JPS6340945B2

JPS6340945B2 -

Info

Publication number: JPS6340945B2
Application number: JP55136930A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ookubo
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1988-08-15
Also published as: JPS5762983A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はポンプの並列運転方法に関する。

従来、２台のポンプの自動並列運転を行なう方
法としては、第１図に示すような構成が知られて
いる。

第１図において、ポンプ１Ａは可変速電動機２
Ａによつて駆動され、ポンプ１Ｂは定速度電動機
２Ｂによつてそれぞれ回転駆動され、タンク３か
ら水などの流体を吸入する。該ポンプ１Ａ，１Ｂ
の吐出口は配管４を介して並列に接続され、この
配管４に接続された吐出管５と流量調整弁６とを
介して負荷（図示せず）に所望の流量の水を供給
する。

吐出管５の途中には供給される水圧を検出する
圧力検出器７と、吐出管５を流れる水量を検出し
て、水量が一定の値を越えるとオンとなる流量継
電器８とが設けられている。

この構成において、流量を流量継電器８により
検出し、ある一定流量以下なら可変速電動機２Ａ
とポンプ１Ａのみを運転するとともに、一定流量
以上が必要なときには、流量継電器８の信号によ
つて、定速度電動機２Ｂによりポンプ１Ｂをポン
プ１Ａと並列運転して、圧力検出器７の出力が圧
力設定値と等しくなるよう制御し吐出圧一定制御
を行なつていた。

上記の様にして自動並列運転による吐出圧一定
制御は行えるが、流量継電器８を設ける必要があ
り、一般にこの流量継電器は設置工事の際に取付
けることが普通であり、しかもこの取付け時に細
心の注意を必要とするため、設置工事が面倒でか
つ不経済であつた。

また既設の給水設備にポンプを増設して、上述
のような並列運転を行なうように改造する場合
は、配管中に流量継電器を取り付けるための配管
工事が煩雑となるという欠点があつた。

この発明は上述の欠点を除去するためになされ
たもので、ポンプの出力経路中に設けた圧力検出
器の信号に応じて、電動機を制御することによ
り、流量検出器を用いないで、負荷流量に応じ
て、ポンプとモータの並列運転を制御できる運転
方法を提供することを目的とするものである。

以下にこの発明の一実施例を図面とともに説明
する。

第２図はこの発明の実施例におけるポンプの並
列方式の一例を示すもので、第１図の流量継電器
８を除いている。他の構成部分は第１図と同様で
あり、第２図において第１図と均等な部分には同
一の符号を付した。

第３図は可変速電動機２Ａと定速度電動機２Ｂ
用の制御装置の一例を示し、加え合わせ点１０の
一方には圧力設定器１１から所定の設定圧を表わ
す大きさの信号が印加されているとともに、加え
合わせ点１０の他方には、圧力検出器７から吐出
管５中の水圧を示す信号（以下圧力信号）が、上
記設定圧に対して差動的に印加され、両信号の差
動出力は演算増幅器１４に印加される。

演算増幅器１４は高い増幅度のPI（比例・積
分）動作を有する増幅器であり、水の供給系に生
じる短時間の圧力変動は積分要素の遅延時間によ
つて吸収されるようになつている。

増幅器１４の出力電圧は増幅度の大きい増幅器
１５を介してアナログ加算器１６に印加されると
ともに加算器１６の出力は電動機２Ａ用の速度制
御回路１７に印加される。電動機２Ａと速度制御
回路１７で構成したポンプ速度制御装置１８の入
力―回転数特性は、第４図に示すように、所定の
入力電圧E_Rまでは入力電圧に対して比例して直
線的に速度が増加し、入力電圧がE_Rを越えると、
それ以上は上限回転数N_Rでほぼ一定となるよう
に構成されている。このような速度特性は、たと
えば誘導電動機の回転数フイードバツクによる一
次電圧制御による速度制御やうず電流継手を有す
る電動機の回転数フイードバツク制御等により得
ることができる。

圧力差を示す信号を生じる増幅器１４の出力電
圧は第６図に示すようなヒステリシス特性を有す
る電圧判別器１９に印加される。

電圧判別器１の入出力特性は第６図に示す通り
入力電圧が負の場合は出力が正であり、入力電圧
を次第に正にしていくと正のある設定された電圧
e1に達した時急激に出力電圧が負となり逆に入力
電圧を正から負に変化させた場合には負のある設
定された電圧−e2に達した時急激に出力電圧が正
になる特性を有する。

