JP2011244576A - Drive unit of induction motor - Google Patents
Drive unit of induction motor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011244576A JP2011244576A JP2010113882A JP2010113882A JP2011244576A JP 2011244576 A JP2011244576 A JP 2011244576A JP 2010113882 A JP2010113882 A JP 2010113882A JP 2010113882 A JP2010113882 A JP 2010113882A JP 2011244576 A JP2011244576 A JP 2011244576A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- induction motor
- power supply
- phase induction
- frequency
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、交流電源の電源周波数を異なる電源周波数に変換し、簡易に電動機の運転周波数変換を実現する誘導電動機の駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a drive device for an induction motor that converts a power supply frequency of an AC power supply to a different power supply frequency and easily converts the operation frequency of the motor.
従来、この種の電力変換装置はサイリスタなどを組み合わせて双方向スイッチを構成している（例えば、特許文献１参照）。また、基本的な制御方式として、適時電源を半周期ごとに間引くことにより、擬似的に周波数変換しているものがある（例えば、特許文献２参照）。 Conventionally, this type of power conversion apparatus is configured with a bidirectional switch by combining thyristors or the like (see, for example, Patent Document 1). Further, as a basic control method, there is a method in which frequency conversion is performed in a pseudo manner by thinning out a power supply every half cycle (see, for example, Patent Document 2).
図１２は、特許文献１に記載された従来の交流電力周波数変換装置を示すものである。同図において、交流電源１と、負荷（誘導電動機）２との間に配置され、２個逆並列で構成された４組の双方向スイッチを構成するサイリスタＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２と、それぞれのサイリスタゲ−トを駆動する制御回路とから構成され、負荷（誘導電動機）２には、交流電源１の半波成分が交互に印加され、元の周波数の１／２の周波数が負荷（誘導電動機）２に印加されることにより、ほぼ運転速度が１／２となっている。 FIG. 12 shows a conventional AC power frequency converter described in Patent Document 1. In FIG. In the figure, thyristors A1, A2, B1, B2, C1, which are arranged between an AC power source 1 and a load (induction motor) 2 and constitute four sets of two-way switches configured in reverse parallel. C2, D1, D2 and a control circuit for driving the respective thyristor gates. A half-wave component of the AC power source 1 is alternately applied to the load (induction motor) 2 so that 1 / of the original frequency is obtained. When the frequency of 2 is applied to the load (induction motor) 2, the operation speed is substantially halved.
また、図１３は同じく特許文献２に記載された従来の誘導電動機速度制御方式における負荷（電動機）に印加される交流電源（Ｗ１）を双方向スイッチで間引き通電を行うことで等価的に元の周波数の１／２（Ｗ２）、１／３（Ｗ３）の周波数で負荷（電動機）に印加した通電状態をしめす図である。また、図１４は同じく特許文献３に記載された従来の誘導電動機のタップ切替え方式による速度制御方式での構成を示す図であり、誘導電動機の速度を「強」「中」「弱」「微弱」と変更するにあたり、巻線タップをそれぞれ設け通電巻線を切替えることで速度変更を行うものである。 Further, FIG. 13 is equivalent to the original power source by thinning the AC power supply (W1) applied to the load (motor) applied to the load (motor) in the conventional induction motor speed control system described in Patent Document 2 with a bidirectional switch. It is a figure which shows the energization state applied to the load (electric motor) with the frequency of 1/2 (W2) and 1/3 (W3) of the frequency. FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the speed control method using the tap switching method of the conventional induction motor described in Patent Document 3, and the speed of the induction motor is “strong”, “medium”, “weak”, “weak”. In order to change the speed, the winding speed is changed by providing winding taps and switching the current-carrying windings.
しかしながら、前記従来の構成では、ともに電源からの供給電力を半周期ごとの間引き通電を行うことで擬似的に周波数１／２、１／３を実現化している。従って電源からの供給電流が不連続となり、電源系統に対して高調波電流成分を流出し、電力環境に悪影響を与えるという課題があった。 However, in the conventional configuration, the frequencies 1/2 and 1/3 are realized in a pseudo manner by thinning and energizing the power supplied from the power supply every half cycle. Therefore, the current supplied from the power source becomes discontinuous, and a harmonic current component flows out to the power supply system, which adversely affects the power environment.
また、負荷である電動機に流れる電流も不連続もしくは高調波成分の電流を含み、トルク脈動やそれに起因する振動・騒音などの課題や、不連続な電流を電動機へ通電するために電源周期ごとに過大な電流が繰返し発生するという課題があった。その結果として電磁ノイズが発生したり、電動機運転電流に高調波電流成分を含むために発熱が生じるといった課題などを有していた。 In addition, the current that flows to the motor that is the load also includes currents of discontinuous or harmonic components, issues such as torque pulsation and vibration and noise caused by it, and every power cycle to supply the discontinuous current to the motor There was a problem that excessive current repeatedly occurred. As a result, there have been problems such as generation of electromagnetic noise and generation of heat due to the harmonic current component being included in the motor operating current.
また、従来の構成では速度切替えを巻線タップで調整するために比較的構造が簡単ではあるが、電動機の引き出し線が増加することや切替え回路（もしくはスイッチ数）がタッ
プの数だけ必要となる。また、電動機の巻線に通電使用しない領域が存在することや負トルクを用いて減速するために運転効率が低速域で悪化するといった課題があった。
Further, in the conventional configuration, since the speed switching is adjusted with a winding tap, the structure is relatively simple. However, the number of lead wires of the motor is increased and the number of switching circuits (or the number of switches) is required by the number of taps. . In addition, there is a problem that there is a region where current is not used in the winding of the electric motor, and the operating efficiency is deteriorated in a low speed region due to deceleration using negative torque.
本発明は、前記従来課題を解決するもので、電源電流および負荷電流が連続であり、電源周波数変換を簡易に実現できる誘導電動機の駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a drive device for an induction motor in which power supply current and load current are continuous and power supply frequency conversion can be easily realized.
前記従来の課題を解決するために本発明の誘導電動機の駆動装置は、交流電源と、双方向スイッチから構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路を介して交流電源に接続される単相誘導電動機とを備えて、交流電源の電圧位相にあわせて、ブリッジ回路で対角位置にある二組の双方向スイッチの通電／遮断制御を行うことにより、交流電源の周波数を変換することでコンデンサ誘導電動機の運転周波数を変更するものである。 In order to solve the above-described conventional problems, an induction motor driving apparatus according to the present invention includes an AC power supply, a bridge circuit including a bidirectional switch, and a single-phase induction motor connected to the AC power supply via the bridge circuit. In accordance with the voltage phase of the AC power supply, the frequency of the AC power supply is converted by converting the frequency of the AC power supply by performing energization / cutoff control of the two sets of bidirectional switches in the diagonal position by the bridge circuit. The operating frequency is changed.
これによって電源電流および負荷電流が連続であり、電源周波数変換を簡易に実現できる。 As a result, the power supply current and the load current are continuous, and the power supply frequency conversion can be easily realized.
本発明の誘導電動機の駆動装置は、簡易に電源周波数変換を実現することができる。また、誘導電動機を電圧一定での周波数変調駆動制御時においても、誘導電動機における過大な巻線電流を防止することが可能となり、より高効率な誘導電動機の駆動装置を提供することができる。 The drive device for an induction motor according to the present invention can easily realize power source frequency conversion. In addition, it is possible to prevent an excessive winding current in the induction motor even during frequency modulation drive control with a constant voltage of the induction motor, and it is possible to provide a more efficient induction motor drive device.
