JP6134183B2 - Submersible pump device - Google Patents
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Description
本発明は、水中ポンプ装置に関し、例えばマンホールに設置され、上流の汚水管から流入した汚水を下流の汚水管に搬送する水中ポンプ装置に関する。 The present invention relates to a submersible pump device, for example, a submersible pump device that is installed in a manhole and conveys sewage flowing from an upstream sewage pipe to a downstream sewage pipe.
汚水を汚水処理場に搬送する自然流下方式の汚水搬送管や、圧送方式の汚水搬送管は、地中に下り勾配をつけて埋設され、所定間隔で設置されたマンホールに接続されている。 Natural flow-type sewage transfer pipes that transport sewage to a sewage treatment plant and pressure-feed type sewage transfer pipes are buried in the ground with a downward slope and connected to manholes installed at predetermined intervals.
マンホールには、上流側の汚水搬送管から流入した汚水を下流側の汚水搬送管に送水する水中ポンプ装置が設置されている。 The manhole is provided with a submersible pump device that feeds sewage flowing from the upstream sewage transfer pipe to the downstream sewage transfer pipe.
このような水中ポンプ装置は、マンホール内に設置された水位センサにより、流入汚水の水位が所定水位に達すれば、下流側の汚水搬送管に送水するように構成されているが、上流側の汚水搬送管から流入する汚水の量が水中ポンプで下流側の汚水搬送管に送水する汚水の量より多いと、マンホールから汚水が溢れる虞があるため、当該水中ポンプは、マンホールで溢流が発生することが無い適当な吐出量に調整される必要がある。 Such a submersible pump device is configured to send water to the downstream sewage transfer pipe when the water level of the inflowing sewage reaches a predetermined water level by a water level sensor installed in the manhole. If the amount of sewage flowing from the transfer pipe is larger than the amount of sewage sent to the downstream sewage transfer pipe by the submersible pump, the sewage may overflow from the manhole, so the submersible pump generates overflow in the manhole. It is necessary to adjust the discharge amount to an appropriate level.
水中ポンプの吐出量は、ポンプのサイズ、羽根車のサイズ、電動機の出力に依存するため、例えば、要求される吐出し量に適切に対応できる複数のサイズの羽根車を事前に準備しておく必要がある。 Since the discharge amount of the submersible pump depends on the size of the pump, the size of the impeller, and the output of the electric motor, for example, a plurality of sizes of impellers that can appropriately correspond to the required discharge amount are prepared in advance. There is a need.
しかし、そのようなサイズの異なる多数の羽根車を製作する場合には、夫々に対応した複数の金型が必要となり製造コストが嵩むばかりか、煩雑な在庫管理等が必要となる。 However, when manufacturing such a large number of impellers having different sizes, a plurality of molds corresponding to each of the impellers are required, which not only increases the manufacturing cost but also requires complicated inventory management.
そこで、マンホールに設置されているボルテックス形の羽根車を備えた水中ポンプでは、羽根車のサイズをそれほど多く設定することなく、設置先のマンホールで要求される吐出し量に対応して、適切な吐出し量を示すサイズの羽根車を選定し、その羽根を事前に或は現場で切削加工することにより吐出量を調整していた。 Therefore, in submersible pumps equipped with vortex-shaped impellers installed in manholes, the size of the impeller is not set so much, and the appropriate amount corresponding to the discharge amount required in the installation manhole An impeller having a size indicating the discharge amount is selected, and the discharge amount is adjusted by cutting the blade in advance or on site.
また、ノンクロッグ形の羽根車を用いたポンプ装置を採用する場合には、羽根車の切削加工により吐出量を調整することが困難であるため、要求される吐出し量に対応できる複数のサイズの羽根車を事前に準備しておく必要があるという問題がある。 In addition, when adopting a pump device using a non-clog type impeller, it is difficult to adjust the discharge amount by cutting the impeller, so that multiple sizes that can meet the required discharge amount are available. There is a problem that it is necessary to prepare the impeller in advance.
そこで、従来、特許文献１や特許文献２に記載されているように、位相制御によって回転数を調整する制御回路や、特許文献３に記載されているように、インバータ回路によって回転数を調整する制御回路によってポンプの回転数が調整されていた。 Therefore, conventionally, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a control circuit that adjusts the rotational speed by phase control, and as described in Patent Document 3, the rotational speed is adjusted by an inverter circuit. The rotation speed of the pump was adjusted by the control circuit.
しかし、交流電圧の一周期毎に点弧角を制御する位相制御を採用すると、大きなサージノイズが発生して周囲の機器に影響を与えるために、大型のノイズフィルタやサージアブソーバを制御盤に組み込む必要があり、設備コストが嵩むという問題があった。単相交流電圧を位相制御する場合には、ゼロクロス時期を基準に位相制御することでノイズを低減できるが、三相交流電圧では各位相が１２０度ずれているため、一相のゼロクロス時期を基準に位相制御しても他相では位相がずれるためゼロクロス時期を基準にしても効果的にノイズを低減できないためである。 However, if phase control that controls the firing angle for each cycle of AC voltage is adopted, large surge noise is generated and affects surrounding equipment. Therefore, a large noise filter and surge absorber are incorporated in the control panel. There was a problem that the equipment cost was increased. When controlling the phase of a single-phase AC voltage, noise can be reduced by controlling the phase based on the zero-cross timing, but each phase is shifted by 120 degrees in the three-phase AC voltage. This is because even if the phase control is performed, the phase is shifted in the other phases, so that the noise cannot be effectively reduced even when the zero cross timing is used as a reference.
