JPH0695808B2 - 誘導電動機の制御回路及び制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、誘導電動機の制御回路及び制御方法に係する
もので、特に誘導電動機を使用するレシプロ方式の圧縮
器を適用する冷蔵庫等における誘導電動機の制御回路及
び制御方法に係するものである。

「従来の技術」 このように誘導電動機を利用する冷蔵庫及び冷暖房空調
器等の消費電力を節約するための電気応用機器において
は、従来、電動機の起動時及び稼動時の区分なしに一定
の電力を供給する制御回路が構成されていた。

これらは、通常サイリスタを利用して、電流が安定に供
給されるように誘導したのに過ぎなかった。例えば、一
対のサイリスタを電源のトランスに並列に連結し、その
出力を電動機に印加する方式では、双方向性の電流を供
給しながら正電圧と負電圧が電流における速度変化を強
制的に行わせることにより過大な電圧変化率を防止して
電動機の速度を一定に維持させていた。

ところで、実公昭56−29752号公報（以下、文献１とい
う）には、電動機の高負荷異常運転と低負荷異常運転と
を検出する装置において、異常運転でなく、電源電圧の
みが変動した場合には、その電源電圧変動により装置が
誤動作しないようにするために、高負荷異常運転の検
出、あるいは低負荷異常運転の検出を停止する技術が開
示されている。

また、特開昭57−9274号公報（以下、文献２という）に
は、空気調和機に商用電源の電圧降下を判定する回路を
設け、他の電気機器が起動中などで商用電源の電圧降下
が著しい（たとえば、定常値の５％以下）時は、空気調
和機の起動を禁止する技術が開示されている。

さらに、特開昭61−196720号公報（以下、文献３とい
う）には、電源電圧の変動を検出して、その電源電圧が
異常低電圧および異常高電圧以外のときにはモータを通
電し、異常低電圧もしくは異常高電圧となったときには
モータを断電する技術が開示されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、誘導電動機を使用するレシプロ方式の圧縮機に
おいては、電圧変動を勘案して定格電圧の−20％程度に
おいても電動機が起動されることができるので、上記の
ように、電動機の起動時及び稼働時の区分なしに一定電
圧を印加する場合に電力の損失を誘導し、特に誘導電動
機はその起動初期には過電圧が必要であるが、起動後に
は定格電圧の−５％〜20％（80〜95％）の電力が必要に
なるのである。

また、上記文献１に記載された技術は、単に、電圧変動
時に検出装置の動作を停止させるだけであり、電力損失
については何等対策が施されていない。

さらに、上記文献２に記載された技術は、一定条件の下
で空気調和機の起動を禁止するだけであり、電圧変動時
の空気調和機における電力損失については何等対策が施
されていない。

加えて、上記文献３に記載された技術は、電源電圧の異
常変動時にモータ（電動機）の通電，断電をするだけで
あり、起動時及び稼働時の電力損失までは考慮していな
い。

「課題を解決するための手段」 このような点を勘案する時、第一に、電力損失に対して
電圧変動を勘案した電源電圧を感知して出力を常に一定
にするようにマイクロプロセッサが演算判別処理して圧
縮機の入力を制御し、第二に、起動電力と稼動電力の差
異によって損失された変動電圧も起動後に一定の時間を
マイクロプロセッサが演算処理して最適値の圧縮機の入
力電力として制御し、第三に、瞬間停電による圧縮機の
過負荷を防止するために所定時間以上の瞬間停電になる
と、一定の時間の間圧縮機の起動を遅延させたのち、再
起動されるようにした。

従って、本発明によるマイクロプロセッサは、プログラ
ミングにより出力電圧を区分して制御し、出力電圧の比
例常数の偏差PID制御時に90ms以上の瞬間停電の有無を
判断し、電源電圧を検知するようにアナログ／ディジタ
ル入力を演算処理し、上記電源電圧が定格電圧の−20％
以下である場合には電源の再投入を要請するようにリセ
ットを表示し、一方、定格電圧の26％以上である場合に
は所定の時間１〜５分の間遅延させた後、定格電圧以上
であるか否かを判断している。

