WO2022190720A1 - 単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロック - Google Patents

単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロック Download PDF

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WO2022190720A1
WO2022190720A1 PCT/JP2022/004072 JP2022004072W WO2022190720A1 WO 2022190720 A1 WO2022190720 A1 WO 2022190720A1 JP 2022004072 W JP2022004072 W JP 2022004072W WO 2022190720 A1 WO2022190720 A1 WO 2022190720A1
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WO
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induction motor
overload
phase induction
auxiliary coil
energization time
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PCT/JP2022/004072
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English (en)
French (fr)
Inventor
樹 山本
択真 一色
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株式会社キトー
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/04Single phase motors, e.g. capacitor motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load

Definitions

  • the present invention relates to a control method, a control device, and an electric chain hoist for a single-phase induction motor, which are widely used in drive units of devices that move loads of different weights, such as electric chain hoists.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic circuit configuration of a single-phase induction motor handled by the present invention.
  • the single-phase induction motor section 120 includes a main coil ML having a U terminal and a V terminal at both ends and an auxiliary coil AL having an X terminal and a Y terminal at both ends within the stator S.
  • an alternating current is applied to the main coil ML from the single-phase AC power supply 200 via the SSR (solid state relay) power circuit 121, and at the same time, the auxiliary coil AL is also supplied via the SSR power circuit 121 and the capacitor C. Apply alternating current.
  • a rotating magnetic field is generated in the stator S, and a rotor (not shown) rotatably supported so as to face the main coil ML and the auxiliary coil AL starts rotating. Motor starts.
  • FIG. 2 is a diagram showing the state of torque change from the start of the single-phase induction motor.
  • Curve A shows the torque change of the motor when the rotor is rotated with the main coil ML and the auxiliary coil AL energized.
  • Curve B is a curve showing changes in torque when energization to the main coil ML is ON and energization to the auxiliary coil AL is OFF.
  • Capacitor run The operation of the single-phase induction motor in which both the main coil ML and the auxiliary coil AL are energized is referred to as "capacitor run" (see FIG. 3), and the main coil ML is energized and the auxiliary coil AL is operated.
  • This single-phase induction motor is classified as a capacitor start type, and is not classified as a capacitor run type in which the auxiliary coil AL is always energized to operate.
  • the start of a single-phase induction motor begins with a capacitor run from a state of rotation speed 0 (point I on curve A in Fig. 2). After that, the torque of the single-phase induction motor rises (increases) according to the rotational speed until it reaches a peak, and then rapidly drops (decreases) from the peak.
  • the auxiliary coil AL turning off the opening/closing contact 121e of the current-carrying path 121b
  • the rotational speed further increases, and steady operation is achieved in a state where the load torque C is balanced (point III).
  • the switching from the capacitor run of curve A to the pure single-phase run of curve B is determined by the SSR power circuit 121 based on the current value flowing to the main coil ML, and switching is performed. Further, as shown in FIG. 2, the output torque of the single-phase induction motor is determined by the rotational speed, and is also correlated with the output torque of the single-phase induction motor and the current value. Therefore, in a conventional overload limiter OLL (hereinafter simply referred to as "OLL”), the output torque of the single-phase induction motor is determined based on the current value flowing through the main coil ML to determine overload.
  • OLL overload limiter
  • the single-phase induction motor is overloaded, based on the current value. For example, this corresponds to the case where a load hoisting device such as an electric chain hoist hoists a load with a rated load at the operating guaranteed minimum voltage, in a high temperature state, or in a low temperature state.
  • a load hoisting device such as an electric chain hoist hoists a load with a rated load at the operating guaranteed minimum voltage, in a high temperature state, or in a low temperature state.
  • the output torque of the single-phase induction motor itself decreases.
  • the load torque applied to the motor increases due to an increase in mechanical loss, and it is difficult to distinguish from an overload of the load (overload).
  • Figure 5 shows the acceleration of a single-phase induction motor under such severe conditions.
  • the operation is started (point I) with the capacitor run of curve A as in the normal operation, after which the rotation speed increases smoothly, and the current value of the main coil ML becomes less than the predetermined switching threshold (Fig. 5). II) and switch to curve B purely monophasic run. So far, similar to a normal capacitor start, under these severe conditions, when switching to a pure single-phase run, the load torque C may be approximately equal to or greater than the output torque of the single-phase induction motor.
  • the single-phase induction motor may decelerate, and when the current value of the main coil ML reaches the threshold for switching to capacitor run, it switches again to curve A capacitor run (point III) and accelerates in curve A capacitor run. Then, at point II, it switches to the pure single-phase run of curve B, decelerates again, and switches to the condenser run of curve A.
  • the output torque of a single-phase induction motor is correlated with the rotational speed.
  • the conventional OLL which is determined based on the current value of the single-phase induction motor, cannot make an appropriate determination, and there is a problem that the range of use of the single-phase induction motor as a product is limited.
  • the simplest solution to deal with this problem is to use a single-phase induction motor with enough power headroom under all circumstances, but then only to prepare for the worst case scenario. A problem arises that the phase induction motor must be oversized.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to an overload control device for electric motors.
  • the technology disclosed here is similar to the invention of the present application in that it is an overload control device for a single-phase induction motor of a capacitor starting (starting) type, but differs from the invention of the present application in the following points. .
  • Patent Document 1 is an overload control device for a capacitor-starting single-phase induction motor as described above, and the overload judgment criterion is whether or not the overload current continues to flow beyond a predetermined time. and
  • the overload control device for a single-phase induction motor described in Patent Document 1 has a problem that it cannot be used under the severe conditions targeted by the present invention. Even if the operation is frequently switched from the pure single-phase run to the condenser run in a short period of time, it may be determined as noise and not as an overload.
  • Patent Document 1 excludes noise, temporary overload, etc. from the determination, and is capable of making a determination without problems. It is intended to enable overload determination even under conditions that cannot be determined by the overload determination method of (1), and to expand the range of possible overload determination.
  • the present invention provides a single-phase induction motor control method, a control device, and an electric motor that can appropriately determine an overload of the single-phase induction motor whether the single-phase induction motor is a capacitor run or a pure single-phase run.
  • the purpose is to provide a chain block.
  • the present invention comprises a main coil, an auxiliary coil, a capacitor, and a drive circuit, wherein the main coil is supplied with a current from a single-phase AC power supply through the drive circuit, and the auxiliary coil is supplied with a 1 or 2 according to any one of (1) to (4) below, in a method for controlling a single-phase induction motor that supplies current from the single-phase AC power supply via the capacitor when the load current of the main coil is large.
  • a control method for a single-phase induction motor is characterized by employing the overload determination method described above. (1) An overload determination threshold is provided for the power supplied to the main coil, and an overload is determined when the power supplied to the main coil exceeds the overload determination threshold set for the power. do.
  • An overload determination threshold is provided for the ratio of the energization time of the auxiliary coil to the operation time of the single-phase induction motor, and the ratio of the energization time of the auxiliary coil is set to the ratio of the energization time.
  • the overload determination threshold value provided for the load is exceeded, it is determined that the load is overloaded.
  • An overload judgment threshold value is set for the ratio of the energization time during which the auxiliary coil is energized within a predetermined time, and the ratio of the energization time during which the auxiliary coil is energized within the predetermined time is set to the ratio of the energization time. It is determined that the overload is exceeded when the overload determination threshold value provided in the above is exceeded.
  • An overload judgment threshold value is provided in the integrated value of the energization time during which the auxiliary coil is energized within a predetermined time, and the integrated value of the energization time during which the auxiliary coil is energized within the predetermined time is the integrated value of the energization time.
  • the overload determination threshold value set for the value is exceeded, it is determined that the load is overloaded.
  • the overload determination methods described in (1) to (4) above may use only one of these overload determination methods, or any one or more of these methods may be used. may be used. When a plurality of overload determination methods are used, the final determination of overload may be made under the condition that any one of them is determined to be overloaded.
