JP3755942B2 - Inverter unit for pump - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータで駆動されるポンプに使用するインバータユニット、及びそのインバータユニットを備えたポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から商用電源を所定の周波数と電圧に変換して出力するインバータは広く知られており、ポンプを駆動するモータの省エネルギー運転に広く使用されている。従来のインバータの使用形態は、ポンプを駆動するモータへインバータを接続して、商用電源の交流周波数及び電圧を任意の周波数、電圧に変換してモータに供給するだけにとどまるものが多い。
【0003】
ところで、従来のインバータユニットは高度の機能を有している。しかしながら、ポンプをスムーズに加速し、ポンプの吐出圧力Hと流量Qをポンプの使用状況に応じて、使用者側に都合のよい特性にするのには必ずしも適しているものではない。例えば、純製造用の細かなフィルタを通して水を濾過する用途に用いられるポンプにおいては、流量Qが小さい領域で大きな吐出圧Hを得たい。しかしながら、従来のインバータは、このような特性で運転することが困難であった。
【0004】
従来、ポンプのモータを駆動するインバータは、省エネルギー運転を目的として使用される場合、ポンプの吐出側で必要な流量Qが定まれば、吐出側バルブの開閉度調整の代わりにモータの回転速度を商用の50Hz又は60Hzから減速させて所要の流量を供給するのに必要な回転速度で運転するものである。これはポンプの回転速度と流量が比例するという以下の関係によるものである。
2/Q1=N2/N1
1 :定格の回転速度
2 :変化後の回転速度
1 :N1 のときの流量
2 :N2 のときの流量
【0005】
ポンプの吐出圧を一定にする場合も、必要な流量に対して吐出圧力が一定になるように商用電流周波数から周波数を変換してモータ及びこれに直結したポンプを減速させる。
ここで吐出圧Hと回転速度Nとの関係は次の通りである。
2/H1=(N2/N12
1 :定格回転速度での揚程
2 :回転速度N2での揚程
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータユニットは、以上に説明したようにポンプの流量−吐出圧(Q−H)特性に沿って、常に回転速度を減速させて運転するので、ポンプの設置現場に合わせて適正な吐出圧に調整することができ、省エネルギー運転に適した装置になっている。
【0007】
しかしながら、広く普及している小型ポンプは、一般に流量−吐出圧(Q−H)特性が”寝た”特性となっている。即ち、定格速度で運転すると吐出圧(H)はポンプ固有の上限値があり、小流量(Q)時の吐出圧(H)は定格流量(Q)時の吐出圧(H)と比較してあまり大きくすることができない。
【0008】
このことは、例えば純製造用のポンプを設置する場合に、設置現場において要求される送水水量に合わせた容量のポンプは比較的狭い範囲の吐出圧(H)を有することになる。ところが設置現場で要求されるポンプの揚程は様々であり、広い範囲の吐出圧(H)を有するポンプ、換言すれば流量−吐出圧(Q−H)特性が”立った”ポンプが望まれる。
【0009】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、ポンプの流量−吐出圧(Q−H)特性をインバータを用いて実質的に小流量で高い吐出圧が得られる特性に変更することができるポンプ用インバータユニットを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のポンプ用インバータユニットは、モータで駆動される、流量−吐出圧(Q−H)特性が小流量で寝た特性となっているポンプに使用するインバータユニットにおいて、商用電源を整流して直流化するコンバータ部と該コンバータ部で形成された直流から任意の周波数及び電圧の交流電源を形成するインバータ部と、前記モータへの入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により検出された前記入力電流があらかじめ定められた電流値に一定になるように前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、あらかじめ定められた複数の電流値を記憶回路に記憶させ、前記複数の電流値の中から所望する電流値を選択するスイッチとを備え、所望する電流値を前記スイッチにより選択することで、前記電流値に対応した複数の小流量で立った流量−吐出圧(Q−H)特性曲線から任意の特性曲線を選択可能としたことを特徴とする。
【0011】
すなわち、前記ポンプ用インバータユニットは、モータへの入力電流検出器を備え、検出された該入力電流があらかじめ定められた電流値に一定になる制御手段を備え、その定められた電流値は複数の値を記憶回路に記憶させ、その複数の値の中から所望する設定値をスイッチにより選択することにより、モータに入力される電流値を所望の電流値に保持することを特徴とする。
