JPS6022570B2 - 電子式電動機保護リレ−のための欠相および無電流状態検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電動機外部導体における電流値に比例する検
出交流電圧によって制御されており、電動機の温度上昇
特性を容量性の記憶装置の充電過程によってシミュレー
トする電動機の電気的シミュレータを含み「 このシミ
ュレータが制御された開閉装置によって電動機の運転状
態に応じて種々の時定数に調整できるような「電子式電
動機保護リレーのための欠相および無電流状態検出器に
関する。

スイス連邦特許第５４１８８５号（持顔昭４８−０６４
５９４）においては、三相交流電動機の給電系統におけ
る欠相または地絡が原因となる故障を電動機外部導体に
おける電流値に比例する検出交流電圧から認識するため
の回路が周知となっている。

第３図はこの回路のブ。ック図である。三相交流電動機
Ｍの外部導体Ｒ，Ｓ，Ｔに直列に変流器ＷＲ，Ｗｓ，Ｗ
ＷＴを設け、各外部導体に流れる電流値に比例した検出
交流電圧ＵＲ，Ｕｓ，ＵＴを発生させる。これらを時間
多重信号装置４に送りこむ。該装置ではパルス発振器５
により電子式開閉器Ｅ，を制御して「検出交流電圧の周
期的に連続するサンプリングを行い「検出交流電圧から
、検出交流電圧により与えられる信号振中およびパルス
発振器により制御されたくり返し周波数をもつ時間多重
信号を発生させる。第４図はこの波形を示す。次に時間
多重信号を整流回路８に送り、時間多重信号の正の部分
から、平滑化または平均値化により、最高検出交流電圧
の波高値あるいは検出交流電圧の算術平均値にはゞ比例
する値の測定電圧ＵＭがつくられる。欠相検出のために
は、時間多重信号を微分回路１１を通して微分したあと
で「最高振中値をもつ電圧ィンパルスが欠相コンパレー
タ１２の中で測定電圧のある百分率部分と比較される。
この比較により欠相のさし、に検出交流電圧にあらわれ
る非対称度が把握され評価される。また池絡を生じた場
合は、第５図の口に示すように電動機電流ＩＲ，１ｓ？
ｌｒのベクトル図に非対称を生じ「時間多重信号の中
に検出交流電圧の周波数（たとえば５雌ｚ）の成分を生
じる。したがって地総検出のためには、検出交流電圧の
周波数をもって発生する信号成分のための低域フィル夕
９を用い時間多重信号からピーク値が導かれ、地絡コン
パレータ内において測定電圧の他の百分率部分と比較さ
れる。このような回路は正確かつ信頼性高く動作するも
のであるが、しかしかなり費用がか）る。変圧器やとく
に電動機のような電気運転装置用の電子式保護リレーは
、これらの温度上昇を電気的にシミュレータするために
、運転電流に関連した充電電流を給電されるＲＣユニッ
トを含んである。

コンデンサの充電電圧は、運転装置の許容限界温度をあ
らわす比較電圧と比較され、充電電圧が比較電圧を超え
ると直ちに保護リレーが動作し運転電流をしや断する。
回転および静止している電動機の種々の温度上昇博靴ま
「各運転ごとにその間にある静止時間とともに重要であ
るが、これを検討するために、いろいろの時定数におけ
るシミュレータを切換え可能なように構成することがす
でに提案されており、（たとえばスイス連邦特許第５４
０５８７号（特豚昭４８−４６０３２））、そのさし、
適当な制御信号によって制御される電子式開閉素子たと
えばトランジスタによって切換えが実施されている。こ
の場合シミュレータの直流給電においては極端に低い充
電電流および極端に高い抵抗によってのみ実現すること
のできる非常に大きい時定数が一部にはある。このよう
な場合には充電電流がパルス化しながらシミュレ−夕に
伝えられ、そのため充電電源とシミュレータの間にパル
ス発振器で制御される電子式開閉器を設けることができ
る。シミュレータのための充電電流のパルス化は電子式
電動機保護リレーに対してなおいろいろ有利な可能性が
予想される。

