JPH10322892A - 多機能電子式電動機保護方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機を保護するための多機能電子式電動機
保護方法およびその装置を提供する。 【解決手段】 多機能保護システムは、電流検出環状磁
気回路ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３および関連回路と、電動
機の各巻線に関連する熱伝導部に配置される温度検出Ｐ
ＴＣ抵抗器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３用の関連回路とを有する。
アナログ・ディジタル変換器Ｕ６は、バイナリー符号化
入力をマイクロ制御装置に提供する。マイクロ制御装置
は、保護サブルーチンを実行して出力スイッチＱ４を制
御し、リレーＫ１の励磁状態を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、圧縮
機用電動機保護に関し、詳細には、特にスクリュー圧縮
機に適した多機能保護システムおよび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相電流の割合と時間とに関する過電流
変換機能に配置された１つまたは複数の電流センサを含
み、電動機を過電流状態から保護するためのシステム
は、当業者には良く知られている。このようなシステム
の例は、米国特許第５，１７９，３６４号および第５，
１７９，４９５号に提示されている。これらのシステム
では、１つの固体素子保護回路が、電動機位相電流に応
答する１つ以上の電流変換器を使用する。これらの電流
変換器はタイマー回路に接続されていて、過電流状態を
制御するとともに制御継電器を非励磁にするために使用
される。電流変換器はまた、電動機の実相電流を測定す
るためにも使用される。たとえば、米国特許第４，６８
２，１０１号に開示されている電流変換器は、システム
において、電動機に流れ込むＡＣ電流に比例したＤＣ電
圧を提供するために使用される。制御システムは、過電
流状態に対して保護するために電流変換器を使用すると
ともに、負荷が時間とともに変化する状態でより効率的
に圧縮機を運転するために使用される入力システムを使
用する。

【０００３】不適切な順序で３相電流が渦巻き圧縮機の
ような電気機器に供給されるのを防止するための効果的
なシステムが存在する。渦巻き式またはスクリュー圧縮
機に不適切な順序の３相電力を供給すると、結果的に、
機械的破損を生じる恐れがある。１つの効果的なシステ
ムが米国特許第５，５７０，２５８号に提示されてい
る。このシステムでは、１つの固体素子保護回路を使用
して、供給電源の各位相の電圧レベルを監視し、不適切
な位相順序またはある位相の欠落が検出されると制御を
用いてスイッチを非励磁にする。これは不適切な位相順
序に対して保護するための効果的な手段であることは証
明済みであるが、特にスクリュー圧縮機用にさらに効率
的でかつ効果的な保護システムを提供する付加機能を提
供する必要がある。

【０００４】米国特許第４，２８１，３５８号には、過
熱保護を有する保護システムが示されており、これは、
急速サイクリングを防止するための最低限断路遅延タイ
マおよび低電圧状態が生じたときに機械を保護するため
の低電圧遮断ネットワークを含む発電動機の巻線に関す
る熱伝導路に配置された温度センサを含む。

【０００５】過電流用の上記システムは、過熱、不適切
な位相順序、断路遅延タイマおよび低電圧遮断機能が効
果的であることを証明しているが、スクリュー圧縮機を
これらおよびその他の有害な状態からさらに効果的でか
つ効率的な方法で保護する機能を提供する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、過熱
および過電流状態からスクリュー圧縮機を保護するだけ
ではなく、スクリュー圧縮機にとって本来的に必要な保
護も提供する方法およびシステムを提供することにあ
る。本発明の別の目的は、過熱、過電流、電流不平衡、
不適切位相順序、低電圧および圧縮機の非常に急速なサ
イクリングを含む複数の状態からスクリュー圧縮機電動
機を保護する、信頼性が高くかつ経済的な方法および固
体素子システムを提供することにある。本発明のさらに
別の目的は、互いに協調し合ってスクリュー圧縮機およ
び電動機をさらに完全に保護することを保証する複数の
機能を有する保護方法およびシステムを提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】簡単に説明すると、本発
明による多機能電子式電動機保護システムは、温度セン
サ回路と電流変換回路とを具備する。電流変換回路は、
アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に接続されると
ともに、スイッチを制御するために使用される保護サブ
ルーチンを実行するマイクロ制御装置（ＭＣＵ）にバイ
ナリー符号データ入力を送る。

【０００８】システムは、以下の機能を含む。保護対象
である圧縮機電動機の各巻線に関した熱伝導内に装着さ
れるのに適したＰＴＣセンサをそれぞれ有する１つまた
は複数のチャンネルを含む温度センサ回路。ＰＴＣセン
サは、電流制限抵抗器を介してアナログ／ディジタル変
換器に結合された分圧器の基準抵抗器に接続されてい
る。温度センサの熱伝導関数に比例した分圧器接合電圧
は、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に結合され
ている。アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）は、こ
の信号を各センサ抵抗値のバイナリー符号値に変換し、
このバイナリー・データをマイクロ制御装置に送信す
る。センサ抵抗値がマイクロ制御装置に格納されている
選択され決定されたトリップ抵抗値に達すると、マイク
ロ制御装置（ＭＣＵ）は制御リレーを遮断する。マイク
ロ制御装置は、メモリに格納されている選択されたリセ
ット抵抗値を用いてヒステリシスを用意し、トリップお
よびリセット状態の間に温度差が生じるようにしてい
る。センサ短絡保護がマイクロ制御装置（ＭＣＵ）を使
用することによって提供されており、予め定められたセ
ンサ短絡抵抗値を各ＰＴＣセンサにかかる検出電圧と比
較している。どれかのセンサの抵抗値がこのセンサ短絡
限界以下に低下すると、マイクロ制御装置（ＭＣＵ）は
制御リレーを非励磁とする。

【０００９】マイクロ制御装置（ＭＣＵ）で制御され単
極・単投（ＳＰＳＴ）リレーのコイル電圧に結合されこ
れを制御するトランジスタを含む出力回路。この構造
は、入力回路と出力回路との間を分離する。

