JPH0795785A - 電動機の制御方法 - Google Patents

電動機の制御方法

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JPH0795785A
JPH0795785A JP5236695A JP23669593A JPH0795785A JP H0795785 A JPH0795785 A JP H0795785A JP 5236695 A JP5236695 A JP 5236695A JP 23669593 A JP23669593 A JP 23669593A JP H0795785 A JPH0795785 A JP H0795785A
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JP
Japan
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time
maximum voltage
electric motor
vibration
conduction angle
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JP5236695A
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English (en)
Inventor
Kazufumi Tateishi
石 和 文 立
Yoshito Shinohara
原 良 人 篠
Hiroshi Chin
鴻 沈
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Ebara Corp
Kasuga Denki Inc
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Ebara Corp
Kasuga Denki Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の振動を抑制することのできる電動機の
制御方法を提供する。 【構成】 電源経路の各相にスイッチング素子を逆並列
に接続し、これら各スイッチング素子に加わる電圧の導
通角を制御して緩速始動、緩速停止するに当たり、始動
時に、導通角を始動トルクを発生させ得る値から緩やか
に増大させ、最大電圧に近い所定値に到達した以降、急
速に増大させ、停止時に、導通角を最大電圧からこの最
大電圧に近い所定値まで急速に減少させ、これ以降は穏
やかに減少させる、ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電源経路の各相にスイ
ッチング素子を逆並列に接続し、これら各スイッチング
素子により電圧の導通角を制御することによって緩速始
動及び緩速停止をさせる電動機の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例え
ば、ファン、ポンプ、ブロア等の軽負荷を駆動する場
合、電動機を緩速始動及び緩速停止させる方法として、
その電源経路の各相にスイッチング素子を逆並列に接続
し、これら各スイッチング素子に加わる電圧の導通角を
制御して電動機電圧を制御する方法がある。図7(a) は
緩速始動、緩速停止に対応する導通角と時間との関係を
示し、図7(b) はこれに対応するポンプの回転数と時間
との関係を示している。
【0003】ここで、始動時においては、導通角を、始
動トルクを発生させる大きさから、時間の二乗に比例し
て増大する曲線に従って最大値まで順次広くし、停止時
においては、導通角を時間の二乗に比例して減少する曲
線に従って順次狭めていた。
【0004】かかる制御を実行すると、図から明らかな
ように、導通角を最大値に近付ける過程、すなわち、時
刻t1 の前後と、導通角を最大値から順次小さくしよう
とする過程、すなわち、時刻t2 の後とで、それぞれポ
ンプに振動が発生する。これは、電動機の速度が導通角
に追随せずにオーバシュート、アンダシュートを繰り返
すためと考えられる。
【0005】周知の如く、ポンプが振動すると騒音を発
生する他、末端でウォータハンマ現象を起こしたり、寿
命に影響を及ぼしたりするという問題があった。また、
ポンプ以外の、例えば、ファン、プロア等の軽負荷を駆
動する電動機を上述したと同様に、スイッチング素子に
加わる電圧の導通角を制御して緩速始動、緩速停止した
場合も同じく振動して騒音が発生し、また、寿命に影響
を及ぼすという問題があった。
【0006】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、電源経路の各相にスイッチング素子を逆
並列に接続し、これら各スイッチング素子に加わる電圧