  • the final determination may be made on the condition that the load determination method determines that the load is overloaded.
  • the present invention in a control method for a capacitor-starting single-phase induction motor, it is possible to accurately determine whether or not the single-phase induction motor is overloaded even in a region where the main coil current is unstable. Further, in the present invention, an overload determination method (1) in which an overload determination threshold value is set for the power supplied to the main coil, and an overload determination method in which an overload determination threshold value is set for the energization time of the other auxiliary coils.
  • the present invention comprises a main coil, an auxiliary coil, a capacitor, and a drive circuit, wherein the main coil is energized from a single-phase AC power supply through the drive circuit, and the auxiliary coil is supplied with the single-phase AC power supply.
  • a control device for a single-phase induction motor configured to supply a current from a single-phase induction motor through the drive circuit and through the capacitor. It is characterized by comprising an overload determination means for performing overload determination by. Only one of the overload determination means of the methods described in (1) to (4) above may be used, or a plurality of any of these overload determination means may be used.
  • the present invention also provides an electric chain hoist comprising a load sheave to which a load chain engages, and a single-phase induction motor for rotating the load sheave, comprising a control device for the single-phase induction motor. Characterized by electric chain hoist. According to this electric chain hoist, it is possible to properly determine whether or not the suspended load is overloaded even in a region where it is impossible to determine the overload in the past, and to safely stop the lifting of the overloaded load. can.
  • overload determination can be made even under conditions that cannot be determined by conventional overload determination methods, and the range of possible overload determinations can be expanded. This makes it possible to properly determine the overload of the single-phase induction motor.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic circuit configuration of a single-phase induction motor according to the present invention
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing a state of torque change from starting of a single-phase induction motor
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic circuit configuration during a capacitor run of a single-phase induction motor
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic circuit configuration of a single-phase induction motor during a pure single-phase run
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of torque change from starting of a single-phase induction motor
  • 6A and 6B are diagrams for explaining overload determination of a single-phase induction motor according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining overload determination of a single-phase induction motor according to the present invention. It is the figure which extracted and expanded a part of FIG. FIG. 4 is a diagram showing a processing flow of overload determination of a single-phase induction motor according to the present invention; 1 is a schematic system configuration diagram of an electric chain hoist using the present invention; FIG. FIG. 2 is a diagram showing an electrical connection configuration of the electric chain hoist according to the present invention;
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic circuit configuration of a single-phase induction motor for carrying out overload determination according to the present invention.
  • the single-phase induction motor includes a main coil ML having a U terminal and a V terminal at both ends and an auxiliary coil AL having an X terminal and a Y terminal at both ends. and a capacitor C.
  • An SSR (solid state relay) power circuit 121 has three energization paths 121a, 121b, 121c, and electrical switching contact portions 121d, 121e, 121f at intermediate portions of the respective energization paths 121a, 121b, 121c, By turning on and off the opening/closing contact portions 121d, 121e, and 121f, the input side (single-phase AC power supply 200 side) and the output side (single-phase induction motor section 120 side) are electrically connected to the power paths 121a, 121b, and 121c, respectively. It is designed to be connected and separated systematically.
  • the contact portions 121d, 121e, and 121f are illustrated as being mechanically turned on and off, but in reality, they are composed of non-contact elements (for example, triacs). .
  • the motor forward/reverse circuit, current sensor, and voltage sensor will be described in detail later.
  • the input side of the energization path 121a of the SSR power circuit 121 and the input side end of the energization path 121b are electrically connected, and the output side end of the energization path 121a is the U terminal of the main coil ML of the single-phase induction motor section 120. , and the output side end of the input/output terminal 121 b is connected to the X terminal of the auxiliary coil AL of the single-phase induction motor section 120 . Also, the output side end of the energizing path 121c is connected to the V terminal of the main coil ML.
  • One end of the capacitor C is electrically connected to the input side of the current path 121 c of the SSR power circuit 121 , and the other end is connected to the Y terminal of the auxiliary coil AL of the single-phase induction motor section 120 .
  • the switching contact portions 121d, 121e, and 121f of the current paths 121a, 121b, and 121c of the SSR power circuit 121 are all OFF, and the single-phase induction motor portion 120 is in a stopped state.
  • FIG. 3 shows a state in which the single-phase induction motor is started, and the switching contact portions 121d, 121e, and 121f of all the energization paths 121a to 121c of the SSR power circuit 121 are ON, and the single-phase induction motor portion 120 is supplied with single-phase power.
  • the capacitor C Since the capacitor C is connected in series with the auxiliary coil AL, the phase difference between the current flowing through the main coil ML and the current flowing through the auxiliary coil AL generates a rotating magnetic field in the stator S from the rotational speed of 0.
  • Rotors (not shown), which are rotatably supported on opposite sides in S, rotate and the single-phase induction motor section 120 starts.
  • Such operation of the single-phase induction motor by energizing the auxiliary coil AL having the capacitor C in series with the main coil ML is referred to as a capacitor run as described above.
  • FIG. 4 shows that after the single-phase induction motor is started, it is detected that the current of the main coil ML has decreased to a predetermined value, the energization of the auxiliary coil AL is stopped, and the single-phase induction motor is operated only by energizing the main coil ML. indicates that you are driving That is, when the rotation speed of the motor increases and the current value of the main coil ML becomes equal to or less than the switching threshold value after a predetermined time has passed since the single-phase induction motor unit 120 started, the open/close contact unit 121e of the current path 121b is turned off. , the single-phase induction motor operating in pure single-phase run as defined above.
  • the single-phase induction motor is started in the capacitor run mode, and after a predetermined time has passed, the single-phase induction motor is switched to the pure single-phase run mode.
  • the pure single-phase run mode In rated load operation under the conditions of , an output close to the maximum possible torque output of a pure single-phase run under the same conditions is required.
  • the current value of the main coil ML that is switched from the pure single-phase run to the capacitor run is set so as not to stall in the pure single-phase run.
  • the SSR power circuit 121 turns on the switching contact 121e of the current path 121b, switches to the operation of the capacitor run, and when the rotation speed of the motor increases and the current of the main coil ML becomes equal to or less than the switching threshold, the switching contact 121e is turned off. Then, when the current of the main coil ML exceeds the switching threshold value again, the open/close contact 121e is turned ON to perform a capacitor run.
  • the single-phase induction motor is operated while frequently switching between the capacitor run and pure single-phase run. If a single-phase induction motor is operated while frequently switching between capacitor run and pure single-phase run, the operation can be continued, but the current value or power value will not be stable. Can not. In other words, there is a problem that the range in which OLL can be used is limited.
  • the output torque assumed by the curve B of the pure single-phase run may be exceeded, the current value of the main coil ML increases above the switching threshold, and the curve B of the pure single-phase run switches to the curve A of the capacitor run at point III.
  • the rotation speed, current value, or power value is not stable, and overload determination cannot be made based only on the magnitude of the current value or power value, but operation at the rated load is possible.
  • there is a correlation between the operating time ratio of the curve A for the condenser run and the curve B for the pure single-phase run and the magnitude of the load and this correlation can be used to determine overload. By doing so, it has become possible to perform overload determination even in a range of use in which overload determination cannot be performed with the conventional OLL.
  • a threshold value is set for the power value of the main coil ML of the single-phase induction motor unit 120, and a threshold value is set for the energization time per unit time of the auxiliary coil AL. or when the energization time per unit time of the auxiliary coil AL exceeds the threshold value, the single-phase induction motor is determined to be overloaded and controlled to stop the single-phase induction motor. did.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining thresholds for determining overload of the single-phase induction motor section 120.
  • FIG. 6A the horizontal axis indicates the voltage (V) supplied to the single-phase induction motor unit 120, and the vertical axis indicates the ratio (%) of the auxiliary coil energization time.
  • V voltage
  • the vertical axis indicates the ratio (%) of the auxiliary coil energization time.
  • One example is the one adopted for an electric chain hoist compatible with a single-phase AC power supply. 1 W (250 kg) indicates that the rated load is 250 kg.
