JP2003143881A - Start controller for synchronous motor - Google Patents
Start controller for synchronous motorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、同期電動機の始動
時の励磁を制御する同期電動機の始動制御装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous motor starting control device for controlling excitation at the time of starting a synchronous motor.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】同期電
動機を始動させるに当たり、円滑に同期引入れをするた
めの装置として、適位相装置として知られる始動制御装
置が用いられており、特に、この始動制御装置は重負荷
を始動する同期電動機には不可欠の装置である。2. Description of the Related Art When starting a synchronous motor, a starting control device known as a proper phase device is used as a device for smoothly performing synchronous pull-in. The starting control device is an indispensable device for a synchronous motor that starts a heavy load.
【0003】この種の従来の始動制御装置は電子回路に
よって構成されており、界磁巻線に誘起される電圧の極
性変化から励磁のタイミングを決定していたが、同期引
入れをより円滑に行うには、さらにきめの細かな制御を
必要としていた。A conventional starting control device of this type is composed of an electronic circuit and determines the excitation timing from the change in the polarity of the voltage induced in the field winding. In order to do that, finer control was needed.
【0004】また、始動制御のみの専用の電子回路であ
るため、他の制御とのインターフェースの拡張が困難で
あり、同期引入れに問題があっても、対策を講じること
が困難であった。Further, since the electronic circuit is dedicated to the start control only, it is difficult to expand the interface with other controls, and it is difficult to take measures even if there is a problem with the synchronization pull-in.
【0005】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は同期電動機を確実に同期引入
れすることのできる同期電動機の始動制御装置を提供す
ることにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a starting control device for a synchronous motor which can reliably pull in the synchronous motor.
【0006】本発明の他の目的は、他の制御とのインタ
ーフェースの拡張を容易化することのできる同期電動機
の始動制御装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a starting control device for a synchronous motor, which can facilitate the expansion of the interface with other controls.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】以下、本発明の原理を説
明した後でその構成を説明する。始動時に固定子に回転
磁界を発生させることによって回転子の界磁巻線(二次
巻線とも言う)に誘起される電圧の絶対値は、二次定格
電圧V20とすべり値sとの積であり、その周波数は定
格周波数F0とすべり値sとの積に比例する。すなわ
ち、界磁巻線に誘起される電圧の周波数はs・F0で、
振幅がs・V20の正弦波である。この電圧の極性が変
化するゼロクロス点の近傍ではsin(s・F0)はs
・F0で近似できるので、界磁巻線の誘起電圧Vfは次
式で表される。
Vf=K・s・V20・s・F0
=K・s2・V20・F0(K:定数) …(1)The structure of the present invention will be described below after explaining the principle of the present invention. The absolute value of the voltage induced in the field winding (also called the secondary winding) of the rotor by generating the rotating magnetic field in the stator at the time of starting is the product of the secondary rated voltage V 20 and the slip value s. And its frequency is proportional to the product of the rated frequency F 0 and the slip value s. That is, the frequency of the voltage induced in the field winding is s · F 0 ,
It is a sine wave with an amplitude of s · V 20 . In the vicinity of the zero-cross point where the polarity of this voltage changes, sin (s · F 0 ) is s
Since it can be approximated by F 0 , the induced voltage Vf of the field winding is expressed by the following equation. Vf = K · s · V 20 · s · F 0 = K · s 2 · V 20 · F 0 (K: constant) (1)
【0008】この電圧Vfをサンプリング周期Δtでサ
ンプリングされたゼロクロス点の近傍の正側又は負側の
2点の界磁巻線に誘起される電圧値をそれぞれVf1,
Vf2とすると、これらの電圧値を次式で表すことがで
きる。
Vf1=K・s2・V20・F0・2・Δt …(2)
Vf2=K・s2・V20・F0・Δt …(3)
この(2)式から(3)式を減算してs2を求めると次式が得られる。
s2=(Vf1−Vf2)/(K・V20・F0・Δt) …(4)The voltage values induced in the field windings at two points on the positive side or the negative side in the vicinity of the zero-cross point, which are obtained by sampling the voltage Vf at the sampling period Δt, are Vf1, respectively.
