JPS58144597A - 力率制御装置 - Google Patents
力率制御装置Info
- Publication number
- JPS58144597A JPS58144597A JP57026854A JP2685482A JPS58144597A JP S58144597 A JPS58144597 A JP S58144597A JP 57026854 A JP57026854 A JP 57026854A JP 2685482 A JP2685482 A JP 2685482A JP S58144597 A JPS58144597 A JP S58144597A
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- JP
- Japan
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- current
- zero
- power factor
- voltage
- power
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/26—Power factor control [PFC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、誘導電動機の力率を改善する力率制御装置に
関する。
関する。
従来から電力回路の省エネルギ一対策として、例えば誘
導電動機に電力用コンデンサを並列接続することが知ら
れている。換言すれば誘導電動機に生じた遅れ無効電力
を打消すため、進相用コンデンサを用いて同量の進相無
効電力をとり、もって全体としての総合力率な１００％
に改善している。かかる方法は、電源から電動機に至る
全体の力率を改善することにより、配線内の抵抗損失を
軽減するのみであって、電動機自体の力率を改善するも
のではない。
導電動機に電力用コンデンサを並列接続することが知ら
れている。換言すれば誘導電動機に生じた遅れ無効電力
を打消すため、進相用コンデンサを用いて同量の進相無
効電力をとり、もって全体としての総合力率な１００％
に改善している。かかる方法は、電源から電動機に至る
全体の力率を改善することにより、配線内の抵抗損失を
軽減するのみであって、電動機自体の力率を改善するも
のではない。
よって本発明の目的は、電圧および電流の絶対値の測定
を必要とせずに誘導電動機自体の力率を改善する力率制
御装置を提供することにある。
を必要とせずに誘導電動機自体の力率を改善する力率制
御装置を提供することにある。
本発明に係る力率制御装置は、電力供給線に接続された
零電圧検出回路及び零電流検出回路、これら雨検出回路
の検出信号に基づき位相差を算出すると共に電力線の一
部を閉接する制御回路を主たる構成要素とする。
零電圧検出回路及び零電流検出回路、これら雨検出回路
の検出信号に基づき位相差を算出すると共に電力線の一
部を閉接する制御回路を主たる構成要素とする。
即ち、本発明は誘導電動機に接続される電力線の電圧及
び電流がそれぞれ零になったとき零電圧信号及び零電流
信号を発生する零電圧検出回路及び零電流検出回路、前
記両信号の発生時刻差ｔ１→を算出すると共に前記電圧
信号の発生直後あるいは発生からｔ、→後に前記電動機
に流入する電流を遮断し、更にｔ１→後に電流供給を復
旧させる電流制御手段を含んで成り、誘導電動機自体の
力率改善をなすことを特徴とした力率制御装置である。
び電流がそれぞれ零になったとき零電圧信号及び零電流
信号を発生する零電圧検出回路及び零電流検出回路、前
記両信号の発生時刻差ｔ１→を算出すると共に前記電圧
信号の発生直後あるいは発生からｔ、→後に前記電動機
に流入する電流を遮断し、更にｔ１→後に電流供給を復
旧させる電流制御手段を含んで成り、誘導電動機自体の
力率改善をなすことを特徴とした力率制御装置である。
以下、図面を用いて本発明を詳述する。
第１図は誘導電動機の等価回路図である。本図において
ｒｌは１次抵抗、ｘｌは１次インダクタンス、ｒ２は２
次抵抗、Ｘ、は２次インダクタンス、ｇは励磁コンダク