そこで保護対象に通したトリガリング特性を得るために
、たとえばパルス周波数を測定電圧に比例することがす
でに提案されている（スイス連邦特許第５３４４４４号
（特顔昭４８一３１７２６））。測定電圧を積分器によ
って積分し「その出力信号を参照電圧と比較し、両者が
等しいときに積分器はリセットされパルス信号を出す。
したがって電子式保護リレーは要求にしたがって比較的
簡単な安価な装置、あるいはまたかなり費用のか）るし
たがって高価な精密装置になる可能性がある。簡単な構
造で報知信号により欠相および無電流状態を信頼度高く
かつ正確に示す、とくに電子式電動機保護リレー用の欠
相および無電流状態検出器を作り、したがって簡単なも
のでも複雑なものでも任意の電子式保護リレーにおける
構成要素として有利に使用できることが本発明の議題で
ある。本発明による欠相および無電流状態検出器は、ィ
電圧コンパレータ回路における入力側回路素子が、検
出交流電圧を整流して得られた測定電圧の平均値を少く
とも一つの比較電圧と比較するために接続されており、
ロ 検出交流電圧の非対称が一定の値より大きくなった
ときに欠相報知信号として一つの欠相信号を、そして検
出交流電圧の最小値が一定の値より小さＺ〈なったとき
‘こ無電流状態報知信号として一つの出力信号を電圧コ
ンパレータ回路から送り出し、ハ 電圧コンパレータ回
路が、欠相報知信号のための波高値整流器を含む第１の
出力チャンネルと、無電流状態報知信号のための第２の
直接出力チャンネルを含んでいる ことを特徴としている。

したがって本発明による欠相および無電流状態検出器は
、おおむね一つだけの電圧コンパレータ回路と、入力電
圧の印加と出力信号のとり出し用の簡単な入力側および
出力力側電線を有している。この場合、電圧コンパレー
タ回路は、ィ、欠相検出のために、分圧器によって分圧
した測定電圧の特定の一部分が比較電圧として入力部に
印加され、かつ出力部に第１の出力チャンネルが接続さ
れている第１の電圧コンパレータを、〇、また無電流状
態検出のために、特定の一定電圧が比較電圧として入力
部に印加されかつ出力部に第２の出力チャンネルが接続
されている第２の電圧コンパレータを含むことができる
。欠相検出用の電圧コンパレータおよび無電流状態検出
用の電圧コンパレータの他の入力部には、測定電圧の平
均値を印加することができる。電圧コンパレータ回路の
第１の出力チャンネルは、正常運転における電動機電流
の急速な時間的変化に対する動作を防ぐために、またィ
ンパルス状の出力信号から連続信号を形成するために、
波高値整流器に対して追加的に遅延ユニットを含むこと
ができる。以下に図面のたすけをかりて本発明がもっと
詳しく説明されている。

第１図に簡略化された接続図に描かれている欠相および
無電流状態検出器は、欠相検出のために第１の電圧コン
パレータ０，を、無電流状態検出のために第２の電圧コ
ンパレータＱを含み、これらは両方ともそれぞれ一つの
反転入力、、また一つの非反転入力部をもつ通常の演算
増中器である。

検出器回路は、測定電圧ＵＭが印加されている第１の入
力部Ｅ，および、一定の参照電圧ＵＲが印加されている
第２の入力部Ｅ２をもっている、そのさい回路のすべて
の電圧値ｅはこの参照電圧ＵＲに関係している。Ｅ，，
Ｅ２の間に、Ｒ，，Ｃ，のＲＣユニットが続続されてお
り、このユニットから測定電圧ＵＭの平均値がとり出さ
れ、第１の電圧コンパレータ○，の反転入力部に印加さ
れている。さらに入力部Ｅ．およびＥ２の間には分圧器
Ｒ２，Ｒ３が接続され、その中間タップを介して測定電
圧ＵＮのつねに一定の比率部分が電圧コンパレータ○，
の非反転入力部に印加されている。電圧コンパレータ０
．の出力部からは、ダイオードＤ，とコンデンサＣ２を
もつ波高値整流器ならびに抵抗ｋ７とコンデンサＣ３か
ら成る遅延ユニットを含む第１の出力チャンネル１が出
ている。したがって電圧コンパレータ○，は測定電圧Ｕ
Ｍの平均値を測定電圧の一部と比較し、それによって検
出交流電圧の対称度およびこれを介して電動機電流の対
称度が、前記スイス連邦特許第５４１機５号においてく
わしく述べられているように把握されている。