If Vf2 is set, these voltage values can be expressed by the following equations. Vf1 = K · s 2 · V 20 · F 0 · 2 · Δt (2) Vf2 = K · s 2 · V 20 · F 0 · Δt (3) Equation (3) is subtracted from this equation (2) Then, s 2 is obtained to obtain the following equation. s 2 = (Vf 1 −Vf 2 ) / (K · V 20 · F 0 · Δt) (4)
【0009】従って、すべり値sは次式によって計算で
きる。
s={(Vf1−Vf2)/(K・V20・F0・Δt)}1/2 …(5)Therefore, the slip value s can be calculated by the following equation. s = {(Vf1-Vf2) / (K · V 20 · F 0 · Δt)} 1/2 (5)
【0010】このすべり値sより界磁巻線に誘起される
電圧の周波数f及び周期Tは次式によって求められる。
f=s・F0 …(6)
T=1/f …(7)
このことから明らかなように、界磁巻線に誘起される電
圧の極性が変化した時点より、すべり値sに対応した時
間遅れを持たせて、界磁巻線に電流を流し始めるように
励磁装置の位相制御を開始することによって、円滑な同
期引入れが可能となる。From the slip value s, the frequency f and the period T of the voltage induced in the field winding can be obtained by the following equation. f = s · F 0 (6) T = 1 / f (7) As is clear from this, the slip value s corresponds to the point when the polarity of the voltage induced in the field winding changes. Smooth synchronization can be achieved by starting the phase control of the exciter so as to start passing a current through the field winding with a time delay.
【0011】この場合、すべり値sが大きいときは、同
期引き入れも困難であるので、より円滑に同期引入れを
行うには励磁電流を大きくする必要がある。そのため、
励磁装置の励磁電流を変えるために、すべり値sに応じ
た電流値決定する。In this case, when the slip value s is large, it is also difficult to pull in the synchronization. Therefore, it is necessary to increase the exciting current in order to carry out the synchronization more smoothly. for that reason,
In order to change the exciting current of the exciter, the current value is determined according to the slip value s.
【0012】上述した演算及び処理機能をプログラマブ
ルロジックコントローラに持たせることによって、他の
制御とのインターフェースの拡張も容易となる。By providing the programmable logic controller with the arithmetic and processing functions described above, the interface with other controls can be easily expanded.
【0013】そこで、請求項1に係る発明は、同期電動
機の始動時の励磁を制御する同期電動機の始動制御装置
において、同期電動機の固定子に回転磁界を発生させる
ことによって回転子の界磁巻線に誘起される電圧を検出
する電圧検出手段と、検出された電圧をサンプリングす
るサンプリング手段と、電圧のサンプリング値に基づい
てゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、検出
されたゼロクロス点の近傍の正側又は負側の2つのサン
プリング値を選択するサンプリング値選択手段と、選択
された2つのサンプリング値に基づいてすべり値を演算
し、このすべり値から界磁巻線に対する電流供給タイミ
ングを決定する励磁タイミング決定手段と、を備えたこ
とを特徴とする。Therefore, in the invention according to claim 1, in a starting control device for a synchronous motor for controlling excitation at the time of starting the synchronous motor, a field winding of the rotor is generated by generating a rotating magnetic field in a stator of the synchronous motor. Voltage detection means for detecting the voltage induced in the line, sampling means for sampling the detected voltage, zero-cross detection means for detecting the zero-cross point based on the sampling value of the voltage, and the vicinity of the detected zero-cross point Sampling value selecting means for selecting two sampling values on the positive side or the negative side, and a slip value is calculated based on the selected two sampling values, and a current supply timing for the field winding is determined from the slip value. Excitation timing determining means, and an excitation timing determining means.
