(57)【要約】【課題】  既存の電流検出手段および演算処理手段を利用して、欠相検知手段をソフトウェアで構築することで、低コストで、容易に且つ確実に欠相の発生を検知することができる欠相検知装置を提供する。また、上記欠相検知装置を備えたポンプシステムを提供する。【解決手段】  三相交流電源と、該電源から電力供給を受ける三相負荷との間に介装された三相のうちの二相の電流を検出する電流検出器１３，１４と、電流検出器の検出信号から電流波形を検出する検出手段１６と、電流波形から、電流実効値、電流最大値、および、他方相がゼロクロスするタイミングでのゼロクロス時電流値を検出する手段１６と、これらの検出値を比較する比較手段１６とを備えた。【選択図】図１
2005227073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源と、該電源から電力供給を受ける三相負荷との間に介装された三相のうちの二相の電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の検出信号から電流波形を検出する検出手段と、
前記電流波形から、電流実効値、電流最大値、および、他方相がゼロクロスするタイミングでのゼロクロス時電流値を検出する手段と、これらの検出値を比較する比較手段とを備えたことを特徴とする欠相検知装置。
【請求項２】
前記比較手段は、検出対象の二相の電流実効値を相互に比較する手段であることを特徴とする請求項１記載の欠相検知装置。
【請求項３】
前記比較手段は、検出対象の二相の電流の電流最大値と、他方相ゼロクロス時電流値を比較する手段であることを特徴とする請求項１記載の欠相検知装置。
【請求項４】
前記電流波形の半周期分または１周期分を記憶するメモリを備えたことを特徴とする請求項１記載の欠相検知装置。
【請求項５】
三相交流電源から電力供給を受けるポンプシステムであって、三相交流電源とポンプモータとの間に、三相のうちの二相の電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の検出信号から電流波形を検出する検出手段と、
前記電流波形から、電流実効値、電流最大値、および、他方相がゼロクロスするタイミングでのゼロクロス時電流値を検出する手段とからなる欠相検知装置とを備えたことを特徴とするポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠相検知装置に係り、特に、三相交流電源からポンプ等の負荷機器に供給する電力における欠相を、二相の電流検出器で検知することができる欠相検知装置に関する。また、上記欠相検知装置を備えたポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、深井戸や給水装置などに用いられるポンプシステムは三相モータを搭載しているものが大部分であり、これらのポンプへの三相交流電源からの供給電力に何らかの原因により欠相が生じると、ポンプの運転上、不都合が生じる。このため、三相交流電源からの供給電力に欠相が発生したことを検知する欠相検知装置が従来から知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平７−１３４１５４号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０２１６６号公報
【０００３】
例えば、特許文献１には、三相のうちの二相に電流検出器を配置し、検出電流と所定電流との関係から、電流検出器を配置したいずれかの相の欠相を検知するとともに、所定時間（例えば１秒）前の電流と現在の電流とを比較することで、電流検出器を配置していない相の欠相を検知する欠相検知装置が提案されている。この欠相検知装置によれば、電流検出器を配置していない相に欠相が生じると、欠相の前後で相電流から線間電流に電流が大幅に増大するため、電流の変化を検出することで、電流検出器を配置していない相の欠相を検知することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、三相のそれぞれに電流検出器を配置し、各相の検出電流を３０°毎にサンプリングして１サイクル分をＲＡＭに格納し、これから正相分電流と逆相分電流を演算し、不平衡率を演算し、不平衡率が所定値を越えると欠相と判断する欠相検知方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の欠相検知装置にあっては、ポンプを駆動する三相モータへの供給電力に欠相が生じた場合に、必ずしも電流が相電流から線間電流に増大するものではない。このため、必ずしも欠相を正確に検知できないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２記載の欠相検知装置にあっては、三相全てに電流検出器を配置することが必要であり、それぞれの電流検出器の検出結果を用いて複雑な演算処理を行うことが必要である。