タンス、ｂは励磁サセプタンス、Ｓはスベリを示す。
ｒｌは１次抵抗、ｘｌは１次インダクタンス、ｒ２は２
次抵抗、Ｘ、は２次インダクタンス、ｇは励磁コンダク
タンス、ｂは励磁サセプタンス、Ｓはスベリを示す。
誘導電動機の皮相電力？、ｉ、はベクトル表示により
ｖ、ｔ、 ＝ Ｖ、 ｌ １ｃｏｓψ＋Ｖ、１１ｓｉｎ
ψと表わすことができる。また有効電力については近似
的に や、Ｉ、ｃｏｓ９＋牛やＩＴｇｃｏｓψが成立する。よ
って、位相角ψを制御することにより Ｉ ｓｊｎψヰ０ とすることができれば、電動機自身の力率が改善される
ことになる。ｓｊ、ｒｌψキψとすることができる場合
にはそこで電流の値が零となる時刻（以下、零電流点と
いう）から位相差ψに相当する期間だけ電流をカットす
ることにより、力率を改善することができることになる
。
ψと表わすことができる。また有効電力については近似
的に や、Ｉ、ｃｏｓ９＋牛やＩＴｇｃｏｓψが成立する。よ
って、位相角ψを制御することにより Ｉ ｓｊｎψヰ０ とすることができれば、電動機自身の力率が改善される
ことになる。ｓｊ、ｒｌψキψとすることができる場合
にはそこで電流の値が零となる時刻（以下、零電流点と
いう）から位相差ψに相当する期間だけ電流をカットす
ることにより、力率を改善することができることになる
。
第２図Ａ及びＢは、上述した電圧チョップの方法により
力率改善を行う原理を示した図である。
力率改善を行う原理を示した図である。
第２図Ａは零電流点において電圧チョップを開始する場
合、第２図Ｂは零電圧点から電圧チョップを開始する場
合を示すもので、両者の方法は共にｓｉｎψヰψの区間
が短い。
合、第２図Ｂは零電圧点から電圧チョップを開始する場
合を示すもので、両者の方法は共にｓｉｎψヰψの区間
が短い。
しかし第１に、零電流点のより近傍において電流のカッ
トを行うことが望ましい。
トを行うことが望ましい。
第２に、電流カットの精度を高めたい。
第３に、電流波形に対称性を持たせたい。
という観点から、次の第３図に示す方法がより望ましい
ものといえる。
ものといえる。
第３図は、誘導電動機自体の力率を改善するために用、
いられる電圧チョップの方法において、電圧チョップの
開始時刻を零電圧点からψＡだけ位相が遅れた時刻に開
始させる方法を示した図である。しかし、電圧チョップ
の開始時刻は必ずしも零電圧点から１／２ψに限定され
るものではなく、１／２ψの近傍においても十分に本発
明の効果は得られるものである。本図に示す原理は第２
図の改良版であるといえる。この第３図に示す方法であ
る振り分は方式によれば直線性が良いのでｓｊｎψ＝ψ
−Δψとすると、ΔψＡｐ＝ＩＯ％程度までの電流カッ
トを許容出来るので、電動機が定格負荷に至るまで適用
可能となる。
いられる電圧チョップの方法において、電圧チョップの
開始時刻を零電圧点からψＡだけ位相が遅れた時刻に開
始させる方法を示した図である。しかし、電圧チョップ
の開始時刻は必ずしも零電圧点から１／２ψに限定され
るものではなく、１／２ψの近傍においても十分に本発
明の効果は得られるものである。本図に示す原理は第２
図の改良版であるといえる。この第３図に示す方法であ
る振り分は方式によれば直線性が良いのでｓｊｎψ＝ψ
−Δψとすると、ΔψＡｐ＝ＩＯ％程度までの電流カッ
トを許容出来るので、電動機が定格負荷に至るまで適用
可能となる。
本発明は電力線の相数、電圧、周波数を問わず適用可能
であるが、第４図は、本発明の一実施例による力率制御
装置の全体を示す。本図において３相電力線には零電圧
検出回路１，１′及び零電流検出回路２．２′が接続さ
れている。これら検出回路は共に従来技術により構成す
ることが可能であり、市販品を用いることもできる。前
記検出回路１．１’、２．２’の出力信号はマイクロコ
ンピュータ３に接続されると共に、算出された位相差、
ｓｉｎψ、ｃｏｓψ（力率）は表示器５によって表示さ
れる。また電力線と直列的に接線されている電流制御ス
イッチ４．４′は半導体（トランジスタ、ＧＴＯサイリ
スタ、トライアック等）により構成され、マイクロコン