また、定格電圧異常において入力電圧が定格電圧の−1
2.5％以上であるか否かを判断して以上でない場合には
電源入力を90％以上になるように１〜３分の間位相制御
した後、80％以上の位相制御し、定格電圧の−12.5％以
上である場合、電源入力を80％以上の0.2〜３分の間位
相制御した後、電源入力が60〜90％程度の位相を制御す
る。

一方、定格電圧異常において定格電圧の＋12.5％以下で
ある場合には電源入力の70〜90％程度の位相制御を0.1
〜３分間実施し、電源入力の50〜80％の位相制御をし、
定格電圧の＋12.5％以下である場合には電源入力の60〜
80％の位相制御を0.1〜2.5分間実施し、その後、電源入
力の40〜70％程度の位相制御をするが、これは出力電圧
による区分制御方式であり、出力PID方式においては定
格電圧の−12.5％以上と＋12.5％以下を判断し、それに
より電源入力を所定の時間の間位相制御をした後には電
源入力が入力信号範囲内にあると、比例入力偏差制御を
して電源入力の40〜95％の位相制御をし、そうでない場
合にはリセット状態になるとか、故障表示をする。

このような作動をするために本発明は、電源入力の電圧
を感知する電源入力感知手段を具備した感知回路と、電
源入力に対する定格電圧をアナログ／ディジタル入力と
して電源値を演算し、所定周期の出力を発生させて電動
機を制御するマイクロプロセッサと、マイクロプロセッ
サの一つ以上の出力を利用して鋸歯波の一定の周期の発
振周波数を発生させ、これを上記感知回路に印加する発
振回路と、瞬間停電を感知する瞬間停電感知手段を具備
した瞬間停電感知回路と、マイクロプロセッサの出力に
より電動機を駆動する駆動回路とを備えた制御回路を提
供する。

したがって、本発明は誘導電動機の起動及び稼動中に発
生される電力の損失を極少化するようにした誘導電動機
の制御回路を提供することを目的とする。

本発明は誘導電動機の起動及び稼動中に発生される電力
の損失をマイクロプロセッサの演算処理により損失を極
少化させる誘導電動機の制御方法を提供することを目的
とする。

「実施例」 本発明を添付図面に基づいて詳細に説明すると、次のよ
うである。

第１図において、本発明による電源回路は、プラグ601
と、ヒューズ602と、一次巻線がバリスタ603と並列に接
続されたトランス604とを備えている。このトランス604
の二次巻線の両端にはブリッジ整流回路605の交流端子
が各々接続され、この整流回路605の正負端子間に（所
定の遅延時間を持つ）平滑用コンデンサC₁及び抵抗R₁が
接続され、更に精密レギュレータ回路が連結されてい
る。この精密レギュレータ回路は、精密レギュレータ集
積回路606及び定電圧ダイオードD₁と平滑回路で並列接
続されたコンデンサC₂及びダイオードD₂とで構成され
る。このような電源回路がマイクロプロセッサ700の電
源端子V_cc及び図示略の接地端子に各々接続されてい
る。

一方、トランス604の一次巻線の両端には、直列接続の
抵抗R₁₈及びコンデンサC₇が接続され、更に、後述する
ブリッジ整流回路401を経由して電動機402が接続されて
いる。

電圧変動感知回路100は、抵抗R₁及び精密レギュレータ
集積回路606の中継端及び接地間に接続された直列抵抗R
₂及び抵抗R₃と、これら直列抵抗の中間端に接続される
反転端子を持ち、後述の鋸歯波発振回路200からの出力
が印加される非反転端子を持つ演算増幅器101と、この
演算増幅器101の出力と精密レギュレータ回路の後端と
に並列接続された抵抗R₄の信号を入力とするNOTゲート1
02とを備えている。

