JPH0591199U - 単相インダクション・モータ用ソフトスタート回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 始動ピーク電流を抑制するとともに、電圧が
９５％以上に昇圧した時点で全電圧投入に切り換えて節
電及びサイリスタの保護を行う。 【構成】 本考案の単相インダクション・モータ用ソフ
トスタート回路１は、単相交流ＡＣのゼロクロスを検出
し同期信号Ｃを出力するゼロクロス同期信号発生手段２
と、単相交流電源ＡＣに設けたサイリスタ４０を備える
電圧制御手段４と、モータ始動指令ＯＮを受けて作動を
開始し、同期信号Ｃに基づき、そのプログラムにより所
定始動期間において位相角制御または周波数制御による
電圧制御信号Ｇをサイリスタ４０のゲートに出力して誘
導負荷５に入力する電圧値を段階的に増加させるゲート
制御手段３とを備えるものにおいて、電圧制御手段４
が、サイリスタ４０に並列となるように全電圧投入素子
４２を配置し、ゲート制御手段３が、始動期間が終了し
た時点でサイリスタ４０の作動を停止すると同時に、接
点導通信号Ｈを全電圧投入素子４２に出力して、単相交
流電源ＡＣの全電圧を誘導負荷５に供給するよう構成し
たことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、単相インダクション・モータ用ソフトスタート回路に関し、特に、 単相交流電源を位相角制御のみ、または位相角制御と周波数制御とにより電圧／ 周波数（Ｖ／Ｆ）値を制御して、所定の始動時間内に電圧を漸進的に増加するこ とで、始動時に過大な始動ピーク電流または振動などが発生することを防止する 単相インダクション・モータ用ソフトスタート回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来において、単相インダクション・モータと呼ばれる単相誘導電動機は、直 流電動機に比べて安価で、しかも保守点検をほとんど必要としないため、電気冷 蔵庫、洗濯機、クーラなどの家庭電化製品から電動工具などの軽工業機器にまで 広く利用されてきた。

【０００３】 そして、３相インダクション・モータにおいては、起動時に定格電流の３倍か ら１２倍の始動ピーク電流が流れるので、始動電圧を制御する方法として、単巻 変圧器のタップを切り換える始動補償法、Ｙ接続後にΔ接続に切り換えるスター ／デルタ始動法、コンドルファー始動法、リアクトル始動法などが知られ、始動 電圧を段階的に昇圧することで始動ピーク電流を制御していた。

【０００４】 また、単相インダクション・モータについては、始動ピーク電流が３相インダ クション・モータより小さいので、全電圧を直に電動機に供給する直入れ始動法 を採用しても大きな問題はないと見なされてきた。

【０００５】 しかしながら、図１０に示したように、単相インダクション・モータについて も、直入れ始動法を採用した場合、縦軸に電流Ｉを横軸に時間Ｔを表すと、ｔ１ 時にスイッチ・オンとなると図示の始動ピーク電流Ｉ_S が流れていた。この始動 ピーク電流Ｉ_S の大きさは誘導負荷により異なるが、おおよそ定格電流ＩＲの３ 倍から６倍の値となり、図示の一例では約３倍となっている。そして、定格電流 ＩＲに落ち着くｔ２時に向けて電流値が減少するので、その減少曲線ａ及びモー タの負荷曲線ｂとで囲まれる斜線部分が、主にコイルの発熱またはモータの振動 現象として、長い目で見ると大きなエネルギー損失Ｌとなっていた。また、電源 の一時的な電圧降下現象を発生させるので、同一電源の電気器具に悪い影響をあ たえることにもなっていた。なお、定格電流ＩＲに落ち着いた後は、ほぼ水平な 定格直線ｃを描き、ｔ３時にスイッチ・オフとなると、電流値は停止曲線ｄを描 いて消失する。以下、ｔ４，ｔ５，ｔ６時にも同様にスイッチのオン・オフに対 応した電流曲線を描いていた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案が解決しようとする課題は、単相インダクション・モータの始動時に始 動ピーク電流が発生し、電気エネルギーの損失、モータ寿命の短縮、誘導負荷の 振動及び電源電圧低下による他の電機器具への悪影響などという悪い結果をもた らしていた点である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の単相インダクション・モータ用ソフトスタート回路は、単相交流のゼ ロクロスを検出し同期信号をゼロクロス同期信号発生手段と、単相交流電源に設 けた複数のサイリスタを備える電圧制御手段と、モータ始動指令を受けて作動を 開始し、同期信号に基づき、そのプログラムにより所定始動期間において位相角 制御または周波数制御による電圧制御信号をサイリスタのゲートに出力して誘導 負荷に入力する電圧値を段階的に増加させるゲート制御手段とを備えるものにお いて、電圧制御手段が、誘導負荷に全電圧を供給する全電圧投入素子をサイリス タに並列となるように配置し、ゲート制御手段が始動期間が、終了した時点で電 源制御信号の出力を停止してサイリスタの作動を停止すると同時に、接点導通信 号を全電圧投入素子に出力して、単相交流電源の全電圧を誘導負荷に供給するよ うに構成したことを主要な特徴とする。始動ピーク電流を有効に制御し電圧が９ ５％以上になった時点で全電圧投入に切り換えるという目的を、中央処理装置（ ＣＰＵ）を採用した簡単な回路構成により達成した。

