JP2001082378A - 排水用水中電動ポンプの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インバータ装置を用いて可変速駆動するように
した排水用水中電動ポンプの制御方法において、外部水
位センサを用いないで省スペースで安価な構成で渇水状
態及び復帰状態を判定する。 【解決手段】インバータ装置１で周波数制御される排水
用水中電動ポンプの制御方法において、渇水状態に低下
したことを予め設定された渇水状態判定値により判定し
て運転周波数での排出運転から予め設定された渇水状態
待機周波数での待機運転に切り替えると共に、復帰状態
を復帰判定値により判定して排出運転に切り替えるよう
に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水用水中電動ポ
ンプの制御方法に係り、インバータ装置を用いて可変速
駆動するようにした排水用水中電動ポンプの制御方法に
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】排水用水中電動ポンプは、下水や道路の
排水用途に使用されることが多く、通常、排水槽の中に
設置されることが多いが、この排水槽の水位は一定では
なく、そのためにこの水位変動を外部水位センサの設定
により検出し、運転制御する方法が一般的である。特
に、排水用水中電動ポンプの渇水時の運転停止制御や渇
水状態からの増水時の運転開始制御は、フロートスイッ
チや電極、圧力センサ等の外部水位センサの設定により
決められるが、このとき、ポンプの運転・停止の頻繁な
繰り返しが与える機械的、電気的悪影響を避けるため、
ポンプの運転開始水位と運転停止水位に差をもたせ、運
転制御に、いわゆる不感帯を設けるのが通例であり、こ
の結果、運転開始時にはかなり水位が高くポンプの揚程
が低い状態となり、運転停止時にはかなり水位が低くポ
ンプ揚程が高い状態となる（従来技術１）。

【０００３】また、従来の排水用水中電動ポンプの制御
方法としては、これとは別にモータの負荷電流を検出
し、予め設定しておいた設定値より低い場合は、渇水状
態と判断し、排水用水中電動ポンプを停止させる方法が
ある（従来技術２）。なお、排水用水中電動ポンプの制
御方法に関するものとしては、例えば特開平７−１６７
０８５号公報に記載されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術１に
おいては、外部水位センサを必要とし、外部水位センサ
を取り付けるスペースを排水槽内もしくは排水槽内の配
管に設ける必要があり、外部水位センサーを用いる場合
に水面が波打ったりすることを想定して水位センサによ
る水無し信号を発生させてその水無し信号を受けてか
ら、任意の遅れ時間をもってポンプを停止する必要があ
った。

【０００５】また、上述した従来技術２においては、排
水用水中電動ポンプ停止後の水位上昇に対して再始動さ
せるためには、やはり何らかの外部水位センサ信号が必
要になる。この対策として、外部水位センサを設けず、
定期的に排水用水中電動ポンプを寸動させ、この間のモ
ータ電流により水位を確認する方法もあるが、寸動間隔
を短くしすぎると渇水対策として機能しなくなり、逆に
寸動間隔を長くしすぎると突然の水位上昇に対応できな
いという問題点があった。

【０００６】本発明の目的は、インバータ装置を用いて
可変速駆動するようにした排水用水中電動ポンプの制御
方法において、水位が排出不可能な水位（以下、渇水状
態という）に低下したことを予め設定してある渇水状態
判定値により判定する渇水状態判定機能を有すると共
に、水位が排出可能な水位に復帰したことを予め設定し
てある復帰判定値により判定する復帰判定機能を有し、
外部水位センサを用いないで省スペースで安価な構成を
実現できる渇水状態時の制御方法を提供することにあ
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
の本発明の第１の特徴は、モータとポンプの羽根車を筐
体内に備えたポンプ装置をインバータ装置で周波数制御
する排水用水中電動ポンプの制御方法において、水位が
排出不可能な水位に低下したことを予め設定してある渇
水状態判定値により判定し、ポンプの運転周波数での排
出運転から予め設定してある渇水状態待機周波数での待
機運転に切り替えて待機状態とする渇水状態判定機能を
有するようにしたことにある。

【０００８】本発明の第２の特徴は、モータとポンプの
羽根車を筐体内に備えたポンプ装置をインバータ装置で
周波数制御する排水用水中電動ポンプの制御方法におい
て、水位が排出不可能な水位に低下している水位状態か
ら排出可能な水位に増水している水位状態に復帰したこ
とを予め設定してある復帰判定値により判定し、予め設
定してある渇水状態待機周波数での待機運転から運転周
波数での排出運転を再開する復帰判定機能を有するよう
にしたことにある。

