JPH0621826B2 - Induction motor load condition detector - Google Patents
Induction motor load condition detectorInfo
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- JPH0621826B2 JPH0621826B2 JP61260977A JP26097786A JPH0621826B2 JP H0621826 B2 JPH0621826 B2 JP H0621826B2 JP 61260977 A JP61260977 A JP 61260977A JP 26097786 A JP26097786 A JP 26097786A JP H0621826 B2 JPH0621826 B2 JP H0621826B2
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は誘導電動機の負荷状態をコイル電流とその印加
電圧との間の位相差によって検知する誘導電動機の負荷
状態検知装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention relates to an induction motor load state detection device for detecting the load state of an induction motor based on the phase difference between the coil current and its applied voltage. Regarding
(従来の技術) 誘導電動機(以下単に電動機と称す)の負荷変動等負荷
の状態を検出する方法として、従来より回転速度を検出
の対象とする方法がある。この方法を実現する手段とし
てタコメーター等ロータの機械的運動を取出して電気信
号に変換するようにした構成のものがあるが、このもの
は機械的駆動部分を有するため長寿命性に劣る。これに
対して電動機の入力電流を検出する純粋電気的手段があ
るが、この入力電流が電源電圧の変動,電動機の温度変
化等外的条件によっても変化するため検出精度が低いと
いう欠点がある。(Prior Art) As a method of detecting a load state such as load fluctuation of an induction motor (hereinafter, simply referred to as an electric motor), there is a method of detecting a rotation speed as a conventional target. As a means for implementing this method, there is a structure such as a tachometer which takes out a mechanical movement of the rotor and converts it into an electric signal, but this one has a mechanical driving portion and thus is inferior in long life. On the other hand, there is a pure electric means for detecting the input current of the electric motor, but there is a drawback that the detection accuracy is low because the input current changes due to external conditions such as fluctuation of the power supply voltage and temperature change of the electric motor.
(発明が解決しようとする問題点) 上述したように回転速度を検出の対象としたものでは、
長寿命性に劣り、又、電動機の入力電流を検出の対象と
したものでは検出精度が低いという問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the case where the rotational speed is detected,
There is a problem that the long life is inferior and the detection accuracy is low in the case where the input current of the electric motor is detected.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、電動機のコイル電流と印加電圧との間の位相差を
検出することにより電動機の負荷状態に依存した信号を
高精度をもって得られると共に、長寿命化も図り得、さ
らにはコストの低廉からも寄与できる誘導電動機の負荷
状態検知装置を提供するにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to obtain a signal dependent on the load state of a motor with high accuracy by detecting a phase difference between a coil current of the motor and an applied voltage. At the same time, it is an object of the present invention to provide a load state detection device for an induction motor, which can achieve a long life and can contribute to the cost reduction.
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、誘導電動機のコイル電流と印加電圧との間の
位相差を夫々のゼロクロス時点の差により検出する位相
検出部と、この位相検出吹から出力される位相検出信号
を基準値と比較して負荷状態信号に変換する負荷状態判
定部とを具備するところに第1の特徴を有し、さらに本
発明は、前記位相検出部を、コイル電流及び印加電圧を
夫々のゼログロス時点で立上がり・立下がり変化する矩
形波信号に変換して出力する第1のコンパレータ及び第
2のコンパレータと、この第1のコンパレータからの出
力にレベル差を与える第1の分圧回路と、前記第2のコ
ンパレータからの出力にレベル差を与える第2の分圧回
路と、第1のコンパレータからの出力と第2の分圧回路
からの分圧出力とが入力され各入力に応じた比較結果を
出力する第3のコンパレータと、第2のコンパレータか
らの出力と第1の分圧回路からの分圧出力とが入力され
各入力に応じた比較結果を出力する第4のコンパレータ
とを有して、第3及び第4のコンパレータの各比較結果
の理論和を位相検出信号とするように構成したところに
第2の特徴を有する。[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) The present invention relates to a phase detection unit that detects a phase difference between a coil current of an induction motor and an applied voltage by a difference between respective zero-cross points, and a phase detection unit. The present invention has a first feature in that it includes a load state determination unit that compares a phase detection signal output from the detection blower with a reference value and converts the phase detection signal into a load state signal. , A first comparator and a second comparator which convert the coil current and the applied voltage into a rectangular wave signal which rises and falls at each zero gloss time and outputs the rectangular wave signal, and a level difference between the output from the first comparator and the second comparator. A first voltage dividing circuit for giving a second voltage dividing circuit for giving a level difference to the output from the second comparator, an output from the first comparator and a voltage dividing output from the second voltage dividing circuit. Is in The third comparator that outputs the comparison result corresponding to each input, the output from the second comparator, and the divided output from the first voltage dividing circuit are input, and the comparison result corresponding to each input is output. A second characteristic is that the fourth comparator is provided, and the theoretical sum of the comparison results of the third and fourth comparators is used as the phase detection signal.
(作用) 本発明は、上記第1の特徴構成により、電動機のコイル
電流とこのコイルに対する印加電圧との間の位相差を夫
々のゼロクロス時点の差により検出し、そしてその位相
検出信号を適宜の基準値と比較し、以って電動機トルク
或は回転速度の大きさ若しくはそれらの変化率等諸々の
負荷状態を検知する。(Operation) According to the first characteristic configuration of the present invention, the phase difference between the coil current of the electric motor and the voltage applied to the coil is detected by the difference between the respective zero-cross points, and the phase detection signal is appropriately detected. By comparing with the reference value, various load states such as the magnitude of the motor torque or the rotation speed or the rate of change thereof are detected.
本発明は、第2の特徴構成により、位相検出部を、4個
のコンパレータから構成できて製造コストの低廉化を図
ることが可能となる。According to the second characteristic configuration of the present invention, the phase detection unit can be configured by four comparators, and the manufacturing cost can be reduced.
