JPH0352515A - 誘導電動機の制御回路及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、誘導電動機の制御回路に係るもので、特に誘
導電動機を使用するレシプロ方式の圧縮器を適用する冷
蔵庫等における誘導電動機の制御回路及び制御方法に係
るものである。

「従来の技術」 このように誘導電動機を利用する冷蔵庫及び冷暖房空調
器等の消費電力を節約するための電気応用機器において
は、従来、電動機の起動時及び稼動時の区分なしに一定
の電力を供給する制御回路が構成されていた。

これらは、通常サイリスタを利用して、電流が安定に供
給されるように誘導したのに過ぎなかった。例えば、一
対のサイリスタを電源のトランスに並列に連結し、その
出力を電動機に印加する方式では、双方向性の電流を供
給しながら正電圧と負電圧が電流における速度変化を強
制的に行わせることにより過大な電圧変化率を防止して
電動機の速度を一定に維持させていた。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、誘導電動機を使用するレシブロ方式の圧縮機に
おいては、電圧変動を勘案して定格電圧の−２０％程度
においても電動機が起動されることができるので、上記
のように一定電圧を印加する場合に電力の損失を誘導し
、特に誘導電動機はその起動初期には過電圧が必要であ
るが、起動後には定格電源の−５％〜２０％（８０〜９
５％）の電力が必要になるのである。

「課題を解決するための手段」 このような点を勘案する時、第一に、電力損失に対して
電圧変動を勘案した電源電圧を感知して出力を常に一定
にするようにマイクロプロセッサが演算判別処理して圧
縮機の入力を制御し、第二に、起動電力と稼動電力の差
異によって損失された変動電圧も起動後に一定の時間を
マイクロプロセッサが演算処理して最適値の圧縮機の入
力電力として制御し、第三に、瞬間停電による圧縮機の
過負荷を防止するために所定時間以上の瞬間停電になる
と、一定の時間の間圧縮機の起動を遅延させたのち、再
起動されるようにした。

従って、本発明によるマイクロプロセッサは、プログラ
ミングにより出力電圧を区分して制御し、出力電圧の比
例常数の偏差ＰＩＤ制御時に９０ｍｓ以上の瞬間停電の
有無を判断し、電源電圧を検知するようにアナログ／デ
ィジタル入力を演算処理し、上記電源電圧が定格電源の
−２０％の以下である場合には電源の再投入を要請する
ようにリセットを表示し、一方、定格電源の２６％以上
である場合には所定の時間１〜５分の間遅延させた後、
定格電圧以上であるか否かを判断している。

また、定格電圧以上において入力電圧が定格電圧の−１
２．５％以上であるか否かを判断して以上でない場合に
は電源入力を９０％以上になるようにｌ〜３分の間位相
制御した後、８０％以上の位相制御し、定格電圧のー１
２．５％以上である場合、電源入力を８０％以上の０．
２〜３分の間位相制御した後、電源入力が６０〜９０％
程度の位相を制御する。

一方、定格電圧以上において定格電圧の＋１２．５％以
下である場合には電源入力の７０〜９０％程度の位相制
御を０６１〜３分間実施し、電源入力の５０〜８０％の
位相制御をし、定格電圧の＋ｌ２．５％以下である場合
には電源入力の６０〜８０％の位相制御を０．１〜２．
５分間実施し、その後、電源入力の４０〜７０％程度の
位相制御をするが、これは出力電圧による区分制御方式
であり、出力ＰＩＤ方式においては定格電圧の−１２．
５％以上と＋１２．５％以下を判断し、それにより電源
入力を所定の時間の間位相制御をした後には電源入力が
入力信号範囲内にあると、比例入力偏差制御をして電源
入力の４０〜９５％の位相制御をし、そうでない場合に
はリセット状態になるとか、故障表示をする。

このような作動をするために本発明は、電源入力の電圧
を感知する電源入力感知手段を具備した感知回路と、電
源入力に対する定格電圧をアナログ／ディジタル入力と
して電源値を演算し、所定周期の出力を発生させて電動
機を制御するマイクロプロセッサと、マイクロプロセッ
サの一つ以上の出力を利用して鋸歯波の一定の周期の発
振周波数を発生させ、これを上記感知手段に印加する発
振回路と、瞬間停電を感知する感知手段と瞬間停電感知
手段を具備した瞬間停電感知回路と、マイクロプロセッ
サの出力により電動機の作動を誘導する駆動回路とを備
えた制御回路を提供する。