このような特性を有する電圧判別器１９は、た
とえば第７図に示すように、増幅器１４の出力を
一方の入力とする比較増幅器４０と、比較増幅器
４０の出力端子に接続した抵抗４１と４２にてな
る分圧回路の分圧点を比較増幅器４０の他方の入
力端子に接続し、この端子に抵抗４３を介して基
準電圧源を接続した回路によつて構成できる。

電圧判別器１９には状態保持タイマ２０が接続
されており、状態保持タイマー２０は電圧判別器
１９の出力が正から負あるいは負から正へ変化し
た時から、ある一定時限TAの間に、もし、電圧
判別器１９への入力電圧がいかなる値に変化しよ
うとも、電圧判別器１９の出力を現状のまま保持
させる。この機能によつてポンプ１Ｂの起動や停
止によつて圧力の脈動が生じた場合にも、電動機
２Ｂが不要にオン、オフされるのを防止する。

状態保持タイマ２０は、たとえば第８図に示す
ように、電圧判別器１９の出力を増幅する増幅器
５０の出力端子に充電用のコンデンサ５１を接続
し、そのコンデンサ５１に抵抗５３と、正負に突
き合わせたツエナーダイオード５２，５２′を接
続するとともに該ツエナダイオード５２′を電圧
判別器１９の入力端子に接続したものである。

第８図の回路によれば、電圧判別器１９からた
とえば負の出力信号が生じて、これが増幅器５０
に印加されると、コンデンサ５１には充電電流が
流れて、抵抗５３にある大きな電圧が生じる。こ
の電圧によつて、ツエナダイオード５２，５２′
は導通してその電圧が電圧判別器１９の入力端子
に印加される。そしてコンデンサ５１と抵抗５３
とで定まる時定数にしたがつて上記電圧は減少
し、時間T_A後ツエナダイオード５２，５２′はし
や断する。

したがつてこの時間T_A内では、増幅器１４の
出力電圧が脈動しても、電圧判別器１９の入力電
圧は抵抗５３から印加される電圧によつて一定値
以上にクランプされ、該電圧判別器１９の状態が
変らない。増幅器１４の出力電圧の極性が逆であ
る場合も同様の作用で、一定時間T_Aの間その出
力状態を保持する。

電圧判別器１９の出力はオフデイレータイマ２
１を介して定速度電動機２Ｂを起動するための電
磁開閉器２２に印加されている。オフデイレータ
イマ２１は電圧判別器１９の出力が正の時にはオ
フ、電圧判別器１９の出力が負の時にはオン、電
圧判別器１９の出力が正から負に変化する時には
瞬時にオン、電圧判別器１９の出力が負から正に
変化する時には時間遅れT_Bの後オフになる特性
を持つている。またオフデイレータイマ２１がオ
ンになると電磁開閉器２２がオンになり、定速度
電動機２Ｂが始動するようになつている。

また電圧判別器１９の出力電圧は、正側の微分
回路２３と負側の微分回路２４とに印加され、そ
の出力電圧の極性にしたがつて微分され、その微
分出力は加算器１６に印加され、ポンプの起動、
停止時に水の供給系路の圧力変化に応じて可変速
度電動機２Ａを増速し、或いは減速するようにな
つている。

次に上記のような構成のシステムの動作につい
て説明する。

いま、負荷に供給する水の流量が、１台のポン
プ１Ａのみによる供給量の範囲内にある場合おい
ては、吐出管５の水圧は設定値に保持されてお
り、圧力設定器１１で設定された設定圧の信号と
圧力検出器７で検出される信号との値はほぼ等し
くなつており、増幅器１４の出力もほぼOVとな
つている。

従つて、電圧判別器１９の出力は正の一定値に
なつており、オフデイレータイマ２１はオフとな
り、電磁開閉器２２はオフであつて、定速度電動
機２Ｂ、したがつてポンプ１Ｂは停止している。

