JPH0479210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は単相モータ、三相モータに兼用でき
て、単相モータに使用した場合は欠相と過負荷電
流とからモータを保護し、三相モータに使用した
場合はさらに反相運転からモータを保護すること
ができるモータ保護リレーに関する。

（従来の技術） 一般に2Eリレーと称されている三相モータ保
護リレーで、２相の電流から位相関係を検出して
欠相か否かを判別する方式のものでは、三相モー
タの１相欠相パターンと単相モータの正常パター
ンとが同一モードとなる関係上、単相モータをこ
のリレーにそのまま接続したとすると正常な状態
であるにもかかわらずこれを欠相と誤判別して電
源から解放するように作動することとなるので、
単相モータには使用できなかつた。

一方単相モータにも兼用し得る型のものも一部
に提供されているが、これは３個の変流器の内の
所定の２つを使用し、更に単相モード切替えを行
ない、1Eリレーとして使用せねばならず、特別
の配線形態をとることが不可欠であつて、取扱い
上での不便さは免れ得ないのみならず誤接続のお
それが十分あつて誰にでも簡単には、使用できな
い煩わしさを有していた。

（発明が解決しようとする課題） このような実状に鑑みて本発明は成されたもの
であつて、２本の配線を単に選んで変流器を介設
するだけで正常な状態でのリレー装備が行なえ
て、単相と三相に兼用可能となり、取扱いの簡便
さおよび適用範囲の拡大化を果たすことを本発明
は目的とする。

（課題を解決するための手段） そのために本発明は第１図に構成をブロツク示
してなる如く、単相モータに接続する２本の配線
あるいは三相モータに接続する３本の配線中の２
本の配線に夫々介設してモータ電流に比例した２
次電流を取り出し得る２個の変流器１−₁，１−₂
と、始動指令によつて単相モータあるいは三相モ
ータの交流モータが始動すると、この始動から始
動完了に要するまでの過渡的な時間を限つて、前
記各変流器の２次電流を検出し、これが零電流で
ある場合に作動して欠相信号を出力する始動電流
検出手段２と、変流器１−₁，１−₂の各２次電流
の位相を比較して反相の有無を判別し反相であれ
ば反相信号を出力する反相検出手段３と、各変流
器１−₁，１−₂における２次電流の位相の比較を
行なつて、逆相を検出すれば単相交流モータが正
常下で接続されていることを判断して単相モード
指令を出力し、逆相でないことを検出すれば三相
交流モータが正常下で接続されいていることを判
別して三相モード指令を出力する運転モード切換
手段４と、前記単相モード指令が出力されると、
２個の変流器１−₁，１−₂のうち何れか一方を選
定して、その２次電流と全負荷電流に対応する設
定電流とを比較して２次電流の方が大であれば過
負荷信号を、２次電流が零であれば欠相状態であ
るとして欠相信号を夫々出力する単相用欠相・過
負荷検出手段５と、前記三相モード指令が出力さ
れると各変流器１−₁，１−₂の２次電流の位相の
比較及び２次電流と過負荷電流に対応する設定電
流との比較を夫々行なつて、前記変流器１−₁，
１−₂が介設されていない相が欠相であれば欠相
信号を、２次電流の方が大であれば過負荷信号を
夫々出力する三相用欠相・過負荷検出手段６と、
前記各欠相信号、前記反相信号及び前記各過負荷
信号の出力によつて異常な運転状態であるとして
交流モータを電源から解放するための出力を発す
る出力部７とによつてモータ保護リレーを構成し
たものである。

（作用） 以上の構成より、手動切換操作、結線替えなど
の煩わしい操作を一切必要としなくて単相交流モ
ータか三相交流モータへの正しい適用を可能なら
しめることができ、所期の目的を十分達成するこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の１実施例について添付図面を参
照しながら詳述する。