また、インバータ回路を備えていない既設のポンプ装置を新たなポンプ装置に置き換える場合には、ポンプ装置の制御盤に新たなインバータ回路を組み込む必要が生じ、制御盤の作り直しや配線工事のやり直し等の大きな作業負荷が発生し、またそのための設備コストが嵩むという問題もあった。 In addition, when replacing an existing pump device that does not have an inverter circuit with a new pump device, it is necessary to incorporate a new inverter circuit in the control panel of the pump device. There was also a problem that a large work load was generated and the equipment cost was increased.
本発明は、羽根の切削加工やサイズが異なる多くの羽根車の準備を要することなく、要求される吐出し量に適切に対応でき、既存の制御盤を有効に利用してコストの上昇を抑制することができるポンプ装置を提供することを目的とする。 The present invention can appropriately cope with the required discharge amount without requiring preparation of many impellers with different blade cutting processes and sizes, and effectively suppresses an increase in cost by utilizing an existing control panel. It is an object of the present invention to provide a pump device that can be used.
上述の目的を達成するため、本発明による水中ポンプ装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、電源から供給される三相交流電圧が各相コイルに印加される誘導電動機が組み込まれたポンプと、前記相コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流値に基づいて各相コイルに印加する電圧を断続する交流スイッチ素子を備えた電流制御部と、を備えている水中ポンプ装置であって、前記電流制御部は、前記相コイルに印加される相間電圧または相電流に基づいて電源周波数に同期するパルス信号を生成するパルス生成部と、前記パルス生成部から出力されるパルス信号の数を計数し、所定の計数閾値に達すると前記交流スイッチ素子を所定時間遮断する制御信号を出力する計数部と、前記電流検出部による検出電流値と基準電流値との差分値に基づいて、目標となる水中ポンプの負荷に対応した平均給電電力となるように、所定時期に前記計数閾値を変化させる閾値制御信号を出力する比較部と、を備えて構成されている点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the submersible pump device according to the present invention is that the three-phase AC voltage supplied from the power supply is applied to each phase coil as described in claim 1 of the claims. A pump incorporating an induction motor to be applied to a current detector, a current detection unit for detecting a current value flowing through the phase coil, and a voltage applied to each phase coil based on the current value detected by the current detection unit A submersible pump device comprising: an AC switch element that performs synchronization with a power supply frequency based on an interphase voltage or a phase current applied to the phase coil. A pulse generation unit that generates a signal and a number of pulse signals output from the pulse generation unit are counted, and a control signal that shuts off the AC switch element for a predetermined time is output when a predetermined count threshold is reached. A counting unit that, based on the difference value between the detected current value and the reference current value by the current detector, so that the average feeding power corresponding to the load of the submersible pump as a target, the count threshold value at a predetermined time And a comparator that outputs a threshold control signal to be changed.
上述の構成によれば、パルス生成部から出力される電源周波数に同期したパルス信号の計数値が所定の計数閾値に達すると、計数部から出力される制御信号によって交流スイッチ素子が所定時間遮断される。そして、水中ポンプ装置の運転中に基準電流値に対して検出電流値が変動すると、それに対応して比較部から出力される閾値制御信号に基づいて所定時期に計数閾値が調整されることにより、交流スイッチ素子が所定時間遮断される周期が変化して水中ポンプ装置の回転数が調整される。 According to the above configuration, when the count value of the pulse signal synchronized with the power supply frequency output from the pulse generation unit reaches a predetermined count threshold, the AC switch element is shut off for a predetermined time by the control signal output from the count unit. The And when the detected current value fluctuates with respect to the reference current value during operation of the submersible pump device, the count threshold is adjusted at a predetermined time based on the threshold control signal output from the comparison unit correspondingly, The cycle in which the AC switch element is interrupted for a predetermined time changes to adjust the rotation speed of the submersible pump device.
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記比較部は、検出電流値が基準電流値よりも低い場合に計数閾値を増加させる計数閾値アップ信号を前記計数部に出力し、検出電流値が基準電流値よりも高い場合に計数閾値を減少させる計数閾値ダウン信号を前記計数部に出力する点にある。In the second feature configuration, as described in claim 2, in addition to the first feature configuration described above, the comparison unit increases the count threshold when the detected current value is lower than the reference current value. A counting threshold up signal is output to the counting unit, and when the detected current value is higher than a reference current value, a counting threshold down signal for decreasing the counting threshold is output to the counting unit.
検出電流値が基準電流値よりも低い場合には、相コイルへの給電が停止される周期が長くなり平均給電電力が増加し、検出電流値が基準電流値よりも高い場合には、相コイルへの給電が停止される周期が短くなり平均給電電力が減少する。平均給電電力が減少すると誘導電動機の滑りが大きくなって回転数が低下し、平均給電電力が増加すると誘導電動機の滑りが小さくなって回転数が上昇する。When the detected current value is lower than the reference current value, the period during which power supply to the phase coil is stopped becomes longer and the average feed power increases, and when the detected current value is higher than the reference current value, the phase coil The period at which the power supply to is stopped is shortened and the average power supply is reduced. When the average power supply decreases, the slip of the induction motor increases and the rotation speed decreases, and when the average power supply power increases, the slip of the induction motor decreases and the rotation speed increases.