ピュータ３の制御の下に作動する。なお本図は３相交流
を用いる場合の一実施例を示すが、単相を用いる場合に
は、検出回路１′及び２′、並びに電流制御スイッチ４
′は不要となる。
であるが、第４図は、本発明の一実施例による力率制御
装置の全体を示す。本図において３相電力線には零電圧
検出回路１，１′及び零電流検出回路２．２′が接続さ
れている。これら検出回路は共に従来技術により構成す
ることが可能であり、市販品を用いることもできる。前
記検出回路１．１’、２．２’の出力信号はマイクロコ
ンピュータ３に接続されると共に、算出された位相差、
ｓｉｎψ、ｃｏｓψ（力率）は表示器５によって表示さ
れる。また電力線と直列的に接線されている電流制御ス
イッチ４．４′は半導体（トランジスタ、ＧＴＯサイリ
スタ、トライアック等）により構成され、マイクロコン
ピュータ３の制御の下に作動する。なお本図は３相交流
を用いる場合の一実施例を示すが、単相を用いる場合に
は、検出回路１′及び２′、並びに電流制御スイッチ４
′は不要となる。
また３相交流を用いる場合にも（平衡回路であるものと
して各相間の位相差を１２００とすれば）、検出回路１
′及び２′は不要となる。更に３相使用の場合にも、力
率改善の期待度によっては単相回路を使用し得る。
して各相間の位相差を１２００とすれば）、検出回路１
′及び２′は不要となる。更に３相使用の場合にも、力
率改善の期待度によっては単相回路を使用し得る。
第５図は、第４図の動作を説明したタイミング図である
。以下、第３図ないし第５図を併せて参照されたい。
。以下、第３図ないし第５図を併せて参照されたい。
（１１まず零電圧検出回路１，１′及び零電流検出回路
２，２′を作動させ、零電圧点と零電流点との間の時間
１．を測定する。具体的には、内部クロックのパルス数
をマイクロコンピュータ３がカウントし、もってｔｌに
対応したカウント数０１を求める。
２，２′を作動させ、零電圧点と零電流点との間の時間
１．を測定する。具体的には、内部クロックのパルス数
をマイクロコンピュータ３がカウントし、もってｔｌに
対応したカウント数０１を求める。
この時間測定は数回行い、その平均値を求める。
（２） 次にマイクロコンピュータ３を用いて、前記
ｃｌとある係数（オシロスコープ測定等による経験値を
使用）との乗算を行いｃ 、 ／を求める。更に、マイ
クロコンピュータ３により １ 。
ｃｌとある係数（オシロスコープ測定等による経験値を
使用）との乗算を行いｃ 、 ／を求める。更に、マイ
クロコンピュータ３により １ 。
ＣＱ ” ｃ、−ΣＣ１
を求める。ここでｓｉｎψヰψが成立する領域において
はＣ１”Ｃ１’、 ＣＱ−査Ｃ１と近似することがで
きる（この場合、２進数のため桁下げのみで高速演算可
能）。
はＣ１”Ｃ１’、 ＣＱ−査Ｃ１と近似することがで
きる（この場合、２進数のため桁下げのみで高速演算可
能）。
（３） 零電圧点から０２カウント（内部り占ツク）
の後にスイッチ４をオフとし、更に０１カウント後にス
イッチ４をオンとする。
の後にスイッチ４をオフとし、更に０１カウント後にス
イッチ４をオンとする。
（４）３相回路で零電圧検出回路１′及び零電流検出回
路２′を省略する場合、例えば商用周波数の電力線を使
用する場合零電圧検出回路１による零電圧点から６．７
ｍｓ （５０Ｈｚ ）又は５．６ ｍｓ （６０Ｈｚ
）の後に、次相の零電圧点が来るものと予測してスイッ
チ４′を作動させる。但し、設置時に電源の相回転を合
わせておく必要がある。
路２′を省略する場合、例えば商用周波数の電力線を使
用する場合零電圧検出回路１による零電圧点から６．７
ｍｓ （５０Ｈｚ ）又は５．６ ｍｓ （６０Ｈｚ
）の後に、次相の零電圧点が来るものと予測してスイッ
チ４′を作動させる。但し、設置時に電源の相回転を合
わせておく必要がある。
（５） 電動機の負荷変化により力率が変るため、上
記（１）に述べた時間測定を１秒ないし５秒毎に行い、
Ｃ１，Ｃ１′、 ＣＱの設定変更を行う。設定変更の後
、次の設定変更を行うまで、上記（３１（４１記載の動
作を繰返す。