  • the energization time ratio (%) of the auxiliary coil AL indicates the ratio of the energization time of the auxiliary coil AL to the energization time of the single-phase induction motor section 120 .
  • the auxiliary coil energization time ratio (%) (energization time for the auxiliary coil AL)/(energization time for the main coil ML) ) ⁇ 100.
  • FIG. 6A shows that when the voltage supplied to the single-phase induction motor section 120 is 110 V or more, the operation can be performed even if a load with a rated load of 250 kg is lifted without energizing the auxiliary coil AL.
  • the energization time ratio (%) of the auxiliary coil AL is required to be 7.5%.
  • the OLL threshold indicates that the voltage supplied to the single-phase induction motor section 120 is 27% at 100V and 15% at 107V or higher.
  • the main coil power value in FIG. 6B shows the voltage (V) supplied to the single-phase induction motor unit 120 on the horizontal axis and the power (W) of the main coil ML on the vertical axis. is shown as an example of an electric chain hoist corresponding to The main coil power (W) indicates the power consumed by the main coil ML. It is calculated by a microcomputer (not shown) from detected values of a current sensor (not shown) and a voltage sensor (not shown).
  • FIG. 6B shows that when the voltage supplied to the single-phase induction motor section 120 is between 110V and 120V, it consumes approximately 350W of power, and when it is 100V, it consumes 410W, and when it is 130V, it consumes 380W of power.
  • the OLL threshold is set to 520 W at a voltage of 100 V, 470 W at 110 V, and 440 W at 130 V. It is difficult to accurately determine OLL in the range where the supply voltage exceeds 110 V only with the auxiliary coil energization time ratio, but by setting the overload determination threshold value based on the main coil power for each supply voltage, it is possible to accurately determine OLL even in this range. It is possible to
  • the overload determination threshold value based on the main coil current may be determined for each supply voltage, and the OLL determination may be performed. In this case, it is better to measure more voltages because the current value varies more with voltage than the power value.
  • the load power is measured every 5V to 10V to determine the threshold, but the load current may be measured every 2V to 5V to determine the threshold.
  • the power consumption is averaged in consideration of this pulsating cycle for OLL determination. It is preferable to use
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of OLL determination based on the ratio of the energization time of the auxiliary coil AL.
  • 7(a) shows the current waveform detected by the current sensor of the main coil ML
  • FIG. 7(b) shows the transition of the alternating current effective value (RMS)
  • FIG. 7(c) shows the current of the auxiliary coil AL. Waveforms detected by current sensors are shown.
  • FIG. 7D is a chart showing a method of integrating the energization time within a predetermined time and a method of determining OLL from the integrated value as one method of OLL determination from the ratio of the energization time of the auxiliary coil AL.
  • the axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the energization time within a predetermined time.
  • the energization time ratio (rate) is a ratio (rate) calculated by dividing the time during which the auxiliary coil AL is energized by the time during which the main coil ML is energized. Control can be simplified by replacing the ratio of the energization time with the energization time within a predetermined time.
  • the method is shown in FIG.
  • the single-phase induction motor energizes the main coil ML during operation.
  • the auxiliary coil AL is ON/OFF controlled.
  • FIG. 8 extracts and enlarges (c) and (d) of FIG. 7, and is a diagram to which an explanation of the OLL determination method is added.
  • FIG. 8(a) corresponds to FIG. 7(c)
  • FIG. 8(b) corresponds to FIG. 7(d).
  • t 1 , t 3 , and t 5 in FIG. 8(a) indicate the start times of energization to the auxiliary coil AL
  • t 2 , t 4 , and t 6 indicate the stop times of energization.
  • the chart in FIG. 7 is simplified to have one ON/OFF threshold value for the auxiliary coil AL, it is preferable to set a switching threshold value from OFF to ON and a switching threshold value from ON to OFF. Considering that the current value of the main coil ML fluctuates greatly immediately after switching, it is preferable to disable switching based on the current value for a short time immediately after switching.
  • the ratio of the energization time of the auxiliary coil AL is converted into an integrated value of the energization time of the auxiliary coil AL within a predetermined time, and the overload (OLL) is determined.
  • the time to be integrated is set to 0.3 seconds, and when the integrated value of the energization time within this time is 0.165 seconds or more, which is 55% or more, the overload (OLL) is determined.
  • the energization of the auxiliary coil AL is started at time t1, and the energization of the auxiliary coil AL ends at time t2 after 0.09 seconds have passed.
  • the presence or absence of energization is detected at predetermined detection intervals (e.g., 0.02 seconds for 50 Hz, one cycle of the AC power frequency), and the energization integrated value increases in units of this predetermined detection interval (0.02 seconds). do.
  • the auxiliary coil AL is energized from time t3 , but before time t2, at time t4, most of it is outside the integration time, so the integrated value is 1 unit (0.02 seconds ), and from time t4 to time t5 , the integrated value decreases by one unit from that at time t4, energization of the auxiliary coil AL continues from time t5 to time t6 , and time t3. is within the integration time to be integrated at time t6 , the integrated value also increases. Then, the energization to the main coil ML and the auxiliary coil AL is stopped.
  • the method of judging overload by the energization time rate is as follows.
  • (Energization time rate) (Auxiliary coil AL energization time ⁇ constant) ⁇ (Main coil ML energization time) is calculated and compared with the OLL threshold for determination.
  • the constant is a time determined in consideration of the time during which the forcible auxiliary coil AL is energized at the time of starting, and is preferably settable as a parameter as appropriate. This effect makes it possible to reduce the influence of external noise and the like.
  • FIG. 9 is a diagram showing the flow of processing for determining overload of a single-phase induction motor.
  • step ST1 the single-phase induction motor is started in the capacitor run shown in FIG.
  • step ST2 it is determined whether or not the power value of the main coil ML exceeds the threshold in step ST2. If YES, the process proceeds to step ST3 to stop the single-phase induction motor. If the electric power value of the main coil ML does not exceed the threshold value in step ST2, the process proceeds to step ST4 to determine whether or not the integrated value of the energization time of the auxiliary coil AL within a predetermined time exceeds the overload determination threshold value. is determined, and if NO, the process proceeds to step ST2, and the above processing is repeated.
  • step ST4 if the integrated value of the energization time of the auxiliary coil AL exceeds the overload determination threshold value (YES), the process proceeds to step ST3 to stop the single-phase induction motor.
  • This processing is executed by a microcomputer arranged on the SSR power circuit 121 side.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an electric chain hoist 1 that uses the single-phase induction motor control method and control device according to the present invention.
  • the electric chain block 1 includes parts and devices such as a single-phase induction motor 10 for lifting and lowering a load, a friction clutch (clutch with overload prevention means) 11, an electromagnetic brake 27, a reduction gear mechanism 13, an SSR power circuit 121, a control unit 25, and the like. , each of which is arranged and appropriately positioned within the device casing 4 so as to perform its function.
  • Reference numeral 2 denotes a load sheave (rotating means) arranged in an apparatus casing 4.
  • a load chain 3 is wound around the load sheave 2 for hoisting and lowering a load (not shown).
  • the load sheave 2 In order for the electric chain hoist 1 to hoist and lower (raise and lower) the load, the load sheave 2 must be able to rotate in the hoisting direction (forward rotation) and the hoisting direction (reverse rotation). In order to rotate the load sheave 2 in the forward/reverse direction, it is conceivable to change the configuration of the reduction gear mechanism 13, but here, the SSR power circuit 121 has the forward/reverse rotation function.
  • FIG. 11 is a diagram showing the electrical connection configuration of the control unit 25 of the electric chain hoist 1, the SSR power circuit 121, the electromagnetic brake 27, and the like.
  • the SSR power circuit 121 has a function of rotating the single-phase induction motor 10 forward and backward, and non-contact switching elements 21-1 to 21-5 are used as ON/OFF elements.
