JPS598479Y2 - 交流電動機用電気回転数制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は交流電動機用電気回転数制御装置に関する。

電動機の回転数制御に用いる多くの電子回路は公知であ
る。

電子回路の制御能力は概ね使用素子の費用に依存する。

本考案の基礎とする課題は、できるだけ少ない素子費用
で最適制御を達或する。

例えば電動工具に設けられた交流電動機の異なった負荷
で、電動機の回転数を所定の限界内に保持することであ
る。

本考案によればこの課題は、信号変換器に制御コンデン
サの充電電流を定めるブリッジ回路の対角電圧によって
制御可能なトランジスタを設け、制御コンデンサを平均
値形或器として設け、該制御コンデンサの電圧を伝達素
子に供給し、伝達素子を、導電的ないし直流的に切離さ
れて信号伝達のなされる４端子網として構或し、かつ制
御コンテ゛ンサを、後置接続された伝達素子を介して放
電可能に構威して、伝達素子によって制御コンデンサに
加わる直流電圧に比例する量を、交流が流れる位相の調
節素子に伝達するようにし、かつ、電機子電流の位相の
調節素子において、少なくとも１つの半導体スイッチを
設け、点弧時点を決める点弧コンデンサに並列に、位相
の調節素子の入力側における伝達素子の２次側の可変抵
抗と付加的な点弧コンデンサとの直列接続を設けたこと
によって、非常に簡単に効率よく解決される。

本考案によれば、制御量を変換するためにブリツジ回路
と調節素子間に、信号変換器と、その出力側に接続され
た伝達素子とを設けると、非常に正確な制御が行える。

また本考案によれば、例えば電動機に負荷がかかった場
合制御範囲で回転数の減少は最小となり、最大トルクま
たは最大消費電流は所定の値に限定され、起動電流は制
限され、無負荷回転数への電源電圧の低下或は上昇によ
る影響を除去できる利点を有する。

次に本考案を図に示した有利な実施例につき詳しく説明
する。

第１図に示した第１の実施例において、交流一直巻電動
機は界磁巻線１０． １１と電機子巻線１２とから構或
され、交流電源１３から給電される。

界磁巻線１０と電機子巻線１２間に、第１のブリッジ抵
抗１５に直列に、トライアツク２５２が接続されている
。

この第１のブリッジ抵抗１５は電機子巻線１２と共に、
ブリッジ回路の１つの直列なアームを形威している。

第２のブリッジ抵抗１６と第３のブリッジ抵抗１７は、
ブリッジ回路の第２の直列なアームを形威している。

電機子インダクタンスを補償し、電機子電圧の高調波を
ろ波するために、第２のブリッジ抵抗１６に並列にコン
デンサ１８が接続されている。

抵抗１６と１７の接続点は信号変換器１９のトランジス
タ１９０のベースに接続されている。

第１のブリッジ抵抗１５と電機子巻線１２との接続点は
、トランジスタ１９０のエミツタに接続されている。

信号変換器１９において、トランジスタ１９０のエミツ
タは、給電コンデンサ１９１，電流制限抵抗１９２およ
び制御コンデンサ１９３を介して、トランジスタ１９０
のコレクタに接続されている。

電圧安定化のために、給電コンデンサ１９１に並列にツ
エナーダイオード１９４が接続されている。

電機子巻線１２と界磁巻線１１との接続点は、整流ダイ
オード２０と給電抵抗２１を介して、電流制限抵抗１９
２と給電コンデンサ１９１との接続点に接続されている
。

制御コンデンサ１９３に並列に、光電結合素子２２とし
て構或された伝達素子２３の発光部２２０が接続されて
いる。

伝達素子２３の２次側はホト抵抗２２１から形成され、
ホト抵抗は付加点弧コンデンサ２４を介してミ調節素子
ないし位相制御回路２５の点弧コンデンサ２５０に接続
されている。

この調節素子２５の中には点弧コンデンサ２５０と、点
弧コンデンサに直列な充電抵抗２５１がトライアツク２
５２の陽極一陰極間に並列に接続されている。

点弧コンデンサ２５０と充電抵抗２５１との接続点はト
リガダイオード２５３を介してトライアック２５２の制
御電極に接続されている。

次に第１図の回路装置の動作を、第２図の回転数一回転
トルク曲線につき説明する。

電動機１０，１１， １２が所定の平均トルクを有する
場合ブリッジが平衡し、クロスアームにブリッジ電圧が
発生しないように、ブリッジ回路１５， １６， １７
， １２の抵抗を定める。

