JPS6373897A - 電動機の可変速運転装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、主巻線及び補助巻線を備えた電動機を可変速
運転させるための装置、特には電動機に対して商用交流
電源及び可変電圧・可変周波数電源の何れかから選択的
に通電するようにした電動機の可変速運転装置に関する
。

（従来の技術） 近年、省エネルギー或は機器の高付加価値化のニーズの
元に、半導体素子を利用した電動機の可変速運転が広く
行なわれるようになってきた。

このような可変速運転を行なう場合、従来では、交流電
動機をインバータのような可変電圧・可変周波数電源に
より駆動することが最も一般的に行なわれている。特に
、家庭電気製品に多く用いられているコンデンサ分相形
の単相誘導電動機を可変速運転する場合、その始動時或
は商用電源周波数での運転時には単相誘導電動機を商用
交流電源により駆動し、可変速運転が必要なときのみ単
相誘導電動機をインバータにより駆動することが行なわ
れている〇 第４図には、上記のように単相誘導電動機を２種類の電
源で駆動するようにした可変速運転装置の一例が示され
ている。即ち、第４図において、１は商用交流電源、２
はこの商用交流電源１の出力を整流・平滑する直流電源
回路で、これはブリッジ接続されたダイオード３ａ〜３
ｄ及びコンデンサ４より成る。５は直流電源回路２の出
力を受けるインバータ主回路で、これはトランジスタ６
ａ〜６ｄをブリッジ接続すると共に、各トランジスタ６
ａ〜６ｄにフライホイールダイオード７ａ〜７ｄを接続
して成る。斯かるインバータ主回路５にあっては、各ト
ランジスタ６ａ〜６ｄが図示しないインバータ制御回路
からのスイッチング信号により第５図（ａ）〜（ｄ）に
示すようなタイミングでオンオフされるものであり、こ
れによって出力端子Ａ、Ｂ間に第５図（ｅ）に示すよう
な交流電圧ｖｏを発生する。特に、この場合、」二記ト
ランジスタ６ａ〜６ｄのオンオフを、パルス幅変］（Ｐ
ＷＭ）方式で制御することによって、可変電圧・可変周
波数の交流電圧を発生することができる。８はコンデン
サ分相形の単を目読導電動機（以下、単に電動機と称す
る）で、その主巻線８ａの両端に補助巻線８ｂ及び分相
用コンデンサ９が直列に接続されている。また、斯かる
電動機８にあっては、その主巻線８ａが一対の電源ライ
ンｔ、ｉ、ｔ、２間に接続されている。１０．１１は電
源切換スイッチで、これらは、商用交流電源１の両出力
端子を前記電源ラインＬ１．Ｌ２に接続した状態と、イ
ンバータ主回路５の出力端子Ａ、　　Ｂを電源ラインＬ
１．Ｌ２に接続した状態とに切換わるようになっている
。このとき、」二記切換スイッチ１０．１１は、外部か
らの切換指令信号Ｓ１により同一のタイミングで切換え
られるようになっており、電動機８の始動時或は商用電
源周波数での運転時には、商用交流電源１側に切換り、
電動機８の可変速運転時にはインバータ主回路５側に切
換ゎる。１２及び１３は前記コンデンサ９による進相量
を調節するためのコンデンサで、これらはコンデンサ９
に対しスイッチ１３及び１４を介して図示の如くカスケ
ード接続されている。このとき、」二記スイッチ１３．
１４は、夫々外部から・のスイッチング指令信号Ｓ２．
Ｓ３によりオンオフされるようになっている。尚、この
ような進用計１週節用のコンデンサは、必要に応じてさ
らに多段に設けられる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような構成とした場合、インバータ主回路５の出
