(57)【要約】【課題】既設の巻線型誘導電動機の二次回路への増設が容易で、不平衡状態等の異常を確実に検出できる二次回路異常検出装置と、それを用いた二次回路保護装置を提供する。【解決手段】二次回路異常検出装置は、二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の間に設けた電圧検出器１０で線間電圧を検出し、異常判定回路１１において各電圧検出器１０で検出された線間電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、各線間電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、二次回路を異常状態と判定する構成とすることにより、二次回路への増設が容易で、二次回路の不平衡状態や欠相等の異常を確実に検出できるものとし、二次回路保護装置は、異常判定回路１１から出力される異常判定信号に基づいて、電動機本体１の電源を切るインターロック回路１２を備えた構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線型誘導電動機の三相の二次側配線と、前記二次側配線の各相に設けられた二次抵抗器および接触器とからなる二次回路の異常を検出する二次回路異常検出装置において、
前記二次側配線の各相間の線間電圧を検出する３つの電圧検出器と、前記各電圧検出器によって検出される線間電圧に基づいて、前記二次回路の異常の有無を判定する異常判定回路とを備えていることを特徴とする巻線型誘導電動機の二次回路異常検出装置。
【請求項２】
前記異常判定回路は、前記各線間電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、前記各線間電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、前記二次回路を異常状態と判定するものであることを特徴とする請求項１に記載の巻線型誘導電動機の二次回路異常検出装置。
【請求項３】
巻線型誘導電動機の三相の二次側配線と、前記二次側配線の各相に設けられた二次抵抗器および接触器とからなる二次回路の異常を検出する二次回路異常検出装置において、
前記二次側配線の各相の対応する２点間の電圧を検出する３つの電圧検出器と、前記各電圧検出器によって検出される各相の２点間の電圧に基づいて、前記二次回路の異常の有無を判定する異常判定回路とを備えていることを特徴とする巻線型誘導電動機の二次回路異常検出装置。
【請求項４】
前記異常判定回路は、前記各相の２点間の電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、前記各相の２点間の電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、前記二次回路を異常状態と判定するものであることを特徴とする請求項３に記載の巻線型誘導電動機の二次回路異常検出装置。
【請求項５】
巻線型誘導電動機の三相の二次側配線と、前記二次側配線の各相に設けられた二次抵抗器および接触器とからなる二次回路を保護する二次回路保護装置において、
請求項１乃至４のいずれかに記載の二次回路異常検出装置と、前記二次回路異常検出装置の異常判定回路が異常判定したときに出力する異常判定信号に基づいて、巻線型誘導電動機の電動機本体の電源を切るインターロック回路とを備えていることを特徴とする巻線型誘導電動機の二次回路保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線型誘導電動機の二次回路における異常を検出する異常検出装置と、その異常検出装置を用いた二次回路の保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
巻線型誘導電動機（以下、単に「誘導電動機」ともいう。）は、二次回路を用いた速度制御が可能な中・大型電動機として、多くの分野で用いられている。その速度制御方式の一つである二次抵抗法は、図４に示すように、電動機本体１の回転子１ａから引き出される二次側の三相のリード線２のそれぞれにスリップリング３、ブラシ４を介して二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの一端を接続し、その三相の二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの他端を短絡させるとともに、各二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの途中に二次抵抗器５を挿入し、各相の二次抵抗器５の対応する位置の間に短絡・開放可能な接触器６を複数挿入して、二次回路を形成する。そして、電動機本体１を始動させるときには、接触器６を二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの他端側から順次短絡させて、二次抵抗器５の抵抗値を段階的に減少させることにより、電動機本体１を徐々に加速できるようにしている。
【０００３】
また、図４に示した二次抵抗法では、二次側の三相のリード線２を短絡させるための短絡リング７と、各リード線２と短絡リング７を接離する歯形スイッチ８とからなる短絡装置９を設け、電動機本体１始動時に二次回路のすべての接触器６を短絡させた後に、歯形スイッチ８で各リード線２を短絡リング７と接続して短絡させることにより、二次回路の抵抗をほぼゼロにして、定常時に電動機本体１を最大速度で運転できるようにしている。そして、電動機本体１を停止させるときは、歯形スイッチ８で短絡リング７を各リード線２から切り離した後に最初の接触器６の開放を行うようにしている。