第１の発明は、交流電源と、双方向スイッチから構成されるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を介して前記交流電源に接続される単相誘導電動機と、を備えた誘導電動機の駆動装置であって、前記交流電源の電圧位相にあわせて、前記ブリッジ回路で対角位置にある二組の双方向スイッチの通電／遮断制御を行うものである。これによって電源電流および負荷電流が連続であり、電源周波数変換を簡易に実現できる。 A first invention is a drive apparatus for an induction motor comprising: an AC power supply; a bridge circuit including a bidirectional switch; and a single-phase induction motor connected to the AC power supply via the bridge circuit. Then, in accordance with the voltage phase of the AC power supply, energization / cutoff control of two sets of bidirectional switches at diagonal positions is performed by the bridge circuit. As a result, the power supply current and the load current are continuous, and the power supply frequency conversion can be easily realized.
第２の発明は、特に第１の発明において、双方向スイッチの通電／遮断制御を行うにあたり、電源のゼロクロス付近で電源周期に合わせて切替える事により、電源周波数を等価的に１／Ｎ（Ｎ：整数）とするものである。電源電圧のゼロクロス電位にて給電方向を反転するために、その切換に伴うノイズ・サ−ジ電圧・スイッチングロスを低減できる。さらに、電源から負荷を見た場合には、常に負荷が接続された状態となり、電流不連続期間
が生じない。一方、負荷から電源を見ると常に電源から電力が給電された状態であり、最大電力を受電消費できるといった特徴をもつものである。
In the second invention, particularly in the first invention, when the energization / cutoff control of the bidirectional switch is performed, the power supply frequency is equivalently 1 / N (N by switching in accordance with the power supply cycle in the vicinity of the zero cross of the power supply. : Integer). Since the feeding direction is reversed at the zero cross potential of the power supply voltage, noise, surge voltage, and switching loss associated with the switching can be reduced. Furthermore, when the load is viewed from the power source, the load is always connected and no current discontinuity period occurs. On the other hand, when the power source is viewed from the load, power is always supplied from the power source, and the maximum power can be received and consumed.
第３の発明は、特に第１の発明において、前記単相誘導電動機をコンデンサ単相誘導電動機とし、前記ブリッジ回路の片アームを構成する双方向スイッチの第一中間接続点と前記単相誘導電動機の主巻線の第一端とが第一開閉接点を介して接続され、前記主巻線の他端である第二端と前記ブリッジ回路の他アームを構成する双方向スイッチの第二中間接続点とが接続され、前記補助巻線の第一端と双方向スイッチの前記第一中間接続点とが接続され、前記補助巻線の第二端とコンデンサの第一端とが第二開閉接点を介して直列接続された回路が主巻線に並列接続された第一の回路接続状態と、前記主巻線の第一端と前記補助巻線の第二端とが第三開閉接点を介して接続され、前記補助巻線の第一端と前記第二の双方向スイッチ中間接続点とが第四開閉接点およびコンデンサを介して直列接続された第二の回路接続状態と、から構成され、第一の回路接続状態と第二の回路接続状態との接続状態を選択的に切替えることで、主巻線と前記補助巻線を直列接続とする純単相誘導電動機運転と主巻線と補助巻線を並列接続とするコンデンサモータ運転とを切替えるものである。 In a third aspect of the invention, particularly in the first aspect of the invention, the single-phase induction motor is a capacitor single-phase induction motor, the first intermediate connection point of a bidirectional switch constituting one arm of the bridge circuit, and the single-phase induction motor. A second intermediate connection of a bidirectional switch that is connected to a first end of the main winding via a first switching contact and that constitutes the other end of the bridge circuit and a second end that is the other end of the main winding A point is connected, the first end of the auxiliary winding and the first intermediate connection point of the bidirectional switch are connected, and the second end of the auxiliary winding and the first end of the capacitor are a second switching contact A first circuit connection state in which the circuit connected in series via the main winding is connected in parallel to the main winding, and the first end of the main winding and the second end of the auxiliary winding via the third switching contact The first end of the auxiliary winding and the second bidirectional switch intermediate connection point A second circuit connection state connected in series via four switching contacts and a capacitor, and by selectively switching the connection state between the first circuit connection state and the second circuit connection state, A pure single-phase induction motor operation in which the winding and the auxiliary winding are connected in series and a capacitor motor operation in which the main winding and the auxiliary winding are connected in parallel are switched.
同じ誘導電動機であっても運転状態に合わせて両者の運転状態を変更することが可能である特徴を持つものである。また、誘導電動機への供給電源周波数が高いときには電動機の巻線インピーダンスを低く設定し、運転周波数が低いときには電動機の巻線インピーダンスを高く設定できるために、一定電圧駆動であっても電動機巻線に流れる電流が制限され、第一回路状態と第二回路状態との接続状態を電動機の駆動電源周波数に応じて選択的に切替えることで巻線温度上昇となることを防止できる。 Even if it is the same induction motor, it has the characteristic that both driving | running states can be changed according to a driving | running state. In addition, the winding impedance of the motor can be set low when the power supply frequency to the induction motor is high, and the winding impedance of the motor can be set high when the operating frequency is low. The flowing current is limited, and it is possible to prevent the winding temperature from rising by selectively switching the connection state between the first circuit state and the second circuit state according to the drive power supply frequency of the motor.
第４の発明は、特に第３の発明において、第一の回路接続状態と第二の回路接続状態との接続状態を電源周波数に応じて選択的に切替えることを特徴とするものである。誘導電動機への供給電源周波数が高いときには電動機の巻線インピーダンスを低く設定し、運転周波数が低いときには電動機の巻線インピーダンスを高く設定できるために、一定電圧駆動であっても電動機巻線に流れる電流が制限され、第一回路状態と第二回路状態との接続状態を電動機の駆動電源周波数に応じて選択的に切替えることで巻線温度上昇となることを防止できる。 The fourth invention is characterized in that, in the third invention, in particular, the connection state between the first circuit connection state and the second circuit connection state is selectively switched according to the power supply frequency. When the power supply frequency to the induction motor is high, the winding impedance of the motor can be set low, and when the operating frequency is low, the winding impedance of the motor can be set high. Is restricted, and the connection state between the first circuit state and the second circuit state can be selectively switched according to the drive power supply frequency of the electric motor to prevent the winding temperature from rising.
第５の発明は、特に第３の発明において、コンデンサ単相誘導電動機の主巻線と補助巻線との接続を並列接続あるいは直列接続に切替える切換手段により、電源周波数が基本周波数時には並列接続運転で、電源周波数が等価的に１／２周波数での運転時には主巻線と補助巻線を直列接続にて駆動するものである。これにより、電圧一定での周波数変調駆動でありながら異常な巻線温度上昇となることを防止することができる。 According to a fifth aspect of the invention, particularly in the third aspect of the invention, the switching means for switching the connection between the main winding and the auxiliary winding of the capacitor single-phase induction motor to a parallel connection or a series connection is used. Thus, when the power supply frequency is equivalently ½ frequency, the main winding and the auxiliary winding are driven in series. As a result, it is possible to prevent an abnormal winding temperature rise while performing frequency modulation driving at a constant voltage.
第６の発明は、特に第３の発明において、単相誘導電動機の運転条件に応じて起動から同期運転速度付近ではコンデンサ単相誘導機運転を行い、同期速度付近ではコンデンサ二相励磁単相誘導機運転もしくは単相誘導電動機運転を行い、同期速度付近から１／２同期速度付近では単相誘導電動機運転を行い、１／２同期速度付近では単相誘導電動機＋電源集周波数変換制御の各運転制御を切替えるものであり、高効率な単相誘導電動機運転を実現することができる。 According to a sixth aspect of the invention, in particular, in the third aspect of the invention, a capacitor single-phase induction motor is operated in the vicinity of the synchronous operation speed from the start according to the operation condition of the single-phase induction motor, and the capacitor two-phase excitation single-phase induction is performed in the vicinity of the synchronous speed. Machine operation or single-phase induction motor operation, single-phase induction motor operation is performed near the synchronous speed to half-synchronous speed, and each operation of single-phase induction motor + power source frequency conversion control is performed near the half-synchronous speed. The control is switched, and high-efficiency single-phase induction motor operation can be realized.