力電圧ＶＡＩ’３は、直流電源回路２で得られる直流出
力電圧のピーク値、つまり商用交流電源１の出力電圧の
最大値程度が限度であるため、インバータ主回路５の出
力電圧ＶＡＢを商用交流電源１の出力電圧の最大値以上
に上げることはできない。一方、電動機８を可変速運転
する場合には、一般的に定トルク特性を得るために、そ
の入力端子と人力周波数との比を一定にする１、１ｊ御
が行なわれる。ところか、電動機８としては、商用交流
電源１に定格を合せたものが使用されるのが通常である
ため、このような電動機８を第４図のようなインバータ
主回路５の出力により駆動する場合、前述のようにイン
バータ主回路５の出力電圧Ｖ八１３を商用交流電源１の
最大出力電圧以上に上げることができない関係上、商用
電源周波数程度以下でしか定トルク特性を得ることがで
きないという問題点がある。従って、電動機８の速度を
上げるべく、インバータ主回路５の出力周波数を商用電
源周波数以上に高めようとすると、電動機８の最大トル
クが不足して、これの不用意な速度低下を招く等の虞が
ある。また、電動機８は、コンデンサ９によって補助巻
線８ｂに印加される電圧を進ト目させて回転磁界を得る
ようにしているが、入力端子及び周波数が一定の条件化
では、平衡二相回転磁界に得られる負荷点か一つしかな
いという性質がある。このため、人力周波数を変えるこ
とにより電動機８を可変速運転する場合には、第４図の
ようにコンデンサ９による進）１１−Ｑを変えるための
コンデンサ１２．１３及びスイッチ１４．１５を設ける
ことにより、極力平衡二相に近い状態を保持するように
している。しかしながら、この構成では、コンデンサ１
２．１３及びスイッチ１４゜１５を設ける分たけ構造が
１夏雑化すると共に、入力周波数をより多段階に変える
必要がある場合には、さらに多数のコンデンサ及びスイ
ッチが必要になって構造の大幅な複雑化を招くことにな
る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、電動機に対して商用交流電源及び可変電圧・可変
周波数電源の何れかから選択的に通電する１１も成であ
りながら、広い周波数範囲で定トルク運転が可能になる
と共に、前記電動機の主巻線及び補助巻線により得られ
る二相回転磁界の平衡状態を保持するための回路Ｈ，７
成部品を不要にできて、構造の簡単化を図り得る等の効
果を奏する電動機の可変速運転装置を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、主巻線、補助巻線及びこの補助巻線と直列に
接続されたインピーダンス素子を備えた電動機に対して
、商用交流電源及び可変電圧・可変周波数電源の何れか
から選択的に通電するようにした電動機の可変速運転装
置を対象としたものであり、前記商用交流電源の出力を
整流するに倍電圧整流回路（Ｋは２以上の整数）を設け
ると共に、このに倍電圧整流回路の出力をスイッチング
して前記主巻線の両端に可変電圧・可変周波数の交流出
力を与える第１のインバータ主回路、並びに上記に倍電
圧整流Ｕ路の出力をスイッチングして前記補助巻線の両
端に可変電圧・可変周波数の交流出力を与え°る第２の
インバータ主回路を夫々設けて、これら両インバータ主
回路によって前記可変電圧・可変周波数電源を（１１４
成し、さらに前記電動機に対して前記可変電圧・可変周
波数電源から通電するときに前記インピーダンス素子を
前記補助巻線から切離すスイッチ手段を設ける（ｊ゛１
″Ｊ成としたものである。