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記比較部は、前記検出電流値と基準電流値との差分値に基づいて前記計数閾値の変化の程度を可変に設定可能な閾値制御信号を出力する点にある。 The third feature structure, as described in the claim 3, in addition to the first or second characteristic feature of the above, the comparison unit, based on a difference value between the detected current value and the reference current value Thus, a threshold control signal capable of variably setting the degree of change in the counting threshold is output.
閾値制御信号によって検出電流値と基準電流値との差分値がどの程度大きいか小さいかを表すことができ、差分値が大きい場合に計数閾値を大きく変化させることができるようになるので、検出電流値と基準電流値との差分値にかかわらず閾値制御信号によって計数閾値を一定値ずつ変化させる場合と比較して制御の応答性を上げることができるようになる。 The threshold control signal can indicate how large or small the difference value between the detected current value and the reference current value is, and when the difference value is large, the counting threshold value can be greatly changed. Regardless of the difference between the value and the reference current value, the control responsiveness can be improved compared to the case where the count threshold is changed by a constant value by the threshold control signal.
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記パルス信号が前記電源周波数に同期したゼロクロス信号であり、前記所定時間が前記パルス信号の周期の(１／３)×整数倍に設定されている点にある。 In addition to any one of the first to third feature configurations described above, the fourth feature configuration is a zero cross signal synchronized with the power supply frequency, as described in claim 4 , The predetermined time is that (1/3) × integer multiple of the period of the pulse signal is set.
上述の構成によれば、三相の交流電圧の少なくとも一相はゼロクロス位置で点弧または消弧されるので発生するノイズを低減できる。換言すると、ゼロクロスのパルス信号の計数値が所定の計数閾値に達する複数周期単位で交流スイッチ素子が所定時間遮断されるので、交流の電源周波数の一周期毎に点弧角が制御されるときのような大きなサージノイズが毎周期発生することがなく、従って大型で高価なノイズフィルタやサージアブソーバを制御盤に組み込む必要がない。 According to the above-described configuration, at least one phase of the three-phase AC voltage is ignited or extinguished at the zero-cross position, so that noise generated can be reduced. In other words, since the AC switch element is shut off for a predetermined time in units of a plurality of cycles when the count value of the zero-cross pulse signal reaches a predetermined count threshold, the firing angle is controlled for each cycle of the AC power supply frequency. Such a large surge noise does not occur every cycle, and therefore it is not necessary to incorporate a large and expensive noise filter or surge absorber in the control panel.
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記所定時間が前記閾値制御信号に基づいて可変に設定される点にある。 The fifth characterizing feature of the can, as noted in the claim 5, in addition the first above the fourth one feature structure of the predetermined time is variably set based on the threshold control signal In the point.
上述の構成によれば、閾値制御信号によって検出電流値と基準電流値との差分値がどの程度大きいか小さいかを表すことができ、例えば差分値が大きい場合に各相電圧の遮断時間の増減量を多く調整し、差分値が小さい場合に各相電圧の遮断時間の増減量を少なく調整することにより、制御の応答性を上げることができるようになる。尚、所定時間が前記パルス信号の信号周期の（１/３）×整数倍で可変に設定されることが好ましい。 According to the above-described configuration, the threshold control signal can indicate how large or small the difference value between the detected current value and the reference current value is. For example, when the difference value is large, increase / decrease in the cutoff time of each phase voltage Control responsiveness can be improved by adjusting the amount large and adjusting the amount of increase / decrease in the cutoff time of each phase voltage to be small when the difference value is small. In addition, it is preferable that the predetermined time is variably set to (1/3) × integer multiple of the signal period of the pulse signal.
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から五の何れかの特徴構成に加えて、前記所定時期がパルス信号の計数値が前記所定の閾値に達した時期から再度計数が開始される時期の間である点にある。 In the sixth feature configuration, as described in claim 6 , in addition to any of the first to fifth feature configurations described above, the count value of the pulse signal reaches the predetermined threshold at the predetermined time. The point is that it is between the time when counting starts again.
上述の構成によれば、計数部から制御信号が出力されて次の計数を開始するまでの間に、新たな計数閾値が設定されるので、常に正確な計数比較ができるようになる。 According to the above-described configuration, since a new count threshold is set between the time when the control signal is output from the counter and the start of the next count, accurate count comparison can always be performed.
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記基準電流値を可変に設定する基準電流値設定部を備えている点にある。 The seventh characterizing feature of the can, as noted in the claim 7, in addition the first above the sixth one feature structure of, comprising a reference current value setting unit for setting the reference current value variable There is in point.
上述の構成によれば、水中ポンプ装置に装着された羽根車及び水中ポンプ装置が設置された環境に対応して、基準電流値設定部により適切な基準電流値が可変に設定されるので汎用性を確保することができるようになる。 According to the above-described configuration, an appropriate reference current value is variably set by the reference current value setting unit in accordance with the environment in which the impeller mounted on the submersible pump device and the submersible pump device are installed. Can be secured.