【0012】
本発明はポンプ吐出流量が小流量部分で吐出圧Hを従来より大きくするために、モータ入力電流を一定に制御するようにしたものである。即ち、流量の如何にかかわらず、モータ入力電流を一定となるように、回転速度を制御することで、流量−吐出圧(Q−H)特性を”立った”ものとすることができる。
【0013】
これにより、1台のインバータユニットを備えたポンプにより、設置現場の要求に合わせた様々の揚程に対応することが可能となる。又、複数の一定電流値を有し、これをスイッチで切替可能なことから、設置現場で容易に最適な流量−吐出圧特性にポンプを設定することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
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。
【0015】
図1はポンプ用インバータユニットの構成を示し、符号(1)は交流電力を直流に変換するコンバータ部のダイオードモジュール(D・M)であり、パワー部(2)は直流電力を交流電力に逆変換するインバータ部(PM)である。
コンデンサ(C)は、ダイオードモジュール(1)で交流から直流に変換された電力を保持すると共に平滑化して、パワー部(2)により制御回路(4)で指令された周波数、電圧の交流電力に逆変換してモータ6に供給する。
【0016】
演算器(3)は、電流センサ(7)からの信号を電圧に変換し、検出された電流を一定に制御するように演算処理し、その出力が制御回路(4)へ入力される。制御回路(4)には、あらかじめ定められた複数の電流の設定値が記憶されている。スイッチ(5)は複数の電流設定値のうち所望する電流値をスイッチにより、選択できるように構成されている。モータ(6)は、電流センサ(7)による電流検出信号により、演算器(3)と制御回路(4)によりスイッチ(5)で選択された電流値になるような回転速度に制御される。
【0017】
尚、符号(R)は突入電流防止用の抵抗器であり、符号(10)は制御回路を動作させるために設けられた+5V程度の直流補助電源である。
【0018】
図2は、他の実施形態のポンプ用インバータユニットの構成を示す。図1に示す電流センサの接続位置をパワー部(2)とモータ(6)との間ではなく、コンバータ部内に設けた電流センサ(8)によるものである。電流センサ(8)の接続位置以外の構成及び動作は、図1と同様である。
【0019】
図3は、インバータユニットの運転例を示す。電源が入るとソフトスタートにより、徐々に回転速度があらかじめ設定された回転速度まで加速される(期間▲1▼)。設定された回転速度に到達すると、その後は電流値一定制御により回転速度が変化する(期間▲2▼)。電源をOFFにするとインバータの出力周波数及び電圧はソフトストップにより緩やかに低減して、フリーランでポンプは停止する。
【0020】
図4は、ポンプの電流値一定制御によるQ−H特性の変化を示す。図の横軸は流量Qであり、縦軸は吐出圧H及び電流Iである。図中の点線で示す曲線H2は、従来の回転速度N2(一定)におけるQ−H特性を示す。図中の曲線I2は、上述のQ−H特性に従った運転による電流を示す。図示するように小流量(Q)において、電流I2は低下する。
【0021】
電流I2を流量Qの如何にかかわらず一定に制御することにより、Q−H曲線は図中実線で示すH2′に示すように流量Qが小さい領域において高い吐出圧Hが得られる、いわゆるQ−H曲線が”立った”状態となる。
【0022】
これは流量Qの小さな領域において電流値をI2′に一定に保つように制御すると、回転速度Nが増大し、結果として吐出圧Hが高くなる。即ち、図5に示すポンプのQ−H特性において、小流量領域において電流値Iを一定とするように回転速度Nを制御することで、回転速度が図中に示すN2からN1の方に移行する。そして、ポンプの動作点は回転速度N1に沿ったQ−H曲線側に移動するので、吐出圧Hを高くすることができる。従って、係る電流値Iを一定に制御することにより、ポンプのQ−H特性曲線は実質的に実線H2′に示すようなものとなり、図中斜線で示す部分αが吐出圧が拡大した部分となる。
【0023】
図6は、各種の電流値一定制御におけるQ−H特性曲線を示す。図中点線H1は、従来の回転速度N1におけるQ−H特性曲線であり、この定格流量における電流はI1である。そして、上述した構成のインバータユニットにより電流値I1が一定となるように回転速度を制御することで、図中H1′に示すQ−H特性曲線に変化する。同様に図中H2で示す点線は回転速度N2の時のQ−H特性曲線であり、電流値I2ガ一定となるように回転速度を可変制御することで、図中H2′で示すQ−H特性曲線が得られる。図中H3で示す点線のQ−H特性曲線は回転速度N3の場合であり、電流I3を一定となるように回転速度を可変制御することで、図中H3′で示すQ−H特性曲線が得られる。
【0024】