【０００８】

【実施例】

図１において、本考案の単相インダクション・モータ用ソフトスタート回路１ （以下、ソフトスタート回路１という）は、ゼロクロス同期信号発生手段２とゲ ート制御手段３と電圧制御手段４とを基本回路構成として、単相交流電源ＡＣ及 び誘導負荷５との間に設けるもので、ゼロクロス同期信号発生手段２から単相交 流電源ＡＣのゼロクロスに基づくゼロクロス同期信号Ｃをゲート制御手段３に入 力してゲート制御手段３及び電圧制御手段４を同期制御するとともに、始動指令 信号ＯＮが入力された時にゲート制御手段３から電圧制御信号Ｇを電圧制御手段 ４のサイリスタ４０に入力して、誘導負荷５の単相インダクション・モータＩＭ の始動ピーク電流Ｉ_S （図９を参照）を制御するとともに、始動期間が終了した 時点でゲート制御手段３から全電圧投入信号Ｈを電圧制御手段４の全電圧投入素 子４２に入力して、単相交流電源ＡＣの全電圧（１００Ｖ）を誘導負荷６に供給 する。第１の実施例 図２と図３とにおいて、本考案にかかわるソフトスタート回路１の第１実施例 を説明すると、ゼロクロス同期信号発生手段２は、単相交流電源ＡＣの入力線Ｘ ，Ｙから回路電源ＶをえるトランスＴ１，単相交流電源ＡＣを整流するブリッジ 整流器ＢＧ，コンパレータＯＰ１，ダイオードＤ１，Ｄ２及びフリップ・フロッ プＩＣ１，ＩＣ２から構成されて、図３の１段目を見ると分かりやすいように、 単相交流電源ＡＣの入力線Ｘ−Ｙ電圧がゼロとなる時点を検出してパルスを発生 し、ゼロクロス同期信号Ｃ（図３の２段目を参照）としてゲート制御手段３に入 力する。このゼロクロス同期信号Ｃによりゲート制御手段３及び電圧制御手段４ のサイリスタ４０を同期制御する。

【０００９】 ゲート制御手段３は、所定の始動期間において予め設定されたプログラムによ り導通位相角を制御する電圧制御信号Ｇを電圧制御手段４のサイリスタ４０に入 力して単相交流電源ＡＣの出力線Ｘ’−Ｙ’電圧を段階的に増加させた後（図３ は全電圧の５０％），出力線Ｘ’−Ｙ’側の電圧が全電圧の９５％となる時に電 圧制御信号Ｇの出力を停止するとともに、電圧制御手段４の全電圧投入素子４２ に接点導通信号Ｈを出力して全電圧を誘導負荷５に提供するように構成したマイ クロプロセッサとしてのＣＰＵ（中央処理装置）３０と、このＣＰＵ３０から出 力される電圧制御信号Ｇを増幅して電圧制御手段４に入力する増幅器３２とを備 えている。

【００１０】 電圧制御手段４は、サイリスタ４０として２個のＳＣＲ１，ＳＣＲ２を入力線 Ｘに並列挿入し、各ゲートＧ１，Ｇ２にゲート制御手段３のＣＰＵ３０から増幅 器３２を介して電圧制御信号Ｇの入力を受ける。この電圧制御信号Ｇは、２個の ＳＣＲ１，ＳＣＲ２に対応してゲートＧ１に入力される第１トリガー信号ＧＴ１ 及びゲートＧ２に入力される第２トリガー信号ＧＴ２を含んでおり、第１トリガ ー信号ＧＴ１がＳＣＲ１に入力されると正電圧が流れ（図３の３段目を参照）、 第２トリガー信号ＧＴ２がＳＣＲ２に入力されると負電圧が流れる（図３の４段 目を参照）とともに、始動期間の初期においてマイクロプロセッサ３０のプログ ラムにより間隔の開いていた導通位相角が徐々に間隔を縮めて出力線Ｘ’−Ｙ’ 側の電圧出力を段階的に増加させ、全電圧の９５％に到達したのち１〜２秒の余 裕をおいて、電圧制御信号Ｇの出力を停止すると同時に、全電圧投入信号Ｈによ り全電圧投入素子４２つまり電磁接触器ＭＲの接点を閉じて単相交流電源ＡＣの 全電圧を誘導負荷５に投入する。そして、この全電圧投入の時点でＳＣＲ１，Ｓ ＣＲ２には電圧制御信号Ｇの入力が停止されて、オープン回路状態となってパワ ー消費ならびに発熱を抑止する。