【0014】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
同期電動機の始動制御装置において、サンプリング手
段、ゼロクロス検出手段、サンプリング値選択手段及び
励磁タイミング決定手段の各機能をプログラマブルロジ
ックコントローラに持たせたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the starting control device for a synchronous motor according to the first aspect, the programmable logic controller has each function of a sampling means, a zero-cross detection means, a sampling value selection means, and an excitation timing determination means. It is characterized by having been done.
【0015】請求項3に係る発明は、請求項1に記載の
同期電動機の始動制御装置において、演算されたすべり
値が大きい場合ほど、励磁電流を大きい値に決定する励
磁電流決定手段を備えた。According to a third aspect of the present invention, in the starting control device for a synchronous motor according to the first aspect, the exciting current determining means for determining a larger exciting current as the calculated slip value increases. .
【0016】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
同期電動機の始動制御装置において、サンプリング手
段、ゼロクロス検出手段、サンプリング値選択手段、励
磁タイミング決定手段及び励磁電流決定手段の各機能を
プログラマブルロジックコントローラに持たせたことを
特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the synchronous motor start control device according to the third aspect, each function of the sampling means, the zero-cross detection means, the sampling value selection means, the excitation timing determination means and the excitation current determination means is provided. It is characterized by having it in a programmable logic controller.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係
る同期電動機の始動制御装置の概略構成を、適用対象と
併せて示したブロック図である。図1において、同期電
動機1は固定子11と、界磁巻線13を巻装してなる回
転子12とで構成されている。界磁巻線13は図示省略
のスリップリングを介して直流電流が供給されて永久磁
石の機能を備える。回転子12は図示を省略した負荷に
接続されている。この負荷を所定の速度で始動、回転さ
せるように界磁巻線13に位相制御された直流電流を供
給する位相制御部2が設けられている。この位相制御部
2は各種提案され、文献にも記載されているので、制御
整流素子によって簡略化して表されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in detail based on the preferred embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a start-up control device for a synchronous motor according to the present invention, together with an application target. In FIG. 1, the synchronous motor 1 is composed of a stator 11 and a rotor 12 formed by winding a field winding 13. The field winding 13 is supplied with a direct current through a slip ring (not shown) and has a function of a permanent magnet. The rotor 12 is connected to a load (not shown). A phase controller 2 is provided for supplying a phase-controlled DC current to the field winding 13 so as to start and rotate this load at a predetermined speed. Since various types of the phase control unit 2 have been proposed and described in the literature, they are simply represented by a controlled rectifying element.
【0018】そして、同期電動機1を円滑に同期引入れ
をするため始動動制御装置は、界磁巻線13に対して、
始動時のみ並列接続される電圧検出抵抗3と、この電圧
検出抵抗3の両端に図示した極性で発生した電圧、例え
ば、最大1〜5V程度の電圧を入力し、電気的な絶縁を
図りつつ、電圧検出抵抗3に発生した電圧に比例した低
電圧を出力する、例えば、ホトカプラ等でなるの絶縁回
路4と、この絶縁回路4の出力電圧を入力し、所定の手
順で演算、処理を実行することによって、電流供給タイ
ミング信号としての位相制御開始信号及び励磁電流とし
て与えられる励磁量信号を出力するプログラマブルロジ
ックコントローラ(図面を含めて、以下の説明ではPL
Cと略記する)5とを備えている。Then, in order to smoothly pull in the synchronous motor 1, the start-up control device, with respect to the field winding 13,
A voltage detection resistor 3 that is connected in parallel only at the time of starting and a voltage generated with the illustrated polarity at both ends of the voltage detection resistor 3, for example, a voltage of about 1 to 5 V at maximum is input to achieve electrical insulation, A low voltage proportional to the voltage generated in the voltage detection resistor 3 is output, for example, an insulation circuit 4 made of a photocoupler and the output voltage of the insulation circuit 4 are input, and calculation and processing are executed in a predetermined procedure. As a result, a programmable logic controller that outputs a phase control start signal as a current supply timing signal and an excitation amount signal given as an excitation current (including PL in the following description, including drawings).
Abbreviated as C) 5.