電動機電流の非対称度が増すにつれて、測定電圧ＵＭの
波高値が変らない場合には測定電圧の平均値は減少し、
また電動機電流のある特定の非対称度において、平均値
が非反転入力部における電圧を下まわる場合、電圧コン
パレータ０，が丁度導適するように分圧器Ｒ２，Ｒ３が
設計されている。測定電圧Ｕｗの波高値は回路周波数（
５０ヘルツ）あるいはこの周波数の高調波の周期をもち
、電圧コンパレータ○，は、一定の非対称タ度を動作限
界値とし、その附近において継続時間のごく短い針状ィ
ンパルスを出力信号として発信する。この針状ィンパル
スから波高値整流器によってダイオードＤ，およびコン
デンサＣ２を介し接続点４において一定電圧レベルをも
つ制御電圧が０得られる。測定電圧ＵＭから平均値を求
めるには（ＲＣユニットＲ，，○，）当然特定の時間が
必要である。したがって電動機電流が急速な変化をする
場合には電圧コンパレータの反転入力部における電圧は
測定電圧のそのつどの正しい平均値よりおくれて追ずし
、し、したがって電動機電流の急速な増加のある正常運
転においても電圧コンパレータ○，の動作に至らしめる
こともあり得る。それによって条件づけられる電動機保
護リレー一の該トリガを防止するために、出力チャンネ
ル１において波高値整流器Ｄ，，Ｃ２の負荷側に、適当
に設計された遅延ユニットＲ？，Ｃ３が接続されている
。無電流状態検出のために設けられた第２の電圧コンパ
レータ０２においては、反転入力部が第１の電圧コンパ
レータ○，の反転入力部と接続されており、したがって
電圧コンパレータＱのこの入力部には全く同様に測定電
圧ＵＭの平均値が印加されている。電圧コンパレ−タＱ
の非反転入力部には「参照電圧入力部伯２に接続された
分圧器Ｒ４，Ｒ５を介して、電動機定格電流のある特定
の一部、たとえば０．ＸＮに相当する一定の比較電圧が
印加されている。測定電圧ＵＭの平均値が比較電圧を下
回ると、電圧コンパレータ０２が導通し、その出力部に
無電流状態報知信号を送る。無電流状態検出のためには
測定電圧Ｕｗそのものもそれ自体一定の比較電圧と比較
できるであろう。欠相の場合には測定電圧の最小値が周
期的に発生するために無電流状態検出器も周期的に動作
するであろうから〜測定電圧ＵＭは電圧コンパレータ０
２の反転入力部に印加することはできず、平均値を作る
ためのＲＣユニットＲ，，Ｃ，に似た平滑化ユニットを
介して印加されねばならない。したがって無電流状態電
圧コンパレータ０２を用いて測定電圧またはその平均値
が一定の比較電圧と比較され、比較電圧より下回る場合
には電動機は停止していると考えられる。電圧コンパレ
ータ０２の出力部には、停止および回転している電動機
に対する操作スイッチにつながる第２の出力チャンネル
２が接続されている。第１図に示された欠相および無電
流状状態検出器の実施例によってパルス化した充電電流
を給電される電動機のシミュレータをもつ電子式電動機
保護リレーが制御される。