第７の発明は、特に第３の発明において、純単相誘導電動機運転時にはコンデンサを前記単相誘導電動機と並列接続となるように電源に接続し、電源力率補償機能として使用するものである。 According to a seventh aspect of the invention, in particular, in the third aspect of the invention, when operating a pure single-phase induction motor, a capacitor is connected to a power source so as to be connected in parallel with the single-phase induction motor and used as a power source power factor compensation function. .
第８の発明は、特に第１〜第７の発明において、タップ切替えによって前記単相誘導電
動機の変速を行う変速手段を具備し、変速手段および前記ブリッジ回路による周波数変換によって運転周波数を変更するものである。これによって、運転動作をより詳細に選択でるとともに、運転周波数に適切に合致した誘導電動機の運転を実現できる。
In an eighth aspect of the present invention, particularly in the first to seventh aspects of the invention, there is provided transmission means for changing the speed of the single-phase induction motor by tap switching, and the operation frequency is changed by frequency conversion by the transmission means and the bridge circuit. It is. As a result, the driving operation can be selected in more detail, and the operation of the induction motor appropriately matching the driving frequency can be realized.
第９の発明は、特に第１〜第８の発明において、双方向スイッチをＧａＮやＳｉＣなどの半導体素子で構成することで、導通損失低減、スイッチング損失低減を図ることができシステム効率向上につながる。 In the ninth invention, particularly in the first to eighth inventions, the bidirectional switch is made of a semiconductor element such as GaN or SiC, thereby reducing conduction loss and switching loss, thereby improving system efficiency. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における誘導電動機の駆動装置の基本構成を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a drive device for an induction motor according to a first embodiment of the present invention.
図１において、誘導電動機の駆動装置は、交流電源１には単相交流電源が用いられ、主巻線３と補助巻線４から構成される単相誘導電動機２、起動・運転用のコンデンサ５から構成される。また、コンデンサ５は、前記単相誘導電動機２の補助巻線４と第二開閉器６のｂ接点６ｂを介して単相誘導電動機２の補助巻線４に接続されている。さらに、補助巻線４は第三開閉器７のａ接点７ａを介して、主巻線の一端に接続されている。一方、補助巻線の他端は、第四開閉器８のａ接点８ａを介してコンデンサ５および第一開閉器９のｂ接点９ｂを介して、主巻線３に接続されている。 In FIG. 1, a drive device for an induction motor uses a single-phase AC power source for an AC power source 1, a single-phase induction motor 2 composed of a main winding 3 and an auxiliary winding 4, and a start-up / operation capacitor 5. Consists of The capacitor 5 is connected to the auxiliary winding 4 of the single-phase induction motor 2 via the auxiliary winding 4 of the single-phase induction motor 2 and the b contact 6 b of the second switch 6. Further, the auxiliary winding 4 is connected to one end of the main winding via an a contact 7 a of the third switch 7. On the other hand, the other end of the auxiliary winding is connected to the main winding 3 via the a contact 8 a of the fourth switch 8 and the b contact 9 b of the first switch 9.
また、この回路ブロックは交流電源１に、それぞれ２個の逆導通阻止ＩＧＢＴ（Ｑ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８）から構成される４組の双方向スイッチ１０、１１、１２、１３により、ブリッジ回路を構成して接続されている。それぞれの逆阻止ＩＧＢＴは、独立したゲート駆動回路を具備しており、コントローラ１４からの駆動信号に基づいて８素子の逆導通素子ＩＧＢＴのゲートをそれぞれ駆動し、逆導通阻止ＩＧＢＴのＯＮ、ＯＦＦ動作を行うように構成されている。 In addition, this circuit block is connected to the AC power source 1 by four sets of bidirectional switches 10, 11, each comprising two reverse conduction blocking IGBTs (Q1 and Q2, Q3 and Q4, Q5 and Q6, Q7 and Q8). 12 and 13 form a bridge circuit and are connected. Each reverse blocking IGBT has an independent gate drive circuit, and drives the gates of the eight reverse conducting elements IGBT based on the drive signal from the controller 14 to turn ON / OFF the reverse conducting blocking IGBT. Is configured to do.
なお、図２は、コントローラ１４と各逆導通素子ＩＧＢＴの駆動回路と各開閉器の駆動信号の処理を示すものである。同図において、コントローラ１４は、単相誘導電動機２に対して、運転・停止・運転速度指示などの信号である速度指令信号１５と電源位相検出回路１６からの位相信号１７を入力とし、速度指示に応じて単相誘導電動機２に印加する電源電圧、電源周波数、主巻線３および補助巻線４の結線状態を選択的に切替える判断手段をもつとともに、開閉器の駆動信号と逆導通素子ＩＧＢＴ駆動信号とを送出する。 FIG. 2 shows processing of the drive signals of the controller 14, the drive circuit of each reverse conducting element IGBT, and each switch. In the figure, the controller 14 inputs a speed command signal 15 which is a signal for operation / stop / operation speed instruction and the phase signal 17 from the power supply phase detection circuit 16 to the single-phase induction motor 2 and inputs the speed instruction. According to the power supply voltage, power supply frequency applied to the single-phase induction motor 2, and determination means for selectively switching the connection state of the main winding 3 and the auxiliary winding 4, and the switch drive signal and the reverse conducting element IGBT A drive signal is transmitted.
コントローラ１４は、単相誘導電動機２の運転周波数を指令信号である速度指令信号１５と交流電源１の電圧位相（例えば電圧ゼロクロス）を検出する電源位相検出回路１６からの位相信号１７との両信号により、前記逆導阻止ＩＧＢＴからなる双方向スイッチ１０、１１、１２、１３の駆動信号（各逆導通素子ＩＧＢＴのゲート信号に相当）および前記第一開閉器９、第二開閉器６、第三開閉器７および第四開閉器８までの接点を下記のように適切に切替えることで単相誘導電動機２の運転速度変更を行う。 The controller 14 has both a speed command signal 15 as a command signal for the operating frequency of the single-phase induction motor 2 and a phase signal 17 from the power supply phase detection circuit 16 for detecting the voltage phase of the AC power supply 1 (eg, voltage zero cross). Thus, the drive signals (corresponding to the gate signals of the respective reverse conducting elements IGBT) of the bidirectional switches 10, 11, 12, 13 comprising the reverse conduction blocking IGBT, the first switch 9, the second switch 6, and the third The operating speed of the single-phase induction motor 2 is changed by appropriately switching the contacts to the switch 7 and the fourth switch 8 as follows.
図１において、第一開閉器９、第二開閉器６、第三開閉器７および第四開閉器８の接点をすべてｂ接点通電動作とする。速度指令信号１５に基づいて、双方向スイッチ１０および１３を双方向通電状態で双方向スイッチ１１および１２を遮断状態とすると、単相誘導電動機２およびコンデンサ５には、交流電源１の電源が供給され起動、運転を維持することが可能となる。また、双方向スイッチ１１および１２を双方向通電動作とし、双方向スイッチ１０および１３を遮断状態としても同様の効果を実現できる。 In FIG. 1, all the contacts of the first switch 9, the second switch 6, the third switch 7, and the fourth switch 8 are b contact energization operations. Based on the speed command signal 15, when the bidirectional switches 10 and 13 are in the bidirectional energized state and the bidirectional switches 11 and 12 are in the disconnected state, the single-phase induction motor 2 and the capacitor 5 are supplied with power from the AC power source 1. It is possible to start and maintain operation. Further, the same effect can be realized even when the bidirectional switches 11 and 12 are set in the bidirectional energization operation and the bidirectional switches 10 and 13 are in the cut-off state.