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記電流検出部による検出電流値と基準電流値との差分値が所定の電流閾値を超えると異常信号を出力する異常検出部を備えている点にある。 The eighth characterizing feature of the can, as noted in the claim 8, in addition the first above the seventh one characteristic feature of the difference value between the detected current value and the reference current value by the current detector Is provided with an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when a predetermined current threshold value is exceeded.
検出電流値と基準電流値との差分値が所定の電流閾値を超えると、断線状態または過負荷状態であると判定して異常検出部から異常信号が出力されるので、水中ポンプ装置の内部に、過負荷を検知して給電を自動的に遮断するバイメタル式等のオートカット機構を設ける必要がなく、また過負荷を検知する別途の感温素子等を設ける必要がなくなり、それだけ安価な水中ポンプ装置を実現することができるようになる。 If the difference between the detected current value and the reference current value exceeds a predetermined current threshold value, it is determined that the current is disconnected or overloaded, and an abnormality signal is output from the abnormality detection unit. It is not necessary to provide a bimetal type auto-cut mechanism that automatically shuts off power supply by detecting overload, and there is no need to install a separate temperature sensing element to detect overload, and it is an inexpensive submersible pump. The device can be realized.
以上説明した通り、本発明によれば、羽根の切削加工やサイズが異なる多くの羽根車の準備を要することなく、要求される吐出し量に適切に対応でき、既存の制御盤を有効に利用してコストの上昇を抑制することができるポンプ装置を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, it is possible to appropriately respond to the required discharge amount without the need for preparation of many impellers having different blade cutting processes and sizes, and effectively use the existing control panel. As a result, it is possible to provide a pump device capable of suppressing an increase in cost.
以下に、本発明による水中ポンプ装置をマンホールポンプに適用する場合を例に説明する。
図１に示すように、水中ポンプ装置１は、ポンプ部２０と、電動機３０と、制御部５０，６０を備えている。
Below, the case where the submersible pump apparatus by this invention is applied to a manhole pump is demonstrated to an example.
As shown in FIG. 1, the submersible pump device 1 includes a
ポンプ部２０は、ポンプケーシング２１と、ポンプケーシング２１に収容されたノンクロッグ式の羽根車２２と、ポンプケーシング２１と電動機３０とを接続する接続ケーシング２３とで構成されている。尚、ポンプ部２０に組み込まれる羽根車２２はノンクロッグ式に限るものではなく、ボルテックス形の羽根車２２が組み込まれていてもよい。何れも本発明が適用可能な範囲である。
The
電動機３０は、電動機フレーム３１と、電動機フレーム３１の内周壁に配設された固定子３２と、電動機軸３３と、電動機軸３３に配設された回転子３４とを備えた誘導電動機であり、電動機軸３３は上部玉軸受３５と、下部玉軸受３６によって軸支され、一端に羽根車２２が拘止され、電動機軸３３の回転に伴なって羽根車２２が回転するように構成されている。
The
羽根車２２が回転すると、ポンプケーシング２１の下部に形成した吸込口２４から水が吸い込まれ、羽根車２２の内部を通過し、周壁の一部に形成された吐出口２５から吐出される。
When the
電動機３０の上部側には、上部ケーシング４０が螺着され、上部ケーシング４０の内部にその周囲が樹脂４２で充填された制御部５０，６０が配設されている。当該制御部５０，６０は、電流制御部５０と電流検出部６０を備えて構成されている。上部ケーシング４０の上面には、制御部５０，６０を介して固定子３２に電力を供給する商用の電力線５１が挿通され、水中ポンプ装置１を懸架する昇降チェーン４１が配設されている。
On the upper side of the
マンホールの近傍に商用電源を受電して水中ポンプ装置１に給電する制御盤７０が設置されている。
図２に示すように、制御盤７０には、マンホール内に設置された水位計ＬＳが電気的に接続され、マンホールの貯水水位がポンプ起動水位に達したことが水位計ＬＳによって検知されると、制御盤７０に備えた給電スイッチが自動的に閉成されて制御部５０，６０及び電動機３０に三相の交流電力が供給され、マンホールの貯水水位がポンプ停止水位に達したことが水位計ＬＳによって検知されると、制御盤７０に備えた給電スイッチが自動的に開成されて制御部及び電動機３０への給電が停止される。
A
As shown in FIG. 2, a water level gauge LS installed in the manhole is electrically connected to the
