特開 2023-106075 不具合検出装置、制御盤及び給液装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023106075

(43)【公開日】2023-08-01

(54)【発明の名称】不具合検出装置、制御盤及び給液装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230725BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022007205

(22)【出願日】2022-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000148209

【氏名又は名称】株式会社川本製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】玉川 充

(72)【発明者】

【氏名】小島 研太

(72)【発明者】

【氏名】坂野 聖治

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA19

5H770AA29

5H770BA01

5H770DA03

5H770GA19

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770LA07W

5H770LA07Y

5H770LB05

5H770LB09

5H770LB10

(57)【要約】

【課題】電源側と負荷側とのいずれの不具合であるかを検出する。
【解決手段】本発明の一態様に係る不具合検出装置は、電圧検出部と、電流検出部と、不具合検出部とを備えている。電圧検出部は、給液装置を駆動するモータである負荷装置に電力を供給する電力変換装置に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する。電流検出部は、前記電力変換装置から出力される３相分の交流電流のうち、少なくとも２相分の電流波形を検出する。不具合検出部は、前記電圧検出部の出力と、前記電流検出部の出力とを解析することにより、前記電力変換装置よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

給液装置を駆動するモータである負荷装置に電力を供給する電力変換装置に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する電圧検出部と、
前記電力変換装置から出力される３相分の交流電流のうち、少なくとも２相分の電流波形を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部の出力と、前記電流検出部の出力とを解析することにより、前記電力変換装置よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する不具合検出部と
を備えた不具合検出装置。

【請求項2】

前記不具合検出部は、前記電流検出部の出力が前記２相分の電流波形を示す場合、当該２相分の電流波形における各々の瞬時電流と、当該各々の瞬時電流を含む３相分の瞬時電流の総和がゼロであることとに基づいて、前記検出していない１相分の電流波形を計算する、
請求項１記載の不具合検出装置。

【請求項3】

前記不具合検出部は、前記電圧検出部の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算し、
当該電源電圧不平衡率が第１閾値より大きい場合に、前記電源電圧不平衡率に関する前記電源側の不具合を検出する、
請求項１又は２記載の不具合検出装置。

【請求項4】

前記不具合検出部は、前記電圧検出部の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算し、前記電流検出部の出力に基づいて電流不平衡率を計算し、当該電源電圧不平衡率が第１閾値以下であり、且つ当該電流不平衡率が第２閾値より大きい場合に、前記電流不平衡率に関する前記負荷側の不具合を検出する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の不具合検出装置。

【請求項5】

前記不具合検出部は、前記電圧検出部の出力に基づいて、正弦波形が検出されない線間電圧を検出し、当該検出した線間電圧に応じて、前記３相のうちの欠相状態にあるＲ相、Ｓ相又はＴ相を導出することにより、欠相に関する前記電源側の不具合を検出する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の不具合検出装置。

【請求項6】

前記不具合検出部は、前記電流検出部の出力から得られる３相分の電流波形に基づいて、正弦波形が検出されない電流波形がある場合、又は前記３相分のいずれかの相の電流値が他の相の電流値に占める割合が第３閾値以下である場合、欠相に関する前記負荷側の不具合を検出する、
請求項２及び請求項２を引用する請求項３乃至５のうち、いずれか一項に記載の不具合検出装置。

【請求項7】

前記不具合検出部は、前記３相分の線間電圧波形の相順を検出し、当該相順が逆転した場合に、反相に関する前記電源側の不具合を検出する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の不具合検出装置。

【請求項8】

前記不具合検出部は、前記負荷装置の停止状態及び運転状態の各々において、前記電源側の不具合の検出を実行する、
請求項３、５又は７記載の不具合検出装置。

【請求項9】

前記不具合検出部により検出された不具合に関する警報を出力する出力部、
を更に備えた請求項１乃至８のいずれか一項に記載の不具合検出装置。

【請求項10】

前記不具合検出部により不具合が検出された場合、前記負荷装置を停止状態に制御する制御部、
を更に備えた請求項１乃至９のいずれか一項に記載の不具合検出装置。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の不具合検出装置及び電力変換装置を備えた制御盤。

【請求項12】

請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の不具合検出装置、電力変換装置及び負荷装置を備えた給液装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、不具合検出装置、制御盤及び給液装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ポンプ装置に代表される給液装置システムに関して、三相交流電源と三相負荷との間の三相のうち、二相の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し、これらの検出値を比較して欠相検知する技術が知られている。

【0003】

また、３相３線式の商用周波数の入力交流電流の２つの相の電流値を電流センサによって計測し、計測された入力交流電流値に対してフーリエ変換を実行し、実行結果に基づいて欠相の有無を検知する技術が知られている。これに伴い、同時刻の当該２つの相の電流値から直流成分を差し引いて瞬時交流電流値として、２つの相の瞬時交流電流値にマイナス１を乗じたものを加算することにより、当該電流センサの取り付けてない第３の相の瞬時交流電流値を求める技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－２２７０７３号公報