また、双方向スイッチに均等に負荷を負担させるためには、電源位相検出回路１６からの位相信号１７に基づき、電源位相の一周期ごとに双方向スイッチ１０および１３のペアと双方向スイッチ１１および１２のペアとの双方向通電状態と遮断状態を切替えても同様の効果を得ることができ、各逆導通素子ＩＧＢＴの負荷負担を均一化することが可能となる。 Further, in order to load the bidirectional switches equally, the pair of bidirectional switches 10 and 13 and the bidirectional switches 11 and 11 for each cycle of the power supply phase based on the phase signal 17 from the power supply phase detection circuit 16. The same effect can be obtained even if the bidirectional energization state and the interruption state with 12 pairs are switched, and the load burden of each reverse conducting element IGBT can be made uniform.
上記のように、ブリッジ回路を構成する対角位置の双方向スイッチの通電、遮断制御を交流電源１の位相にあわせて行う事により、単相誘導電動機２を所定の速度で運転することが可能となるものである。 As described above, it is possible to operate the single-phase induction motor 2 at a predetermined speed by performing energization and cutoff control of the bidirectional switch in the diagonal position constituting the bridge circuit in accordance with the phase of the AC power supply 1. It will be.
なお、双方向スイッチ１０〜１３をＧａＮやＳｉＣなどの半導体素子を用いて構成した場合には、導通損失低減、スイッチング損失低減を図ることができシステム効率向上につながる。 When the bidirectional switches 10 to 13 are configured using semiconductor elements such as GaN and SiC, conduction loss can be reduced and switching loss can be reduced, leading to improvement in system efficiency.
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における誘導電動機の駆動装置では、図１に示した誘導電動機の駆動装置と構成は同じであり、双方向スイッチの通電状態を工夫する。上記実施の形態ですでに説明を行った同じ構成要素については同一符号を付し、説明を略する。
(Embodiment 2)
The induction motor drive apparatus according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as that of the induction motor drive apparatus shown in FIG. 1, and devise the energization state of the bidirectional switch. The same components that have already been described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
前記第１の実施と同じ構成において、本実施の形態では、交流電源１の電源位相半周期に合わせて、ブリッジ回路を構成する双方向スイッチのペアの双方向通電状態と遮断状態を選択する。これにより、単相誘導電動機２に印加される等価周波数を１／Ｎ（Ｎ：整数）とすることが可能となり、単相誘導電動機２の運転周波数を定格周波数運転に比べて、低速運転を実現することが可能となる。 In the same configuration as that of the first embodiment, in this embodiment, the bidirectional energization state and the cutoff state of the pair of bidirectional switches constituting the bridge circuit are selected in accordance with the power supply phase half cycle of the AC power supply 1. As a result, the equivalent frequency applied to the single-phase induction motor 2 can be set to 1 / N (N: integer), and the operation frequency of the single-phase induction motor 2 is reduced compared to the rated frequency operation. It becomes possible to do.
図３は、本実施の形態の基本概念を説明する図であり、上段は５０Ｈｚの正弦波であるが、その一周期ごとに半周期分の電圧を負荷に対して反転印加することにより、等価的に２５Ｈｚの電源を作り出すことが可能となる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the basic concept of the present embodiment. The upper stage is a 50 Hz sine wave, but it is equivalent by reversely applying a voltage corresponding to a half cycle to the load for each cycle. Thus, a power supply of 25 Hz can be created.
一方図４は、図３の波形を作り出す各逆導通阻止ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ８の動作と交流電源１の位相との関係を示した一例である。上段は５０Ｈｚ時の運転状態を示す。下段は等価周波数１／２である２５Ｈｚ時の交流電源１の連続した各半位相周期（（１）〜（４））における各逆導通阻止ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ８の動作を示している。同図において、負荷である単相誘導電動機２に印加される電位は、（１）と（２）期間と（３）と（４）期間においてはそれぞれ同じ方向に電圧印加されるために、等価２５Ｈｚ電源となる。 On the other hand, FIG. 4 is an example showing the relationship between the operation of each of the reverse conduction blocking IGBTs Q1 to Q8 that produce the waveform of FIG. The upper row shows the operating state at 50 Hz. The lower part shows the operation of each of the reverse conduction blocking IGBTs Q1 to Q8 in each continuous half phase period ((1) to (4)) of the AC power supply 1 at 25 Hz, which is an equivalent frequency 1/2. In the figure, the potential applied to the single-phase induction motor 2 that is a load is equivalent to the voltage applied in the same direction during the periods (1), (2), (3), and (4). 25Hz power supply.
ここで、単相誘導電動機２は誘導性負荷であるために、電圧と負荷電流との関係は図５に示すように少し電流波形が変形され、単相誘導電動機２の出力トルクリップルおよび速度変動は緩和される。なお、図５はインダクタンス２０ｍＨ、負荷抵抗成分２Ωでのシミュレーション結果である。 Here, since the single phase induction motor 2 is an inductive load, the relationship between the voltage and the load current is slightly deformed as shown in FIG. 5, and the output torque ripple and speed fluctuation of the single phase induction motor 2 are changed. Is alleviated. FIG. 5 shows a simulation result with an inductance of 20 mH and a load resistance component of 2Ω.
さらに、１／３周波数の等価電源波形を作るには、例えば図６に示すような動作を双方向スイッチ１０〜１３にて行えば、電源周波数５０Ｈｚ時において約１６．７Ｈｚの交流周波数を生み出すことが可能となり、同様の結果が得られる。以下、１／Ｎ（Ｎ：整数）の周波数を作り出すにも同様に処理をおこなえばよい。これらにより、単相誘導電動機２において、印加電源周波数を簡易的に変更することが可能となり、離散的であるが周波数変更を簡単に実現することが可能となるものである。 Furthermore, in order to create an equivalent power supply waveform of 1/3 frequency, for example, if the operation shown in FIG. 6 is performed by the bidirectional switches 10 to 13, an AC frequency of about 16.7 Hz is generated at a power supply frequency of 50 Hz. And similar results are obtained. Hereinafter, the same processing may be performed to create a frequency of 1 / N (N: integer). Thus, in the single-phase induction motor 2, it is possible to easily change the applied power supply frequency, and it is possible to easily change the frequency although it is discrete.
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態における誘導電動機の駆動装置では、図１に示した誘導電動機の駆動装置と構成は同じであるため、すでに説明を行った同じ構成要素については同一符号を付し説明を略する。
(Embodiment 3)
The induction motor drive apparatus according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as that of the induction motor drive apparatus shown in FIG. The explanation is omitted.
第１のおよび第２の実施の形態において、電源周波数は１／Ｎ（Ｎ：整数）に周波数変更することが可能となっているが、電源電圧の波高値は変化していない。このために、単相誘導電動機２を駆動する際に、効率面で課題が生じることがある。すなわち、電動機の負荷特性は巻き線インダクタンスおよび巻線抵抗値で代表される。一般に電動機の周波数制御においては、電源周波数とともに電源電圧の実行値をほぼ比例的に変更する必要がある。式（１）にて示すように、インダクタンス値が充分に大きくかつインダクタンス値は電源周波数に依存するために、インピ−ダンス値が電源周波数により変化するためである。 In the first and second embodiments, the power supply frequency can be changed to 1 / N (N: integer), but the peak value of the power supply voltage is not changed. For this reason, when driving the single phase induction motor 2, a problem may arise in efficiency. That is, the load characteristic of the electric motor is represented by the winding inductance and the winding resistance value. In general, in frequency control of an electric motor, it is necessary to substantially change the effective value of the power supply voltage together with the power supply frequency. This is because the impedance value varies depending on the power supply frequency because the inductance value is sufficiently large and the inductance value depends on the power supply frequency, as shown in Expression (1).
