JPS6389092A - 可変速ポンプ装置 - 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〕 不発明は可変速ポンプ装置に関する。

〔従来の技術〕

自動運転ポンプを備えた給水装置等においては、Ｉンプ
停正直後における最高水圧と起動直前における最低水圧
との差がなるべく小さいことが望まれるが、一般に蓄圧
槽の水平断面積を充分広く設定することが困難であるの
で、上述のような要望に応えるためにはポンプの発停頻
度が高くならざるを得ない。したがりて、ポンプ駆動用
電動機が過熱したシ、この電動機を発停制御するための
電磁開閉器やポンプ自体等の寿命が短かくなシ易く、こ
のような不具合を防止するため各機器の容量を大きくす
れば、コストや所要スペースなどの点で不利になること
が避けられない。

ところで、ポンプ駆動用電動機に出力周波数（および電
圧）を可変制御可能なインバータを接続し、給水圧力を
所定範囲内に維持するように上記電動機を速度制御する
ようにし北回変速ポンプにおいては、上記電磁開閉器を
閉状態にしたままインバータを介して電動機を発停制御
することも考えられなくはない。しかしながら、従来の
この種の装置においてはインバータ出力周波数の増減率
を運転状態における給水圧力制御に適するように設定し
ておくと、起動時に異常音や振動等を発生し九シインパ
ータのトリップを生じたシするので、止むを得ず周波数
増加率を上記適正値より低く設定している。その結果、
給水圧力の変動に対する即応性に欠け、給水圧力を所定
の範囲内に維持するという目的を達成し得ない状態にあ
る。また、減少率は上記適正値に設定したままであるか
ら電動機およびポンプの目出減速度に対応する値よりも
大きく、停止時における電動機回生電圧に基づいてイン
バータがトリップしたり減速中に異常音や振動等を発生
したりするので、これを防止するため停止時にはインバ
ータと電動機との間に設けられた電磁開閉益金開放して
、フリーラン停止するようにしていたため上述のように
その損耗が早く、新品と交換するまでの期間を長くする
ためには容量の増大が不可欠であり之。また、−旦￥！
Ｌ磁開閉器を開放すると、電動機が停止してから再投入
しないと、過電流が流れ、ポンプ４−夕の保護回路が働
いてポンプが停止してしまうので、−旦電磁開閉器を開
放すると、電動機が停止する迄の数秒ないし士数秒の間
は、４ンデ全起動することができない。従って、この間
に短時間の断水となることもある。

さらに、上記インバータとしてはＰ！ＴＶＭ　（・ぜル
ス幅変詞）およびＰＡＭ　（−４’ルス振幅変調）の２
方式のものがあるが、前者は騒音の大きいことが難点で
あシ、後者においてはつぎのような問題点がある。すな
わち、ポンプを停止させるため上記電磁開閉器を開いた
ときインバータ内のコンデンサを放電させる必要がある
が、この放電が完了する前に給水圧力が低下して電磁開
閉器が閉じられると、コンデンサ残留電圧により保護回
路が動作することによ）インバータがトリップし、ポン
プは起動不能となる。これを防止するため早期に放電を
完了させようとすれば放電抵抗や放電接触器等の容量を
大きくしなければならずコストおよびスペースの点で不
利になる。

〔発明が解決し７ようとする問題点〕 本発明は上記事情のもとになされたもので、１ぞンプの
発停頻度が間くてもその駆動電動機用電磁開閉器は開閉
頻度が少なくてすみ、かつポンプ発停時にインバータの
トリップや異常音、振動等が発生することのない可変速
ポンプ装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、インバータと？フグ駆動用電動機との間に設
けられた電磁開閉器の接点をＯＮにしたまま上記インバ
ータの出力を制御することによりボンｆを発停制御可能
な手段を具備することを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は、上述のように出力周波数が所定増減率で制御
されるインバータとポンプ、駆動用電動機との間に設け
られた電磁開閉器の接点をＯＮにしたまま上記インバー
タの出力を制御することによりポンｆを発停制御可能な
手段ｆｔｖＲえてｈるので、ポンプが定常運転状態にあ
る場合には出力周波数が上記所定増減率で制御され、ポ
ンプの発停は１占にら閉ｄまの接点を開；４することな
く上記インバータにより１５１ｊ御することができる。

その結果、定常運転時には装置は所望の安定性および応
答性を発揮することができ、かつ起動時および停止時に
は電磁開閉器を閉じたまフにしても異常音等やインバー
タのトリップなどを生じないようにすることができる。

