JPS6147079B2

JPS6147079B2 -

Info

Publication number: JPS6147079B2
Application number: JP55098754A
Authority: JP
Inventors: Tokio Naito; Kazutaka Iida; Shozo Hanada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-07-21
Filing date: 1980-07-21
Publication date: 1986-10-17
Also published as: DE3128605A1; FR2487141A1; JPS5725192A; GB2082855A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は誘導電動機の制御装置に関するもので
あり、特に電動機電圧と電流との位相差を検出す
ることに依り単相誘導電動機の始動、誘導電動機
の電圧制御、三相誘導電動機のＹ−△始動、三相
誘導電動機のプラツキング制動、巻線形誘導電動
機の２次インピーダンス制御等を行うものに関す
るものである。

誘導電動機はスベリの大きさに関連して、電圧
と電流との位相差が変化する。電圧と電流との位
相差はスベリが大きいときは大きく、スベリが小
さくなると小さくなる。誘導電動機にコンデンサ
を接続したものを除けば電流位相は電圧位相より
も遅れる。

また、誘導電動機に対する供給電圧が変化する
と電流の位相も変化する。

本発明はこの原理を用いて誘導電動機の一次あ
るいは二次インピーダンスの大きさの調整時期を
制御するものである。インピーダンスの制御に
は、可変インピーダンス手段を用いるが、これは
オン、オフ制御をする接点や無接点継電器を始
め、連続的にインピーダンス制御を行うことので
きるものも含むものとする。

さて、スベリの大きさにつれて電圧と電流との
位相差も連続的に変化する。従つてこの位相差に
応じて可変インピーダンス手段のインピーダンス
を連続的に変化させることができる。従つて、こ
の可変インピーダンス手段を誘導電動機の一次側
に接続しておけば誘導電動機を電圧制御すること
ができる。また二次側に接続しておけば出力トル
クの大きさを制御することができ、いずれの場合
にも速度を制御することができる。

単相誘導電動機の始動、つまり始動用コンデン
サを電源から切り離す場合や、三相誘導電動機を
Ｙから△に切り換えるような場合、あるいはプラ
ツキング制動に於いて相回転方向を逆にしたの
ち、回転数が充分に低下した時点で誘導電動機を
電源から切り離すような場合には電圧と電流との
位相差の連続した変化はとらえる必要がない。位
相差がある値に達したか否かだけを検出すれば良
い。このような要求に対しては、あるスベリで電
流の位相と電圧と位相との進み遅れの関係が逆転
するようになつていることが望ましい。そうする
とこの装置の動作は安定し、信頼性も高いものと
なる。しかし実際には前に述べたように、多くの
場合スベリに関係なく、電流の位相は電圧の位相
に比べて遅れている。そこで誘導電動機に流入す
る電流の位相を検出する第１検出手段と、誘導電
動機に供給する電圧の位相を検出する第２検出手
段とを設ける。このとき、誘導電動機に供給する
電圧が変化し電流の位相が変化しても、この電流
の位相の変化を相対的に補償することができるよ
うに、第２検出手段は低い電圧が加わると高い電
圧を加えた場合より検出される電圧の位相が遅れ
るように補償手段を備える。そして、電圧の位相
を検出する第２検出手段の出力に比べ、スベリが
大きいときには第１検出手段の出力が遅れ、スベ
リがある値以下になると第１検出手段の出力が第
２検出手段の出力よりも進むか、あるいは同位相
になるようにする。