【０００９】好ましくは、前記渇水状態判定値および前
記復帰判定値を前記インバータ装置内の直流電圧と直流
電流の積と比較して水位が排出不可能な水位に低下して
いる水位状態および排出可能な水位に増水している水位
状態を判断するようにしたことにある。

【００１０】また、好ましくは、前記渇水状態判定値お
よび前記復帰判定値を力率と比較して水位が排出不可能
な水位に低下している水位状態および排出可能な水位に
増水している水位状態を判断するようにしたことにあ
る。

【００１１】また、好ましくは、前記渇水状態待機周波
数、前記渇水状態判定値、前記復帰判定値を複数有する
ようにしたことにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
から図５を用いて説明する。

【００１３】本発明の排水用水中電動ポンプの制御方法
は、モータ７１とポンプの羽根車７２を筐体内に備えた
排水用水中電動ポンプ装置７を可変速駆動するようにし
たインバータ装置１を用いて、水位が渇水状態に低下し
た場合に、予め設定してあるポンプの運転周波数での排
出運転から予め設定してある渇水状態待機周波数での待
機運転に切り替えて待機状態とする機能を有し、また、
渇水状態から排出可能な水位に増水している状態になっ
た場合に、予め設定してある渇水状態待機周波数での待
機運転から予め設定してある運転周波数での排出運転を
再開する機能を有するものである。

【００１４】図１は本発明の一実施形態におけるポンプ
装置の縦断面概略図である。

【００１５】ポンプ装置７は、上部にモータ７１が配置
され、上方からポンプ入力線７５がモータ７１に接続さ
れている。このポンプ入力線７５は、図２に示すインバ
ータ部２３の出力Ｕ、Ｖ、Ｗの端子に接続されている。
これにより、誘導電動機で構成されたモータ７１は、交
流電源１１０からインバータ装置１の主回路部２を介し
て電力が供給され、インバータ装置入力される。また、
モータ７１には、モータ軸７１１を介してポンプの羽根
車７２が取り付けられ、これによりポンプ装置７の基本
部が構成されている。このポンプ装置７は、異物の通過
性を重視したボルテックス型ポンプであり、図１に示す
通り、羽根車７２と吸込カバー７３との隙間が大きく作
られている。

【００１６】図２は本発明の一実施形態におけるインバ
ータ装置の構成ブロック図である。

【００１７】インバータ装置１は、主回路部２と電源・
センサ部４と制御ＣＴＲ部３とを有している。制御ＣＴ
Ｒ部３は制御部５と設定部６とを有している。

【００１８】主回路部２は、コンバータ部２１、平滑コ
ンデンサ２２、直流／交流変換器であるインバータ部２
３、及び直流電流を検出するシャント抵抗２４とを有し
ている。コンバータ２１は、入力側が交流電源１１０に
接続され、出力側が平滑コンデンサ２２を介してインバ
ータ２３に直流電力を出力するように接続されている。
インバータ部２３は、制御ＣＴＲ部３の制御信号により
制御され、前記直流電力を変換してモータ７１を駆動す
る。シャント抵抗２４は、直流電流を検出して電源・セ
ンサ部４の電流検出回路４４に出力する。

【００１９】電源・センサ部４は、この電源・センサ部
４内で使用する各種の直流電圧を生成する電源回路４
１、電流検出回路４２、電圧検出回路４４などの検出
部、およびインバータ部２３のドライブ信号を生成する
ドライブ回路４３を有している。

【００２０】制御ＣＴＲ部３は、制御部５と設定部６と
を有している。この制御部５は、マイクロコンピュータ
５１とメモリ５２を備えている。このマイクロコンピュ
ータ５１は、ポンプの制御に必要な演算処理を実行する
働きをし、メモリ５２は、ポンプの制御に必要な情報、
例えば、本発明における渇水状態待機周波数、渇水状態
判定値、復帰判定値などが予め設定されている。前記設
定部６は、制御ＣＴＲ部３のメモリ５２にポンプの制御
に必要な情報を使用者が予め設定入力しておくための設
定器であり、スイッチや表示用のＬＥＤや表示器などか
ら構成される。また、インバータ装置１の運転状態を表
示することもできる。

