JPH07264887A - 単相誘導電動機の起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、単相誘導電動機の起動装置におい
て、起動巻線に接続されたトライアックが、ゲートに交
流電流が流れて半サイクル毎にオンオフを繰り返し、急
峻な波形で電流を投入すること及びノイズの発生を防止
するものである。 【構成】 単相誘導電動機１１は起動巻線１２と主巻線
１３を有し、起動巻線１２と直列にトライアック１５を
接続し、直列抵抗１６、ダイオード１７とコンデンサ１
８を直列に接続した整流平滑回路から、正特性サーミス
タ１９を介してトライアック１５のゲートに接続する。
よって、トライアック１５のゲート電流が直流であるた
め、従来例のようにオンオフを繰り返すことなく、起動
期間中安定してオンを持続して、起動が確実に行われ、
ノイズも発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気冷蔵庫用コンプレ
ッサモータ、あるいはポンプモータ等の単相誘導電動機
の起動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の単相誘導電動機の起動装置の一例
が、特願平５ー１００２０１号に開示されている。これ
を、図２を参照して説明する。単相誘導電動機１１は主
巻線１３と該主巻線１３に対して位相差を生ぜしめる位
置に配置された起動巻線１２とから成る。起動巻線１２
と直列に双方向性制御整流素子１５(以下トライアック
と称する。)が接続され、正特性サーミスタ１９に一端
を接続された電流制限抵抗１６の他端がトライアック１
５のゲートＧに接続される。

【０００３】起動のため単相誘導電動機１１に電源電圧
が印加されると、正特性サーミスタ１９が、常温で低抵
抗であるので、十分なゲート電流が流れてトライアック
１５がオンとなり、起動巻線１２に必要な電流が流れ
て、電動機は回転を始める。その後、正特性サーミスタ
１９は電流制限抵抗１６を通じて流れる電流で自己発熱
し高抵抗となるので、ゲート電流が小となり、トライア
ック１５はオフとなる。よって起動巻線１２の電流が遮
断され、電動機は定常運転となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、電流制限抵抗１６と正特性サーミスタ１
９を通じてトライアック１５のゲートに流れる電流は、
電源１４と同じ周波数の交流電流である。つまり単相誘
導電動機１１に電源電圧が印加され、正特性サーミスタ
１９の特性により、トライアック１５がオンしている所
定の時間は、ゲート電流が交流のため、電源周波数の半
サイクル毎に、トリガレベル以下となり、起動巻線電流
のゼロクロス点で一度オフし、次の半サイクルで、トリ
ガレベル以上に達するとオンする、とゆうように、オン
オフを繰り返している。図３にトライアック１５のゲー
ト電流と起動巻線１２の電流波形の例を示す。ゲート電
流が上昇し、トリガレベルに達すると、トライアック１
５がオンするが、その時点では電源電圧も上昇している
ため、その瞬間に急峻な立上りで起動巻線に電流が流
れ、ノイズを発生することとなる。