したがって、ポンプの発停頻度て拘シなく電磁開閉器の
開閉頻度を充分に小さくすることができる。また、停止
の為の減速を行っている時でも、あるいは停止中でも、
ポンプを運転する必要があれば、電動機の自然停止ある
いは、ＰＡＭ方式のインバータの放電完了を待つことな
く、直ちにビンｆｔ−運転することができるので、アパ
ートやマンション等における一般給水の様に、水の使用
が不規則でポンプ停止後いつポンプが起動するかわから
ないような用途でも、短時間の断水を招くこと無く安定
した給水を行うことができる。

〔発明の実施ｆｌＪ　） 以下、本発明を図示の一実施例について説明する。第１
図に、並列接、続された２台のボンｆｔ−有する。給水
系を例示するが、本発明Ｑ：ｌ：これに限定されるもの
ではない。同図において、受水僧１、吸水管２、ポンプ
３および４．を動機５および６、送水管７、流量検出部
８、圧力検出部９．蓄圧槽１０、仕切弁１１、逆止弁ノ
２およびこれらの接続状態等は従来装置におけると同等
でありてよい。

制御部１３は第２図に例示するようにインバータ１４、
電磁開閉器の接点１５ａ、ｉｆ；ａ、１７ａおよび１８
ａ、インバータ制御回路１９等を備えている。この制御
回路１９は、第３図に例示するようにＣＰＵ　２０　、
メモリ部２１、入力ボート２２、出力ボート２３、目標
圧力設定用デノタルスイッチ２４、起動圧力設定用デジ
タルスイッチ２５、圧力検出部９月の増幅器２６および
Ａ／Ｄ変換器２７、インバータ１４用のＤ／Ａ変換器２
８および増幅器２９、電磁開閉器用増幅器３０〜３３等
を備えている。図中１５〜１８は上記接点１５ｈ〜１８
ｈ用励磁コイルである。

上述のように構成された装置において、上記デノタルス
イッチ２４および２５にはそれぞれ所望の目標圧力およ
び起動圧力が設定されているものとする。また上記電動
機５および６を直接電源に接続するための電磁開閉器接
点１５ａおよび７７＆は開状態にあシ、インバータ１４
に接続するための電磁開閉器接点１６ａおよび１８＆は
いずれか一万、たとえば１６ｈのみが閉状態にあるもの
とする。さらに、給水管７における流量は流量検出部８
に設定された所定下限値以下であって、ポンプ３および
４は停止しているものとする。

給水管７からの流出水量が増大して、その内圧が上記起
動圧力以下に低下すると、圧力検出部９からの信号に応
じＣＰＵ　２０から送出される信号により、インバータ
１４の出力周波数（電圧は周波数に関連して増減される
ようになっているので以下の説明では省略する）が所望
の割合で増加され、電動機５を介してポンプ３が起動さ
れる。そして、給水ｖ７の内圧が上記目標圧力に達する
と、以後はこの目標圧力を維持するように制御回路１９
の出力信号に応じインバータ１４ｔ−介してポンプ３の
速度制御が行なわれる。この状態におけるインバータ１
４の出力周波数ｆの時間ｔに対する変化率は、たとえば
第４図において１点鎖線で示す所定の増加率Ａおよび減
少率Ｂのように設定されてｂる。

給水管７における流量が所定の下限値以下に低下すると
、流量検出部８からの信号に応じてポンプ３が停止され
る。この場合におけるインバータ１４の出力周波数ｆの
時間ｔに対する変化率は。

たとえば第４図において曲線状実線で示すＣの様に設定
されている。この曲線Ｃは、電動機をフリーラン停止し
たときの時間と回転数の関係から得る。

即ち、電動機を２リーラン停止させた時の時間ｔと回転
数ｎの関係は、 ｎ ＧＤ２＠−＝ａ　−ｎｋ　＋　ｂ　ＩＩｎ＋（：ｔ と近似することができる。ここでＧＤは電動機とポンプ
の回転部の合計の慣性モーメン）、　　ａ＊ｎｋはポン
プ作用による抵抗トルクであシ、ポンプの吐出流量が極
小流量のときはに＃２となシ、流量が中流量以上のと＠
はにζ３となる。ｂ　−ｎ＋（：は回転部の摩擦抵抗ト
ルクである。なお、曲線Ｃはポンプの吐出流量が極小流
量のときのもの、曲ｉｃ’は流量が最大流量のときのも
のである。