【００２１】この実施形態では、制御すべき渇水状態判
定値、復帰判定値として、直流電力値を用いている。判
定値となる渇水状態判定値、復帰判定値は、予め設定部
６によりマイクロコンピュータ５１もしくはメモリ５２
に設定してある。また、マイクロコンピュータ５１に
は、 Ｖ／Ｆ制御５Ａの他に、ドライブ回路４３にＰＷ
Ｍ信号を送るためのＰＷＭ信号処理５Ｂ、渇水状態判定
機能５Ｃ、復帰判定機能５Ｄ、切替部５Ｅ等が搭載され
ている。

【００２２】図３は本発明の一実施形態における制御ブ
ロック図である。

【００２３】インバータ装置１の直流部の電圧検出回路
４４により検出された直流電圧Ｖｄｃと電流検出回路４
２により検出された直流電流Ｉｄｃ（シャント抵抗２４
で検出した直流電流すなわち有効電流）との積から演算
した直流電力値をフィードバック値Ｆｐｗとして生成す
る。渇水状態判定機能５Ｃでの制御では、予め設定器６
によりメモリ５２内に設定された渇水状態判定値と直流
電力フィードバック値Ｆｐｗとを比較器５Ｃ１で比較
し、この渇水状態判定値よりもフィードバック値Ｆｐｗ
が小さい場合には、渇水状態と判断し、予め設定して有
る渇水状態待機周波数にて待機運転に切替部５Ｅにより
切り替えるものである。

【００２４】また、復帰判定機能５Ｄでの制御では、予
め設定器６によりメモリ５２内に設定された復帰判定値
と直流電力フィードバック値Ｆｐｗとを比較器５Ｄ１で
比較し、この復帰判定値よりもフィードバック値Ｆｐｗ
が大きい場合には、排水可能な水位と判断し、予め設定
して有る運転周波数に切替部５Ｅにより切り替えるもの
である。

【００２５】なお、渇水状態判定機能５Ｃでの制御で、
渇水状態判定値と比較して渇水状態と判断する際に、予
め設定した遅れ時間をもって渇水状態と判定しても良
い。また、復帰判定機能５Ｄでの制御で、復帰判定値と
比較して復帰したと判断する際に、予め設定した遅れ時
間をもって復帰した状態と判定しても良い。

【００２６】図４は本発明の一実施形態におけるポンプ
の水量−揚程特性と直流電力値との関係を説明する特性
図である。

【００２７】図に示す通り、通常運転状態時のポンプの
水量−揚程特性は特性曲線８１となり、その時の直流電
力値特性は直流電力値特性９１となる。これに対し、渇
水状態時は、排水不可能な水位となるため、ポンプの水
量−揚程特性は表れず、直流電力値特性も、排水用水中
電動ポンプ内モータ７１の無負荷状態での通常運転周波
数による直流電力値特性となり、著しく小さいものとな
る。ここでは本制御方法を説明しやすくするために、図
４では、渇水状態時のポンプの水量−揚程特性曲線を８
２とし、直流電力値特性を９２として表現する。なお、
図６についても同様である。とにかく、通常運転状態時
よりも著しく小さくなるのである。また、復帰状態時の
ポンプの水量−揚程特性曲線８３と直流電力値特性９３
は、渇水状態時より高く、通常運転状態時より低くな
る。従って、渇水状態判定値を渇水状態時の直流電力値
特性９２より高い値に設定し、復帰状態判定値を復帰状
態時の直流電力値特性９３よりも低くかつ渇水状態判定
値よりも高く設定することにより、渇水状態判定機能５
Ｃの制御での渇水状態判定値により判定することが可能
となると共に、復帰状態判定機能５Ｄの制御での復帰判
定値により判定することが可能となる。

【００２８】図５は本発明の一実施形態における渇水状
態判定機能動作および復帰判定機能動作を説明するタイ
ムチャート図である。

【００２９】交流電源１１０がオンされると、インバー
タ装置部２３の出力周波数は、徐々に上昇し、ある加速
時間を経て通常運転周波数に達する。この時、直流電力
値であるフィードバック値Ｆｐｗも同様に上昇し、渇水
状態判定値及び復帰判定値を越えるまで上昇する。この
ようにして通常運転状態に達し、この運転周波数及びフ
ィードバック値にて通常運転が継続される。この通常運
転中に水位が低下し渇水状態に近くなると直流電力値が
低下し、そのフィードバック値Ｆｐｗが渇水状態判定値
まで低下すれば渇水状態判定機能５Ｃが動作して切替部
５Ｅを動作させる。これにより、インバータ部２３の出
力周波数が下がり、渇水状態待機周波数に達すると、こ
の周波数で待機運転を継続する。この待機運転中に、水
位が上昇すると直流電力値が上昇し、そのフィードバッ
ク値Ｆｐｗが復帰判定値まで上昇すれば復帰判定機能５
Ｄが動作して切替部５Ｅを動作させる。これにより、イ
ンバータ部２３の出力周波数は、徐々に上昇し、通常運
転周波数に達する。