したがって、本発明は誘導電動機の起動及び稼動中に発
生される電力の損失を極少化するようにした誘導電動機
の制御回路を提供することを目的とする。

本発明は誘導電動機の起動及び稼動中に発生される電力
の損失をマイクロプロセッサの演算処理により損失を極
少化させる誘導電動機の制御方法を提供することを目的
とする。

「実施例」 本発明を添付図面に基づいて詳細に説明すると、次のよ
うである。

第１図において、本発明による電源回路は、プラグ６０
１と、ヒューズ６０２と、一次巻線がバリスタ６０３と
並列に接続されたトランス６０４とを備えている。この
トランス６０４の二次巻線の両端にはブリッジ整流回路
６０５の交流端子が各々接続され、この整流回路６０５
の正負端子間に（所定の遅延時間を持つ）平滑用コンデ
ンサＣ，及び抵抗Ｒ１が接続され、更に精密レギュレー
夕回路が連結されている。この精密レギュレー夕回路は
、精密レギュレータ集積回路６０６及び定電圧ダイオー
ドＤ１と平滑回路で並列接続されたコンデンサＣ，及び
ダイオードＤ，とで構成される。

このような電源回路がマイクロプロセッサ７００の電源
端子Ｖｃｅ及び図示略の接地端子に各々接続されている
。

一方、トランス６０４の一次巻線の両端には、直列接続
の抵抗Ｒ．及びコンデンサＣ，が接続され、更に、後述
するブリッジ整流回路４０１を経由して電動機４０２が
接続されている。

電圧変動感知回路ｌＯＯは、抵抗Ｒ．及び精密レギュレ
ータ集積回路６０６の中継端及び接地間に接続された直
列抵抗Ｒ，及び抵抗Ｒ３と、これら直列抵抗の中間端に
接続される反転端子を持ち、後述の鋸歯波発振回路２０
０からの出力が印加される非反転端子を持つ演算増幅器
１０１と、この演算増幅器１０１の出力と精密レギュレ
ー夕回路の後端とに並列接続された抵抗Ｒ４の信号を入
力とするＮＯＴゲート１０２とを備えている。

したがって、電源印加時に上記コンデンサＣＩが充電さ
れた後、上記抵抗Ｒ，には電圧、即ち′（ここで、■旧
は抵抗Ｒ，に掛る電圧である）が印加されて、電源電圧
が変化すると、上記抵抗Ｒ，に印加される電圧も変化す
る。

一方、演算増幅器１０１の基準端子として使用される非
反転端子（＋）は、後述するマイクロプロセッサ７００
の出力端子（Ｐ，〜Ｐ．）に接続された鋸歯波発振回路
２００の出力を入力とする。

この鋸歯波発振回路２００はディジタルランプで、上記
マイクロプロセッサ７００のディジタルカウント出力端
子（Ｐ，〜ｐｇ）を通じて順序的に出力することにより
鋸歯波を発生させるように梯形に抵抗（　ｒｔ　ａ〜Ｒ
ｔｓ）を接続させ、抵抗（ＲＳ〜Ｒｌ３）にこれと接続
されたコンデンサＣ３とで構成されている。したがって
、所定の周期の鋸歯波電圧が上記演算増幅器１０１に印
加される。この鋸歯波電圧は第３図（Ｃ）に図示のよう
である。

上記マイクロプロセッサ７００は上記抵抗Ｒ，に印加さ
れる電圧の変動により上記演算増幅器１０ｌの低レベル
又は高レベルの出力をＮＯＴゲー｝１０２を通じて入力
されるが、第３図（Ｂ）に図示されたａ波形のように抵
抗Ｒ，に掛る電源入力が低い場合には第３図（Ａ）の初
期波形のように比較的に短い周期の出力電圧が印加され
、定常電源が印加される場合には第３図（Ｂ）のｂ波形
が印加されるため、第３図（Ａ）の中間の波形のように
多少の周期が長くなったパルスが上記ＮｏＴゲートｌ０
２を経由して印加され、高い電源電圧が印加される場合
には第３図（Ｂ）のＣ波形が印加されて第３図（Ａ）の
最終の波形のように周期が長いパルスが上記ＮＯＴゲー
ト１０２を経由して上記マイクロプロセッサ７００の端
子Ｐ，に印加される。

上記マイクロプロセッサ７００は定常電源入力が第３図
（Ｄ）の図示のように起動時と稼動時の区分なしに精密
レギュレー夕回路から印加されるが、電源変動を上記の
ように端子Ｐ，から感知する場合に電源入力が低い場合
と高い場合により電源入力を位相制御するようにする。