この場合は最初に述べたようにパルス周波数は測定電圧
ＵＭに比例すべきもので、そのため電動機保護リレーの
中に積分器３をももつ発振器が備えられ、これについて
は第１図に測定電圧ＵＭが印加されている入力部抵抗Ｒ
８だけが示されている。電動機が正常運転においてその
限界温度まで温度上昇した場合には蚕動機のシミュレー
タを介して電動機電流がしや断される。欠相の場合には
電動機の変化した温度上昇特性にしたがって保護リレー
の急速なトリガが保証されねばならない。このことは欠
相検出器によって保護リレーを適当に制御することを前
提としている。たとえば運転休止のような露流しや断の
場合には電動機電流から導かれる測定電圧ＵＭは零とな
り、また保護リレーが測定電圧を積分する積分器をもっ
ている場合は測定電圧ＵＭが消滅しても積分器は動作を
やめる。この両者を検討するめに「第１図の回路におい
て積分器３の入力部抵抗Ｋ８には電子式開閉器を介て、
たとえば電界効果形トランジスタＴ，のソース・ドレー
ン・ギャップを介して抵抗Ｒ９が並列に接続されている
。電子式開閉器すなわち電界効果形トランジスタＴ，は
欠相報知信号によって閉路され、したがって欠相の場合
には抵抗Ｒ３を抵抗Ｒ８に並列に接続することにより」
その結果積分器におけるパルス周波数を高くするために
トリガ限界電流が低下させられ、急速なトリガがおこさ
れる。このために欠相電圧コンパレータ０，の出力部は
第１の出力チャンネル亀を通って電界効果形トランジス
タＴ，のゲートに接続されている。さらに無電流状態電
圧コンパレータ０２の出力部は抵抗Ｒ６を介して出力チ
ャンネルーの接続点４に接続されており、したがって、
抵抗Ｒ６およびＲ７を通る無電流状態報知信号により「
また今の場合電界効果形トランジスタＴ，のゲートと
ソース・ドレーン・チャンネルの間の順方向極性のｐ山
ｎ接合により、電流が積分器入力部に流れ込み、そこで
積分器は測定電圧ＵＭ＝０の場合でもつづけて運転され
る。けれどもこの積分器の始動を別にして、無電流状態
報知信号による電界効果形トランジスタの導通は効果が
ない、というのは測定電圧ＵＭがこの場合たしかに零で
あるからである。第２図は欠相における直接トリガのた
めの回路をもっと詳細に示している。

この場合欠相および無電流状態検出器は第１図の回路に
おけるのと全く同様に横成されている、すなわち欠相電
圧コンパレータ○，はＲＣユニットＲ，，Ｃ，を介し反
転入力部に印加された測定電圧ＵＭの平均値を、分圧器
Ｒ２，Ｒ３を介し非反転入力部に印加された測定電圧の
一部と比較し、また無電流状態電圧コンパレータ０２は
反転入力部に印加された測定電圧ＵＭの平均値を、分圧
器Ｒ４，Ｒ５を介し非反転入力部に印加された一定の比
較電圧と比較する。電動機保護リレーはこの場合もやは
り、普通のように演算増中器０３から成る積分器３を含
んでいる。演算増中器Ｐ３の反転入力部には、抵抗Ｒ，
４を介して測定電圧ＵＭが、非反転入力部には抵抗Ｒ，
５を介して参照電圧ＵＲが印加されている。積分器のコ
ンデンサＣ４は、そのつど特定の出力電圧値に到達した
場合トランジスタＴ２の導通により積分器をリセットす
るために、抵抗Ｒ，３およびトランジスタＴ２のコレク
タ・ェミッタｑギャップによって橋絡されている。欠相
電圧コンパレータ○，の出力部から出て行く出力チャン
ネル１はやはり、ダイオードＤ，とコンデンサＣ２をも
つ波高値整流器ならびに抵抗Ｒ７とコンデンサＣ３をも
つ遅延ユニットを含もでいる。

けれどもこ）では第１図の回路と区別するために、出力
チャンネル１はツエナダイオードＺを介して電動機保護
リレーのトリガ端子に直接接続されている。無電流状態
電圧コンパレータ０２には、直接の第２出力チャンネル
２が接続され、このチャンネルを介して操作スイッチが
無電流状態のさいの制御信号を保持する。