回転数ｎ（第４図の周波数ｆ）が大きい範囲では上記式
の第一項ａｓｎｋ即ちポンプ作用による抵抗トルクが大
きく作用する為１曲線Ｃと曲線Ｃ／とけ異った形状とな
る。回転数ｎが小さい範囲ではポンプ作用による抵抗ト
ルクは回転数の２〜３乗に比例して極めて小さくなシ、
曲線の形状はほぼ回転部の摩擦抵抗トルクで決まる為、
曲線ＣとＣ′Ｆｉはぼ同じ形状になる。従って、電動機
を減速させるときは、曲線Ｃを基準に減速させれば、ポ
ンプの吐出量ＶＣ関係なく、支障なく減速することがで
き、曲線Ｃ／に比べ、停止迄の所要時間は２〜３割異る
だけである。

この様にして得た曲線Ｃに沿って減速を行うことばよシ
、異常音あるいはインバータのトリップ等の支障を生ず
ることなく減速を行うことができる。曲ＩａＣの形状は
、縦軸の周波数ｆ及び横軸の時間ｔを無次元化すれは、
電動機の定格周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）、極数、
出力、及びポンプの口径が異なっても、はぼ同等の形状
となる為、あらかじめメモリ部２１に記憶させておき、
仕様に合せて縦軸の周波数ｆ及び横軸の時間ｔに係数を
掛ける様にすれば、調整が容易となる。また、回転数の
低い範囲では、減速がゆりくシとなるが、騒音、振動、
及びインバータ・トリップ等の支障が出ない範囲で、低
速域での減速率を大きくすれば、ポンプ停止時間を短く
することができるので、曲線Ｃの形状をこの様に変形す
ることも有効である。また、騒音、振動が出始める減速
率と、回生過電圧でインバータのトリップが出易くなる
減速率とは数倍の差が有る為、平常時は騒音、振動が出
ない様な減速率とし、必要時のみ、騒音、振動は出テモ
、インバータ・トリップはしない様な減速率とする様に
使い分けることも有効である。

なお、所望の変化率は要すれば折線状点線で示すＤ、ま
たは直線状２点鎖線で示すＥなどのようであってもよく
、ボンｆ３，４および電動機５゜６の特性に応じて、異
常音ないし振動等が所望レベル以下であシ、かつ電動機
からの回生電圧によりてインバータ１４がトリップする
ことなどがないように設定され、メモリ部２１に記憶さ
れている。−旦停止過程に入ったのちでも、ポンプ停止
前ＫＷ要水量が増大して送水管内圧が上記目標値以下に
低下すれば、ＣＰＵの出力信号（（応じてポンプは再び
増速される。

なお、上記制御回路１９は図示省略したタイマを備えて
お９、これに設定された所定時間が経過するまでは一方
のポンプ、たとえば３が主となるとともに他方４が副と
なるように、対応する電磁開閉器の接点の一方１６ａを
閉、他方１８＆を開に保持し、次の所定時間てはこれと
逆にするようになっている。

これを詳しく説明すると、上記タイマに設定された所定
時間がε遇する迄は一方のポンプ、例えば３の電磁開閉
器１６が常（（ＯＮ状態となっておシ、インバータの出
力のＯＮ　、　ＯＦ’Ｆ’によ）ポンプ３が起動停止す
る。所定時間が経過すると、その後に、ポンプ３が停止
したときく、インバータの出力がＯＦ’ｆ’になってい
る間に電磁開閉器１６をＯＦＦ　、　１　ＢをＯＮに切
替える。この結果、上記タイマに設定された所定時間が
経過する迄は、今度は、他の一方のポンプ４がインバー
タの出力のＯＮ　、　ＯＦＦにより起動停止する。なお
、インバータのＯＮ、ＯＦ’Ｆの方法としては、速度指
令を増加減少する方法でも良いし、目標圧力を増加減少
することにより結果的に速度指令が増減するようにして
もよい。ま之、停止の為に減速を行う時のみインバータ
の出力電圧を低くする様にすれば特に低速域での騒音、
振動を小さくすることができる。

あるいはＰＡＭ方式のインバータに於て、低速域の電圧
波形の両端付近にス１）ットを入れ、実効的に正弦波に
近づけてもよい。また、インバータの出力パワートラン
ソスタをベースしゃ断して停止してもよい。

上記構成によれば、制御回路１９に設定された所定増減
率（第４図Ａ、Ｂ）によりて目標圧力の追尾が行なわれ
るとともに、ボンｆ３．４および電動機５，６の特性に
対応する所望減少率（第４図Ｃ，Ｄ、ｇ等）によって停
止時の減速度が制御されるので、目標圧力の追尾を高速
で行ない得るから給水圧力変動が少なく、かつ停止時に
はインバータのトリップや異常音および振動等の発生を
防止することができる。したがって、上記タイマを具備
することと相まりて電磁開閉器の接点１６ａ。