【特許文献2】特許第６３３４９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以上のような技術は、通常は特に問題ないが、本発明者の検討によれば、不具合を検出した際に、電源側と負荷側とのいずれの不具合であるかが不明なため、原因調査に手間と時間を要している。従って、電源側と負荷側とのいずれの不具合であるかを検出できることが望ましい。

【0006】

本発明は、電源側と負荷側とのいずれの不具合であるかを検出し得る不具合検出装置、制御盤及び給液装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る不具合検出装置は、電圧検出部と、電流検出部と、不具合検出部とを備えている。前記電圧検出部は、ポンプ装置に代表される給液装置を駆動するモータである負荷装置に電力を供給する電力変換装置に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する。前記電流検出部は、前記電力変換装置から出力される３相分の交流電流のうち、少なくとも２相分の電流波形を検出する。前記不具合検出部は、前記電圧検出部の出力と、前記電流検出部の出力とを解析することにより、前記電力変換装置よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する。

【0008】

本発明の別の態様に係る制御盤は、不具合検出装置及び電力変換装置を備えている。

【0009】

本発明の更に別の態様に係る給液装置は、不具合検出装置、電力変換装置及び負荷装置を備えている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電源側と負荷側とのいずれの不具合であるかを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る不具合検出装置を搭載したポンプ装置の構成を例示する模式図。

【図2】一実施形態における動作例を説明するためのフローチャート。

【図3】図２のステップＳＴ３０を説明するためのフローチャート。

【図4】図２のステップＳＴ５０を説明するためのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら実施形態の説明を述べる。なお、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号を付し、重複する説明については基本的に省略する。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号及び／又は英小文字を用いることもある。

【0013】

なお、以降の説明において便宜上、給液装置についてポンプ装置を例に挙げて述べるが、給液装置は、水道水、汚水、排水、温泉水又は海水などの液体を供給先に供給するポンプ装置に限らず、原水ポンプを有し、当該原水ポンプから供給される原水から不純物を除去する水処理装置であってもよい。給液装置がポンプ装置の場合にはモータがポンプを駆動し、給液装置が水処理装置の場合にはモータが原水ポンプを駆動する。また、ポンプ装置は、受水槽又は井戸等に設置される水中ポンプを例に挙げて述べるが、ポンプ装置は水中ポンプに限らず、水道本管に直結されるポンプであってもよい。また、電力変換装置についてインバータを例に挙げて述べるが、電力変換装置は、交流－交流変換型の電力変換装置であれば、任意の装置が使用可能である。例えば、交流－交流変換型の電力変換装置としては、整流回路を含むインバータのように、直流を介する間接変換型の装置でもよく、マトリックスコンバータ等のように、直流を介さない直接変換型の装置でもよい。また、電力変換装置については、制御盤が保持する場合を例に挙げて述べるが、制御盤に保持されずに制御盤から離れた場所に配置してもよい。

【0014】

図１は、一実施形態に係るポンプ装置の構成を例示する模式図である。このポンプ装置１は、井戸等の水中に配置される縦軸の多段のポンプ１１と、ポンプ１１に接続されたモータ１２と、モータ１２に相毎のケーブル１３を介して電力を供給する電力変換装置２１とを備えている。電力変換装置２１は、制御盤２０に収容されており、電力変換装置２１の入力側には相毎の電源配線１４を介して３相３線式の交流電源３０が接続されている。ポンプ装置１は、給液装置の一例である。

【0015】

ここで、ポンプ１１は、例えば井戸に配置され、少なくともその一部が井戸内の流体、例えば井戸水、の水面下に位置する多段の深井戸用水中ポンプである。ポンプ１１は回転軸を有し、当該回転軸がモータ１２の回転子の軸に接続されている。ポンプ１１は、井戸等の水中に配置されたモータ１２に電力が供給されると、モータ１２内の回転子が回転し、当該回転に追従して回転軸が回転する。ポンプ１１の回転軸の回転により、複数のケーシング内のインペラが回転し、ケーシング内の水を増圧し、吐出ケーシングからポンプ１１の二次側へと送水する。

【0016】

モータ１２は、例えば水中モータであり、例えばポンプ１１の直下の井戸水中に配置される。モータ１２は、ケーブル１３を介して電力変換装置２１に接続される。電力変換装置２１からケーブル１３を介して電力が供給されると、モータ１２は、回転子が回転し、当該回転に追従してポンプ１１の回転軸を回転させることで、当該ポンプ１１を駆動する。モータ１２は、負荷装置の一例である。

【0017】

制御盤２０は、電力変換装置２１と、制御部２２と、記憶部２６と、通信部２７と、入力部２８と、表示部２９と、スピーカ２９ａとを備えている。制御部２２は、電圧検出部２３と、Ｒ相電流検出回路２４Ｒと、Ｔ相電流検出回路２４Ｔと、マイコン２５とを備えている。制御部２２は、不具合検出装置の一例である。また、制御部２２と、表示部２９及び／又はスピーカ２９ａとは、不具合検出装置の他の一例である。また、制御部２２及び電力変換装置２１は、制御盤の一例である。また、制御部２２及び電力変換装置２１と、表示部２９及び／又はスピーカ２９ａとは、制御盤の他の一例である。また、不具合検出装置、電力変換装置２１及びモータ１２は、給液装置の一例である。また、不具合検出装置及び電力変換装置を備えた制御盤と、モータ１２である負荷装置とは、給液装置の他の一例である。