そして、この第１検出手段と第２検出手段との
出力の位相の反転した時点を位相差検出手段でと
らえて可変インピーダンス手段の制御を行う。つ
まり単相誘導電動機の始動であれば、第２検出手
段の出力が第１検出手段の出力よりも位相が進ん
でいることを位相差検出手段がとらえたときには
可変インピーダンス手段を制御して、始動用コン
デンサを補助巻線と直列にして、主巻線に対して
並列に接続し、第２検出手段の出力が第１検出手
段の出力よりも位相が遅れたことを位相差検出手
段がとらえたら可変インピーダンス手段を制御し
て、始動用コンデンサを電源から切り離す。単相
誘導電動機の始動に本発明を実施する場合には始
動用コンデンサを切り離すのに望ましい時期に位
相差検出手段の出力が反転するよう、第１検出手
段および第２検出手段を調整する。三相誘導電動
機をＹ−△始動するような場合には第２検出手段
の出力が第１検出手段の出力よりも位相が進んで
いるこことを位相差検出手段がとらえたときには
可変インピーダンス手段を制御して三相誘導電動
機の巻線をＹに接続し、第２検出手段の出力が、
第１検出手段の出力よりも位相が遅れたことを位
相差検出手段がとらえたときには可変インピーダ
ンス手段を制御して三相誘導電動機の巻線をＹか
ら△へ接続換えする。この場合はＹから△け切り
換えるのに望ましい時期に位相差検出手段の出力
が反転するよう、第１検出手段および第２検出手
段を調整する。三相誘導電動機を逆相制動のた
め、相回転を逆にしたのち回転数が充分に低下し
た時点で、電動機を電源から切り離す場合には第
２検出手段の出力が第１検出手段の出力よりも位
相が進んでいることを位相差検出手段がとらえて
いるときには可変インピーダンスを制御してイン
ピーダンスを小さくし、第２検出手段の出力が第
１検出手段の出力よりも位相が遅れたことを位相
差検出手段がとらえたときには可変インピーダン
スを制御してインピーダンスを大きくし、実質的
に三相誘導電動機を電源から切り離す。

以上のように本発明に依れば誘導電動機の電圧
と電流との位相差をとらえることに依つて上記し
たような、また、上記したような制御に類する制
御装置を構成できる。そして、これは電流値や電
圧値をとらえて制御するものとは異なるから電動
機に印加する電圧がかなり変動しても安定な動作
をすることができる。

第１図・第２図・第３図は本発明の実施例を示
す二電圧仕様、例えば100V，200V切り替えの単
相誘導電動機の始動装置である。以下この実施例
について説明する。１は単相交流電源、２は単相
誘導電動機である。電動機２の補助巻線３に始動
用コンデンサ４と可変インピーダンス手段として
のトライアツク５とを直列に接続し、これを主巻
線６に対して並列に接続する。そして主巻線６を
電源１に接続する。第１検出手段７を変流器CT
と抵抗R₁とダイオードD₁とで構成する。変流器
CTは主巻線６に流れる電流を検出するようにす
る。抵抗R₁は電流を電圧に変換するためのも
の、ダイオードD₁は整流用である。第２検出手
段８はトランスＴを挾んで次のように構成する。
すなわち、トランスＴの一次側は単相誘導電動機
２を連結した単相交流電源１に接続する。トラン
スＴの二次側は抵抗R₃とツエナーダイオードZD₁
とツエナーダイオードZD₂とを直列に接続する。
さらにツエナーダイオードZD₂の端子間にはコン
デンサC₁と抵抗R₄の直列回路による微分回路を
接続する。なお、トランスＴの一次側にはノイズ
を吸収するためサージキラSKを接続する。さて
単相交流電源１の供給電圧が200Vであるとき、
トランスT₁を介して得られる電圧波形が第２図
のV₁で示すものであるとすると、第１検出手段
７の出力は、始動頭初I₁で示すように電圧波形V₁
に対してだいぶ遅れており、始動が進むにつれて
I′₁で示すように遅れが非常に小さくなる。ま
た、第２検出手段８においては、トランスＴを介
して入力した電圧波形V₁が次のように加工され
る。まず、ツエナーダイオードZD₂およびコンデ
ンサC₁が無い場合を考えると、第１図中Ａ点の
電圧は、第２図にVA₁で示すように、入力電圧V₁
がツエナーダイオードZD₁のツエナー電圧VZd₁に
立ち上がるまでの時間だけ遅れて立ち上がること
になる。したがつて、このツエナーダイオード
ZD₁のツエナー電圧VZd₁を適当に選ぶことによ
り、電源電圧に対して一定の割合で遅れた電圧波
形を得ることができる。そこで、ツエナーダイオ
ードZD₁のツエナー電圧Vzd₁を選ぶことにより、
電圧波形VA₁の遅れを電流波形I₁とI′₁の遅れの間
に設定する。Ａ点の電圧はツエナーダイオード
ZD₂を付加することにより、さらに加工され、
VA′₁で示すようにツエナーダイオードZD₂のツエ
ナー電圧Vzd₂以下に規制される。最後に点Ａの
電圧波形を微分回路に加えると、点Ｂにおいて、
第２図中Vp₁で示す電圧波形の出力信号が得られ
る。そこで、第１検出手段７の検出した電流の位
相と第２検出手段８の検出した電圧の位相を次に
説明する全体を９で示す位相差検出手段により比
較し、第２検出手段８の出力が第１検出手段７の
出力よりも進んでいるときにはトライアツク５を
導通状態に保ち、第２検出手段８の出力が第１検
出手段７の出力よりも遅れると、トライアツク５
を非導通する。すなわち、位相差検出手段９は次
のものから構成する。まず、トランスＴの２次巻
線に誘起する電圧を全波整流回路RECで全波整
流する。整流回路RECの直流出力側に抵抗R₆と
コンデンサC₂とを直列に接続する。トランジス
タQ₂とQ₃とでシユミツト回路を構成し、トラン
ジスタQ₂のベースをツエナーダイオードZD₃を介
してコンデンサC₂の他方の端子に接続し、エミ
ツタをコンデンサC₂の他方の端子に接続する。
トランジスタQ₃のコレクタ端子をトライアツク
５のゲート端子に接続する。この回路ではコンデ
ンサC₂の両端の電圧がツエナーダイオードZD₃の
ツエナー電圧よりも高ければトランジスタQ₂は
導通、トランジスタQ₃は非導通である。トラン
ジスタQ₃が非導通のときはトライアツク５は非
導通であるから始動用コンデンサ４は電源１から
切り離された状態になる。従つて第１検出手段７
の出力が第２検出手段８の出力よりも位相が早く
なつたら、コンデンサC₂の充電電圧がツエナー
ダイオードZD₃のツエナー電圧よりも高くなるよ
うにすれば良い。逆に第１検出手段７の出力が第
２検出手段８の出力よりも位相が遅れていると
き、つまり始動頭初はトランジスタQ₃を導通に
しなければならない。そうするとトライアツク５
は導通状態を接続し始動用コンデンサ４が電源１
に接続された形となる。そのためには、コンデン
サC₂の充電電圧がツエナーダイオードZD₃のツエ
ナー電圧に達しないようにすれば良い。そこで、
この実施例ではコンデンサC₂に対して並列にサ
イリスタTHYを接続し、第１検出手段７の出力
が第２検出手段８の出力よりも位相が遅れている
ときにはサイリスタTHYを導通にし、位相が反
転したらサイリスタTHYを非導通にする。その
ため、第１検出手段７の出力をトランジスタQ₁
のベースとエミツタ間に加え、第２検出手段８の
出力をトランジスタQ₁のコレクタとエミツタ間
に加える。すなわち、第２検出手段８の出力より
も第１検出手段７の出力が先にトランジスタQ₁
に入り、トランジスタQ₁が導通するとサイリス
タTHYにゲート信号が加わることはない。逆
に、第２検出手段８の出力よりも第１検出手段７
の出力が遅れている場合は、第２検出手段８の出
力が入力された段階でトランジスタQ₁が非導通
となり、サイリスタTHYにゲート信号が与えら
れるようにする。

