JP6411876B2 - Three-phase heater resistance detection method - Google Patents
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Description
本発明は三相ヒータの抵抗値検出方法に関し、特に、ヒータの断線や寿命の検出に有用な抵抗値検出方法に関する。 The present invention relates to a resistance value detection method for a three-phase heater, and more particularly to a resistance value detection method useful for detecting disconnection or life of a heater.
ヒータの抵抗値を直接検出できればその断線や寿命を判定することができるが、ヒータ加熱炉等では各ヒータが炉内に設置されているため、高温雰囲気下においてヒータの抵抗値をリアルタイムで直接測定することは困難である。そこで、例えば特許文献1には三相ヒータの断線や寿命を、炉外で容易に測定可能な線電流から検出するヒータ異常検出装置が提案されている。 If the resistance value of the heater can be detected directly, the disconnection and life can be determined. However, in each heater heater, etc., each heater is installed in the furnace, so the resistance value of the heater is directly measured in a high-temperature atmosphere in real time. It is difficult to do. Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a heater abnormality detection device that detects the disconnection and life of a three-phase heater from a line current that can be easily measured outside the furnace.
しかし、上記従来のヒータ異常検出装置では、三相ヒータのいずれかで断線等が生じたことは検出できるものの、それがいずれの相のヒータなのかを特定することができないという問題があった。 However, the conventional heater abnormality detection device has a problem that although it is possible to detect the disconnection or the like in any of the three-phase heaters, it is not possible to specify which phase the heater is.
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、断線しあるいは寿命等が到来したヒータがいずれの相であるか特定することが可能な三相ヒータの抵抗値検出方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves such a problem, and provides a resistance value detection method for a three-phase heater that can specify which phase the heater that has been disconnected or has reached the end of its life, etc., is provided. Objective.
上記目的を達成するために、本第1発明では、三相ヒータがデルタ結線されている場合には、当該三相ヒータ(21〜23)の各線電流(Ir,Is,It)と各線間電圧(Ers,Est,Etr)を検出するとともに、三相のうちの一相の相電流(Irs)の予想値(a)を設定して、当該予想値と、前記検出された線電流のうち二相の線電流(Ir,It)に基づいて残る一相の線電流(Is´)を算出し、当該算出された線電流(Is´)と前記検出された線電流(Is)の差が許容差(e)よりも大きい場合には、前記相電流予想値(a)を修正して修正相電流予想値(a´)として、当該修正相電流予想値(a´)と前記検出された二相の線電流(Ir,It)に基づいて前記残る一相の新たな線電流(Is´)を算出し、算出された新たな線電流(Is)と前記検出された線電流(Is´)の差が前記許容誤差(e)内になるまでさらに新たな線電流の算出を繰り返して、算出された新たな線電流(Is´)と前記検出された線電流(Is)の差が前記許容誤差(e)内になった時の前記修正相電流予想値(a´)とこの時算出されている他の相の相電流(b,c)、および前記検出された各線間電圧(Ers,Est,Etr)に基づいて各相の抵抗値(Rrs,Rst,Rtr)を算出する。 In order to achieve the above object, according to the first invention, when the three-phase heater is delta-connected, each line current (Ir, Is, It) and each line voltage of the three-phase heater (21 to 23). (Ers, Est, Etr) is detected, and an expected value (a) of the phase current (Irs) of one phase of the three phases is set, and the predicted value and two of the detected line currents are set. The remaining one-phase line current (Is ') is calculated based on the phase line current (Ir, It), and the difference between the calculated line current (Is') and the detected line current (Is) is allowed. When the difference is larger than the difference (e), the phase current expected value (a) is corrected to obtain a corrected phase current expected value (a ′) and the corrected phase current expected value (a ′). The remaining one-phase new line current (Is ′) is calculated based on the phase line current (Ir, It), and the calculated new line current (Is) and the detection are calculated. The calculation of a new line current is further repeated until the difference between the calculated line currents (Is ′) falls within the allowable error (e), and the calculated new line current (Is ′) and the detected line current are repeated. The expected value (a ′) of the corrected phase current when the difference of (Is) falls within the allowable error (e), the phase currents (b, c) of other phases calculated at this time, and the detection The resistance value (Rrs, Rst, Rtr) of each phase is calculated based on each line voltage (Ers, Est, Etr).
本第1発明によれば、デルタ結線された三相ヒータの各相の抵抗値をそれぞれ算出することが可能であるから、断線や寿命等を各相のヒータ毎に確実に検出ことができる。特に、線電流から間接的に断線等を検出するのではなく、抵抗値そのものから直接的に検出しているから取り扱いが容易である。 According to the first aspect of the present invention, since the resistance value of each phase of the three-phase heater connected in delta connection can be calculated, disconnection, life, etc. can be reliably detected for each heater of each phase. In particular, the disconnection or the like is not detected indirectly from the line current, but is directly detected from the resistance value itself, so that handling is easy.