【0018】

電力変換装置２１は、制御部２２に制御され、交流電源３０から電源配線１４を介して供給される電力を変換し、当該変換した電力をケーブル１３を介してモータ１２に供給する。電力変換装置２１は、出力周波数、即ちモータ１２の運転周波数を可変可能に構成される。なお、電力変換装置２１は、必ずしも制御盤２０に収容される必要はなく、制御盤２０の外部に配置してもよい。

【0019】

電圧検出部２３は、ポンプ１１を駆動するモータ１２である負荷装置に電力を供給する電力変換装置２１に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する。具体的には、電圧検出部２３は、交流電源３０と電力変換装置２１との間の電源配線１４から３相分の線間電圧波形を検出する。

【0020】

Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔは、電力変換装置２１から出力される３相分の交流電流のうち、２相分の電流波形を検出する。具体的には、Ｒ相電流検出回路２４Ｒは、電力変換装置２１とモータ１２との間のケーブル１３から変流器ＣＴ_Ｒを介してＲ相の電流波形を検出する。同様に、Ｔ相電流検出回路２４Ｔは、電力変換装置２１とモータ１２との間のケーブル１３から変流器ＣＴ_Ｔを介してＴ相の電流波形を検出する。なお、これらに限らず、制御部２２は、Ｓ相電流検出回路を更に備えてもよい。Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔは、電力変換装置２１から出力される３相分の交流電流のうち、少なくとも２相分の電流波形を検出する電流検出部の一例である。

【0021】

マイコン２５は、制御盤２０内の各部を統括して制御する制御中枢であって、プログラムやデータを記憶するメモリ（図示しない）と、このメモリに記憶されるプログラムやデータに基づく処理を実行するプロセッサ（図示しない）を備え、これらにより各種制御機能を実現する。なお、マイコン２５は、ＣＰＵ (central processing unit)、ＧＰＵ (graphics processing unit)、ＦＰＧＡ (field programmable gate array)、ＤＳＰ (digital signal processor)、またはその他の汎用または専用のプロセッサなどであってもよい。

【0022】

マイコン２５が実現する各種制御機能には、例えば、ポンプ制御を行う制御機能２５ａと、不具合を検出する不具合検出機能２５ｂとが含まれる。不具合検出機能２５ｂは、不具合検出部の一例である。

【0023】

制御機能２５ａは、通信部２７又は入力部２８からの入力に基づき、電力変換装置２１を制御することにより、ポンプ１１を駆動するモータ１２の回転を制御する。また、制御機能２５ａは、不具合検出機能２５ｂにより不具合が検出されば場合、電力変換装置２１を制御することにより、ポンプ１１を駆動するモータ１２を停止状態に制御する。

【0024】

不具合検出機能２５ｂは、電圧検出部２３の出力と、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔの出力とを解析することにより、電力変換装置２１よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する。なお、不具合検出機能２５ｂとしては、以下の機能（ｉ）～（ｖｉｉ）を適宜、含んでいてもよい。

【0025】

（ｉ）電流検出部（２４Ｒ，２４Ｔ）の出力が２相分の電流波形を示す場合、当該２相分の電流波形における各々の瞬時電流と、当該各々の瞬時電流を含む３相分の瞬時電流の総和がゼロであることとに基づいて、検出していない１相分の電流波形を計算する機能。

【0026】

（ｉｉ）電圧検出部２３の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算し、当該電源電圧不平衡率が第１閾値より大きい場合に、電源電圧不平衡率に関する電源側の不具合を検出する機能。

【0027】

（ｉｉｉ）電圧検出部２３の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算し、電流検出部の出力に基づいて電流不平衡率を計算し、当該電源電圧不平衡率が第１閾値以下であり、且つ当該電流不平衡率が第２閾値より大きい場合に、電流不平衡率に関する負荷側の不具合を検出する機能。

【0028】

（ｉｖ）電圧検出部２３の出力に基づいて、正弦波形が検出されない線間電圧を検出し、当該検出した線間電圧に応じて、３相のうちの欠相状態にあるＲ相、Ｓ相又はＴ相を導出することにより、欠相に関する電源側の不具合を検出する機能。

【0029】

（ｖ）電流検出部（２４Ｒ，２４Ｔ）の出力から得られる３相分の電流波形に基づいて、正弦波形が検出されない電流波形がある場合、又は３相分のいずれかの相の電流値が他の相の電流値に占める割合が第３閾値以下である場合、欠相に関する負荷側の不具合を検出する機能。

【0030】

（ｖｉ）３相分の線間電圧波形の相順を検出し、当該相順が逆転した場合に、反相に関する電源側の不具合を検出する機能。

【0031】

（ｖｉｉ）ポンプ１１を駆動するモータ１２である負荷装置の停止状態及び運転状態の各々において、上記した電源側の不具合の検出を実行する機能。

【0032】

記憶部２６は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）である。記憶部２６は、マイコン２５内のメモリに記憶しないデータを記憶する。例えば、記憶部２６は、ポンプ装置１の運転データのログ、不具合検出のログ、メンテナンス情報などのように、リアルタイムの制御に用いるデータではなく、長期保存のためのデータを記憶する。但し、これに限らず、記憶部２６は、リアルタイムの制御に用いるデータのうち、制御パラメータや閾値などのデータを保存してもよい。