の導通角を制御して緩速始動、緩速停止する場合に、負
荷の振動を抑制することのできる電動機の制御方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、電源経路の各
相にスイッチング素子を逆並列に接続し、これら各スイ
ッチング素子により電圧の導通角を制御することによっ
て緩速始動及び緩速停止をさせる電動機の制御方法にお
いて、始動時に、導通角を始動トルクを発生させ得る値
から緩やかに増大させ、最大電圧に近い所定値に到達し
た以降、急速に増大させ、停止時に、導通角を最大電圧
からこの最大電圧に近い所定値まで急速に減少させ、こ
れ以降は穏やかに減少させる、ことを特徴としている。
【0008】好ましくは、始動時の最大電圧に近い所定
値として、負荷の振動が予測される直前の値、または、
振動し始める時点の値を用いる。
【0009】また、停止時の最大電圧に近い所定値とし
て、負荷の振動が予測される範囲の下限の値を用いると
よい。
【0010】
【作用】電源経路の各相に接続したスイッチング素子に
よる電圧の導通角を、例えば、ポンプ負荷に応じて種々
に変化させて実験を繰返す過程で、発明者は、振動の発
生する区間にて導通角を急速に変化させた時に振動が小
さくなることを発見した。
【0011】そこで、本発明においては、始動時におけ
る最大電圧に近い所定値に到達した時点と、停止時の最
大電圧に対応する値から下げる時点でそれぞれ導通角を
急速に変化させるようにしたので、ポンプの振動を確実
に抑制することができる。
【0012】この場合、負荷が振動する位置を予測した
り、あるいは、振動自体を検出したりすることができる
ので、始動時の最大電圧に近い所定値としては、負荷の
振動が予測される直前の値、または、振動し始める時点
の値とすることができ、さらに、振動が停止する位置の
予測も可能であることから、停止時には振動が予測され
る範囲を過ぎるまで導通角を急速に減少させるようにす
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によって詳
細に説明する。図1はこの発明を実施する装置の構成例
を示すブロック図であり、負荷としてポンプを駆動する
場合を示している。同図において、三相交流電源1から
電動機5に電力を供給するU,V,W相の各経路にそれ
ぞれ半導体スイッチ2,3,4が接続されている。電動
機5にはポンプ6が結合されている。そして、三相交流
電源1のU相とV相とに、単相の変圧器7の一次側が接
続され、この変圧器7の二次側には整流回路8が接続さ
れている。整流回路8はマイクロコンピュータ9に駆動
電力を供給するものである。また、変圧器7の二次側に
は電源同期信号を生成する同期信号発生回路10が接続さ
れている。そこで、マイクロコンピュータ9は同期信号
発生回路10の同期信号に基いて半導体スイッチ2,3,
4に加わる電圧の導通角を制御する。
【0014】図2は半導体スイッチ2,3,4の構成例
で、ここではサイリスタ12とサイリスタ13とが逆並列接
続され、マイクロコンピュータ9がこれらのサイリスタ
の各ゲートに点弧パルスを加えるようになっている。
【0015】図3は同期信号発生回路10の詳細な構成を
示す回路図である。これは、ダイオードD1 によって半
波整流した電圧を、他端を接地した抵抗器R1 の一端に
発生させ、さらに、抵抗器R2 及びコンデンサCでなる
積分回路を介して演算増幅器OPの反転入力端子(−)
に加える。一方、演算増幅器OPの出力端子と接地点と
の間に、抵抗器R3 、R4 が直列に接続され、これらの
抵抗器の相互接続点が演算増幅器OPの非反転入力端子
(+)に接続されている。また、演算増幅器OPの出力
端子は抵抗器R5 を介して直流電源VDDに接続されてい
る。
【0016】上記のように構成された本実施例の動作に
ついて以下に説明する。三相交流電源1のU相、V相の
線間電圧が変圧器7によって降圧されて、整流回路8に
入力される。整流回路8は入力電圧を全波整流、平滑し
てマイクロコンピュータ9に加える。一方、同期信号発
生回路10は半波整流信号から交流電源電圧のゼロクロス
点毎にレベルが反転する矩形波信号を出力する。マイク
ロコンピュータ9はこの矩形波信号の立上がりを検出し
て半導体スイッチ2,3,4にて導通角、すなわち、図
2に示したサイリスタ12,13の点弧角を制御する。
【0017】図4は始動時及び停止時の導通角と、これ
に対応するポンプの回転数の変化を示すものである。す
なわち、図4(a) に示すように、始動時には、導通角を
始動トルクを発生する値から時間の二乗に比例して増大
する曲線に従って増大させると、ポンプの回転数も、図
4(b) に示すように、増大する。
【0018】このうち、時間の二乗に比例して増大する