  • the SSR power circuit 121 has a control board 20, and two external wires 61 and 62 are provided on the input side of the control board 20 where the supply terminals Rt, St, and Tt are arranged. , and the supply terminal St, these are electrically integrated (short-circuited), and a power supply SP1 having one end connected to the single-phase AC power supply 200 is formed.
  • the external wiring 62 is connected to the supply terminal Tt and the starting capacitor C, and electrically integrates (short-circuits) them.
  • a single-phase induction motor 10 is arranged on the output side of the control board 20 where the output terminals Ut, Vt, and Wt are arranged.
  • the single-phase induction motor 10 includes a main coil ML and an auxiliary coil AL.
  • One end U of the main coil ML is connected to the output terminal Ut of the control board 20 via a lead wire 66-1, and the other end V is electrically connected to the cathode of the rectifying element D2 and the anode of the rectifying element D4 of the full-wave rectifier circuit 26 through a lead wire 66-2.
  • the cathode of the rectifying element D3 and the cathode of the rectifying element D4 of the full-wave rectifier circuit 26 are electrically connected to one end of the excitation coil 27a of the electromagnetic brake 27, and the other end of the excitation coil 27a is connected to the full-wave rectifier circuit 26 for rectification. It is electrically connected to the anode of the element D1 and the anode of the rectifying element D2. Further, the cathode of the rectifying element D1 and the anode of the rectifying element D3 of the full-wave rectifier circuit 26 are connected to the output terminal Wt of the control board 20 through the lead wire 67.
  • the non-contact switching element 21-1 has a supply terminal Rt and an output terminal Ut.
  • the non-contact switching element 21-2 has a supply terminal St and an output terminal Vt.
  • the non-contact switching element 21-3 has a supply terminal Tt and an output terminal Wt.
  • the switching element 21-4 controls ON/OFF the electrical connection between the supply terminal Rt and the output terminal Wt, and the contactless switching element 21-5 controls the electrical connection between the supply terminal Tt and the output terminal Ut.
  • the control board 20 is mounted with a main current sensor 28T that detects the main current flowing through the main coil ML of the single-phase induction motor 10, an auxiliary current sensor 28S that detects the auxiliary current flowing through the auxiliary coil AL, and the like.
  • a control circuit block 25 having a control power supply circuit 24 is equipped with a microcomputer 23, which provides operation signals SU and SD from the operation unit 19, a main current detection signal IT detected by a main current sensor 28T, and a main current detection signal IT. , the auxiliary current detection signal IS detected by the auxiliary current sensor 28S is inputted.
  • a single-phase alternating current is input to the control power supply circuit 24 from a single-phase alternating current power supply 200 via wirings 22-6 and 22-7.
  • a voltage sensor (not shown) for detecting a power supply voltage or a voltage output to the main coil ML is provided, and a voltage detection signal VT detected by the sensor is input to the microcomputer 23 .
  • a hoisting signal SU is output to the microcomputer 23, and the non-contact switching elements 21-1 and 21-3 are ON-controlled by the processing of the microcomputer 23 ( At this time, the non-contact switching elements 21-4 and 21-5 remain OFF), and at the same time, the non-contact switching element 21-2 is also ON-controlled for a certain period at the time of starting. After that, based on the main current detection signal IT, the energization of the auxiliary coil AL is controlled by ON/OFF of the contactless switching element 21-2 to continue the winding operation.
  • a hoisting-down signal SD is output, and the contactless switching elements 21-4 and 21-5 are controlled to be ON by the processing of the microcomputer 23 (at this time, the contactless switching element 21-1 is turned ON). , 21-3 remain OFF), and at the same time, the non-contact switching element 21-2 is controlled to be ON for a certain period at the start. After that, based on the main current detection signal IT, energization of the auxiliary coil AL is controlled by ON/OFF of the non-contact switching element 21-2 to continue the winding operation.