【0033】

通信部２７は、制御部２２により制御され、無線通信技術を用いて、通信端末などの外部装置と通信可能な任意の通信インタフェースである。具体的には、通信部２７は、例えば、Bluetooth（登録商標） Low Energyの規格（以下、ＢＬＥ規格ともいう）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＮＦＣなどの（近距離）無線通信技術、またはＵＳＢなどの有線通信技術を用いて、通信端末等の外部装置に接続可能となっている。また、通信部２７は、ＢＬＥ規格などにより、スピーカ２９ａやマイク等を無線接続してもよい。なお、ＢＬＥ規格は、ＢＬＥのバージョン４．０以上の規格であればよく、ＢＬＥの通信方式と互換性があればよい。これに伴い、「ＢＬＥ規格」は、「Bluetooth 4.0以上の規格」と呼んでもよい。

【0034】

入力部２８は、例えば、ボタンスイッチやセレクトスイッチを含む操作パネルやタッチスクリーンなどのユーザ入力を受け付ける装置と、図示しない水位センサやフロートスイッチなどのセンサとを含み得る。セレクトスイッチは、ポンプ運転指令を入力するものであり、ユーザの操作に応じて、ポンプの自動・停止・手動を切り替えるスイッチなどが適宜、使用可能となっている。

【0035】

表示部２９は、マイコン２５の処理に応じて、動画像、静止画像、テキスト、警報などを表示する液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスや、ポンプ装置１のステータスを表示するＬＥＤ（Light Emitting Diode）点灯部などを含み得る。表示デバイスは、タッチスクリーンのように入力部２８の機能を備えていてもよい。表示部２９は、不具合検出部により検出された不具合に関する警報を出力する出力部の一例である。

【0036】

スピーカ２９ａは、制御部２２から送出された音声情報に基づいて、警報又はガイド等の音声出力を行う装置であり、制御盤２０に埋め込んでもよく、床置き又は壁掛けしてもよい。スピーカ２９ａは、有線又は無線を介して制御部２２に接続可能となっている。スピーカ２９ａは、不具合検出部により検出された不具合に関する警報を出力する出力部の他の一例である。

【0037】

次に、以上のように構成されたポンプ装置の動作例について図２乃至図４のフローチャートを参照しながら説明する。この動作例は、全体の動作例（図２）と、電源側の不具合検出に関する動作例（図３）と、負荷側の不具合検出に関する動作例（図４）とを含んでいる。以下、各動作例を順に述べる。

【0038】

（モータ始動前の停止状態）
いま、ポンプ装置１は、図示しない水位センサで検出された水位が通常の範囲内にあり、ポンプ１１を駆動するモータ１２が始動前の停止状態にあるとする。

【0039】

ステップＳＴ１０において、ポンプ装置１の制御盤２０では、電圧検出部２３が、電力変換装置２１に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する。具体的には電圧検出部２３は、交流電源３０と電力変換装置２１との間の電源配線１４から３相分の線間電圧波形を検出する。

【0040】

ステップＳＴ１０の後、ステップＳＴ２０において、制御盤２０では、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔが、電力変換装置２１から出力される３相分の交流電流のうち、２相分の電流波形を検出する。但し、現在は、モータ１２が始動前の停止状態にあるので、電流波形が検出されない。

【0041】

ステップＳＴ２０の後、ステップＳＴ３０～ＳＴ５０において、制御盤２０では、マイコン２５が、電圧検出部２３の出力と、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔの出力とを解析することにより、電力変換装置２１よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する。但し、現在は、モータ１２が始動前の停止状態にあるので、ステップＳＴ５０の電流波形の解析が実行されない。

【0042】

このため、ステップＳＴ３０において、マイコン２５は、電圧検出部２３の出力を解析することにより、電力変換装置２１よりも電源側の不具合である場合を検出する。このステップＳＴ３０は、図３に示す如き、ステップＳＴ３１～ＳＴ３７を含んでいる。

【0043】

ステップＳＴ３１において、マイコン２５は、電圧検出部２３の出力に基づいて、正弦波形が検出されない線間電圧があるか否かを判定し、判定の結果、正弦波形が検出されない線間電圧を検出すると（ＳＴ３１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３２に移行する。

【0044】

ステップＳＴ３２において、マイコン２５は、当該検出した線間電圧に応じて、３相のうちの欠相状態にあるＲ相、Ｓ相又はＴ相を導出することにより、欠相に関する電源側の不具合を検出する。なお、電源側の欠相に関する不具合の場合、原因調査の際に、電力会社からの交流電源３０や電源配線１４の不具合を疑うことができる。ステップＳＴ３２の後、ステップＳＴ３０を終了し、ステップＳＴ４０に移行する。一方、ステップＳＴ３１の判定の結果、正弦波形が検出されない線間電圧がない場合には（ＳＴ３１：Ｎｏ）、ステップＳＴ３３に移行する。

