JP2005223978A - モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同一種類のモータ50U,50V,50Wを個別に駆動する3組のモータ駆動回路201U,201V,201Wを備え、これらの3組のモータ駆動回路を3相交流電源10を用いて運転するモータ駆動装置に関する。各モータ駆動回路201U,201V,201Wは、単相の低高調波整流回路部301をそれぞれ備え、これらの整流回路部301の交流入力側を、3相交流電源10の各相電源端子U,V,Wのうち2相の電源端子に均等に接続する。更に、必要に応じて、各相電流を個別に測定し表示する電流計37や電流検出器38、共通の速度設定回路73等を設ける。
【選択図】図1
Description
従って、この分野では、電源の電流をできるだけ小さくすることが求められており、そのためには、電流に含まれる高調波成分を小さくすること、言い換えれば電源電流の高調波含有率の少ないモータの駆動装置が求められている。
同図において、10は3相交流電源、20はモータ駆動回路、30は3相の整流回路部、40は3相のインバータ部、50は3相交流モータ、60はファン等の負荷を示している。なお、整流回路部30はダイオード31からなる3相ダイオードブリッジ、リアクトル32及び平滑コンデンサ33を備え、インバータ部40は還流ダイオードが逆並列に接続された半導体スイッチ41を3相ブリッジ接続して構成されている。
複数台のモータを駆動する場合には、上記構成のモータ駆動回路20を電源10に対し複数台並列接続して使用していた。
そこでこのような高調波電流を低減するために、下記の特許文献1に記載された入力高調波電流低減回路、及び、特許文献2に記載された3相力率改善形コンバータが提案されている。
更に、特許文献2の3相力率コンバータでは、3相分を整流した後にDC−DCコンバータの出力側でまとめて1つの直流出力を得ているため、回路全体が複雑になって価格が高くなるという問題があった。
3相交流電源の各相電流の大きさを検出する電流検出手段を備え、これらの電流検出手段により検出した電流の大きさが等しくなるように各モータの電流を制御するものである。
また、請求項12〜15に記載するように、本発明は各種のファンやポンプの駆動装置に適用することができる。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示す回路図である。図において、201U,201V,201Wは3相交流電源10の電源端子U,V,Wに接続された何れも同一構成のモータ駆動回路であり、以下では、モータ駆動回路201Uを例にとってその内部構成を説明する。なお、このモータ駆動装置は、モータ駆動回路201U,201V,201Wにより同一種類(同一定格)の3相モータ50U,50V,50W及び負荷60U,60V,60Wをそれぞれ駆動するものである。
整流回路部301は、ダイオード31からなる単相ダイオードブリッジ36と、その出力側の両端子間に接続された高調波低減用のリアクトル32、ダイオード35及び平滑コンデンサ33の直列回路と、ダイオード35のアノードとダイオードブリッジ36の負側出力端子との間に接続された昇圧用の半導体スイッチ34とから構成されている。また、ダイオードブリッジ36の交流入力端子は、電源入力端子A1,A2を介して三相交流電源10のU相及びV相の電源端子U,Vに接続されている。
上記整流回路部301は、単相交流電圧を整流して直流電圧に変換し、更に半導体スイッチ34のオン、オフによって昇圧した直流電圧を出力するものであり、リアクトル32によって高調波電流を低減させる低高調波整流回路部として動作する。
すなわち、各モータ駆動回路201U,201V,201Wの整流回路部36の交流入力側は、3相交流電源10の各相電源端子のうち2相の電源端子に均等に接続されることになる。
また、モータ50U,50V,50Wの定格を何れも同一にすると共に負荷60U,60V,60Wの種類や定格を同一にすれば、各相のモータ駆動回路201U,201V,201Wの入力電流の大きさも等しくなり、3相各相の入力電流がバランスする。同時に、前述の如く整流回路部301として高調波含有率の少ない回路を採用しているので、3相交流電源10からの入力電流には高調波が殆ど含まれない。
よって、本実施形態によれば、簡単な構成によって高調波抑制機能を持つモータ駆動装置を安価に実現することができる。
この実施形態では、3つのモータ駆動回路201U,201V,201Wを一体化することにより1台のモータ駆動装置201が構成されている。図において、D1,D2,D3は電源端子U,V,Wに各々一対一で接続される電源入力端子であり、これらの電源入力端子D1,D2,D3は、モータ駆動装置201の内部において、各モータ駆動回路201U,201V,201Wの整流回路部301の交流入力端子に予めそれぞれ接続されている。つまり、本実施形態では、図1における電源端子U,V,W以後の結線が、1台のモータ駆動装置201の内部で予めなされている。