【０００４】
ところが、上記のような二次抵抗法による速度制御機能を有する誘導電動機では、二次抵抗器の製作時や二次側配線の配線工事の際にミスがあった場合、二次側配線の断線による相間短絡や地絡が生じて二次回路が不平衡状態あるいは欠相状態となり、大きな不平衡電流が流れて接触器や短絡装置の歯形スイッチ等に異常発熱が生じ、焼損に至るおそれがある。また、設置期間が長くなると、電動機本体の老朽化等によっても同様の事故が生じることがある。
【０００５】
なお、誘導電動機の一次側には、通常、過電流や過電圧に対する異常検出装置や保護装置が設けられているが、これらの装置によって二次回路の異常検出や保護を図ることは困難である。このため、一般に、二次回路の事故対策として、定期的な点検保守を確実に行うようにしているが、必ずしも二次回路を十分に保護することはできない。また、誘導電動機設置後の最初の運転での二次回路の事故については、別の対策が必要となる。
【０００６】
これに対し、特許文献１では、二次側配線の各相の二次電流を検出し、検出された二次電流の差電流が予め設定した不平衡電流の上限値を超えた場合に異常状態と判定して、警報装置に異常警報を表示させる異常検出装置が提案されている。
【０００７】
また、特許文献２では、二次側配線の各相に対して、二次抵抗とは別の抵抗をスター接続して、その抵抗の間に形成される中性点を接地用抵抗を介して接地し、接地用抵抗を流れる電流と中性点の対地電圧の少なくとも一方を検出し、その検出結果に基づいて二次回路の異常を検出する異常検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１６３８４２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１で提案されている異常検出装置は、既設の誘導電動機の二次回路に増設する場合、二次電流を検出するために、二次側配線を二次回路から一旦外して貫通型変流器に通してから再度配線施工するか、あるいは、二次側配線を途中で切断して巻線型変流器の鉄心に巻き付けた配線と接続することになり、その施工にかなりの手間とコストがかかるという難点がある。
【００１０】
一方、特許文献２で提案されている異常検出装置については、その構成上、二次回路中のいずれかの場所で地絡が生じない限り、異常検出が行えないという問題がある。すなわち、この異常検出装置を除く二次回路は非接地で回路構成されているので、二次回路中で地絡が生じなければ接地電流の閉回路は構成されず、接地用抵抗には電流が流れないし、中性点の対地電圧は特定できない。このため、地絡が生じていない状態では、原理的に不平衡状態や欠相等の異常を検出することはできないと考えられる。
【００１１】
そこで、本発明は、既設の巻線型誘導電動機の二次回路への増設が容易で、不平衡状態や欠相等の異常を確実に検出することができる二次回路異常検出装置と、それを用いた二次回路保護装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本願の第１発明は、巻線型誘導電動機の三相の二次側配線と、前記二次側配線の各相に設けられた二次抵抗器および接触器とからなる二次回路の異常を検出する二次回路異常検出装置において、前記二次側配線の各相間の線間電圧を検出する３つの電圧検出器と、前記各電圧検出器によって検出される線間電圧に基づいて、前記二次回路の異常の有無を判定する異常判定回路とを備えている構成を採用した。
【００１３】
上記の第１発明の二次回路異常検出装置によれば、二次側配線の各相の端子に電圧検出器を接続するだけで各相間の線間電圧を検出できるようになるので、既設の二次回路へ増設する場合も配線の再施工の必要がないし、二次回路に地絡が生じなくても不平衡状態や欠相等の異常を確実に検出することができる。
【００１４】
ここで、前記異常判定回路は、前記各線間電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、前記各線間電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、前記二次回路を異常状態と判定するものとすることができる。
【００１５】
また、本願の第２発明は、巻線型誘導電動機の三相の二次側配線と、前記二次側配線の各相に設けられた二次抵抗器および接触器とからなる二次回路の異常を検出する二次回路異常検出装置において、前記二次側配線の各相の対応する２点間の電圧を検出する３つの電圧検出器と、前記各電圧検出器によって検出される各相の２点間の電圧に基づいて、前記二次回路の異常の有無を判定する異常判定回路とを備えている構成を採用した。
【００１６】
上記の第２発明の二次回路異常検出装置でも、第１発明と同様、既設の二次回路への増設が容易で、二次回路に地絡が生じなくても異常を確実に検出できる。さらに、第１発明では二次抵抗器の最大定格に見合った容量の電圧検出器が必要になるのに対し、この第２発明では、電圧を検出する二次側配線の各相の２点を適切に選ぶことにより、第１発明よりも測定電圧のレベルが小さくなり、小さい容量の電圧検出器が使用できるようになる。
【００１７】
上記第２発明の場合、前記異常判定回路は、前記各相の２点間の電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、前記各相の２点間の電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、前記二次回路を異常状態と判定するものとすることができる。
【００１８】