第４図はモータ保護リレーのブロツク示構造図
であつて交流モータ（３相モータM₃と単相モー
タM₁とがある）に接続する２本の配線に対して、
すなわち３相モータM₃の場合は例えばＲ相とＴ
相の配線であり、単相モータM₁の場合はＬ相Ｎ
相の配線であるが、夫々介設するための２個の変
流器１−₁，１−₂と、それ等変流器１−₁，１−₂
に対応させたゼロクロスパルス発生回路８−₁，
８−₂と、交流モータ用の電磁開閉器（図示せず）
が投入されるのに応じて発信する信号S₁を受ける
インタフエース９と、前記信号S₁とゼロクロスパ
ルス発生回路８−₁のパルスP_Tとの論理積をとる
AND回路１０−₁と、前記信号S₁とゼロクロスパ
ルス発生回路８−₂のパルスP_Rとの論理積をとる
AND回路１０−₂と、過電流検出回路２１と、該
回路２１の出力を受ける入力ポートI₀と、前記両
AND回路１０−₁，１０−₂の各出力を受ける入
力ポートI₀，I₂と後述する出力部７に過負荷信号
を送る出力ポートO₀と出力部７に欠相信号を送
る出力ポートO₁と同じく反相信号を送る出力ポ
ートO₂との各ポートを備えたインタフエース１
１と、各部に直流定電圧を供給するための電源回
路１２と、計次手段及び演算手段を持ち前記各手
段２，３，４，５，６を構成するためのクロツク
回路１３、CPU１４、ROM１５、RAM１６か
らなる中央演算処理部と、OR回路１７、ドライ
バ１８−₀〜１８−₃、過負荷表示器１９−₀、欠
相表示器１９−₁、反相表示器１９−₂、前記電磁
開閉器を制御するための出力リレー２０からなる
出力部７とを備えており、中央演算処理部に対す
る入力信号としては交流モータを付勢するために
前記電磁開閉器が投入されると発信する信号S₁、
AND回路１０−₁，１０−₂及び過電流検出回路
２１の各出力の４つの信号がありインターフエー
ス９から信号S₁が発せされることにより、図示し
ないがCPU１４に既に行なつている演算処理は
リセツトされ、一方、信号S₁が発信していてゼロ
クロスパルス発生回路８−₁，８−₂の一方がパル
スP_T又はP_Rを発信することによつて入力ポート
I₀，I₂の一方に信号が入力され中央演算処理部に
演算処理指令が送られるようになる。

そして、後述する作動説明によつて明らかにさ
れるが、中央演算処理部から過負荷信号、欠相信
号あるいは反相信号が出力されると、過負荷信号
が出力された場合はドライバ１８−₀〜１８−₃が
作動して過負荷表示器１９−₀の点灯により過負
荷を表示すると同時に出力リレー２０を励磁して
電磁開閉器を開放し交流モータを電源から解放し
停止せしめ、また、欠相信号が出力された場合は
ドライバ１８−₀〜１８−₃が作動して欠相表示器
１９−₁の点灯により欠相を表示すると同時に、
出力リレー２０を励磁して電磁開閉器を開放し３
相交流モータを電源から解放して停止せしめ、一
方、反相信号が出力された場合はドライバー１８
−₂〜１８−₃が作動して反相表示器１９−₂の点
灯により反相を表示すると同時に出力リレー２０
を励磁して、３相交流モータを電源から解放して
停止せしめるように作動する。

ところで、３相の場合に反相、欠相の状態を検
出するために上記保護リレーがどのように作動す
るかを第２図イ，ロによつて原理的に説明する
と、Ｔ相、Ｒ相に設けた変流器１−₁，１−₂の出
力からゼロクロスパルス発生回路８−₁，８−₂よ
りゼロクロスパルスを発生させ中央演算処理部に
入力する。

基準相として選定したＴ相のゼロクロスパルス
P_T1によつて計時手段例えば電子カウンタを始動
させ、Ｒ相に設けた変流器１−₂に関連するゼロ
クロスパルス発生回路２−₂からゼロクロスパル
スP_R1が発生したときにその経過時間t₀を計時し
て演算手段に記憶せしめる。

さらに電子カウンタによつて次にＴ相でゼロク
ロスパルスP_T2が発生したときの経過時間t₁を計
時して演算手段に記憶せしめる。

電源側あるいはモータの巻線側での欠相や異常
な不平衡状態が生じていない限り、Ｔ相とＲ相の
出力信号（ゼロクロスパルス）の位相は一定の関
係が成立するものであり、相回転が所定の方向の
正常な場合は電気角で180°に相当する半周期相当
時間t₁と電気角で120°の差を有するＲ相における
信号発生時の経過時間（t₂＝t₀）との間には、t₂
＝２／３t₁の関係が成立し、相回転が反対方向の反 相の場合は、電気角で60°の差を有するＲ相にお
ける信号発生時の経過時間（t₃＝t₀）との間には
t₃＝１／３t₁の関係が成立する。

この条件は３相回転において平衡状態を保持し
ている場合であつて、例えば電圧不平衡率を２％
まで許容するとすれば（無負荷状態でも検出可能
とするため）、電流不平衡率は約20％となり（第
３図参照）、かかる不平衡状態までの相間の位相
角のズレは許容できるものとして位相角の許容差
を計算したところ約20°が得られた。