  • the voltage signal VT and the current detection signals IT and IS are monitored and the hoisting is controlled based on the flow of overload determination processing shown in FIG. 9, thereby preventing hoisting of the overload.
  • the hoisting signal SU When the hoisting signal SU is detected by the control unit 25, single-phase power is simultaneously supplied to the main coil ML and the auxiliary coil AL of the single-phase induction motor 10, and the single-phase induction motor 10 starts rotating forward.
  • the main coil power is compared to see if it exceeds the power overload threshold, and if so, the power supply to the single-phase induction motor 10 is stopped. If not, it is compared whether the auxiliary coil energization time exceeds the overload threshold, and if it exceeds, the power supply to the single-phase induction motor 10 is stopped.
  • the power overload threshold and the energization time ratio overload threshold are predetermined for each voltage applied to the main coil ML.
  • Electromagnetic brake 120 Single-phase induction motor ML Main coil AL Auxiliary coil 121 SSR (solid state relay) power circuit 121a, 121b, 121c Current path 121d, 121e, 121f Switching contact 200 Single-phase AC power supply (Commercial power supply) C capacitor

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Abstract

単相誘導モータが補助コイルへの通電を繰り返す状態においても、モータの過負荷を適正に判定できる単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロックを提供すること。 主コイルML、補助コイルAL、コンデンサC、SSR動力回路121を備え、単相交流電源200から電流をSSR動力回路121を介して主コイルMLに通電すると共に、負荷が大きい時に補助コイルALに通電する単相誘導モータの制御方法である。所定時間内に補助コイルALに通電された通電時間の割合で過負荷を判定する。

Description

単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロック
 本発明は、電気チェーンブロック等の荷移動装置のように重量の異なる荷物を移動する装置の駆動部に広く利用される、単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロックに関する。
 電気チェーンブロックのように荷を上下方向に移動させる小型の荷巻上下装置には、広く単相誘導モータが使用されている。単相誘導モータには種々の種類があり、図1は本発明で扱う単相誘導モータの概略回路構成を示す図である。単相誘導モータ部120は、ステータS内に両端にU端子とV端子を備えた主コイルMLと、両端にX端子とY端子を備えた補助コイルALを備えている。始動時は単相交流電源200からSSR(ソリッドステートリレー)動力回路121を経由して主コイルMLに交流電流を通電すると共に、同時に補助コイルALにもSSR動力回路121及びコンデンサCを経由して交流電流を通電する。これにより、ステータS内には回転磁界が発生し、主コイルML及び補助コイルALに対向して回転自在に軸支され配置された回転子(図示せず)が回転を開始し、単相誘導モータが起動する。
 図2は単相誘導モータの始動からのトルク変化の状態を示す図であり、曲線Aは主コイルMLと補助コイルALへの通電をONとして回転子を回転させた場合のモータのトルク変化を示す曲線で、曲線Bは主コイルMLへの通電をONとして補助コイルALへの通電をOFFとした場合のトルク変化を示す曲線で、縦軸にトルク、横軸に回転速度を示している。なお、上記主コイルMLと補助コイルALの両方への通電をONする単相誘導モータの運転を「コンデンサラン」(図3参照)と記し、上記主コイルMLへの通電をONとして補助コイルALへの通電をOFFとする単相誘導モータの運転を「純単相ラン」(図4参照)と記す。なお、この単相誘導モータは、コンデンサ始動型に分類されるものであって、常時補助コイルALに通電し運転するコンデンサラン型に分類されるものではない。
 まず、単相誘導モータの始動は、回転速度0の状態からコンデンサランで運転を開始する(図2の曲線AのI点)。その後、単相誘導モータのトルクは回転速度に従って頂点に達するまで上昇し(大きくなり)、頂点から急激に下降する(小さくなる)。頂点を所定量過ぎたII点で図4に示すように補助コイルALへの通電をOFF(通電路121bの開閉接点部121eをOFF)とすることにより、モータは純単相ランへ切替わる(移行する)。その後、更に回転速度が増し、負荷トルクCと吊り合った状態(III点)で定常運転となる。曲線Aのコンデンサランから、曲線Bの純単相ランへの切替はSSR動力回路121が主コイルMLへ流れている電流値を基に判定し、切替を行う。また、図2に示すように、単相誘導モータの出力トルクは、回転速度により決まり、単相誘導モータの出力トルクと電流値とも相関がある。そこで従来のオーバーロードリミッターOLL(以後、単に「OLL」と記す)では、主コイルMLに流れる電流値を基に単相誘導モータの出力トルクを判定し、過負荷の判断を行っている。
 しかしながら、単相誘導モータはある特定の状況では、電流値を基に単相誘導モータの過出力トルク、即ち過負荷の判定が難しい場合がある。例えば、電気チェーンブロック等の荷巻上下装置で動作保証最低電圧時や高温状態、または低温状態で定格荷重の荷を巻上げた場合がそれに相当する。低い電圧を印加した場合や高温での運転時は、単相誘導モータ自身の出力トルクが低下する。また低温時は機械損の増加により、モータに掛かる負荷トルクが大きくなり、荷の過荷重(過負荷)との判別が難しい。
 図5はこのような厳しい条件下での単相誘導モータの加速の様子を示す。始動時は通常時と同様に曲線Aのコンデンサランで運転開始(I点)し、その後、順調に回転速度が速くなり、主コイルMLの電流値が所定の切り替え閾値以下となる(図5のII点)と、曲線Bの純単相ランへと切替える。ここまでは通常のコンデンサ始動と同様であるが、この厳しい条件下で、純単相ランに切替えると、負荷トルクCは単相誘導モータの出力トルクと略等しいか大きいこともある。この状態では単相誘導モータは減速することもあり、主コイルMLの電流値がコンデンサランへ切り替える閾値に達すると再び曲線Aのコンデンサランに切替え(III点)、曲線Aのコンデンサランで加速して、II点で曲線Bの純単相ランに切替え、再び減速して曲線Aのコンデンサランに切替える。
 前述したように、単相誘導モータの出力トルクは回転速度と相関関係があるが、このようにコンデンサランと純単相ランを交互に繰り返している状態では、運転は継続できるものの電流値は安定しない。そのため、このような状態では単相誘導モータの電流値により判定する従来のOLLでは適正に判定が行えないこととなり、製品としての単相誘導モータの使用範囲が制限されるという問題がある。この問題に対処するための最も簡単な解決方法は、どのような状況下でも出力に十分余裕を持った単相誘導モータを使用することであるが、そうすると最悪のレアケースに備えるためだけに単相誘導モータを大型化しなければならないという問題が生じる。
実開昭56―067894号公報
 特許文献1には電動機の過負荷制御装置に関する技術が開示されている。ここで開示されている技術は本願発明と同様、コンデンサ起(始)動方式の単相誘導モータの過負荷制御装置である点では本願発明と類似するが、下記の点で本願発明と相違する。
 特許文献1の発明は、上記のようにコンデンサ起動方式の単相誘導モータの過負荷制御装置であり、過負荷電流が所定時間を超えて連続して流れているか否かを過負荷の判定基準としている。特許文献1記載の単相誘導モータの過負荷制御装置では、本願発明が対象としている厳しい条件下での使用ができなくなるという問題が生じることになる。短時間で純単相ランからコンデンサランに切り替わる運転を頻繁に行っても、ノイズと判定し過負荷と判定しないことがある。
 特許文献1の発明は、ノイズや一時的な過負荷などを判定から除外し、不具合なく判定できるとしているのに対して、本発明はこのような、不具合になることを防ぐことではなく、従来の過負荷判定方法では判定できない条件下においても過負荷判定を可能とし、過負荷判定の対応可能範囲を拡大することを目的としている。
 更に本発明は、単相誘導モータがコンデンサランであっても、純単相ランであっても該単相誘導モータの過負荷を適正に判定できる単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロックを提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため本発明は、主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記主コイルの負荷電流が大きい時に前記コンデンサを経由して前記単相交流電源から電流を供給する単相誘導モータの制御方法において、下記(1)乃至(4)に記載のいずれか1又は2以上の過負荷判定方法を採用することを特徴とする単相誘導モータの制御方法である。
