JPH01318586A - 電力制御器用雑音防止回路 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、誘導電動機を負荷変動に応じて最適に運転制
御するために発明された米国特許第４０５２６４８号の
改良に関する。 特に、ノイズによって誤動作しにくく、低負荷から急激
に高負荷状態に移行するときにスムーズ追従するととも
に、過電流から電動機を確実に保護する保護回路を備え
た電力制御器に関する。

【従来の技術　】

宇宙船内の電動機による駆動部分は、いかに故障をせず
必要最小限の電力で、かる長時間うんでんでる事が強く
要求される。そこで、１９７５年、アメリカ航空宇宙局
のフランク・ノラ博士によってｒパワーファクターコン
トローラーｊが開発された。 その基本原理は、電動機の負荷トルクを監視し、正常回
転に必要な最小限の電力しか与えず、余分な電力をカッ
トしてしまうものである。 負荷が太き（なると自動的にに増加した分だけ、電力を
追加供給するのである。 通常の機器は、平均負荷の５０％〜１００％程度の余裕
をみた電動機を使用しているため、この余裕分も併せて
カットする。また、電動機は、普通起動時に定格電流の
７００％の突入電流が流れるが、ソフトスタート機能に
より、５０％に改善した。 これらを総合すると、１０〜８０％の節電効果が得られ
るものである。 これを、第４図に基づいてさらに詳しく説明する。 電動機１０６の端子Ｘ、Ｘにかかる電圧と抵抗１０７に
流れる電流との位相差、つまり力率を検知し、元来誘導
電動機は負荷が定格よい軽いほどりきりつ下がるという
性質を利用し、検知した力率から逆に負荷率を得て、そ
の負荷率が低いとき、電動機１０６に与える実効電力を
サイリスク−１１３によって下げる。それにより、負荷
が低いとき電動機の巻線に流れる無効電流、銅損、鉄損
を大幅に下げ、力率の向上、電力の節減をはかることが
できるのである。 この際、電動機１０６の端子電圧はトランス１０１によ
り検出されて、矩形波整形回路１０２，１０３、鋸波整
形回路１０４．１０５を経てコンパレーク−１１０に入
力される。一方、電動機電流は、抵抗１０７の両端の電
圧として取り出され、トランス、波形整形回路、微分回
路、ワンショットを経て位相検知回路１０８へ入力され
る。この位相検知回路１０Ｂにおいては、前記矩形波整
形回路１０３からの出力信号も入力され、両者の位相差
が検出される。その位相差信号は積分回路１０９を経て
オペアンプ１１５に入力される。 このとき、制御用可変抵抗器１１４からの負電位の値と
積分回路１０９の出力の値の差がオペアンプ１１５から
出力され、前記コンパレーター１１Ｏに入力される。こ
のコンパレーター１１０にからは、前記鋸波整形回路１
０４，１０５の出力信号と、オペアンプ１１５の出力信
号の差が出力され、これによって、ゲート１１２をオン
・オフさせて、ゲートトリガー発振器１１１にて発振さ
れた高周波信号をオン・オフさせてサイリスク−１１３
を制御し、電動機１０６に印加される電圧を適性な実効
電圧波形に制御するのである。 以上が、誘導電動機の電力制御器の基本動作である。こ
の動作は単相回路で説明したが、三相電力回路において
も同様である。 この電力制御器を簡略化したブロック図で表すと、第５
図に示すようになる。 ここで、力率モニター回路１は、電動機に加わる負荷に
よって変動する電位と電流の零交叉点の角度をモニター
してモニター力率ａとして出力する。力率比較回路２に
おいて、このモニター力率ａを基準角度（参考力率ｂ）
と比較して、モニター力率ａが参考力率すよりも低くな
った時、電動機４への供給電圧をさげる信号Ｃを電力制
御回路３に与える。 参考力率すと比較されたモニター力率ａの偏差は、積分
され電力制御回路３において、電圧と電流の零交叉点の
角度と遅延角が等しくなるように交流電源電圧の正・負
各半周期における必要時間のトリガリングを行い、電圧
制御器３のサイリスターを制御して適性電圧を電動機４
に供給する。 無負荷時に供給電圧を減少することは、鉄損を小さ（し
、固定子電流を減少させることになる。 固定子電流を減少させると、電動機の消費電力量（ＫＷ
Ｈ）が大幅に減少し、同時に皮相入力も減少する。 このようにして、電動機そのものの消費電力を節約する
だけでなく、工場全体の使用電力をコントロールするこ
とが可能で、電力損失を防ぎ大きな利益を産み出すこと
ができるのである。 また、過電流によりサイリスターを遮断して、電動機４
に供給される電流を遮断して、電動機４を保護する過電
流遮断回路を備えている。