【0045】

ステップＳＴ３３において、マイコン２５は、電圧検出部２３の出力に基づいて、３相分の線間電圧波形の相順を検出し、相順が逆転したか否かを判定する。判定の結果、相順が逆転した場合には（ＳＴ３３：Ｙｅｓ）、マイコン２５は、反相に関する電源側の不具合を検出する（ステップＳＴ３４）。なお、電源側の反相に関する不具合の場合、原因調査の際に、電源配線１４の結線の誤りを疑うことができる。ステップＳＴ３４の後、ステップＳＴ３０を終了し、ステップＳＴ４０に移行する。

【0046】

一方、ステップＳＴ３３の判定の結果、相順が逆転していない場合には（ＳＴ３３：Ｎｏ）、ステップＳＴ３５に移行する。

【0047】

ステップＳＴ３５において、マイコン２５は、電圧検出部２３の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算する。

【0048】

ステップＳＴ３５の後、ステップＳＴ３６において、マイコン２５は、電源電圧不平衡率が第１閾値より大きいか否かを判定する。判定の結果、電源電圧不平衡率が第１閾値より大きい場合に（ＳＴ３６：Ｙｅｓ）、マイコン２５は、電源電圧不平衡率に関する電源側の不具合を検出する（ステップＳＴ３７）。なお、電源側の電圧不平衡に関する不具合の場合、原因調査の際に、電力会社からの交流電源３０や電源配線１４の不具合を疑うことができる。ステップＳＴ３７の後、ステップＳＴ３０を終了し、ステップＳＴ４０に移行する。

【0049】

一方、ステップＳＴ３６の判定の結果、電源電圧不平衡率が第１閾値以下の場合には（ＳＴ３６：Ｎｏ）、マイコン２５は、電源側の不具合を検出せずにステップＳＴ３０を終了し、ステップＳＴ４０に移行する。

【0050】

図２に戻り、ステップＳＴ４０において、マイコン２５は、ポンプ１１を駆動するモータ１２である負荷装置が運転状態か否かを判定し、運転状態であればステップＳＴ５０に移行する。現在は、モータ１２が始動前の停止状態にあるので、ステップＳＴ５０をスキップしてステップＳＴ６０に移行する。

【0051】

ステップＳＴ６０において、マイコン２５は、例えば、ステップＳＴ３２、ＳＴ３４又はＳＴ３７を実行したか否かに応じて、電源側の不具合を検出したか否かを判定する。判定の結果、否の場合にはステップＳＴ７０に移行する。

【0052】

ステップＳＴ７０において、マイコン２５は、ステップＳＴ５０内で負荷側の不具合を検出したか否かを判定する。判定の結果、否の場合にはステップＳＴ１０に戻り、ステップＳＴ１０～ＳＴ７０の処理を繰り返し実行する。

【0053】

一方、ステップＳＴ６０の判定の結果、電源側の不具合を検出した場合にはステップＳＴ８０に移行する。同様に、ステップＳＴ７０の判定の結果、負荷側の不具合を検出した場合にはステップＳＴ８０に移行する。

【0054】

ステップＳＴ８０において、マイコン２５は、表示部２９及びスピーカ２９ａの各々に警報を出力させる。表示部２９は、例えば、警報を示すＬＥＤ表示を行う。スピーカ２９ａは、警報を示すブザー音又はメッセージを音声出力する。

【0055】

また、ステップＳＴ８０と並行してステップＳＴ９０において、マイコン２５は、モータ１２である負荷装置の運転を停止する。現在は、モータ１２が始動前の停止状態にあるので、モータ１２の停止状態を継続する。ステップＳＴ９０の後、ステップＳＴ１０に戻り、ステップＳＴ１０～ＳＴ９０の処理を繰り返し実行する。

【0056】

（モータ始動後の運転状態）
いま、ポンプ装置１は、図示しない水位センサで検出された水位が通常の範囲内にあり、ポンプ１１を駆動するモータ１２が始動された後の運転状態にあるとする。

【0057】

ステップＳＴ１０において、ポンプ装置１の制御盤２０では、電圧検出部２３が、前述同様に、電力変換装置２１に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する。

【0058】

ステップＳＴ１０の後、ステップＳＴ２０において、制御盤２０では、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔが、電力変換装置２１から出力される３相分の交流電流のうち、２相分の電流波形を検出する。

【0059】

ステップＳＴ２０の後、ステップＳＴ３０～ＳＴ５０において、制御盤２０では、マイコン２５が、電圧検出部２３の出力と、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔの出力とを解析することにより、電力変換装置２１よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する。

【0060】

まず、ステップＳＴ３０～ＳＴ４０が前述同様に実行される。ステップＳＴ４０において、マイコン２５は、ポンプ１１を駆動するモータ１２である負荷装置が運転状態か否かを判定し、モータ１２が運転状態であるので、ステップＳＴ５０に移行する。