そして、本願の第３発明は、巻線型誘導電動機の三相の二次側配線と、前記二次側配線の各相に設けられた二次抵抗器および接触器とからなる二次回路を保護する二次回路保護装置において、上記の第１発明または第２発明の二次回路異常検出装置と、前記二次回路異常検出装置の異常判定回路が異常判定したときに出力する異常判定信号に基づいて、巻線型誘導電動機の電動機本体の電源を切るインターロック回路とを備えている構成とすることにより、地絡以外の異常に対しても確実に二次回路を保護できるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の二次回路異常検出装置は、上述したように、二次側配線の各相間の線間電圧または各相の対応する２点間の電圧を検出し、その検出結果に基づいて二次回路の異常の有無を判定するようにしたものであるから、従来の二次電流の検出結果に基づいて異常判定を行う方式のものに比べて容易に既設の二次回路へ増設できるし、二次回路に地絡が生じなくても不平衡状態や欠相等の異常を確実に検出することができる。また、各相の２点間の電圧の検出結果に基づいて異常判定を行う場合は、使用する電圧検出器を容量の小さいものとして、コストの低減および安全性の向上を図ることができる。
【００２０】
そして、本発明の二次回路保護装置は、上記構成の二次回路異常検出装置を用い、その異常検出装置が異常判定したときに出力する異常判定信号に基づいて、電動機本体の電源を切るようにしたものであるから、地絡以外の異常に対しても確実に二次回路を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の異常検出装置および保護装置を含む二次回路の概略図
【図２】第２実施形態の異常検出装置および保護装置を含む二次回路の概略図
【図３】第２実施形態の異常検出装置の変形例を示す二次回路の概略図
【図４】従来の二次回路の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１乃至図３に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は第１実施形態の異常検出装置および保護装置を含む巻線型誘導電動機の二次回路を示す。この二次回路の異常検出装置および保護装置以外の構成は、前述の図４に示した従来の二次回路と同じである。すなわち、この二次回路は、速度制御方式として二次抵抗法を採っており、電動機本体１の回転子１ａから引き出された二次側の三相のリード線２と、各リード線２にスリップリング３、ブラシ４を介して一端を接続され、他端を短絡された三相の二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍと、各二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの途中に挿入された二次抵抗器５と、各相の二次抵抗器５の対応する位置の間に短絡・開放可能に挿入された複数の接触器６とを備えている。
【００２３】
そして、電動機本体１を始動させるときには、接触器６を二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの他端側から順次短絡させて、二次抵抗器５の抵抗値を段階的に減少させることにより、電動機本体１を徐々に加速できるようになっている。
【００２４】
また、二次側の三相のリード線２を短絡させるための短絡リング７と、各リード線２と短絡リング７を接離する歯形スイッチ８からなる短絡装置９を備えており、電動機本体１始動時に二次回路のすべての接触器６を短絡させた後に、歯形スイッチ８で各リード線２を短絡リング７と接続して短絡させることにより、二次回路の抵抗をほぼゼロにして、定常時に電動機本体１を最大速度で運転できるようになっている。そして、電動機本体１を停止させるときは、歯形スイッチ８で短絡リング７を各リード線２から切り離した後に最初の接触器６の開放を行うようになっている。
【００２５】
さらに、二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の間には線間電圧を検出する電圧検出器１０が設けられており、これらの３つの電圧検出器１０と、各電圧検出器１０で検出される線間電圧に基づいて二次回路の異常の有無を判定する異常判定回路１１とによって、第１実施形態の二次回路異常検出装置が構成されている。そして、この異常検出装置と、異常検出装置の異常判定回路１１から出力される異常判定信号に基づいて電動機本体１の電源を切るインターロック回路１２とで、第１実施形態の二次回路保護装置が構成されている。
【００２６】
前記異常判定回路１１は、３つの電圧検出器１０で検出された各線間電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、各線間電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、二次回路を異常状態と判定し、異常判定信号をインターロック回路１２に対して出力するものである。
【００２７】
すなわち、各線間電圧をＶkl，Ｖlm，Ｖmk、各線間電圧の差の許容値をΔＶＴ、各線間電圧の最小設定値と最大設定値をそれぞれＶmin、Ｖmaxとしたとき、
｜Ｖkl−Ｖlm｜＞ΔＶＴ、｜Ｖlm−Ｖmk｜＞ΔＶＴ、｜Ｖmk−Ｖkl｜＞ΔＶＴ、
Ｖkl≦Ｖmin、Ｖlm≦Ｖmin、Ｖmk≦Ｖmin、Ｖkl≧Ｖmax、Ｖlm≧Ｖmax、Ｖmk≧Ｖmax
の条件のうち、いずれか一つでも成立すれば異常判定信号を出力するようになっている。
【００２８】