【解決しようとする課題】

ところが、近年、インバーター電動機、溶接機、レーザ
ー加工機等のサイリスター利用電力機器が工場設備で多
用されている。しかも、電源廻りのノイズ防止のための
フィルター等不十分な場合が多い。特に、日本の工場設
備においては基準が緩く、それ自身のノイズが電源ライ
ンを通して他の機器に誤動作などの悪影響を与えるケー
スが激増してきているのが現状である。上記電力制御器
もこれらの電源ノイズの影響を非常に強くうけるという
問題点を持っている。 上記問題点の原因は、力率モニターのための電圧波形と
電流波形を原理上電源ラインより直接取り出すことにあ
る。 つまり、第４図において、トランス１０１により電圧波
形を取り出し、抵抗１０７により電流波形を取り入れて
いる。そのため、あるレベル以上の電源ノイズがあると
その影響を受ける。特に、電源周波数に同期しているノ
イズにより、この電力制御器の論理回路が誤動作する。 また、三相交流電源の場合、日本では一相がアースされ
ているためノーマルモード、コモンモードの両方のノイ
ズに悩まされる。このような場合、各三相バラバラの勝
手な位相で制御される。つまり、ノイズによりサイリス
ターが誤動作するので、制御不能となり、無理に、電力
を下げようとすると三相のアンバランスが強くなり、か
えって電動機の消費電力は増加するのである。このよう
な理由で、強いノイズ発生源があるとその工場全体でこ
の電力制御器の使用が不可能となる場合も珍しくない。 即ち、消費電力や使用電力をコントロールして、電力損
失を防ぐという効果を得ることができなくなるのである
。

【課題を解決するための手段　】

上記課題を解決するために、本発明にかかる電力制御器
用雑音防止回路においては、電動機の力率を電圧波形検
出手段と電流波形検出手段とを備えた力率モニター回路
にて検出したモニター力率と、参考力率とを比較回路に
て比較し、電力制御回路にて電動機を所定の力率で運転
するように構成された電力制御器において、前記電圧波
形検出手段は、フォトカプラーと位相差整合回路とノイ
ズフィルター回路を備えた絶縁型電圧波形検出手段とし
、前記電流波形検出手段は、フォトカプラーと位相差整
合回路とノイズフィルター回路を備えた絶縁型電流波形
検出手段である電力制御器用雑音防止回路を備えるとい
う手段を講じた。

【作　用】

本発明にかかる電力制御器用雑音防止回路においては、
電動機の力率を電圧波形検出手段と電流波形検出手段と
を備えた力率モニター回路にて検出したモニター力率と
、参考力率とを比較回路にて比較し、電力制御回路にて
電動機を所定の力率で運転するように構成された電力制
御器において、前記電圧波形検出手段は、フォトカプラ
ーと位相差整合回路とノイズフィルター回路を備えてい
るので、フォトカプラーにて信号絶縁され、ノイズフィ
ルター回路にて高い周波数成分のノイズは除去される。 また、前記電流波形検出手段においても、同様である。