【００１０】カウント・ダウン・シーケンスを実行する
サブルーチンを使用する最小断路遅延タイマ部。カウン
ト・ダウンが完了すると、この回路は、その他のすべて
の条件が成立していると仮定して、再励磁する。

【００１１】入力供給電圧が選択され予め定められた低
電圧レベル以下に低下すると制御リレーを断路するよう
に構成された低電圧遮断回路。交流電圧は、整流されて
フィルタをかけられ、演算増幅器に入力される直流電圧
が生成される。基準電圧は、演算増幅器に接続されたツ
ェナー・ダイオードで生成される。直流電圧が予め定め
られた低電圧遮断レベル以下に低下すると、演算増幅器
の出力は切り替わり、電流制限抵抗器を通してマイクロ
制御装置（ＭＣＵ）の入力への論理レベルを変化させ
る。低電圧入力信号は、割り込みルーチンで使用され
て、制御リレーを遮断する。システムは、最小断路遅延
タイマがそのカウント・ダウン・サブルーチンを完了し
かつＡＣ供給電圧が予め定められた低電圧投入レベル以
上になると、自動的にリセットする。

【００１２】３つの電流環状磁気回路、全波ブリッジ整
流器、フィルタ・キャパシタおよび負荷抵抗器を含み、
圧縮機電動機の相電流を検出するために使用される３相
電流変換回路。各３相電流変換回路からの直流電圧は、
２つの電流制限抵抗器回路を介して接続される。アナロ
グ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）の入力に接続された分
圧器を含む第１の回路は、高レンジの相電流を正確に測
定するためにマイクロ制御装置（ＭＣＵ）によって使用
される。一つ電流制限抵抗器を含み、同じアナログ／デ
ィジタル変換器（ＡＤＣ）に接続された第２の回路は、
低レンジの相電流を正確に測定するためにマイクロ制御
装置（ＭＣＵ）によって使用される。マイクロ制御装置
（ＭＣＵ）は、予め定められた電流値と実測された相電
流とを比較して、２つの入力レンジのどちらを電流に関
する保護機能および電流出力測定に使用するかを決定す
る。

【００１３】電磁干渉の結果生じる過渡波形を補償する
ためにマイクロ制御装置（ＭＣＵ）を使用する手段を提
供し、過熱、過電流、電流の不平衡、不適切な位相順序
および位相欠落状態を適切に識別させる故障蓄積機能。
故障蓄積は、許容できない状態と解釈されたサンプル毎
にマイクロ制御装置（ＭＣＵ）によってインクリメント
されるカウンタである。マイクロ制御装置（ＭＣＵ）が
サンプルを許容可能と識別すると、マイクロ制御装置
（ＭＣＵ）は故障蓄積をデクリメントする。故障蓄積カ
ウンタが予め定められた値に達すると、マイクロ制御装
置（ＭＣＵ）は、その状態を有効すなわちその状態が真
の故障状態であり電圧遷移の結果生じたものではないと
解釈し、続いてスイッチを非励磁とする。

【００１４】アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に
接続されバイナリー符号入力としてマイクロ制御装置に
送信される位相電流変換回路からの直流電圧を使用する
過電流機能。過電流サブルーチンは、検出された電動機
圧縮機電流をいくつかの選択された予め定められたレベ
ルと比較する。スクリュー圧縮機に関しては、過電流保
護は電動機の動作電流と予め定められた過電流レベルと
の間の関係を提供する。過電流状態を検出すると、マイ
クロ制御装置（ＭＣＵ）は、トランジスタの導通状態を
変化させ、続いてスイッチの励磁状態を制御する。

【００１５】位相間の電気的位相関係を使用して、正常
な圧縮機運転中に不平衡位相状態が存在するか否かを判
定する電流不平衡機能。マイクロ制御装置（ＭＣＵ）
は、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に接続され
ている電流変換器回路のバイナリー符号入力を用いて、
電流不平衡ルーチンを実行する。マイクロ制御装置（Ｍ
ＣＵ）は、選択され予め定められた動作電流レベルを使
用して圧縮機動作およびスクリュー圧縮機電動機の負荷
を補償する。この動作電流レベル以下の電流が検出され
ると、マイクロ制御装置（ＭＣＵ）は無負荷圧縮機に対
する電流不平衡状態を計算する。動作電流レベル以上の
位相電流に対して、マイクロ制御装置（ＭＣＵ）は負荷
状態の圧縮機運転に対する電流不平衡状態を補償する。
負荷状態および無負荷状態の圧縮機運転に対する電流不
平衡ルーチンの補償は、圧縮機の不快なサイクリングを
防止し、電流不平衡状態を防止する効果的でかつ効率的
な手段である。

【００１６】多機能電子式電動機保護システムに関する
新規な改善された方法および装置のその他の目的、特徴
および詳細は、本発明の好適な実施形態の以下の詳細な
説明の中で明らかとなり、この詳細な説明は添付図面を
参照する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図３には、本発明により製造され
た多機能電子式電動機保護装置８が示されている。これ
は、プラスチック基板１０およびカバー２０と、３つの
電流変換器ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３と、図１に図式的に
示されている回路ボード・アセンブリ１４と、図２に図
式的に示されている回路ボード・アセンブリ１３とを含
む。端子１５は、Ｔ１，Ｔ２，Ｃ，５１，５２，５３，
Ｂ，Ｇ，Ｍ１およびＭ２を含み、温度センサ回路、出力
回路、電源部および電流変換回路の外部接続を提供す
る。

【００１８】図１は、電源部３１ａと、不適正位相順序
３０ａ，３０ｂと、電流不平衡部３６ａ，３６ｂ，３６
ｃと、過熱部３２と、低電圧遮断回路３３と、出力制御
回路３４と、信号調整回路３５と、電流測定部３６とを
含む。図２は、短絡センサ保護システムと過電流校正部
４１と故障診断部４２と電源部３１ｂを含むマイクロ制
御装置部４０を含む。図１および図２の回路は、図１の
ジャンパーＪ１および図２のジャンパーＪ２を用いて相
互接続されている。

