JPS61190194A - ポンプの制御方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は給湯暖房装置、ソーラシステムおよび吸収式
冷温水機などに使用され、流量側−を行なう遠心ポンプ
の制御方法に関する。

（ロ）従来の技術 従来のこの種のポンプの流量制御は特開昭５６−１３８
４７９号公報に開示され七いるように、ポンプモータの
回転数（あるいは電源周波数）を流量に応じた設定回転
数（あるいは設定周波数）に制御したり、ポンプモータ
の印加電圧を流量に応じた設定電圧に制御する方式を採
用しているが、これらの方式は次の問題があった。

例えば、第４図に示すソーラシステムにおいて、水路（
１）内に空気が侵入すると、水路抵抗特性が第５図の破
線イから破線口に変化し、締切り揚程（流量Ｑ＝Ｏでの
揚程）がＨ以上でないと、水が流れなくなる。このよう
な場合、第５図のＢ点でポンプ（２）が運転されるよう
に、ポンプモータの回転数または電圧が一定値（設定値
）に定められ、ポンプの揚程−流量特性（以下、Ｐ−Ｑ
特性という）がハや二のようになっていると、締切り揚
程がＨより低く、水路（１）に水を流すことができなか
った。なお、第４図において、（３）は集熱器、（４）
は蓄熱槽、（５）は給水管、（６）は給湯管である。

このような問題を解決すべく、従来は次の方法が考えら
れていた。

ｌ）初期はポンプの能力が大きくなるように、印加電圧
（回転数）を大きくし、一定時間後、設定電圧（設定回
転数）に戻す。

１１）電圧（回転数）を高目に設定し、締切り揚程を高
くして水が流れやすくする。そして、空気が抜けた後は
流量が多過ぎるので、パルプで水路抵抗を大きくし、流
量を調節する。

＋＋＋）水路に流量センサを設け、所謂、フィードバッ
ク制御で電圧や回転数を調整する。

上述した１）の方法はタイマ等の時限装置が必要となり
、コスト高になるとともに、初期流量が多過ぎる欠点が
あった。また、１：）の方法はパルプが必要で、コスト
が高くなるばかりでなく、パルプでの圧力損失分だけ電
力消費が多くなる。さらにまた、１１１）の方法はセン
サが必要となり、制御が複雑になるなど、大幅にコスト
が上がる欠点があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 この発明の課題はタイマ、流量調整パルプ、流量センサ
などの他の機能部品を必要とせず、ポンプ能力を十分に
発揮させることにより、水路内に侵入した空気が排出さ
れるようにし、安定した流量制御を行なわせることであ
る。

に）問題点を解決するための手段 この発明の課題は流量制御を行なう遠心ポンプの制御方
法において、ポンプモータへの供給電流を設定流量に応
じて決められる値と、ポンプモータの印加電圧、回転数
あるいは電源周波数の何れかに応じて決められる値との
和に比例する値に制御することにより解決される。

（ホ）作用 このように、ポンプモータの供給電流を制御すると、モ
ータ電流は設定流量に応じて大きくなるとともに、印加
電圧に応じて大きくなる。このため、水路内に空気が侵
入し、水路抵抗が大きくなると、ポンプモータの印加電
圧が高くなり、モータ電流が増加する。そして、モータ
電流の増加に伴ない、揚程が大きくなる。この結果、水
路内の空気が排出され、水路抵抗が小さくなると、ポン
プモータの印加電圧が低くなり、モータ電流が小さくな
る。また、Ｐ　−Ｑ特性を定流量特性に近づけることが
できるため、水路抵抗の変化に対する流量の変化が小さ
くなる。なお、ポンプモータの印加電圧はポンプモータ
の周波数や回転数とも相関性があるので、これらに応じ
て電流が変わるようにしても良い。