(1)前記主コイルに供給される電力に過負荷判定閾値を設け、前記主コイルに供給される電力が、該電力に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
(2)前記単相誘導モータの運転時間に対する前記補助コイルに通電される通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに通電される通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
(3)前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
(4)前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値が、該通電時間の積算値に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
 上述のように、上記(1)乃至(4)に記載の過負荷判定方法は、これらの内の何れか1つのみの過負荷判定方法を用いても良いし、これらの内の何れか複数の過負荷判定方法を用いても良い。複数の過負荷判定方法を用いる場合は、それらの内の何れか1つの過負荷判定方法が過負荷と判定することを条件に過負荷であると最終判断しても良いし、それら全ての過負荷判定方法が過負荷と判定することを条件に過負荷であると最終判断しても良い。
 本発明によれば、コンデンサ始動型の単相誘導モータの制御方法において、主コイルの電流が不安定な領域でも、単相誘導モータが過負荷であるか否かを精度よく判定できる。
 また本発明において、主コイルに供給される電力に過負荷判定閾値を設ける過負荷判定方法(1)と、それ以外の補助コイルに通電される通電時間に関して過負荷判定閾値を設ける過負荷判定方法(2)又は(3)又は(4)とを併用すれば、定格負荷を大きく上回る負荷が作用した場合には、補助コイルの通電時間に関して過負荷を判定する前に、主コイルに供給される電力値で過負荷を判定できるので、より効果的に機器の損傷を防止することが可能となる。
 また本発明は、主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記単相交流電源から電流を前記駆動回路を介し且つ前記コンデンサを経由して供給するように構成された単相誘導モータの制御装置において、上記(1)乃至(4)に記載のいずれか1又は2以上の方法による過負荷判定を行う過負荷判定手段を備えていることを特徴とする。
 上記(1)乃至(4)に記載の方法による過負荷判定手段の内の何れか1つのみの過負荷判定手段を用いても良いし、これらの内の何れか複数の過負荷判定手段を用いても良いことは、上記単相誘導モータの制御方法の場合と同様である。
 本発明によれば、コンデンサ始動型の単相誘導モータの制御装置において、主コイルの電流が不安定な領域でも、単相誘導モータが過負荷であるか否かを精度よく判定できる。
 また本発明は、ロードチェーンが係合するロードシーブと、該ロードシーブを回動する単相誘導モータとを備えた電気チェーンブロックであって、上記単相誘導モータの制御装置を備えたことを特徴とする電気チェーンブロックにある。
 この電気チェーンブロックによれば、従来では過荷重の判定が不可能とされる領域においても適正に吊り荷が過荷重か否かを判定でき、過荷重の荷の吊り上げを安全に停止することができる。
 本発明によれば、従来の過負荷判定方法では判定できない条件下においても過負荷判定を可能とし、過負荷判定の対応可能範囲を拡大することができる。これによって単相誘導モータの過負荷を適正に判定できる。
本発明に係る単相誘導モータの概略回路構成を示す構成図である。 単相誘導モータの始動からのトルク変化の状態を示す図である。 単相誘導モータのコンデンサラン時の概略回路構成を示す図である。 単相誘導モータの純単相ラン時の概略回路構成を示す図である。 単相誘導モータの始動からのトルク変化の状態を示す図である。 図6A及び図6Bは本発明に係る単相誘導モータの過負荷判定を説明するための図である。 本発明に係る単相誘導モータの過負荷判定を説明するための図である。 図7の一部を抽出拡大した図である。 本発明に係る単相誘導モータの過負荷判定の処理フローを示す図である。 本発明を使用する電気チェーンブロックの概略システム構成図である。 本発明に係る電気チェーンブロックの電気的接続構成を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本願発明に係る過負荷判定を実施するための単相誘導モータの概略回路構成を示す図である。単相誘導モータはステータS内に両端にU端子とV端子を有する主コイルMLと、両端にX端子とY端子を有する補助コイルALを備えた単相誘導モータ部120と、SSR動力回路121と、コンデンサCを具備する構成である。SSR(ソリッドステートリレー)動力回路121は3個の通電路121a,121b,121cを備え、それぞれの通電路121a,121b,121cの中間部に電気的開閉接点部121d,121e,121fを有し、該開閉接点部121d,121e,121fをON,OFFすることにより、通電路121a,121b,121cでそれぞれ入力側(単相交流電源200側)と出力側(単相誘導モータ部120側)を電気的に接続・分離されるようになっている。なお、ここでは説明を解り易くするため接点部121d,121e,121fが機械的にON・OFFするイメージで図示しているが、実際は無接点素子(例えばトライアック)で構成されるようになっている。なお、モータの正逆転回路や電流センサ、電圧センサについては後に詳述する。
 SSR動力回路121の通電路121aの入力側と通電路121bの入力側の端部が電気的に接続され、通電路121aの出力側端部は単相誘導モータ部120の主コイルMLのU端子に接続され、入出力端子121bの出力側端部は単相誘導モータ部120の補助コイルALのX端子に接続されている。また、通電路121cの出力側端部は主コイルMLのV端子に接続されている。また、コンデンサCはその一端がSSR動力回路121の通電路121cの入力側に電気的に接続され、他端は単相誘導モータ部120の補助コイルALのY端子に接続されている。図1に示す状態、即ちSSR動力回路121の通電路121a,121b,121cの開閉接点部121d,121e,121fの全てがOFFの状態で単相誘導モータ部120は停止の状態である。
 図3は単相誘導モータが始動した状態を示し、SSR動力回路121の全部の通電路121a~121cの開閉接点部121d,121e,121fがONで、単相誘導モータ部120に単相電力が供給されている状態を示す。補助コイルALには直列にコンデンサCが接続されているため、主コイルMLを流れる電流と補助コイルALを流れる電流の位相差により、回転速度0からステータS内に回転磁界が発生し、該ステータS内に対向して回転自在に軸支されて配置された回転子(図示せず)が回転し、単相誘導モータ部120は始動する。このように、主コイルMLへの通電に加えコンデンサCを直列に備えた補助コイルALへの通電により単相誘導モータを運転することを、ここでは上記のようにコンデンサランと称する。
 図4は単相誘導モータが始動した後、主コイルMLの電流が所定値に減少したことを検知して補助コイルALへの通電を停止し、主コイルMLへの通電のみで単相誘導モータを運転している状態を示す。即ち、単相誘導モータ部120が始動してから所定時間が経過した後、モータの回転速度が増加し主コイルMLの電流値が切り替え閾値以下になると通電路121bの開閉接点部121eをOFFとし、単相誘導モータが上記に定義したように純単相ランで運転されている状態を示している。
 上記のように単相誘導モータをコンデンサランで始動し、所定時間経過後に純単相ランに切替え、単相誘導モータを運転している状態において、例えば低電圧状態や、高温状態や、低温状態の条件下での定格負荷運転では、同条件下での純単相ランの出力可能なトルクの最大出力に近い出力が必要となる。これに対処するため、純単相ランでストールしないように、純単相ランからコンデンサランに切り替える主コイルMLの電流値を設定している。SSR動力回路121は通電路121bの開閉接点部121eをONとして、コンデンサランの運転へ切替え、モータの回転速度が上昇し主コイルMLの電流が切り替え閾値以下になったら、開閉接点部121eをOFFとして純単相ラン運転とし、再び主コイルMLの電流が切り替え閾値を超えたら、開閉接点部121eをONとしてコンデンサランとする。このようにコンデンサランと純単相ランを頻繁に切替えながら単相誘導モータを運転することになる。コンデンサランと純単相ランを頻繁に切替えながら単相誘導モータを運転すると、運転は継続できるものの、電流値又は電力値が安定しないことになり、従来の電流値の大小だけから過負荷が判定できない。つまりOLLが使用できる範囲に制限されるという問題がある。
 上記従来の単相誘導モータの運転における問題を、図1乃至図5を用いて更に詳細に説明する。図1のSSR動力回路121の通電路121a,121b,121cの開閉接点部121d,121e,121fの全部をOFFの状態から、図3に示すように開閉接点部121d,121e,121fの全部をONの状態にすると、図2のI点で単相誘導モータ部120の運転を開始し、図2の曲線Aのコンデンサランに沿ってその出力トルクは回転速度の増加に伴って大きくなる。そしてコンデンサランの曲線Aの頂点を所定量超したII点で通電路121bの開閉接点部121eをOFFとする。これにより単相誘導モータ部120は純単相ランでの定常運転となる。