即ち、上記マイクロプロセッサ７００の出力端子Ｐ，は
、電源入力が低い場合に第３図（Ｅ）の初期の波形のよ
うに短い周期のパルスを発生させ、電源入力が高い場合
に長い周期のパルスを発生させる。

又、上記マイクロプロセッサ７００は、停電或は定格電
圧の−２６％以上を感知する場合に、そのリセット端子
Ｐ．をエネイブル状態にして抵抗Ｒｌｌと接続された発
光ダイオードＬＥＤ．を点澄させて、使用者にリセット
状態とか故障を知らせる。

上記マイクロプロセッサ７００のインタラブト端子Ｐ７
には電源入力の異常を感知する異常電源感知回路３００
が接続される。

この異常電源感知回路３００は定格電圧が−２６％以上
になるとか、停電される時に抵抗Ｒ，とコンデンサＣＩ
とで構成された遅延回路から上記コンデンサＣ１の放電
電流を受信する判別回路３０ｌを具備する。上記判別回
路３０１は比較器であることもできるし、これは上記コ
ンデンサｃｌからの信号が印加されると、低レベル信号
が抵抗Ｒ，，を経由して上記マイクロプロセッサ７００
に印加されるようにし、これをもってマイクロプロセッ
サ７００が上記発光ダイオードＬＥＤ．を点澄させるよ
うにする。なお、符号Ｃ４，Ｃｍはコンデンサである。

一方、上記マイクロプロセッサ７００の出力端Ｐ８から
の出力を受信する電動機駆動回路４００は上記において
のように電源回路のトランス６０４に接続されるが、上
記トランス６０４の一次側の一端に接続されたブリッジ
回路４０１と抵抗Ｒ１４を経由して接続されたフォトカ
プラ４０４と、上記フォトカブラ４０４の作動により制
御されるサイリスタ４０３とで構成されている。抵抗Ｒ
．はコレクタ抵抗であり、抵抗Ｒｌ７及びコンデンサＣ
ｌｌは上記サイリスタ４０３のゲート接地遮断素子であ
る。

上記電動機駆動回路４００は第３図（Ｅ）の波形及び（
Ｇ）波形のような所定の周期を持つパルスが上記フォト
カプラ４０４に印加されることにより上記サイリスタ４
０３はパルス周期を除外した期間の間ゲート状態になっ
て上記ブリッジダイオード４０１に接続された電動機４
０２に第３図（Ｆ）の波形とか、（Ｈ）の波形の電源を
印加するようになる。したがって、低い電流印加時に上
記電動機４０２は電源入力の時間が長くなり、高い電流
印加時に電源入力の時間が短く作動するようになる。

上記マイクロプロセッサ７００の端子Ｐ６に接続された
電動機出力感知回路５００はよく知られている公知の技
術であるので、ここではその説明を省略する。

このような構成及び作動をするように本発明のマイクロ
プロセッサ７００は第２Ａ図及び第２Ｂ図に示すような
動作流れを持つ。

第２Ａ図及び第２Ｂ図はそれぞれ本発明の原理により適
用され得る制御方法として出力電圧による区分制御方式
と出力比例常数の偏差ＰＩＤの制御方式を示したもので
同一制御方法においては同一番号を並記して記述される
。

電源入力（段階１０）があると、段階１ｌから瞬間停電
の発生を判断するが、このような瞬間停電感知手段は上
記コンデンサＣ，の所定の充電時間を基準として感知す
るもので、例えば９０ｍｓ以下であるかを判断する。も
し、瞬間停電時間が９０＋＋＋ｓ以下でない場合には電
源入力を指図するようになり、以下である場合には電源
電圧を検知して段階１２でその入力を演算する。

その次に、段階ｌ３で定格電源の−２６％以上であるか
を判断して−２６％以上でない場合に段階！４でリセッ
ト状態になって上記発光ダイオードＬＥＤ．を点燈する
ようになり、使用者に瞬間停電状態を知らせる。

定格電源の−２６％以上である場合に、自体的に段階ｌ
５においては１〜５分の所定の期間の間カウントを継続
して現在の状態で定格電圧が印加されることを持つよう
になる。その次に、電源が印加されたことを確認した状
態で定格電圧の異常があるか否かを判断するが（段階１
６）、定格電圧の異常がある場合には定格電圧の−１２
．５％以上であるか否かを判断して（段階１７）１〜３
分の所定の期間の間電源入力の９０％以上の位相制御を
するとか（段階ｌ９）、電源入力の８０％以上の位相制
御（段階２０）を０．２〜３分の間するようになる。一
方、定格電圧の異常が発生した場合において定格電圧の
＋１２．５％以下であるかを判断した時（段階１８）に
は電源入力の７０〜９０％の位相制御を０．１〜３分の
間するとか（段階２ｌ）、電源入力の６０〜８０％の位
相制御（段階２２）を所定の期間Ｏ．１〜２．５分の間
するようになる。

