(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砕石機駆動用の巻線形誘導電動機の制御装置であって、
巻線形誘導電動機の固定子巻線に流れる電流値を検出する電流検出装置と、
該電動機の回転子巻線にスリップリングを介して直列に接続されかつ電気抵抗値を変更可能な可変２次抵抗器と、
該可変２次抵抗器の電気抵抗値を前記電流値に対応して変更する抵抗制御装置と、を備え、
前記抵抗制御装置は、電流検出装置により検出された電流値が前記電動機の定格回転数に対応する所定値以下のときに可変２次抵抗器を短絡し、該電流値が所定値を超えるときに前記電動機の定格トルクを超えるトルクを発生し得るように可変２次抵抗器の抵抗値を所定抵抗値に設定する制御を行う、
ことを特徴とする巻線形誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記電流検出装置は、電動機の固定子巻線に電気を供給する１次回路に設けられた変流器であり、
前記可変２次抵抗器は、回転子巻線にスリップリングを介して接続されている２次回路の２次抵抗器を調整する接触器と、２次回路を可変抵抗器をバイパスして２次抵抗器を短絡する短絡用接触器とからなり、
前記抵抗制御装置により、変流器の検出電流に応じて、短絡用接触器又は調整用接触器のいずれかを接続して２次回路側に接続された電気抵抗値を変更する、ことを特徴とする請求項１の巻線形誘導電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセメントプラント等に使用される砕石機駆動用の巻線形誘導電動機の制御装置に係り、更に詳しくは、大きく変動する負荷が生じても電動機を停止することなく回転を継続させる制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、一般的な誘導電動機の速度特性曲線図である。この図に示すように、一次端子電圧を一定とする場合に、すべりの小さいところでトルクや出力は最大値をとり、それより小さいすべり速度で通常運転される。また、セメントプラント用の砕石機駆動に用いる巻線形誘導電動機のように、負荷が大きく変動する場合には、回転子の巻線にスリップリングを介して一定の抵抗値を有する２次抵抗器を接続し、電動機を停止することなく回転を継続できるようになっている。すなわち、かかる２次抵抗器を用いると、最大トルクの位置が図５で左側にシフトし、すべりが大きくなるに従って大きいトルクを発生するようになる。２次抵抗の大きさは、電動機出力トルクが電動機の回転速度が下がると共に大きくなり、定格速度よりも数１０％低速のときに最大トルクが生ずるように選定される。
【０００３】
上述した２次抵抗器を有する巻線形誘導電動機が、砕石機が比較的小さい石を破砕しているときには、電動機の負荷トルクが小さく、電動機は定格回転速度で回転しているが、大きな石を破砕するときには回転速度が下がり、それに伴って定格の２００％以上の大きなトルクを発生させて石を破砕する。これにより、かかる巻線形誘導電動機は停止することなく砕石機を駆動することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の砕石機駆動用の巻線形誘導電動機では、常に回転子巻線に一定の抵抗を有する２次抵抗器が接続されているため、電動機への入力エネルギの一部が常に２次抵抗器で消費され、エネルギー効率が低い問題点があった。
【０００５】
一方、エネルギー効率を良くするために、２次抵抗器を用いないと、電動機のトルクは定格回転数より少し低い回転数で最大トルクを生じ、その回転数よりさらに低くなると急激にトルクが小さくなる傾向となる（図５参照）。そのため、砕石機が小さい石を破砕し負荷トルクが小さいときには電動機は定格回転速度で回転しているが、大きな石を噛み込み、回転速度が下がりながらトルクが増大するが、最大トルク付近のトルクカーブが急になっているため、最大トルク点以下に回転速度が下がるとトルクが急激に小さくなり電動機は石を粉砕することなく停止してしまう。従って、砕石機駆動用の巻線形誘導電動機としてはふさわしくない電動機トルク特性になるので、従来は採用されていない。