したがって、電源印加時に上記コンデンサC₁が充電され
た後、上記抵抗R₃には電圧、即ち （ここで、V_R1は抵抗R₁に掛る電圧である）が印加され
て、電源電圧が変化すると、上記抵抗R₃に印加される電
圧も変化する。

一方、演算増幅器101の基準端子として使用される非反
転端子（＋）は、後述するマイクロプロセッサ700の出
力端子（P₂〜P₅）に接続された鋸歯波発振回路200の出
力を入力とする。この鋸歯波発振回路200はディジタル
ランプで、上記マイクロプロセッサ700のディジタルカ
ウント出力端子（P₂〜P₅）を通じて順序的に出力するこ
とにより鋸歯波を発生させるように梯形に抵抗（R₅〜R
₁₃）を接続させ、抵抗（R₅〜R₁₃）にこれと接続された
コンデンサC₃とで構成されている。したがって、所定の
周期の鋸歯波電圧が上記演算増幅器101に印加される。
この鋸歯波電圧は第３図（Ｃ）に図示のようである。

上記マイクロプロセッサ700は上記抵抗R₃に印加される
電圧の変動により上記演算増幅器101の低レベル又は高
レベルの出力をNOTゲート102を通じて入力されるが、第
３図（Ｂ）に図示されたａ波形のように抵抗R₃に掛る電
源入力が低い場合には第３図（Ａ）の初期波形のように
比較的に短いパルス幅の出力電圧が印加され、定格電圧
が印加される場合には第３図（Ｂ）のｂ波形が印加され
るため、第３図（Ａ）の中間の波形のように多少のパル
ス幅が長くなったパルスが上記NOTゲート102を経由して
印加され、高い電源電圧が印加される場合には第３図
（Ｂ）のｃ波形が印加されて第３図（Ａ）の最終の波形
のようにパルス幅が長いパルスが上記NOTゲート102を経
由して上記マイクロプロセッサ700の端子P₁に印加され
る。

上記マイクロプロセッサ700は定格電圧入力が第３図
（Ｄ）の図示のように起動時と稼動時の区分なしに精密
レギュレータ回路から印加されるが、電源変動を上記の
ように端子P₁から感知する場合に電源入力が低い場合と
高い場合により電源入力を位相制御するようにする。

即ち、上記マイクロプロセッサ700の出力端子P₈は、電
源入力が低い場合に第３図（Ｅ）の初期の波形のように
短いパルス幅のパルスを発生させ、電源入力が高い場合
に長いパルス幅のパルスを発生させる。

また、上記マイクロプロセッサ700は、停電域は定格電
圧の−26％以上を感知する場合に、そのリセット端子P₉
をエネイブル状態にして抵抗R₁₉と接続された発光ダイ
オードLED₁を点燈させて、使用者にリセット状態とか故
障を知らせる。

上記マイクロプロセッサ700のインタラプト端子P₇には
電源入力の異常を感知する異常電源感知回路300が接続
される。

この異常電源感知回路300は定格電圧が−26％以上にな
るとか、停電時に抵抗R₁とコンデンサC₁とで構成された
遅延回路から上記コンデンサC₁の放電電流を受信する判
別回路301を具備する。上記判別回路301は比較器である
こともできるし、これは上記コンデンサC₁からの信号が
印加されると、低レベル信号が抵抗R₁₅を経由して上記
マイクロプロセッサ700に印加されるようにし、これを
もってマイクロプロセッサ700が上記発光ダイオードLED
₁を点燈させることにする。なお、符号C₄，C₅はコンデ
ンサである。