前記インターロック回路１２は、異常判定回路１１から異常判定信号を受けたときに、一次側の電源スイッチ１３を自動的に開放するようになっている。その電源スイッチ１３は、電動機本体１の固定子１ｂから引き出された一次側の三相のリード線１４のそれぞれに接続された一次側配線Ｕ，Ｖ，Ｗの途中に設けられており、これらの電源スイッチ１３を開放すれば、電動機本体１の電源が切れて二次電流が流れなくなるので、二次回路の接触器６や短絡装置９の歯形スイッチ８等に異常発熱や焼損等が生じなくなる。
【００２９】
この実施形態の二次回路異常検出装置および二次回路保護装置は、上記の構成であり、二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの断線による相間短絡や地絡が生じて二次回路が不平衡状態あるいは欠相状態になると、二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相間の線間電圧の検出結果に基づいて二次回路を異常状態と判定し、電動機本体１の電源を切るようになっているので、電動機本体１の老朽化によって異常が生じた場合だけでなく、二次抵抗器５の製作時や二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの配線工事の際のミスによって異常が生じた場合にも、確実に異常を検出して二次回路を保護することができる。
【００３０】
しかも、この異常検出装置では、二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の端子に電圧検出器１０を接続するだけで各相間の線間電圧を検出できるようになるので、既設の二次回路へ増設する場合も配線の再施工の必要がなく、従来の二次電流の検出結果に基づいて異常判定を行うものに比べて、増設時の施工の手間とコストを大幅に削減できる。
【００３１】
図２は、図１の異常検出装置および保護装置を第２実施形態のものに変更した巻線型誘導電動機の二次回路を示す。この第２実施形態の異常検出装置および保護装置は、３つの電圧検出器１０がそれぞれ二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の対応する２点間の電圧を検出するように接続されている点、および異常判定回路１１が各電圧検出器１０によって検出される各相の２点間の電圧に基づいて二次回路の異常の有無を判定する点が、第１実施形態のものと異なっている。
【００３２】
そして、前記異常判定回路１１は、各相の２点間の電圧の差の少なくとも１つが所定範囲を超える場合、または、各相の２点間の電圧の少なくとも１つが最小設定値以下または最大設定値以上となっている場合に、二次回路を異常状態と判定するようになっている。
【００３３】
すなわち、各相の２点間の電圧をＶk，Ｖl，Ｖm、各相の２点間の電圧の差の許容値をΔＶＴ２、各相の２点間の電圧の最小設定値と最大設定値をそれぞれＶmin２、Ｖmax２としたとき、
｜Ｖk−Ｖl｜＞ΔＶＴ２、｜Ｖl−Ｖm｜＞ΔＶＴ２、｜Ｖm−Ｖk｜＞ΔＶＴ２、
Ｖk≦Ｖmin２、Ｖl≦Ｖmin２、Ｖm≦Ｖmin２、Ｖk≧Ｖmax２、Ｖl≧Ｖmax２、Ｖm≧Ｖmax２
の条件のうち、いずれか一つでも成立すれば異常判定信号を出力するようになっている。
【００３４】
この第２実施形態の上記以外の構成は、インターロック回路１２を含め、第１実施形態と同じである。したがって、第１実施形態と同様、二次回路の異常を確実に検出することができ、二次回路への増設が容易である。
【００３５】
ここで、第１実施形態では二次抵抗器５の最大定格に見合った容量の電圧検出器１０が必要になるが、第２実施形態の電圧検出器１０に必要とされる容量は、電圧検出器１０が接続される二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の２点の間の抵抗の大きさによって決まる。すなわち、第２実施形態において、電圧を検出する二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の２点は、各相で対応していれば任意に選ぶことができ、その２点の間にある抵抗が小さいほど、測定電圧のレベルが小さくなり、小さい容量の電圧検出器１０が使用できるようになる。
【００３６】
したがって、図２の例でも第１実施形態よりも若干容量の小さい電圧検出器１０を使用できるが、図２の例よりも二次側配線Ｋ，Ｌ，Ｍの各相の２点の間隔を大幅に短縮した図３の変形例では、第１実施形態や図２の例よりもかなり容量の小さい電圧検出器１０を使用できることになる。そして、電圧検出器１０に必要な容量が小さくなれば、電圧検出器１０を構成する市販の計器用変圧器や電圧トランスデューサの選定の自由度が大きくなってコストの低減を図れるし、安全性も向上する。
【００３７】
なお、本発明の二次回路異常検出装置は、上述した各実施形態のように二次回路保護装置の一部として用いるほか、単体で二次回路に設けるようにしてもよい。その場合は、異常判定回路の異常判定信号を警報装置へ送るようにし、警報装置が異常警報を出力したときに作業者が電動機本体の電源を切るようにすればよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  電動機本体
２  リード線
３  スリップリング
４  ブラシ
５  二次抵抗器
６  接触器
７  短絡リング
８  歯形スイッチ
９  短絡装置
１０  電圧検出器
１１  異常判定回路
１２  インターロック回路
１３  電源スイッチ
１４  リード線
Ｋ，Ｌ，Ｍ  二次側配線
Ｕ，Ｖ，Ｗ  一次側配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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