（作用） 第１及び第２のインバータ主回路は、Ｋ倍電圧整流回路
の出力をスイッチングする構成であるから、その出力電
圧は商用交流電源の出力電圧より大きくなる。従って、
電動機の定格が商用交流電源に合せたものであった場合
でも、その電動機の入力電圧及び入力周波数の比を広い
周波数範囲て一定に制御することができ、この結果、電
動機を広い周波数範囲で定トルク運転することができる
。また、電動機が可変電圧・可変周波数電源から通電さ
れるときには、主巻線及び補助巻線が夫々第１及び第２
のインバータ主回路から個々に通電されると共に、イン
ピーダンス素子が補助巻線から切離された状態となるか
ら、主巻線及び補助巻線による二相回転磁界を、人力周
波数に関係なく常に平衡状態に保持できる。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例について第１図及び第２図
を参照しながら説明する。

第１図において、２１は商用交流電源、２２はこの商用
交流電源２１の出力を整流するに倍電圧整流回路たる例
えば４倍電圧整流回路で、これはダイオード２３ａ〜２
３ｄ及びコンデンサ２４ａ〜２４ｄを商用交流電源２１
の出力端子Ｐａ、Ｐｂに対して図示の如く接続すること
によって構成されており、概路次に述べるように機能す
る。即ち、コンデンサ２４ａには、商用交流電源２１の
正半波サイクルにダイオード２３ｂを介して商用交流電
源２１の最大電圧Ｅｐまて充電され、その充電電圧Ｅｐ
は次の負半波サイクルにおいて商用交流電源２１の出力
電圧に重畳されるようになる。

この結果、コンデンサ２４ｃには、ダイオード２３ａを
介して電圧２Ｅｐまで充電され、そのコンデンサ２４ｃ
の両端に接続された出力端子Ｐｃ及びＰｄ間からは出力
端子Ｐｄに対して＋２Ｅｐの電位を持つ直流電圧が出力
される。また、コンデンサ２４ｂには、商用交流電源２
１の負半波サイクルにダイオード２３ｃを介して商用交
流電源２１の最大電圧Ｅｐまで充電され、その充電７ｔ
ｉ圧Ｅｐは次の正半波サイクルにおいて商用交流電源２
１の出力′電圧に重畳されるようになる。この結果、コ
ンデンサ２４ｄには、ダイオード２３ｄを介して電圧２
Ｅｐまで充電され、そのコンデンサ２４ｄの両端に接続
された出力端子Ｐｄ及びＰｅ間からは出力端子Ｐｄに対
して一２Ｅｐの電位を持つ直流電圧か出力される。尚、
出力端子Ｐｄは、商用交流電源２１の一方の端子Ｐａに
接続されている。

２５は可変電圧・可変周波数電源で、これは第１のイン
バータ主回路２６及び第２のインバータ主回路２７より
成る。上記第１のインバータ主回路２６は、前記４倍電
圧整流回路２２の出力端子Ｐｃ及びＰｅ間にｎｐｎ形の
トランジスタ２８ａ。

２８ｂの各コレクタ・エミッタ間を直列接続すると共に
、各トランジスタ２８ａ、２８ｂにフライホイールダイ
オード２９ａ、２９ｂを接続して成り、トランジスタ２
８ａ、２８ｂ間の出力端子Ｐｆと４倍電圧整流回路２２
の出力端子Ｐｄとの間から交流電圧Ｖ１を得るように構
成されている。

また、第２のインバータ主回路２７は、４倍電圧整流回
路２２の出力端子ｐｃ及びＰｅ間にｎｐｎ形のトランジ
スタ３０ａ、３０ｂの各コレクタ・エミッタ間を直列接
続すると共に、各トランジスタ３０ａ、３０ｂにフライ
ホイールダイオード３１ａ、３１ｂを接続して成り、ト
ランジスタ３０ａ、３０ｂ間の出力端子Ｐｇと前記出力
端子Ｐｄとの間から出力電圧■２を得るように構成され
ている。そして、これら第１及び第２のインバータ主回
路２６及び２７にあっては、各トランジスタ２８ａ、２
８ｂ及び３０ａ、３０ｂが図示しない制御回路からの例
えばＰＷ〜１方式のスイッチング信号により第２図（ａ
）〜（ｄ）に示すようなタイミングでオンオフされるも
のであり、これによって出力端子Ｐｆ、Ｐｄ間及び出力
端子Ｐｄ及びＰｇ間から第２図（ｅ）、（ｆ）に示すよ
うな可変電圧・可変周波数の交流電圧Ｖ１．Ｖ２が出力
される。尚、このとき、第１のインバータ主回路２６内
のトランジスタ２８　ａ、　　２８　ｂ、並びに第２の
インバータ主回路２７内のトランジスタ３０ａ、３０ｂ
に対して、夫々位相か９０’異なるスイッチング信号が
与えれば、上記出力電圧Ｖ１及びｖ２を純二相交流とす
るとことができる。

