JP6694250B2 - ポンプシステム及び制御装置 - Google Patents
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Description
更に、モータ内部にインバータ装置などモータ制御装置を内蔵し、ポンプ、モータ、制御装置を一体構造とすることで、ケーブルの長さに応じてポンプの現地据え付け作業時に設定作業を行わないで済む方法も提案されている(特許文献1参照)。しかし、インバータ装置など高度な電子部品をモータ一体構造とするために、シール構造など通常とは異なる構造となるため、高コストになってしまうという問題がある。
図1は、本実施形態に係るポンプシステム100の概略構成図である。図1に示すように、ポンプシステム100は、制御装置1と、制御装置1とケーブル2を介して接続された電動機3と、電動機の後述する回転シャフト31に接続され且つ水を汲み上げるポンプ4とを備える。ここで、電動機3とポンプ4とは、一例として、井戸ケーシング7の水の中に配置されている。また、ケーブル2は三つの配線が束になって被覆されている。
電圧変換部163は、電源から供給された交流電圧(例えば、AC200V)を所望の直流電圧(例えば、DV5V、15V、または24V)などに変換する。そして、電圧変換部163は、変換後の直流電圧を、検出回路164、CPU165、記憶部MEM及び不図示のメモリなどの各種弱電圧電子回路に電圧を供給する。これにより、各種弱電圧電子回路を機能させることができる。
図5に示すように、インバータIVと電動機3の等価回路図と検出回路164の概略構成図である。ここで、RL1は第1の配線L1の配線抵抗の抵抗値、RL2は第2の配線L2の配線抵抗の抵抗値、Lmは電動機3のコイルのインダクタンス、Rmは電動機3のコイルの抵抗値、Rsは検出抵抗162の抵抗値である。
AD変換部23は、アンプ21から入力された電圧をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をCPU165へ出力する。また、AD変換部23は、アンプ22から入力された電圧をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をCPU165へ出力する。
図6は、記憶部MEMに記憶されているテーブルT1の一例である。テーブルT1において、インバータIVが交流電圧を出力する時の分圧電圧Vaと、電動機の定格出力(以下、電動機出力という)とが関連付けられている。
具体的には、制御装置1が初回に電源を投入された場合、例えば、CPU165は、インバータIVの電圧変換回路161に交流電圧を出力させる。CPU165は、そのときの分圧電圧Vaを検出回路164から取得する。そして、CPU165は、例えば、テーブルT1を参照して、この分圧電圧Vaに対応する電動機出力を決定する。例えば、分圧電圧Vaが0.5Vの場合に、この0.5VがテーブルT1における交流電圧出力時の分圧電圧の範囲0.45〜0.55に入るので、この0.45〜0.55に対応付けられた1.5kWを電送機出力として決定する。
また、CPU165は、始動電圧の振幅に加えて、始動周波数及び/または周波数加速レートを変更してもよい。その場合、テーブルT2において、始動電圧の振幅に加えて、始動周波数及び/または周波数加速レートが関連付けられていてもよい。
例えば、始動周波数を従前の始動周波数より高くすることにより、目標電圧に到達する時間を短縮することができる。例えば、周波数加速レートを従前の周波数加速レートより上昇させることにより、目標電圧に到達する時間を短縮することができる。
図8、図9の条件のもとで、交流電圧による電動機の特性(例えば、電動機出力、または電動機のインダクタンス)の特定方法の原理について図10を用いて説明する。図10は、電圧変換回路161から交流電圧が出力される場合におけるインバータIVと電動機3の等価回路図である。図10に示す等価回路において、電圧変換回路161の出力電圧の振幅Vacは、次の式(1)で表される。
電動機のインピーダンスは|Z|は、√{(2πfLm)2+Rm2}であるため、電圧変換回路161の出力電圧の周波数に比例して上昇する。
例えば、電圧変換回路161の出力電圧の振幅Vacを10V、電圧変換回路161の出力電圧の周波数fを1kHz(すなわち1000Hz)とし、検出抵抗162の抵抗値Rsを例えば5Ωにした場合を想定する。この5Ωという抵抗値は、ケーブル2に含まれる第2の配線L2の抵抗値と比べて充分に大きい値である。
この想定の下でコイルインダクタンスが15mH(すなわち電動機出力が1.5kW)の時、電動機のインピーダンスは|Z|は、コイルの直流抵抗Rm(=2.44Ω)を無視して94.2(=|Z|=√(2×1000(Hz)×0.015(H)×3.14))(Ω)となる。
上述した処理によって電動機出力またはコイルインダクタンスが特定された後に、CPU165はケーブル2の長さを決定する。
(ステップS202)CPU165は、記憶部MEMから設定データを読み込む。これにより、前回設定された設定データが読み込まれる。この設定データには、始動電圧の振幅、始動周波数及び/または周波数加速レートが含まれている。
(ステップS203)次に、CPU165は、読み出した始動電圧の振幅、始動周波数及び/または周波数加速レートで、電圧変換回路161から電動機3に駆動電圧を出力させる。これにより、電動機3の回転シャフト31が回転しポンプが始動する。
吸込管5内の圧力は、時刻0から時刻t1まで目標圧力のまま一定であり、時刻t1で吐出バルブ8が開放すると吸込管5内の圧力が低下する。時刻t2で吸込管5内の圧力がポンプ起動圧力以下になると、CPU165は、電動機3への駆動電圧の供給を開始しポンプ4が起動する。通常の場合、曲線W1に示すように、ポンプ4の起動時の時刻t2から、通常復旧時間T1が経過した時t3に目標圧力に到達する。一方、吸込管5内の圧力の回復が遅れる場合、例えば、曲線W2に示すように、ポンプ4の起動時の時刻t2から、通常復旧時間T1に加算して更に復旧遅れ時間T2が経過した時t4に目標圧力に到達する。