【０００６】
本発明は上述した問題点に鑑み案出されたもので、巻線形誘導電動機が停止することなく砕石機を駆動することができ、なおかつエネルギー効率の良い砕石機駆動用の巻線形誘導電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の巻線形誘導電動機の制御装置は、砕石機駆動用の巻線形誘導電動機の制御装置であって、巻線形誘導電動機の固定子巻線に流れる電流値を検出する電流検出装置と、該電動機の回転子巻線にスリップリングを介して直列に接続されかつ電気抵抗値を変更可能な可変２次抵抗器と、該可変２次抵抗器の電気抵抗値を前記電流値に対応して変更する抵抗制御装置と、を備え、前記抵抗制御装置は、電流検出装置により検出された電流値が前記電動機の定格回転数に対応する所定値以下のときに可変２次抵抗器を短絡し、該電流値が所定値を超えるときに前記電動機の定格トルクを超えるトルクを発生し得るように可変２次抵抗器の抵抗値を所定抵抗値に設定する制御を行う。
【０００８】
また、前記電流検出装置は、電動機の固定子巻線に電気を供給する１次回路に設けられた変流器であり、前記可変２次抵抗器は、回転子巻線にスリップリングを介して接続されている２次回路の２次抵抗器を調整する接触器と、２次回路を可変抵抗器をバイパスして２次抵抗器を短絡する短絡用接触器とからなり、変流器の検出電流に応じて、短絡用接触器又は調整用接触器のいずれかを接続して２次回路側に接続された電気抵抗値を変更するようになっている。
【０００９】
上記本発明の構成により、巻線形誘導電動機で駆動される例えば砕石機が比較的小さい石を破砕しているときには、電動機は定格回転速度で回転し、電動機の負荷トルクが小さく，電流検出装置による検出電流が小さい。この場合、可変２次抵抗器の抵抗はゼロ又は比較的小さい値になっており、２次抵抗器で消費される入力エネルギは少なく、エネルギー効率を高く保持することかできる。
【００１０】
次いで、大きな石を破砕するときには、負荷トルクが増大し，電流検出装置による検出電流が大きくなるので、抵抗制御装置により可変２次抵抗器の電気抵抗値を増大させることにより、電動機のトルク曲線が２次抵抗器を有する従来のものに瞬時に切り換わる。従って、回転速度が下がり、それに伴って定格の２００％以上の大きなトルクを発生させて石を破砕する。これにより、かかる巻線形誘導電動機は停止することなく砕石機を駆動することができる。なお、大きな石の粉砕が終わり、負荷トルクが減少し，検出電流が小さくなると、可変２次抵抗器の抵抗は再びゼロ又は小さい値になり、エネルギー効率を高くする。
【００１１】
次に本発明の作用を更に詳細に説明する。説明において第１の電流値より第２の電流値は大きく、第３の電流値は第２の電流値より大きく、第Ｎの電流値は第Ｎ−１の電流値より大きい。また第１の設定抵抗値より第２の設定抵抗値は大きく、第３の設定抵抗値は第２の設定抵抗値より大きく、第Ｎの設定抵抗値は第Ｎ−１の設定抵抗値より大きい。ここでＮは正の整数である。
【００１２】
砕石機の定格能力に見合った大きさ以下の石を破砕しているときは、電動機の回転子巻線に電気を供給する回路（以下、１次回路という。）を流れる電流値は第１の電流値以下の値である。このとき制御器は２次抵抗器の電気抵抗値を第１の設定抵抗値に設定する。電動機の回転速度とトルクは、同期回転速度から数％下がったところが定格回転数であり、また同期回転速度ではトルクはゼロであり、同期回転数から１０〜２０％の回転速度が下がったところで最大トルクを生じ、さらに回転速度が下がると急激にトルクが低下する関係にある。電動機は定格回転速度と最大トルクを発生する回転速度の間の回転速度で負荷トルクとバランスした点で回転し、回転子巻線側にスリップリングを介して接続されている回路（以下、２次回路という）の電気抵抗は小さいので電気抵抗による熱損失は少なく、エネルギー効率が良い。
【００１３】