さらに電圧コンパレータ０２の出力は抵抗Ｒ，２および
ダイオードＤ３によって演算増中器０３の反転入力部に
接続されており、したがって積分器３は無電流状態にお
いて、すなわち測定電圧ＵＭ＝０の場合にもつゞけては
たらき、さらに抵抗Ｒ，。およびダイオードＤ２によっ
て欠相電圧コンパレータ○，の反転入力部に接続され、
したがってこの演算増中器○，に対しても無電流状態お
よび測定電圧ＵＭ＝０の場合には定義された出力電圧を
もつ明白な運転状況が存在する。以上のように、本発明
は高価な部品を使わず、正確で信頼性の高い電子式電動
機保護リレーのための欠相および受電流検出器を提供す
るもので、重要な電動機あるいは変圧器の保護のために
欠くことのできない有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電動機シミュレータがパルス化した充電電流を
給電される欠相の場合における電子式電動機保護リレー
の急速なトリガのための欠相および無電流状態検出器の
接続図、第２図は全く同機に電動機シミュレータがパル
ス化した充電電流を給電される欠相の場合における電子
式電動機保護リレーの直接トリガのための欠相および無
電流状態検出器の接続図、第３図は地総および欠相によ
る欠陥の信号を発生するための回路装層のブ。 ック図、第４図は第３図の回路装置に現われる時間多重
信号のオシログラフを例示したもの、第５図は櫨乱を受
けない時の三相交流の電動機電流と電源電圧の非対称に
よって鷹乱されている時の電動機電流のベクトル図を示
すものである。１…第１の出力チャンネル「２…第２の
出力チャンネル、３・・・積分器、Ｃ，〜Ｃ３・・・コ
ンデンサ、○，〜〜Ｄ２…ダイオード、０，…第１の電
圧コンパレータ、０２…第２の電圧コンパレータ、Ｒ，
〜Ｒ，２…抵抗、Ｔ．・・・電子式開閉器、ＵＭ…測定
電圧「 ４…時間多重信号装置、５…パルス発振器「
６…コレクタ導線、７・・・増中器、８・・・整流回路
「 ９・・・低域フィル夕、１０…地絡コンパレータ「
１１・・・微分回路、１２…欠相コンパレータ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動機外部導体における電流値に比例する検出交流
   電圧によつて制御されており、電動機の温度上昇特性を
   容量性の記憶装置の充電過程によつてシミユレートする
   電動機の電気的シミユレータを含み、このシミユレータ
   が制御された開閉装置によつて電動機の運転状態に応じ
   て種々の時定数に調整でき、かつ測定電圧に比例する繰
   返し周波数で脈動する充電電流を給電され、そのさいパ
   ルス発振器は測定電圧用の積分器を含むものであり、電
   圧コンパレータ回路は、欠相報知信号のための波高値整
   流器をあるいはこれと遅延回路を含む第１の出力チヤン
   ネルと、無電流状態報知信号のための第２の直接出力チ
   ヤンネルを含んでいる、電子式電動機保護リレーのため
   の欠相および無電流状態検出器において、積分器が無電
   流状態検出のための電圧コンパレータの出力部と接続さ
   れ、測定電圧が零に等しい場合に無電流状態報知信号に
   よつて運転を維持されていることを特徴とする検出器。 ２ 欠相の際の急速なトリガのための、電子式開閉器が
   第１の出力チヤンネルを介して欠相報知信号によつて導
   電し、積分器の入力部抵抗に並列に抵抗を接続し、パル
   ス周波数を高めることによトリガ限界電流を減少させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲記載の検出器。３、電
   子式開閉器が電界効果トランジスタよりなり、該トラン
   ジスタのゲートが第１の出力チヤンネルに接続され、か
   つ遅延ユニツトの抵抗とさらにもう一つの直列抵抗を介
   して無電流状態電圧コンパレータの出力部に接続され、
   測定電圧が零に等しい場合に無電流状態報知信号を受け
   て該トランジスタをとおして流れるゲート電流により、
   積分器を運転状態に維持することを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の検出器。 ４ 測定電圧が零に等しい場合に入力部に補助電圧を印
   加するために、第１の出力チヤンネルが電動機保護リレ
   ーのトリガ端子に接続され、また無電流状態電圧コンパ
   レータの出力部がそれぞれの抵抗およびダイオードによ
   り、一方では測定電圧のための積分器の入力部に、他方
   では欠相電圧検出器の測定電圧のための入力部に接続さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   検出器。