【００１１】 第２実施例 図４において、本考案にかかわるソフトスタート回路１の第２実施例は、第１ 実施例と同じ回路構成のゼロクロス同期信号発生手段２及びゲート制御手段３と 、第１実施例とは異なる回路構成の電圧制御手段４と、第１実施例にはない電源 フィルタ６とを備えているので、まず電圧制御手段４について説明すると、サイ リスタ４０として４個のトライアックＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４を単相交 流電源ＡＣの入力線Ｘ，Ｙ間に並列挿入して、各ゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４ にゲート制御手段３のＣＰＵ３０から増幅器３２を介し電圧制御信号Ｇの入力を 受ける。そして、入力線Ｘ側に配置されたトライアックＴｒ１と並列になるよう に全電圧投入素子４２（図１を参照）として電磁接触器ＭＲ１を設けるとともに 、入力線Ｙに配置されたトライアックＴｒ３と並列になるように全電圧投入素子 ４２として電磁接触器ＭＲ２を設けている。そして、図５に示すように、サイリ スタ４０を構成している４個のトライアックＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４は 、トライアックＴｒ１が導通する時にはトライアックＴｒ３が導通し、トライア ックＴｒ２が導通する時にはトライアックＴｒ４が導通するとともに、トライア ックＴｒ１，Ｔｒ４及びＴｒ２，Ｔｒ３は同時には導通することがないように回 路構成している。

【００１２】 ＬＣフィルタ６は、単相交流電源ＡＣの変動により電圧波形に深い切り込みが 入ることによりゼロクロス同期信号Ｃが乱れて、トライアックＴｒ１，Ｔｒ２， Ｔｒ３，Ｔｒ４の制御が不安定になることを防止するために設けるもので、この 電源フィルタ６を通過した単相交流電源ＡＣは、きれいな正弦波となって安定し た制御が行えるようになる。

【００１３】 従って、第２実施例のソフトスタート回路１は、位相角制御により電圧Ｖを段 階的に昇圧させるとともに、ゲート制御手段３のプログラムによりトライアック Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４の導通順序を制御して電圧Ｖに応じた周波数Ｆ 変換を行って、Ｖ／Ｆ値を一定に保ち、単相交流電源ＡＣの単相インダクション ・モータＩＭ（特にかご型）の電機子に流れる電流と回転トルクを一定値に維持 するので、低電圧時でも良好な始動能力を発揮させることができる。

【００１４】 ここで、第２実施例の周波数Ｆの変換を説明すると、例えば６０Ｈｚの周波数 Ｆは公約数により１，２，３，４，５，６，１０，１２，１５，２０，３０，６ ０Ｈｚに等分割できるので、ゲート制御手段３のＣＰＵ３０に設定できるプログ ラムとして、表１（６０Ｈｚ，３０Ｈｚ，２０Ｈｚ，１５Ｈｚのみを記載）を例 示する。

【００１５】

【表１】

【００１６】 この表１と図４と図６とにおいて、周波数Ｆが６０Ｈｚの場合は、図６に示す ように、ゲート制御手段３のＣＰＵ３０が、最初にトライアックＴｒ１，Ｔｒ３ のゲートＧ１，Ｇ３に第１，第３トリガー信号ＧＴ１，ＧＴ３として正の“１” を入力し、トライアックＴｒ２，Ｔｒ４のゲートＧ２，Ｇ４に第２，第４トリガ ー信号ＧＴ２，ＧＴ４，“０”を入力するとともに、次回にゲートＧ１，Ｇ３に “０”を入力し、ゲートＧ２，Ｇ４に負の“１”を入力することを繰り返すので 、図３に示した第１実施例と同じ制御結果となる。

【００１７】 表１と図４と図７とにおいて、周波数Ｆが３０Ｈｚの場合は、先ずゲートＧ１ ，Ｇ３に正の“１”を入力し、次にゲートＧ２，Ｇ４に正の“１”を入力し、か つ同じくゲートＧ２，Ｇ４に負の“１”を入力した後、ゲートＧ１，Ｇ３に負の “１”を入力するというパターンを繰り返すことにより、３０Ｈｚの周波数Ｆを 獲得することができる。つまり、ゲートＧ１，Ｇ３／ゲートＧ２，Ｇ４に“１０ ０１０１１０”（下線は負を示す）を繰り返して入力するプログラムを設定する 。