【０００５】単相誘導電動機１１に電源電圧が印加され
た直後は、正特性サーミスタ１９の温度が低く抵抗値が
小さいために、ゲート電流が多く流れ、時間の経過に伴
い正特性サーミスタの温度が上昇して抵抗値が大きくな
り、ゲート電流が流れ難くなるため、電源周波数の半サ
イクル毎のトライアックのオンするタイミングが遅くな
っていく。この現象について、図４を参照して詳細に説
明する。単相誘導電動機１１に電源電圧が印加された
後、トライアック１５のゲート電流による自己発熱によ
り正特性サーミスタ１５の温度及び抵抗値が上昇し、図
４(Ａ)に示すように、時間と共にトライアック１５に流
れるゲート電流が減少して行く。図４の(Ｂ)、(Ｃ)、
(Ｄ)、(Ｅ)の図はゲート電流の各ポイントに対応した起
動巻線電流の時間軸を拡大した１サイクル分の波形を示
す。トライアック１５をオンするためのゲート電流値
(トリガレベル)は、略一定であるため、正特性サーミス
タ１９を流れる電流(ゲート電流)がトライアック１５を
オンするタイミングが、単相誘導電動機１１の起動と共
に順次遅れ、ゲート電流が電源の正弦波のピーク値(位
相角９０度の点)に達してもトライアック１５をオンす
る値に達しなくなると、完全にオンしなくなる(図４の
(Ｅ))。言い換えると、単相誘導電動機１１の起動直後
は、正特性サーミスタ１９の温度が低く抵抗値が小さい
ために、正特性サーミスタ１９を介してゲート電流が多
く流れ、電源の正弦波の位相の早い時期(例えば位相角
１０度)にトライアックがオンする(図４(Ｂ))。そして
時間の経過に伴い正特性サーミスタ１９の温度が上昇し
て、抵抗値が大きくなり、ゲート電流が流れ難くなるた
め、トライアック１５がオンするタイミングが遅くな
る。その時に起動巻線電流波形は図４(Ｂ)、(Ｃ)、
(Ｄ)、(Ｅ)の順で変化して行く。ノイズは、起動時間全
域で発生しており、前記のように、電源の正弦波の位相
に対して、トライアック１５のオンするタイミングが遅
れる程、起動巻線１２に流れる急峻な立上りの電流値が
上昇し、それに伴い発生するノイズも強くなる。また電
源の正弦波の位相に対し９０度遅れてトライアック１５
がオンした場合は、ノイズの強さが最大となる(図４
(Ｄ))。強いノイズの発生は、ラジオ等の電波障害やコ
ンピュータの誤動作等の他の機器への悪影響が懸念され
る。

【０００６】次に、起動コンデンサ２１付の単相誘導電
動機１１の起動回路の構成を図５に示す。単相誘導電動
機１１に起動のため電源電圧を印加した場合も、前記に
説明したように、正特性サーミスタ１９の特性により、
トライアック１５のゲートには図４に示す波形のゲート
電流が流れる。それに伴い、起動巻線１２には、図４
(Ｂ)、(Ｃ)、(Ｄ)、(Ｅ)の順で変化する電流が流れる。
この場合、特に起動時間の後半の波形(図４(Ｄ))では、
起動巻線１２と直列に接続された起動コンデンサ２１に
は、半サイクル毎にトライアック１５がオンした時の急
峻な立上りの電流により、サージ電流が流れ高電圧が加
わるため、耐電圧の高いコンデンサを使用する必要があ
り、ノイズの発生もさらに大きくなる。

【０００７】又起動コンデンサ付の単相誘導電動機で
は、仕様により、起動巻線１２の電流位相が、電源電圧
に対し進み位相となる場合がある。その場合トライアッ
ク１５に流れるゲート電流の位相は電源電圧と同じであ
るため、起動巻線１２の電流位相はゲート電流より進ん
だ状態となる。図６にゲート電流と起動巻線電流の波形
の例を示す。前述のように、起動巻線１２の電流が、ト
ライアック１５のゲート電流より進み位相となる場合に
は、トライアック１５のＴ2端子とゲート端子が逆極性
となる時期があり(図の斜線の期間)、トリガモードは、
Ｔ2端子(＋)、ゲート端子(ー)(図６(Ａ))とＴ2端子
(ー)、ゲート端子(＋)(図６(Ｂ))の半サイクル毎の繰り
返しとなる。この場合後者のＴ2端子(ー)、ゲート端子
(＋)は、トライアックメーカーでゲート感度が保証され
ていないモードのため、一般に他のモードに比べゲート
感度が非常に悪い。このトリガモードとなる半サイクル
である図６の(Ｂ)点では、ゲート電流がトリガレベル以
下でありトライアックはオンできずに、ゲート電流が逆
極性となってトリガレベルに達する(Ｃ)点まで遅れるこ
とになる。そのため起動の前半部分でもトライアック１
５のオン位相が大幅に遅れ、起動コンデンサの影響もあ
って図６に示すようなサージを含む歪んだ波形となる。
よってノイズの発生のみならず起動トルクが減少しスム
ーズな起動が出来ない場合もある。