（へ）実施例 以下、この発明を図面に示す実施例について説明する。

ｍｔ図はこの発明を適用したポンプの流量制御装置であ
る。第１図において、（７）（８）は直流電源（図示せ
ず）と接続された母線で多り、直流電！は交流を直流に
整流するもの、でも良い。この母線（７）（８）間には
抵抗（９）およびツェナーダイオード（１１からなる直
列回路と、スイッチングトランジスタ住υ、リアクタａ
２、逆変換回路（１３および抵抗α４からなる直列回路
とが接続されている。ａ！９およ６びαｅはスイッチン
グトランジスタＱｌ）のペースバイアス抵抗、αηはリ
アクタ１′！Ｊと逆変換回路０の接続点（１８と、逆変
換回路（１３と抵抗（１４との接続４１どの間に接続さ
れたコンデンサ、（イ）は逆変換回路ａ３の三相交流出
力が供給されるポンプモータ、で、このポンプモータ（
イ）は誘導電動機やブラシレスモータ等の同期電動機が
使用される。（２１）はスイッチングトランジスタαυ
とリアクタα２との接続点（ハ）と母線（８）との間に
、直流電源に対し逆方向にして接続されたダイオード、
（至）はツェナーダイオードａ旬の定電圧が制御電源電
圧として供給され、非反転入力端子（２３１）が抵抗（
財）（ハ）を介して設定入力端子（イ）に接続されると
ともに、反転入力端子（２３２）が接続点ａ１に接続さ
れたオペアンプ、（ロ）は抵抗＠と共働し、オペアンプ
（ハ）にヒステリシスを有する急峻な、スイッチング動
作を行なわせる帰還抵抗、弼は抵抗（２荀（ハ）の接続
点（Ａ）と接続点α樽との間に接続された抵抗、翰はオ
ペアンプ（ハ）の出力電圧によりオン、オフすることに
より、スイッチングトランジスタαυをオン、オフ制御
するトランジスタである。なお、設定入力端子（ホ）に
はポンプの設定流量に対応する電圧■、が供給されてい
る。

上述した実施例の動作を説明する。

設定入力端子への供給電圧Ｖ、および抵抗Ｉの両端、に
発生する電圧■、はポンプモータ（イ）の印加電圧（接
続点顛の電圧）ｖＭより十分に小さいのが一般的であり
、ここでは下式が成立するものとする。

■ｙ　＞＞　Ｖ。　　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・（１）Ｖ、＞＞Ｖ、　　　　　　　　　　　　
　・・・・・・・・・（２）また、モータ電圧Ｖ、が抵
抗（２５１＠にて分圧され、抵抗（ハ）の両端には（３
）式で示すように、ｖＭに比例した電圧ｖ１が発生して
いるため、接続点（Ｎの電圧■、は（４）式で示される
。但しｋｖは係数である。

ｖｗ　”　ｋｖ　”　ＶＭ　　　　　　　　　　−−−
（３１■、　＝　ｖ、　＋Ｖ、　＝　ｋｖ−Ｖ、　＋Ｖ
（１−＝４４）今、抵抗α４に電流１１が流れると、そ
の電圧降下により、抵抗α４の両端には電圧■、が発生
する。

この電圧■１が接続点（Ａ）の電圧■、より低いものと
すると、オペアンプ（ハ）は反転入力端子（２３２）の
電位が非反転入力端子（２３１）の電位より低く、高電
圧出力ｒＨＪを発する。このため、トランジスタ（ハ）
卸はともにオンとなり、母線（７）→スイッチングトラ
ンジスタαυ→リアクタ（Ｉ２→逆変換回路α３および
コンデンサαη→抵抗αａ→母線（８）の順に電流が流
れる。そして、リアクタα渇には接続点（ハ）側に電源
電圧がかかるため、リアクタ（Ｌｚを流れる電流、すな
１Ｍが増加し、■、が■、より高くなると、オペアンプ
（ハ）は反転入力端子（２３２）の電位が非反転入力端
子（２３１’）の電位より高くなり、０出力ｒＬＪを発
する。このため、トランジスタ＠０１）はともにオフに
なり、電流はリアクタａ２→逆変換回路α騰およびコン
デンサ（１７）→抵抗（１４）→ダイオード（２υの順
に流れる。そして、リアクタα２には接続点Ｑｌの電圧
が接続点（社）の電圧よりも高い逆方向の電圧■、がか
かるため、電流■１は時間とともに減少していく。

この結果、ｖ８がＶ、より低くなると、再度、オペアン
プ（ハ）は「Ｈ」を出力し、トランジスタ翰αυをオン
にする。

このようにして、トランジスタＣ２！ＪＱわがオン、オ
フを繰返すことにより、リアクタ電流（抵抗α荀を流れ
る電流■Ｍ）が増減を繰返す。そして、電流■、の平均
値１１は抵抗（１４）の抵抗値をＲとすると、下式で示
される。