さらに大きな石を砕石機が破砕するときは上記よりも回転速度が下がり、それに伴って大きなトルクを生じ、１次回路の電流値が増加する。制御器は１次回路の電流値が第１の設定電流値より大きくなると、２次抵抗器の電気抵抗を第２の設定抵抗値に変更する。電動機の回転速度とトルク関係は、同期回転速度ではトルクはゼロであり、２次抵抗器の抵抗が第１の設定抵抗値であった場合に最大トルクを生じた回転速度よりさらに下がったところで最大トルクを生じ、さらに回転速度が下がるとなだらかにトルクが低下する傾向にある。電動機は回転速度を下げて、定格トルクより大きなトルクを発生する。２次抵抗器では電気抵抗による発熱を生じ、これは電動機の仕事には寄与しないので、エネルギー効率は悪い。
【００１４】
順次、砕石機の負荷が上がると、電動機のトルクは上がり１次回路の電流値はさらに大きくなる。制御器は１次回路の電流値が第Ｎの設定電流値より大きくなると、２次抵抗器の電気抵抗を第Ｎ＋１の設定抵抗値に変更する。電動機の回転速度とトルク関係は、同期回転速度ではトルクはゼロであり、同期回転速度から数％下がったところが定格回転数であり、また、回転速度が下がるにつれ大きなトルクを生じ、最大トルクを生じる回転数はゼロに近づく傾向になる。電動機はさらに回転速度を下げて、大きなトルクを生じる。２次抵抗器の電気抵抗値が大きくなった分だけ、発熱が大きくなり、エネルギー効率は悪くなる。
【００１５】
強固な石が砕石機に入った場合は砕石機は石を噛み込み、電動機は回転速度がゼロに近い状態で最大トルクを出力しつづける。一定時間がたつと石が破砕され、負荷トルクが小さくなるので回転速度は下がり１次回路の電流値が小さくなる。制御器は電流値が第２の電流値より下がると２次抵抗器を第２の設定抵抗値に変更し、電流値が第１の電流値より下がると２次抵抗器を第１の設定抵抗値に変更する。
【００１６】
上記の制御を砕石機の負荷により発生する１次回路の電流値に対応して行うことにより、電動機が常に適正なトルク特性を保つことができる。また大きな石が砕石機に入ってくることは全体の運転時間に比べ少ないので、２次抵抗器が一定の電気抵抗値をもっている従来の電動機に比べ、運転時間中の総合のエネルギー効率が良くなる。
【００１７】
【発明の実施の態様】
本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の配線系統図である。
【００１８】
図１において、１は巻線形誘導電動機であり、回転子巻線１ｂ示す内円と固定子巻線１ａを示す外円で示す。２は砕石機である。３は制御器であり、変流器４の信号を取り込み、２次抵抗制御信号１０を出力する。変流器４は、１次回路の電流値を検出し、制御器３に伝達する。５は１次回路であり、１次端子１３に結線され、巻線形誘導電動機１に電気を供給している。６は２次回路であり、２次端子１２に結線されて、スリップリング１５を介して、回転子巻線１ｂに接続されている。７は２次抵抗器短絡用接触器（以下、短絡用接触器）であり、第１のスイッチ８ａを閉じると２次回路を短絡できる。８は２次抵抗器調整用接触器（以下、調整用接触器）であり、第２、第３、第４のスイッチ８ｂ、８ｃ、８ｄをそれぞれ閉じると、２次抵抗器をそれぞれに対応した抵抗値に調整できる。９は２次抵抗器であり、２次回路６に接続され、巻線形誘導電動機１の回転子巻線１ｂに直列に抵抗を負荷する。１０は２次抵抗制御信号であり、破線で示され、制御器３の制御信号を短絡用接触器７と２次抵抗調整用接触器８に伝達している。１１は砕石機２と巻線形誘導電動機１の動力軸を連結するカップリングである。１４はメインスイッチであり、１次回路を図示しない電源に接続している。
【００１９】
図２は電動機の回転速度とトルクの関係を示す図である。この図は巻線形誘導電動機１のトルクと回転速度の関係を示した特性グラフであり、横軸が回転速度を、縦軸がトルクを表している。回転速度は巻線形誘導電動機１の同期回転数を１００％として表示される。トルクは巻線形誘導電動機１の定格トルクを１００％として表示される。２０ａは短絡用接触器７の第１のスイッチ８ａを閉じて２次回路を短絡したときのトルク−回転速度の関係を示すカーブである。２０ｂは調整用接触器の第２のスイッチ８ｂを閉じて２次抵抗器を対応する特定の抵抗値に調整したときのトルク−回転速度の関係を示すカーブである。以下、カーブ２０ｃと第３のスイッチ８ｃ、カーブ２０ｄと第３のスイッチ８ｄも同様の関係にある。２２ａ、２２ｂ、２２ｃは特定の負荷が砕石機２にかかった時の巻線形誘導電動機１にかかる負荷トルク−回転速度を表す特性カーブの例である。２１ａは特性がトルク−回転速度が２０ａで負荷トルク−回転速度が２２ａであるときの巻線形誘導電動機１の回転速度とトルクを示す点である。２１ｂと２０ｂと２２ｂ、２１ｃと２０ｃと２２ｃも同様の関係にある。２３ａは特性カーブ２０ａにおいて最大トルクを発生する点である。２３ｂと２０ｂ、２３ｃと２０ｃも同様の関係にある。