電流制御部５０は、電源部５１と、パルス生成部５２と、計数部５３と、交流スイッチ素子５４である三つのＳＳＲと、比較部５５を備えている。電流検出部６０は、制御盤７０と接続された給電線Ｒ，Ｓ，Ｔの何れかの給電線に設置された電流トランスＣＴと、電流トランスの出力を電圧変換する抵抗回路を備えている。尚、電源は三相の交流電源であればよく、商用電源である必要はない。
The
電源部５１は、三相の交流給電線Ｒ，Ｓ，Ｔの何れか２相の相間電圧を分圧して取り出す抵抗分圧回路と、分圧を所定の直流電圧に変換するＤＣレギュレータを備えて構成され、電流制御部５０の各ブロックや電流検出部の制御回路に直流の制御用電圧が給電される。
The
パルス生成部５２は、ＵＶＷの何れかの相コイルに印加される相間電圧に基づいて商用電源周波数に同期するパルス信号、ここではゼロクロス信号を生成する回路で、２相の相間電圧を分圧して取り出す抵抗分圧回路と、分圧を電圧の中央値で二値化したパルス信号を出力する二値化回路を備えている。尚、商用電源周波数に同期するパルス信号を相電流に基づいて生成してもよい。
The
計数部５３は、パルス生成部５２から出力されるパルス信号の立上がりエッジでその数を加算計数するカウンタと、カウンタの出力と予め設定された所定の計数閾値とを比較するコンパレータとを備えて構成されている。コンパレータはカウンタの出力が予め設定された所定の計数閾値に達すると、交流スイッチ素子５４を所定時間遮断する制御信号を出力するとともに、カウンタをリセットして再度の計数動作を起動する。
The
尚、カウンタは立上がりエッジでその数を加算計数するアップカウンタである必要はなく、立上がりエッジでその数を減算計数するダウンカウンタであってもよい。後者の場合、コンパレータはダウンカウンタの出力がゼロになったか否かを比較すればよい。また、カウンタとコンパレータが一体の論理回路で構成されていてもよい。さらに、カウンタは立下がりエッジでカウントしてもよく、立ち上がりエッジと立下りエッジの双方でカウントしてもよい。 The counter need not be an up-counter that adds and counts the number at the rising edge, but may be a down counter that subtracts and counts the number at the rising edge. In the latter case, the comparator only has to compare whether or not the output of the down counter has become zero. Further, the counter and the comparator may be constituted by an integrated logic circuit. Further, the counter may count on the falling edge or on both the rising edge and the falling edge.
交流スイッチ素子５４は双方向サイリスタであるＳＳＲが用いられ、負論理の制御信号が出力されている間、つまりハイレベルの信号が出力されている間、相コイルＵＶＷへの給電が停止され、ローレベルの信号が出力されている間、相コイルＵＶＷへの給電が継続する。
The
比較部５５は、電流検出部６０による検出電流値と予め設定された基準電流値との差分値を算出する演算回路と、演算回路で生成された両電流値の差分値に基づいて、所定時期に計数部５３の計数閾値を変化させる閾値制御信号を出力する閾値制御信号生成部とを備えている。
The
当該閾値制御信号生成部は、検出電流値が基準電流値よりも低い場合に、水中ポンプ装置１の負荷が低いと判定して、計数閾値を増加させる計数閾値アップ信号を計数部５３に出力し、検出電流値が基準電流値よりも高い場合に、水中ポンプ装置１の負荷が高いと判定して、計数閾値を減少させる計数閾値ダウン信号を計数部５３に出力する。
When the detected current value is lower than the reference current value, the threshold control signal generation unit determines that the load of the submersible pump device 1 is low, and outputs a count threshold up signal for increasing the count threshold to the
計数部５３は、カウンタをリセットするタイミングで閾値制御信号に基づいて所定時期に計数閾値を更新する。例えば、計数閾値アップ信号に対応して計数閾値を１加算した値を新たな計数閾値に設定し、計数閾値ダウン信号に対応して計数閾値を１減算した値を新たな計数閾値に設定する。当該所定時期は、パルス信号の計数値が所定の閾値に達した時期から再度計数が開始される時期の間であればよく、これによって常に正確な計数比較ができるようになる。
The
つまり、検出電流値が基準電流値よりも低い場合には、相コイルＵＶＷへの給電が停止される周期が長くなり平均給電電力が増加し、検出電流値が基準電流値よりも高い場合には、相コイルＵＶＷへの給電が停止される周期が短くなり平均給電電力が減少する。平均給電電力が減少すると誘導モータの滑りが大きくなって回転数が低下し、平均給電電力が増加すると誘導モータの滑りが小さくなって回転数が上昇する。 In other words, when the detected current value is lower than the reference current value, the period during which the power supply to the phase coil UVW is stopped becomes longer, the average power supply increases, and when the detected current value is higher than the reference current value. The period at which power supply to the phase coil UVW is stopped is shortened, and the average power supply is reduced. When the average power supply decreases, the slip of the induction motor increases and the rotation speed decreases. When the average power supply increases, the slip of the induction motor decreases and the rotation speed increases.