(実施例) 以下本発明をコンデンサ形誘導電動機に適用してその第
1の実施例につき第1図乃至第6図を参照して説明す
る。第1図において、1は主コイル2,補助コイル3及
びコンデンサ4から成る電動機であり、この実施例では
二槽式洗濯機の脱水籠の駆動源をなしている。5はリレ
ー6の常開接点7を会して電動機1に電圧を印加する電
源である。8は位相検出部であり、これは、変流器9,
抵抗10aを含む第1のコンパレータ10と、抵抗11
a,11bを含む第2のコンパレータ11と、第1の分
圧回路12と第2の分圧回路13と、第3のコンパレー
タ14と第4のコンパレータ15とを有して構成されて
いる。第1のコンパレータ10は主コイル電流imをそ
のゼロクロス時点で立上がり・立下がり変化する矩形波
信号であるパルス電圧Uiに変換して出力する。このパ
ルス電圧Uiは第3のコンパレータ14の反転入力端子
(−)に入力されると共に、第1の分圧回路12によっ
て分圧されてレベル差のある分圧電圧Uwとして出力さ
れる。この分圧電圧Uwは第4のコンパレータ15の非
反転入力端子(+)に入力される。一方、第2のコンパ
レータ11は電源電圧Vacをそのゼロクロス時点で立
上がり・立下がり変化する矩形波信号であるパルス電圧
Uvに変換して出力する。このパルス電圧Uvは第4の
コンパレータ14の反転入力端子(−)に入力されると
共に、第2の分圧回路13によって分圧されてレベル差
のある分圧電圧Ujとして出力される。この分圧電圧U
jは第3のコンパレータ15の非反転入力端子(+)に
入力される。ここで、各分圧電圧Uwとパルス電圧Uv
とはその波高値がUw<Uvとなるように設定し、又分
圧電圧Ujとパルス電圧Uiとはその波高値がUj<U
iなるように設定してある。(Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6 by applying the present invention to a capacitor-type induction motor. In FIG. 1, reference numeral 1 is an electric motor composed of a main coil 2, an auxiliary coil 3 and a capacitor 4, and in this embodiment, it serves as a drive source for a dehydrating basket of a two-tub type washing machine. Reference numeral 5 is a power source for applying a voltage to the electric motor 1 by connecting the normally open contact 7 of the relay 6. 8 is a phase detector, which is a current transformer 9,
A first comparator 10 including a resistor 10a and a resistor 11
It is configured to have a second comparator 11 including a and 11b, a first voltage dividing circuit 12, a second voltage dividing circuit 13, a third comparator 14 and a fourth comparator 15. The first comparator 10 converts the main coil current im into a pulse voltage Ui which is a rectangular wave signal that rises and falls at the time of the zero cross, and outputs it. The pulse voltage Ui is input to the inverting input terminal (−) of the third comparator 14, and also divided by the first voltage dividing circuit 12 and output as the divided voltage Uw having a level difference. The divided voltage Uw is input to the non-inverting input terminal (+) of the fourth comparator 15. On the other hand, the second comparator 11 converts the power supply voltage Vac into a pulse voltage Uv which is a rectangular wave signal that rises and falls at the time of its zero cross, and outputs it. The pulse voltage Uv is input to the inverting input terminal (−) of the fourth comparator 14, and also divided by the second voltage dividing circuit 13 and output as the divided voltage Uj having a level difference. This divided voltage U
j is input to the non-inverting input terminal (+) of the third comparator 15. Here, each divided voltage Uw and pulse voltage Uv
Is set so that its peak value is Uw <Uv, and the peak value of the divided voltage Uj and the pulse voltage Ui is Uj <U.
i is set to be i.
一方、16は負荷状態判定部であり、これは、オペアン
プ17,18と、コンデンサ19,20と、抵抗21,
22,23と、ダイオード24と、アナログスイッチ2
5とを有して構成されており、特に、オペアンプ17,
コンデンサ20,ダイオード24及びアナログスイッチ
25とでピーク値即ち最小値保持回路26を構成してい
る。尚、27は脱水タイマーで、これは脱水時間を規定
するためのものであり、電源投入と同時にリレー6を通
電してその常開接点7を形成させるようになっている。On the other hand, 16 is a load state determination unit, which includes operational amplifiers 17 and 18, capacitors 19 and 20, a resistor 21,
22, 23, diode 24, and analog switch 2
5 is included, and in particular, the operational amplifier 17,
The capacitor 20, the diode 24 and the analog switch 25 form a peak value or minimum value holding circuit 26. Reference numeral 27 denotes a dehydration timer, which is for defining the dehydration time, and energizes the relay 6 at the same time when the power is turned on to form the normally open contact 7.
次に上記構成の作用について説明する。最初に第4図乃
至第6図により電動機の主コイル電流imと電源電圧V
acとの間の位相差θmと負荷の大きさとの関係につい
て説明する。第4図は電動機1の等価回路を示し、第5
図はそのベクトル図である。第4図において、電動機1
の回転速度が負荷の減少に伴って上昇すると、スベリS
が減少するので、等価負荷抵抗R2が増加し、二次負荷
電流I2が減少する。しかしながら一次励磁電流I0は
一定である。このI0一定の下でのI2の変化を第5図
のベクトルに当てはめればImのベクトルが変化するこ
とから明らかなようにθmはI2の減少に伴って、即ち
回転速度の増加に伴い増大することがわかる。第6図は
この位相差θmと回転速度N及びトルクTとの関係を示
す。この第6図において、28は位相曲線、29はトル
ク曲線、Tmは最大トルク、Nmは最大トルク時の回転
速度である。この第6図において注目すべきことは、θ
mは回転速度Nが最大トルクTmを通過するまでの間で
はほとんど一定であるのに対してTmを通過した後の回
転速度変化に対しては速度が増すに従い顕著に増大する
いう点である。Next, the operation of the above configuration will be described. First, referring to FIGS. 4 to 6, the main coil current im and the power supply voltage V of the motor are shown.