【００１９】過熱部３２は、１つまたは複数のチャンネ
ル（図では、３つ示されている）を含む。チャンネルは
ＰＴＣセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ含む。ＰＴＣ
センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は分圧器の基準抵抗器Ｒ１５，
Ｒ１６，Ｒ１９にそれぞれ接続されている。分圧器は電
流制限抵抗器Ｒ３７，Ｒ３８，Ｒ３９を介して図２に示
されているアナログ／ディジタル変換器Ｕ６に結合され
ている。分圧器接合部の電圧は、温度センサの熱伝達関
数に比例し、基準電圧として機能してアナログ／ディジ
タル変換器Ｕ６に結合される。アナログ／ディジタル変
換器（ＡＤＣ）は、バイナリー・データをマイクロ制御
装置Ｕ５に送信するが、これは各センサ抵抗値のバイナ
リー符号化値である。センサ抵抗値がマイクロ制御装置
に格納されている選択され予め定められたトリップ抵抗
値に達すると、マイクロ制御装置Ｕ５は、以下に説明す
るように、制御リレーＫ１を遮断する。マイクロ制御装
置は、メモリに格納されている選択されたリセット抵抗
値を使用してヒステリシスを用意し、トリップおよびリ
セット状態の間に温度差が生じるようにしている。セン
サ短絡保護は、マイクロ制御装置Ｕ５を使用し、予め定
められた短絡センサ抵抗値を各ＰＴＣセンサにかかる検
出された電圧と比較することで具備される。いずれかの
センサの抵抗値がこの短絡センサ限界以下に下がると、
マイクロ制御装置は制御リレーを非励磁とする。

【００２０】出力制御回路３４は、マイクロ制御装置Ｕ
５によって制御されるトランジスタＱ４を含む。トラン
ジスタＱ４は、単極・単投ＳＰＳＴリレーＫ１に結合さ
れ、そのコイル電圧を制御する。この構成は、入力回路
と出力回路との間の分離を提供する。

【００２１】低電圧遮断回路３３は、入力供給電圧が予
め定められた低電圧レベル以下に低下すると制御リレー
を遮断するように構成されている。交流供給電圧は、ダ
イオードＤ１によって整流されキャパシタＣ７によって
平滑化されて直流電圧となり、演算増幅器Ｕ４Ｂの非反
転入力に供給される。基準電圧は、ツェナー・ダイオー
ドＺ２で生成され、演算増幅器の反転入力に接続され
る。直流電圧が予め定められた低電圧遮断レベル以下に
低下すると、演算増幅器の出力が切り替わり、電流制限
抵抗器Ｒ２９を介してマイクロ制御装置Ｕ５のリセット
入力ピン６への論理レベルが変化する。マイクロ制御装
置Ｕ５は、最小断路遅延タイマがカウント・ダウン・サ
ブルーチンを完了し、交流供給電圧が予め定められた低
電圧遮断レベル以上となると、自動的にリセットする。

【００２２】信号調整回路３６は、３つの電流環状磁気
回路ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３を含む。電流環状磁気回路
ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３は全波ブリッジ整流器Ｕ１，Ｕ
２，Ｕ３とフィルタ・キャパシタＣ２，Ｃ４，Ｃ５と負
荷抵抗器Ｒ１１，Ｒ１８，Ｒ２４にそれぞれ接続され、
圧縮機電動機の位相電流を検出するために使用される。
各３相電流変換器からの直流電圧は、２つの電流制限抵
抗器回路を介して接続されている。第１の回路は、分圧
器Ｒ３，Ｒ４；Ｒ１３，Ｒ１４；Ｒ２３，Ｒ２１をそれ
ぞれ含み、アナログ／ディジタル変換器Ｕ６の入力に接
続されていて、高レンジの位相電流を正確に測定するた
めにマイクロ制御装置によって使用される。第２の回路
は、一つの電流制限抵抗器Ｒ２，Ｒ１２，Ｒ２２をそれ
ぞれ含み、同じアナログ／ディジタル変換器に接続され
ていて、低レンジの位相電流を正確に測定するためにマ
イクロ制御装置によって使用される。マイクロ制御装置
Ｕ５は、予め定められた電流値を実測された位相電流と
比較し、２つの入力レンジのどちらを電流に関する保護
機能および電流出力測定値に使用するかを決定する。

【００２３】不適正位相順序または電流不平衡回路３０
は、セクション３６の２つの電流環状磁気回路変換器Ｃ
Ｔ１，ＣＴ２を使用する。電流環状磁気回路変換器ＣＴ
１，ＣＴ２は電流制限抵抗器Ｒ９，Ｒ２０にそれぞれ直
列接続され、続いて、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース
にそれぞれ接続され、位相間の電気的位相関係を用いて
不平衡位相状態が正常な圧縮機運転中に存在するかを判
断する。マイクロ制御装置Ｕ５はアナログ／ディジタル
変換器Ｕ６に接続された電流変換回路のバイナリー符号
化入力を使用して、後ほど説明する位相コール・ルーチ
ン（２５０，図７）を実行する。回路ボード・アセンブ
リ１３の図３に配置されているバイパス・ジャンパーＪ
３がないと仮定すると、マイクロ制御装置Ｕ５は位相電
流Ａと位相電流Ｂとの間の順番を比較する。不適切な位
相順序を検出すると、マイクロ制御装置Ｕ５は制御スイ
ッチを非励磁とする。

【００２４】図１に見られるように、電源回路３１ａは
端子Ｔ１，Ｔ２を含み、ここで、端子Ｔ１はコモン電位
に接続され、端子Ｔ２は整流ダイオードＤ１を含む半波
整流器に接続されていて、整流ダイオードＤ１は電流制
限抵抗器Ｒ１０，Ｒ７に直列接続されている。抵抗器Ｒ
７は、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタに接続され、
基準抵抗器Ｒ６にも接続されている。基準抵抗器Ｒ６
は、トランジスタＱ１のベースに接続されているツェナ
ー・ダイオードＺ１によって基準電圧を確立する。２つ
の抵抗器Ｒ１，Ｒ５を含み、抵抗器Ｒ１がトランジスタ
Ｑ１のエミッタに接続されている分圧器は、トランジス
タＱ１のエミッタに５ボルト電源を確立する。抵抗器Ｒ
１と抵抗器Ｒ５との接合部は基準ツェナー・ダイオード
に接続されている。