商用電源の周波数が５０Ｈｚである場合にはその電圧波形の周期が２０ｍｓｅｃ．となるので、ゼロクロス信号の周期は１０ｍｓｅｃ．となる。計数部５３のカウンタは１０ｍｓｅｃ．のインタバルでカウントアップし、コンパレータはその都度その値と計数閾値とを比較する。
When the frequency of the commercial power supply is 50 Hz, the period of the voltage waveform is 20 msec. Therefore, the period of the zero cross signal is 10 msec. It becomes. The counter of the
計数閾値が１００に設定されている場合、１０ｍｓｅｃ．×１００＝１０００ｍｓｅｃ．（＝１ｓｅｃ．）に１回、交流スイッチ素子５４を所定時間遮断する。当該所定時間がゼロクロスのパルス信号周期である１０ｍｓｅｃ．に設定されていると、１ｓｅｃ．に１回１０ｍｓｅｃ．給電が停止される。
When the count threshold is set to 100, 10 msec. × 100 = 1000 msec. Once (= 1 sec.), The
計数部５３は、比較部５５から計数閾値アップ信号が入力されると、そのときの計数閾値に１加算した１０１を新たな計数閾値に設定し、比較部５５から計数閾値ダウン信号が入力されると、そのときの計数閾値を１減算した９９を新たな計数閾値に設定する。
When the counting threshold value up signal is input from the
その結果、電動機３０への給電電力がその電流値つまり負荷に応じて１％単位で増減制御できるようになる。
As a result, the electric power supplied to the
図３には、電流制御部５０の各部の信号波形が示されている。図３（ａ）は交流給電線Ｓ，Ｔの相間電圧波形が示され、図３（ｂ）はパルス生成部で生成されたゼロクロスのパルス信号が示されている。
FIG. 3 shows signal waveforms of each part of the
図３（ｃ）は計数部５３から出力される制御信号が示され、計数閾値が１００に設定されている場合には、制御信号の周期は１ｓｅｃ．となる。図３（ｄ）には、計数閾値ダウン信号が入力されて、計数閾値を１減算した９９を新たな計数閾値に設定した場合の制御信号が示され、図３（ｅ）には、さらに計数閾値ダウン信号が入力されて、計数閾値を１減算した９８を新たな計数閾値に設定した場合の制御信号が示されている。
FIG. 3C shows a control signal output from the
このように、検出電流値が基準電流値よりも低い場合には１秒間隔で計数閾値が増加し、検出電流値が基準電流値よりも高い場合には１秒間隔で計数閾値が減少し、最終的に検出電流値が基準電流値に収束する。 As described above, when the detected current value is lower than the reference current value, the count threshold increases at intervals of 1 second, and when the detected current value is higher than the reference current value, the count threshold decreases at intervals of 1 second. Finally, the detected current value converges to the reference current value.
尚、計数閾値の初期値が１００である必要はなく、対象となる水中ポンプ装置に応じて適宜設定すればよい。計数閾値アップ信号または計数閾値ダウン信号に応じて増加または減少する値は１に限る必要もなく適宜設定すればよい。 Note that the initial value of the count threshold need not be 100, and may be set as appropriate according to the target submersible pump device. The value that increases or decreases according to the count threshold up signal or the count threshold down signal need not be limited to 1 and may be set as appropriate.
計数閾値に最大値を設定して、計数閾値はその最大値であるときに計数閾値アップ信号が入力されても計数閾値を維持するように構成することも可能である。そして、計数閾値が最大となるときには、計数部５３の比較回路に、カウンタの出力が計数閾値に達しても交流スイッチ素子５４を所定時間遮断する制御信号の出力を禁止する出力禁止回路を設けてもよい。例えば、上述の例で計数閾値１００が最大値である場合には、常に全位相で給電されるようになる。
It is also possible to set the count threshold to a maximum value and maintain the count threshold even when the count threshold up signal is input when the count threshold is the maximum value. When the count threshold value is maximized, the comparison circuit of the
このような構成によれば、ゼロクロスのパルス信号の計数値が所定の計数閾値に達する複数周期単位で交流スイッチ素子が所定時間遮断されるので、交流の電源周波数の一周期毎に点弧角が制御されるときのような大きなサージノイズが毎周期発生することがなく、従って大型で高価なノイズフィルタやサージアブソーバを制御盤に組み込む必要がなくなる。 According to such a configuration, the AC switching element is shut off for a predetermined time in units of a plurality of cycles in which the count value of the zero-cross pulse signal reaches a predetermined count threshold, so that the firing angle is set for each cycle of the AC power supply frequency. Large surge noise as in the case of being controlled does not occur every cycle, so that it is not necessary to incorporate a large and expensive noise filter or surge absorber in the control panel.
しかも、羽根の切削加工やサイズが異なる多くの羽根車の準備を要することなく、要求される吐出し量に適切に対応でき、既存の制御盤を有効に利用してコストの上昇を抑制することができるようになる。 Moreover, without requiring the preparation of many impellers with different blade cutting and sizes, it is possible to appropriately respond to the required discharge amount, and to effectively increase the cost by using the existing control panel effectively Will be able to.
また、右下がりの揚程−水量曲線をもつポンプであれば、仕様点でポンプの羽根を、小水量側でモータを選定し、仕様点である大水量かつ低揚程のときは、本制御により、負荷を下げて送水するような選定をすることができる。 In addition, if the pump has a head-down curve with a downward slope, select the pump blade at the specification point and the motor on the small water volume side. Selection can be made to reduce the load and send water.
以下、別実施形態を説明する。
比較部５５は、検出電流値と基準電流値との差分値に基づいて計数閾値の変化の程度が可変に設定可能な閾値制御信号を出力するように構成してもよい。例えば、計数閾値の変化の程度を電圧値を異ならせたアナログ信号で出力し、或いは計数閾値の変化の程度をデジタル値として表してもよい。この場合、信号線を介してデジタル値をシリアル信号として出力することができる。
Hereinafter, another embodiment will be described.