そこでこの許容位相角に相当する時間△ｔ、△
ｔ＝20／360×t₁＝１／18・t₁前記各時間t₂、t₃に
加・減算した地の範囲内が正相であるか反相であ
るかの領域であつて、それ以外の領域であれば当
然欠相（ある相が完全に零電流となる場合以外の
ものも含めた広義の欠相）となるものである。

従つて、t₂＝△ｔ≦t₀≦t₂＋△ｔの式で示され
る正相時間関係の範囲内では正常、t₃−△ｔ≦t₀
≦t₃＋△ｔの式で示される反相時間関係の範囲内
では反相それ以外では欠相であるから、上記両算
式にもとづく計算を演算手段で演算して、その結
果にしたがつて反相信号あるいは欠相信号を発す
るようにすればよい。

なお、基準相となるＴ相に欠相が生じた場合に
は前記計時手段に対して始動指令が出されないの
で、これを欠相状態として処理するようにするも
のである。

しかして欠相のパターンに関しては前述したよ
うに電源側での欠相、モータ側での欠相の２通り
があるが、第５図にモータ側での欠相をイ，ロ，
ハで電源側での欠相をニ，ホで夫々示している通
り５種に区別される。

第５図イにおいてラインＢのＸ印部で断線した
として、変流器をラインＡ、Ｃに夫々設けた場合
はＡ相、Ｃ相間の位相角は180°の逆相であるから
欠相として検出可能であり、ラインＡ、Ｂあるい
はラインＢ、Ｃに変流器を夫々設けた場合はＢ相
が零電位であるので欠相として検出可能である。

第５図ロにおいてもモータ結線が星形、三角形
の差異が存するだけで第５図イと同様の理由によ
つて欠相の検出が可能である。

第５図ハにおいては、ラインＡ、Ｂ、Ｃの何れ
の２相に変流器を設けてもベクトル線図から明ら
かなように位相ズレが生じていることによつて、
正常、反相の成立条件から外れているとして欠相
の検出が可能である。

第５図ニにおいては、ラインＡ、Ｂあるいはラ
インＡ、Ｃに変流器を設けた場合は、ベクトル線
図より明らかな如くＡ相とＢ相、Ａ相とＣ相はい
ずれも逆相であるから、欠相として検出可能であ
り、一方、ラインＢ、Ｃに変流器を設けた場合
は、Ｂ相Ｃ相が同相であることによりこれも欠相
として検出可能である。

また、第５図ホにおいては、モータ結線が星
形、三角形の差異が存するだけであつて、第５図
ニと同様の理由によつて欠相の検出が可能であ
る。

以上の様にあらゆる場合の欠相、反相に対する
検出が可能である。

叙述の検出、保護作動を行なう保護装置におい
て、中央演算処理部での作動を第６図に示してい
るが、パルス信号P_T1が入力ポートI₁に入力され
たか否か、すなわち基準相（Ｔ相）のゼロクロス
パルスP_T1があつたかどうかを計時手段で判断し
て(イ)、入力されていなければクロツクパルスの発
信に同調したり繰り返しのチエツク指示(ロ)、(ハ)、
(ニ)にもとづいて信号の入力があつたかどうかの判
断を行ない(イ)、設定回数N₁すなわち0.5〜３秒程
度の時間に相当する数のチエツクを行なつても、
パルス信号P_T1が入力されないことを判断(ニ)する
と、出力ポートO₁を読出して（ヨ）、欠相信号を
出力ポートO₁から発する（レ）。これはＴ相の欠
相を意味する。

一方、パルス信号P_T1が入力ポートI₁に入力さ
れたことを判断イすると、計時手段をスタートさ
せる(ホ)と共に入力ポートI₂を読み込んでパルス信
号P_R1が入力されたか否か、すなわち他の相（Ｒ
相）のゼロクロスパルスP_R1があつたかどうかを
判断(ヘ)し、入力されなければ、繰り返しのチエツ
ク指示(ロ)、(ハ)、(ニ)にもとづいて判断(ヘ)を繰り返
さ
せ、0.5〜３秒経過してもパルス信号P_R1の入力が
ないことを判断(ニ)すると出力ポートO₁を続出し
て（ヨ）、欠相信号出力ポートO₁から発する。こ
れはＲ相の欠相を意味する。

途中でパルス信号P_R1の入力が成されたことを
判断(ヘ)すると、計時手段にそのときの時間t₀を読
み込ませてレジスタに該時間t₀を記憶させる(ト)。

つづいて入力ポートI₁を読み込んでパルス信号
P_T2が入力されたか否かを判断(チ)し、入力されな
ければチエツク指示(ロ)、(ハ)、(ニ)にもとづいて0.5
〜３秒間繰り返し判断(チ)を行ない、入力がないこ
とを判断(ニ)すると出力ポートO₁を読み出して
（ヨ）、欠相信号を出力ポートO₁から発する。こ
れはＴ相の欠相が生じていることを意味する。