また微分回路２３，２４の出力もOVとなつて
いる。

一方、増幅器１５の増幅度は非常に大きいた
め、増幅器１４の出力がほぼOVでも、増幅器１
５の出力は適当な大きさの電圧となつている。こ
の電圧は加算器１６を通し速度制御回路２４へ加
えられ、可変速電動機２Ａが適当な回転数で回転
する。

この間の状態は第５図の時刻T₁ないしT₂で示
してあり、可変速電動機２Ａの速度は水圧に従つ
て変化して、ポンプ１Ａからの吐出量も変化し
て、水圧をほぼ一定圧に保ちながら負荷に必要な
流量を供給する。

第５図において、時刻t₂にて示した流量FOが、
電動機２Ａの最高回転数N_Rにおけるポンプ１Ａ
の吐出量であるとする。

負荷に供給する流量がFOよりも多くなると、
時刻t₂ないしT₄で示す動作をする。

流量FOの状態から更に流量を増大させると、
可変速電動機２Ａのみの運転ではもはや圧力を圧
力設定器に保つことはできなくなり、圧力設定値
と圧力検出器７で検出された圧力の誤差は大きく
なり、その差を増幅している増幅器１４の出力も
大きくなる。この増幅器１４の出力が＋e₁の値に
達ると（第５図時刻T₃）、電圧判別器１９の出力
が急激に負となり、オフデイレータイマ２１がオ
ンとなり、電磁開閉器２２がオンとなつて定速電
動機２Ｂが始動する。またこの時、電圧判別器１
９の出力が正から負に変化するため、負側の微分
回路２４の出力端子に負の微分波形が生じる。こ
の負の微分波は加算器１６に印加される。そして
加算器１６の出力は、増幅器１５の出力と負側微
分回路２４の出力とを加えたものとなるため、加
算器１６の出力は急激に小さくなり、すなわち圧
力差を増幅する増幅器１５の正の出力電圧から負
の微分回路２４の負の微分波形の電圧が加算され
るために負の微分波形で決定されている所定圧力
を圧力差から減じたものに応じた出力電圧となり
速度制御回路１７への入力電圧も小さくなつて可
変速電動機２Ａの回転数も急激に低下する。その
後、可変速電動機２Ａは一定圧力に制御されるべ
き回転数に、回転数の脈動を伴いながら落ちつい
ていく。なお、可変速電動機２Ａの回転数が脈動
すればポンプ１Ａの吐出量も脈動し、したがつて
圧力も脈動し、増幅器１４の出力も脈動する。し
かしながら一方、電圧判別器１９の出力電圧によ
つて、状態保持用タイマ２０の増幅器５０の出力
からコンデンサ５１に充電電流が流れて抵抗５３
に大きい電圧が生じると、ツエナダイオード５
２，５２′を通して、電圧判別器１９の入力に電
圧が印加されるので、増幅器１４の出力が脈動し
ても時間T_Aの間は、電圧判別器１９の出力は変
化しない。したがつてポンプ１Ｂの不要な起動、
停止は防止される。

上述の動作によつて、ポンプ１Ａと１Ｂとが並
列運転をない、定速度で運転されるポンプ１Ｂか
ら一定の吐出量の水が供給され、一方可変速電動
機２Ａは圧力誤差に応じた速度で運転し、負荷に
所定量の水を供給する。