【0019】図2は図1に示した実施形態中、特に、P
LC5の詳細な演算、処理に対応する機能ブロック図
を、適用対象と併せて示したもので、図1と同一の符号
を付したものはそれぞれ同一の要素を表しており、図1
中の絶縁回路4を省略している。ここで、PLC5は同
期電動機1の界磁巻線13に誘起される電圧を検出し、
A−D変換する電圧検出手段51と、検出された電圧を
サンプリングし、その値をメモリに記憶するサンプリン
グ手段52と、電圧のサンプリング値に基づいてゼロク
ロス点を検出するゼロクロス検出手段53と、ゼロクロ
ス点の近傍の2つのサンプリング値を選択するサンプリ
ング値選択手段54と、選択された2つのサンプリング
値に基づいてすべり値を演算し、このすべり値から界磁
巻線の電流供給タイミングを決定する励磁タイミング決
定手段55と、演算されたすべり値に基づいて、励磁電
流を決定する励磁電流決定手段56とを備えている。FIG. 2 shows an embodiment of the embodiment shown in FIG.
The functional block diagram corresponding to the detailed calculation and processing of the LC5 is shown together with the application target, and the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 respectively represent the same elements.
The insulating circuit 4 inside is omitted. Here, the PLC 5 detects the voltage induced in the field winding 13 of the synchronous motor 1,
A / D converting voltage detecting means 51, a sampling means 52 for sampling the detected voltage and storing the value in a memory, a zero cross detecting means 53 for detecting a zero cross point based on the voltage sampling value, and a zero cross. Sampling value selection means 54 for selecting two sampling values in the vicinity of a point, and a slip value is calculated based on the selected two sampling values, and the excitation for determining the current supply timing of the field winding from the slip value. The timing determining means 55 and the exciting current determining means 56 for determining the exciting current based on the calculated slip value are provided.
【0020】上記のように構成された本実施形態の動作
について、図3をも参照して以下に説明する。先ず、回
転子12が固定子の回転磁界によって回転せしめられた
とき、図3(a)に示すように、電圧検出抵抗3の両端
にすべりに起因するすべり電圧Vrが発生してPLC5
に入力される。電圧検出手段51はこの電圧を検出して
デジタル信号に変換する。そこで、サンプリング手段5
2がこのディジタル信号を周期Δtでサンプリングして
その値を逐次記憶する。すべり電圧Vrのゼロクロス点
の近傍のサンプリングの状態を図3(b)に示す。The operation of the present embodiment configured as described above will be described below with reference to FIG. 3 as well. First, when the rotor 12 is rotated by the rotating magnetic field of the stator, as shown in FIG. 3A, a slip voltage Vr caused by a slip is generated at both ends of the voltage detection resistor 3 and the PLC 5
Entered in. The voltage detection means 51 detects this voltage and converts it into a digital signal. Therefore, the sampling means 5
2 samples this digital signal at a period Δt and sequentially stores the value. FIG. 3B shows a sampling state in the vicinity of the zero cross point of the slip voltage Vr.
【0021】ゼロクロス検出手段53はサンプリング手
段52に記憶されたサンプリング値に基づいてゼロクロ
ス点を検出すると、サンプリング値選択手段54はゼロ
クロス点に最も近く、しかも、ゼロクロスする直前の2
つのサンプリング値Vf1及びVf2を選択する。ゼロ
クロス点の近傍では、正弦波は略直線的に変化するの
で、サンプリング値Vf1及びVf2はすべり値sの二
乗に比例した値となる。When the zero-cross detecting means 53 detects the zero-cross point based on the sampling value stored in the sampling means 52, the sampling-value selecting means 54 is closest to the zero-cross point, and further, it is 2 before the zero-cross.
One sampling value Vf1 and Vf2 is selected. In the vicinity of the zero-cross point, the sine wave changes substantially linearly, so the sampling values Vf1 and Vf2 are values proportional to the square of the slip value s.