0.5〜３秒に達するまでにパルス信号P_T2の入力
が成されたことを(チ)すると計時手段を停止し、か
つ、レジスタにそのときの時間t₁を記憶させると
共に計時手段をクリアさせる(リ)。

つづいて演算手段によつて正相時間関係の式t₂
＝△ｔ≦t₀≦t₂＋△ｔ、すなわち11／18t₁≦t₀≦13／18
t₁ の条件が成立するか否かの演算を行なわせる(ヌ)。

この演算結果が条件成立であることを判断(ヌ)す
れば反相、欠相でもなく正常であるので、演算手
段の演算回数をカウントするカウンタＪをリセツ
ト（ル）し、再び(イ)〜(ヌ)の計時、演算処理を１周
期毎に行なう。

一方、演算結果が条件不成立であることを判断
するとヌ、前記カウンタＪを１つカウントさせ
（ヲ）て再び(イ)〜(ヌ)の計時、演算処理を繰り返さ
せる。

そして条件不成立の状態が継続した結果、カウ
ンタＪのカウント数が設定回数N₂に達したこと
を判断（ワ）すると、次の演算手段によつて反相
時間関係の式t₃−△ｔ≦t₀≦ｔ＋△ｔ、すなわち
５／18t₁≦t₀≦７／18t₁の条件が成立するか否かの演算 を行なわせる(カ)。

そしてこの演算結果が条件成立であることを判
断(カ)すると、出力ポートO₂を読み出して（タ）、
反相信号を出力ポートO₂から発せしめる（ソ）。

一方、条件不成立であることを判断(カ)し、モー
タの始動完了時間Ts秒経過していると判断（ネ）
すると、出力ポートO₁を読み出して（ヨ）、欠相
信号を、出力ポートO₁から発せしめ（レ）、Ts秒
経過していないと判断（ネ）すると、カウンタＪ
をリセツト（ナ）し、再び(イ)〜(ヌ)の計時、演算処
理を１周期毎に行なう。

かくして、欠相信号の発信（レ）及び反相信号
の発信（ソ）にもとづいて出力部７は３相交流モ
ータＭを停止させるための出力を発する。

これで三相交流モータの場合における欠相と反
相の検出が２個の変流器１−₁，１−₂の２次電流
の値と位相とから可能であることが理解されると
ころであるが、このような三相モードに対して単
相モードの場合については、欠相の状態では２個
の変流器１−₁，１−₂が共に零電流を示すこと、
反相状態は生じないことの２点によつて変流器１
−₁，１−₂のいずれか一方の２次電流の有無を検
出することで欠相の判別が可能であるから、単相
モードでの欠相検出は頗る簡単である。

一方、過負荷電流の検出は、単相モータの場合
は一相の電流のみを検出することで可能であり、
三相モータの場合は二相の電流を検出することで
可能である。

次に単相運転であるか三相運転であるかの判別
については、単相運転の場合は電流値が過負荷を
生じない設定電流以下の正常値であつてゼロクロ
スパルス発生回路８−₁，８−₂から同時にパルス
が発生される状態すなわち逆相状態によつて単相
運転を判別することができ、一方、前記ゼロクロ
スパルス発生回路８−₁，８−₂から同時にパルス
が発生されない状態すなわち逆相でない状態で電
流値が前記設定電流以下の正常値であれば三相運
転であると判別することができる。

以上の点を総合して前記モータ保護リレーの作
動状態をまとめたのが第７図に示すフロー線図で
ありこれを以下に概要説明する。

電磁開閉器が投入され交流モータへの通電が成
されたことを判断(イ)すると入力ポートI₀を読み出
して変流器１−₁，１−₂の２次電流のサンプリン
グ(ロ)を行ない、電流が流れているかどうかの検出
(ハ)をなし、もし電流が零であれば所定回数連続し
て零値であることを判断(ニ)すると、これは単相モ
ータの欠相か三相モータの２相以上の欠相の状態
であるので、始動電流検出手段２から欠相信号を
発信せしめて出力ポートO₁から欠相出力を送ら
せる（ネ）。

一方、電流が流れていることを検出(ハ)すると交
流モータの始動が成されたのであるから始動完了
に要するまでの数秒間、変流器１−₁，１−₂の２
次電流の位相を比較する反相サンプリング(ホ)を行
なつて、もし反相状態を検出すると反相検出手段
３が反相信号を発することにより出力ポートO₂
から反相出力が送出(ト)される。