The relationship between the phase difference θm with respect to ac and the magnitude of the load will be described. FIG. 4 shows an equivalent circuit of the electric motor 1, and FIG.
The figure is the vector diagram. In FIG. 4, the electric motor 1
If the rotation speed of the motor increases as the load decreases, the slip S
, The equivalent load resistance R 2 increases and the secondary load current I 2 decreases. However, the primary excitation current I 0 is constant. If the change of I 2 under the constant of I 0 is applied to the vector of FIG. 5, it is clear from the change of the vector of Im that θm increases with the decrease of I 2 , that is, the rotation speed increases. It can be seen that it increases with the increase. FIG. 6 shows the relationship between the phase difference θm, the rotation speed N and the torque T. In FIG. 6, 28 is a phase curve, 29 is a torque curve, Tm is the maximum torque, and Nm is the rotation speed at the maximum torque. What should be noted in FIG. 6 is θ
The point m is that the rotational speed N is almost constant until the rotational speed N passes the maximum torque Tm, but the rotational speed changes significantly after the rotational speed N passes through Tm as the rotational speed increases.
以下第1図に示す装置の作用を説明すると、今、電動機
1が電源5によって通電されて脱水籠を駆動している状
態にあったとする。この状態で主コイル電流imは、変
流器9によって検出され第1のコンパレータ10により
ゼロクロス比較が行われ、そのゼロクロス時点で立下が
り・立上がり変化するパルス電圧Ui(第2図に示す)
に変換されて出力される。同様に第2図に示す印加電圧
Uacは第2のコンパレータ11によりゼロクロス比較
が行われそのゼロクロス時点で立上がり・立下がり変化
するパルス電圧Uv(第2図に示す)に変換されて出力
される。而して、上記パルス電圧Uiは第3のコンパレ
ータ14の反転入力端子(−)に与えられると共に、第
1の分圧回路12により分圧(降圧)され分圧電圧Uw
として第4のコンパレータ15の非反転入力端子(+)
に与えられる。又、上記パルス電圧Uvは、第4のコン
パレータ15の反転入力端子(−)に与えられると共
に、第2の分圧回路13により分圧(降圧)され分圧電
圧Ujとして第3のコンパレータ14の非反転入力端子
(+)に与えられる。第3のコンパレータ14はその各
端子に与えられる入力であるパルス電圧Uiと分圧電圧
Ujとを比較し、その比較結果を信号Ukとして出力す
る。この信号Ukはその波高値がUi<Ujのとき第2
図に示すようにハイレベルとなり、このハイレベル信号
のパルス幅にて負から正へのゼロクロス時点の差が検出
される。第4のコンパレータ14はその各端子に与えら
れる入力であるパルス電圧Uvと分圧電圧Uwとを比較
し、その比較結果を信号Uxとして出力する。この信号
Uxはその波高値がUv<Uwのとき第2図に示すよう
にハイレベルとなり、このハイレベル信号のパルス幅に
て正から負へのゼロクロス時点の差が検出される。これ
ら第3のコンパレータ14及び第4のコンパレータ15
の各比較結果である信号Uk及びUxは、コンパレータ
14の出力端子とコンパレータ15の出力端子とが共通
に接続されていることからその接続点8aにおいて論理
和がとられて、第2図に示すように位相差θmの大きさ
に依存した位相検出信号Uθとして負荷状態判定部16
に与えられるようになっている。この位相検出信号Uθ
は抵抗21を介してコンデンサ19に充電されることに
より平均化されて第2図に示すアナログ電圧Uθaに変
換される。このアナログ電圧Uθaは負荷状態判定部1
6のオペアンプ17に供給されると共に、抵抗22,2
3によって分圧されてUθa′に変換される。一方、前
記アナログスイッチ25は制御電源投入と共に一時的に
オンされるのでダイオード24の存在にもかかわらず第
6図に示す電動機1の回転初期における位相差θm0に
対応したVθaがオペアンプ17を介してコンデンサ2
0に初期値として充電される。この後はダイオード24
があるため、コンデンサ20の端子電圧はUθaがこの
コンデンサ20の端子電圧よりも小さい値のときにのみ
このUθaに修正される。即ちコンデンサ20には常に
Uθaのピーク値である最小値Uθmが保持される。そ
して時々刻々変化する位相検出信号であるUθa′はオ
ペアンプ18によってUθmと比較され、Uθa′>U
θmのときに状態判定信号U0が出力される。そして、
脱水タイマー27はこの状態判定信号U0を受けその設
定時間後にリレー6を断電し、常開接点7がオフされて
電動機1が断電され、脱水運転が終了される。The operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. It is now assumed that the electric motor 1 is energized by the power source 5 to drive the dehydration basket. In this state, the main coil current im is detected by the current transformer 9 and the zero-cross comparison is performed by the first comparator 10, and the pulse voltage Ui (shown in FIG. 2) is changed at the time of the zero cross.
Is converted to and output. Similarly, the applied voltage Uac shown in FIG. 2 is converted into a pulse voltage Uv (shown in FIG. 2) that rises and falls at the time of the zero cross comparison by the second comparator 11, and is output. Thus, the pulse voltage Ui is applied to the inverting input terminal (-) of the third comparator 14 and is divided (stepped down) by the first voltage dividing circuit 12 to generate the divided voltage Uw.
As the non-inverting input terminal (+) of the fourth comparator 15
Given to. The pulse voltage Uv is applied to the inverting input terminal (-) of the fourth comparator 15 and is divided (stepped down) by the second voltage dividing circuit 13 to generate a divided voltage Uj of the third comparator 14. It is given to the non-inverting input terminal (+). The third comparator 14 compares the pulse voltage Ui, which is an input given to each terminal thereof, with the divided voltage Uj, and outputs the comparison result as a signal Uk. This signal Uk has a second value when its peak value is Ui <Uj.