【0022】そこで、励磁タイミング決定手段55はこ
れらのサンプリング値Vf1及びVf2を用いて上記
(5)式の演算を実行してすべり値を求め、さらに、
(6)式により界磁巻線に誘起される電圧の周波数f
を、(7)式によりその周期Tをそれぞれ求め、界磁電
圧位相の変化時点よりすべり値sに応じた時間遅れで、
例えば、図3のA部の次のゼロクロスス点Bにて位相制
御開始信号を位相制御部2に加える。Therefore, the excitation timing determining means 55 uses the sampling values Vf1 and Vf2 to execute the calculation of the equation (5) to obtain the slip value, and further,
The frequency f of the voltage induced in the field winding by the equation (6)
The period T is obtained from the equation (7), and with a time delay corresponding to the slip value s from the time when the field voltage phase changes,
For example, a phase control start signal is applied to the phase control unit 2 at the zero cross point B next to the A section in FIG.
【0023】ここで、すべり値sが大きいと同期引き入
れが困難となる。励磁電流決定手段56はすべり値sが
予め定めた値を超えたとき、すべり値sに対応してその
励磁電流を大きくする励磁量信号を位相制御部2に加え
る。If the slip value s is large, it becomes difficult to pull in the synchronization. When the slip value s exceeds a predetermined value, the exciting current determining means 56 applies to the phase controller 2 an exciting amount signal for increasing the exciting current corresponding to the slip value s.
【0024】因みに、定格二次電圧が2000V、定格
周波数が50Hz、すべり値sが1%であるとすれば、
界磁巻線13に誘起される電圧は20Vで、その周波数
は0.5Hzである。ここで、サンプリング周期Δtを
20msとすると、1周期で100個のサンプリング値
を得ることができ、サンプリングされる位相間隔は3.
6度となる。Incidentally, if the rated secondary voltage is 2000 V, the rated frequency is 50 Hz, and the slip value s is 1%,
The voltage induced in the field winding 13 is 20 V and its frequency is 0.5 Hz. Here, if the sampling period Δt is 20 ms, 100 sampling values can be obtained in one period, and the phase interval to be sampled is 3.
It will be 6 degrees.
【0025】かくして、本実施形態によれば、ゼロクロ
ス点の近傍での界磁巻線13に誘起される電圧の検出精
度は十分に高く、検出された2つの電圧に基づいて演算
されるすべり値の精度が高く、これによって位相制御の
開始タイミングを高精度に決定することができる。Thus, according to the present embodiment, the detection accuracy of the voltage induced in the field winding 13 in the vicinity of the zero cross point is sufficiently high, and the slip value calculated based on the two detected voltages. Is highly accurate, which allows the start timing of phase control to be determined with high accuracy.
【0026】また、界磁巻線13に誘起された電圧をP
LC5に取り込み、このPLC5の演算、処理によって
界磁巻線13の電流供給タイミングを決定したり、すべ
り値に基づいて、励磁電流を決定したりするので、プロ
グラムの変更等により、励磁電流や位相制御開始時点を
適宜に変更する等、他の制御とのインターフェースの拡
張が容易になる。Further, the voltage induced in the field winding 13 is set to P
The current is supplied to the LC5, the current supply timing of the field winding 13 is determined by the calculation and processing of the PLC5, and the exciting current is determined based on the slip value. Therefore, the exciting current and the phase can be changed by changing the program. It becomes easy to expand the interface with other controls, such as changing the control start time appropriately.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上の説明によって明らかな如く、本発
明によれば、同期電動機を確実に同期引入れすることが
できる。また、もう一つの発明によれば、他の制御との
インターフェースの拡張を容易化することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the synchronous motor can be reliably pulled in synchronously. Further, according to another invention, it is possible to easily expand an interface with another control.
【図1】本発明に係る同期電動機の始動制御装置の概略
構成を、適用対象と併せて示したブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a start-up control device for a synchronous motor according to the present invention, together with an application target.
【図2】図1に示した実施形態中、プログラマブルロジ
ックコントローラの詳細な演算、処理に対応する機能を
適用対象と併せて示したブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing functions corresponding to detailed operations and processes of the programmable logic controller in the embodiment shown in FIG. 1 together with application targets.