【００２０】
次に本実施形態の作用を説明する。この説明において第１の電流値より第２の電流値は大きく、第３の電流値は第２の電流値より大きい。また第１の設定抵抗値より第２の設定抵抗値は大きく、第３の設定抵抗値は第２の設定抵抗値より大きい。また、本実施形態では第１の設定抵抗値はゼロである。
【００２１】
砕石機２が通常の石を破砕しているときは、１次回路をながれる電流値は第１の電流値以下の値である。負荷トルクと回転速度の特性はカーブ２２ａで示される。このとき制御器３は短絡用接触器７の第１のスイッチ８ａを選択するので、２次回路は短絡される。電動機の回転速度とトルクは、カーブ２０ａで示される特性となる。巻線形誘導電動機１はカーブ２２ａとカーブ２３ａの交点である２１ａの点で表される回転速度で回転する。
【００２２】
さらに大きな石を砕石機２が破砕するときは、負荷トルクと回転速度の特性はカーブ２２ｂであらわされる。巻線形誘導電動機１の回転速度が下がり、それに伴って大きなトルクを生じ、１次回路５の電流値が増加する。制御器３は１次回路５の電流値が第１の設定電流値より大きくなると、調整用接触器８の第２のスイッチ８ｂを選択する。２次抵抗器の電気抵抗は第２の設定抵抗値になる。電動機の回転速度とトルク関係は、２０ｂであらわされる。巻線形誘導電動機１はカーブ２２ｂとカーブ２０ｂの交点である２１ｂの点で表される回転速度で回転する。
【００２３】
石が破砕しきれないときには、巻線形誘導電動機１のトルクは増加し１次回路の電流値はさらに大きくなる。制御器は１次回路の電流値が第２の設定電流値より大きくなると、調整用接触器８の第３のスイッチ８ｃを選択する。２次抵抗器の電気抵抗は第３の設定抵抗値になる。電動機の回転速度とトルク関係は、２０ｃであらわされる。巻線形誘導電動機１はカーブ２２ｃとカーブ２０ｃの交点である２１ｃの点で表される回転速度で回転する。
【００２４】
強固な石が砕石機にはいった場合は砕石機は石を噛み込み、電動機は回転速度がゼロに近い状態であるカーブ２０ｃの２３ｃの点で表される最大トルクを出力し続ける。一定時間がたつと石が破砕され、負荷トルクが小さくなるので回転速度はさがり１次回路５の電流値が小さくなる。制御器は電流値が第２の電流値より下がると、調整用接触器８の第２のスイッチ８ｂを選択する。２次抵抗器の電気抵抗値は第２の設定抵抗値になる。電流値が第１の電流値より下がると短絡用接触器８の第１のスイッチ８ａを選択する。２次抵抗器の電気抵抗値は第１の設定抵抗値すなわちゼロになる。
【００２５】
図３は２次回路の配線を示した実施形態の１つである。この図を用いて、巻線形誘導電動機１の３相の配線の結線方法の実施形態を説明する。５ａ、５ｂ、５ｃは１次回路５の３相の電源線である。１３ａ、１３ｂ、１３ｃは巻線形誘導電動機１の３相の１次端子である。１２ａ、１２ｂ、１２ｃは巻線形誘導電動機１の３相の２次端子である。６ａ、６ｂ、６ｃは２次回路３相の配線である。３０ａ、３０ｂ、３０ｃは接点であり、配線６ａ、６ｂ、６ｃを相互に短絡できるように接続され、第１のスイッチ８ａにより開閉される。３２ａ、３２ｂ、３２ｃは可変抵抗器であり、片方が配線６ａ、６ｂ、６ｃに直列接続され、反対側が相互に短絡されている。３３ａ、３３ｂ、３３ｃは可変抵抗器３２ａ、３２ｂ、３２ｃのそれぞれの中間端子であり、端子で位置を変更できるようになっている。３１ａ、３１ｂ、３１ｃは接点であり、中間端子３３ａ、３３ｂ、３３ｃを相互に短絡できる様に接続され、第２のスイッチ８ｂにより開閉される。
【００２６】