As shown in the figure, the level becomes high, and the pulse width of this high-level signal detects the difference between the negative and positive zero-cross points. The fourth comparator 14 compares the pulse voltage Uv, which is an input given to each terminal thereof, with the divided voltage Uw, and outputs the comparison result as a signal Ux. When the peak value of this signal Ux is Uv <Uw, it becomes a high level as shown in FIG. 2, and the difference between the positive and negative zero crossing points is detected by the pulse width of this high level signal. These third comparator 14 and fourth comparator 15
Since the output terminals of the comparator 14 and the output terminal of the comparator 15 are commonly connected to each other, the signals Uk and Ux, which are the results of the comparisons, are ORed at the connection point 8a and are shown in FIG. As described above, the load state determination unit 16 outputs the phase detection signal U θ depending on the magnitude of the phase difference θm.
To be given to. This phase detection signal U θ
Are averaged by being charged in the capacitor 19 via the resistor 21 and converted into the analog voltage U θ a shown in FIG. This analog voltage U θ a is applied to the load state determination unit 1
6 and the resistors 22 and 2
It is divided by 3 and converted into U θ a ′. On the other hand, since the analog switch 25 is temporarily turned on when the control power is turned on, V θ a corresponding to the phase difference θm 0 in the initial rotation of the electric motor 1 shown in FIG. Through the capacitor 2
It is charged to 0 as an initial value. After this, the diode 24
Because there is, the terminal voltage of the capacitor 20 is fixed in only this U theta a when U theta a is smaller than the terminal voltage of the capacitor 20. That minimum value U theta m in the capacitor 20 is always the peak value of U theta a is held. The phase detection signal U θ a ′ that changes moment by moment is compared with U θ m by the operational amplifier 18, and U θ a ′> U
The state determination signal U 0 is output when θ m. And
The dehydration timer 27 receives the state determination signal U 0 , disconnects the relay 6 after the set time, the normally open contact 7 is turned off, the electric motor 1 is disconnected, and the dehydration operation ends.
以上のことを脱水運転の進行と共に述べると、先ず第3
図から理解されるように時刻t0で電動機1が始動され
たとすると、電動機1の回転速度は曲線30で示すよう
に漸増し、これに伴いUθa,Uθa′も変化するが、
これらは第6図との対比から明らかなように回転速度が
最大トルクTmに対応した速度Nmを通過する時刻T1
から急激に増加し始める。一方前記位相検出信号の最小
値Uθmは回転速度がNmに達するまでのほとんど変化
しない一定の位相差θmの値である。従って時刻t1で
回転速度がNmを超えるとθmが急増しUθa′>Uθ
aとなり、この時刻t1でオペアンプ18から前述の状
態判定信号U0が出力される(第3図参照)。この状態
判定信号U0の発生によって最大トルクTmの乗り切り
完了が判定されるのである。脱水籠がこの最大トルクT
mを通過しない回転速度即ちNm以下の範囲で回転を続
ける原因としては脱水篭内の分布布のアンバランスが考
えられる。このアンバランスがあると脱水籠は首振運動
を起こし最大トルクTm未満の不安定領域にあって加速
されにくいため本来の高速領域(Nm以上)に達するの
に長時間を要し、この間は低速のため脱水作用にほとん
ど寄与しない。やがて電動機1の回転速度が最大トルク
Tmに対応したNm以上に加速されるとこの時刻t1で
前述のようにオペアンプ18から状態判定信号U0が出
力される。こうして脱水タイマー27は電動機1が最大
トルクTmを超えた安定領域に達し脱水作用が発揮する
ようになってから計時動作を開始するので脱水不足にお
ちいることがなくなる。以上のように、電動機1の回転
速度が最大トルクTm点を通過することの検知は電動機
1の回転速度を検出の対象とする方法では不可能であ
り、位相検知によってはじめて可能になるものであるこ
とがわかる。The above is described with the progress of the dehydration operation.
As understood from the figure, if the electric motor 1 is started at time t 0 , the rotation speed of the electric motor 1 gradually increases as shown by the curve 30, and along with this, U θ a and U θ a ′ also change.
As is clear from the comparison with FIG. 6, these are times T 1 at which the rotation speed passes the speed Nm corresponding to the maximum torque Tm.
It begins to increase rapidly from. On the other hand, the minimum value U θ m of the phase detection signal is a value of a constant phase difference θ m that hardly changes until the rotation speed reaches Nm. Therefore, when the rotation speed exceeds Nm at time t 1 , θm increases rapidly, and U θ a ′> U θ
Thus, the operational amplifier 18 outputs the above-mentioned state determination signal U 0 at time t 1 (see FIG. 3). The generation of this state determination signal U 0 determines the completion of riding through the maximum torque Tm. Dehydration basket has this maximum torque T
An imbalance of the distribution cloth in the dewatering basket can be considered as a cause of continuing the rotation at a rotation speed that does not pass m, that is, a range of Nm or less. If there is this imbalance, the dehydration basket causes a swinging motion and is difficult to accelerate in an unstable region of less than the maximum torque Tm, so it takes a long time to reach the original high speed region (Nm or more), and during this period, it is low speed. Therefore, it hardly contributes to dehydration. When the rotational speed of the electric motor 1 is eventually accelerated to Nm or higher corresponding to the maximum torque Tm, the operational amplifier 18 outputs the state determination signal U 0 at time t 1 as described above. In this way, the dehydration timer 27 starts the timing operation after the motor 1 reaches the stable region in which the maximum torque Tm is exceeded and the dehydration action is exerted, so that the dehydration timer is not inadequate. As described above, the detection of the rotation speed of the electric motor 1 passing through the maximum torque Tm point cannot be performed by the method in which the rotation speed of the electric motor 1 is used as the detection target, and can be detected only by the phase detection. I understand.