【0061】

ステップＳＴ５０において、マイコン２５は、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔの出力を解析することにより、電力変換装置２１よりも負荷側の不具合である場合を検出する。このステップＳＴ５０は、図４に示す如き、ステップＳＴ５１～ＳＴ５７を含んでいる。

【0062】

ステップＳＴ５１において、マイコン２５は、Ｒ相電流検出回路２４Ｒ及びＴ相電流検出回路２４Ｔの出力が示す２相分の電流波形に基づいて、検出していないＳ相の電流波形を計算する。すなわち、マイコン２５は、当該２相分の電流波形における各々の瞬時電流と、当該各々の瞬時電流を含む３相分の瞬時電流の総和がゼロであることとに基づいて、検出していない１相分の電流波形を計算する。このように、マイコン２５では、３相分の電流波形が得られる。

【0063】

ステップＳＴ５１の後、ステップＳＴ５２において、マイコン２５は、当該得られた３相分の電流波形に基づいて、正弦波形が検出されない電流波形があるか否かを判定し、否の場合には（ＳＴ５２：Ｎｏ）、ステップＳＴ５３に移行する。

【0064】

ステップＳＴ５３において、マイコン２５は、当該得られた３相分の電流波形に基づいて、３相分のいずれかの相の電流値が他の相の電流値に占める割合が第３閾値以下であるか否かを判定し、否の場合には（ＳＴ５３：Ｎｏ）、ステップＳＴ５５に移行する。

【0065】

一方、ステップＳＴ５２、ＳＴ５３の判定の結果、正弦波形が検出されない電流波形がある場合（ＳＴ５２：Ｙｅｓ）、又は３相分のいずれかの相の電流値が他の相の電流値に占める割合が第３閾値以下である場合（ＳＴ５３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ５４に移行する。

【0066】

ステップＳＴ５４において、マイコン２５は、欠相に関する負荷側の不具合を検出する（ステップＳＴ５４）。なお、負荷側の欠相に関する不具合の場合、原因調査の際に、モータ１２、ケーブル１３の断線、結線の不具合を疑うことができる。また、ステップＳＴ５４の後、ステップＳＴ５０を終了し、ステップＳＴ６０に移行する。

【0067】

他方、ステップＳＴ５３の判定の結果、否の場合にはステップＳＴ５５において、マイコン２５は、当該得られた３相分の電流波形に基づいて、電流不平衡率を計算する。

【0068】

ステップＳＴ５５の後、ステップＳＴ５６において、マイコン２５は、電流不平衡率が第２閾値より大きいか否かを判定する。判定の結果、電流不平衡率が第２閾値より大きい場合に（ＳＴ５６：Ｙｅｓ）、マイコン２５は、電流不平衡率に関する負荷側の不具合を検出する（ステップＳＴ５７）。負荷側の電流不平衡に関する不具合の場合、原因調査の際に、モータ１２、ケーブル１３の断線、結線の不具合を疑うことができる。なお、ステップＳＴ５７は、電源電圧不平衡率が第１閾値以下である場合で（ＳＴ３６：Ｎｏ）、且つ電流不平衡率が第２閾値より大きい場合に（ＳＴ５６：Ｙｅｓ）、実行される。

【0069】

ステップＳＴ５７の後、ステップＳＴ５０を終了し、ステップＳＴ６０に移行する。一方、ステップＳＴ５６の判定の結果、電流不平衡率が第２閾値以下の場合には（ＳＴ５６：Ｎｏ）、マイコン２５は、負荷側の不具合を検出せずにステップＳＴ５０を終了し、ステップＳＴ６０に移行する。

【0070】

以下、ステップＳＴ６０移行の処理が前述同様に実行される。

【0071】

上述したように一実施形態によれば、電圧検出部と、電流検出部と、不具合検出部とを備えている。電圧検出部は、給液装置を駆動するモータである負荷装置に電力を供給する電力変換装置に入力される３相分の交流電圧に基づいて、当該３相分の線間電圧波形を検出する。電流検出部は、電力変換装置から出力される３相分の交流電流のうち、少なくとも２相分の電流波形を検出する。不具合検出部は、電圧検出部の出力と、電流検出部の出力とを解析することにより、電力変換装置よりも電源側の不具合であるか又は負荷側の不具合であるかを区別して検出する。従って、電源側と負荷側とのいずれの不具合であるかを検出し得る不具合検出装置を実現することができる。また、不具合の原因調査の際に、電源側と負荷側との一方を調査すればよいので、電源側と負荷側の両方を調査する場合に比べ、原因調査の時間を短縮することができる。例えば、不平衡、欠相、反相検出について、制御盤２０から見て「電源側」(電源品質、又は電源配線)の不具合なのか、「負荷側」(モータ、ケーブル、又は顧客配線)の不具合なのか、を明確化できるため、不具合検出後に原因調査の時間短縮が可能となる。

【0072】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、電流検出部の出力が２相分の電流波形を示す場合、当該２相分の電流波形における各々の瞬時電流と、当該各々の瞬時電流を含む３相分の瞬時電流の総和がゼロであることとに基づいて、検出していない１相分の電流波形を計算してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、１相分の電流波形を検出するためのハードウェア構成（例、Ｓ相の変流器、Ｓ相電流検出回路）を省略することができる。補足すると、２相分の変流器及び電流検出回路を用いて、３相分の電流波形を得ることができる。