 単相誘導モータを上記のように運転した場合に、動作保証最低電圧時や高温などの環境下での運転を行うと、出力トルクが低下するという問題、また低温下で運転を行った場合、負荷トルクが増加するという問題がある。これを図5で説明すると、低電圧、高温での定格負荷運転では、同条件下で純単相ランの曲線Bでの出力可能な最大トルクに近い負荷トルクCが必要となる。このため、コンデンサランの曲線AのII点で純単相ランの曲線Bへ切替えると、純単相ランで安定して運転を継続するトルクが出力できない場合、または、低温時にはモータに掛かる負荷が純単相ランの曲線Bで想定した出力トルクを上回ることがあり、主コイルMLの電流値が切り替え閾値以上に増加し、純単相ランの曲線BのIII点でコンデンサランの曲線Aへ切替えることが必要になり、コンデンサランと純単相ランとを頻繁に切替えながら運転することになる。このため回転速度や電流値または電力値が安定せず、電流値又は電力値の大小だけでは過負荷判定ができなくなるが、定格負荷での運転は可能な状態となっている。この領域においては、コンデンサランの曲線Aと純単相ランの曲線Bの運転時間比率と負荷の大きさとは相関関係があり、この相関関係を利用して過負荷判定を行える。そうすることによって従来のOLLでは過負荷判定ができなかった使用範囲でも過負荷判定をすることが可能となった。
 そこで、本実施の形態では、単相誘導モータ部120の主コイルMLの電力値に閾値、補助コイルALの単位時間当り通電時間に閾値を設け、主コイルMLへの電力値が閾値を超えた場合、或いは補助コイルALの単位時間当り通電時間が閾値を超えた場合のいずれかが発生した場合に、単相誘導モータを過負荷と判定し単相誘導モータを停止するように制御することとした。
 図6A及び図6Bは単相誘導モータ部120の過負荷判定するための閾値を説明するための図である。図6Aの補助コイル通電時間割合は、横軸に単相誘導モータ部120に供給される電圧(V)を、縦軸に補助コイルALへの通電時間割合(%)を示し、定格電圧115Vの単相交流電源に対応する電気チェーンブロックに採用したものを一例としている。1W(250kg)は、定格荷重が250kgであることを示す。補助コイルALへの通電時間割合(%)は、単相誘導モータ部120への通電時間に対する補助コイルALへの通電時間の割合を示す。単相誘導モータ部120に通電する場合は、常に主コイルMLに通電しているので、補助コイル通電時間割合(%)=(補助コイルALへの通電時間)/(主コイルMLへの通電時間)×100で求められる。
 図6Aでは単相誘導モータ部120に供給される電圧が110V以上では定格荷重250kgの荷を吊り上げても補助コイルALに通電しなくても運転できることを示している。一方、単相誘導モータ部120に供給される電圧が100Vでは、補助コイルALへの通電時間割合(%)が7.5%を要することを示している。OLL閾値は、単相誘導モータ部120に供給される電圧が100Vでは27%とし107V以上では15%としていることを示している。このように、供給電圧ごとに補助コイル通電時間割合によるOLL閾値(過負荷判定閾値)を決めることによって、コンデンサランと純単相ランを繰り返す負荷領域においても過負荷を判別することが可能となっている。
 図6Bの主コイル電力値は、横軸に単相誘導モータ部120に供給される電圧(V)を、縦軸に主コイルMLの電力(W)を示し、定格電圧115Vの単相交流電源に対応する電気チェーンブロックに採用されたものを一例として示している。主コイル電力(W)は、主コイルMLが消費する電力を示している。図示しない電流センサと電圧センサの検出値から図示しないマイクロコンピュータによって算出している。図6Bでは、単相誘導モータ部120に供給される電圧が110V~120Vで概ね350Wの電力を消費し、100Vでは410W、130Vでは380Wの電力を消費することを示している。図示を省略した消費電力のばらつきなども考慮して、電圧100Vでは520W、110Vでは470W、130Vでは440WをOLLの閾値としていることを示している。補助コイル通電時間割合だけでは、供給電圧が110Vを超える範囲では精度良くOLL判定することが難しいが、供給電圧ごとに主コイル電力による過負荷判定閾値を定めることにより、この範囲でも精度よくOLL判定することが可能となっている。
 供給電圧ごとに主コイル電力による過負荷判定閾値を定めることに替えて、供給電圧ごとに主コイル電流による過負荷判定閾値を定めることとし、OLL判定を行うようにしても良い。この場合は、電力値よりも電流値の方が電圧ごとの値の変化が大きいので、測定する電圧を多くした方が良い。図6Bでは5V~10Vごとに負荷電力を測定して閾値を定めているが、例えば2V~5Vごとに負荷電流を測定し閾値を定めるようにしても良い。
 電気チェーンブロックでは、ロードチェーンと噛み合うロードシーブが多角形であることにより単相誘導モータ部120に掛かる負荷が脈動することを考慮し、この脈動する周期を考慮し消費電力を平均化しOLL判定に用いることが好ましい。
 図7は補助コイルALの通電時間の割合によってOLL判定する方法を説明するための模式図である。図7(a)は主コイルMLの電流センサで検知した電流波形を示し、図7(b)はその交流電流実効値(RMS)の推移を、図7(c)は補助コイルALの電流を電流センサで検知した波形をそれぞれ示している。また、図7(d)は補助コイルALの通電時間の割合からOLL判定する一つの手法として、所定時間内の通電時間の積算方法と積算値からOLL判定する方法を示すためのチャートで、横軸が経過時間で縦軸は所定時間内の通電時間としている。通電時間割合(率)は、補助コイルALに通電した時間を主コイルMLに通電した時間で除して算出される割合(率)である。通電時間の割合を、所定時間内の通電時間に置き換えて検知した方が、制御が簡略にできる。その方法を図7に示している。単相誘導モータは、運転中は主コイルMLには通電している。一方、補助コイルALには図7に示す通り、通電をON/OFF制御されている。補助コイルALの通電の有無を短い検知周期で検知し、通電を検知した回数を所定の時間内で積算することで、通電時間の割合が過負荷判定閾値に到達したか否かを判定することが可能となる。
 図8は図7の(c)、(d)を抽出し拡大して示していて、OLL判定方法の説明を加えた図である。図8(a)が図7(c)に、図8(b)が図7(d)にそれぞれ対応する。図8(a)のt,t,tはそれぞれ補助コイルALへの通電開始時刻を、t,t,tはそれぞれ通電停止時刻を示す。
 なお、図7ではチャートを簡略化して補助コイルALのON/OFF閾値を一つとしているが、OFFからONの切り替え閾値とONからOFFの切り替え閾値をそれぞれ設けることが好ましい。また、切り替え直後に主コイルMLの電流値が大きく変動することを考慮し、切り替え直後の短時間は電流値による切り替えを無効とすることが好ましい。
 また、このチャートでは、補助コイルALの通電時間の割合を所定時間内の補助コイルALへの通電時間の積算値に変換して過負荷(OLL)と判定をするようにしている。図8に示すように積算する時間を0.3秒とし、この時間内の通電時間の積算値が55%以上である0.165秒以上になると過負荷(OLL)と判定する。時刻tで補助コイルALへの通電を開始し、0.09秒経過した時刻tで補助コイルALへの通電が終了している。所定の検知周期(例えば交流電源周波数の1周期とし、50Hzの場合は0.02秒)間隔で通電の有無を検知し、この所定の検知周期(0.02秒)単位で通電積算値は増加する。次いで時刻tから補助コイルALへ通電しているが、時刻t以前は、時刻tの時点ではそのほとんどが積算する積算時間外となっているので積算値は1単位(0.02秒)だけ増加し、時刻tから時刻t5では積算値が時刻tの時点より1単位減少し、時刻t5から時刻t6に渡って補助コイルALへの通電が継続し、時刻tも時刻t6の時点で積算する積算時間内となっていることから積算値も増加し、時刻t6で積算値が過負荷判定閾値(OLL判定閾値)に達したので過負荷(OLL)と判定し、主コイルMLと補助コイルALへの通電を停止させている。
 このように、補助コイルALへの通電の有無を検知し積算することで過負荷(OLL)を判定できるので、補助コイルALの電流センサは、小型で安価なものを使用することが可能となる。あるいは、補助コイルALの電流を検知する電流センサは使用せず、代わりに電気的開閉接点部121eがONしていることを表す、制御部内の内部信号を用いて判定することも可能である。検知する時間や積算する時間は適宜パラメータ等で変更する。
 過負荷を通電時間率で判定する方法は下記のようになる。
(通電時間率)=(補助コイルAL通電時間-定数)÷(主コイルML通電時間)を算出し、OLL閾値と比較し判定する。定数は始動時に強制的補助コイルALに通電する時間を考慮して定めた時間で、適宜パラメータとして設定可能とすることが好ましい。この効果は外来ノイズ等の影響を低減することが可能となる。
 また、過負荷(OLL)の判定には、所定時間内の通電時間率で判定する方法がある。この方法は、始動時間経過後から補助コイルへの通電を記録し、移動平均によって通電時間率を算出し、所定時間内の通電時間率をOLL閾値と比較し判定する方法である。電気チェーンブロックのように、周期的に脈動する負荷の場合は、判定精度を向上させる効果がある。
 図9は単相誘導モータの過負荷判定を行う処理のフローを示す図である。先ずステップST1において単相誘導モータを図3に示すコンデンサランで始動する。所定時間が経過した後に、ステップST2において主コイルMLの電力値が閾値を超えているか否を判断し、YESであったらステップST3に移行し単相誘導モータを停止する。また前記ステップST2において主コイルMLの電力値が閾値を超えていなかったら、ステップST4に移行し、補助コイルALの所定の時間内の通電時間の積算値が過負荷判定閾値を超えているか否かを判断し、NOであったらステップST2に移行し、上記処理を繰り返す。一方ステップST4において、補助コイルALの通電時間の積算値が過負荷判定閾値を超えていたら(YES)、ステップST3に移行し、単相誘導モータを停止する。この処理はSSR動力回路121側に配置しているマイクロコンピュータで実施する。
 図10は本発明に係る単相誘導モータの制御方法及び制御装置を使用する電気チェーンブロック1の概略構成図である。電気チェーンブロック1は荷巻上下用の単相誘導モータ10、フリクションクラッチ(過負荷防止手段付クラッチ)11、電磁ブレーキ27、減速歯車機構13、SSR動力回路121、制御部25等の部品及び機器を備え、これらの部品及び機器はそれぞれがその機能を果たすように調整され、装置ケーシング4内に適切に配置されている。2は装置ケーシング4内に配置されたロードシーブ(回転手段)であり、該ロードシーブ2には荷(図示せず)を巻き上げ・下げするためのロードチェーン3が巻回されている。