この実施形態では、各モータ駆動回路202U,202V,202Wの整流回路部302に、電源10からの交流入力電流の大きさを測定し表示するための電流計37が接続されている。また、71はモータの速度を個別に設定する速度設定回路、72はモータの速度設定値に応じてインバータ部40の半導体スイッチのオンオフを制御する制御回路である。
なお、図3では、電流計37をモータ駆動回路202U,202V,202Wの交流入力部に接続して電流を測定しているが、代わりにダイオードブリッジの出力電流やインバータ部40の入力電流、或いはモータの電流を測定するようにしてもほぼ同様の効果が得られる。
この実施形態では、モータ駆動回路203U,203V,203Wに対する速度設定値を単一の速度設定回路73から与えており、各モータ駆動回路203U,203V,203Wには、上記速度設定値が与えられる制御回路74が個別に設けられている。
従って、これらのモータ50U,50V,50Wを同じ速度で運転する場合にはインバータ部40の出力電流も同一になり、単一の速度設定回路73によって3台のモータ50U,50V,50Wを同一速度で運転することにより、電源10からの入力電流は3相とも常に等しくなってバランスをとることができる。
モータ駆動回路204U,204V,204Wの整流回路部303には、それぞれ交流入力電流を検出する電流検出器(変流器)38が取り付けられている。また、単一の速度設定回路73が設けられ、その速度設定値はモータ駆動回路204U内の制御回路74と、モータ駆動回路204V,204W内の電流バランス回路75にそれぞれ入力されている。
なお、電流バランス回路75には、自相の電流検出器38の検出電流とU相のモータ駆動回路204Uの電流検出器38による検出電流とが入力されており、電流バランス回路75から出力される速度設定値が制御回路74に入力されている。
この場合、例えばU相のモータ駆動回路204Uはそのまま継続して運転する。また、V相のモータ駆動回路204Vでは、V相の入力電流がU相のモータ駆動回路204Uの検出電流と等しくなるように自己の電流バランス回路75により速度設定値が補正されて制御回路74に送られる。これにより、モータ50Vの速度が変化すると共にモータ駆動回路204Vの入力電流がモータ駆動回路204Uの入力電流と等しくなる。
同様にして、W相のモータ駆動回路204Wでも、V相のモータ駆動回路204Vと同様に入力電流がモータ駆動回路204Uの入力電流と等しくなるような制御が行われる。
その結果、交流入力電流は3相とも等しくなる。
この実施形態では、例えばU相、W相の2相の電源端子U,W付近に電流検出器38U,38Wが取り付けられている。
U相のモータ駆動回路203Uの構成は図4と同様であり、また、V相、W相のモータ駆動回路205V,205Wの構成は図5の各駆動回路204V,204Wからそれぞれ電流検出器38を除去したものと同様である。
なお、U相、W相の電流検出器38U,38Wによる検出電流は、V相のモータ駆動回路205V内の電流バランス回路75及びV相電流演算回路76に入力されている。また、W相の電流検出器38Wによる検出電流は、W相のモータ駆動回路205W内の電流バランス回路75にも入力されている。
なお、このように2相の電流検出値から残りの1相の電流を検出する着想は、図5の実施形態にも適用可能である。
この場合、U相、V相に接続されているモータ駆動回路203Uはそのまま継続して運転する。
また、V相、W相に接続されているモータ駆動回路205Vは、W相電流を基準にしてU相電流がこれと等しくなるように電流バランス回路75により速度設定値を補正し、制御回74に送ってモータ50Vの速度を制御する。これにより、モータ駆動回路205Uの入力電流はモータ駆動回路205Wの入力電流と等しくなる。
このため、結果的に交流入力電流は3相とも等しくなる。
この実施形態では、整流回路部304のダイオードブリッジの出力側に設けた電流検出器38によって各相の電流を検出しており、図5における電流検出器38の位置を変更した例である。その動作は図5と同様であるため、詳述を省略する。
この実施形態は、インバータ部40の入力側に設けた電流検出器38によって各相の電流を検出しており、図5における電流検出器38の位置を変更した例である。この実施形態の動作も図5と同様であるため、詳述を省略する。
誘導電動機は、負荷がかかると速度が低下する特性を持っているため、3台のモータ50U,50V,50Wの負荷条件が僅かに違っても、負荷の大きさがバランスする方向に速度が変化し、結果として交流入力電流のアンバランスを少なくすることができる。
しかし、本発明によれば、各相電源電流をバランスさせ、しかも高調波含有率の小さいモータ駆動装置を実現することができる。
エアコンのユニットでは、冷媒の冷却効率を上げるために1つのユニットに3台のモータを使うものがあり、これに本発明を適用することにより、各相電源電流をバランスさせて高調波含有率の小さいモータ駆動装置を実現することができる。
このため、本発明によれば、各相電源電流をバランスさせて高調波含有率の小さいモータ駆動装置を実現することが可能である。
31,35:ダイオード
32:リアクトル
33:コンデンサ
34:半導体スイッチ
36:ダイオードブリッジ
37:電流計
38,38U,38W:電流検出器
40:インバータ部