Ｚ＝ｒ＋ｊωＬ ・・・・ （１）
（Ｚ：巻線インピーダンス、 ｒ：巻線抵抗 ω：２ｘπｘｆ ｆ：電源周波数
Ｌ：巻線インダクタンス値）
例えば、同じ振幅で１／２周波数の電源を供給した場合には、誘導性負荷には定格周波数の約２倍の電流が流れることで巻線損失が増加し、効率が大きく低下する。本実施の形態では、図１の構成において第一開閉器９、第二開閉器６、第三開閉器７、第四開閉器８の通電接点を切替えることにより、単相誘導電動機２の主巻線３および補助巻線４の結線を並列接続状態と直列接続状態とを選択的に切替えて、交流電源１から見た単相誘導電動機２の等価インピーダンスを変更するものである。
Z = r + jωL (1)
(Z: winding impedance, r: winding resistance ω: 2xπxf f: power supply frequency
L: Winding inductance value)
For example, when a 1/2 frequency power supply with the same amplitude is supplied, a winding loss increases due to a current flowing about twice the rated frequency in the inductive load, and the efficiency is greatly reduced. In the present embodiment, the main winding of the single-phase induction motor 2 is switched by switching the current contacts of the first switch 9, the second switch 6, the third switch 7, and the fourth switch 8 in the configuration of FIG. The equivalent impedance of the single-phase induction motor 2 as viewed from the AC power source 1 is changed by selectively switching the connection of the line 3 and the auxiliary winding 4 between a parallel connection state and a series connection state.
図７は、各逆導通阻止ＩＧＢＴの動作および開閉器の動作を示した図であり、図８、９は同じく各動作時の図１における主回路の回路接続状態を記載したものである。 FIG. 7 is a diagram showing the operation of each reverse conduction blocking IGBT and the operation of the switch. FIGS. 8 and 9 similarly describe the circuit connection state of the main circuit in FIG. 1 during each operation.
図７において、上段は交流電源１の電源周波数が５０Ｈｚ時であり、その周波数にて運転を行う場合を示しており、第一開閉器９、第二開閉器６、第三開閉器７、第四開閉器８はｂ接点接続であり、それぞれの開閉器駆動手段には通電をおこなっていない。この状態での単相誘導電動機２の巻線結線状態は、図８で示すように主巻線３は補助巻線４とコンデンサ５との直列接続回路と並列回路を構成している。また、双方向スイッチもブリッジ回路を構成する対角のスイッチが通電状態であり、それらのスイッチを構成する逆導通阻止ＩＧＢＴＱ１、Ｑ２、Ｑ７、Ｑ８がＯＮ状態であり、他のＩＧＢＴはＯＦＦとなっている。逆に逆導通阻止ＩＧＢＴＱ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６がＯＮ状態で、他のＩＧＢＴがＯＦＦであっても同じ効果を得ることが可能である。この状態では、交流電源１の電源がそのまま単相誘導電動機２に印加されるので単相誘導電動機２は負荷に応じたすべりに応じた速度での運転を行う。一方、図７の下段においては、第一開閉器９、第二開閉器６、第三開閉器７、第四開閉器８はａ接点接続であり、このときの単相誘導電動機２の巻線結線状態は、図９で示すように主巻線３と補助巻線４との直列回路にコンデンサ５が並列に接続された回路構成となっている。さらに、前記第２の実施例と同様に交流電源１の電圧位相に合わせて、各双方向スイッチの通電状態を選択することにより、交流電源周波数の１／２の周波数を作りだしている。この図９にて示した接続状態では、交流電源１に対して単相誘導電動機２の主巻線３と補助巻線４とが直列接続されているので、電源から見た等価インピーダンスは、主巻線３と補助巻線４とのインピーダンス和で図８の接続時に比べて約２倍となり、電源電圧１の実行電圧がそのまま単相誘導電動機２に印加されていても回路電流を約１／２とすることが出来る。 In FIG. 7, the upper row shows a case where the power supply frequency of the AC power supply 1 is 50 Hz, and the operation is performed at that frequency. The first switch 9, the second switch 6, the third switch 7, The four switches 8 are b-contact connections, and no current is supplied to the respective switch driving means. In the winding connection state of the single-phase induction motor 2 in this state, as shown in FIG. 8, the main winding 3 constitutes a series connection circuit and a parallel circuit of the auxiliary winding 4 and the capacitor 5. In the bidirectional switch, the diagonal switches constituting the bridge circuit are energized, the reverse conduction blocking IGBTs Q1, Q2, Q7, and Q8 constituting the switches are in the ON state, and the other IGBTs are in the OFF state. ing. Conversely, the same effect can be obtained even when the reverse conduction blocking IGBTs Q3, Q4, Q5, and Q6 are in the ON state and the other IGBTs are in the OFF state. In this state, the power source of the AC power source 1 is applied to the single-phase induction motor 2 as it is, so that the single-phase induction motor 2 operates at a speed corresponding to the slip corresponding to the load. On the other hand, in the lower part of FIG. 7, the first switch 9, the second switch 6, the third switch 7, and the fourth switch 8 are a contact connection, and the winding of the single-phase induction motor 2 at this time The connection state is a circuit configuration in which a capacitor 5 is connected in parallel to a series circuit of a main winding 3 and an auxiliary winding 4 as shown in FIG. Further, in the same manner as in the second embodiment, by selecting the energization state of each bidirectional switch in accordance with the voltage phase of the AC power supply 1, a frequency that is ½ of the AC power supply frequency is created. In the connection state shown in FIG. 9, since the main winding 3 and the auxiliary winding 4 of the single-phase induction motor 2 are connected in series to the AC power source 1, the equivalent impedance viewed from the power source is The sum of impedances of the winding 3 and the auxiliary winding 4 is about twice that of the connection shown in FIG. 8, and the circuit current is reduced to about 1/2 even when the effective voltage of the power supply voltage 1 is applied to the single-phase induction motor 2 as it is. 2 can be used.
これは、電源電圧が１／２であれば回路電流が約１／２で、出力トルク約１／４となり
、
ＶＶＶＦ制御が実現している。
This means that if the power supply voltage is 1/2, the circuit current is about 1/2 and the output torque is about 1/4.
VVVF control is realized.
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態における誘導電動機の駆動装置では、図１に示した誘導電動機の駆動装置と構成は同じであるため、すでに説明を行った構成要素については同一符号を付し説明を略する。
(Embodiment 4)
The induction motor drive apparatus according to the fourth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the induction motor drive apparatus shown in FIG. 1, and therefore, the components already described are denoted by the same reference numerals. Is abbreviated.
上記実施の形態において、交流電源１の電源周波数運転と１／２周波数運転との切替えは、コントローラ１４に入力される速度指令信号１５により、各逆導通素子ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ８の通電状態と各開閉器６〜８の駆動状態を選択することにより実現している。特に、第一の回路接続状態と第二の回路接続状態との接続状態を、速度指令信号１５の指示値である電源周波数に応じて選択的に切替えている。 In the above embodiment, the switching between the power frequency operation and the half frequency operation of the AC power source 1 is performed according to the speed command signal 15 input to the controller 14 and the energization state of each reverse conducting element IGBTQ1 to Q8 and each switch. This is realized by selecting 6 to 8 driving states. In particular, the connection state between the first circuit connection state and the second circuit connection state is selectively switched according to the power supply frequency, which is an instruction value of the speed command signal 15.