ＩＭ＝ＶＡ／Ｒ・・・・・・・・・（５）また、コンデ
ンサＣ１７）を流れる平均電流はほぼ零とみなせるので
、この電流値ニジが逆変換回路（１３゜延いてはポンプ
モータ（イ）への供給電流の平均値になる。

本実施例ではポンプモータ（イ）への供給電流を接続点
（５）の電圧Ｖ、に比例する電圧、すなわち、設定流量
に応じて決められる電圧■。とポンプモータ翰の印加電
圧■、に比例する電圧ｖ１との和に比例する値に制御し
たので、次のポンプ特性が得られる。

遠心ポンプの性質を極めて簡略的に説明すると、一定揚
程での電流−流量特性は第２図に示すように、電流が流
量に比例して増加する。また、揚程をｈ１〜ｈ４（但し
、ｈｌ（ｈ２（ｈ３（ｈ４）に変えると、特性線は平行
になり、電流Ｉの差は揚程りに比例する。さらにまた、
揚程りが電圧Ｖ。

と比例するので′、ポンプモータ（イ）の電流几は（６
）式で示される。

但し、（６）式において、Ｑは流量７分、ｋｖ、ｋ。

およびに、は係数である。

（６）式から明らかなように、ｋｖを適当な値ｋ。

にすると、ポンプＰ−Ｑ特性は第３図で示す定流量特性
となる。また、ｋｖを０とｋｔとの間に設定するように
しても、Ｐ−Ｑ特性を従来のノ・（回転数一定）や二（
電圧一定）に比べ、大幅に定流量特性に近づけることが
できる。

本実施例によれば、水路内に空気が侵入し、水路抵抗が
大きくなると、ポンプモータ（イ）の印加電圧ｖＭツ増
加する。そして、゛接続点（Ａ）の電圧Ｖ。

が上昇し、モータ電流１１が増加する。このため、ポン
プは自動的に高揚程になり、水路内に侵入した空気を排
出させる能力が大きくなる。この結果、空気が抜け、水
路抵抗が正常に戻ると、ｖＭが小さく、なり、■、も減
少して電力消費が必要最小限に維持される。また、設定
入力端子（ハ）の電圧Ｖ。

を大きくすると、■、が高くなり、電流■、が増加して
流量が大きくなる。逆に、■、を小さくすると、ＩＭが
減少し、流量が小さくなる。従って、■９を調整し、■
、を制御することにより、流量を自由に変えることがで
きる。さらにまた、ｋ。

の選択により、Ｐ−Ｑ特性を自由に変えることができ、
Ｐ−Ｑ特性を定流量特性に近づけ、安定した流量制御を
行なわせることができる。

なお、上述した実施例ではポンプモータ（イ）への供給
電流を設定流量に応じて決められる値と、ポンプモータ
翰の印加電圧に応じて決められる値との和に比例した値
に制御するようにしたが、ポンプモータの印加電圧は回
転数や周波数とも密接な相関性があるので、印加電圧の
代わりに、周波数や回転数に応じて電流を制御しても良
い。また１、設定流量とポンプモータ（イ）の印加電圧
（または周波数または回転数）とによる直線近似方式で
電流を定めるようにしたが、さらに高次の近似式を用い
、マイクロコンピュータなどで電流制御を行なうように
しても良い。

（ト）発明の効果 この発明は以上のように構成されているので、水路内に
侵入した空気を、ポンプ能力を十分に発揮させることに
より排出させることができ、タイマや流量調整バルブや
流量センサを用いる必要がなく、安価に構成可能である
。しかも、空気の排出後はポンプモータの消費電力を必
要最少限に抑えることができ、省電力化が図れる。また
、Ｐ−５Ｑ特性を定流量特性に近づけ、安定した流量制
御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す電気回路図、第２図
および第３図はこの発明の一実施例の特性説明図、第４
図はこの発明が適用可能なソーラシステムの配管系統図
、第５図は従東方法によるポンプ特性の説明図である。 α力・・・スイッチングトランジスタ、　（イ）・・・
ポンプモータ、　（ハ）・・・オペアンプ、　（１）・
・・設定入力端子。 出願人　三洋電機株式会社　外１名 代理人　弁理士　　佐　野　静　夫 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流量制御を行なう遠心ポンプの制御方法において
   、ポンプモータへの供給電流を設定流量に応じて決めら
   れる値と、ポンプモータの印加電圧、周波数あるいは回
   転数の何れかに応じて決められる値との和に比例した値
   に制御することを特徴とするポンプの制御方法。