ここで、位相検出部8を、4個のコンパレータを有して
位相検出信号Uθaを出力させる構成としたので、この
位相検出部8を、一般に市販されている汎用の4回路入
りオペアンプIC(クワッドタイプ)を一つ用いて構成
することができ、即ちロジックICの使用個数が一つで
済み、製造コストの低廉化に寄与できる。Here, since the phase detection unit 8 is configured to have four comparators and output the phase detection signal U θ a, the phase detection unit 8 is a general-purpose commercially available general-purpose four-circuit operational amplifier IC. It can be configured by using one (quad type), that is, the number of logic ICs to be used is one, which can contribute to the reduction of manufacturing cost.
第2実施例について第7図及び8図により説明する。第
7図において、31は負荷状態判定部としてのサンプリ
ング回路であり、これは第1図の負荷状態判定部16か
らダイオード24を除去した構成と同一である。このサ
ンプリング回路31のアナログスイッチ25には第8図
に示すサンプリング信号φが与えられるのでコンデンサ
20のピーク値Uθpは第8図に示す如く階段状に変化
し、これがオペアンプ18にてUθa′と比較され、同
図に示す如くUθaの変化率に応じた時間幅を有するパ
ルス状の状態判定信号U0が出力される。そしてこの実
施例では状態判定信号U0が最初に出力された時刻t1
(最大トルクTm通過時点)から脱水タイマー27が計
時動作を開始する。このようにしてサンプリング回路3
1のコンデンサ20にサンプリング信号φによって順次
記憶される位相検出信号のピーク値Uθpが基準値とな
ってこれに新たに検出された位相検出信号Uθa′が比
較されることにより最大トルクTm通過時の位相差θm
の急激な変化が検知されるのであり、従ってこの実施例
の状態判定信号U0は位相検出信号Uθaの変化率信号
に相当することになる。The second embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, reference numeral 31 is a sampling circuit as a load state determination unit, which has the same configuration as the load state determination unit 16 of FIG. Since the analog switch 25 of the sampling circuit 31 is given a sampling signal φ shown in FIG. 8 peak value U theta p of the capacitor 20 is changed stepwise as shown in FIG. 8, which is U theta at operational amplifier 18 a ', and a pulse-like state determination signal U 0 having a time width corresponding to the rate of change of U θ a is output as shown in FIG. In this embodiment, the time t 1 when the state determination signal U 0 is first output
The dehydration timer 27 starts the timing operation from (at the time point when the maximum torque Tm has passed). In this way, the sampling circuit 3
The peak value U θ p of the phase detection signal sequentially stored in the capacitor 20 of No. 1 by the sampling signal φ serves as a reference value, and the newly detected phase detection signal U θ a ′ is compared with this to obtain the maximum torque. Phase difference θm when passing through Tm
Therefore, the state determination signal U 0 in this embodiment corresponds to the change rate signal of the phase detection signal U θ a.
次に本発明をベルトゆるみ検出装置に適用した第3実施
例について第1図と同一部分に同一符号を付して示す第
9図により説明する。この第9図において、32は負荷
状態判定部であり、これは抵抗33,34によって設定
された基準値Vrと第1図に示したものと同様のコンデ
ンサ19の端子電圧即ちアナログ電圧である位相検出信
号Uθaとを比較するオペアンプ35により構成され、
そのオペアンプ35の出力は抵抗36を介して表示器例
えば発光ダイオード37に与えられるようになってい
る。Next, a third embodiment in which the present invention is applied to a belt slack detecting device will be described with reference to FIG. 9 in which the same parts as those in FIG. In FIG. 9, reference numeral 32 denotes a load state determination unit, which is a reference value Vr set by the resistors 33 and 34 and a phase which is a terminal voltage of the capacitor 19 similar to that shown in FIG. 1, that is, an analog voltage. It is composed of an operational amplifier 35 for comparing the detection signal U θ a,
The output of the operational amplifier 35 is applied to a display device, for example, a light emitting diode 37 via a resistor 36.
電動機1がベルトを介して負荷を駆動している状態を考
えるに、今、負荷トルクの大きさがT1(第6図参照)
であったとするとベルトが正常に張っていてベルトすべ
りを生じていなければ電動機1の出力トルクも同一のT
1である。これに対してベルトにゆるみを生じ、ベルト
すべりが起こると電動機1からみた負荷トルクはT1か
ら減少しT0になる。このトルクの変化により、位相差
θmが変化即ち増加する。これにより第9図の位相券種
信号Uθaが増加しトルクT1に対する通常の負荷変動
を見込んで予め設定された前記基準値Vrを超えるとオ
ペアンプ35から状態判定信号U0が出力され発光ダイ
オード37が点灯されてベルトゆるみを警告する。Considering a state where the electric motor 1 is driving a load via a belt, the magnitude of the load torque is now T 1 (see FIG. 6).
If the belt tension is normal and the belt slip does not occur, the output torque of the electric motor 1 is the same T.
It is 1 . On the other hand, when the belt becomes loose and the belt slips, the load torque seen from the electric motor 1 decreases from T 1 to T 0 . This change in torque changes or increases the phase difference θm. As a result, when the phase ticket type signal U θ a in FIG. 9 increases and exceeds the preset reference value Vr in anticipation of the normal load fluctuation with respect to the torque T 1 , the operational amplifier 35 outputs the state determination signal U 0 and emits light. The diode 37 is turned on to warn of belt loosening.
