JPS62159793A

JPS62159793A - 流体機械制御装置

Info

Publication number: JPS62159793A
Application number: JP139286A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Azuma; 和彦東
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-01-09
Filing date: 1986-01-09
Publication date: 1987-07-15

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］この発明は、送風機又はポンプなどの流体機械を、負荷
の変動によらず常に高効率運転する流体機械制御装置に
関するものである。

［従来の技術］第４図は、従来の流体機械制御装置により駆動される例
えば送風機を示す断面図である０図において、（１）は
流体機械としての送風機、（２）は送風機（１）に内蔵
され誘導電動機（ＩＮ）によって回転駆動される羽根車
である。（３）は送風機（１）の両側に形成された吸引
口（１ａ）の内円周上にそれぞれ設けられた入口ベーン
であり１、吸引口（１ａ）から羽根車（２）に吸込まれ
る空気を整流するための複数の扇形羽根からなり、油圧
駆動機構（３ａ）等により各扇形羽根の角度を変えて風
量を制御するようになっている。（Ｄ）は送風機（１）
の一端に配設され、空気が吐出されるダクトである。

（４）はダクト（Ｄ）の開口部に設けられた出口ダンパ
であり、１枚又は複数枚の板（４ａ）及び（４ｂ）から
なり、図示しない駆動装置によって矢印方向に回転され
ると角度を変えて、羽根車（２）からダクト（Ｄ＞に吐
出される風Ｉを制御するようになっている。

従来の流体機械制御装置は上記のように構成され、誘導
電動機（ＩＮ）により羽根車（２）を回転駆動すると、
送風機（１）の吸引口（１ａ）から吸込まれた空気は、
ダクト（Ｄ）から吐出される。そして、吸引口（１ａ）
において人口ベーン（３）の角度を変えるか、又はダク
ト（Ｄ）の開口部において出口ダンパ（４）の板（４ａ
）及び（４ｂ）の角度を変えることにより、送風機（１
）から吐出される風量を制御している。

これら人口ベーン（３）及び出口ダンパ（４）は第４図
のように併用されたり、又、一方のみが用いられる場合
もあり、更に、吸引口（１ａ）に入口ダンパ（図示せず
）が取り付けられる場合もある。従って、これら入口ベ
ーン（３）、出口ダンパ〈４）、及び入口ダンパ（図示
せず）の少なくとも一つにより、風量（流量）制御する
ための開閉手段が構成されている。

こうして、所要負荷に応じて吐出される風量が制御され
るが、誘導電動機＜ＩＮ＞は常に定格電圧で運転されて
いる。

尚、流体機械として送風機（１）の代わりにポンプ（図
示せず）を用いた場合には、ダクト（Ｄ）に対応する吐
出管に、出口ダンパ（４）に対応するバルブを設け、こ
のバルブの角度を変えて流体吐出量を制御する。

［発明が解決しようとする問題点コ従来の流体機械制御装置は以上のように、例えば送風機
（１）を用いた場合、負荷に応じて出口ダンパ（４）を
絞れば吐出される風量が減少して所要動力も低下するが
、誘導電動機（ＩＮ）は定格電圧で駆動されるため、鉄
損や励磁損が不変であることから、効率及び力率の悪い
状態で流体機械が運転されるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、所要負荷の変動によらず、常に最高効率で誘
導電動機を制御できる流体機械制御装置を得ることを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る流体機械制御装置は、流量を制御する開
閉手段の開度信号に応じて誘導電動機の所要端子電圧に
対応する電圧比を出力する演算部と、この電圧比に応じ
て誘導電動機の端子電圧を変化させるための電源回路と
を備えたものである。

［作用］この発明においては、演算部がその時点の負荷に応じた
電圧比を出力し、電源回路がこの電圧比に応じた端子電
圧を誘導電動機に印、加し、誘導電動機を、負荷の変動
によらず常に最高効率（最小損失）点で運転する。

