JP2010521951A - 電力制御のための開ループ方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電化製品のモータは、通常、定格馬力未満の負荷状態では比較的非効率的に稼働する単相モータである。通常、単相モータは、最大負荷で約0.7の力率で動作し、無負荷では0.2〜0.4の力率で動作する。ここに記載する減少した負荷で動作する改良型のコントローラの実施形態では、力率は、最大負荷で稼働する時に可能な値よりも良い値に到達させることができる。単相モータについてここで記載する改良型のコントローラの実施形態を用いた試験によって、力率は、モータに供給される平均電圧を減少させることによって約0.9まで増加させることができることが示される。図6は、高速応答モードで動作する低負荷の単相モータに対する改良型コントローラの実施形態に基づくミリ秒単位の位相遅れとミリ秒単位のホールドオフ時間とのグラフである。最大電圧での位相遅れで、短い3半周期の期間は約3ミリ秒であり、約0.4の力率であると読み取られる。10周期の省エネルギーモードの間、ホールドオフ時間601は5ミリ秒に近くなっており、位相遅れ605は1ミリ秒未満に減少し、これは、0.9を超える力率であると計算される。
乾燥機モータは、通常、オンにされると、一般的にタイマーまたは湿度センサによって停止されるまで稼働する。このモータは、濡れた洗濯物の最大負荷に対応するように大きさを決められている。ほとんどの場合そうであるが、機器に少ない洗濯物で負荷がかけられている場合、モータの電圧は起動時に減少させることができる。乾燥周期の間、洗濯物の湿度は減少する。これにより洗濯物の重量も減少し、それに応じて必要とされる電力も減少する。コントローラは、モータ負荷の減少を、その周期的な負荷の観察から検知し、電化製品の内容物が乾燥されるにつれて電圧を減少させる。
洗濯機のモータは、攪拌、回転、水のくみ上げを含む様々な作業を行う。モータは、通常、考えられる最大の衣類の負荷に対応できる大きさにされる。より小さな負荷であれば、上記した乾燥機と同様に減少させた電圧で稼動できる。回転周期では、負荷は、最初は最大で、水が回転して出ていくにつれて重量が減少し、これにより、コントローラは、電圧とエネルギー消費を、そうでなければ必要であったのより減少させることが可能となる。くみ上げ周期の間、水がくみ出されると、モータは非常に少ない負荷で稼働して起動し、水がくみ出されると無負荷で稼働する。時間は、タイマーによって制御され、このタイマーは、安全係数が得られるように、水のくみ出しに要する時間よりも長く設定する必要がある。改良型のコントローラの実施形態は、追加のソフトウェアまたは処理制御を用いることなく、これら全ての動作に自動的に適応することができる。
図11は、空調システムと、冷蔵庫、水冷機、飲料販売機、および冷凍庫などの冷蔵システムとの両方で使用される典型的な冷蔵過程を示している。いずれの場合も、必要とされる電力の大部分を消費するモータ駆動型コンプレッサ1001が設けられている。また、冷蔵庫は、通常、コンデンサ1015と蒸発器1011とを有している。モータ1005は、通常、最悪の環境温度に対応した大きさにされた単相モータである。加えて、蒸発器および/またはコンデンサを通過させて空気を循環させるためのファンを駆動する補助モータ(不図示)が設けられていてもよい。
Claims (22)
- 開ループの原理を用いた電気モータの電力制御の方法であって、
a)モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を与えることと、
b)第1の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により前記モータを駆動することと、
c)駆動中に前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することと、
d)前記位相遅れの検出に基づいて前記所望の制御ライン関数の前記ホールドオフ時間から決定した導通時間でサイリスタを導通させることと、
e)第2の周期数の間、位相遅れを制御することであって、当該制御することは、前記モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した前記導通時間に従って前記サイリスタを導通させることを含み、更に、制御を行うために必要とされる前記モータ駆動信号のフィードバックがない、制御することと、
を含む方法。 - 前記駆動することは、
前記モータを最大電圧で駆動する第1の周期数を決定することと、
前記第1の周期数の間、最大電圧で前記モータを駆動することと、
を含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 - 前記位相遅れを検出することは、
前記モータ駆動信号の前記電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の前記電圧ゼロ交差の検出時にタイマーを始動することと、
前記モータ駆動信号の前記電流ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の前記電流ゼロ交差の検出時に前記タイマーを停止することと、
を含み、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で測定される時間が、前記位相遅れである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 - 前記所望の制御ライン関数は、
Blnを、最大電圧かつ無負荷での前記モータの前記位相遅れとし、Bflを、最大電圧かつ定格負荷での前記モータの前記位相遅れとし、Amaxを、無負荷で最大位相減少の場合の前記ホールドオフ時間として、式S=Amax/(Bnl−Bfl)から算出されるライン傾斜Sと、
式Of=S*Blfから算出されるオフセットOfと、
を有し、
前記ホールドオフ時間Aは、Bを、前記検出された位相遅れとして、式A=S*B−Ofから算出される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 - 前記所定の負荷は、前記モータが受ける現在の負荷である、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記制御することは、更に、前記第2の周期数を決定することを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 制御が完了した後、前記モータの稼働時に前記方法を再開することをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記周期は半周期である、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記モータは、電化製品内のモータである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記電化製品は、衣類乾燥機、洗濯機、加熱炉、送風機、ポンプ、生ごみ処理機、または冷蔵装置である、請求項9に記載の方法。
- 前記位相遅れを検出することは、
前記モータ駆動信号の第1の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第1の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第1の位相遅れとして演算することと、
前記モータ駆動信号の第2の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第2の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第2の位相遅れとして演算することと、