一方、上記マイクロプロセッサ700の出力端子P₈からの
出力を受信する電動機駆動回路400は上記においてのよ
うに電源回路のトランス604に接続されるが、上記トラ
ンス604の一次側の一端に接続されたブリッジ回路401と
抵抗R₁₄を経由して接続されたフォトカプラ404と、上記
フォトカプラ404の作動により制御されるサイリスタ403
とで構成されている。抵抗R₁₆はコレクタ抵抗であり、
抵抗R₁₇及びコンデンサC₆は上記サイリスタ403のゲート
接地遮断素子である。

上記電動機駆動回路400は第３図（Ｅ）の波形及び
（Ｇ）波形のような所定の周期を持つパルスが上記フォ
トカプラ404に印加されることにより上記サイリスタ403
はパルスが“L"レベルの期間の間ゲート状態になって上
記ブリッジダイオード401に接続された電動機402に第３
図（Ｆ）の波形とか、（Ｈ）の波形の電源を印加するよ
うになる。したがって、低い電流印加時に上記電動機40
2は電源入力の時間が長くなり、高い電流印加時に電源
入力の時間が短く作動するようになる。

上記マイクロプロセッサ700の端子P₆に接続された電動
機出力感知回路500はよく知られている公知の技術であ
るので、ここではその説明を省略する。

このような構成及び作動をするように本発明のマイクロ
プロセッサ700は第2A図及び第2B図に示すような動作流
れを持つ。

第2A図及び第2B図はそれぞれ本発明の原理により適用さ
れ得る制御方法として出力電圧により区分制御方式と出
力比例常数の偏差PIDの制御方式を示したもので同一制
御方法においては同一番号を並記して記述される。

電源入力（段階10）があると、段階11から瞬間停電の発
生を判断するが、このような瞬間停電感知手段は上記コ
ンデンサC₁の所定の充電時間を基準として感知するもの
で、例えば90ms以下であるかを判断する。もし、瞬間停
電時間が90ms以下でない場合には電源入力を指図するよ
うになり、以下である場合には電源電圧を検知して段階
12でその入力を演算する。

その次に、段階13で定格電圧の−26％以上であるかを判
断して−26％以上でない場合に段階14でリセット状態に
なって上記発光ダイオードLED₁を点燈するようになり、
使用者に瞬間停電状態を知らせる。

定格電圧の−26％以上である場合に、自体的に段階15に
おいては１〜５の所定の期間の間カウントを継続して現
在の状態で定格電圧が印加されることを待つようにな
る。その次に、電源が印加されたことを確認した状態で
定格電圧の異常があるか否かを判断するが（段階16）、
定格電圧の異常がある場合には定格電圧の−12.5％以上
であるか否かを判断して（段階17）１〜３分の所定の期
間の間電源入力の90％以上の位相制御をするとか（段階
19）、電源入力の80％以上の位相制御（段階20）を0.2
〜３分の間するようになる。一方、定格電圧の異常が発
生した場合において定格電圧の＋12.5％以下であるかを
判断した時（段階18）には電源入力の70〜90％の位相制
御を0.1〜３分の間するとか（段階21）、電源入力の60
〜80％の位相制御（段階22）を所定の期間0.1〜2.5分の
間するようになる。

したがって、出力電圧による区分制御において上記段階
19を経由しては段階23において電源入力の80％以上を位
相制御するようになり、上記段階20を経由しては段階24
において電源入力の60〜90の位相制御をするようにな
り、上記段階21を経由して電源入力の50〜80％の位相制
御をし、上記段階22を経由しては電源入力の40〜70％に
位相制御をするようになる。又、PID制御方式において
上記マイクロプロセッサ700は電源入力の位相制御をす
る間に第２図（Ｂ）に図示のように段階33で電動機出力
感知信号を受信して位相制御信号が入力信号範囲内にあ
るかを判断するようになる（段階30）。

検知信号は、入力信号範囲内にないと、リセット状態
（段階14）となり、入力信号範囲内にあると、PID制御
をして電源入力を40〜95％の位相制御を段階31及び32別
に遂行するようになる。