［実施例］以下、前述と同様に流体機械として送風機を用いた場合
を例にとり、この発明の一実施例を図について説明する
。第１図はこの発明の実施例を一部回路図で示すブロッ
ク図である。図において、（１）、（２）、（４）、（
Ｄ）及び（ＩＮ）は前述の従来装置と同様のものである
。（５）は負荷側から得られる風量制御信号（Ｃ）によ
り出口ダンパ（４）の開度を制御するダンパ駆動装置、
（６）はダンパ駆動装置（５）に取り付けられてダンパ
開度信号（６ａ）を出力するエンコーダ等からなる位置
センサである。

（７）は予め設定された基準信号（７ａ）を出力する基
準信号発生器、（８）はダンパ開度信号（６ａ）と基準
信号（７ａ）とを比較してダンパ開度に応じた負荷率ｌ
を出力する比較回路、（９）は負荷率ｌから所要電圧比
ｅを出力する演算回路であり、これら比較回路（８）及
び演算回路（９）は演算部（１０）を構成している。

（１１）は所要電圧比ｅに基づいて点弧角信号（ｌｌａ
）を出力する点弧回路、（１２）は誘導電動機（ＩＭ）
を駆動するためのトライアックであり、トライアック（
１２）は点弧角信号（ｌｌａ）により、端子電圧が常に
所要電圧比ｅに応じて変動するように制御されている。

これら点弧回路（１１）及びトライアック（１２）は誘
導電動機（ＩＮ＞の電源回路を構成している。

（１３）は必要に応じて送風機（１）の吸引口（１ａ）
に設けられた入口ダンパである。　（１４）は風量制御
信号（Ｃ′）により入口ダンパ（１３）の開度を制御す
るダンパ駆動装置、（１５）は必要に応じてダンパ駆動
装置（１４）に取り付けられてダンパ開度信号（１５ａ
）を出力する位置センサである。

次に、第２図及び第３図の各特性図を参照しながら、第
１図に示したこの発明の実施例の動作について説明する
。負荷率ｌ＝１、即ち負荷が最大の場合は、送風機（１
）内の羽根車（２）は誘導電動機（１１４）により定格
電圧で駆動され、出口ダンパ（４）は全開の状態であり
、そのときの所要動力（電力）はほぼ１００％である０
通常、ダンパ開度が７０°以上であれば吐出される風量
は殆ど変化しないので、全開といっても特に９０°にす
る必要はなく、このときのダンパ開度は６０゛〜７０’
である。

負荷率ｌく１、即ち負荷が減少した場合は、負荷に応じ
た風量制御信号（Ｃ）によりダンパ駆動装置（５）が作
動し、出口ダンパ（４）が絞られてダクト（Ｄ＞に吐出
される風量が制御される。このとき、位置センサ（６）
により現在のダンパ開度信号（６ａ）が比較回路（８）
の一方の入力端子に送られる。比較回路（８）の他方の
入力端子には予め設定された基準信号（７ａ）　（例え
ば、ダンパ開度７０”に対応する信号）が入力されてい
るので、ダンパ開度信号（６ａ）は基準信号（７ａ）と
比較演算され、ダンパ開度信号（６ａ）に応じた負荷率
１（０＜Ｚ＜１）となって出力される。

第２図は基準信号（）ａ）の基となるダンパ開度と所要
動力の関係を示す特性図である０通常、誘導電動ｆｉ　
（ＩＮ）の定格出力は送風機（１）の所要動力に対し１
０〜２０％の余裕を持っているので、第２図の特性曲線
にその余裕率を乗じて予め定格出力を求めておけば、ダ
ンパ開度信号（６ａ）から容易に現在の負荷率ｌが求ま
ることになる。