いま単相誘導電動機２の始動頭初第２検出手段
８の出力の位相が第１検出手段７の出力の位相よ
りも進んでいるときにはトランジスタQ₁が導通
状態になる前に、第２検出手段７の出力でサイリ
スタTHYは導通状態になりコンデンサC₂の電圧
はツエナーダイオードZD₃のツエナー電圧まで上
昇しない。従つてトランジスタQ₂は非導通であ
り、トランジスタQ₃は導通である。従つてトラ
イアツク５は導通状態を保つ。この状態で単相誘
導電動機２が加速し第２検出手段８の出力の位相
が第１検出手段７の出力の位相よりも遅れると第
２検出手段８の出力が出る前にトランジスタQ₁
は第１検出手段７の出力に依つて導通になつてし
まい、従つてサイリスタTHYは非導通になる。
そのためトランジスタQ₂は導通になりトランジ
スタQ₃は非導通になる。その結果トライアツク
５は非導通になり、単相誘導電動機２は運転状態
に入る。

トランジスタQ₄はツエナーダイオードZD₃が導
通になるとオン状態になり、なんらかの理由で第
２検出手段８の位相が第１検出手段７の出力の位
相よりも進んでも再びトライアツク５が導通状態
にはならないようにする。なお、R₅，R₇〜R₁₂は
抵抗、D₂，D₃はダイオードである。