この第3実施例はこの発明の特徴を単的に表わしてい
る。即ち第6図に示すように、一般に電動機の負荷運転
は最大トルクTmを過ぎたTh−Tl間領域即ち安定領
域において行なわれてはじめて継続的運転が可能にな
る。ところでこの安定領域(Nm以上の領域)ではトル
クが大巾に変化するのに対して回転速度の変化率は極め
て小さい。このような状況では上記のようなベルトゆる
み検出を電動機の回転速度の検知により行なうことは極
めて困難であり、第3実施例のような位相検知によれば
容易に実現し得る。このことは第3図で説明した最大ト
ルクTmの乗り切り時点t1の検知についても言えるこ
とであり、この時点t1を従来技術の回転速度検出をも
って検知することはほとんど不可能である。The third embodiment simply represents the features of the present invention. That is, as shown in FIG. 6, generally, the continuous operation becomes possible only when the load operation of the electric motor is performed in the Th-Tl region, that is, the stable region, which has exceeded the maximum torque Tm. By the way, in this stable region (region of Nm or more), the torque changes drastically, but the rate of change of the rotational speed is extremely small. In such a situation, it is extremely difficult to detect the belt slack as described above by detecting the rotational speed of the electric motor, and it can be easily realized by the phase detection as in the third embodiment. This is also true for the detection of the maximum torque weathered time t 1 of Tm described in FIG. 3, it is almost impossible to detect the time t 1 with a rotational speed detection of the prior art.
次に本発明の第4実施例について第10図乃至第3図を
参照しながら説明する。第10図に示す装置の構成にお
いて、38は洗濯機に設けられている洗い兼用の回転槽
若しくは脱水篭である脱水槽を駆動するための電動機
で、主巻線39,補助巻線40及びコンデンサ41から
なるコンデンサモータとして構成されている。第11図
にはこの第4実施例における上記電動機38の回転速度
NとトルクTと位相差θとの関係が実測結果として示さ
れている。即ち42はトルク曲線、43は位相曲線であ
る。また第12図に示す曲線44は脱水槽内に洗濯物を
入れて電動機38を駆動した場合の回転速度Nの時間的
変化を示したものであり、この第12図に示すN1は第
11図に示すN1と等しい値として示している。この第
12図に示すように電動機38の回転速度は脱水進行に
伴い負荷が減少することから脱水量の多い時刻T0から
T1までの間では時間と共に比較的大きい変化率で増速
するのに対して脱水が十分行なわれた時刻T1以降から
は増速の度合が徐々に小さくなる。この結果、回転速度
N1以上の領域では第11図にも示すように位相差の時
間的増加率は回転速度の時間的増加率の減少に従い減少
する。従って第1及び第2実施例の場合とは異なり位相
差の時間的変化率を脱水完了の判定要素とすることがで
きるものであり、この第4実施例はこの原理に基ずき構
成される。以下この実施例について第10図を参照して
説明する。45は位相検出部であり、その内部回路構成
は、前述の位相検出部8と同一であり、従って、4個の
コンパレータ10,11,14,15及び二つの分圧回
路12,13を有して構成されている。この位相検出部
45は脱水槽に洗濯物を入れた状態における電動機38
の駆動開始時点から位相差θを常時検出し、その位相検
出信号θxを位相比較部46及び変化率判定回路(負荷
状態判定部)47に与える。48は基準位相設定部であ
り、基準位相差θ1を設定している。ここで定格負荷の
位相差をθ′としたとき、θ1はθ1/θ′=0.9の
関係を満たすように定められている。そして前述のN1
は位相差θ1のときの回転速度であり、位相差が変化し
始めた時点の値である。位相比較部46がθx>θ1と
判断した場合は、判定指令信号S1を変化率判定回路4
7に与える。するとこの変化率判定回路47は基準変化
率設定部49に設定されている位相差の時間的変化率の
基準値である基準変化率dθと前記位相検出信号θxの
時間的変化率dθxとを比較する。その結果がdθx<
dθになった時点で脱水完了信号S2を出力し、これを
モータ停止制御回路50に与える。このモータ停止制御
回路50はこの脱水終了信号S2を受けてから直ちに、
若しくは脱水補償のための所定の時間遅れ後に電動機3
8を断電せしめる。この第4図に示す構成をマイクロコ
ンピュータに代用させることができる。この場合のプロ
グラムフローチャートを第13図に示す。この第13図
中、矢印Aで示すルーチンはメモリの内容θaを位相検
出信号θxにその検出部の都度順次書き変えるプログラ
ムルーチン、矢印B及びCからなるルーチンは、前回の
位相検出信号である記憶値θaと新たな位相検出信号θ
xとの差をとり、その差から位相差の時間的変化率を判
断するプログラムルーチンである。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the structure of the apparatus shown in FIG. 10, reference numeral 38 is an electric motor for driving a rotating tub or a dewatering tub which is a dewatering basket provided in the washing machine, and includes a main winding 39, an auxiliary winding 40 and a capacitor. 41 as a condenser motor. FIG. 11 shows the relationship between the rotational speed N, the torque T, and the phase difference θ of the electric motor 38 in the fourth embodiment as a result of actual measurement. That is, 42 is a torque curve and 43 is a phase curve. A curve 44 shown in FIG. 12 shows a temporal change of the rotation speed N when the electric motor 38 is driven by putting laundry in the dehydration tub, and N 1 shown in FIG. It is shown as a value equal to N 1 shown in the figure. As shown in FIG. 12, the rotation speed of the electric motor 38 increases at a relatively large rate of change with time from time T 0 to time T 1 when the dehydration amount is large because the load decreases as the dehydration progresses. On the other hand, the degree of acceleration gradually decreases after the time T 1 when the dehydration is sufficiently performed. As a result, in the region where the rotational speed is N 1 or higher, the temporal increase rate of the phase difference decreases as the temporal increase rate of the rotational speed decreases, as shown in FIG. Therefore, unlike the cases of the first and second embodiments, the temporal change rate of the phase difference can be used as a judgment element for completion of dehydration, and the fourth embodiment is constructed based on this principle. . This embodiment will be described below with reference to FIG. Reference numeral 45 denotes a phase detection unit, the internal circuit configuration of which is the same as that of the phase detection unit 8 described above, and therefore has four comparators 10, 11, 14, 15 and two voltage dividing circuits 12, 13. Is configured. The phase detector 45 is an electric motor 38 in a state where laundry is put in the dehydration tub.