【００２５】定格が２４ボルトの外部供給電圧は端子Ｔ
１，Ｔ２に接続されている。バリスタＭＯＶが端子Ｔ
１，Ｔ２と並列に接続されていて、環境または工業的電
磁障害の結果生じる高エネルギー遷移電圧に対する保護
を提供している。キャパシタＣ３がダイオードＤ１の陰
極と抵抗器Ｒ１０とに接続されていて、抵抗器Ｒ１０，
Ｒ７，ツェナー・ダイオードＺ１およびトランジスタＱ
１によって３０ボルトに調整されている半波出力の平滑
化を行う。

【００２６】短絡検出保護回路は、過熱部３２の抵抗器
Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１９を使用した基準電圧分圧器を含
み、これらは，調整された電源とコモン電位との間の電
流制限抵抗器Ｒ３７，Ｒ３８，Ｒ３９にそれぞれ接続さ
れている。結果として生じる分圧器接合部Ｔ４，Ｔ５，
Ｔ６は、アナログ／ディジタル変換器Ｕ６の入力ピン
６，７，８にそれぞれ接続されている。アナログ／ディ
ジタル変換器Ｕ６の出力ピン１６はマイクロ制御装置Ｕ
５に接続され、このピン３２はシリアルに送信される温
度依存性抵抗器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のバイナリー等価抵抗
値の入力信号として使用され、これらの抵抗器は並列に
電源とＴ４，Ｔ５およびＴ６の接合部との間にそれぞれ
接続されている。以下に説明する温度コール・ルーチン
（２７０，図７）は各ＰＴＣ温度抵抗器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３の抵抗値を比較し、ピン３２に読み込まれる。センサ
抵抗値が短絡センサ・トリップ・レベル以下であること
が検出されると、マイクロ制御装置は制御スイッチＫ１
を非励磁とする。

【００２７】先に述べた電流不平衡回路３０は、圧縮機
が不適切な位相順序状態の下で電動機を起動することを
保護する。電流平衡回路は、信号調整回路３６のアナロ
グ／ディジタル変換器Ｕ６の入力ピン１からピン６を含
む。以下に説明するＢａｌコール・ルーチン（２０５，
図６）は、圧縮機運転とスクリュー圧縮機電動機上の負
荷との補償を選択され予め定められた動作電流レベル
（たとえば、必要保持レベルの６５％）を使用して行
う。この必要保持レベルは、以下に説明するように、セ
クション４１内のＤＩＰスイッチＵ７の設定により校正
される。検出された電流がこの動作電流レベル以下にな
ると、マイクロ制御装置は無負荷状態の圧縮機に対する
電流不平衡状態を計算する。運転電流レベル以上の位相
電流に対しては、マイクロ制御装置は負荷状態圧縮機運
転に対する電流不平衡状態を補償する。負荷状態および
無負荷状態の圧縮機運転に対して電流不平衡ルーチンが
補償することにより、不快な圧縮機サイクリングが防止
され、電流不平衡状態に対する保護の効果的でかつ効率
的な手段となる。

【００２８】図８に詳しく示されているように、マイク
ロ制御装置部４０はアナログ／ディジタル変換器Ｕ６と
マイクロ制御装置Ｕ５とを含み、これは先に説明した回
路部と一緒に、過電流保護、過熱保護、電流不平衡保
護、位相欠落保護、不適正位相順序保護、センサ短絡保
護、低電圧遮断保護、電流測定、最小遮断遅延および先
に説明した制御切り替え機能を提供するためのソフトウ
ェアを有する。マイクロ制御装置Ｕ５（図２および図
８）はアナログ／ディジタル変換器Ｕ６、発振器Ｕ９、
校正スイッチＵ１０、出力制御回路３４、低電圧遮断回
路３３、信号調整回路３６および故障診断回路４２に接
続されている。診断回路４２はＵ７を含み、これは７素
子ディジタル表示器であって、抵抗器Ｒ４０〜Ｒ４６が
Ｕ７のピン１３，１５〜２０およびマイクロ制御装置Ｕ
５に接続されている。アナログ／ディジタル変換器Ｕ６
のアナログ入力２，３，４ピンは、電流変換器ＣＴ１，
ＣＴ２，ＣＴ３に対する低電流レンジ５〜１００アンペ
アに対応する。アナログ／ディジタル変換器Ｕ６のアナ
ログ入力８，９，１０ピンは、電流変換器ＣＴ１，ＣＴ
２，ＣＴ３に対する高電流レンジ１００〜９００アンペ
アに対応する。アナログ／ディジタル変換器Ｕ６のアナ
ログ入力５，６，７ピンは、過熱回路のＰＴＣ出力電圧
に対応し、その電圧と抵抗器との関係はマイクロ制御装
置で過熱状態を判定するために用いられ、これは電動機
巻線温度の増加に比例したＰＴＣ抵抗値の変化を作り出
す。アナログ／ディジタル変換器Ｕ６ピンのＩ／Ｏ Ｃ
ＬＫ（１８）およびＣＳ（１５）と示されているもの
は、マイクロ制御装置ピンＳＰＩＣＬＫ（３０）および
Ｄ７（２１）にそれぞれ接続されている。マイクロ制御
装置は２１ピンとコモン電位との間の論理レベルを変え
ることで変換を開始する。マイクロ制御装置Ｕ５とアナ
ログ／ディジタル変換器Ｕ６とはマイクロ制御装置ピン
３０で同期がとられており、この論理レベル電圧はクロ
ック信号として働き、アナログ／ディジタル変換器Ｕ６
の変換タイミングを確立している。アナログ／ディジタ
ル変換器Ｕ６出力ＥＯＣピン１９は信号をマイクロ制御
装置Ｕ５のＤ６ピン２４に送るために使用され、アナロ
グ・ディジタル変換の終わりを表示する。マイクロ制御
装置Ｕ６のＤＡＴＡ出力ピン１６はマイクロ制御装置Ｕ
５のＳＰＩＳＯＭＩピン３２に接続され、ＭＣＵプログ
ラムによって位相電流と電流変換器ＣＴ１，ＣＴ２，Ｃ
Ｔ３およびＰＴＣ温度依存センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３から
の電動機巻線温度とを測定するために使用される。