このことから、特許文献２の欠相検知装置では、コスト高になってしまうとともに、その演算処理にも時間が掛かってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、既存の電流検出手段および演算処理手段を利用して、欠相検知手段をソフトウェアで構築することで、低コストで、容易に且つ確実に欠相の発生を検知することができる欠相検知装置を提供することを目的とする。また、上記欠相検知装置を備えたポンプシステム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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の欠相検知装置は、三相交流電源と、該電源から電力供給を受ける三相負荷との間に介装された三相のうちの二相の電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出信号から電流波形を検出する検出手段と、前記電流波形から、電流実効値、電流最大値、および、他方相の電流波形がゼロ点を交差する点であるゼロクロスのタイミングでのゼロクロス時電流値を検出する手段と、これらの検出値を比較する比較手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、ポンプシステム等における既存の電流検出手段および演算処理手段を利用して、欠相検知手段をソフトウェアのみで構築することができる。すなわち、一般的にポンプシステムにおいては、三相のうちの二相に電流検出手段を備え、過電流の検出を行ったり、ポンプの運転制御を行ったりしている。このため、ポンプシステムにおいては、検出した電流を演算処理するＣＰＵおよびメモリを備えた演算処理手段を備えているのが一般的である。本発明によれば、既存の電流検出手段および演算処理手段を利用して、欠相検知手段をソフトウェアのみで構築することで、低コストで、容易に且つ確実に欠相の発生を検知することができる欠相検知装置を提供することができる。
【００１０】
ここで、前記比較手段は、検出対象の二相の電流実効値を相互に比較する手段であることが好ましい。これにより、検出対象の二相の電流実効値を相互に比較することで、欠相が生じている場合には検出対象の相の電流実効値が略ゼロとなるため、欠相を生じた相を検知することができる。
【００１１】
また、前記比較手段は、検出対象の二相の電流の電流最大値と、他方相ゼロクロス時電流値を比較する手段であることが好ましい。これにより、検出対象の電流検出器を備えた二相以外の相に欠相が生じた場合に、検出対象の二相の相の電流は互いに同相となるため、他方相がゼロクロスしたときの電流値が略ゼロとなる。このため、電流最大値と他方相ゼロクロス時電流値の比を求めると略ゼロとなり、これにより電流検出器を配置した検出対象の二相以外の相の欠相を検知することができる。
【００１２】
また、前記電流波形の半周期分または１周期分を記憶するメモリを備えることが好ましい。これにより、電流波形から電流実効値、電流最大値、他方相ゼロクロス時電流値を容易に検出することができる。
【００１３】
また、本発明のポンプシステムは、三相交流電源から電力供給を受けるポンプシステムであって、三相交流電源とポンプモータとの間に、三相のうちの二相の電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出信号から電流波形を検出する検出手段と、前記電流波形から、電流実効値、電流最大値、および、他方相がゼロクロスするタイミングでのゼロクロス時電流値を検出する手段とからなる欠相検知装置とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
総じて本発明によれば、容易に且つ確実に欠相の発生を検知することができる欠相検知装置を低コストで提供することができる。そして、この欠相検知装置を備えたポンプシステムでは、殆ど製造コストを必要とすることなく、容易に且つ確実に欠相を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明に係る欠相検知装置を搭載するポンプシステムの実施形態を示す図である。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１６】
図１において、ポンプシステムは、三相交流電源から三相の線路ｒ，ｓ，ｔにより電力供給を受けて三相モータ（三相負荷）１１が回転動作し、ポンプ本体１２のインペラなどを駆動することにより給排水を行う。例えばこのポンプシステムでは、ポンプモータ１１をオン・オフ制御することにより、図示しないタンクに水を所定圧に蓄圧し、該タンクより水を給水する。このため、このポンプシステムの運転制御のため、ＣＰＵ１６を含む演算処理装置１５を備えている。また、ポンプモータの過電流保護等のため、線路電流を検出する必要があり、このため、三相のうちの二相にＣＴ１３ａ，１４ａ、および電流検出回路１３，１４を備えている。そして、例えば過電流の検出のためにはＣＴ１３ａ，１４ａ、および電流検出回路１３，１４で検出された電流を、上記演算処理装置１５に入力し、ここで演算処理することで過電流の検出を行い、警報の発生等を行っている。なお、図２中、１８は表示操作部であり、１９ａはその表示操作部との接続端子、１９ｂは外部出力端子である。