電動機に負荷がかかりトルクＭが増加すると、第２図に
実線で示したように回転数ｎは減少する。

そのために電機子電圧も減少し、抵抗１５の電圧降下は
増加する。

電動機の平均負荷状態を、第２図の点Ｃによって示す。

この負荷状態が回転数の高い或は低い方向に移行すると
、ブリッジは不平衡になりブリッジ電圧が生じる。

このブリッジ電圧はトランジスタ１９０のベースーエミ
ツタ間に供給される。

第２図で点Ｄ．！：Ｂによって示したように、所定のト
ルクが増加または減少した場合ブリッジ電圧はトランジ
スタ１９０のベースーエミツタ限界値以上の値に達する
から、トランジスタ１９０は導通する。

電機子１２に加わる電圧は整流ダイオード２０によって
整流され、給電コンデンサ１９１を充電する。

給電コンデンサ１９１のコンデンサ電圧を安定化するた
めにツエナーダイオード１９４が用いられている。

充電電流は給電抵抗２１によって制限される。

周期的に導通するトランジスタ１９０はトランジスタの
コレクターエミッタ間と、電流制限器抵抗１９２とを介
して、制御コンデンサ１９３を周期的に充電する。

充電電流を決める量、即ち給電コンテ゛ンサ１９１に加
わる電圧と、電流制限器抵抗１９２の大きさとは一定で
ある。

そのために制御コンデンサ１９３の電荷は時間またはブ
リッジ電圧の振幅だけに依存する。

それ故第２図の点ＢとＤの外側の範囲で、制御コンテ゛
ンサ１９３のコンテ゛ンサ電圧は、電動機の負荷に対す
るアナログ量である。

制御コンデンサ１９３の放電は、光電結合素子２２の発
光部２２０を介して行われる。

電動機の電流回路に接続されているトライアツク２５２
の点弧時期は、充電抵抗２５１と点弧コンデンサ２５０
との大きさによって定められる。

トリガダイオード２５３は降伏電圧に達すると導通し、
一トライアック２５２も導通する。

ホト抵抗の抵抗値は発光部２２０の光電流によって変化
するから、付加点弧コンテンサ２４は電動機のトルクに
依存してホト抵抗２２１によって、点弧コンテ゛ンサ２
５０に連続的に並列に接続される。

そのために充電抵抗２５１によってトリガダイオードの
降伏電圧に充電される全有効容量が変化し、トライアツ
ク２５２の点弧時期は変化する。

第２図のＢからＤまでの範囲での範囲でブリッジ電圧は
非常に小さいので、トランジスタ１９０を導通状態にす
ることはできない。

充電結合素子２２の発光部２２０には光電流が流れず、
点弧コンテ゛ンサ２５０だけが作用する。

これは電流流通角が約１８０゜の場合で実際に電動機に
電源電圧全部が加わる。

ＢからＤまでの範囲で非常に小さなトルク値しか加わら
ない。

即ち電動機が負荷されないと、ブリッジ１５， １６，
１７， １２はかなり不平衡になり、トランジスタ１
９０が導通し、発生した光電流によってホト抵抗２２１
の抵抗が減少し、電動機の回転数が増加すると共に付加
点弧コンデンサの作用が増加し、そのために電流流通角
は減少するから、電動機の回転数はこれ以上増加しない
。

回転数が制御された範囲はＡ２−Ｂとなる。

ＢからＤまでの範囲で非常に大きなトルクが加わる、即
ち電動機が強く負荷されると、抵抗１５の電圧が増加し
、電機子巻線１２の電圧が減少するように、抵抗１５ま
たは電機子コイル１２に電圧降下が発生する。

この場合電動機の実効電圧の減少によって、トルクが更
に増加するのが妨げられる。

そのために最大トルクが限定され、最大トルクは第２図
の点Ｄに一致する。

第２図の点ＤからＥ２までの範囲で、電動機は非同期電
動機に類似の特性を有する。

この作用は、Ｉ）−Ｅ２の範囲で回転数ｎが減少すると
、第１に電機子電圧振幅の減少によって、第２に調節素
子によって制御される位相制御によって、電機子電圧が
減少するために生じる。

この位相制御量は第２の制御量として、第１の制御量と
同じようにブリッジを不平衡にするが、特にブリッジの
不平衡のためにも位相制御が行なわれる。

そのために電流流通角が減少すると直ちにブリッジは不
平衡になり、トルクＭは更に減少するように制御回路に
帰還作用が生ずる。

電動機の起動トルクは点Ｅ２とＤ間にあり、制御されて
ない電動機の起動モーメント（点Ｅ．）よりかなり小さ
い。

そのために制御器は起動電流制限器としても動作する。

制御器の別の有利な特徴は、無負荷回転数位置Ａ２で電
源電圧変動即ち電源電圧の低下および上昇を補償するこ
とである。

例えば作動電圧１３の電圧変動によって電機子１２の電
圧が増加すると、′ブリッジは不平衡になり、ブリツＺ
電圧が増加し、すでに前述した電気的関係に基づき、電
流流通角が減少する。