したがって、出力電圧による区分制御において上記段階
１９を経由しては段階２３において電源入力の８０％以
上を位相制御するようになり、上記段階２０を経由して
は段階２４において電源入力の６０〜９０％の位相制御
をするようになり、上記段階２ｌを経由しては電源入力
の５０〜８０％の位相制御をし、上記段階２２を経由し
ては電源入力の４０〜７０％に位相制御をするようにな
る。又、ＰＩＤ制御方式において上記マイクロプロセッ
サ７００は電源入力の位相制御をする間に第２図（Ｂ）
に図示のように段階３３で電動機出力検知信号を受信し
て位相制御信号が入力信号範囲内にあるかを判断するよ
うになる（段階３０）。

検知信号は、入力信号範囲内にないと、リセット状態（
段階１４）となり、入力信号範囲内にあると、ＰＩＤ制
御をして電源入力を４０〜９５％の位相制御を段階３ｌ
及び３２別に遂行するようになる。

「発明の効果」 したがって、本発明は誘導電動機の過電圧を自動に防止
して過電圧による応用機器の焼損を減し、過電圧が印加
される起動時の騒音を減らすことができ、本発明を適用
すると１０〜３０％の節電効果を持つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導電動機の制御回路を示す詳細
回路図、 第２Ａ図及び第２Ｂ図は本発明の誘導電動機制御を示し
たフローチャート図、 第３図は本発明の作動を示した波形図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力電源の電圧変動により変動電圧を感知する感
   知手段を具備した電圧変動感知回路と、上記電源入力に
   対する定格電圧をディジタル入力として電源の値を演算
   し、所定周期の出力を発生させて電動機を制御するマイ
   クロプロセッサと、上記マイクロプロセッサからの一つ
   以上の出力を鋸歯波の一定の周期の発振周波数として上
   記電圧変動感知手段に印加する鋸歯波発振回路と、上記
   マイクロプロセッサに連結されて瞬間停電及び定格電圧
   −２６％以下の異常入力電源を感知する感知手段を具備
   した異常電源感知回路と、上記マイクロプロセッサの出
   力により電動機の作動を誘導する電動機駆動回路とを備
   えた誘導電動機の制御回路。
2. （２）電源入力の変動を感知する手段がその入力端に一
   つ以上の分圧抵抗を持っており、その出力端には所定以
   上の電圧変動時に電圧変動を検出する演算増幅器を具備
   した電圧変動感知回路からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の誘導電動機の制御回路。
3. （３）電源の入力を所定時間遅延させる遅延回路に接続
   され、定格電圧の−２６％以下である場合と停電時に遅
   延回路の放電電流を受信して停電であることを判別する
   判別手段を具備した停電感知回路からなる特許請求の範
   囲第１項記載の誘導電動機の制御回路。
4. （４）マイクロプロセッサの所定周期のパルスにより所
   定の期間の間作動するフォトカプラと、このフォトカプ
   ラの作動期間の以外に作動するスイッチング手段を具備
   して、低い入力電源においては長い周期の間誘導電動機
   を駆動させ、高い入力電源においては短い周期の間誘導
   電動機を駆動させるようにした誘導電動機の駆動回路か
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘
   導電動機の制御回路。
5. （５）瞬間停電入力が所定時間以下であるか否かを判断
   する段階と、瞬間停電判断により電源入力を検知して検
   知信号に基づいて入力信号を演算する段階と、定格電源
   の−２６％以上であるか否かを判断する定格電源判断段
   階と、定格電源以上でないとか、停電時に電源入力を再
   投入し、リセット状態となる段階と、定格電源が−２６
   ％以上である場合、所定の時間の間待機状態になって定
   格電源の入力を誘導する段階と、その後定格電圧以上で
   あるか否かを判断する段階と、定格電圧が−１２．５％
   以上でない場合、電源入力の９０％以上の位相制御をし
   、反対に定格電圧が−１２．５％以上である場合、電源
   入力の８０％以上を位相制御し、定格電圧の＋１２．５
   ％以下でない場合、電源入力の６０〜８０％の位相制御
   をし、これとは反対に定格電圧の＋１２．５％以下であ
   る場合には電源入力の７０〜９０％の位相制御をする段
   階を備えた誘導電動機の制御方法。