これによって、同じ誘導電動機であっても運転状態に合わせて両者の運転状態を変更することが可能となる。また、誘導電動機への供給電源周波数が高いときには電動機の巻線インピーダンスを低く設定し、運転周波数が低いときには電動機の巻線インピーダンスを高く設定できるために、一定電圧駆動であっても電動機巻線に流れる電流が制限され、第一回路状態と第二回路状態との接続状態を電動機の駆動電源周波数に応じて選択的に切替えることで巻線温度上昇となることを防止できる。 Thereby, even if it is the same induction motor, it becomes possible to change both driving | running states according to a driving | running state. In addition, the winding impedance of the motor can be set low when the power supply frequency to the induction motor is high, and the winding impedance of the motor can be set high when the operating frequency is low. The flowing current is limited, and it is possible to prevent the winding temperature from rising by selectively switching the connection state between the first circuit state and the second circuit state according to the drive power supply frequency of the motor.
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態における誘導電動機の駆動装置では、図１に示した誘導電動機の駆動装置と構成は同じであるため、すでに説明を行った構成要素については同一符号を付し説明を略する。
(Embodiment 5)
The induction motor drive apparatus according to the fifth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the induction motor drive apparatus shown in FIG. Is abbreviated.
本実施の形態では特に、単相誘導電動機２の運転周波数指示が電源周波数であれば、単相誘導電動機２における主巻線３は補助巻線４とコンデンサ５の直列回路と並列接続とし、いわゆるコンデンサモータ駆動とし、運転周波数指示が電源周波数の１／２であれば、単相誘導電動機２における主巻線３と補助巻線４とを直列接続し、その直列回路にコンデンサ５が並列に接続されたいわゆる純単相誘導電動機運転を行っている。 Particularly in the present embodiment, if the operation frequency instruction of the single-phase induction motor 2 is the power supply frequency, the main winding 3 in the single-phase induction motor 2 is connected in parallel with the series circuit of the auxiliary winding 4 and the capacitor 5. If it is a capacitor motor drive and the operation frequency instruction is 1/2 of the power supply frequency, the main winding 3 and the auxiliary winding 4 in the single-phase induction motor 2 are connected in series, and the capacitor 5 is connected in parallel to the series circuit. The so-called pure single-phase induction motor is operated.
本実施例により、運転周波数に応じて単相誘導電動機の等価インピーダンスを変更することが容易であり、簡易な高効率な誘導電動機の駆動装置を提供できる。 According to the present embodiment, it is easy to change the equivalent impedance of the single-phase induction motor according to the operation frequency, and a simple and highly efficient induction motor drive device can be provided.
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態における誘導電動機の駆動装置では、図１に示した誘導電動機の駆動装置と構成は同じであるため、すでに説明を行った構成要素については同一符号を付し説明を略する。
(Embodiment 6)
The induction motor drive apparatus according to the sixth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the induction motor drive apparatus shown in FIG. Is abbreviated.
本実施の形態では、単相誘導電動機２は、起動時には起動トルクの大きくかつ軸トルクの大きな前記コンデンサモータ駆動結線として、コンデンサ５により起動加速を行う。次に、速度が誘導電動機の同期速度付近までに到達した場合においては、負荷の大きなときには効率の高いコンデンサモータ駆動とし、負荷の軽いときには定電流で駆動できる純単相誘導電動機運転とする。さらに同期速度から１／２同期速度付近においては、コンデンサ単相誘導電動機運転と双方向スイッチによる擬似周波数変換を併用する。１／２同期速度付近では、純単相誘導電動機運転と双方向スイッチによる擬似周波数変換を併用する。この際、単相誘導電動機の実速度の検出手段は、回転数検出センサなどの速度検出手段（図示せず）を用いることが可能である。負荷の大小判定は電動機の運転電流を電流センサなど（図示せず）で検出することで実現することが可能である。これらの速度検出手段や
負荷判定手段からの信号をコントローラ１４に入力することで、各開閉器や双方向スイッチの動作条件を設定するものである。
In the present embodiment, the single-phase induction motor 2 performs start-up acceleration by the capacitor 5 as the capacitor motor drive connection having a large start-up torque and a large shaft torque at the start-up. Next, when the speed reaches near the synchronous speed of the induction motor, a highly efficient capacitor motor drive is performed when the load is large, and a pure single-phase induction motor operation that can be driven with a constant current is performed when the load is light. Further, in the vicinity of the half synchronous speed from the synchronous speed, the capacitor single phase induction motor operation and the pseudo frequency conversion by the bidirectional switch are used in combination. In the vicinity of ½ synchronous speed, pure single-phase induction motor operation and pseudo frequency conversion using a bidirectional switch are used in combination. At this time, speed detection means (not shown) such as a rotation speed detection sensor can be used as the actual speed detection means of the single-phase induction motor. The magnitude determination of the load can be realized by detecting the operating current of the electric motor with a current sensor or the like (not shown). By inputting signals from these speed detection means and load determination means to the controller 14, the operating conditions of each switch and bidirectional switch are set.
このように、負荷や運転速度に応じて、回路接続状態を変更することで常に安定した運転状態と高効率運転を実現できる。 As described above, by always changing the circuit connection state according to the load and the operation speed, a stable operation state and a highly efficient operation can be realized.
（実施の形態７）
本発明の第６の実施の形態における誘導電動機の駆動装置では、図１に示した誘導電動機の駆動装置と構成は同じであるため、すでに説明を行った構成要素については同一符号を付し説明を略する。
(Embodiment 7)
The induction motor drive apparatus according to the sixth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the induction motor drive apparatus shown in FIG. Is abbreviated.
図９は、純単相誘導電動機運転時の結線状態を示し、同図において誘導電動機の起動・運転コンデンサは、本実施例においては電動機と並列に電源に接続されており、電源力率補償（力率改善）を行うことができる。 FIG. 9 shows a connection state during the operation of a pure single-phase induction motor. In FIG. 9, the start-up / operation capacitor of the induction motor is connected to the power source in parallel with the motor in this embodiment, and the power factor correction ( Power factor improvement).
これにより、運転時における遅れ力率を改善できる。 Thereby, the delay power factor at the time of driving | operation can be improved.
（実施の形態８）
図１０は、本発明の第７の実施の形態における誘導電動機の駆動装置であり、図１ですでに説明を行った構成要素については同一符号を付し説明を略する。
(Embodiment 8)
FIG. 10 shows a drive device for an induction motor according to a seventh embodiment of the present invention. Components already described with reference to FIG.
同図に示すように、Ｈ、Ｍ、Ｌの３タップをもつ巻戻し結線形誘導電動機１８を備える。巻戻し結線形誘導電動機１８は、主巻線１９および補助巻線２０から構成されるが、補助巻線２０において巻線の途中から中間タップとして３タップ（図１０中 Ｈ、Ｍ、Ｌで表記）が引出されており、速度変更が可能となっている。 As shown in the figure, a rewinding linear induction motor 18 having three taps of H, M, and L is provided. The rewinding linear induction motor 18 includes a main winding 19 and an auxiliary winding 20, and the auxiliary winding 20 has three taps (indicated as H, M, and L in FIG. 10) from the middle of the winding. ) Is drawn, and the speed can be changed.