【００３０】図６は本発明の他の実施形態におけるポン
プの水量−揚程特性と力率との関係を説明する特性図で
ある。

【００３１】この本発明の他の実施形態のものは、渇水
状態判定値及び復帰判定値として、直流電力値の代わり
に力率を用いたものである。実験によれば、ポンプの水
量−揚程特性と力率との関係は、図６に示す関係とな
り、力率曲線１０１の通りとなる。水量が渇水状態に近
づくにつれ、ポンプの水量−揚程特性曲線が通常運転状
態時のポンプの水量−揚程特性曲線８１より徐々に小さ
くなるに従い、力率曲線１０１が左下がりの放物曲線と
なることから、制御すべき渇水状態判定値、復帰判定値
として、力率を用いることができる。

【００３２】なお、渇水状態待機周波数、前記渇水状態
判定値、前記復帰判定値を複数有するようにすることに
より、より使い勝手のよい制御を行うことができる。

【００３３】以上説明したように、本発明の実施形態に
おいては、吐出し量が小さくなった場合、負荷が軽くな
るため、フィードバック値Ｆｐｗの直流電力値または力
率が小さくなることから、渇水状態を判定する渇水状態
判定機能を搭載することができ、水位が排出可能な水位
に復帰したことを予め設定してある復帰判定値により、
判定する復帰判定機能を搭載することができる。なお、
本発明の渇水状態判定機能に制御選択として、減速停止
させる選択を設けることも可能である。また、予め設定
してある渇水状態待機周波数に移行して運転する待機状
態において、水量が増加してきた場合には、水位センサ
を用いないで予め設定してある復帰判定値に到達した場
合に自動的にポンプの運転を再開する復帰判定機能を搭
載することができる。

【００３４】従って、本発明の実施形態においては、水
面の状態を監視する必要がなくなり、外部水位センサを
持つ必要もなく、電源投入での即始動方式の場合でも、
渇水状態と判定した場合には、渇水状態待機周波数での
待機運転を実施し、水量が増して負荷が重くなり、予め
設定した復帰判定値に達すると、復帰判定機能により運
転再開する制御が自動的にできる。

【００３５】さらに、本発明の実施形態においては、従
来技術の外部水位センサによる始動方式を併用して用い
た場合には、運転再開を外部水位センサに頼らずにでき
ることになり、外部水位センサは最初の始動のみとなる
ことから、最初の始動後に外部水位センサの故障が発生
したとしても運転を再開できる。また、渇水状態時に減
速停止させる選択機能を持たすことで、水位が低下した
際の制御選択を組み合わせることも可能となり、水位が
低下した渇水状態時の制御に関して、ポンプ使用時の用
途や使い勝手に応じた制御を提供できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ装置に、排
出不可能な水位に低下している状態、即ち渇水状態を自
動的に検出できる渇水状態判定機能を有することができ
ると共に、排出可能な水位に増水している水位状態に復
帰したことを自動的に検出できる復帰判定機能を有する
ことができ、外部に水位センサなどの検出器が不要とな
り、省スペースで安価な構成を実現できる排水用水中電
動ポンプの制御方法が得られる。

【００３７】また、電源投入での即始動方式の場合で
も、水位が排出不可能な水位に低下している状態、即ち
渇水状態と判定した場合には、渇水状態待機周波数での
待機運転を実施し、水量が増し、負荷が重くなり予め設
定した復帰判定値に達すると、復帰判定機能により運転
再開する制御が自動的にできる排水用水中電動ポンプの
制御方法が得られる。これにより、外部水位センサによ
る始動方式の場合でも、運転再開を外部水位センサに頼
らずにできることになり、外部水位センサは最初の始動
のみとなることから、最初の始動後に外部水位センサの
故障が発生したとしても運転を再開できる排水用水中電
動ポンプの制御方法が得られる。

【００３８】さらには、渇水状態時に減速停止させる選
択機能を持たすことで、水位が低下した際の制御選択を
組み合わせることも可能となり、水位が低下した渇水状
態時の制御に関して、ポンプ使用時の用途や使い勝手に
応じた制御を行うことができる排水用水中電動ポンプの
制御方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるポンプ装置の縦断
面概略図である。