３２はコンデンサ分相形の単相誘導電動機（以下、単に
電動機と称する）で、これは主巻線３２ａ、？ｌＩｉ助
巻線３２ｂ及びこの補助巻線３２ｂに直列に接続された
インピーダンス素子たる分相用コンデンサ３２ｃを有し
、その定格が商用交流電源２１に合うように選定されて
いる。また、３３はスイッチ手段で、これは常開接点３
３ａ及び常閉接点３３ｂ、３３ｃを有し、外部からのス
イッチング指令信号Ｓａが与えられた状態で、常開接点
３３ａをオンさせると共に常閉接点３３ｂ、３３Ｃをオ
フさせるように構成されている。そして、−に一スイツ
チ手段３３に対してスイッチング信号Ｓａが与えられて
いない状態、っまり常開接点３３ａがオフされ且つ常閉
接点３３ｂ、３３ｃがオンされた状態では、電動機３２
か商用交流電源２１から通常のコンデンサ分用形誘導電
動機として通電されるように接続されている。しかして
、電動機３２の主巻線３２ａは、前記出力端子Ｐｄ及び
Ｐｆ間にスイッチ手段３３内の常開接点３３ａを介して
接続され、これにより上記常開接点３３ａかオンされた
状態で、第１のインバータ主回路２６の出力電圧Ｖｌが
印加されるように構成されている。また、電動機３２の
補助巻線３２ｂは前記出力端子Ｐｄ及びＰｇ間に接続さ
れ、これにより前記常閉接点３３ｂ、３３ｃかオフされ
てコンデンサ３２ｃが切離された状態で、第２のインバ
ータ主回路２７の出力電圧Ｖ２が印加されるように構成
されている。

次に上記構成の作用について説明する。今、電動機３２
を始動する場合には、ｉ’ｉＪ変電圧・可変周波数電源
２５を駆動停止状態に保持すると共に、スイッチ手段３
３を定常状態（常開接点３３ａがオフ、常閉接点３３ｂ
、３３ｃがオンの状態）に保持する。すると、電動機３
２に対して商用交流電源２１から通電されて、その電動
機３２が通常のコンデンサ分相形単相誘導電動機と同様
に始動される。また、電動機３２を可変速運転する場合
には、スイッチ手段３３にスイッチング指令信号Ｓａを
与えて、その常開接点３３ａをオンさせ且つ常閉接点３
３ｂ、３３ｃをオフさせると共に、可変電圧・可変周波
数電ｉ１４：＜　２５を駆乃する。すると、電動機３２
が商用交流電源２１から切離されると共に、補助巻線３
２ｂがコンデンサ３２　ｃから切離されるようになり、
電動機３２は可変電圧・可変周波数電源２５の出力電圧
Ｖ１及び■２によって二（日型動機として駆動される。

そして、このときには、可変電圧・可変周波数電源２５
の出力電圧及び周波数を一定の比で変化させることによ
り、電動機３２の速度を定トルク運転した状態で変える
ことができる。尚、商用交流電源２１に合うように定格
が選定された電動機３２は、一般的に主巻線３２ａのタ
ーン数と補助巻線のターン数とが異なるものであり、そ
のターン数は通常ｍ：ｎ　（ｍ、ｎは整数）の比となる
ように設定されている。そこで、本実施例においては、
可変電圧・可変周波数電源２５により電動機３２を駆動
する場合に、その出力電圧Ｖｌ及びＶ２の比が、」−記
ターン比に即したものとなるようにＰＷＭ制御すること
により、ｌ　８ｅ出力電圧Ｖ工及びＶ２を純二相化し、
以て電動機３２の回転磁界が入力周波数の如何に拘らず
常に平衡状態となるように駆動している。