本実施の形態では、速度指令信号１５に基づいてコントローラ２１からの信号によりリレー開閉器などを用いて適切なタップを選択される。通常、定電圧・定周波数でタップ切替えにて電動機の運転周波数を選択されることが多いが、低速運転時に補助巻線の磁界力が低下し、主巻線と補助巻線とが生み出す合成磁界が低下するために電動機効率が低下することが課題である。しかし、本実施の形態では、誘導電動機のタップ切替えによる速度調整機能と前記双方向スイッチから構成されるブリッジ回路による等価周波数変換機能とを組合せることにより、より決め細やかな運転状態を創出し、低速時においても高効率の運転が可能となり、運転速度設定もより多様化できるものである。 In the present embodiment, an appropriate tap is selected using a relay switch or the like based on the speed command signal 15 and a signal from the controller 21. Normally, the operating frequency of the motor is often selected by switching taps at constant voltage and constant frequency, but the magnetic field force of the auxiliary winding decreases during low-speed operation, and the combined magnetic field generated by the main and auxiliary windings The problem is that the efficiency of the motor is reduced due to a decrease in the motor. However, in this embodiment, by combining the speed adjustment function by tap switching of the induction motor and the equivalent frequency conversion function by the bridge circuit composed of the bidirectional switch, a more detailed operation state is created, High-efficiency operation is possible even at low speeds, and operation speed settings can be further diversified.
図１１は、タップ選定（Ｈ、Ｍ、Ｌ）と電源周波数（５０、２５Ｈｚ）との組合せにより、速度１〜速度６までの組みあわせを選定できることを示している。従来タップ切換え方式では、速度３での運転時に効率が著しく低下していたが、速度４の状態での運転を実現することにより、電動機の巻線効率が高い状態での運転が可能となるので比較的高効率運転を実現できる。本実施の形態での説明では、速度切換えタップの設定を
Ｈ＞Ｍ＞Ｌ＞１／２Ｈ ・・・（２）
として説明しているが、５０Ｈｚ駆動時のＨ、Ｍ、Ｌタップ運転と２５Ｈｚ駆動時のＨ、Ｍ、Ｌが重なっていても問題はなく、同様の効果を得ることができる。
FIG. 11 shows that combinations from speed 1 to speed 6 can be selected by a combination of tap selection (H, M, L) and power supply frequency (50, 25 Hz). In the conventional tap switching method, the efficiency is remarkably reduced when operating at speed 3, but by operating at speed 4, the motor can be operated with high winding efficiency. Relatively high-efficiency operation can be realized. In the description of this embodiment, the speed switching tap setting is
H>M>L> 1 / 2H (2)
However, there is no problem even if H, M, and L tap operation at the time of 50 Hz driving overlap with H, M, and L at the time of 25 Hz driving, and the same effect can be obtained.
また、上記実施の形態３の制御方式との組合せによれば、さらに高効率化を実現できる。 Further, according to the combination with the control method of the third embodiment, higher efficiency can be realized.
あるいは、電動機の変速手段としてのタップとその切替え手段とブリッジ回路による周
波数変換手段とを具備することで、電源周波数が高い時には巻線インピーダンスが低いタップを選択し、電源周波数が低い時には巻線インピーダンスが高いタップを選択するといった電源周波数変換に応じた巻線タップを選択することで電圧一定での周波数変調駆動状態での動作安定状態をより詳細に選択することができ、運転周波数により適切に合致した誘導電動機の運転状態を具現化できるものである。
Alternatively, by providing a tap as a transmission means of the motor, a switching means thereof, and a frequency conversion means by a bridge circuit, a tap having a low winding impedance is selected when the power supply frequency is high, and a winding impedance when the power supply frequency is low. By selecting a winding tap corresponding to power supply frequency conversion such as selecting a tap with a high voltage, it is possible to select in more detail the operation stable state in the frequency modulation driving state with a constant voltage, and it matches the operating frequency appropriately. The operating state of the induction motor can be realized.
なお、上記実施の形態１から８においては、双方向スイッチ１０、１１、１２、１３は逆導通阻止ＩＧＢＴから構成される双方向スイッチで説明をしたが、当然他のＦＥＴや単方向素子とダイオードなどの組合せた半導体素子による双方向スイッチや機械接点リレーであっても同様の効果を得ることができる。 In the first to eighth embodiments, the bidirectional switches 10, 11, 12, and 13 have been described as bidirectional switches configured by reverse conduction blocking IGBTs. Of course, other FETs, unidirectional elements, and diodes are used. The same effect can be obtained even with a bidirectional switch or a mechanical contact relay using a combination of semiconductor elements.
開閉器６、７、８、９は、機械接点リレーで説明したが、半導体リレー、双方向スイッチであっても同様の効果を得ることができる。 The switches 6, 7, 8, and 9 have been described as mechanical contact relays, but the same effect can be obtained even if they are semiconductor relays or bidirectional switches.
単相誘導電動機２の巻線構成は、主巻線と補助巻線から構成される誘導電動機で説明したが、他の誘導同期電動機などであっても同様の効果を得ることができる。また、タップ切替え電動機として、巻き戻し結線形電動機を用いて説明したが、他の巻線方式例えばＴ形結線、Ｌ形結線などの方式でも同様の効果を得ることができる。 The winding configuration of the single-phase induction motor 2 has been described with the induction motor including the main winding and the auxiliary winding, but the same effect can be obtained even with other induction synchronous motors. Moreover, although the rewinding linear motor has been described as the tap switching motor, the same effect can be obtained by other winding methods such as T-type connection and L-type connection.
以上のように、本発明にかかる誘導電動機の駆動装置は、インバータ駆動装置などのように複雑でなく、簡易的に実現することができ、かつ電動機のトルク脈動やそれに起因する振動・騒音などが低減化でき、電磁ノイズや不要な発熱が少ない電力変換装置を提供することが可能となり、種々の誘導電動機の駆動装置に適用できる。 As described above, the induction motor driving device according to the present invention is not complicated like the inverter driving device and can be realized simply, and the torque pulsation of the motor and the vibrations and noises resulting from it are generated. It is possible to provide a power conversion device that can be reduced and has less electromagnetic noise and unnecessary heat generation, and can be applied to various induction motor drive devices.
１ 交流電源
２ 単相誘導電動機
３、１９ 主巻線
４、２０ 補助巻線
５ コンデンサ
６ 第二開閉器
７ 第三開閉器
８ 第四開閉器
９ 第一開閉器
１０ 双方向スイッチ（逆導通阻止ＩＧＢＴから構成）
１１ 双方向スイッチ（逆導通阻止ＩＧＢＴから構成）
１２ 双方向スイッチ（逆導通阻止ＩＧＢＴから構成）
１３ 双方向スイッチ（逆導通阻止ＩＧＢＴから構成）
１４、２１ コントローラ
１５ 速度指令信号
１６ 電源位相検出回路
１７ 位相信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Single phase induction motor 3, 19 Main winding 4, 20 Auxiliary winding 5 Capacitor 6 Second switch 7 Third switch 8 Fourth switch 9 First switch 10 Bidirectional switch (reverse conduction prevention Consists of IGBT)
11 Bidirectional switch (consisting of reverse conduction blocking IGBT)
12 Bidirectional switch (consisting of reverse conduction blocking IGBT)
13 Bidirectional switch (consisting of reverse conduction blocking IGBT)
14, 21 Controller 15 Speed command signal 16 Power supply phase detection circuit 17 Phase signal
Claims (9)
双方向スイッチから構成されるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路を介して前記交流電源に接続される単相誘導電動機と、
を備えた誘導電動機の駆動装置であって、
前記交流電源の電圧位相にあわせて、前記ブリッジ回路で対角位置にある二組の双方向スイッチの通電／遮断制御を行うことを特徴とする誘導電動機の駆動装置。 AC power supply,
A bridge circuit composed of bidirectional switches;
A single-phase induction motor connected to the AC power supply via the bridge circuit;
An induction motor drive device comprising:
An induction motor drive device characterized in that energization / cutoff control of two sets of bidirectional switches at diagonal positions is performed by the bridge circuit in accordance with the voltage phase of the AC power supply.