【００１７】
このポンプシステムは、三相交流電源端子Ｒ、Ｓ、Ｔとモータ（三相負荷）１１との間の線路に欠相検知装置１０が接続されており、欠相検知装置１０は、三相交流電源に接続された線路に流れる電流をそのうちの二相に装着したＣＴ１３ａ，１４ａにより検出する。そして、検出した電流を電圧変換して電流波形に対応した検出信号を出力する２組の電流検出回路１３，１４と、この電流検出回路１３，１４からの検出信号の演算処理を行って三相電流における欠相の発生を検知する演算処理装置１５とを備えている。ここで、本実施形態の欠相検知装置１０は、電流検出回路１３，１４のＣＴ１３ａ，１４ａを三相交流電源からの線路ｒ〜ｔのいずれかの２個所に取り付けてもよいが、本実施形態では、Ｒ相の線路ｒにＣＴ１３ａを取り付けて、Ｔ相の線路ｔにＣＴ１４ａを取り付けた場合で説明する。
【００１８】
なお、この欠相検知装置１０に用いるＣＴ１３ａ，１４ａ、電流検出回路１３，１４、および演算処理装置１５は、上述したポンプシステムの運転制御に用いるものを兼用して利用することができる。したがって、この欠相検知装置１０では、以下に説明する欠相検知のためのソフトウェアのみを構築することで、ハードウェアとしては、既存のシステムのものをそのまま流用することが可能である。
【００１９】
電流検出回路１３，１４の検出信号は、図２（ａ）に示すように、正弦波形であり、三相交流電源からの電流波形としては、正常時に、Ｒ相とＴ相の二相間で１２０度位相がずれた正弦波形として検出される。この三相交流電源からのＲ相またはＴ相に欠相が発生した際には、図示するまでもなく、電流波形はＲ相またはＴ相の一方のみとなる。また、三相交流電源からのＳ相に欠相が発生した際には、図２（ｂ）に示すように、Ｒ相およびＴ相の電流波形は同位相になる。
【００２０】
このことから、演算処理装置１５は、ＣＰＵ１６が不図示のメモリ内に格納するプログラムにしたがって、電流検出回路１３，１４の検出信号（電流波形）を比較することにより、三相交流電源からのＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかに欠相が発生したことによる検出信号の変化に応じた比較結果から、欠相の発生相を検知することができる。
【００２１】
すなわち、ＣＰＵ１６は、電流検出回路１３，１４の半周期または１周期の検出信号を例えば０．５mSec毎にサンプリングして、メモリ（ＲＡＭ）１７に保存する。そして、これらのデータをＲＡＭ１７内に一時記憶しつつ比較することにより、欠相の発生相を検知する。具体的には、ＣＰＵ１６は、Ｒ相とＴ相の電流実効値を比較することにより電流波形の検出対象のＲ相またはＴ相における欠相発生を検知することができる。また、Ｒ相およびＴ相の電流最大値に対する他方相ゼロクロス時電流値の比率が予め設定されている値以下である場合に、Ｓ相の欠相発生と判断（検知）することができる。
【００２２】
まず、この波形データからＲ相とＴ相のそれぞれの電流実効値を求める。なお、電流実効値は電流波形データを積分し、面積を計算することにより求められる。正常時には、Ｒ相とＴ相の電流実効値は等しい。したがって、この比を取ると１となる。しかしながら、Ｒ相とＴ相のいずれかが欠相の場合には、欠相した相の電流実効値は０となる。したがって、欠相した相としていない相との比を取ると０となる。このため、Ｒ相とＴ相のいずれかが欠相したことを、両相の実効値を比較することにより容易に検知できる。
【００２３】
また、Ｒ相電流波形における電流最大値Ｉｐｒと、Ｔ相が電流値ゼロになるゼロクロスタイミングでのゼロクロス時電流値Ｉｚｒ、およびＴ相電流波形における電流最大時Ｉｐｔと、Ｒ相が電流値ゼロになるゼロクロス時電流値Ｉｚｔを、上記波形データから求める。正常時には、図２（ａ）に示すように、Ｒ相とＴ相の電流波形は１２０゜のずれがある。このため、
Ｉｚｒ／Ｉｐｒ＝０．８６
Ｉｚｔ／Ｉｐｔ＝０．８６
となる。しかしながら、Ｓ相の欠相時には、Ｒ相とＴ相とは図２（ｂ）に示すように、Ｒ相とＴ相の電流波形は同相となる。このため、
Ｉｚｒ／Ｉｐｒ＝０
Ｉｚｔ／Ｉｐｔ＝０
となる。したがって、上記比較により、Ｓ相の欠相を容易に検知できる。
【００２４】
なお、Ｒ相及びＴ相のそれぞれの電流波形データは、１００mSecの間を演算処理装置１５のＲＡＭ１７（図１参照）に保存する。そして、例えば０．５mSec毎に電流値データを取得するとともに上記ＲＡＭ１７に上書き保存を行う。そして、欠相状態を検出したときにこの上書き保存を停止させることにより、欠相状態を示す電流波形を保存することができる。そして、ＣＰＵ１６によりこの波形をアクセス可能とすることで、通信により他のパーソナルコンピュータ等に電流波形データを送信することで、パーソナルコンピュータ上で上記欠相が生じたときの電流波形を観察することができる。従って、この電流波形を確認することにより、欠相原因の究明等のメンテナンス業務に役立てることが可能である。