「発明の効果」 したがって、本発明は誘導電動機の過電圧を自動に防止
して過電圧による応用機器の焼損を減し、過電圧が印加
される起動時の騒音を減らすことができ、本発明を適用
すると10〜30％の節電効果を持つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導電動機の制御回路を示す詳細
回路図、 第2A図及び第2B図は本発明の誘導電動機制御を示したフ
ローチャート図、 第３図は本発明の作動を示した波形図である。 100……電圧変動感知回路、101……演算増幅器、200…
…鋸歯波発振回路、300……異常電源感知回路、301……
判別回路（判別手段）、400……電動機駆動回路、402…
…電動機、403……サイリスタ（スイッチング手段）、4
04……フォトカプラ、700……マイクロプロセッサ、R1
……抵抗（遅延回路）、R2,R3……抵抗（感知手段）、C
1……コンデンサ（遅延回路）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力電源の電圧変動により変動電圧を感知
   する感知手段を具備した電圧変動感知回路（100）と、 上記入力電源に対する定格電圧をディジタル入力として
   電源の値を演算し、所定周期の出力を発生させて誘導電
   動機（402）を制御するマイクロプロセッサ（700）と、 上記マイクロプロセッサ（700）からの一つ以上の出力
   を鋸歯波の一定の周期の発振周波数として上記電圧変動
   感知回路（100）に印加する鋸歯波発振回路（200）と、 上記マイクロプロセッサ（700）に連結されて瞬間停電
   及び定格電圧の−26％以下の異常入力電源を感知する判
   別手段を具備した異常電源検知回路（300）と、 上記マイクロプロセッサ（700）の出力により上記誘導
   電動機（402）を駆動する電動機駆動回路（400）と を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御回路。
2. 【請求項２】上記電圧変動感知回路（100）は、上記感
   知手段がその入力端に一つ以上の分圧抵抗（R2,R3）を
   持っており、その出力端には所定以上の電圧変動時に電
   圧変動を検出する演算増幅器（101）を具備したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘導電動機の制
   御回路。
3. 【請求項３】上記異常電源検知回路（300）の上記判別
   手段（301）は、電源の入力を所定時間遅延させる遅延
   回路（R1,C1）に接続され、定格電圧の−26％以下であ
   る場合と停電時に上記遅延回路（R1,C1）の放電電流を
   受信して停電であることを判別することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の誘導電動機の制
   御回路。
4. 【請求項４】上記電動機駆動回路（400）は、上記マイ
   クロプロセッサ（700）から出力される所定周期のパル
   スにより所定の期間の間作動するフォトカプラ（404）
   と、このフォトカプラ（404）の作動期間以外で作動す
   るスイッチング手段（403）とを具備して、低い入力電
   源においては長い期間の間上記誘導電動機（402）を駆
   動し、高い入力電源においては短い期間の間上記誘導電
   動機（402）を駆動する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれかに記載の誘導電動機の制御回路。
5. 【請求項５】瞬間停電入力が所定時間以下であるか否か
   を判断する段階（11）と、瞬間停電判断により電源入力
   を検知して検知信号に基づいて入力信号を演算する段階
   （12）と、 定格電源の−26％以上であるか否かを判断する定格電源
   判断段階（13）と、 定格電源の−26％以上でないとか、停電時に電源入力を
   再投入し、リセット状態となる段階（14）と、 定格電源が−26％以上である場合、所定の時間の間待機
   状態になって定格電源の入力を誘導する段階（15）と、 その後定格電圧の異常があるか否かを判断する段階（1
   6）と、 定格電圧が−12.5％以上でない場合、電源入力の90％以
   上の位相制御をし、反対に定格電圧が−12.5％以上であ
   る場合、電源入力の80％以上の位相制御をし、定格電圧
   の＋12.5％以下でない場合、電源入力の60〜80％の位相
   制御をし、これとは反対に定格電圧の＋12.5％以下であ
   る場合には電源入力の70〜90％の位相制御をする段階
   （17〜22）と を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御方法。