記（１）に述べた時間測定を１秒ないし５秒毎に行い、
Ｃ１，Ｃ１′、 ＣＱの設定変更を行う。設定変更の後
、次の設定変更を行うまで、上記（３１（４１記載の動
作を繰返す。
（６） 表示器５は時間測定後のカウント数０１を基
礎として位相差、ｓｉｎψ＋ ｃｏｓψ等を１６進数
又は１０進数で表示し、該表示を次の時間測定時までホ
ールドする。そして新たな時間測定が行われた後に、表
示内容を変更する。ここでＳｊｎψ幸ψが成立する場合
、 ＣＯＳ ψ 中 １− ψ と近似表示することが可能である。なお前記表示におい
て、電源波の１／４波長にわたるカウント数（時間長に
相当）を電源周波数に関係なく１６０力ウント程度にな
るよう、それぞれの場合のマイクロコンピュータの基準
クロック周波数を選定すれば、表示器に表示される数は
１６進数の直読により−１０進数のｓｉｎψとなる。電
力線から供給される電圧や電流の高調波成分が多い場合
には、零電圧点検出回路および零電流点検出回路の入力
端にアナログ又はディジタルフィルターを設けることに
よって高調波ノイズを除去して制御を行う。
礎として位相差、ｓｉｎψ＋ ｃｏｓψ等を１６進数
又は１０進数で表示し、該表示を次の時間測定時までホ
ールドする。そして新たな時間測定が行われた後に、表
示内容を変更する。ここでＳｊｎψ幸ψが成立する場合
、 ＣＯＳ ψ 中 １− ψ と近似表示することが可能である。なお前記表示におい
て、電源波の１／４波長にわたるカウント数（時間長に
相当）を電源周波数に関係なく１６０力ウント程度にな
るよう、それぞれの場合のマイクロコンピュータの基準
クロック周波数を選定すれば、表示器に表示される数は
１６進数の直読により−１０進数のｓｉｎψとなる。電
力線から供給される電圧や電流の高調波成分が多い場合
には、零電圧点検出回路および零電流点検出回路の入力
端にアナログ又はディジタルフィルターを設けることに
よって高調波ノイズを除去して制御を行う。
１例として短形波は
但し、Ａは波高値を示す。
として表示され、Ｋ＝１．２，３．−−−−−−一であ
るが、高調波ノイズを除去すると、Ｋ＝１のみ残り基本
波として検出される。したがって主要高調波の零電圧点
、零電流点は基本波の零電圧点、零電流点と一致する。
るが、高調波ノイズを除去すると、Ｋ＝１のみ残り基本
波として検出される。したがって主要高調波の零電圧点
、零電流点は基本波の零電圧点、零電流点と一致する。
第６図Ａは高調波成分の多い場合の電圧又は電流の合成
波形、第６図Ｂは主な高調波成分の一例を示すものであ
り、同図において基本波以外の高調波成分をフィルター
で除去すれば力率制御可能である。又、その他の方法と
して、上述方式との併用も出来るがこのマイクロコンピ
ュータにより、あらかじめ電圧、電流、それぞれの半波
長の時間測定を行い、その半波長内に雑音パルスの発生
があればそれを記憶させておき実際の制御時に発生する
雑音パルスとの照合でこれを消去することにより基本波
に復元することが出来る。
波形、第６図Ｂは主な高調波成分の一例を示すものであ
り、同図において基本波以外の高調波成分をフィルター
で除去すれば力率制御可能である。又、その他の方法と
して、上述方式との併用も出来るがこのマイクロコンピ
ュータにより、あらかじめ電圧、電流、それぞれの半波
長の時間測定を行い、その半波長内に雑音パルスの発生
があればそれを記憶させておき実際の制御時に発生する
雑音パルスとの照合でこれを消去することにより基本波
に復元することが出来る。
次に、本発明に係る力率制御装置の効果を述べる。
一例として、定格出力時の効率８０％、力率８０％程度
の誘導電動機において、本装置を使用して力率１００％
としたとぎ、効率がいかほど改善されるかを検討する。
の誘導電動機において、本装置を使用して力率１００％
としたとぎ、効率がいかほど改善されるかを検討する。
第７図Ａはかかる検討の結果を示す。即ち、銅損は電流
値の２乗に比例するため１次銅損は２０％（０，８２Ｘ
３２＝２０）。
値の２乗に比例するため１次銅損は２０％（０，８２Ｘ
３２＝２０）。
２次銅損は１５％（０，８２Ｘ２３＝１５）となる。