【００２９】ＭＣＵ ＣＬＩＫＩＮ／４ピン（３８）は
発振器Ｕ９のピンＰ５から内部クロック信号を提供す
る。クロック信号は、ソフトウェア・エミュレーション
を実行するためのマイクロ制御装置Ｕ５の動作速度を決
定する。ＭＣＵポートＡのピン２０〜１５，１３は電流
制限抵抗器Ｒ４０，Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４４，Ｒ４５，
Ｒ４６にそれぞれ接続されており、これらは続いてディ
ジタル表示器Ｕ７のピンＰ１，Ｐ１３，Ｐ１０，Ｐ５，
Ｐ７，Ｐ２，Ｐ１１にそれぞれ接続されている。ＭＣＵ
Ａ７，ＴＩＥＶＴピン（１２，３４）は、論理レベル
電圧信号を位相Ａおよび位相Ｂに対応する電流不平衡回
路から提供する。不適切な位相順序を検出すると、マイ
クロ制御装置Ｕ５は制御スイッチＫ１を非励磁とする。
ＭＣＵピンのうちピンＢ０〜Ｂ７と示されたものは、電
流制限抵抗器Ｒ４８〜Ｒ５５にそれぞれ接続されてお
り、これらは続いてディップ・スイッチ１０のピンＰ９
〜Ｐ１６にそれぞれ接続されている。ディップ・スイッ
チＵ１０のピンＰ１〜Ｐ８はコモン電位に接続されてい
る。５ボルトの電源が抵抗器Ｒ４８〜Ｒ５５に接続され
ている。図４のＭＣＵソフトウェア・ルーチン１０６
は、バイナリー符号化バイトを等価電流、必要保持、校
正設定値に使用する。マイクロ制御装置は過電流保護を
実行するためにこの設定値を使用する。マイクロ制御装
置のピン４０は、制御回路に信号を提供する論理レベル
出力電圧として使用される。保護システムが圧縮機を停
止しなければならないような状態が検出されると、出力
Ｄ５ピン４０は制御スイッチ回路を非励磁とする。マイ
クロ制御装置Ｄ４のピン２２は電源回路に接続されてい
る。図５に示す、マイクロ制御装置のサブルーチン１４
２は、６０Ｈｚ信号と発振器周波数とを比較し、許容で
きない発振器状態が検出されると、マイクロ制御装置は
制御スイッチを非励磁とする。

【００３０】電流変換器部３５は圧縮機の位相電動機電
流を１つの電流変換器ＣＴ３を使用して通信するために
具備されており、このＣＴ３は全波ブリッジ整流器Ｕ３
に接続され、続いて電流変換器と並列にキャパシタＣ５
に接続されている。電流制限抵抗器Ｒ３０は演算増幅器
Ｕ４Ａ１のピン３およびフィルタ・キャパシタＣ８に接
続されている。電圧基準抵抗器Ｒ３１，Ｒ２８は演算増
幅器Ｕ４Ａのピン２に接続されている。電源電圧は演算
増幅器Ｕ４Ａのピン８、キャパシタＣ９および基準電圧
抵抗器Ｒ１７に接続されている。抵抗器Ｒ２８および抵
抗器Ｒ２５の接合部に接続されている演算増幅器Ｕ４Ａ
のピン１は、０〜２７５アンペアの範囲の電流に比例し
た電圧を提供する。

【００３１】最小断路遅延は圧縮機の電動機が急速なサ
イクリングを起こすことを防止するために具備されてお
り、過熱または低電圧状態に際して制御スイッチが遮断
される毎に選択された間隔の断路遅延を可能にすること
で実現している。マイクロ制御装置Ｕ５は、後ほど説明
する、図７に示す温度コール・ルーチンを採用して、結
果的に圧縮機を停止させる過熱および低電圧状態に続い
て、最小断路遅延タイミング・シーケンスを作り出して
いる。バイナリー符号化バイトは、マイクロ制御装置で
使用され、そのバイトが消去されるまでデクリメントさ
れる。最小断路遅延レジスタが消去されると、マイクロ
制御装置は、すべての状態が許容レベルに合致するもの
と判断して、スイッチを再励磁する。