演算回路（９）は、定格負荷（１＝１＞において最小入
力となる電圧を求めて基準電圧（ｅ＝１）を決めておき
、現在の負荷率ｒに基づいて所要端子電圧比ｅを出力す
る。このとき用いられる基準電圧（ｅ＝１＞を求めるに
は、例えば、誘導電動機（ＩＮ）を送風機（１）に接続
して、定格負荷（ｌ＝　１　）となるように駆動し、こ
の状態を保ちながら電圧を変化させて、入力電流が最小
となる電圧を検出すればよい。一般に、基準電圧を１と
して表わした電圧比をｅ、全負荷（最大負荷）を１とし
て表わした負荷率をｌとすると、誘導電動機（ＩＮ＞の
損失ｗＴは、Ｗ７＝Ｗｍｏ＋　Ｗｃｏ−ｅ”＋　３ｒ＋
　（Ｔ２ｏ）２ｅ−’１２＋３ｒｌ（ＴＩＩｌｏ）”ｅ
”＋３ｒｚ（１２ｏ）”ｅ−２ｆｆｉ”　　・＋・■但
し、Ｗ　ｍ　ｏ　：基準電圧〈電圧比：ｅ＝　１）における
機械損Ｗ　ｃ　ｏ　：基準電圧における鉄損 ■２゜二基準電圧における二次電流Ｉｍｏ：定格負荷（負荷率：Ｎ＝　１＞における励磁電
流ｒ、ニー次巻線の抵抗値ｒ２：二次巻線の抵抗値で表わせる。■式において、第１項は機械損、第２項は
鉄損、第３項及び第４項は一次銅損、第５項は二次銅損
である。■式は電圧比ｅに対して下に凸の関数曲線であ
るから、■式を電圧比ｅて微分し、θ　ＷＴ／θｅ＝　
２ｅＷｃｏ　　　６ｒ＋　（（２ｏ）２ｅ−３１２＋６
ｒ＋（Ｉｍｏ）２ｅ＋６ｒ２（Ｉｚｏ）２ｅ−コ１２＝
　２ｅ［Ｗｃｏ＋　３ｒ、　（Ｉｍｏ）２３（ｒ＋＋ｒ
２）・（■２ｏ）２ｅ−４１２］・・・■からδＷＴ／
θｅ＝ｏとなる条件を求めれば極小点、即ち損失Ｗ７が
最小となる点が求まる。いま、定格負荷（ｌ＝１）にお
いて、損失ＷＴが最小となる電圧が求まったとしてこの
電圧を基準（ｅ＝１）とおくと、この点において（９Ｗ
Ｔ／θｃ＃０　が成立するためには、■式から、Ｗｃｏ＋３ｒ＋（■ｌ１ｏ）２＃３（ｒ＋＋ｒｚ）（Ｉ
ｚｏ）”　　＋・＋■となり、０式は負荷率ｌに関係し
ないことが分かる。

又、定格負荷以下（０＜ｆｆｉ＜１＞に対しても０式が
成立するためには、ｅ−’ｌ”＝　１、’、ｅ−２１＝１　　　・・・　■ となる。■式から、端子電圧比ｅを負荷率ｌの平方根に
比例して変化させれば、誘導電動機（ＩＮ）はどの負荷
率ｌにおいても常に最高効率点で運転されることが分か
る。

こうして、演算回路（９）はｅ＝１°％の関係から所要
端子電圧比ｅを求め、点弧回路（１１）に出力する。

点弧回路（１１）は点弧角信号（ｌ１ｍ’）を生成し、
誘導電動機（１Ｍ）の端子電圧が所要電圧比ｅとなるよ
うにトライアック（１２）の点弧角制御を行う。

第３図は、例えば２００Ｖ　、５０Ｈｚの電源で、５０
ＫＷ、４Ｐ（４極）の誘導電動機（ＩＮ）をＴＥＦＣ（
全閉外扇）に用いた場合の負荷率ｌと損失Ｗ７との関係
を示した特性図であり、曲ｗＡＡは従来の定格電圧によ
る駆動の場合、曲線Ｂはこの発明に従い電圧比ｅを変え
て駆動した場合をそれぞれ示している。一般に、市販の
誘導電動機は定格電圧駆動であっても定格負荷（１＝１
＞に対して損失が最小とはなっていないが、上述のよう
に定格負荷において端子電圧比ｅを補正することにより
（曲線Ｂ）ｊ！＝１においても損失ＷＴを最小にするこ
とができる。更に、負荷率ｌの変動に伴って電圧比ｅを
変えることにより、負荷率ｌの減少と共に効率及び力率
が低下する従来の運転（曲線Ａ）に比べ、特に軽負荷領
域で顕著に損失ｗｒを改善することができる。