The phase difference θ is constantly detected from the driving start time of 1 and the phase detection signal θx is given to the phase comparison unit 46 and the change rate determination circuit (load state determination unit) 47. A reference phase setting unit 48 sets a reference phase difference θ 1 . Here, when the phase difference of the rated load is θ ′, θ 1 is determined so as to satisfy the relationship of θ 1 /θ′=0.9. And the aforementioned N 1
Is the rotation speed when the phase difference is θ 1 , and is the value at the time when the phase difference starts to change. When the phase comparison unit 46 determines that θx> θ 1 , the determination command signal S 1 is sent to the change rate determination circuit 4
Give to 7. Then, the change rate determination circuit 47 compares the reference change rate dθ, which is the reference value of the time change rate of the phase difference set in the reference change rate setting unit 49, with the time change rate dθx of the phase detection signal θx. To do. The result is dθx <
At the time when dθ is reached, the dehydration completion signal S 2 is output, and this is given to the motor stop control circuit 50. The motor stop control circuit 50 receives the dehydration end signal S 2 and immediately
Alternatively, the electric motor 3 may be used after a predetermined time delay for the dehydration compensation.
Turn off 8. A microcomputer can be substituted for the structure shown in FIG. The program flow chart in this case is shown in FIG. In FIG. 13, a routine shown by an arrow A is a program routine for sequentially rewriting the content θa of the memory into a phase detection signal θx each time the detecting section is used, and a routine consisting of arrows B and C is a previous phase detection signal. Value θa and new phase detection signal θ
It is a program routine that takes the difference from x and judges the temporal change rate of the phase difference from the difference.
特にθa>0なる判定部分はルーチンAにおいて、電動
機38の通電開始後、位相が不変領域を過ぎて変化しは
じめた値θ1以上になってからそのθxをθaに代入さ
せることを判断する部分である。In particular, in the routine A, the determination part for θa> 0 is a part for determining that the θx should be substituted into θa after the value θ 1 or more at which the phase starts changing after passing the invariant region in the routine A. Is.
また、この第4実施例に関しては、例えばdθの値を切
換え選択し得るようにすれば脱水強弱の選択も可能にな
るものである。Further, regarding the fourth embodiment, if the value of dθ can be switched and selected, the dehydration strength can be selected.
以上のようにこの第4実施例からも理解できるように本
発明によれば位相差が最大トルク点の回転速度以上の安
定領域においては回転速度のわずかな変化に対して大き
く変化する特性にあるのでこの安定領域における回転速
度の微妙な変化を位相検出信号によって容易且つ高精度
に判定できる。しかも位相差は電源周波数及ひその電圧
変動や、温度変化等によってはほとんど変化しないので
誤差要因が少なく高精度の検知が可能になる。ちなみに
位相差の変動率は周波数が50Hzと60Hzとの間で
の変動に対しては±2%、電圧100Vにおける±10
%の変動に対しては±2%、温度が20℃から70℃ま
での間の変動に対しては±1%以下であり、また参考ま
でにコンデンサ4のばらつき±10%に対しては±3%
度である。As described above, as can be understood from the fourth embodiment, according to the present invention, the phase difference has a characteristic that it greatly changes with a slight change in the rotation speed in the stable region of the rotation speed at the maximum torque point or higher. Therefore, a slight change in the rotation speed in this stable region can be easily and highly accurately determined by the phase detection signal. Moreover, since the phase difference hardly changes depending on the power supply frequency, its voltage fluctuation, temperature change, etc., there are few error factors and highly accurate detection becomes possible. By the way, the fluctuation rate of the phase difference is ± 2% for the fluctuation between the frequencies of 50 Hz and 60 Hz, and ± 10% at the voltage of 100 V.
± 2% for fluctuations in%, ± 1% or less for fluctuations from 20 ° C to 70 ° C, and ± 10% for fluctuations of the capacitor 4 for reference. 3%
It is degree.
尚、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、例えば位相差の検出対象を補助巻線としてもよい。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and for example, the phase difference detection target may be the auxiliary winding.
[発明の効果] 本発明によれば以上詳述したように、検出の直接の対象
をコイル電流と印加電圧との位相差としたことにより、
電動機の特に安定領域におけるトルクの変化、回転速度
の変化等負荷状態に依存した信号を高精度をもって得る
ことができ、しかも位相検出部の回路構成に使用するロ
ジックICの個数を一つで済ませることができてコスト
の低廉化にも寄与できるという効果を奏する。[Effects of the Invention] According to the present invention, as described above in detail, the direct object of detection is the phase difference between the coil current and the applied voltage.
It is possible to obtain with high accuracy a signal that depends on the load state such as a change in torque and a change in rotation speed of the electric motor, particularly in a stable region, and the number of logic ICs used in the circuit configuration of the phase detection unit is sufficient. The effect is that it is possible to contribute to cost reduction.
第1図は本発明の第1実施例を示す回路図、第2図は第
1図の各部の電圧,電流波形図、第3図は主に回転速度
特性及び位相検出信号特性を状態判定信号のタイムチャ
ートと共に示す図、第4図は電動機の等価回路図、第5
図はそのベクトル図、第6図は電動機のトルク,回転速
度,及び位相差曲線を示す図、第7図は本発明の第2実
施例を示す回路図、第8図は第7図の各部の信号の時間
的特性をサンプリング信号及び状態判定信号と共に示す
図、第9図は本発明の第3実施例を示す回路図、第10
図乃至第13図は本発明の第4実施例を示すものであ
り、そのうち第10図は運転回路のブロック図、第11
図は回転速度に対するトルクおよび位相差の関係を示す
特性曲線図、第12図は電動機の回転速度の時間的変化
率を示す特性曲線図、第13図はマイクロコンピュータ
を用いた場合のフローチャートである。 図中、1は電動機、8は位相検出部、9は変流器、10
は第1のコンパレータ、11は第2のコンパレータ、1
2は第1の分圧回路、13は第2の分圧回路、14は第
3のコンパレータ、15は第4のコンパレータ、16は
負荷状態判定部、26は最小値保持回路、27は脱水タ
イマー、31はサンプリング回路(負荷状態判定部)、
32は負荷状態判定部、38はモータ、45は位相検出
部、46は位相比較部、47は変化率判定回路(負荷状
態判定部)、48は基準位相設定部、49は基準変化率
設定部、50はモータ停止制御回路である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a voltage / current waveform diagram of each part of FIG. 1, and FIG. 3 is a state determination signal mainly showing a rotation speed characteristic and a phase detection signal characteristic. FIG. 4 is a diagram shown together with a time chart of FIG. 4, FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of an electric motor, and FIG.