【００２５】
また、この電流波形データは、常時取得しているものであり、過電流状態や過負荷状態になったときにも、上書き保存を停止させることで、過電流状態や過負荷状態の電流波形を保存することが可能である。このような異常状態の電流波形データは、上述したようにパーソナルコンピュータから観察することが可能であり、欠相状態の検出と同様に、各種メンテナンス業務に役立てることが可能である。また、上記１００mSecの間の電流波形データのＲＡＭ領域を、例えば１０個分用意しておくことで、各１０回分の検出時の電流波形データを確認することが可能である。なお、この場合に検出回数が１１回以上になったら、古いデータから順次上書き保存を行い、常に新しい１０回分のデータを確認できるようにすることが好ましい。
【００２６】
つぎに、欠相検知の具体的手順について、図３のフローチャートにより説明する。ＣＰＵ１６は、まず、図３のフローチャートに示すように、Ｒ相の電流波形を積分することにより電流実効値を算出するとともに、同様に、Ｔ相の電流実効値を算出して比較する（ステップＳ１）。
【００２７】
予め設定されている比率（設定値）と比較できるように、Ｒ相に欠相が発生してその電流実効値がＴ相の電流実効値よりも小さい場合には、そのＲ相の小さな値を分子にする比率Ａを次式により算出する。（ステップＳ２）
比率Ａ＝（Ｒ相の電流実効値／Ｔ相の電流実効値）×１００（％）
【００２８】
一方、Ｒ相の電流実効値がＴ相の電流実効値以上の場合には、同様に、Ｔ相の値を分子にする比率Ａを次式により算出する（ステップＳ３）。
比率Ａ＝（Ｔ相の電流実効値／Ｒ相の電流実効値）×１００（％）
【００２９】
Ｒ相の電流実効値／Ｔ相の電流実効値の比率Ａが設定比率よりも小さいとき（ステップＳ４）には、Ｒ相に欠相異常発生と判断する（ステップＳ２２）。
【００３０】
同様に、Ｔ相の電流実効値／Ｒ相の電流実効値の比率Ａが設定比率よりも小さいとき（ステップＳ５）には、Ｔ相に欠相異常発生と判断する（ステップＳ２３）。
【００３１】
一方、算出した比率Ａが設定比率よりも小さくなかった場合には、Ｒ相の電流最大値、Ｔ相の電流最大値、Ｔ相がゼロクロス時のＲ相の電流値、および、Ｒ相がゼロクロス時のＴ相の電流値を算出して（ステップＳ１１）、Ｒ相およびＴ相の電流最大値に対する他相ゼロクロス時の電流値の比率Ｂ、Ｃを算出する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。
比率Ｂ＝（Ｔ相ゼロクロス時のＲ相電流値／Ｒ相電流最大値）×１００（％）
比率Ｃ＝（Ｒ相ゼロクロス時のＴ相電流値／Ｔ相電流最大値）×１００（％）
【００３２】
次いで、算出した比率Ｂ、Ｃと設定比率とを比較して（ステップＳ１４）、その比率Ｂ、Ｃのいずれか一方でも設定比率以上であった場合には、欠相異常は発生していないと判断する（ステップＳ１９）。一方、その比率Ｂ、Ｃの双方が設定比率よりも小さい場合には、Ｓ相に欠相異常発生と判断する（ステップＳ２０）。
【００３３】
以上のステップで、欠相異常が発生した場合には、表示操作部１８（図１参照）に直ちに欠相状態を表示させる。すなわち、欠相を生じた相、及び必要に応じて比率Ａ，Ｂ，Ｃ等のデータや、発生時刻等を表示するとともに、警報を発生する。従って、欠相の発生、特に欠相した相を表示することができるため、欠相が生じた相について集中的に調査することで、欠相の原因を早期に発見することができる。このため、メンテナンスに関わる時間を短縮できるという効果が生じる。また、上述したようにパーソナルコンピュータ等にこれらの情報が送られ、電流波形データとともにメンテナンスのためのデータとして用いられる。
【００３４】
ここで、これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。例えば、欠相検知装置は、ポンプシステムに限らずに、三相交流電源から電力供給を受ける三相負荷を備える各種のシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る欠相検知装置を搭載するポンプシステムの実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示すブロック図である。
【図２】その検出電流波形を示す図であり、（ａ）は正常時の電流波形を示す波形図、（ｂ）は異常時（Ｓ相欠相時）の電流波形を示す波形図である。
【図３】その欠相の検知処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１０    欠相検知装置
１１    三相モータ
１２    ポンプ本体
１３ａ，１４ａ    電流検出器（ＣＴ）
１３，１４    電流検出回路
１５    演算処理装置
１６    ＣＰＵ
１７    ＲＡＭ
１８    表示操作部
【図１】
2005227073.tif 000003
【図２】
2005227073.tif 000004
【図３】
2005227073.tif 000005