以下に図３の実施形態の作用を説明する。制御器３が第１のスイッチ８ａに指令を与えると、接点３０ａ、３０ｂ、３０ｃが閉じ、２次回路６ａ、６ｂ、６ｃの間を短絡する。２次端子に接続された電気抵抗値はゼロになり、巻線形誘導電動機１の特性がカーブ２０ａに示すとおりになる。制御器３が第２のスイッチ８ｂに指令を与えると、接点３１ａ、３１ｂ、３１ｃが閉じ、中間端子３３ａ、３３ｂ、３３ｃの間を短絡する。２次端子に接続された電気抵抗値は２次端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃと中間端子３３ａ、３３ｂ、３３ｃとの間にある抵抗の電気抵抗値が２次端子に接続されたことになり、巻線形誘導電動機１の特性がカーブ２０ｂに示すとおりになる。
【００２７】
図４は２次回路の配線を示したた別の実施形態の１つである。この図を用いて、巻線形誘導電動機１の３相の配線の結線方法の別の実施形態を説明する。３０ａ、３０ｂ、３０ｃまでの説明は前記の説明と同じなので省略する。３２ａ、３２ｂ、３２ｃは抵抗器であり、片方が２次回路６ａ、６ｂ、６ｃに接続され、他の片方はさらに抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃに接続される、抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃの反対はさらに３７ａ，３７ｂ，３７ｃに接続されている。抵抗３７ａ，３７ｂ，３７ｃの反対側は相互に短絡されている。３３ａ、３３ｂ、３３ｃは抵抗３２ａ、３２ｂ、３２ｃと抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃの間の端子である。３６ａ、３６ｂ、３６ｃは抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、抵抗３７ａ，３７ｂ，３７ｃの間の端子である。３１ａ、３１ｂ、３１ｃは接点であり、端子３３ａ、３３ｂ、３３ｃを相互に短絡できる様に接続され、第２のスイッチ８ｂにより開閉される。３４ａ、３４ｂ、３４ｃは接点であり、端子３６ａ、３６ｂ、３６ｃを相互に短絡できる様に接続され、第３のスイッチ８ｃにより開閉される。本方法により、２次抵抗器９のなかに複数の抵抗値を設定することが可能となる。
【００２８】
この実施形態の作用を説明する。図３の実施形態でも説明したように、第１、第２、第３のスイッチ８ａ、８ｂ、８ｃのどれかを選択すると、対応する接点が閉じ、対応する端子が短絡される。２次端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃには短絡された端子との間の抵抗の抵抗値の総和が接続されることとなる。
【００２９】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、２次抵抗調整用接触器のスイッチは制御の要求に会わせて数を選定すればよく、短絡用接触器を廃しての可変抵抗器の抵抗をゼロに設定してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の巻線形誘導電動機の制御装置は、砕石機の負荷が小さいときはエネルギー効率の良い条件で電動機を制御し、負荷が上がってきたときは回転数が下がっても、大きなトルクを出せる。砕石機においては、負荷が大きくなる時間が全運転時間に占める割合は大きくないので、総合的にエネルギー効率が良く、砕石機の駆動に適応した電動機制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線系統図である。
【図２】電動機の回転速度とトルクの関係を示すグラフである。
【図３】２次回路の配線図である。
【図４】２次回路の別の配線図である。
【図５】一般的な誘導電動機の速度特性曲線図である。
【符号の説明】
１  巻線形誘導電動機
２  砕石機
３  制御器
４  変流器
５  １次回路
６  ２次回路
７  短絡用接触器（２次抵抗器短絡用接触器）
８  調整用接触器（２次抵抗器調整用接触器）
９  ２次抵抗器
１０  ２次抵抗制御信号
【図１】
0003841113.tif 000002
【図２】
0003841113.tif 000003
【図３】
0003841113.tif 000004
【図４】
0003841113.tif 000005
【図５】
0003841113.tif 000006