図1又は図2に示すインバータユニットにおいて、スイッチ(5)はQ−H特性曲線(H’,H’,H’・・・)を選択するスイッチである。そしてそのうちの任意のスイッチを閉じることにより、これらの特性曲線から任意の特性曲線を選択することが可能である。これにより、例えばこのポンプ少水量で吐出圧の要求される洗浄装置或いは純製造装置などに好ましい吐出圧Hを選択することが可能となり、設置現場に応じた最適な特性曲線の設定が可能である。
【0025】
尚、上記実施形態においては、電流センサをインバータ部とモータとの間に挿入した例と、コンデンサとインバータ部との間に挿入した例について説明した。電流センサをインバータ部とモータとの間に挿入した例においては、電流センサは一相分の交流電流を検出する。電流センサをコンデンサとインバータ部との間に挿入した例においては、電流センサは三相分の直流電流を検出する。いずれの方式でも、これらの電流値が一定となるように回転速度を可変制御することで、上述した動作が得られるということで共通する。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータの出力電流を一定になるように回転速度を制御することで、ポンプのQ−H特性曲線を、実質的に少流量で高い吐出圧が得られる、いわゆる”立った”特性に変更することができる。
【0027】
又、本発明におけるポンプ用インバータユニットは、電流値一定制御において、複数の電流設定値を記憶させると共に切換スイッチを設けたものである。これにより、所望する電流値を該切換スイッチにより現地にて容易に選択でき、設置現場に合わせた最適なポンプのQ−H特性曲線を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のポンプ用インバータユニットのブロック図。
【図2】本発明の他の実施形態のポンプ用インバータユニットのブロック図。
【図3】インバータユニットの一動作例のタイムチャート。
【図4】ポンプの電流値一定制御によるQ−H特性と従来の運転によるQ−H特性を比較した説明図。
【図5】ポンプのQ−H特性の説明図。
【図6】複数種の電流値一定制御運転によるポンプのQ−H特性の説明図。
【符号の説明】
1 整流器(コンバータ部)
2 パワー部(インバータ部)
3 演算器部
4 制御回路
5 スイッチ
6 モータ
7,8 電流センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter unit used for a pump driven by a motor, and a pump including the inverter unit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an inverter that converts a commercial power source into a predetermined frequency and voltage and outputs the same is widely known, and is widely used for energy-saving operation of a motor that drives a pump. Conventional inverters are often used only by connecting an inverter to a motor that drives a pump, converting the AC frequency and voltage of a commercial power source to arbitrary frequency and voltage, and supplying the converted motor to the motor.
[0003]
By the way, the conventional inverter unit has an advanced function. However, it is not necessarily suitable for accelerating the pump smoothly and making the discharge pressure H and the flow rate Q of the pump have characteristics that are convenient for the user according to the usage status of the pump. For example, in a pump used for filtering water through a fine filter for producing pure water , it is desired to obtain a large discharge pressure H in a region where the flow rate Q is small. However, the conventional inverter has been difficult to operate with such characteristics.