【００３２】図４から図７を参照すると、保護ソフトウ
ェアは命令１００で開始し、ＭＣＵレジスタ、Ｉ／Ｏポ
ートの初期化、ＲＡＭの消去、ウォッチ・ドッグ・タイ
マの設定および割り込みタイマの設定１０２を行う。マ
イクロ制御装置５は必要保持電流設定を１０４で読み込
み、これは図２の過電流校正回路４１で使用される８つ
のスイッチの論理レベル電圧である。もしも電流校正値
が許容電流範囲である交流２５Ａから交流２２５Ａの間
にない場合は、ステップ１０６、出力回路を非励磁とす
ることのできるサブルーチン（図示せず）を含むステッ
プ１０７、および１０８、マイクロ制御装置は図１の出
力回路３４を非励磁とし、図２の故障診断回路４２を校
正エラーが検出されたことを示す、コードＥに設定す
る。それ以外の場合は、必要保持過電流がステップ１１
０で計算され、ブロック１１１でその値が３００アンペ
ア以上であるか否かの判断がなされ、その場合はステッ
プ１１３で高レンジに入って１１５においてその値を格
納し、必要保持値が３００アンペア未満の場合は、この
処理ルーチンはステップ１１２で低レンジに入り、１１
４で値を格納する。この処理ルーチンは１１６で否の判
定がなされると１０９に戻り、その判定が正の場合はス
テップ１１７に進む。マイクロ制御装置は必要保持設定
値１１７をチェックし、変化が検出されると、マイクロ
制御装置は校正エラー処理ルーチン１０５に移り、出力
回路を遮断する。マイクロ制御装置はＲＯＭチェック処
理ルーチン１０８を実行するが、これは図５に示す、ス
テップ１１９，１２０，１２１，１２２，１２３，１２
４，１２５を含む。何らかのＲＯＭの欠陥が検出される
と、ソフトウェアは図２の故障検出回路４２をＲＯＭエ
ラー・コードＨに設定し、リレーＫ１を非励磁とする。
それ以外の場合は、マイクロ制御装置は図５の不能化割
り込み処理ルーチン１２７，１２６に飛び、これは続い
てＲＡＭチェック・コール処理ルーチン１２８を開始す
る。次に、マイクロ制御装置はＲＡＭチェック・コール
処理ルーチンを実行するが、これは図５のステップ１３
０，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５および１
３６を含む。何らかの欠陥ＲＡＭが検出されると、ソフ
トウェアは図２の故障診断回路４２をＲＡＭエラー・コ
ードＪに設定し出力回路を遮断する。それ以外の場合
は、マイクロ制御装置は図５の可能化割り込み処理ルー
チン１５２，１４０に飛ぶ。１４１で遅延がない場合
は、処理ルーチンはクロック・コール処理ルーチン１４
２に行き、これはステップ１４３，１４４，１４５，１
４６，１４８，１４９を含み、マイクロ制御装置によっ
て発振器Ｕ９クロック周波数と図１の電源部３１ａから
の６０Ｈｚ信号と比較するために使用される。許容でき
ない発振器Ｕ９クロック周波数が検出されると、マイク
ロ制御装置は図２の故障診断回路４２をクロック・エラ
ー・コードＦに設定して出力回路を遮断する。それ以外
の場合は、マイクロ制御装置はディスプレー・コール処
理ルーチン１５０，１５１に飛び、１６０においてリレ
ーＫ１が非励磁であるかを判定する。リレーが非励磁の
場合は、処理ルーチンは１６６に行き、リレーが励磁の
場合はディスプレー・コール処理ルーチン１６１に行
く。これはステップ１６１，１６２，１６３，１６４，
１６５を含み、マイクロ制御装置によって位相バイパス
・ジャンパーＪ３が図２の回路に接続されているか否か
をチェックするために使用される。バイパス・ジャンパ
ーを検出すると、マイクロ制御装置は不適正位相順序回
路３０ａ，３０ｂを使用しない。それ以外の場合は、マ
イクロ制御装置は図７の不適正位相順序に対するサブル
ーチン２５０を実行する。マイクロ制御装置は電流検出
処理ルーチン１６４，１６５を使用して、電動機電流が
検出されているか否かを判断する。電流検出サブルーチ
ン１６４，１６５，１６６が完了すると、ＭＣＵソフト
ウェアはＡＤＣコール処理ルーチン１７０，１７１（図
６）を開始し、これは温度センサ抵抗値、高および低電
流測定値を図１の３つのトロイダル・センサＣＴ１，Ｃ
Ｔ２，ＣＴ３各々に関して収集する。この処理ルーチン
は次に分類コール処理ルーチン１７２，１７４に行き、
これは電流測定値を分類するために使用される。最小コ
ール処理ルーチン１７６は、ステップ１７７，１７８，
１７９，１８０を含み、最小許容閾値である８アンペア
以上の電流を検出するために使用され、ソフトウェアが
完了すると監視員コール処理ルーチン１９０を開始し、
これはステップ２００，２０１，２０２を含む。

【００３３】電流検出処理ルーチン２０３が続いて電動
機運転を検出するために使用される。電流が検出されな
い場合は、ソフトウェアは図７のレベル・コール処理ル
ーチン１９１，１９２，２３０に進む。それ以外の場合
には、２０４に遅延が存在しないときは、Ｂａｌコール
処理ルーチン２０５がマイクロ制御装置で使用され、電
流不平衡状態が検出されるかが判定される、この処理ル
ーチンはステップ２０６，２０７，２０９，２１１，２
１３，２１５，２１７，２１９，２２１，２２３，２２
５を含む。テスト２０６は圧縮機の運転状態を判断する
ために使用される。運転電流が選択された閾値（たとえ
ば、必要保持電流のおよそ６５％）以上の場合は、圧縮
機電動機は負荷状態であり、一方、運転電流がその閾値
未満の場合は、電動機は無負荷状態である。負荷状態に
対して、マイクロ制御装置は２０７において１７％の電
流不平衡閾値を使用し、圧縮機が無負荷の状態に対して
は、マイクロ制御装置は２１７において２５％の電流不
平衡閾値を使用する。故障蓄積処理ルーチン２０９，２
１９は、図１の出力回路３４を遮断する前に、２５個の
許容できない読取り値を受け付け、電流不平衡に対する
故障診断を、ステップ２１３でコード２およびステップ
２２２でコード３をそれぞれ設定する。故障蓄積が２５
個の許容できない読取り値を２０９および２１９でそれ
ぞれ蓄積しない場合は、ＭＣＵプログラムはレベル・コ
ール処理ルーチン１９２，２３０（図７）に進む。