曲線として、例えば、次式の関数値を採用することがで
きる。
【0019】 α=ω・t2 +Co …(1) ただし α:導通角 ω:傾きを表す係数 t:時間 Co :始動トルクを発生させ得る値 である。
【0020】ここで、導通角が最大電圧に対応する値に
近付くと前述したようにポンプは振動する。この振動は
大きな振幅で多数回に亘るが、本実施例では実験を繰返
すことによって適切に定めた値に到達した時刻t11
て、導通角を最大電圧に対応する値まで急速に増大させ
る。このように、導通角を急速に増大させた場合には、
図7を用いて説明した大きな振動は現れず、短時間にて
定格回転数に整定する。
【0021】一方、ポンプの運転を停止する場合には前
述したように、時間の二乗に比例して減少する曲線に従
って導通角を減少させるが、その最初の時刻t12にて、
最大電圧に対応する値から、実験を繰返すことにより適
切に定めた値、すなわち、振動を発生する範囲のほぼ下
限まで導通角を急速に減少させる。この場合もまた、図
7を用いて説明したような大きな振動を伴うことはな
く、振幅の小さい数回の振動が現れるだけで、その後は
振動は発生しない。
【0022】なお、二乗に比例して減少する曲線とし
て、例えば、次式の関数値を採用することができる。
【0023】 α=C1 −ω・t2 …(2) ただし α:導通角 C1 :停止開始時の導通角 ω:傾きを表す係数 t:時間 である。
【0024】図5は上記の制御を実行するマイクロコン
ピュータ9の処理手順を示すフローチャートである。こ
こでは、マイクロコンピュータの通常の初期設定(ステ
ップ101〜104 )を実行した後、電源周波数が50Hz
か60Hz かを判定し(ステップ105 )、続いて、エラ
ーが有ればこれに応じた処理(ステップ 106〜108 )
を、緊急停止指令があればその処理(ステップ 109〜11
0 )を実行する。
【0025】次に、始動に対応する加速の指令か、停止
に対応する減速の指令かを判定し(ステップ111 )、加
速であれば判定した周波数、加速曲線の始点、瞬時に増
大させる始点、瞬時に減少させる終点等のパラメータを
入力して曲線の係数を計算し(ステップ112 〜114 )、
続いて、全電圧運転中でないことを確認した後、加速曲
線の値を求め、対応するタイミング毎に点弧パルスを発
生すると共に加速を表示する(ステップ 118〜121 )。
一方、減速であれば、減速曲線の値を求め、対応するタ
イミング毎に点弧パルスを発生すると共に減速を表示す
る(ステップ 115〜117 )。また、全電圧運転中であれ
ば全電圧に対応するタイミングで点弧パルスを発生する
と共に全電圧運転を表示する(ステップ 122〜124 )。
【0026】以上の処理によって、始動時には導通角を
緩やかに増大させ、最大電圧に近い所定値に到達した以
降、導通角を急速に増大させ、停止時には最大電圧から
この最大電圧に近い所定値まで導通角を急速に減少さ
せ、これ以降は導通角を穏やかに減少させる制御が可能
となる。
【0027】ところで、上記の制御方法を採用してポン
プの振動を抑えたとしても、サイリスタの点弧に伴う電
源ノイズが発生する。この電源ノイズは同期信号を生成
する過程で悪影響を及ぼすことがある。以下、この電源
ノイズの影響を除去する方法を図6を用いて簡単に説明
する。
【0028】同期信号を得るべく、電源電圧を半波整流
して同期信号発生回路(図3)に入力すると図6(a) に
示す信号が得られる。この場合、図6(b) に示したよう
に、交流の負の半波に対応する期間を「H」レベルに、
交流の正の半波に対応する期間を「L」レベル、すなわ
ち、接地レベルにしたり、あるいは、図6(c) に示した
ように、交流の正の半波に対応する期間を「H」レベル
に、交流の負の半波に対応する期間を「L」レベル、す
なわち、接地レベルにしたりすることができる。いずれ
の場合においても、「L」レベルの期間にはノイズが含
まれず、「H」レベルの期間にのみノイズが含まれる。
【0029】ここで、図6(b) に示す如く、矩形波信号
の立下がりを検出して同期信号を生成したとすれば、そ
の直前に発生したノイズによっても同期信号が生成され
ることになり、このノイズの影響は除去し難い。しかる
に、図6(c) に示す如く、矩形波信号の立上がりを利用
して同期信号を生成したとすれば、その直前の「L」レ
ベル期間にはノイズが発生せず、ノイズのない所定の期
間を経過した最初の立上がりを検出する結果となり、仮
に、「H」レベル期間にノイズが含まれていたとして
も、同期信号を生成してから半サイクル時間以上に亘っ
て信号の立上がりを無効化する手法をとれば、ノイズの
影響を除去することができる。これらの無効化はマイク
ロコンピュータのソフトウェアによって容易に実施する
ことができる。これによって、位相制御に必要不可欠な