The
このような閾値制御信号を用いれば、計数部５３のカウンタをリセットするタイミングで計数閾値を更新する際に、検出電流値と基準電流値との差分値が大きい場合には計数閾値を大きく変化させ、当該差分値が小さい場合には計数閾値を小さく変化させることができるようになるので、上述の例と比較して制御の応答性を上げることができるようになる。
By using such a threshold control signal, when the count threshold is updated at the timing of resetting the counter of the
図３（ｆ）は、図３（ｃ）から図３（ｄ）へ計数閾値を１だけ変化させる場合と比較した場合が示され、検出電流値と基準電流値との差分値が大きい場合に図３（ｃ）から大きく減少された計数閾値が示されている。 FIG. 3 (f) shows a case where the count threshold value is changed by 1 from FIG. 3 (c) to FIG. 3 (d), and when the difference value between the detected current value and the reference current value is large. The greatly reduced count threshold is shown from FIG.
制御信号の所定時間がゼロクロスのパルス信号周期またはその（１／３）×整数倍に設定されていることが好ましい。三相の交流電圧の少なくとも一相がゼロクロス位置で点弧または消弧されるとそのときに発生するノイズが低減され、他の二相は±１２０度異なる位相で点弧または消弧されるのでコイルに発生する逆起電力の極性が反対になり、同様に発生するノイズが低減できる。 It is preferable that the predetermined time of the control signal is set to a zero-cross pulse signal cycle or (1/3) × integer multiple thereof. When at least one phase of the three-phase AC voltage is ignited or extinguished at the zero crossing position, the noise generated at that time is reduced, and the other two phases are ignited or extinguished at phases different by ± 120 degrees The polarity of the counter electromotive force generated in the coil is reversed, and similarly generated noise can be reduced.
制御信号の所定時間が閾値制御信号に基づいて可変に設定されるように構成してもよい。閾値制御信号によって検出電流値と基準電流値との差分値が大きいと判断できる場合に、各相電圧の遮断時間が長くなるように調整し、差分値が小さいと判断できる場合に、各相電圧の遮断時間を短くなるように調整することにより、制御の応答性を上げることができるようになる。尚、当該所定時間もゼロクロスのパルス信号周期の（１／３）×整数倍で可変に設定されることが好ましい。 The predetermined time of the control signal may be variably set based on the threshold control signal. When it can be determined that the difference value between the detected current value and the reference current value is large by the threshold control signal, adjustment is made so that the cutoff time of each phase voltage is long, and when it can be determined that the difference value is small, each phase voltage It is possible to improve control responsiveness by adjusting the shut-off time of. The predetermined time is also preferably set variably at (1/3) × integer multiple of the zero cross pulse signal period.
例えば、ＰＷＭ制御に基づいて所定時間を設定することができる。検出電流値と基準電流値との差分値に最大基準値と最大基準値に対応する制御信号の最大パルス幅を設定しておき、実際の検出電流値と基準電流値との差分値の最大基準値に対する比率と、制御信号の最大パルス幅との積を最終の制御信号のパルス幅として出力することができる。 For example, the predetermined time can be set based on PWM control. Set the maximum reference value and the maximum pulse width of the control signal corresponding to the maximum reference value as the difference value between the detected current value and the reference current value, and set the maximum reference of the difference value between the actual detected current value and the reference current value. The product of the ratio to the value and the maximum pulse width of the control signal can be output as the pulse width of the final control signal.
制御信号の所定時間つまり電動機３０への給電停止時間を、閾値制御信号に基づいて可変に設定する構成と、常に一定の給電停止時間に設定する構成とをモード切替スイッチ等で切り替え可能に構成してもよい。
A configuration in which a predetermined time of the control signal, that is, a power supply stop time to the
基準電流値を可変に設定する基準電流値設定部を備えていることが好ましく、水中ポンプ装置１に装着された羽根車及び水中ポンプ装置１が設置された環境に対応して、基準電流値設定部により適切な基準電流値が可変に設定可能になるので汎用性を確保することができるようになる。 It is preferable that a reference current value setting unit that variably sets the reference current value is provided, and the reference current value setting is performed according to the environment in which the impeller mounted on the submersible pump device 1 and the submersible pump device 1 are installed. Since an appropriate reference current value can be variably set by the unit, versatility can be ensured.