作動電圧振幅の増加による電機子電圧の実効値の増加は
、電流流通角の減少によって補償されるから、回転数ｎ
は一定のままである。

第３図に示した第２の実施例の構或と作用は基本的に第
１図による実施例に一致する。

この差異は先ず光電結合素子２２の発光部２２０に発光
ダイオードを用いたことにより、例えばグローランフ゜
より少ない電流で動作し、振動に対する影響も少ない点
である。

充電結合装置２２の２次側にホトトランジスタ２２２が
設けてある。

ホトトランジスタ２２２は有極の切換素子であり、付加
点弧コンデンサ２４は交番する極性を有する電圧で充電
されるから、それらの間に整流ブリッジ回路３０を接続
しなければならない。

第１図による回路図に対する別の差異点は、変圧器３２
を設けたことである。

その場合変圧器の１次側コイル３１は電源電圧１３に接
続され、２次側コイル３３はブリッジ整流回路３４を介
して信号変換器１９への給電に用いられている。

このように回路を変えると、第１図による回路に対して
、給電コンテ゛ンサ１９１を充電するために一定の電圧
を用いることができて有利である。

第１図による回路では給電コンテ゛ンサ１９１への電圧
供給は、電機子電圧１２即ち電動機の負荷に依存して変
化する。

第４図に示した第３の実施例の構或と動作も基本的に前
述の実施例に一致する。

その差異点は変換素子２３として磁界依存性の結合素子
４０を設けたことである。

結合素子の１次側は磁気コイル４０１を、２次側は磁界
に依存して変化する低抗４０２を有する。

斯様な磁界依存性の結合素子としてはいわゆるＭａｄｉ
ｓｌｏｒｅｎのような半導体素子を用いることができる
。

第３図の実施例に対する別の差異点は、電動機の界磁巻
線１１を変圧器３２の１次側コイル３１として用いてい
ることである。

この構或は第３図による構或に対して簡単で安価に実施
することができ、しかも第１図の実施例に対して、電動
機電流回路を導電的に変換素子１９から分離することが
できる。

また別の差異点はトライアツク２５２の代りに２つの逆
並列に接続されたサイリスタ２５４， ２５５を用いた
ことである。

電動機の電力が現在公知のトライアツクの性能以上にな
った場合斯様な設計が必要である。

サイリスクの電圧および電流最大許容上昇速度も、トラ
イアツクの場合より大きい。

逆並列サイリスタ２５４，２５５を用いた回路に、点弧
変圧器２５６， ２５７， ２５８が用いてあり、点弧
変圧器の１次側コイル２５６はそれに直列接続されたト
リガダイオード２５３と共に、点弧コンデンサ２５０に
並列に接続されている。

サイリスタ２５４， ２５５の制御電極はそれぞれ保護
ダイオード２５９， ２６０を介して、２次側コイル２
５７，２５８のそれぞれのコイル端に接続されている。

２次側コイル２５７， ２５８の別のコイル端はそれぞ
れ当該のサイリスタ２５４， ２５５の陰極に接続され
ている。

サイリスタのこの回路は公知である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による第１の実施例を示す回路図、第２
図は本考案による方法を用いて制御された交流電動機を
、制御されてない電動機と比較して示す回転数−トルク
特性曲線図、第３図は本考案による第２の実施例を示す
回路図、第４図は本考案による第３の実施例を示す回路
図である。 １０． １１・・・界磁巻線、１２・・・電機子巻線、
１３・・・交流電源、１９・・・信号変換器、２２・・
・光電結合素子、２３・・・伝達素子、２５・・・調節
素子、４０・・・磁界依存性の結合素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 交流電動機用電気回転数制御装置において、信号変換器
   １９は制御コンデンサ１９３の充電電流を定めるブリッ
   ジ回路１２， １５， １６， １７の対角電圧によっ
   て制御可能なトランジスタ１９０を有し、制御コンデン
   サ１９３を平均値形或器として設け、該制御コンデンサ
   １９３の電圧を伝達素子２３に供給し、前記伝達素子を
   、導電的ないし直流的に切離されて信号伝達のなされる
   ４端子網として構或し、がつ制御コンデンサ１９３を、
   後置接続された伝達素子２３を介して放電可能に構或し
   て、前記伝達素子２３によって制御コンデンサ１９３に
   加わる直流電圧に比例する量を、交流が流れる位相の調
   節素子２５に伝達するようにし、電機子電流の位相の調
   節素子２５において、少なくとも１つの半導体スイッチ
   ２５２， ２５４， ２５５を設け、点弧時点を決める
   点弧コンデンサ２５０に並列に、前記位相の調節素子２
   ５の入力側における伝達素子２３の２次側の可変抵抗２
   ２１， ２２２， ４００と付加的な点弧コンデンサ２
   ４との直列接続を設けて戒る交流電動機用電気回転数制
   御装置。