また鉄損は電圧値の２乗に比例するため（第７図Ｂ参照
）、数学公式において ここでψ二〇とすると 鉄損は上記公式の積分結果としてＸにつきｘ＝０からＸ
−πまでの区間において電圧の存在する区間に比例する
。したがって となる。かくして第７図Ａに示す如く、定格値において
５％の効率改善がなされる。また定格値以下で作動させ
る場合には力率が更に低下するため、効率はより多く改
善される。
）、数学公式において ここでψ二〇とすると 鉄損は上記公式の積分結果としてＸにつきｘ＝０からＸ
−πまでの区間において電圧の存在する区間に比例する
。したがって となる。かくして第７図Ａに示す如く、定格値において
５％の効率改善がなされる。また定格値以下で作動させ
る場合には力率が更に低下するため、効率はより多く改
善される。
第８図Ａ、Ｂは、本発明に係る装置を用いたとき無負荷
時の効率改善を検討した図である。ここで無負荷電流は
定格値の１／２、力率は２０％とする（その他の詳述は
省略する）。なお、第８図Ａに示す位相図において、鉄
損は となる。
時の効率改善を検討した図である。ここで無負荷電流は
定格値の１／２、力率は２０％とする（その他の詳述は
省略する）。なお、第８図Ａに示す位相図において、鉄
損は となる。
第９図は、本発明に係る力率制御装置を誘導電動機と共
に用いたとき、各負荷に対して効率がいかほど改善され
るかを示した図である。但し電動機の負荷と力率の関係
は１／／３乗則による。また効率上昇分のうち、銅損は
ｃＯ８２９に比例し、鉄損は１−ψに比例すると仮定し
た。
に用いたとき、各負荷に対して効率がいかほど改善され
るかを示した図である。但し電動機の負荷と力率の関係
は１／／３乗則による。また効率上昇分のうち、銅損は
ｃＯ８２９に比例し、鉄損は１−ψに比例すると仮定し
た。
以上詳述した如（本発明に係る力率制御装置は、誘導電
動機自体の力率を直接的に改善するため、該電動機に至
る配線損失の軽減をもたらすと共に、該電動機の銅損及
び鉄損も減少させることになる。
動機自体の力率を直接的に改善するため、該電動機に至
る配線損失の軽減をもたらすと共に、該電動機の銅損及
び鉄損も減少させることになる。
第１図は誘導電動機の等価回路図、第２図Ａ。
第２図Ｂ及び第３図は本発明による力率改善の原理を示
す図、第４図は本発明の一実施例による力率制御装置を
示すブロック図、第５図は第４図の動作を説明したタイ
ミング図、第６図Ａは高調波の合成波形図、第６図Ｂは
高調波成分の波形図、第７図ないし第９図は本発明によ
る効果を示す図である。 １．１’：零電圧検出回路、２．２’：零電流検出回路
、３：マイクロコンピュータ、４．４’：電流制御スイ
ッチ、５：表示器、１Ｍ：誘導電動機。 出願人 旭化成工業株式会社 代理人 豊 １） 善 雄 第４図 第５図 ｄ・ Ｃ：２ ｃ。 損失内訳 第７図Ａ 第７図Ｂ 第８図Ａ 第８図Ｂ 慣失内言尺 （５９％） カット１４５０％
す図、第４図は本発明の一実施例による力率制御装置を
示すブロック図、第５図は第４図の動作を説明したタイ
ミング図、第６図Ａは高調波の合成波形図、第６図Ｂは
高調波成分の波形図、第７図ないし第９図は本発明によ
る効果を示す図である。 １．１’：零電圧検出回路、２．２’：零電流検出回路
、３：マイクロコンピュータ、４．４’：電流制御スイ
ッチ、５：表示器、１Ｍ：誘導電動機。 出願人 旭化成工業株式会社 代理人 豊 １） 善 雄 第４図 第５図 ｄ・ Ｃ：２ ｃ。 損失内訳 第７図Ａ 第７図Ｂ 第８図Ａ 第８図Ｂ 慣失内言尺 （５９％） カット１４５０％
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）誘導電動機に接続される電力線の電圧及び電流がそ
れぞれ零になったとき零電圧信号及び零電流信号を発生
する零電圧検出回路及び零電流検出回路、前記両信号の
発生時刻差ｔ□→を算出すると共に前記電圧信号の発生
直後あるいは発生から１゜→後に前記電動機に流入する
電流を遮断し、更にｔ１→後に電流供給を復旧させる電
流制御手段を含んで成り、誘導電動機自体の力率改善を
