性は連続定格電動機の
始動階級が２Ｃ０１ｄ，１Ｈ０ｔ条件を満足する点を示
すもので、これは電動機各部の温度が設計周囲温度にあ
る場合（ＣＯｌｄ状態）では２回の始動を許容し、他方
、定格負荷で連続運転を行ない、電動機各部の温度が飽
和状態にある場合（ＨＯｔ状態）では１回の始動を許容
することを意味している。すなわち、一般に多数使用さ
れている籠形誘導電動機では、始動時に大電流を消費す
るので、定格負荷で長時間運転を継続する場合に比べて
電動機内部の温度上昇が大きい。

このため、長時間の継続運転の場合よりも短時間に始動
を繰り返すほうが電動機内部の温度上昇は大であり、従
つて、その始動回数を制限しなければ、電動機内部が高
温となり、ロータバ一の切損、クラツクの発生又はステ
ータコイルの焼損等の事故を引き起こす恐れがあるので
ある。かかる事故発生を防止するためには始動回数を制
限する必要があるが、始動回数制限は取りも直さず第３
図を満足するように電動機を運転させることである。従
つて、図中に斜線で示す再始動許容領域Ｒ内で電動機を
運転している分には停止後、直ちに再始動を行なつても
上記事故の発生を防止でき、しかも、再始動許容領域Ｒ
内で、かつできるだけ曲線′に近いほど停止に要する無
負荷運転時間ＴＮＬを短縮できるため、始動回数をでき
る限り多くすることが可能となるのである。この点に着
目してなされたのが本発明である。次に本発明の基礎的
原理を説明すると、第４図に示す如く上記曲線ｌを直線
Ｓにより近似させ、その直線Ｓに沿つて電動機の停止の
ときの無負荷運転時間ＴＮＬを定めようとするものであ
る。

直線ｓに近似することで、制御が簡単になるほか、図示
の如く曲線ｌの上方に直線Ｓを位置させることで、熱限
界の誤差分に対して安全分を見込める利点がある。この
直線ｓは次式で表わされる。ここで）Ｔ２Ｏは曲線ｌと
縦軸との交へのＴＮＬ座標値、Ｔ，Ｏは曲線ｌと横軸と
の交点のＴＬ座標値を表わす。このような原理に則つて
第１図に示す如き構成の装置を作動するには、クロツク
パルス発生器１のパルス信号Ａ１分周回路２の分周数Ｎ
，Ｎ汲び電動機定数設定回路８の電動機定数Ｍを上記（
１）式との関係で定めておく必要がある。

すなわち、クロツクパルス発生器１の単位時間当りのパ
ルス数をｎ（パルス／分）とすると、分周回路２通過後
のパルス数は、パルス信号Ｂで？（パルス／分）、パル
ス信号Ｃｌ，（パルス／分）となる。

これらと電動機定数Ｍとの関係から、次式が導かれる。
但し、Ｎ，Ｍ，Ｎ，Ｎ′は総て整数とする。整理すると
、 となるから、これと（１）式より なる関係となる。

従つて、（６）式が成立するようにＮ，Ｎ５を設定する
と共に、（４），（５）式を満足するように姪の比を決
定すれば、第１図に示す如き構成の装置により、第４図
に示す直線ｓに沿つた電動機の停止制御を行なうことが
できることになる。

次にその特性の近似直線ｓが第５図に示す如き電動機の
場合について説明する。

各設定値については、ＴｌＯ＝１２０分、Ｔ２Ｏ＝５０
分であるから、上記（６），（５）式に代入すると、と
なり、Ｎ＝１０，Ｎ′＝２４，ｎ＝１０，Ｍ＝５０が得
られる。

すなわち、クロツクパルス発生器１のパルス信号Ａは１
分間に１０個（６秒間隔）のパルスとし、分周回路２の
各分周数Ｎ，Ｎ５は１０と２４にし、電動機定数設定回
路８の電動機定数Ｍは５０に設定すればよい。このよう
に設定することで、始動後の電動機を停止する場合に、
熱定格限界特性の再始動許容領域Ｒ内において、無負荷
運転時間ＴＮＬを短縮化でき、停止に要する時間が短く
なる。従つて、始動回数の制限を緩和できることになる
ほか、無負荷運転に付随する電力消費を節減できること
になる。また、電動機の熱限界を被駆動機械の負荷、無
負荷信号Ｄ，Ｅのみで検出できるため、電動機本体に特
別なセンサーを設置する必要はない。以上の説明で明ら
かな如く本発明によれば、次の如き効果を発揮する。

（１）始動された連続定格電動機の熱限界における停止
が可能となるため、被駆動機械の無負荷運転時間が減少
し、消費電力の低減が可能である。

（２）停止に要する無負荷運転時間を短縮できることか
ら、ポンプゃ圧縮機のような被駆動機械にお及び停止運
転方式へ変更することが可能となる。従つて、被駆動機
械を電動機の最高効率で駆動できるため、電力の消費効
率を向上することができ、また低負荷運転の中止により
電動機の力率が改善される。（３）関数発生器、計算機
等の高価な制御機器を使用せずに、一般のシーケンス制
御用機器で装置を構成することができるため、簡単、容
易かつ安価に実施できる。

（４）電動機本体に特別なセンサーを設置する必要がな
いので、実施化が容易である。

（５）従来の制御方式では一旦始動後の電動機の再始動
に備えて停止直前に無負荷運転を一定時間行なつていた
が、本装置では負荷運転時の状態を確認することにより
、不必要な長時間の無負荷運転が必要でなくなり、被駆
動機械の長寿命化と使用電力量の削減とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動機の停止匍脚装置の一実施例
を示すプロツク図、第２図は第１図の要部における波形
を各々示すパルス信号波形図、第３図は連続定格仕様の
電動機の熱定格限界特性の一例を示すグラフ、第４図は
本発明に係る電動機の停止制御装置に使用する熱定格限
界特性の一実施例を示すグラフ、第５図は本発明に係る
電動機の停止制御装置に使用する熱定格限界特性の他の
実施例を示すグラフである。 図中、Ｄは負荷信号、Ｅは無負荷信号、Ｉは停止信号、
Ｍは電動機定数、ｓは熱定格限界特性、ＴＮＬは無負荷
運転時間、ＴＬは負荷運転時間、１，２，３，４，５，
６は第１演算器、７，８は第２演算器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被駆動機械が無負荷になつても連続定格仕様の電動
   機を一定時間無負荷運転状態とし、熱定格限界特性を満
   足させてから停止させる電動機停止制御装置において、
   電動機の負荷運転時間をパルス信号で計数すると共に、
   電動機の無負荷運転時間を上記パルス信号よりも所定時
   間間隔の短いパルス信号で計数して、それらの計数値を
   加算積分する第１演算器と、この第１演算器の出力であ
   るパルス数の加算値を入力し、その値が電動機の熱定格
   限界特性により決定される所定値に到達したときに電動
   機へ停止信号を発する第２演算器とを備え、停止前にお
   ける無負荷運転時間を短くさせるように構成したことを
   特徴とする電動機の停止制御装置。