前記ブリッジ回路の片アームを構成する双方向スイッチの第一中間接続点と前記単相誘導電動機の主巻線の第一端とが第一開閉接点を介して接続され、前記主巻線の他端である第二端と前記ブリッジ回路の他アームを構成する双方向スイッチの第二中間接続点とが接続され、前記単相誘導電動機の補助巻線の第一端と双方向スイッチの前記第一中間接続点とが接続され、前記補助巻線の第二端とコンデンサの第一端とが第二開閉接点を介して直列接続された回路が主巻線に並列接続された第一の回路接続状態と、
前記主巻線の第一端と前記補助巻線の第二端とが第三開閉接点を介して接続され、前記補助巻線の第一端と前記第二の双方向スイッチ中間接続点とが第四開閉接点およびコンデンサを介して直列接続された第二の回路接続状態と、から構成され、
前記第一の回路接続状態と前記第二の回路接続状態との接続状態を選択的に切替えることで、前記主巻線と前記補助巻線を直列接続とする純単相誘導電動機運転と、前記主巻線と前記補助巻線を並列接続とするコンデンサモータ運転とを選択的に使用することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の駆動装置。 The single-phase induction motor is a capacitor single-phase induction motor,
The first intermediate connection point of the bidirectional switch constituting one arm of the bridge circuit and the first end of the main winding of the single-phase induction motor are connected via a first switching contact, and the other of the main winding A second end which is an end and a second intermediate connection point of the bidirectional switch constituting the other arm of the bridge circuit is connected, and the first end of the auxiliary winding of the single-phase induction motor and the first end of the bidirectional switch A first circuit in which one intermediate connection point is connected, and a circuit in which the second end of the auxiliary winding and the first end of the capacitor are connected in series via a second switching contact is connected in parallel to the main winding Connection status,
The first end of the main winding and the second end of the auxiliary winding are connected via a third switching contact, and the first end of the auxiliary winding and the second bidirectional switch intermediate connection point are A second circuit connection state connected in series via a fourth switching contact and a capacitor, and
By selectively switching the connection state between the first circuit connection state and the second circuit connection state, a pure single-phase induction motor operation in which the main winding and the auxiliary winding are connected in series, and 2. The induction motor drive device according to claim 1, wherein a capacitor motor operation in which a main winding and the auxiliary winding are connected in parallel is selectively used.
電源周波数が基本周波数時には並列接続とし、電源周波数が等価的に１／２周波数での運転時には、前記主巻線と前記補助巻線を直列接続にて駆動することを特徴とする請求項３に記載の誘導電動機の駆動装置。 Comprising a switching means for switching the connection between the main winding and the auxiliary winding of the capacitor single-phase induction motor to a parallel connection or a series connection;
4. The parallel connection is used when the power supply frequency is the fundamental frequency, and the main winding and the auxiliary winding are driven in series connection when the power supply frequency is equivalently ½ frequency. The drive device of the induction motor as described.
起動から同期運転速度付近：コンデンサ単相誘導機運転
同期速度付近：コンデンサ単相誘導機運転もしくは純単相誘導電動機運転
同期速度付近〜１／２同期速度付近：コンデンサ単相誘導電動機運転＋双方向ブリッジ駆動制御（周波数変換）
１／２同期速度付近：純単相誘導電動機＋双方向ブリッジ駆動制御（周波数変換）
の各運転制御を切替えることを特徴とする請求項３に記載の誘導電動機の駆動装置。 Depending on the operating conditions of the single-phase induction motor,
Synchronous operation speed from start-up: Capacitor single-phase induction motor operation Synchronous speed vicinity: Capacitor single-phase induction motor operation or pure single-phase induction motor operation Synchronous speed-Near 1/2 synchronous speed: Capacitor single-phase induction motor operation + bidirectional Bridge drive control (frequency conversion)
Near 1/2 sync speed: Pure single-phase induction motor + bidirectional bridge drive control (frequency conversion)
4. The induction motor drive device according to claim 3, wherein each operation control is switched.
前記変速手段および前記ブリッジ回路による周波数変換によって運転周波数を変更する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導電動機の駆動装置。 Comprising a shifting means for shifting the single-phase induction motor by tap switching;
The induction motor driving device according to claim 1, wherein an operation frequency is changed by frequency conversion by the speed change unit and the bridge circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010113882A JP2011244576A (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | Drive unit of induction motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010113882A JP2011244576A (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | Drive unit of induction motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011244576A true JP2011244576A (en) | 2011-12-01 |
Family
ID=45410652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010113882A Pending JP2011244576A (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | Drive unit of induction motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011244576A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015535170A (en) * | 2012-11-14 | 2015-12-07 | キューエム・パワー・インコーポレイテッドＱｍ Ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ | Split phase AC synchronous motor controller |
| EP4230929A4 (en) * | 2020-11-19 | 2024-03-13 | Haier Smart Home Co., Ltd. | Variable capacity drive circuit for linear compressor in refrigerating electrical appliance |
-
2010
- 2010-05-18 JP JP2010113882A patent/JP2011244576A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015535170A (en) * | 2012-11-14 | 2015-12-07 | キューエム・パワー・インコーポレイテッドＱｍ Ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ | Split phase AC synchronous motor controller |
| EP4230929A4 (en) * | 2020-11-19 | 2024-03-13 | Haier Smart Home Co., Ltd. | Variable capacity drive circuit for linear compressor in refrigerating electrical appliance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4752772B2 (en) | AC motor winding switching device and winding switching system thereof | |
| CN109560744B (en) | Motor driving system and wiring switching method of open winding structure motor | |
| JP6630561B2 (en) | Motor drive control device provided with motor winding changeover switch, motor, compressor, and motor winding changeover control method | |
| RU2721225C2 (en) | Multilevel high-speed adjustable drive | |
| WO2014006820A1 (en) | Motor driving device | |
| CN105262406B (en) | Switched reluctance machines driving structure and control method based on three-level inverter | |
| JP2013121222A (en) | Motor drive, and apparatus using the same | |
| CN103534930A (en) | Control unit | |
| JP2009177935A (en) | Dc power supply | |
| US20150097505A1 (en) | Current source inverter device | |
| CN103236813A (en) | Control system of permanent magnet brushless direct current motor | |
| JP5003173B2 (en) | AC motor winding switching device and winding switching system thereof | |
| JP2010207010A (en) | Coil switching device of three-phase ac motor drive system | |
| JP2010239765A (en) | Motor drive device | |
| JP2008259348A (en) | Motor control device | |
| JP5315053B2 (en) | Power supply device for permanent magnet field type linear motor and PWM inverter for permanent magnet field type motor | |
| JP2011244576A (en) | Drive unit of induction motor | |
| JP4788949B2 (en) | Variable speed drive device for induction motor | |
| JP2020137329A (en) | Inverter device | |
| CN101262195A (en) | Five-level switch magnetic resistance motor power converter | |
| CN108418497B (en) | Segmented winding motor controller and control method | |
| JP2013255389A (en) | Electric motor | |
| JP2011120394A (en) | Power conversion device | |
| US20240186930A1 (en) | Varibale frequency drive system with medium voltage input and low voltage output | |
| JP7146121B2 (en) | Power converter and motor system |