以上、電源電圧が200Vである場合について説
明してきたが、次に続けて電源電圧が100Vに切
り替えられたときの回路動作について説明する。
第３図に単相誘導電動機２の始動頭初の電圧と電
流のベクトル関係を示す。すなわち、V₁，I₁は
200Vを供給したときの電圧、電流のベクトルで
ある。この第３図から明らかなように100V給電
時の位相差θ_２は200V給電時の位相差θ_１より
も大きくなる。したがつて、本制御装置はこのよ
うに電源電圧の変化により電圧と電流の位相差が
変わつた場合にも、単相誘導電動機の始動状態に
応じて電流の位相の回復具合を同様に検出してゆ
ける機能を備えていなければならない。そこで本
制御装置では電源電圧が変動しても、始動頭初の
電圧と電流の位相差がほぼ一定となるように位相
差の補償手段として第２検出手段８にツエナーダ
イオードZD₁に設けている。すなわち、単相誘導
電動機２に100Vを給電すると、トランスＴを介
してこれの二次側に第２図に示す電圧波形V₂が
得られる。このときの第１検出手段７の出力は始
動頭初I₂で示すように200Vを給電した場合の電流
I₁よりもさらに遅れている。また、始動が進むに
つれて電流I₂は電流I′₂で示すように遅れが小さく
なる。しかし、この電流I′₂は電流I′₁より遅れて
いる。第２検出手段８において、トランスＴを介
して入力した電圧波形V₂が次のようは加工され
る。まず、ツエナーダイオードZD₂およびコンデ
ンサC₁が無い場合を考えると、第１図中Ａ点の
電圧は、第２図にVA₂で示すように、入力電圧V₂
がツエナーダイオードZD₁のツエナー電圧Vzd₁に
立ち上がるまでの時間だけ遅れて立ち上がること
になる。当然入力電圧V₂の立ち上がり方は200V
を給電した場合の入力電圧V₁より小さなため、
ツエナー電圧Vzd₁に達するまでの時間は200Vを
給電している場合に比べて大きくなる。したがつ
て、Ａ点の電圧VA₂の立ち上がりは200V給電時
の電圧VA₁の立ち上がりより遅れることになる。
Ａ点の電圧はツエナーダイオードZD₂を付加する
ことにより、VA′₂で示すようにツエナー電圧
Vzd₂以下に規制される。最後に点Ａの電圧を微
分回路に加えると、点Ｂにおいて、第２図中Vp₂
で示す波形の出力信号が得られる。すなわち、こ
の段階で第１検出手段７の出力I₂と第２検出手段
８の出力Vp₂との位相差θ′_２は200Vを給電した
場合に得られる第１検出手段７の出力I₁と第２検
出手段８の出力Vp₁との位相差θ′_１とほぼ等し
くなる。したがつて、この両検出手段７，８の出
力信号を基にすると、100V給電時においても
200V給電時と同じようにトライアツク５の制御
を行ない単相誘導電動機２の補助巻線３の切り放
しをすることができる。

さらに第４図に他の実施例の例を説明する。こ
の実施例において第１図と同じ符号で示すものは
同じ働きをするものであるから説明を省略する。
トランジスタQ₅はコンデンサC₂に対して並列に
接続する。すなわち、第２検出手段８の出力より
も第１検出手段７の出力が遅れている場合は、第
２検出手段８の出力がトランジスタQ₅のベース
に加わり、トランジスタQ₅は導通する。したが
つて、トランジスタQ₅が導通するとコンデンサ
C₂の電圧はツエナーダイオードZD₃のツエナー電
圧まで上昇せず、結局、トランジスタQ₂が非導
通、トランジスタQ₃が導通し、トライアツク５
が導通状態を保つことになる。また、トランジス
タQ₆はトランジスタQ₃と同様に動作するよう、
これのベースをトランジスタQ₂のコレクタに接
続したものである。このトランジスタQ₆のコレ
クタはダイオードD₄を介してトランジスタQ₁の
ベースに接続する。すなわち、このトランジスタ
Q₆とダイオードD₄から成る回路はトライアツク
５の非導通時に常にトランジスタQ₁を通通状態
に保ち、なんらかの理由で第２検出手段８の位相
が第１検出手段７の出力の位相より進むことがあ
つても、再びトライアツク５が導通状態とならな
いようにするためのものである。なお、R₁₃は抵
抗６_１，６_２は二つに分割して構成した主巻線で
ある。また、その他の回路動作は先に説明した実
施例に基づき容易に類推できるので詳細を省略す
る。