[0004]
Conventionally, when an inverter that drives a pump motor is used for energy-saving operation, if the required flow rate Q is determined on the discharge side of the pump, the rotation speed of the motor can be adjusted instead of adjusting the opening / closing degree of the discharge side valve. The motor is operated at a rotational speed required to supply a required flow rate by decelerating from commercial 50 Hz or 60 Hz. This is due to the following relationship that the rotational speed of the pump and the flow rate are proportional.
Q 2 / Q 1 = N 2 / N 1
N 1 : Rated speed N 2 : Speed after change Q 1 : Flow rate when N 1 Q 2 : Flow rate when N 2
Even when the pump discharge pressure is constant, the motor and the pump directly connected thereto are decelerated by converting the frequency from the commercial current frequency so that the discharge pressure is constant with respect to the required flow rate.
Here, the relationship between the discharge pressure H and the rotational speed N is as follows.
H 2 / H 1 = (N 2 / N 1 ) 2
H 1 : Lifting head at rated rotation speed H 2 : Lifting head at rotation speed N 2
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional inverter unit always operates at a reduced rotational speed in accordance with the flow rate-discharge pressure (QH) characteristics of the pump. It is a device suitable for energy-saving operation.
[0007]
However, small pumps that are widely used generally have a “sleeping” characteristic in flow rate-discharge pressure (QH) characteristics. That is, when operating at the rated speed, the discharge pressure (H) has an upper limit specific to the pump, and the discharge pressure (H) at the small flow rate (Q) is compared with the discharge pressure (H) at the rated flow rate (Q). Cannot be too big.
[0008]
This means that, for example, when a pump for producing pure water is installed, the pump having a capacity corresponding to the amount of water supplied at the installation site has a discharge pressure (H) in a relatively narrow range. However, pump heads required at the installation site vary, and a pump having a wide range of discharge pressures (H), in other words, a pump with “standing” flow rate-discharge pressure (QH) characteristics is desired.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is possible to change the flow rate-discharge pressure (QH) characteristic of a pump to a characteristic capable of obtaining a high discharge pressure at a substantially small flow rate by using an inverter. An object of the present invention is to provide an inverter unit for a pump.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The inverter unit for a pump of the present invention is an inverter unit used for a pump that is driven by a motor and has a flow rate-discharge pressure (QH) characteristic that has a low flow rate. A converter unit that converts to direct current, an inverter unit that forms an AC power source of any frequency and voltage from the direct current formed by the converter unit, a current detector that detects an input current to the motor, and a current detector that detects the current A control device for controlling the rotational speed of the pump so that the input current thus made constant at a predetermined current value, and a plurality of predetermined current values stored in a storage circuit, the plurality of current values A switch for selecting a desired current value from among the plurality of small currents corresponding to the current value by selecting the desired current value with the switch. In standing flow - characterized in that any of the characteristic curve from the discharge pressure (Q-H) characteristic curve and can be selected.
[0011]
In other words , the pump inverter unit includes an input current detector to the motor, and includes control means for making the detected input current constant at a predetermined current value. A value is stored in a storage circuit, and a desired setting value is selected from among the plurality of values by a switch, whereby a current value input to the motor is held at a desired current value.
[0012]
In the present invention, the motor input current is controlled to be constant in order to increase the discharge pressure H from the conventional level when the pump discharge flow rate is small. That is, the flow rate-discharge pressure (QH) characteristic can be made "standing" by controlling the rotation speed so that the motor input current is constant regardless of the flow rate.
[0013]
Thereby, it becomes possible to respond to various heads that meet the requirements of the installation site by a pump including one inverter unit. In addition, since it has a plurality of constant current values and can be switched by a switch, the pump can be easily set to the optimum flow rate-discharge pressure characteristics at the installation site.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a configuration of an inverter unit for a pump. Reference numeral (1) is a diode module (D / M) of a converter unit that converts AC power into DC, and a power unit (2) converts DC power into AC power. An inverter unit (PM) for conversion.