本第2発明では、前記三相ヒータがスター結線されている場合には、当該三相ヒータがデルタ結線されているものとして請求項1に記載の手順で各相の抵抗値を算出し、当該算出された各相の抵抗値(Rrs,Rst,Rtr)をデルタ・スター変換公式を使用してスター結線された三相ヒータの各相の抵抗値に変換する。 In the second aspect of the invention, when the three-phase heater is star-connected, the resistance value of each phase is calculated according to the procedure according to claim 1, assuming that the three-phase heater is delta-connected, The calculated resistance value (Rrs, Rst, Rtr) of each phase is converted into the resistance value of each phase of the star-connected three-phase heater using the delta star conversion formula.
本第2発明によれば、三相ヒータがスター結線されていても各相の抵抗値をそれぞれ算出することが可能であるから、断線や寿命等を各相のヒータ毎に確実に検出ことができる。 According to the second invention, since the resistance value of each phase can be calculated even if the three-phase heater is star-connected, it is possible to reliably detect disconnection, life, etc. for each phase heater. it can.
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。 The reference numerals in the parentheses refer to the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
以上のように、本発明の三相ヒータの抵抗値検出方法によれば、三相ヒータの各相毎に抵抗値を検出することができるから、三相ヒータのいずれの相が断線しあるいは寿命が到来したかを確実に判定することができる。 As described above, according to the resistance value detection method for a three-phase heater of the present invention, the resistance value can be detected for each phase of the three-phase heater. Can be reliably determined.
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。 The embodiment described below is merely an example, and various design improvements made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention are also included in the scope of the present invention.
図1には本発明方法を実施するヒータ通電装置の構成を示す。図1において、炉体1に設けた三相のヒータ21,22,23はデルタ結線されており、当該ヒータ21〜23から炉外へ三本の給電線41,42,43が延びて電力制御装置3の出力側に接続されている。電力制御装置3の入力側は三相交流電源5に接続されている。各給電線41,42,43には変流器61〜63が設けられてその出力が線電流検出装置6に入力している。また給電線41〜43の線間には変圧器71が接続されてその出力が線間電圧検出装置7に入力している。
FIG. 1 shows the configuration of a heater energizing apparatus for carrying out the method of the present invention. In FIG. 1, three-
各装置6,7で検出された給電線41〜43の線電流Ir,Is,Itおよび線間電圧Ers,Est,Etrは、ヒータ抵抗演算装置8に入力しており、演算された線間抵抗Rrs,Rst,Rtrは表示器81上に表示されるとともにヒータ断線検出器82に入力して、断線が検出されると断線表示警報器83が作動させられる。なお、ヒータ抵抗演算装置8はコンピュータを内蔵しており、その演算手順の詳細は後述する。
The line currents Ir, Is, It and the line voltages Ers, Est, Etr of the
図2には上記ヒータ21〜23の電気回路図を示し、図中Ir,Is,ItはそれぞれR相、S相、T相の線電流、Ers,Est,EtrはそれぞれRS線間電圧、ST線間電圧、TR線間電圧である。また、Irs,Ist,ItrはそれぞれRS相電流、ST相電流、TR相電流である。なお、上記各電流および電圧はベクトル量である。
FIG. 2 shows an electrical circuit diagram of the
ここで、各相電流Irs,Ist,Itrが図2の矢印の方向へ流れているとすると線電流Ir,Is,Itは下式(1)〜(3)のように表される。
Ir=Irs−Itr …(1)
Is=Ist−Irs …(2)
It=Itr−Ist …(3)
Here, assuming that the respective phase currents Irs, Ist, Itr flow in the direction of the arrows in FIG. 2, the line currents Ir, Is, It are expressed by the following equations (1) to (3).
Ir = Irs−Itr (1)
Is = Ist−Irs (2)
It = Itr-Ist (3)
そこで、線間電圧Ers,Est,Etrが平衡状態であると考え、相電流Irs,Ist,Itrの大きさ(絶対値)をそれぞれa,b,cとすると、各電流のベクトル線図は図3のようになる。ここで、a,b,cの値がわかれば、各相RS,ST,TRのヒータの抵抗値Rrs,Rst,Rtrは下式(4)〜(6)で算出することができる。ここでEは線間電圧Ers,Est,Etrの絶対値である。なお、線間電圧Ers,Est,Etrが不平衡な場合には算出された抵抗値に誤差を生じるが、常用範囲であればこの誤差は5%程度であり、問題になることはない。
Rrs=E/a…(4)
Rst=E/b…(5)
Rtr=E/c…(6)
Therefore, assuming that the line voltages Ers, Est, Etr are in an equilibrium state, and the magnitudes (absolute values) of the phase currents Irs, Ist, Itr are a, b, c, respectively, the vector diagram of each current is shown in FIG. It becomes like 3. Here, if the values of a, b, and c are known, the resistance values Rrs, Rst, and Rtr of the heaters of the respective phases RS, ST, and TR can be calculated by the following equations (4) to (6). Here, E is the absolute value of the line voltages Ers, Est, Etr. When the line voltages Ers, Est, Etr are unbalanced, an error occurs in the calculated resistance value. However, if the line voltage is in the normal range, this error is about 5% and does not cause a problem.