なすことを特徴とした力率制御装置。 ２）前記電流制御手段において、前記零電圧信号の発生
から負荷変動に応じたｔｌを上まわらない所定の時間ｔ
Ｑ→を経過した後に電流を遮断することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の力率制御装置。 ３）前記時間ｔＱを前記ｔ１の１／２の近傍としたこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の力率制御装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57026854A JPS58144597A (ja) | 1982-02-23 | 1982-02-23 | 力率制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57026854A JPS58144597A (ja) | 1982-02-23 | 1982-02-23 | 力率制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58144597A true JPS58144597A (ja) | 1983-08-27 |
Family
ID=12204856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57026854A Pending JPS58144597A (ja) | 1982-02-23 | 1982-02-23 | 力率制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58144597A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5329223A (en) * | 1992-06-26 | 1994-07-12 | Green Technologies, Inc. | Ideal voltage controller for conserving energy in inductive loads |
| US5444359A (en) * | 1992-06-26 | 1995-08-22 | Green Technologies, Inc. | Load sensitive variable voltage motor controller |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56141798A (en) * | 1980-04-07 | 1981-11-05 | Toshiba Corp | Controlling device of induction motor |
-
1982
- 1982-02-23 JP JP57026854A patent/JPS58144597A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56141798A (en) * | 1980-04-07 | 1981-11-05 | Toshiba Corp | Controlling device of induction motor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5329223A (en) * | 1992-06-26 | 1994-07-12 | Green Technologies, Inc. | Ideal voltage controller for conserving energy in inductive loads |
| US5444359A (en) * | 1992-06-26 | 1995-08-22 | Green Technologies, Inc. | Load sensitive variable voltage motor controller |
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