【実施例】

以下に本発明にかかる電力制御器用雑音防止回路を図面
に基づいて詳細に説明する。 第１図は本発明にかかる電力制御器用雑音防止回路を備
えた電力制御器の一実施例のブロック図、第２図は同実
施例に使用した電力制御器用雑音防止回路の回路図であ
る。 図面において、 １は力率モニター回路、２は力率比較回路、３は電力制
御回路、４は電動機、５は自動停止回路、６はソフトス
タート回路、７はソフトストップ回路、８は参考力率出
力回路、９は過電流遮断回路、１０は高速電流検出回路
、１１は電圧波形検出回路、１２は電流波形検出回路で
ある。 力率モニター回路１においては、電圧波形検出回路１１
にて検出された電圧波形信号ｅと電流波形検出回路１２
にて検出された電流波形信号ｉをそれぞれ電圧波形整形
回路１３．電流波形整形回路１４にて波形整形し、電圧
波形信号ｅと電流波形信号ｉとの位相差を力率検出回路
１５にて検知してモニター力率ａとして出力する。参考
力率設定回路８にて設定された力率すと前記モニター力
率ａとを力率比較回路２にて比較し、その偏差を積分し
た信号Ｃによって電力制御回路３を制御して、電動機４
に供給される電力を最適値に制御するのである。 ここで、電圧波形検出回路１１と電流波形検出回路１２
の詳細を第２図に示す。 第１図及び第２図において、 従来のトランスに代えて使用される抵抗２０の両端に発
生する電圧は、トランジスタ２１により増幅され、フォ
トカプラー２の発光素子２２ａから出力される。前記発
光素子２２ａから発された光は受光素子２２ｂにて検出
されて信号として再生され、アンプ２３にて増幅され、
半固定抵抗２４とコンデンサ２５よりなる位相差整合と
ノイズフィルター回路２８を介して検出信号が出力され
る。 前記半固定抵抗２４によって、位相ずれを調整して、正
確な位相の検出信号を得る。 なお、電圧波形検出回路１１においては、端子］１ａを
端子２７ａ、端子１１ｂを端子２７ｂへ接続し、端子２
６ａと端子２６ｂから出力される信号を電圧波形信号ｅ
として電圧波形整形回路１３へ入力する。また、電流波
形検出回路１２においては、端子１２ａを端子２７ａ、
端子１２ｂを端子２７ｂへ接続し、端子２６ａと端子２
６ｂから出力される信号を電流波形信号ｉとして電流波
形整形回路１４へ入力する。 このとき、前記フォトカプラー２２にて信号絶縁される
ので、耐ノイズ性が飛躍的に向上する。 よって、従来の電力制御器のみではノイズのために制御
不能になりやすかったが、本発明にかかる電力制御器に
よれば確実に制御できるのである。 前記過電流遮断回路９は、過電流判定のための基準値の
設定された過電流検出回路９１と電磁遮断器による電流
遮断回路９２から構成されている。 電流波形検出回路１２から出力される電流信号ｉが過電
流検出回路９１に入力され、その電流値が所定の基準値
を越えると、第１遮断指令ｄが電力制御回路３へ出力さ
れ、電動機４への電力供給を停止する。 このとき、前記電力制御回路３のサイリスターが故障し
ていると、第１遮断指令ｄを受けても電動機４に供給さ
れる電流は遮断されるはない。そこで、電力制御回路３
へ前記第１遮断指令ｄを出力して所定の時間が経過して
も、前記電流波形検出回路１２から得られる電流値が所
定値を下まわらない場合は、前記過電流検出回路９１か
ら第２遮断指令ｆが電流遮断回路９２へ出力されて、電
動機４に供給される電流を遮断する。 このようにして、万一、前記電力制御回路３のサイリス
ターが故障していても電動機４へ供給される電流は確実
に遮断されるので、電動機巻線の焼損や、その他の二次
障害の発生を防止できるという効果が得られる。 高速電流検出回路１０の詳細を第３図に示した。 ここで、低負荷の状態から高負荷の状態に急激に変化し
た場合は、変流器３０にて電動機４に流れる電流は検出
され、ダイオードブリッジ３１にて整流され、抵抗３２
を介してコンデンサー３３に充電される。この時定数は
パルス性ノイズ等による過剰反応を防ぐだけの小さい値
とする。このコンデンサー３３の端子電圧がポテンショ
メータ３４にて設定された基準値を越えると、オペアン
プ３５の出力はオンされ、フォトカプラー３６の発光素
子３６ａを発光させる。これにより、受光素子としての
ＣＤＳ素子３６ｂの抵抗値が小さくなり、負電圧が出力
端子３７から補正回路１６に入力され、モニター力率信
号ａを低下させる。よって、比較回路２から出力される
信号Ｃは増大し、電力制御回路３は電動機４に供給され
る電流を増大させ、電動機４の失速、過大電流等を防ぐ
ことができる。 この高速電流検出回路１０にて検出される電流信号は、
従来の電流波形検出回路１２、電流波形整形回路１４を
介して得られる電流信号より、実際の電流信号の変化に
対して高速に追従する。それは、従来の電流波形検出回
路１２、電流波形整形回路１４には多数の時定数回路を
含んでいるのに対し、この高速電流検出回路１０はシン
プルな回路構成であるために、信号の遅延時間が相違す
るからである。 よって、従来は、あまり最低領域までに電力制御すると
、負荷の増大したときに失速する危険性があるので、あ
る程度までしか電力節減できなかった。しかし、この高
速電流検出回路１０と補正回路１６による動作加速作用
により、失速の心配がなくなるので、従来よりさらに、
１０％〜２０％電力節減することができる。

【効果】

このようにして、本発明にかかる電力制御器用雑音防止
回路によれば、力率を得るための電圧波形検出手段と電
流検出手段に、フォトカプラーと位相差整合回路とノイ
ズフィルター回路を備えて、フォトカプラーにて信号絶
縁し、ノイズフィルター回路にて高い周波数成分のノイ
ズを除去するので、強いノイズがあっても電力制御器の
誤動作を防止することができ、節電効果の高い電力制御
器を信頼性高く使用できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる電力制御器用雑音防止回路を備
えた電力制御器の一実施例のブロック図、第２図は同実
施例に使用した電力制御器用雑音防止回路の回路図、第
３図は高速電流検出回路１０の回路図、第４図は従来の
電力制御器のブロック図、第５図は電力制御器の簡略ブ
ロック図である。 １・・・力率モニター回路、２・・・力率比較回路、３
・・・電力制御回路、４・・・電動機、８・・・参考力
率出力回路、１１・・・電圧波形検出回路、１２・・・
電流波形検出回路、２２・・・フォトカプラー、２８・
・・位相差整合回路、ノイズフィルター回路、ａ・・・
モニター力率、ｂ・・・参考力率、Ｃ・・・偏差（信号
）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動機の力率を電圧波形検出手段と電流波形検出
   手段とを備えた力率モニター回路にて検出したモニター
   力率と、参考力率とを力率比較回路にて比較し、電力制
   御回路にて電動機を所定の力率で運転するように構成さ
   れた電力制御器において、前記電圧波形検出手段は、フ
   ォトカプラーと位相差整合回路とノイズフィルター回路
   を備えた絶縁型電圧波形検出手段であり、 前記電流波形検出手段は、フォトカプラーと位相差整合
   回路とノイズフィルター回路を備えた絶縁型電流波形検
   出手段であることを特徴とする電力制御器用雑音防止回
   路。