以上述べたこの発明による流体機械制御装置の構成は、
従来装置に対し、演算部（１０）と、点弧回路（１１）
及びトライアック（１２）からなる電源回路とを付加し
たのみであるから、既存の設備に追加することで容易に
実施することが可能である。

尚、上記実施例では、出口ダンパ（４）のダンパ開度信
号（６ａ）を用いて風量を制御する場合について述べた
が、第１図に示したような入口ダンパ（１３）、ダンパ
駆動装置（１４）及び位置センサ（１５）を設け、ダン
パ開度信号（１５ａ）を用いて負荷率ｌを求めても、又
、第４図に示した入口ベーン（３）の角度信号を用いて
負荷率ｌを求めても同等の効果が得られることは明らか
である。

又、流体機械として送風機（１）を例にとった場合につ
いて説明したが、他の流体機械例えばポンプに用いても
、出口ダンパ〈４〉をパルプに置き漠えるのみで主な構
成及び原理は同様である。この場き、ダンパ開度信号（
６ａ）の代わりにバルブ開度信号を用いることになる。

更に、誘導電動機（Ｉｌｌの電源回路の素子としてトラ
イアック（１２）を用いたが、他の素子例えばサイリス
タでも同等の効果が得られることは言うまでもない。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、負荷の変動に応じて流
体機械の流量を制御する開閉手段と、この開閉手段の開
度信号に応じて誘導電動機の所要端子電圧に対応する電
圧比を出力する演算部と、この電圧比に応じて誘導電動
機の端子電圧を変化させるための電源回路とを設け、負
荷の変動に応じて誘導電動機に印加される端子電圧を変
化させるように構成したので、常に最高効率（最小損失
）点で誘導電動機を運転でき、又、定格点とほぼ同じ力
率が維持できるため、省エネルギに貢献すると共に、軽
負荷時の入力にＶ＾（見かけ上の入力電力）を下げるこ
とのできる流体機械制御装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を一部回路図で示すブロッ
ク図、第２図はダンパ１ｍ度と所要動力との関係を示す
特性図、第３図は負荷率と誘導電動機損失との関係を示
す特性図、第４図は従来の流体機械としての送風機を示
す断面図である。（１）・・・送風機　　　　（ＩＮ）・・・誘導電動機
（４）・・・出口ダンパ　　（６ａ）・・・ダンパ開度
信号（７ａ）・・・基準信号　　　（８）・・・比較回
路くっ）・・・演算回路　　　（１０）・・・演算部（
１１）・・・点弧回路　　　（ｌｌａ）・・・点弧角信
号（１２）・・・トライアック　　ｌ・・・負荷率ｅ・
・・電圧比尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。帛２図ダンノ＼°艮旨ハｊ（０）− 負倚卑２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流体機械を駆動する誘導電動機と、負荷の変動に
応じて前記流体機械の流量を制御するための開閉手段と
、この開閉手段の開度信号に応じて前記誘導電動機の所
要端子電圧に対応する電圧比を出力する演算部と、前記
電圧比に応じて前記誘導電動機の端子電圧を変化させる
ための電源回路とを備えたことを特徴とする流体機械制
御装置。
（２）流体機械が送風機であり、開閉手段が出口ダンパ
であり、開度信号がダンパ開度信号であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の流体機械制御装置。
（３）流体機械がポンプであり、開閉手段がバルブであ
り、開閉信号がバルブ開度信号であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の流体機械制御装置。
（４）演算部が、基準信号と開度信号とを比較して負荷
率を出力する比較回路と、前記負荷率から電圧比を算出
する演算回路とからなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の流体機械制御装
置。
（５）演算回路が、負荷率の平方根に比例した電圧比を
出力することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
流体機械制御装置。
（６）電源回路が、電圧比に応じて点弧角信号を出力す
る点弧回路と、前記点弧角信号により端子電圧が前記電
圧比に対応する値となるように制御されるトライアック
とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第５項のいずれかに記載の流体機械制御装置。
（７）電源回路が、電圧比に応じて点弧角信号を出力す
る点弧回路と、前記点弧角信号により端子電圧が前記電
圧比に対応する値となるように制御されるサイリスタと
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
５項のいずれかに記載の流体機械制御装置。