【0073】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、電圧検出部の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算し、当該電源電圧不平衡率が第１閾値より大きい場合に、電源電圧不平衡率に関する電源側の不具合を検出してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、電源電圧不平衡率に関する電源側の不具合を検出することができる。

【0074】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、電圧検出部の出力に基づいて電源電圧不平衡率を計算し、電流検出部の出力に基づいて電流不平衡率を計算し、当該電源電圧不平衡率が第１閾値以下であり、且つ当該電流不平衡率が第２閾値より大きい場合に、電流不平衡率に関する負荷側の不具合を検出してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、電流不平衡率に関する負荷側の不具合を検出することができる。

【0075】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、電圧検出部の出力に基づいて、正弦波形が検出されない線間電圧を検出し、当該検出した線間電圧に応じて、３相のうちの欠相状態にあるＲ相、Ｓ相又はＴ相を導出することにより、欠相に関する電源側の不具合を検出してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、欠相に関する電源側の不具合を検出することができる。

【0076】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、電流検出部の出力から得られる３相分の電流波形に基づいて、正弦波形が検出されない電流波形がある場合、又は３相分のいずれかの相の電流値が他の相の電流値に占める割合が第３閾値以下である場合、欠相に関する負荷側の不具合を検出してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、欠相に関する負荷側の不具合を検出することができる。

【0077】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、３相分の線間電圧波形の相順を検出し、当該相順が逆転した場合に、反相に関する電源側の不具合を検出してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、反相（逆相）に関する電源側の不具合を検出することができる。

【0078】

また、一実施形態によれば、不具合検出部は、負荷装置の停止状態及び運転状態の各々において、電源側の不具合の検出を実行してもよい。この場合、前述した作用効果に加え、負荷装置の始動の有無によらず、仮に、負荷装置が始動前の状態でも、電源側の不具合を検出することができる。

【0079】

また、一実施形態によれば、不具合検出部により検出された不具合に関する警報を出力する出力部、を更に備えてもよい。この場合、前述した作用効果に加え、不具合に関する警報を出力するので、不具合への対応を促すことができる。

【0080】

また、一実施形態によれば、不具合検出部により不具合が検出された場合、負荷装置を停止状態に制御する制御部、を更に備えてもよい。この場合、前述した作用効果に加え、検出された不具合から負荷装置を保護することができる。

【0081】

また、一実施形態によれば、不具合検出装置及び電力変換装置を備えた制御盤を設けてもよい。この場合、前述した作用効果を奏する制御盤を実現することができる。

【0082】

また、一実施形態によれば、不具合検出装置、電力変換装置及び負荷装置を備えた給液装置を設けてもよい。この場合、前述した作用効果を奏する給液装置を実現することができる。

【0083】

（変形例）
なお、一実施形態に係る不具合検出装置は、給液装置の制御盤に搭載されたが、これに限定されない。例えば、不具合検出装置は、制御盤に搭載せず、メンテナンス要員が携帯可能な検査装置として実現してもよい。この場合、変流器ＣＴ_Ｒ、ＣＴ_Ｔとしては、後付け可能な分割形のものを使用すればよい。あるいは、変流器ＣＴ_Ｒ、ＣＴ_Ｔについては負荷側のケーブル１３に配置しておいてもよい。いずれにしても、不具合検出装置を制御盤に搭載しない場合、給液装置及び制御盤の構成の簡素化を図ることができる。

【0084】

また、一実施形態では、電源側の不具合として、欠相、反相、及び電源電圧不平衡の全てを検出できる構成としたが、これに限定されない。例えば、電源側の不具合としては、欠相、反相、及び電源電圧不平衡のうちの少なくとも１つを検出できればよい。いずれかの検出項目を減らす場合、電源側の不具合を検出する処理の簡素化を図ることができる。

【0085】

また、一実施形態では、電源側の不具合を、欠相、反相、及び電源電圧不平衡の順序で検出できる構成としたが、これに限定されない。例えば、電源側の不具合を検出する順序を、任意の他の順序に変更してもよい。この場合、電源側の不具合を検出する処理の設計の自由度を向上させることができる。

【0086】

また、一実施形態では、負荷側の不具合として、欠相、及び電流不平衡の両者を検出できる構成としたが、これに限定されない。例えば、負荷側の不具合としては、欠相、及び電源電圧不平衡のうちのいずれか１つを検出できればよい。この場合、負荷側の不具合を検出する処理の簡素化を図ることができる。

【0087】

また、一実施形態では、負荷側の不具合を、欠相、及び電流不平衡の順序で検出できる構成としたが、これに限定されない。例えば、負荷側の不具合を検出する順序を、電流不平衡及び欠相の順序に変更してもよい。この場合、負荷側の不具合を検出する処理の設計の自由度を向上させることができる。