第５図において、時刻T₄〜T₅の範囲は、可変
電動機２Ａと一定速電動機２Ｃの両方が運転され
ている状態で、負荷に供給する流量を徐々に減小
させていく過程である。

次に、時刻T₅の状態は、定速度電動機２Ｂの
み、したがつてポンプ１Ｂのみの運転による吐出
量FO′で圧力が設定値に保たれていることを示
す。

時刻T₅において負荷に必要な流量FO′より少な
くなると、定速電動機２Ｂ、ポンプ１Ｂの運転で
は実際の圧力が、圧力設定値よりも大きくなり、
圧力設定値と圧力検出値の誤差を増幅している増
幅器１４の出力も大きくなり、時刻T₆において
増幅器１４の出力は−e₂の値となる。増幅器１４
の出力が−e₂に達すると、電圧判別器１９の出力
は負から正に急激に変化する。従つて正側微分回
路２３の出力もこの時一瞬正の微分波形を発生
し、この微分信号は加算器１６に印加される。一
方、増幅器１５の出力がほとんど０であつても、
加算器１６の出力端子には、正側微分回路２３の
出力により大きい出力が生じ、この電圧が速度制
御回路１７へ印加され、可変速電動機２Ａは加速
される。また、電圧判別器１９の出力が負から正
に変化してから時間T_Bの後、オフデイレータイ
マ２１がオフとなり定速電動機２Ｂが停止する。
従つて、可変速電動機２Ａがわずかに加速して、
ポンプ１Ａから吐出量が増加した後定速電動機２
Ｂとポンプ１Ｂが停止するため、この時の圧力変
動がわずかしか生じない。その後電動機２Ａとポ
ンプ１Ａとは一定圧力に制御されるべき回転数に
回転数の脈動を伴いながら落ちついていく。な
お、回転数が脈動すれば圧力も脈動し増幅器１４
の出力も脈動するが状態保持タイマ２０のために
電圧判別器１９の出力が変化することはない。

なお、当然のことであるが、ポンプ１Ａの能力
よりポンプ１Ｂの能力が大きい場合には、可変速
電動機２Ａによつて駆動されていたポンプ１Ａの
運転から、流量増に伴い、定速電動機２Ｂによつ
て駆動されるポンプ１Ｂの運転が開始された時、
圧力が増加しすぎて、安定な運転はできない。従
つて、本システムにおいてはポンプ１Ａの能力の
方がポンプ１Ｂの能力と等しいか大きくすること
が望ましい。

また、増幅器１４，１５は、オーバーシユート
やハンチング等を少くするため、時定数要素を持
つPI増幅器やPID増幅器としても良いことは当然
である。

この発明によれば、検出圧を設定圧と比較して
圧力差を出力し、この圧力差が所定範囲内にある
ときは、圧力差に応じた速度で第１の可変速電動
機と第１のポンプを運転し、前記圧力差が所定範
囲を越えたときは定速度電動機を駆動して第２の
ポンプを第１のポンプと並列運転するとともに、
前記第１の可変速電動機と第１のポンプとを前記
圧力差から所定圧を減じたものに応じた速度で運
転させるようにしたので、圧力差が所定範囲を越
えたとき第１の可変速電動機と第１のポンプの回
転が急激に低回転になり、第２の電動機と第２の
ポンプを運転させるにも拘わらず、吐出管内の水
圧の変動を小さくすることができ、経済的なポン
プシステムを作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はポンプの並列運転方法の従来の一例を
示す系統図、第２図はこの発明が適用されるポン
プの並列運転方法の一例を示す系統図、第３図は
この発明の一実施例を示すブロツク図、第４図は
第３図の実施例に用いられる速度制御装置の特性
曲線、第５図は第３図の実施例の動作説明図、第
６図は第３図の実施例に用いられる電圧判別器の
特性曲線、第７図は電圧判別器の詳細な回路の一
例を示す回路図、第８図は第３図の実施例に用い
られる状態保持タイマの詳細な回路の一例を示す
回路図である。１Ａ，１Ｂ…ポンプ、２Ａ…可変速電動機、２
Ｂ…定速度電動機、５…吐出管、７…圧力検出
器、１０…加え合わせ点、１１…圧力設定器、１
４…演算増幅器、１５…増幅器、１６…加算器、
１７…速度制御回路、１８…ポンプ速度制御装
置、１９…電圧判別器、２０…状態保持タイマ、
２１…オフデイレータイマ、２２…電磁開閉器、
２３…正側の微分回路、２４…負側の微分回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１第１のポンプを速度上限を有する可変速電動
機で駆動するとともに、第２のポンプを定速度電
動機で駆動するように構成する一方、負荷に供給
する流体圧を圧力検出手段で検出し、この検出圧
を設定圧と比較器で比較して圧力差を出力し、前
記圧力差が所定範囲内にあるときは、圧力差に応
じた速度で第１の可変速電動機と第１のポンプと
を運転し、前記圧力差が所定範囲を越えたときは
定速度電動機を駆動して、第２のポンプを第１の
ポンプと並列運転するとともに前記第１の可変速
電動機と第１のポンプとを、前記圧力差から所定
圧を減じたものに応じた低速度で運転しその後、
前記圧力差に応じた速度で運転することを特徴と
するポンプの並列運転方法。