上記した本実施例によれば、可変電圧・可変周波数電源
２５からの出力電圧Ｖ１及びＶ２は、商用交流電源２１
の出力用Ｉ工の最大値の２倍となるから、商用交流電源
２１に合うように定格が選定された電動機３２の入力端
子及び人力周波数の比を、広い周波数範囲で一定に制御
した場合でも、従来のように電動機３２のトルク不足を
来たすことがなく、その電動機３２を広い周波数範囲て
定ｌ・ルク運転することができる。また、」−２出力電
圧Ｖ１及びＶ２は、夫々独立した第１及び第２のインバ
ータ主回路２６及び２７により得る構成であって、その
位相及び電圧を各出力電圧ｖ１及びＶ２毎に自由に変え
ることができると共に、その出力電圧■！及びｖ２によ
り電動機３２を駆動する場合にはコンデンサ９が補助巻
線３２ｂから切離される構成であるので、電動機３２の
二相回転磁界を、広い周波数範囲において平衡させるこ
とができて効率の低下を招くことがなく、しかもこのよ
うなｉＶ、衡状態を保持するのに、従来のように進相電
調節用のコンデンサ及びスイッチを設けなくとも済むか
ら、構造が複雑化する虞がない。

尚、本発明は、第３図に示す第２の実施例のように抵抗
分相形の単相誘導電動機３４にも適用できるものであり
、この場合には上記電動機３４の主巻線３４ａ、補助巻
線３４ｂ及びインピーダンス素子たる抵抗３４ｃを、夫
々前記第１の実施例における主巻線３２ａ、補助巻線３
２ｂ及びコンデンサ３２ｃと同様に接続する。

その他、本発明は上記し且つ図面に示した各実施例に限
定されるものではなく、例えばに倍電圧整流回路による
電圧倍数を他の値としても良い等、その要旨を逸脱しな
い範囲て種々変形して実施することかできる。

［発明の効果］ 本発明によれば以上の説明によって明らかなように、主
巻線、補助巻線及びこの袖助荏線と直列に接続されたイ
ンピーダンス素子を備えた電動機に対して、商用交流電
源及び可変電圧・可変周波数電源の何れかから選択的に
通電するようにした電動機の可変速運転装置において、
電動機を可変速運転する場合に広い周波数範囲で定トル
ク運転が可能になると共に、その電動機の平衡状態を保
持するための回路４１．７成部品を不要にてきて、ｉｌ
・１造を簡単化できる等の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図は結線図、第２図は機能説明用の波形図である
。また、第３図は本発明の第２の実施例を示す第１図相
当図であ。さらに、第４図及び第５図は従来例を示す夫
々第１図相当図及び第２図相当図である。 図中、２１は商用交流電源、２２は４倍電圧整流回路（
Ｋ倍電圧整流回路）、２５はｉｊＪ変７ド圧・可変周波
数電源、２６は第１のインバータ主回路、２７は第２の
インバータ主回路、３２は弔（１１，仄専電動機、３２
ａは主巻線、３２ｂは補助金線、３２Ｃはコンデンサ（
インピーダンス素子）、３３はスイッチ手段、３４は単
１１１誘導電動機、３４ａは主巻線、３４ｂは補助落綿
、３４ｃは抵抗（インビーダンス素子）を示す。 出願人　　株式会社　　東　　芝 第　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、主巻線、補助巻線及びこの補助巻線と直列に接続さ
   れたインピーダンス素子を備えた電動機に対して、商用
   交流電源及び可変電圧・可変周波数電源の何れかから選
   択的に通電するようにした電動機の可変速運転装置にお
   いて、前記商用交流電源の出力を整流するに倍電圧整流
   回路（Ｋは２以上の整数）を設けると共に、前記可変電
   圧・可変周波数電源を、前記に倍電圧整流回路の出力を
   スイッチングして前記主巻線の両端に可変電圧・可変周
   波数の交流出力を与えるように接続された第１のインバ
   ータ主回路と、前記に倍電圧整流回路の出力をスイッチ
   ングして前記補助巻線の両端に可変電圧・可変周波数の
   交流出力を与えるように接続された第２のインバータ主
   回路とにより構成し、さらに前記電動機に対して前記可
   変電圧・可変周波数電源から通電するときに前記インピ
   ーダンス素子を前記補助巻線から切離すスイッチ手段を
   設けたことを特徴とする電動機の可変速運転装置。