以上の説明から明らかなように、本発明は誘導
電動機に流入する電流の位相を検出する第１検出
手段と、供給する電圧の位相を検出する第２検出
手段と、両検出手段の出力を比較し誘導電動機に
連結した可変インピーダンス手段を制御する位相
差検出手段を備えるとき、電源電圧が変化し電流
の遅れが大きくなつた場合にも確実に電流の位相
の変化を検出してゆくことができるように、電源
電圧の変化に対応する電流の遅れ分だけ電圧の位
相の検出を遅らせるために、電源電圧があらかじ
め定めた電圧値まで上昇したとき出力を出すよう
に第２検出手段を構成したものである。したがつ
て本発明によれば、異電圧仕様の誘導電動機にお
いて、供給する電圧を変えた場合においても、制
御装置の回路を変更したり、回路条件を調整する
ことなく引き続き誘導電動機を制御してゆくこと
ができる。

前記の説明では可変インピーダンス手段として
トライアツクを使用するものを示したが、もちろ
んこれは他に、逆並列に接続したサイリスタある
いはトランジスタ、その他のリレー回路などで構
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の実施例を示す回路
図、第２図はタイムチヤート、第３図は電圧と電
流の関係を示すベクトル図、第４図は他の実施例
を示す回路図である。２……誘導電動機、３……補助巻線、４……コ
ンデンサ、５……可変インピーダンス手段の一例
を示すトライアツク、７……第１検出手段、８…
…第２検出手段、９……位相差検出手段。

Claims

【特許請求の範囲】１誘導電動機の一次または二次側インピーダン
スを制御する可変インピーダンス手段と、誘導電
動機に流入する電流の電流位相を検出する第１検
出手段と、誘導電動機に供給する電圧があらかじ
め定めた一定値に達したときの電圧位相を検出す
る第２検出手段と、前記第１検出手段の出力と前
記第２検出手段の出力との位相差を比較する位相
差検出手段とを有し、この位相差検出手段の出力
で前記可変インピーダンス手段を制御することを
特徴とする誘導電動機の制御装置。２誘導電動機としてコンデンサ始動単相誘導電
動機を用い、前記可変インピーダンス手段は前記
コンデンサ始動単相誘導電動機の補助巻線および
始動コンデンサと共に直列に接続して主巻線に並
列に接続すると共に、前記第２検出手段の出力が
前記第１検出手段の出力よりも進んでいることを
示す出力を前記位相差検出手段が出しているとき
には、前記可変インピーダンス手段のインピーダ
ンスを小さくし、前記第２検出手段の出力が前記
第１検出手段の出力よりも遅れていることを示す
出力を前記位相差検出手段が出しているときに
は、前記可変インピーダンス手段のインピーダン
スを大きくするように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装置。３誘導電動機として三相誘導電動機を用い、前
記可変インピーダンス手段は前記三相誘導電動機
の一次側に設けると共に、前記第２検出手段の出
力が前記第１検出手段の出力よりも進んでいるこ
とを示す出力を前記位相差検出手段が出している
ときには、前記可変インピーダンス手段のインピ
ーダンスを小さくし、前記第２検出手段の出力が
前記第１検出手段の出力よりも遅れていることを
示す出力を前記位相差検出手段が出しているとき
には前記可変インピーダンス手段のインピーダン
スを大きくするように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装置。４誘導電動機として三相誘導電動機を用い、こ
の三相誘導電動機をＹと△とに接続変更し得る前
記可変インピーダンス手段を設けると共に、前記
第２検出手段の出力が前記第１検出手段の出力に
よりも進んでいることを示す出力を前記位相差検
出手段が出しているときには、前記可変インピー
ダンス手段を制御して前記三相誘導電動機をＹに
接続し、前記第２検出手段の出力が前記第１検出
手段の出力よりも遅れていることを示す出力を前
記位相差検出手段が出しているときには、前記可
変インピーダンス手段を制御して前記三相誘導電
動機を△に接続する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装置。５電動機として巻線三相誘導電動機を設け、前
記可変インピーダンス手段は前記巻線形三相誘導
電動機の二次側に接続すると共に、前記第２検出
手段の出力が前記第１検出手段の出力よりも進ん
でいることを示す出力を前記位相差検出手段が出
しているときには、前記可変インピーダンス手段
のインピーダンスを大きくし、前記第２検出手段
の出力が前記第１検出手段の出力よりも遅れてい
ることを示す出力を前記位相差検出手段が出して
いるときには前記可変インピーダンス手段のイン
ピーダンスを小さくするようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の誘導電動機の制
御装置。