【図２】本発明の一実施形態におけるインバータ装置の
構成ブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態における制御ブロック図で
ある。

【図４】本発明の一実施形態におけるポンプの水量−揚
程特性と直流電力値との関係を説明する特性図である。

【図５】本発明の一実施形態における渇水状態判定機能
動作および復帰判定機能動作を説明するタイムチャート
図である。

【図６】本発明の他の実施形態におけるポンプの水量−
揚程特性と力率との関係を説明する特性図である。

【符号の説明】

１…インバータ装置、２…主回路部、２１…コンバータ
部、２２…平滑コンデンサ、２３…インバータ部、２４
…シャント抵抗、３…制御ＣＴＲ部、４…電源・センサ
部、４１…電源回路、４２…電流検出回路、４３…ドラ
イブ回路、４４…電圧検出回路、５…制御部、５１…マ
イクロコンピュータ、５２…メモリ、５Ａ…Ｖ／Ｆ制
御、５Ｂ…ＰＷＭ信号処理、５Ｃ…渇水状態判定機能、
５Ｄ…復帰判定機能、５Ｅ…切替部、５Ｃ１…渇水状態
判定機能用比較器、５Ｄ１…復帰判定機能用比較器、６
…設定部、７…ポンプ装置、７１…モータ、７１１…モ
ータ軸、７２…羽根車、７３…吸込カバー、７４…吐出
し口、７５…ポンプ入力線、８１…通常運転状態時のポ
ンプの水量−揚程特性曲線、８２…渇水状態時のポンプ
の水量−揚程特性曲線、８３…復帰状態時のポンプの水
量−揚程特性曲線、９１…通常運転状態時の直流電力値
特性、９２…渇水状態時の直流電力値特性、９３…復帰
状態時の直流電力値特性、１０１…力率曲線、１１０…
電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 常博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 藤井 洋 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 鈴木 宣長 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 仲田 誠 大阪府大阪市鶴見区鶴見４丁目16番40号 株式会社鶴見製作所内 (72)発明者 鈴木 剛 大阪府大阪市鶴見区鶴見４丁目16番40号 株式会社鶴見製作所内 (72)発明者 薮 雅則 大阪府大阪市鶴見区鶴見４丁目16番40号 株式会社鶴見製作所内 Ｆターム(参考） 3H020 AA01 AA08 BA08 BA11 BA18 CA00 CA07 CA08 DA04 EA07 EA12 5H576 AA05 BB03 BB06 BB10 DD02 DD04 EE04 EE11 GG10 HB02 JJ03 JJ09 JJ17 JJ18 LL22 LL24 LL27 LL28 LL52 LL60 MM10 MM11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータとポンプの羽根車を筐体内に備えた
   ポンプ装置をインバータ装置で周波数制御する排水用水
   中電動ポンプの制御方法において、水位が排出不可能な
   水位に低下したことを予め設定された渇水状態判定値に
   より判定し、予め設定されたポンプの運転周波数での排
   出運転から予め設定された渇水状態待機周波数での待機
   運転に切り替えて待機状態とする渇水状態判定機能を有
   することを特徴とする排水用水中電動ポンプの制御方
   法。
2. 【請求項２】モータとポンプの羽根車を筐体内に備えた
   ポンプ装置をインバータ装置で周波数制御する排水用水
   中電動ポンプの制御方法において、水位が排出不可能な
   水位に低下している水位状態から排出可能な水位に増水
   している水位状態に復帰したことを予め設定された復帰
   判定値により判定し、予め設定された渇水状態待機周波
   数での待機運転から予め設定された運転周波数での排出
   運転を再開する復帰判定機能を有することを特徴とする
   排水用水中電動ポンプの制御方法。
3. 【請求項３】前記渇水状態判定値および前記復帰判定値
   を前記インバータ装置内の直流電圧と直流電流の積と比
   較して水位が排出不可能な水位に低下している水位状態
   および排出可能な水位に増水している水位状態を判断す
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の排水用水
   中電動ポンプの制御方法。
4. 【請求項４】前記渇水状態判定値および前記復帰判定値
   を力率と比較して水位が排出不可能な水位に低下してい
   る水位状態および排出可能な水位に増水している水位状
   態を判断することを特徴とする請求項１または２に記載
   の排水用水中電動ポンプ制御方法。
5. 【請求項５】前記渇水状態待機周波数、前記渇水状態判
   定値、前記復帰判定値を複数有することを特徴とする請
   求項１〜４の何れかに記載の排水用水中電動ポンプ制御
   方法。