吸込管5内の圧力は、時刻0から時刻t5まで目標圧力のまま一定であり、時刻t5で吐出バルブ8が開放すると吸込管5内の圧力が低下する。時刻t6で吸込管5内の圧力がポンプ起動圧力以下になると、CPU165は、電動機3への駆動電圧の供給を開始しポンプ4が起動する。通常の場合、曲線W3に示すように、ポンプ4の起動時の時刻t6から、通常復旧時間T1が経過した時t7に目標圧力に到達する。一方、吸込管5内の圧力の回復が早まる場合、例えば、曲線W4に示すように、ポンプ4の起動時の時刻t2から、通常復旧時間T1より過加速時間T3だけ短い時間が経過した時t8に目標圧力に到達する。
また、本実施形態では、制御ユニット16がインバータIVと制御部CONとを備える構成としたが、これに限らず、インバータIVは制御装置1内で且つ制御ユニット16外であってもよいし、制御装置1に対してインバータIVが外付けで接続されてもよい。
Claims (6)
- 回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、
前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、
前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、
前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、
前記汲み上げられた水を通す吸込管内の圧力を計測する圧力計と、
を備え、
前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間に応じて、アクセス可能な記憶部に記憶された前記駆動電圧の特性を更新し、前記ポンプを次回動かすときに、前記記憶部に記憶された前記特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる
ポンプシステム。 - 前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を超える場合、前記記憶部に記憶された、前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を上げる更新を行うか、または前記記憶部に記憶された前記駆動電圧を上げる更新を行う
請求項1に記載のポンプシステム。 - 前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を下回る場合、前記記憶部に記憶された、前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を下げるか、または前記記憶部に記憶された前記駆動電圧を下げる更新を行う
請求項1または2に記載のポンプシステム。 - 回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、
前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、
前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、
前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、
を備え、
前記配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性とが関連付けられて記憶されており、
前記配線に流れる電流量を表す値と前記電動機の特性との組毎に前記駆動電圧の特性が関連づけられて記憶されている不揮発性の記憶媒体である記憶部を更に備え、
前記制御部は、当該制御部の電源投入時に、前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に対応する電動機の特性を前記記憶部から読み出し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と前記読み出した電動機の特性の組に対応する駆動電圧の特性を前記記憶部から読み出し、前記読み出した特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる
ポンプシステム。 - 回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、
前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、
前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、
前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、
を備え、
前記汲み上げられた水を通す吸込管内の圧力を計測する圧力計を更に備え、
前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始してから所定の時間が経過しても、前記圧力が所定の圧力まで上昇しない場合、前記駆動電圧を増大させるか、または前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を増加させる
ポンプシステム。 - 回転シャフトが水を汲み上げるポンプに接続された電動機に、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータに交流電圧を出力させたときの前記インバータと前記電動機とを接続する配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部を備え、
前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間に応じて、アクセス可能な記憶部に記憶された前記駆動電圧の特性を更新し、前記ポンプを次回動かすときに、前記記憶部に記憶された前記特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる
制御装置。
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