モード切替スイッチや基準電流値設定部を初期設定する調整部が設けられ、制御部５０，６０が収容されたケーシングが、調整部を除いて予め樹脂によりモールドされ、手動調整後に調整部が樹脂でモールドされるように構成すれば、制御部５０，６０が収容されたケーシングを、制御盤７０ではなく、ポンプケーシングまたはポンプケーシング近傍に取り付けることができるようになるので、配線等の電装が容易になる。
An adjustment unit for initial setting of the mode changeover switch and the reference current value setting unit is provided, and the casing in which the
図４に示すように、調整部は基準電流を調整する調整ボリューム５７で構成され、電流制御部５０の回路基板上に手動で調整できる位置に配設されている。調整ボリューム５７には、電源部５１から制御用の直流電圧が印加され、出力調整ボリューム５７が回転操作されると、操作量に対応した調整電圧が基準電流値として比較部５５に入力される。
As shown in FIG. 4, the adjustment unit includes an
当該水中ポンプ装置１をマンホールに設置する際に、上部ケーシング４０が取り外され、作業者により出力調整ボリューム５７が操作されて、要求される吐出し量に対応した適切な回転数に調整され、その後、作業者により調整部に樹脂４２が充填され、上部ケーシング４０が再度本体に取り付けられる。
When installing the submersible pump device 1 in the manhole, the
上述した実施形態では、パルス生成部５２で生成されるパルス信号が電源周波数に同期したゼロクロス信号である場合を例に説明したが、パルス生成部５２で生成されるパルス信号は、相コイルに印加される相間電圧または相電流に基づいて電源周波数に同期するパルス信号であればよく、ゼロクロス信号に限るものではない。
In the embodiment described above, the case where the pulse signal generated by the
この場合でも、所定時間がゼロクロス信号の周期の（１／３）×整数倍に設定されることが好ましく、そのため、当該電源周波数に同期するパルス信号の信号エッジをゼロクロスに同期させるタイミング調整回路を備えることが好ましい。 Even in this case, it is preferable that the predetermined time is set to (1/3) × integer multiple of the cycle of the zero-cross signal. Therefore, a timing adjustment circuit that synchronizes the signal edge of the pulse signal synchronized with the power supply frequency to zero-cross is provided. It is preferable to provide.
電流検出部６０による検出電流値と基準電流値との差分値が所定の電流閾値を超えると異常信号を出力する異常検出部を備えていることが好ましい。
It is preferable to include an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when the difference value between the current value detected by the
検出電流値と基準電流値との差分値が所定の電流閾値を超えると、断線状態または過負荷状態であると判定して異常検出部から異常信号が出力されるので、水中ポンプ装置の内部に、過負荷を検知して給電を自動的に遮断するバイメタル式等のオートカットを設ける必要がなく、またサーモガードのために過負荷を検知する別途の感温素子等を設ける必要がなくなり、それだけ安価な水中ポンプ装置を実現することができるようになる。 If the difference between the detected current value and the reference current value exceeds a predetermined current threshold value, it is determined that the current is disconnected or overloaded, and an abnormality signal is output from the abnormality detection unit. It is not necessary to provide a bimetal type auto-cut that automatically cuts off power supply by detecting an overload, and it is not necessary to provide a separate temperature sensing element to detect overload for the thermo guard. An inexpensive submersible pump device can be realized.
また、従来、オートカットやサーモガードのために、モータの定格毎に異なる素子を用意する必要があったが、本発明によれば、上述の異常検出部を備えなくとも、電源部５１からの給電によって駆動する一定の素子を用いて複数の定格のポンプをカバーすることができるようになる。
Conventionally, it has been necessary to prepare a different element for each motor rating for auto-cutting or thermo-guarding, but according to the present invention, the
上述の各種の実施形態は、本発明の一実施例であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲で各部の具体的材料やサイズ、さらには具体的な回路構成は適宜変更設計可能である。 The above-described various embodiments are examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the description. Specific materials and sizes of the respective parts within the scope of the effects of the present invention, The specific circuit configuration can be changed and designed as appropriate.
１：水中ポンプ装置
２０：ポンプ部
３０：電動機（誘導電動機）
５０：電流制御部
５１：電源部
５２：パルス生成部
５３：計数部
５４：交流スイッチ素子（ＳＳＲ）
５５：比較部
７０：制御盤
６０：電流検出部
ＣＴ：電流トランス
1: Submersible pump device 20: Pump unit 30: Electric motor (induction motor)
50: Current control unit 51: Power supply unit 52: Pulse generation unit 53: Counting unit 54: AC switching element (SSR)
55: Comparison unit 70: Control panel 60: Current detection unit CT: Current transformer
Claims (8)
前記電流制御部は、
前記相コイルに印加される相間電圧または相電流に基づいて電源周波数に同期するパルス信号を生成するパルス生成部と、
前記パルス生成部から出力されるパルス信号の数を計数し、所定の計数閾値に達すると前記交流スイッチ素子を所定時間遮断する制御信号を出力する計数部と、
前記電流検出部による検出電流値と基準電流値との差分値に基づいて、目標となる水中ポンプの負荷に対応した平均給電電力となるように、所定時期に前記計数閾値を変化させる閾値制御信号を出力する比較部と、
を備えて構成されている水中ポンプ装置。 A pump incorporating an induction motor that applies a three-phase AC voltage supplied from a power source to each phase coil, a current detection unit that detects a current value flowing through the phase coil, and a current detected by the current detection unit A submersible pump device comprising: a current control unit including an AC switching element that intermittently applies a voltage applied to each phase coil based on a value;
The current controller is
A pulse generator that generates a pulse signal synchronized with a power supply frequency based on an interphase voltage or a phase current applied to the phase coil;
A counting unit that counts the number of pulse signals output from the pulse generation unit and outputs a control signal that shuts off the AC switching element for a predetermined time when a predetermined count threshold is reached;
A threshold control signal that changes the counting threshold at a predetermined time based on a difference value between a current value detected by the current detection unit and a reference current value so as to obtain an average feed power corresponding to a target load of the submersible pump. A comparison unit that outputs
Submersible pump device that is configured with.
The submersible pump device according to any one of claims 1 to 7 , further comprising: an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when a difference value between a detected current value by the current detection unit and a reference current value exceeds a predetermined current threshold value. .
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