【００１８】 表１と図４と図８とにおいて、周波数Ｆが２０Ｈｚの場合は同様にゲートＧ１ ，Ｇ３に“１０１１０１”を、ゲートＧ２，Ｇ４に“０１００１０”を繰り返し て入力するプログラムを設定し、周波数Ｆが１５Ｈｚの場合は図示していないが 、ゲートＧ１，Ｇ３に“１０１００１０１”を、ゲートＧ２，Ｇ４に“０１０１ １ ０１０”を入力するプログラムを設定すればよい。

【００１９】

【考案の効果】

本考案のソフトスタート回路１の効果を図９について説明すると、ｔ１時のス イッチ・オンで位相角制御により導通が遅らされて低い始動電圧に抑えられるの で、始動ピーク電流Ｉ_S は定格電流ＩＲよりわずかに大きいものに制御される。 この際、増大曲線ａ及びモータの負荷曲線ｂとで囲まれる小さな斜線部分がエネ ルギー損失Ｌとなるにとどまるので、コイルの発熱またはモータの振動現象を有 効に抑えることができるとともに、同一電源の電圧降下という現象も発生しない 。また、図１，２，４に示したように、段階的に昇圧して９５％以上の電圧にな るとゲート制御手段３により全電圧投入素子４２としての電磁接触器ＭＲ，ＭＲ １，ＭＲ２を作動させて、サイリスタ４０を休ませるのでパワー消費及び発熱の 抑制と装置の使用寿命の延長とに効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による単相インダクションモータ用ソフ
トスタート回路の基本的回路系統図である。

【図２】本考案によるソフトスタート回路の第１実施例
を示す図である。

【図３】図２中の信号のタイムチャートを示す図であ
る。

【図４】本考案によるソフトスタート回路の第２実施例
を示す図である。

【図５】サイリスタの回路構成図である。

【図６】周波数が６０Ｈｚの場合の図４中の信号のタイ
ムチャートを示す図である。

【図７】周波数が３０Ｈｚの場合の時間と図４中の信号
のタイムチャートを示す図である。

【図８】周波数が２０Ｈｚの場合の図４中の信号のタイ
ムチャートを示す図である。

【図９】本考案によるソフトスタート回路の電流のタイ
ムチャートを示す図である。

【図１０】従来の単相インダクションモータにおける直
流れ始動法を採用した場合の電流のタイムチャートを示
す図である。

【符号の説明】

１ ソフトスタート回路 ２ ゼロクロス同期信号発生手段 ３ ゲート制御手段 ４ 電圧制御手段 ５ 誘導負荷 ６ フィルタ ３０ ＣＰＵ ３２ 増幅器 ４０ サイリスタ（ＳＣＲ１，ＳＣＲ２，Ｔｒ１，Ｔｒ
２，Ｔｒ３，Ｔｒ４） ４２ 全電圧投入素子 Ｃ ゼロクロス同期信号 Ｇ 電圧制御信号 ＡＣ 単相交流電源 ＩＭ 単相インダクション・モータ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 単相交流電源と誘導負荷との間に設け
   て、誘導負荷に備えた単相インダクション・モータの始
   動ピーク電流を制御するものであって、 単相交流電源のゼロクロス信号を検出し同期信号として
   出力するゼロクロス同期信号発生手段と、 単相交流電源に対して設けた少なくとも２個のサイリス
   タを備える電圧制御手段と、 モータ始動指令信号を受けて作動を開始し、ゼロクロス
   同期信号発生手段からの同期信号に基づき、そのプログ
   ラムにより所定の始動期間において電圧制御信号を電圧
   制御手段に配したサイリスタのゲートに出力して誘導負
   荷に入力する電圧値を段階的に増加させるゲート制御手
   段とを備えるものにおいて、 電圧制御手段が、誘導負荷に全電圧を供給する全電圧投
   入素子をサイリスタに並列となるように配置し、 ゲート制御手段が、そのプログラムにより始動期間が終
   了した時点で電源制御信号の出力を停止してサイリスタ
   の作動を停止すると同時に、接点導通信号を全電圧投入
   素子に出力して、単相交流電源の全電圧を誘導負荷に供
   給するように構成した単相インダクション・モータ用ソ
   フトスタート回路。
2. 【請求項２】 上記電圧制御手段が、そのサイリスタを
   少なくとも２個のＳＣＲ（シリコン制御整流器）とし、
   上記ゲート制御手段が、出力する電圧制御信号を正負の
   トリガー信号とする請求項１記載の単相インダクション
   ・モータ用ソフトスタート回路。
3. 【請求項３】 上記電圧制御手段が、そのサイリスタを
   少なくとも４個のＴＲＩＡＣ（トライアック）とし、上
   記ゲート制御手段が、出力する電圧制御信号を電圧に合
   わせて周波数を決定する正負のトリガー信号とすること
   で電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）制御を行う請求項１記載の単
   相インダクション・モータ用ソフトスタート回路。