確度の高い同期信号が得られる。
【0030】なお、上記実施例では、導通角を急速に増
大させる値を実験によって予め決めたが、この代わりに
ポンプ6の振動を検出する装置を設け、振幅が大きくな
る直前に発生する比較的振幅の小さい振動を検出して、
導通角を急速に増大させるようにしてもよい。
【0031】なおまた、上記実施例では、半導体スイッ
チ2,3,4として逆並列接続したサイリスタを用いた
が、この代わりにトライアック(双方向3端子サイリス
タ)を用いても上述したと同様な制御ができることは言
うまでもない。
【0032】ところで、上記実施例では二次曲線に従っ
て導通角を徐々に増大させたが、簡易的には次式を採用
することもできる。
【0033】 α=ω・t+Co …(3) ただし α:導通角 ω:傾きを表す係数 t:時間 Co :始動トルクを発生させ得る値 である。
【0034】また、上記実施例では加速曲線及び減速曲
線に従って導通角を制御したが、フィードバック制御を
採用することによって、さらに、精度の高い位相制御を
することができる。
【0035】さらにまた、上記実施例ではポンプ駆動用
電動機の制御について説明したが、本発明はこれに適用
を限定されるものではなく、ファン、プロア等の軽負荷
を駆動するものにも適用可能であり、さらには、より重
い負荷を駆動するものにも適用可能である。
【0036】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように本発
明によれば、電源経路の各相にスイッチング素子を逆並
列に接続し、これら各スイッチング素子により電圧の導
通角を制御する構成にて緩速始動、緩速停止する場合で
も、負荷の振動を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する装置の構成例を示すブロック
図。
【図2】本発明を実施する装置の主要素の詳細な構成を
示す回路図。
【図3】本発明を実施する装置の主要素の詳細な構成を
示す回路図。
【図4】本発明を実施する装置の動作を説明するため
に、電動機に供給する電圧の導通角及びこの電動機によ
って駆動されるポンプの回転数と、時間との関係を示し
た線図。
【図5】本発明を実施する装置の主要素の処理手順を示
すフローチャート。
【図6】本発明を実施する装置の主要素の動作を説明す
るために、電圧と時間との関係を示した線図。
【図7】従来の電動機の制御方法を説明するために、電
動機に印加される電圧の導通角及びこの電動機によって
駆動されるポンプの回転数と、時間との関係を示した線
図。
【符号の説明】
2 半導体スイッチ 5 電動機 6 ポンプ(軽負荷) 7 変圧器 8 整流回路 9 マイクロコンピュータ 10 同期信号発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠 原 良 人 東京都三鷹市井口1丁目10番13号 春日電 機株式会社内 (72)発明者 沈 鴻 東京都三鷹市井口1丁目10番13号 春日電 機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機の電源経路の各相にスイッチング素
    子を逆並列に接続し、これら各スイッチング素子により
    電圧の導通角を制御することによって緩速始動及び緩速
    停止をさせる電動機の制御方法において、 始動時に、導通角を始動トルクを発生させ得る値から緩
    やかに増大させ、最大電圧に近い所定値に到達した以
    降、急速に増大させ、 停止時に、導通角を最大電圧からこの最大電圧に近い所
    定値まで急速に減少させ、これ以降は穏やかに減少させ
    る、 ことを特徴とする電動機の制御方法。
  2. 【請求項2】始動時の最大電圧に近い所定値として、負
    荷の振動が予測される直前の値、または、振動し始める
    時点の値を用いる請求項1記載の電動機の制御方法。
  3. 【請求項3】停止時の最大電圧に近い所定値として、負
    荷の振動が予測される範囲の下限の値を用いる請求項1
    又は2記載の電動機の制御方法。
  4. 【請求項4】前記電動機が、負荷トルクの小さいファ
    ン、ポンプ、プロア等の軽負荷を駆動するものであるこ
    とを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の
    電動機の制御方法。
JP5236695A 1993-09-22 1993-09-22 電動機の制御方法 Pending JPH0795785A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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