【0088】

また、一実施形態では、縦軸の多段のポンプ１１を例示したが、これに限らず、例えば横軸の多段のポンプ、縦軸の単段のポンプ、横軸の単段のポンプ、のいずれとしてもよい。また、一実施形態では、水中ポンプを例示したが、これに限らず、種々の陸上ポンプ等の任意のポンプ装置に適用してもよく、原水ポンプを有する任意の水処理装置に適用してもよい。

【0089】

上述の実施形態は、本発明の概念の理解を助けるための具体例を示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な構成要素の付加、削除または転換をすることができる。

【0090】

上述の実施形態では、いくつかの機能部を説明したが、これらは各機能部の実装の一例に過ぎない。例えば、１つの装置に実装されると説明された複数の機能部が複数の別々の装置に亘って実装されることもあり得るし、逆に複数の別々の装置に亘って実装されると説明された機能部が１つの装置に実装されることもあり得る。

【0091】

また、以上のような不具合検出装置、制御盤及び給液装置は、以下の［１］～［８］に示すように表現してもよい。同様に、以下の［１］～［８］に示すポンプ用制御盤保護装置は、不具合検出装置、制御盤、又は給液装置として表現してもよい。

【0092】

［１］ポンプを動作させるモータや制御盤を保護するために、少なくとも２相分の電流波形検出と、３相分の線間電圧波形検出を行い、マイコンにて解析することにより、電源側の不具合なのか、負荷側の不具合なのかを判断するポンプ用制御盤保護装置。このように、電源側不具合又は負荷側不具合を明確にするので、不具合検出後に原因調査の時間短縮を図ることができる。

【0093】

［２］上記［１］において、２相分のＣＴ（current transformer：変流器）による負荷電流波形を測定する場合、各波形における瞬時電流は「Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相＝０［Ａ］」を利用して測定していない相の電流波形を常時マイコンにて計算するポンプ用制御盤保護装置。このように、「Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相＝０Ａ」という瞬時電流の関係を利用して、２相分のＣＴにて三相分の交流電流を測定することができる。

【0094】

［３］上記［１］又は［２］において、３相分の線間電圧波形検出にて電源電圧不平衡率を計算し、予め設定した電源電圧不平衡率不具合判定値よりも大きい場合に「電源側電圧不平衡不具合」として警報を発報したり、ポンプを動作させない様に強制的に停止し保護する、ポンプ用制御盤保護装置。このように、電源側電圧不平衡率不具合を検出することにより、原因調査の際に、電力会社や電源配線の不具合を疑うことができる。

【0095】

［４］上記［１］又は［２］において、３相分の線間電圧波形検出にて電源電圧不平衡率と、少なくとも２相分の電流波形検出にて３相分の電流波形における電流不平衡率を計算し、予め設定した電源電圧不平衡率不具合判定値より小さく、かつ、予め設定した電流不平衡率不具合判定値より大きい場合、「負荷側電流不平衡不具合」として警報を発報したり、ポンプを停止し保護する、ポンプ用制御盤保護装置。このように、負荷側不平衡率不具合を検出することにより、原因調査の際に、モータ、ケーブルの不具合を疑うことができる。

【0096】

［５］上記［１］又は［２］において、３相分の線間電圧波形検出にて、正弦波形が検出されない線間電圧から、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の内どの相が電源側欠相を起こしているのかを導き、「電源側欠相不具合」として警報を発報したり、ポンプを停止し保護する、ポンプ用制御盤保護装置。このように、電源側電圧欠相の不具合を検出するので、ポンプ動作前であっても不具合を検出することができる。

【0097】

［６］上記［１］又は［２］において、少なくとも２相分の電流波形検出にて３相分の電流波形における負荷側電流を計算し、正弦波形が検出されない、又は、測定できる他相電流値との割合が予め設定した割合以下の場合、その相が欠相であると判断し、「負荷側欠相不具合」として警報を発報したり、ポンプを停止し保護する、ポンプ用制御盤保護装置。このように、負荷側電流欠相の不具合を検出するので、原因調査の際に、モータ、ケーブルの断線、結線の不具合を疑うことができる。

【0098】

［７］上記［１］又は［２］において、３相分の線間電圧波形検出にて相順を確認し、相順が逆転した場合、電源線が反相(逆相)結線であると判断し、「電源側反相(逆相)不具合」として警報を発報したり、ポンプを停止し保護する、ポンプ用制御盤保護装置。このように、電源側反相を検出するので、ポンプ動作前であっても不具合を検出することができる。

【0099】

［８］上記［３］、［５］、又は［７］において、ポンプ始動前の状態であっても、判断条件を満たした場合、警報を発報したり、ポンプを停止し保護する、ポンプ用制御盤保護装置。

【0100】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0101】

１・・・ポンプ装置、１１・・・ポンプ、１２・・・モータ、１３・・・ケーブル、１４・・・電源配線、２０・・・制御盤、２１・・・電力変換装置、２２・・・制御部、２３・・・電圧検出部、２４Ｒ・・・Ｒ相電流検出回路、２４Ｔ・・・Ｔ相電流検出回路、２５・・・マイコン、２５ａ・・・制御機能、２５ｂ・・・不具合検出機能、２６・・・記憶部、２７・・・通信部、２８・・・入力部、２９・・・表示部、２９ａ・・・スピーカ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】