【００３４】レベル・コール処理ルーチン２３０はステ
ップ２３１〜２４８を含み、マイクロ制御装置によっ
て、図１の信号調整回路３６ａ，３６ｂ，３６ｃからの
電流測定値を６つの異なるトリップレベル２３１，２３
４，２３７，２４０，２４３，２４６とそれぞれ比較す
るために使用される。故障蓄積処理ルーチンは、蓄積さ
れた許容範囲外の読取り値を６つのトリップレベル２３
２，２３５，２３８，２４１，２４４，２４６とそれぞ
れ比較するために使用される。６つのトリップレベルの
いずれかに対して、故障蓄積処理ルーチンが過電流状態
を検出すると、マイクロ制御装置は過負荷サブルーチン
２６０，２６１を実行し、これは引き続き図１の出力回
路３４を非励磁とし、故障診断２６２を過電流エラーコ
ード１に設定する。いずれの故障蓄積処理ルーチンも過
電流状態を検出しなかった場合は、マイクロ制御装置は
ソフトウェアを位相コール処理ルーチン２６５，２５０
に進める。位相コール処理ルーチンは、マイクロ制御装
置がステップ２５１でバイパス・ジャンパーＪ３を検出
しなかった場合に実行される。バイパス・ジャンパーが
検出されると、ソフトウェアは温度コール処理ルーチン
２７０に進む。それ以外の場合は、電流試験が２５２で
実行され、電流が検出されることを確認する。電流が検
出されると、２５３で比較試験が使用され位相Ａと位相
Ｂとの間の位相順序が比較される。許容範囲外の位相順
序が検出されると、位相エラー・サブルーチン２５５，
２５６，２５９が使用されて、図１の出力回路３４が遮
断され、故障診断２６２を不適正位相順序エラー・コー
ド４に設定する。不適正位相順序が検出されなかった場
合は、ソフトウェアは温度コール処理ルーチン２７０に
進む。温度コール処理ルーチンは、図１の過熱部３２の
３つのチャンネルの各抵抗読取り値を比較する。２７２
で許容範囲外の抵抗読取り値が検出されると、ソフトウ
ェアは故障蓄積処理ルーチン２７３を使用して、蓄積さ
れている許容範囲外の抵抗読取り値の数と選択され予め
定められたレベルとを比較する。２５個の許容範囲外の
抵抗読取り値が検出されると、温度エラー・サブルーチ
ン２７４，２７５，２７６がマイクロ制御装置で使用さ
れ、図１の出力回路３４を遮断し、故障診断を過熱エラ
ー・コード５に設定する。リセットするためには、許容
範囲内の読取り値が２５個蓄積されなければならない。
許容可能サンプルが２５個蓄積されたことが検出される
と、リレーＫ１はステップ２７７で遮断される。温度コ
ール処理ルーチン２７０が完了すると、ＰｅｔＤｏｇコ
ール処理ルーチン２８０，２８１が使用されて、マイク
ロ制御装置の内部タイマがリセットされ、これは続いて
マイクロ制御装置が許容範囲内の内部状態によって出力
回路を遮断することを防止し、図２の故障診断回路４２
を校正エラー検出状態に設定する。ＰｅｔＤｏｇ処理ル
ーチンが完了すると、図２のマイクロ制御装置Ｕ５はソ
フトウェアを使用して必要保持設定試験１１７を実行
し、これは続いて、マイクロ制御装置で使用される別の
電流および温度センサ入力のサンプル収集を開始して、
先に説明した一連の処理ルーチンを実行し、図２の故障
診断回路４２を校正エラー検出保護に設定する。

【００３５】以上説明したように、故障蓄積処理ルーチ
ンは、許容範囲外の各サンプルに対してカウンタをイン
クリメントし、許容範囲内の各サンプルに対してカウン
タをデクリメントし、カウンタが選択されたレベルに達
するまで出力回路３４を非励磁とすることなくこれを実
行する。

【００３６】本発明に基づき制作されたシステムは下記
の構成部品を有する。

【００３７】

【表１】

【表２】

【００３８】以上から、記述されている多機能保護シス
テムがスクリュー圧縮機を過熱状態、過電流状態、不適
切な位相順序状態、電流不平衡状態、低供給電源電圧状
態、接点チャタリング状態、初期単相状態および位相喪
失状態に対して保護することが分かるであろう。これら
の保護機能に加えて、この保護システムは低電圧始動構
造を有する３相電動機に対する位相電流測定インタフェ
ースおよび始動タイマ機能を具備する。

【００３９】発明を説明する目的で、本発明の特定の実
施形態を説明してきたが、本発明は添付の請求項に含ま
れるすべての修正並びに等価物を含むことを理解された
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による保護装置の図式的回路図の一部を
示す図である。