１８＆の開閉頻度を従来よりも大幅に減少することがで
きるから、比較的小容量のものを用いても長期の使用に
支障なく耐え得るよってすることができる。

また、電磁開閉器を頻繁にＯＮ　、　ＯＦＦすること無
く、インバータの出力の適切な増減逮率でポンプを起動
停止するので、インバータによる起動電流の低減とあい
まって、電磁開閉器、１！動機、ポンプの寿命が長くな
る。さらに、起動頻度低減の為に起動後一定時間強制運
転する必要も少なく、よ）省エネルギーを図ることがで
きる。

また、電磁開閉器をＯＮにしたまま起動停止する為、−
旦停止過程に入った後でも、あるいは停止後でも、水の
使用により送水管内圧が低下すれば、電動機の自然停止
や、ＰＡ＝Ｖｌ方式インバータの放￥ｉ！を待つことな
く、直ちにポンプを増速できるので、アパートやマンシ
ョン等における一般給水の様に、水の使用が不規則な用
途でも、瞬間的な断水を招くことなく安定した給水を行
うことができる◇特Ｋ、停止過程に入った後にフラッシ
ュパルプ等で突然多量の水使用があった時６でも安定し
た給水を行うことができる。

また、ア・ぐ−トやマンション等における一般給水の用
途では、ポンプ装置は地下室あるいは階段の下あるいは
住居に隣接したポンプ室に設置されることが多く、夜間
ＫｔＭ機の電磁音や電磁開閉器の動作音を軽減する必要
があるが、本発明によれば適切な増減速により起動停止
時の電動機の電磁音を軽減するとともに、電磁開閉器を
ＯＮ。

ＯＦＦすることなくポンプを起動停止させる為、電磁開
閉器の動作音が無く、騒音軽減効果が高い。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、たとえばポンプは１台でも、あるいは３台以上であ
ってもよい。また、貯液槽における液面制御等にも適用
可能であシ、かつ取扱５流体が木取外のものであっても
よい。さらに、ポンプの停止は流量が所定下限値以下の
状態を所定時間以上継続したとき発令されるようにして
もよい。

要すれば、インバータ１４の出力周波数が上記所望の増
減率で変化するように、上記目標圧力を適宜の変化率で
可変制御するよりにしてもよい。なお、増減速率の制御
は上記制御回路１９で行り代シにインバータ１４に内蔵
させてもよい。

また、減速時のみでなく、増速時に於いても、電磁音が
小さくなる様な増速カーブと、電磁音が出ても、過負荷
でインバータがトリップしない様な増速カーブ等を使い
分け、夜間等、水の使用が少なく、急な増速を必要とし
ない時はゆるやかな増速カーブに沿って増速し、騒音を
低くすることも可能である。

さらに、第４図の曲線Ｃに沿って減速する代シに、近似
的に、減速開始時の回転数を曲線Ｃの左端の回転数とみ
なして減速する様にすれば、制御回路１９におけるマイ
クロコンピュータのプログラムを簡単にすることが可能
である。

また、偏差が最大の時の比例制御の操作量即ち周波数ｆ
の変化量を所定の値とし、偏差が大の時は、比例制御に
より１４時に周波数指令信号を所定の値だけ変化させ、
その後は、積分制御により、積分時間によって決まる増
減速率でゆっくシ変化させるなど、第４図の曲線Ｃに沿
って変化する様に、周波数ｆに応じて積分時間が変化す
る様にすることも可能である。要すれば、メモリ部２１
に曲線を記憶させる代９に、曲線の関数近似により、演
算で求めて制御することも可能である。その他、本発明
の要旨とするところの範囲内で種々の変更ないし応用が
可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上述のようにインバータとポンプ駆動
用電動機との間に設けられ良電磁開閉器接点の開閉頻度
が少なくてすむので、容量を小さく設定しても耐久性を
大幅に向上させることができる。また、ポンプ発停時に
おけるインバータのトリップや異状前、振動等を発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は同例
の制御部を示す回路図、第３図は同例のインバータ制御
回路を示すブロック図、第４図は同例の動作特性を説明
するための線図である。 ３．４・・・ポンプ、５，６・・・電動機、１３・・・
制御部、１４・・・インバータ、１９・・・インバータ
制御回路（制御手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力周波数が所定増減率で制御されるインバータ
   に対し電磁開閉器の接点を介して接続された電動機によ
   り駆動されるポンプを備えた装置において、上記電磁開
   閉器の接点をＯＮにしたまま上記インバータの出力を制
   御することによりポンプを発停制御可能な手段を具備す
   ることを特徴とする可変速ポンプ装置。
2. （２）上記手段は上記インバータの出力周波数を上記所
   定増減率とは異なる所望の増減率で制御する手段を具備
   してなる特許請求の範囲第１項記載の可変速ポンプ装置
   。