Fig. 6 is a vector diagram thereof, Fig. 6 is a diagram showing torque, rotation speed, and phase difference curves of the electric motor, Fig. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention, and Fig. 8 is each part of Fig. 7. Showing the time characteristics of the signal of FIG. 10 together with the sampling signal and the state determination signal, FIG. 9 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 13 to FIG. 13 show a fourth embodiment of the present invention, of which FIG. 10 is a block diagram of an operating circuit, and FIG.
FIG. 12 is a characteristic curve diagram showing the relationship between torque and phase difference with respect to rotation speed, FIG. 12 is a characteristic curve diagram showing the time change rate of rotation speed of the electric motor, and FIG. 13 is a flow chart when a microcomputer is used. . In the figure, 1 is an electric motor, 8 is a phase detector, 9 is a current transformer, and 10 is a current transformer.
Is a first comparator, 11 is a second comparator, 1
2 is a first voltage dividing circuit, 13 is a second voltage dividing circuit, 14 is a third comparator, 15 is a fourth comparator, 16 is a load state determination unit, 26 is a minimum value holding circuit, 27 is a dehydration timer. , 31 is a sampling circuit (load state determination unit),
32 is a load state determination unit, 38 is a motor, 45 is a phase detection unit, 46 is a phase comparison unit, 47 is a change rate determination circuit (load state determination unit), 48 is a reference phase setting unit, and 49 is a reference change rate setting unit. , 50 are motor stop control circuits.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 7/36 S 9178−5H (56)参考文献 特開 昭63−35293(JP,A) 特開 昭63−31490(JP,A) 特開 昭62−2887(JP,A) 特開 昭61−191394(JP,A) 特開 昭61−82127(JP,A) 特開 昭51−113673(JP,A) 特開 昭49−100547(JP,A) 特開 昭49−35085(JP,A) 特公 平5−52233(JP,B2)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H02P 7/36 S 9178-5H (56) References JP-A-63-35293 (JP, A) Special features Kai 63-31490 (JP, A) JP 62-2887 (JP, A) JP 61-191394 (JP, A) JP 61-82127 (JP, A) JP 51-113673 ( JP, A) JP 49-100547 (JP, A) JP 49-35085 (JP, A) JP-B-5-52233 (JP, B2)
Claims (1)
の位相差を夫々のゼロクロス時点の差により検出する位
相検出部と、この位相検出部から出力される位相検出信
号を基準値と比較して負荷状態信号に変換する負荷状態
判定部とを具備し、前記位相検出部は、コイル電流及び
印加電圧を夫々のゼロクロス時点で立上がり・立下がり
変化する矩形波信号に変換して出力する第1のコンパレ
ータ及び第2のコンパレータと、この第1のコンパレー
タからの出力にレベル差を与える第1の分圧回路と、前
記第2のコンパレータからの出力にレベル差を与える第
2の分圧回路と、第1のコンパレータからの出力と第2
の分圧回路からの分圧出力とが入力され各入力に応じた
比較結果を出力する第3のコンパレータと、第2のコン
パレータからの出力と第1の分圧回路からの分圧出力と
が入力され各入力に応じた比較結果を出力する第4のコ
ンパレータとを有し、第3及び第4のコンパレータの各
比較結果の論理和を位相検出信号とする構成であること
を特徴とする誘導電動機の負荷状態検知装置。1. A phase detecting section for detecting a phase difference between a coil current of an induction motor and an applied voltage based on a difference between respective zero crossing points, and a phase detecting signal output from this phase detecting section is compared with a reference value. And a load state determination unit that converts the load current to a load state signal, wherein the phase detection unit converts the coil current and the applied voltage into a rectangular wave signal that rises and falls at each zero-cross point and outputs the rectangular wave signal. A first comparator and a second comparator, a first voltage dividing circuit that gives a level difference to the output from the first comparator, and a second voltage dividing circuit that gives a level difference to the output from the second comparator. And the output from the first comparator and the second
And a third comparator which receives the divided voltage output from the voltage dividing circuit and outputs a comparison result corresponding to each input, an output from the second comparator and a divided voltage output from the first voltage dividing circuit. And a fourth comparator that outputs a comparison result corresponding to each input, and is configured to use a logical sum of the comparison results of the third and fourth comparators as a phase detection signal. Electric motor load condition detection device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61260977A JPH0621826B2 (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Induction motor load condition detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61260977A JPH0621826B2 (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Induction motor load condition detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63115024A JPS63115024A (en) | 1988-05-19 |
JPH0621826B2 true JPH0621826B2 (en) | 1994-03-23 |
Family
ID=17355369
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61260977A Expired - Lifetime JPH0621826B2 (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Induction motor load condition detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0621826B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH099493A (en) * | 1995-06-20 | 1997-01-10 | Nippondenso Co Ltd | Apparatus for judging state of operation of a.c. motor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5061621B2 (en) * | 2007-01-25 | 2012-10-31 | パナソニック株式会社 | dishwasher |
-
1986
- 1986-10-31 JP JP61260977A patent/JPH0621826B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH099493A (en) * | 1995-06-20 | 1997-01-10 | Nippondenso Co Ltd | Apparatus for judging state of operation of a.c. motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63115024A (en) | 1988-05-19 |
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