 電気チェーンブロック1が荷を巻上げ・巻下げ(上昇・下降)するためには、ロードシーブ2を巻上げ方向(正転)及び巻下げ方向(逆転)に回転できることが必要である。ロードシーブ2を正転・逆転させるためには減速歯車機構13の構成を変更する等の方法も考えられるが、ここではSSR動力回路121が正転・逆転機能を具備している。
 図11は上記電気チェーンブロック1の制御部25、及びSSR動力回路121、電磁ブレーキ27等の電気的接続構成を示す図である。ここではSSR動力回路121は単相誘導モータ10を正転・逆転させる機能を備え、且つON・OFF素子に無接点スイッチング素子21-1~21-5を使用している。SSR動力回路121は制御基板20を備え、該制御基板20の供給端子Rt、St、Ttが配置された入力側に、2本の外部配線61及び62を備え、外部配線線61は供給端子Rtと供給端子Stに接続され、これらを電気的に一体(短絡)にすると共に、一端を単相交流電源200に接続する電源供給SP1としている。また外部配線62は供給端子Ttと始動コンデンサCに接続され、これらを電気的に一体(短絡)にすると共に、一端を単相交流電源200に接続する電源供給端子SP2としている。
 制御基板20の出力端子Ut、Vt、Wtが配置された出力側には、単相誘導モータ10が配置されている。該単相誘導モータ10は主コイルMLと補助コイルALを具備する構成であり、主コイルMLの一端Uは引出し線66-1を介して制御基板20の出力端子Utに接続され、他端Vは引出し線66-2を介して全波整流回路26の整流素子D2の陰極と整流素子D4の陽極に電気的に接続されている。また該全波整流回路26の整流素子D3の陰極と整流素子D4の陰極は電磁ブレーキ27の励磁コイル27aの一方端に電気的接続され、励磁コイル27aの他端は全波整流回路26の整流素子D1の陽極と整流素子D2の陽極に電気的に接続されている。更に全波整流回路26の整流素子D1の陰極と整流素子D3の陽極は引き出し線67を介して制御基板20の出力端子Wtに接続されている。また補助コイルALの一端Yは引出し線66-3を介して制御基板20の出力端子Vtに、他端Xは始動用のコンデンサCの一端に接続されている。無接点スイッチング素子21-1は供給端子Rtと出力端子Ut、無接点スイッチング素子21-2は供給端子Stと出力端子Vt、無接点スイッチング素子21-3は供給端子Ttと出力端子Wt、無接点スイッチング素子21-4は供給端子Rtと出力端子Wt、無接点スイッチング素子21-5は供給端子Ttと出力端子Utの電気的接続をそれぞれON/OFF制御する。
 制御基板20には、単相誘導モータ10の主コイルMLに流れる主電流を検出する主電流センサ28T、補助コイルALに流れる補助電流を検出する補助電流センサ28S等が実装されている。また、制御電源回路24を具備する制御回路ブロック25には、マイクロコンピュータ23が実装され、操作部19からの各操作信号SU,SDや、主電流センサ28Tで検出された主電流検出信号ITや、補助電流センサ28Sで検出された補助電流検出信号ISが入力されるようになっている。また、制御電源回路24には、配線22-6、22-7を介して単相交流電源200から単相交流が入力するようになっている。また、図示しない電源電圧または主コイルMLに出力する電圧を検出する電圧センサを備え、同センサで検出した電圧検出信号VTがマイクロコンピュータ23に入力されるようになっている。
 操作部19の巻上押釦スイッチ19aを押圧すると、マイクロコンピュータ23に巻上信号SUが出力され、該マイクロコンピュータ23の処理により、無接点スイッチング素子21-1、21-3がON制御される(この時無接点スイッチング素子21-4、21-5はOFFのまま)と同時に、始動時の一定期間は無接点スイッチング素子21-2もON制御される。その後、主電流検出信号ITに基づき、補助コイルALへの通電を無接点スイッチング素子21-2のON/OFFで制御し巻上運転を継続する。補助コイルALの通電の切り替え直後は、主コイルMLに流れる電流が不安定となるので、主電流検出信号ITによる補助コイルALのON/OFF切り替えを無効とする時間を設けている。巻上押釦スイッチ19aを放し巻上信号SUが停止すると、無接点スイッチング素子21-1、21-2、21-3はOFFに制御され、電磁ブレーキ27への電力供給も遮断され、巻上げ運転中開放されていたブレーキ27が作動する。巻下押釦スイッチ19bを押圧すると巻下信号SDが出力され、マイクロコンピュータ23の処理により、無接点スイッチング素子21-4、21-5はONに制御される(この時無接点スイッチング素子21-1、21-3はOFFのまま)と同時に、始動時の一定期間は無接点スイッチング素子21-2もON制御される。その後、主電流検出信号ITに基づき、補助コイルALの通電を無接点スイッチング素子21-2のON/OFFで制御し巻下運転を継続する。補助コイルALの通電の切り替え直後は、主コイルMLに流れる電流が不安定となるので、主電流検出信号ITによる補助コイルALのON/OFF切り替えを無効とする時間を設けている。巻下押釦スイッチ19bを放し巻下信号SDが停止すると、無接点スイッチング素子21-2、21-4、21-5はOFFに制御され、電磁ブレーキ27への電力供給も遮断されるので巻下げ運転中開放されていたブレーキ27が作動する。
 巻上運転中は、図9の過負荷判定を行う処理のフローに基づき、電圧信号VT、電流検出信号IT、ISを監視し巻上制御することで、過荷重の吊り上げを防止するようにしている。
 巻上信号SUが制御部25で検知されると、単相誘導モータ10の主コイルMLと補助コイルALに同時に単相電力が供給され、単相誘導モータ10は正転を開始する。始動1秒後に主コイル電力が電力過負荷閾値を超えているか比較し、超えている場合は単相誘導モータ10への電力供給を停止する。超えていない場合は、補助コイル通電時間が過負荷閾値を超えているかを比較し、超えている場合は、単相誘導モータ10への電力供給を停止する。超えていない場合は、主コイル電力が電力過負荷閾値を超えているか比較し、以後巻上信号SUを検知している間はこの制御を繰り返し、巻上信号SUがなくなったら、単相誘導モータ10への電力供給を停止する。図6A及び図6Bに示すように、電力過負荷閾値及び通電時間割合の過負荷閾値は、主コイルMLに掛かる電圧ごとに予め決められている。
 以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
 1 電気チェーンブロック
 2 ロードシーブ
 3 ロードチェーン
 4 装置ケーシング
 6 フック
 10 単相誘導モータ
 11 フリクションクラッチ
 13 減速歯車機構
 19 操作部
 20 制御基板
 21-1,21-2,21-3,21-4,21-5 無接点スイッチング素子
 27 電磁ブレーキ
 120 単相誘導モータ部
 ML 主コイル
 AL 補助コイル
 121 SSR(ソリッドステートリレー)動力回路
 121a,121b,121c 通電路
 121d,121e,121f 開閉接点部
 200 単相交流電源(商用電源)
 C コンデンサ

Claims (3)

  1.  主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記主コイルの負荷電流が大きい時に前記コンデンサを経由して前記単相交流電源から電流を供給する単相誘導モータの制御方法において、
     下記(1)乃至(4)に記載のいずれか1又は2以上の過負荷判定方法を採用することを特徴とする単相誘導モータの制御方法。
    (1)前記主コイルに供給される電力に過負荷判定閾値を設け、前記主コイルに供給される電力が、該電力に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
    (2)前記単相誘導モータの運転時間に対する前記補助コイルに通電される通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに通電される通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
    (3)前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
    (4)前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値が、該通電時間の積算値に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
  2.  主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記単相交流電源から電流を前記駆動回路を介し且つ前記コンデンサを経由して供給するように構成された単相誘導モータの制御装置において、
     下記(1)乃至(4)に記載のいずれか1又は2以上の方法による過負荷判定を行う過負荷判定手段を備えていることを特徴とする単相誘導モータの制御装置。
    (1)前記主コイルに供給される電力に過負荷判定閾値を設け、前記主コイルに供給される電力が、該電力に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
    (2)前記単相誘導モータの運転時間に対する前記補助コイルに通電される通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに通電される通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
    (3)前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
    (4)前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値が、該通電時間の積算値に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
  3.  ロードチェーンが係合するロードシーブと、該ロードシーブを回動する単相誘導モータとを備えた電気チェーンブロックであって、
     請求項2に記載の単相誘導モータの制御装置を備えたことを特徴とする電気チェーンブロック。
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