【図２】本発明による保護装置の図式的回路図の残りの
部分を示す図である。

【図３】本発明による保護装置の格納容器を含むカバー
と基板の分解図である。

【図４】本発明による保護装置のフローチャートであ
る。

【図５】本発明による保護装置のフローチャートであ
る。

【図６】本発明による保護装置のフローチャートであ
る。

【図７】本発明による保護装置のフローチャートであ
る。

【図８】図２に示すアナログ／ディジタル変換器および
マイクロ制御装置の入出力接続を示す拡大図である。

【図９】図１の一部を示す図である。

【図１０】図１の残りの部分を示す図である。

【図１１】図２の一部を示す図である。

【図１２】図２の残りの部分を示す図である。

【図１３】図５の一部を示す図である。

【図１４】図５の残りの部分を示す図である。

【図１５】図６の一部を示す図である。

【図１６】図６の残りの部分を示す図である。

【図１７】図７の一部を示す図である。

【図１８】図７の残りの部分を示す図である。

【符号の説明】

１０ プラスチック基板 １３，１４ 回路ボード・アセンブリ １５ 端子 ３０ａ，３０ｂ 不適正位相順序 ３２ 過熱部 ３３ 低電圧遮断回路 ３４ 出力制御回路 ３５ 信号調整回路 ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ 電流不平衡部 ４０ マイクロ制御装置部 ４１ 過電流校正部 ４２ 故障診断部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の位相巻線を有する電気機器を保護
   するための方法であって、 前記電気機器の前記各位相巻線の電流レベルに対応する
   電気信号を発生するステップと、 前記各位相巻線の熱伝達路に温度依存性抵抗体を設置し
   て、前記各位相巻線の温度に対応する電気信号を発生す
   るステップと、 前記電気信号をバイナリー符号化データに変換するステ
   ップと、 該バイナリー符号化データをマイクロ・コンピュータに
   入力し、該入力された符号化データを選択されたパラメ
   ータと比較して過熱および過電流故障状態を識別するス
   テップと、 前記電気機器を非励磁とする故障状態が生じると、マイ
   クロ・コントローラから制御信号を出力することによっ
   て前記電気機器を非励磁とするステップと、を含む方
   法。
2. 【請求項２】 前記電流レベルに対応する前記バイナリ
   ー符号化データを使用し、前記各位相巻線の前記電流レ
   ベルを負荷状態および無負荷状態の両方に対する前記電
   気機器の定格アンペアに基づく運転電流閾値と比較し、
   第１の組のパラメータを前記負荷状態に対して使用し、
   第２の組のパラメータを前記無負荷状態に対して使用す
   ることによって、電流不平衡保護を組み込むステップを
   さらに含む、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 位相巻線電流レベルおよび位相巻線温度
   の選択された数のサンプルを採取するステップと、該サ
   ンプルを選択されたパラメータと比較して、各パラメー
   タを超えないサンプルは許容範囲とし、各パラメータを
   超えるサンプルは許容範囲外とするステップと、該各許
   容範囲外サンプルに対してカウンタをインクリメントす
   るステップと、前記各許容範囲内サンプルに対して前記
   カウンタをデクリメントするステップと、前記カウンタ
   が選択されたレベルにまでインクリメントされると前記
   制御信号を発生するステップとをさらに含む、請求項１
   記載の方法。
4. 【請求項４】 前記位相電流レベルが不適正位相順序お
   よび位相欠落状態を故障状態として識別するために使用
   される、請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記各位相巻線の位相巻線電流サンプル
   を採取し、該サンプルを一連の異なるパーセンテージの
   過電流パラメータと比較し、該各パーセンテージの過電
   流パラメータ未満の値を有する各サンプルを許容範囲内
   のサンプルとし、該各パーセンテージの過電流パラメー
   タに特有の期間にわたって各許容範囲内サンプル用の故
   障蓄積カウンタをインクリメントするステップと、前記
   各期間内で前記各パーセンテージの過電流パラメータに
   関して特有の選択されたレベルまで前記カウンタがイン
   クリメントされなかった場合に前記電気機器を非励磁と
   する前記制御信号を発生するステップと、前記カウンタ
   が前記各異なるパーセンテージの過電流パラメータに対
   して特有の選択されたレベルまでインクリメントされた
   場合には前記各異なるパーセンテージの過電流パラメー
   タに対してサンプルの比較を繰り返すステップとをさら
   に含む、請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 前記特有のパーセンテージの過電流パラ
   メータは、４００％過電流に対して１．５秒間に１０個
   の許容範囲内サンプルから１１２％過電流に対して２５
   秒間に２５０個の許容範囲内サンプルまでの範囲であ
   る、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 ３相位相巻線を有するスクリュー圧縮機
   のような電気機器用の多機能電子式保護システムであっ
   て、 ３つの電流環状磁気回路および一入力一出力を有する前
   記各環状磁気回路用の全波ブリッジ整流器を有し、各整
   流器の入力が各電流環状磁気回路に接続され、各分圧ネ
   ットワークが各整流器の出力に結合されている、３相電
   流変換回路と、 複数の入出力を有するアナログ／ディジタル変換器であ
   って、各分圧ネットワークが前記アナログ／ディジタル
   変換器の各入力に結合されていて、各位相巻線の前記位
   相電流に関するバイナリー符号化データを前記アナログ
   ／ディジタル変換器から提供する、前記アナログ／ディ
   ジタル変換器と、 ３つの温度依存性抵抗体を有する温度検出回路であっ
   て、各分圧ネットワークが各温度依存性抵抗体に結合さ
   れ、前記温度検出回路の各分圧ネットワークが前記アナ
   ログ／ディジタル変換器の別の各入力に結合されていて
   前記各温度依存性抵抗体の温度に関連するバイナリー符
   号化データを前記アナログ／ディジタル変換器から提供
   する、前記温度検出回路と、 複数の入出力を有するマイクロ制御装置であって、前記
   アナログ／ディジタル変換器の前記バイナリー符号化デ
   ータが前記マイクロ制御装置の各入力に供給されるよう
   に前記アナログ／ディジタル変換器が前記マイクロ制御
   装置に接続されている、前記マイクロ制御装置と、 前記電流変換器回路と前記温度検出回路とを使用して位
   相電流のサンプルと温度サンプルとを採取するための手
   段と、 一入力一出力を有する出力制御装置であって、前記マイ
   クロ制御装置が前記各位相巻線の電流レベルと前記各温
   度依存性抵抗体の温度とに応じて前記出力制御装置の励
   磁状態を制御するために前記出力装置の入力に結合され
   ている、前記出力制御装置と、を含む多機能電子式保護
   システム。
8. 【請求項８】 第１の最大電流レベルが少なくとも２の
   位相巻線に対する負荷圧縮機状態および無負荷圧縮機状
   態のそれぞれに関して前記マイクロ制御装置に格納され
   ており、前記少なくとも２つの位相巻線のそれぞれの前
   記位相巻線電流に関する前記バイナリー符号化データを
   比較する手段と、前記少なくとも２つの位相巻線のいず
   れかの前記電流レベルが前記最大電流レベルを超えたと
   きに電流不平衡信号を発生する手段とを有する、請求項
   ７記載の多機能電子式保護システム。
9. 【請求項９】 電磁的遷移および実際の故障状態で生じ
   た電流および温度に対するバイナリー符号化データを区
   別する手段をさらに含む、請求項８記載の多機能電子式
   保護システム。
10. 【請求項１０】 電磁的遷移および実際の故障状態で生
    じた電流および温度に対するバイナリー符号化データを
    区別する前記手段が、故障蓄積カウンタと、電流および
    温度サンプルが前記選択されたパラメータを超えると前
    記カウンタを選択された回数だけインクリメントする手
    段とを含み、前記カウンタが選択されたレベルまでイン
    クリメントされると前記マイクロ制御装置が前記出力装
    置に制御信号を発生する、請求項９記載の多機能電子式
    保護システム。
11. 【請求項１１】 電磁的遷移と過熱、過電流、電流不平
    衡、不適正位相順序および位相サンプルの欠落に対する
    実際の故障状態とを識別するための故障蓄積カウンタを
    さらに含む、請求項７記載の多機能電子式保護システ
    ム。