【図3】図1に示した実施形態の動作を説明するため
に、すべりに応じて界磁巻線に発生する電圧、及びその
サンプリングの状態を示す波形図。FIG. 3 is a waveform diagram showing a voltage generated in a field winding in accordance with slip and a sampling state thereof in order to explain the operation of the embodiment shown in FIG.
1 同期電動機 2 位相制御部 3 電圧検出抵抗 4 絶縁回路 5 プログラマブルロジックコントローラ(PLC) 11 固定子 12 回転子 13 界磁巻線 51 電圧検出手段 52 サンプリング手段 53 ゼロクロス検出手段 54 サンプリング値選択手段 55 励磁タイミング決定手段 56 励磁電流決定手段 1 Synchronous motor 2 Phase control unit 3 Voltage detection resistor 4 insulation circuit 5 Programmable logic controller (PLC) 11 stator 12 rotor 13 field winding 51 voltage detection means 52 sampling means 53 Zero cross detection means 54 Sampling value selection means 55 Excitation timing determination means 56 Exciting current determining means
Claims (4)
電動機の始動制御装置において、 前記同期電動機の固定子に回転磁界を発生させることに
よって回転子の界磁巻線に誘起される電圧を検出する電
圧検出手段と、 検出された前記電圧をサンプリングするサンプリング手
段と、 前記電圧のサンプリング値に基づいてゼロクロス点を検
出するゼロクロス検出手段と、 検出されたゼロクロス点の近傍の正側又は負側の2つの
サンプリング値を選択するサンプリング値選択手段と、 選択された前記2つのサンプリング値に基づいてすべり
値を演算し、このすべり値から前記界磁巻線に対する電
流供給タイミングを決定する励磁タイミング決定手段
と、 を備えたことを特徴とする同期電動機の始動制御装置。1. A starting control device for a synchronous motor for controlling excitation at the time of starting the synchronous motor, wherein a voltage induced in a field winding of the rotor is generated by generating a rotating magnetic field in a stator of the synchronous motor. Voltage detecting means for detecting, sampling means for sampling the detected voltage, zero-cross detecting means for detecting a zero-cross point based on the sampling value of the voltage, positive side or negative side in the vicinity of the detected zero-cross point Value sampling means for selecting the two sampling values, and the excitation value determination for calculating the slip value based on the selected two sampling values and determining the current supply timing for the field winding from the slip value. A starting control device for a synchronous motor, comprising:
段、サンプリング値選択手段及び励磁タイミング決定手
段の各機能をプログラマブルロジックコントローラに持
たせたことを特徴とする請求項1に記載の同期電動機の
始動制御装置。2. A start-up control device for a synchronous motor according to claim 1, wherein a programmable logic controller is provided with each of the functions of the sampling means, the zero-cross detection means, the sampling value selection means, and the excitation timing determination means. .
ど、励磁電流を大きい値に決定する励磁電流決定手段を
備えた請求項1に記載の同期電動機の始動制御装置。3. The start control device for a synchronous motor according to claim 1, further comprising an exciting current determining means for determining a larger exciting current as the calculated slip value is larger.
段、サンプリング値選択手段、励磁タイミング決定手段
及び励磁電流決定手段の各機能をプログラマブルロジッ
クコントローラに持たせたことを特徴とする請求項3に
記載の同期電動機の始動制御装置。4. The programmable logic controller according to claim 3, wherein each function of said sampling means, zero-cross detection means, sampling value selection means, excitation timing determination means and excitation current determination means is provided in a programmable logic controller. Start control device for electric motor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107844071A (en) * | 2017-08-30 | 2018-03-27 | 松下家电研究开发(杭州)有限公司 | Control method, zero standby power switch and household electrical appliance |
-
2001
- 2001-11-06 JP JP2001340784A patent/JP2003143881A/en active Pending
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CN107844071A (en) * | 2017-08-30 | 2018-03-27 | 松下家电研究开发(杭州)有限公司 | Control method, zero standby power switch and household electrical appliance |
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