The capacitor (C) holds and smoothes the power converted from AC to DC by the diode module (1), and converts it to AC power of frequency and voltage commanded by the control circuit (4) by the power unit (2). Inversely converted and supplied to the motor 6.
[0016]
The arithmetic unit (3) converts the signal from the current sensor (7) into a voltage, performs arithmetic processing so as to control the detected current to be constant, and the output is input to the control circuit (4). The control circuit (4) stores a plurality of preset current values. The switch (5) is configured such that a desired current value among a plurality of current setting values can be selected by the switch. The motor (6) is controlled at a rotational speed such that the current value selected by the switch (5) is obtained by the calculator (3) and the control circuit (4) by the current detection signal from the current sensor (7).
[0017]
Reference numeral (R) is a resistor for preventing inrush current, and reference numeral (10) is a DC auxiliary power source of about +5 V provided for operating the control circuit.
[0018]
FIG. 2 shows a configuration of a pump inverter unit according to another embodiment. The connection position of the current sensor shown in FIG. 1 is not between the power unit (2) and the motor (6) but by the current sensor (8) provided in the converter unit. The configuration and operation other than the connection position of the current sensor (8) are the same as those in FIG.
[0019]
FIG. 3 shows an operation example of the inverter unit. When the power is turned on, the rotational speed is gradually accelerated to a preset rotational speed by the soft start (period {circle around (1)}). When the set rotational speed is reached, the rotational speed is changed by the constant current value control thereafter (period {circle around (2)}). When the power is turned off, the output frequency and voltage of the inverter are gradually reduced by soft stop, and the pump stops at free run.
[0020]
FIG. 4 shows a change in the QH characteristic by the constant current value control of the pump. The horizontal axis in the figure is the flow rate Q, and the vertical axis is the discharge pressure H and current I. A curve H 2 indicated by a dotted line in the figure shows the QH characteristic at the conventional rotational speed N 2 (constant). A curve I 2 in the figure shows a current due to the operation according to the above QH characteristic. As shown in the drawing, the current I 2 decreases at a small flow rate (Q).
[0021]
By controlling the current I 2 to be constant regardless of the flow rate Q, the QH curve can obtain a high discharge pressure H in a region where the flow rate Q is small as indicated by H 2 ′ indicated by a solid line in the figure. The QH curve is “standing”.
[0022]
This is because if the current value is controlled to be kept constant at I 2 ′ in the region where the flow rate Q is small, the rotational speed N increases and as a result, the discharge pressure H increases. That is, in the QH characteristics of the pump shown in FIG. 5, the rotational speed N is controlled so that the current value I is constant in the small flow rate region, so that the rotational speed is from N 2 to N 1 shown in the figure. Migrate to Then, the operating point of the pump is so moved to the Q-H curve side along the rotational speed N 1, it is possible to increase the discharge pressure H. Accordingly, by controlling the current value I to be constant, the QH characteristic curve of the pump becomes substantially as shown by a solid line H 2 ′, and a portion α shown by a diagonal line in FIG. It becomes.
[0023]
FIG. 6 shows QH characteristic curves in various constant current value controls. The dotted line H 1 in the figure is a QH characteristic curve at the conventional rotational speed N 1 , and the current at this rated flow rate is I 1 . Then, by controlling the rotational speed so that the current value I 1 becomes constant by the inverter unit having the above-described configuration, the characteristic changes to a QH characteristic curve indicated by H 1 ′ in the figure. Similarly, the dotted line indicated by H 2 in the figure is a QH characteristic curve at the rotational speed N 2 , and the rotational speed is variably controlled so that the current value I 2 is constant, so that H 2 ′ in the figure. The QH characteristic curve shown is obtained. The dotted QH characteristic curve indicated by H 3 in the figure is for the case of the rotational speed N 3 , and the rotational speed is variably controlled so as to keep the current I 3 constant, whereby the Q− indicated by H 3 ′ in the figure. An H characteristic curve is obtained.