これとは異なり反相状態でないことを検出した
場合には始動完了に要するまでの数秒の経過を待
つて(チ)、運転モード切換手段４のサンプリング(リ)
を行なわせ、２次電流の位相の比較を行なつて
(ヌ)、逆相であつて全負荷電流に対応する整定電流
以下であることを判断（ヲ）すると単相モード指
令を発して欠相・過負荷のサンプリング（レ）に
移行させる。

一方、逆相でなくて前記整定電流以下であるこ
とを判断（ル）すると三相モード指令を発して欠
相・過負荷のサンプリング(カ)に移行させる。

また、逆相の有無に関係なく電流値が前記整定
電流以上であると三相モータのロツクか三相モー
タの欠相ロツクか単相モータのロツクかであるこ
とからロツク信号を発せしめて（ワ）、例えば出
力ポートO₀から出力を送り出させる。

三相側の欠相・過負荷サンプリング(カ)が行なわ
れると、前述の説明から明らかなように、変流器
１−₁，１−₂の２次電流か欠相からどうか（ヨ）、
過負荷かどうか（タ）の判別を行ない、一方単相
側の欠相・過負荷サンプリング（レ）が行なわれ
ていると、一方の変流器の２次電流から欠相かど
うか（ソ）、過負荷かどうか（ツ）の判別を行な
わせて、欠相信号（ネ）もしくは過負荷信号
（ナ）を発信せしめる。

かくして単相モータか三相モータかには左右さ
れることなくモータの種別に適応した保護作動を
自動的に行なわせることができる。

（発明の効果） つづいて本発明の効果について述べる。

(イ) 切換操作や結線替えなど面倒な取扱いを一切
要せず、そのままで単相モータにも三相モータ
にも使用できて頗る便利である。

(ロ) 変流器が２個あればよくて低コストがはかれ
ると共に単相モータの保護用に使つた場合、欠
相も検出でき、システムとして、他のモータの
保護も可能で、三相、単相の別で使用状態が全
然変わらない利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク線図、第
２図イ，ロは本発明の１例に係る説明図で、ゼロ
クロスパルスの正常時と反相時とにおける発生状
態を示す。第３図は同じく本発明の１例に係る説
明図で電圧不平衡率−電流不平衡率関係線図、第
４図は本発明の１例のブロツク示構造図、第５図
イ〜ホは三相回路における各欠相パターン図、第
６図は本発明の１例に係る中央演算処理部におけ
る三相時の反相、欠相検出作動態様を示すフロー
線図、第７図は本発明の１例に係る中央演算処理
部の作動態様を示すフロー線図である。 １−₁，１−₂……変流器、２……始動電流検出
手段、３……反相検出手段、４……運転モード切
換手段、５……単相用欠相・過負荷検出手段、６
……三相用欠相・過負荷検出手段、７……出力
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流モータに接続する２本の配線に夫々介設
   するための２個の変流器１−₁，１−₂と、前記交
   流モータが始動から始動完了に要する時間を限つ
   て、前記各変流器１−₁，１−₂の２次電流を検出
   し、零電流である場合に欠相信号を出力する始動
   電流検出手段２と、前記変流器１−₁，１−₂の２
   次電流の位相を比較して反相の有無を判別し、反
   相であれば反相信号を出力する反相検出手段３
   と、各変流器１−₁，１−₂における２次電流の位
   相の比較を行なつて逆相を検出すれば単相モード
   指令を、逆相でないことを検出すれば三相モード
   指令を夫々出力する運転モード切換手段４と、前
   記単相モード指令が出力されると、前記変流器１
   −₁，１−₂の一方の２次電流と設定電流とを比較
   して２次電流の方が大であれば過負荷信号を、２
   次電流が零であれば欠相信号を夫々出力する単相
   用欠相・過負荷検出手段５と、前記三相モード指
   令が出力されると、前記変流器１−₁，１−₂の２
   次電流の位相の比較及び２次電流と設定電流との
   比較を行なつて、前記変流器１−₁，１−₂が介設
   されていない相が欠相であれば欠相信号を、２次
   電流が設定電流よりも大であれば過負荷信号を
   夫々出力する三相用欠相・過負荷検出手段６と、
   前記各欠相信号、前記反相信号及び前記各過負荷
   信号を出力によつて、前記交流モータを交流電源
   から解放するための出力を発する出力部７とを備
   えていることを特徴とする単相・三相兼用形モー
   タ保護リレー。