41:半導体スイッチ
50U,50V,50W:モータ
60U,60V,60W:負荷
71,73:速度設定回路
72,74:制御回路
75:電流バランス回路
76:V相電流演算回路
201:モータ駆動装置
201U,201V,201W,202U,202V,202W,203U,203V,203W,204U,204V,204W,205V,205W,206U,206V,206W,207U,207V,207W:モータ駆動回路
301,302,303,304:整流回路部
U,V,W:電源端子
A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,D3:電源入力端子
Claims (15)
- 同一種類のモータを個別に駆動するモータ駆動回路を3組設け、これらの3組のモータ駆動回路を3相交流電源を用いて運転するモータ駆動装置において、
各モータ駆動回路は、単相の低高調波整流回路部をそれぞれ備え、これらの整流回路部の交流入力側を、3相交流電源の各相電源端子のうち2相の電源端子に均等に接続したことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1に記載した3組のモータ駆動回路を一体に形成すると共に、各モータ駆動回路の前記整流回路部の交流入力側を2相ずつ均等に接続して3相電源接続用の電源入力端子を構成し、これらの電源入力端子を3相交流電源の各相電源端子にそれぞれ接続したことを特徴とするモータ駆動装置。
- 請求項1または2に記載したモータ駆動装置において、
各モータ駆動回路は、
3相交流電源の各相電流または各モータ駆動回路を流れる電流の大きさを表示する手段と、
この手段により表示される電流の大きさが等しくなるように各モータの回転速度を設定する速度設定手段と、
この速度設定手段から出力される速度設定値に応じて各モータの回転速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1または2に記載したモータ駆動装置において、
各モータの回転速度を一括して設定する速度設定手段と、
この速度設定手段から出力される速度設定値に応じて各モータの回転速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載したモータ駆動装置において、
各モータ駆動回路は、
3相交流電源の各相電流の大きさを検出する電流検出手段を備え、
これらの電流検出手段により検出した電流の大きさが等しくなるように各モータの電流を制御することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1または2に記載したモータ駆動装置において、
3相交流電源の各相電流のうち2相の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出した電流から他の1相の電流を演算により求める電流演算手段と、
前記電流検出手段及び電流演算手段により求めた3相各相の電流の大きさが等しくなるように各モータの電流を制御する手段と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載したモータ駆動装置において、
各モータ駆動回路は、
前記整流回路部を流れる電流の大きさを検出する電流検出手段を備え、
これらの電流検出手段により検出した電流の大きさが等しくなるように各モータの電流を制御することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載したモータ駆動装置において、
各モータ駆動回路は、
前記整流回路部に接続されたインバータ部を流れる電流の大きさを検出する電流検出手段を備え、
これらの電流検出手段により検出した電流の大きさが等しくなるように各モータの電流を制御することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータが誘導電動機であることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータが同期電動機であることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータがDCブラシレスモータであることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータがファン駆動用のモータであることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータがエアコンのファン駆動用のモータであることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータがファン・フィルタ・ユニットのファン駆動用のモータであることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載したモータ駆動装置において、
モータがポンプ駆動用のモータであることを特徴とするモータ駆動装置。
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