演算された前記位相遅れから全体の位相遅れを算出することであって、当該全体の位相遅れを、前記モータ駆動信号の前記位相遅れと判定する、算出することと
を含んでいる、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 - 前記第2の周期数は、前記第1の周期数の少なくとも5倍以上である、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記モータ駆動信号は、50Hzまたは60Hzの交流に基づくものである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記モータは、その最大定格負荷未満で稼働する、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記制御中に、前記モータ駆動信号の位相遅れを検出することと、
前記制御中に、前記モータ駆動信号の、検出された前記位相遅れを第3の周期数ごとにメモリ領域に記憶することと、
記憶された前記位相遅れを、駆動中の前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することから得られる現在の位相遅れと比較することと、
前記比較によって、記憶された前記位相遅れが前記現在の位相遅れよりも長いことが示された場合は、駆動することに進み、そうでなければ制御することに進むこと、
を更に含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 - 先行する請求項のいずれかの方法を実行するコンピュータプログラム。
- 電気モータに対する開ループ電力制御のためのコンピュータプログラムが記録された、コンピュータが読み取り可能な媒体であって、実行された場合、
a)モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を与えることと、
b)第1の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により前記モータを駆動することと、
c)駆動中に前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することと、
d)前記位相遅れの検出に基づいて前記所望の制御ライン関数の前記ホールドオフ時間から決定した導通時間でサイリスタを導通させることと、
e)第2の周期数の間、位相遅れを制御することであって、当該制御することは、前記モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した前記導通時間に従って前記サイリスタを導通させることを含み、更に、制御を行うために必要とされる前記モータ駆動信号のフィードバックがない、制御することと、
を含む、媒体。 - 前記位相遅れを検出することは、
前記モータ駆動信号の第1の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第1の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第1の位相遅れとして演算することと、
前記モータ駆動信号の第2の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第2の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第2の位相遅れとして演算することと、
演算された前記位相遅れから全体の位相遅れを算出することであって、当該全体の位相遅れを、前記モータ駆動信号の前記位相遅れと判定する、算出することと
を含んでいる、請求項17に記載の媒体。 - 前記制御中に、前記モータ駆動信号の位相遅れを検出することと、
前記制御中に、前記モータ駆動信号の、検出された前記位相遅れを第3の周期数ごとにメモリ領域に記憶することと、
記憶された前記位相遅れを、駆動中の前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することから得られる現在の位相遅れと比較することと、
前記比較によって、記憶された前記位相遅れが前記現在の位相遅れよりも長いことが示された場合は、駆動することに進み、そうでなければ制御することに進むこと、
を更に含む、先行する請求項のいずれかに記載の媒体。 - 電気モータに対する開ループ電力制御のための装置であって、
電力信号の電圧成分のゼロ交差を検出する電圧交差検出部と、
電力信号の電流成分のゼロ交差を検出する電流交差検出部と、
第1の周期数と、第2の周期数と、所望の制御関数と、位相遅れと、算出されたサイリスタの導通時間と、を記憶するメモリ部と、
サイリスタと、
モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を与え、
第1の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により前記モータを駆動し、
前記電圧交差検出部と前記電流交差検出部との出力から、駆動中に前記モータ駆動信号の前記位相遅れを算出し、
前記位相遅れの検出に基づいて前記所望の制御ライン関数の前記ホールドオフ時間から決定した導通時間で前記サイリスタを導通させ、
第2の周期数の間、位相遅れを制御し、当該制御は、前記モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した前記導通時間に従って前記サイリスタを導通させることを含み、更に、制御を行うために必要とされる前記モータ駆動信号のフィードバックがない、位相遅れを制御すること
によってモータを制御し、前記サイリスタを導通させる処理部と、
を備える装置。 - 前記処理部は、前記制御中に、前記モータ駆動信号の位相遅れを更に検出し、
前記メモリ部は、前記制御中に、前記モータ駆動信号の、検出された前記位相遅れを第3の周期数ごとにメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、記憶された前記位相遅れを、駆動中の前記モータ駆動信号の前記位相遅れの前記検出から得られる現在の位相遅れと比較し、
前記比較によって、記憶された前記位相遅れが前記現在の位相遅れよりも長いことが示された場合、前記処理部は駆動に進み、そうでなければ、前記処理部は制御に進むことを特徴とする請求項20に記載の装置。 - 前記処理部は、前記算出中に、前記電流交差検出部と前記電圧交差検出部との出力の違いを比較することによって第1の位相遅れを検出し、
前記メモリ部は、前記第1の位相遅れをメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、前記算出の間に、前記電流交差検出部と前記電圧交差検出部との出力の違いを比較することによって第2の位相遅れを検出し、
前記メモリ部は、前記第2の位相遅れをメモリ領域に保存し、
前記処理部は、前記第1の位相遅れおよび前記第2の位相遅れに基づいて、前記モータ駆動信号の全体の位相遅れを演算し、
前記メモリ部は、前記全体の位相遅れをメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、前記全体の位相遅れを前記モータ駆動信号の前記位相遅れとして使用する、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
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