【０００８】次に分相起動コンデンサラン方式の単相誘
導電動機への適用について説明する。この方式は起動巻
線１２と直列に運転コンデンサ２２が接続され、従来例
の起動装置では、図７に示すように、運転コンデンサ２
２と並列にトライアックの主電極Ｔ2、Ｔ1が接続される
形となる。この方式では起動時に運転コンデンサ２２の
端子間に加わる電圧は、一般に電源電圧の１．５倍から
２倍にも達し、従来方式では、前述のように、起動時間
の後半(図４(Ｄ))において、その電圧の波高値近くまで
運転コンデンサ２２に充電された電荷が、トライアック
１５のオンの瞬間に放電される。そのためトライアック
１５を流れる電流の立上りは、トライアックの臨界オン
電流上昇率(ｄｉ／ｄｔ)の最大定格(一般に５０[Ａ/μ
ｓ]程度)を大幅に上回る１００から１０００[Ａ/μｓ]
以上に達し、これが起動終了まで半サイクル毎に繰り返
されるため、瞬時にトライアックを破壊することにな
り、運転コンデンサ２２も急激な放電の繰り返しにより
寿命を縮めることになる。このため高価なリアクトルや
特願平５ー１００２０１号に開示されている正特性サー
ミスタをトライアックに直列に挿入し、オン電流上昇率
を制限する必要が生ずる。これはコンデンサ起動コンデ
ンサラン方式の単相誘導電動機の場合もほぼ同様であ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の単相誘導電動機１１の起動装置は、主巻線１
３と起動巻線１２とを有する単相誘導電動機を起動する
起動装置において、前記起動巻線に直列に接続される双
方向性制御整流素子と、抵抗とダイオードとコンデンサ
が直列に接続された整流回路と、を備え、正特性サーミ
スタとバイパス抵抗との直列回路が前記コンデンサと並
列に接続され、前記正特性サーミスタとバイパス抵抗の
接続点を前記双方向性制御整流素子のゲートに接続した
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の単相誘導電動機の起動装置によれば、
起動時において、該単相誘導電動機１１に電源電圧が印
加されると、直列抵抗１６、ダイオード１７、コンデン
サ１８で構成された整流及び平滑回路により、コンデン
サ１８に直流電圧が生じ、その電圧によりトライアック
１５のＴ1端子、ゲート、正特性サーミスタ、コンデン
サの(ー)端子の順路で直流電流が流れ、それがゲート電
流となる。なお直列抵抗１６はゲート電流を制限し、起
動時間を必要な値に調整するため、またバイパス抵抗２
０はゲート電流を分流させトライアック個々のトリガレ
ベルのバラツキを補正し確実にオフさせるためのもので
ある。トライアック１５のゲート端子の極性は(ー)とな
り、ゲート電流は整流回路により直流化されているた
め、該トライアック１５は、半サイクル毎のオンオフの
繰り返し動作が無くなり、所定の起動時間オンを維持す
る。このことにより、従来例で半サイクル毎に発生して
いた該トライアック１５のオンの遅れによる起動巻線電
流の急峻な立上りは無くなり、起動時間全域で発生して
いたノイズは、ほぼ無くなる。その後、単相誘導電動機
１１が回転すると、正特性サーミスタ１９が、高温、高
抵抗となり、トライアック１５のゲートに流れる電流が
小となり、該トライアック１５がオフして単相誘導電動
機１１の起動巻線１２の電流が遮断される。