Rrs = E / a (4)
Rst = E / b (5)
Rtr = E / c (6)
本実施形態ではヒータ抵抗演算装置8において図4のフローチャートで示す手順でa,b,cが決定される。最初にステップ101で線電流Ir,Is,Itの測定異常がないか確認する。すなわち、線電流Ir,Is,Itの測定値がそれぞれX,Y,Zで、Xの値が一番大きかった場合に、下式(7)によって得られるθが120°を越えた場合には線電流Ir,Is,Itの測定異常があったものとして以後の演算を行わない。これは、図3のO点、P点、Q点を結ぶ三角形の内角の一つが120°を越えると、相電流Irs,Ist,Itrの一つが負の値になってしまうからである。
In the present embodiment, a, b, and c are determined by the heater resistance calculation device 8 according to the procedure shown in the flowchart of FIG. First, in
ステップ102では、相電流Irsの方向をx軸に一致させた図3において、当該相電流Irsの大きさaを線電流Irに等しいとしてO点の座標(a,0)を定めて下式(8)で相電流Itrの大きさcを算出し、これに基づいてステップ103では、図3のP点のX座標PxおよびY座標Pyを下式(9),(10)で算出する。なお、式(8)中のIrは線電流の大きさ(絶対値)を示す。
In
続くステップ104では、ステップ102で算出されたcを使用して下式(11)で相電流Istの大きさbを算出する。そして、ステップ105で、下式(12),(13)より図3のQ点のX座標QxおよびY座標Qyを求める。なお、式(11)中のItは線電流の大きさ(絶対値)を示す。
In the following
そしてステップ106で、下式(14)によって図3のQ、O点間の長さをIs´として算出する。続くステップ107では上記長さ(大きさ)Is´を、検出された線電流Isの大きさ(以下、線電流Isの大きさも単にIsと記す)と比較する。ここで、Is´=Isの場合には、式(8)でcが0になっていることにより、TR相が完全断線しているとして断線出力を発し(ステップ111)、計算を終了する。
In
ステップ107でIs´>IsあるいはIs´<Isの場合には、続くステップ108で|Is−Is´|が許容差e(例えば )以下か確認し、|Is−Is´|が許容差e以下でなければステップ109で下式(15)によって相電流Irsの大きさaを新たな値a´に更新して新たなO点(図3)の座標(a´,0)を定め、ステップ102へ戻る。以下、a´を使用して各ステップ102〜108を繰り返す。なお、式(15)中のゲインKpは設計的に定められるが、0.1程度に設定すると良い。
If Is ′> Is or Is ′ <Is in
ステップ108で|Is−Is´|が許容差e以下になった場合には、ステップ110 にて、この時に算出されている各相電流の大きさa´,b,cを使用して式(4)〜(6)によって各相RS,ST,TRのヒータ抵抗値Rrs,Rst,Rtrを算出し、これを表示するとともに、これら抵抗値に基づいて各相のヒータ21〜23の断線気味(抵抗値過大)、短絡気味(抵抗値過小)あるいは寿命(抵抗値が次第に増加)を判定して警報する。
If | Is−Is ′ | becomes equal to or smaller than the tolerance e in
なお、三相ヒータ21〜23がスター結線されている場合には、デルタ結線されているものとして上記演算を行い、得られた各相の抵抗値を公知のデルタ・スター変換公式を使用してスター結線における各相抵抗値に変換する。
In addition, when the three-
また、線電流および線間電圧の測定点と三相ヒータの間に変圧比Pの変圧器が接続されている場合には、上記手順で得られたヒータ抵抗値をPの二乗で除する。 Further, when a transformer having a transformation ratio P is connected between the measurement point of the line current and the line voltage and the three-phase heater, the heater resistance value obtained by the above procedure is divided by the square of P.
このように、本実施形態の抵抗値検出方法によれば、三相ヒータの各相のヒータ抵抗値を算出して、これに基づいて各相毎に、ヒータの断線、短絡あるいは寿命等を検出することが可能である。 As described above, according to the resistance value detection method of the present embodiment, the heater resistance value of each phase of the three-phase heater is calculated, and based on this, the disconnection, short circuit, or life of the heater is detected. Is possible.
1…炉体、21,22,23…ヒータ、3…電力制御装置、8…ヒータ抵抗演算装置、Ers,Est,Etr…線間電圧、Ir,Is,It…線電流、Irs,Ist,Itr…相電流、Rrs,Rst,Rtr…ヒータ抵抗値。
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