[0024]
In the inverter unit shown in FIG. 1 or FIG. 2, the switch (5) is a switch for selecting a QH characteristic curve (H 1 ′, H 2 ′, H 3 ′...). An arbitrary characteristic curve can be selected from these characteristic curves by closing any of the switches. Thus, for example, the pump can be selected preferred discharge pressure H and the like cleaning device or the pure water production system required a small amount of water in the discharge pressure and made, it can be set in the optimum characteristic curve in accordance with the installation site is there.
[0025]
In the above embodiment, the example in which the current sensor is inserted between the inverter unit and the motor and the example in which the current sensor is inserted between the capacitor and the inverter unit have been described. In the example in which the current sensor is inserted between the inverter unit and the motor, the current sensor detects an alternating current for one phase. In the example in which the current sensor is inserted between the capacitor and the inverter unit, the current sensor detects a DC current for three phases. Both methods are common in that the above-described operation can be obtained by variably controlling the rotation speed so that these current values are constant.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, by controlling the rotation speed so that the output current of the inverter becomes constant, the pump Q-H characteristic curve can be obtained so that a high discharge pressure can be obtained at a substantially small flow rate. "Can be changed to characteristics.
[0027]
The pump inverter unit according to the present invention stores a plurality of current set values and is provided with a changeover switch in constant current value control. Thereby, a desired current value can be easily selected at the site by the changeover switch, and an optimum pump QH characteristic curve can be set in accordance with the installation site.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a pump inverter unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a pump inverter unit according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart of an operation example of an inverter unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram comparing QH characteristics by constant current control of a pump and QH characteristics by conventional operation.
FIG. 5 is an explanatory diagram of QH characteristics of a pump.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a QH characteristic of a pump by plural kinds of constant current value control operation.
[Explanation of symbols]
1 Rectifier (converter part)
2 Power section (inverter section)
3 arithmetic unit 4 control circuit 5 switch 6 motor 7, 8 current sensor

Claims (2)

モータで駆動される、流量−吐出圧(Q−H)特性が小流量で寝た特性となっているポンプに使用するインバータユニットにおいて、
商用電源を整流して直流化するコンバータ部と該コンバータ部で形成された直流から任意の周波数及び電圧の交流電源を形成するインバータ部と
前記モータへの入力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された前記入力電流があらかじめ定められた電流値に一定になるように前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、
あらかじめ定められた複数の電流値を記憶回路に記憶させ、前記複数の電流値の中から所望する電流値を選択するスイッチとを備え、
所望する電流値を前記スイッチにより選択することで、前記電流値に対応した複数の小流量で立った流量−吐出圧(Q−H)特性曲線から任意の特性曲線を選択可能としたことを特徴とするポンプ用インバータユニット。
In an inverter unit used for a pump driven by a motor and having a flow rate-discharge pressure (QH) characteristic which is a characteristic of sleeping at a small flow rate ,
A converter unit that rectifies commercial power and converts it into direct current, and an inverter unit that forms an alternating current power source of arbitrary frequency and voltage from the direct current formed by the converter unit ,
A current detector for detecting an input current to the motor;
A control device for controlling the rotational speed of the pump so that the input current detected by the current detector becomes constant at a predetermined current value ;
A plurality of predetermined current values are stored in a storage circuit, and a switch for selecting a desired current value from the plurality of current values is provided,
An arbitrary characteristic curve can be selected from a plurality of flow rate-discharge pressure (QH) characteristic curves standing at a plurality of small flow rates corresponding to the current value by selecting a desired current value with the switch. Inverter unit for pumps.
前記電流検出器を、前記インバータ部とモータとの間に挿入したことを特徴とする請求項1記載のポンプ用インバータユニット。 2. The pump inverter unit according to claim 1 , wherein the current detector is inserted between the inverter unit and the motor .
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