【００１１】起動コンデンサ２１付の単相誘導電動機１
１を、本発明の起動装置にて起動させた場合にも、起動
装置は、前記と同様の動作をすることにより、半サイク
ル毎に発生していた該トライアック１５のオンの遅れに
よる起動巻線電流の急峻な立上りは無くなり、起動時間
全域で発生していたノイズはほぼ無くなると共に、起動
巻線１２と直列に接続された起動コンデンサ２１には、
サージ電流が流れなくなるため、耐電圧の高いコンデン
サを使用する必要がなくなる。また単相誘導電動機１１
の仕様により起動巻線１２の電流位相が、電源電圧に対
して進み位相となる場合でも、トライアック１５のゲー
ト電流が直流で、ゲート端子は(ー)のみのため、トリガ
モードはＴ2端子(ー)ゲート端子(ー)と、Ｔ2端子(＋)ゲ
ート端子(ー)となり、トライアックメーカで保証されて
いないトリガーモードＴ2端子(ー)ゲート端子(+)の使用
を避けることができ、安定したトライアックの制御が可
能となる。

【００１２】起動コンデンサ２１と運転コンデンサ２２
が付いた単相誘導電動機１１を本発明の起動装置にて起
動させた場合にも、起動装置は前記と同様の動作をする
ことにより、半サイクル毎に発生していた該トライアッ
ク１５のオンの遅れがなくなり、この時の運転コンデン
サ２２の電荷の急峻な放電によるトライアック１５の破
壊はなくなり、運転コンデンサ２２も急激な放電の繰り
返しがなくなるので従来方式に比べると寿命が延長され
る。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
単相誘導電動機１１は主巻線１３と起動巻線１２とから
成る。主電極Ｔ1、Ｔ2及びゲートＧを有するトライアッ
ク１５が起動巻線１２と直列に接続される。抵抗１６と
ダイオード１７及びコンデンサ１８が直列に接続された
整流平滑回路が電源に接続され、正特性サーミスタ１９
とバイパス抵抗２０との直列回路がコンデンサ１８と並
列に接続される。正特性サーミスタ１９とバイパス抵抗
２０の接続点がトライアック１５のゲートＧに接続され
る。よって電源が投入されると、ダイオード２２で整流
された直流電流がゲートＧに流れるため、トライアック
１５はオンして、起動巻線１４に電流が流れ、単相誘導
電動機１１が起動する。ゲート電流が直流であるため、
前述のようなオンオフの繰り返しを生ずることなく安定
に起動を行うことができる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、本発明では、トライアッ
クを用いた起動回路において、小数の部品の追加によっ
て、トライアックのゲート電流を直流化することによ
り、起動時のノイズを大幅に減少させることができる。
また起動装置にコンデンサが接続されている場合におい
ても、半サイクル毎にトライアックがオンオフすること
がなくなるので、急峻な電流変化によるコンデンサのス
トレスが減少し、耐電圧を下げたり、寿命を延ばすこと
ができる。さらに起動巻線の電源位相に関係なく、安定
したトライアックのオンオフが可能となり、信頼性の高
い起動装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回路図である。

【図２】従来例の回路図である。

【図３】同上のゲート電流と起動巻線の電流波形を示す
図である。

【図４】同上のゲート電流の変化を表す図(Ａ)、及び、
その各ポイントに対応する起動巻線電流の１サイクル分
の波形を示す図(Ｂ)、(Ｃ)、(Ｄ)、(Ｅ)である。

【図５】従来例を起動コンデンサ付の単相誘導電動機に
適用した回路図である。

【図６】同上のゲート電流と起動巻線電流の関係の一例
を示す図である。

【図７】従来例を起動コンデンサと運転コンデンサが付
いた単相誘導電動機に適用した回路図である。

【符号の説明】

１１ 単相誘導電動機 １２ 起動巻線 １３ 主巻線 １５ トライアック １６ 抵抗 １７ ダイオード １８ コンデンサ １９ 正特性サーミスタ ２０ バイパス抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主巻線と起動巻線とを有する単相誘導電
   動機を起動する起動装置において、前記起動巻線に直列
   に接続される双方向性制御整流素子と、抵抗とダイオー
   ドとコンデンサが直列に接続された整流回路と、を備
   え、正特性サーミスタとバイパス抵抗との直列回路が前
   記コンデンサと並列に接続され、前記正特性サーミスタ
   とバイパス抵抗の接続点を前記双方向性制御整流素子の
   ゲートに接続したことを特徴とする単相誘導電動機の起
   動装置。