JPH1127970A - 等しくされた入力/出力ボルト−アンペア・レーティングを可能にする固体式の低減された電圧モータ・スタータ及び方法 - Google Patents

等しくされた入力/出力ボルト−アンペア・レーティングを可能にする固体式の低減された電圧モータ・スタータ及び方法

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JPH1127970A
JPH1127970A JP10124643A JP12464398A JPH1127970A JP H1127970 A JPH1127970 A JP H1127970A JP 10124643 A JP10124643 A JP 10124643A JP 12464398 A JP12464398 A JP 12464398A JP H1127970 A JPH1127970 A JP H1127970A
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Frank E Wills
フランク・イー・ウィルス
Harold R Schnetzka
ハロルド・アール・シュネッツカ
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York International Corp
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/42Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual single-phase induction motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動中モータに導入される線電流を低減す
る。 【解決手段】 スタータ回路10は、それを介して電源
16からの線電流がモータに与えられる第1の双方向性
スイッチS1と、開成位置と閉成位置との間を循環する
よう制御される双方向性スイッチが開成位置にあるとき
電流をモータに導くよう電気的に構成されている1対
の、スイッチ及びダイオードの組み合わせ体S2とD1
3とD2とを備える。1対の、スイッチ及びダイオード
の組み合わせ体の作動は、モータの電流交番の極性に基
づいてECU 18により制御される。その結果の電流
変換は、始動の間モータのために導入される電流を最小
にし、そして入力VA積及び出力VA積を等しくするこ
とを可能にする。導入される始動電流は、双方向性スイ
ッチのデューティ・サイクルに比例して使用可能な線電
流から低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加熱、換気及び空
調(HVAC)モータ用のスタータ回路に関し、特に、
電流変換を用いて始動中始動電流を最小にし且つモータ
のために導入される線電流を選択的に制御するための多
相モータ・スタータ回路及び制御方策に関する。
【0002】
【従来の技術】多くの用途において、始動中に多相モー
タより導入される電流を最小にすることが望ましい。多
相モータにとっての始動電流又はインラッシュ(in−
rush)電流は運転中(running)電流の5〜
6倍でありがちである。そのような高電流は、該装置及
び電力、並びに電力使用の経済性について多くの好まし
くない効果を有する。例示のみにより、そのような通常
の始動電流を長い電力線をわたって導入することは、そ
の電圧を本質的に弱くし、仕事を達成するのに不十分な
電圧の状態に置く場合がある。更に、同じ電力線に沿う
他の顧客は、モータの始動中の不所望の電圧の揺らぎを
経験するかも知れない。この状況を防ぐため、電力会社
は、特にヨーロッパにおいては、顧客の始動電流又はイ
ンラッシュ電流が過度である場合罰則を課している。
【0003】単巻変圧器の使用は、より低いモータ始動
電流を達成するための1つの既知の方法である。しかし
ながら、単巻変圧器は、その巻数比が部品の設計により
前以て確立され固定されたままである点で本発明に比べ
て比較的柔軟性が無い。別のアプローチは、始動電流を
制限するためインダクタ、抵抗器等のような直列の構成
要素を使用することを採用することである。しかしなが
ら、後者のアプローチは、同じ大きさのトルクを与える
ため単巻変圧器スタータより著しく高い線電流を必要と
する。
【0004】従って、始動中モータのために導入される
線電流の量を最小にし且つ選択的に制御し、且つ単巻変
圧器を含む他の既知の低減された電流スタータ回路及び
方法を越えて改善した、多相モータ用スタータ回路を提
供することは望ましい。特に、有り得る最低スタータ電
流しか必要としない、多相モータ用スタータ回路を提供
することは望ましい。そのようなモータ・スタータ回路
は、モータ始動電流ができるだけ低くなければならない
用途に対する待たれる必要性を扱う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、始動中モータにより引かれる線電流を低減するため
従来技術の方法及びシステムを越えて改善した、多相モ
ータ用スタータ回路及び方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の更なる目的及び
利点は、一部以下の記載において述べられ、また一部当
業者により当該記載から認められ、また本発明の実施に
より学び得る。本発明の目的及び利点は、特許請求の範
囲において特に指摘される構成要素及びその組み合わせ
により認められ且つ達成される。上記目的及び本明細書
において具体化されまた広く記載されている本発明の目
的に従って達成するため、本発明は、正及び負の電流交
番を与える多相電源及び多相モータと使用し、該多相モ
ータの始動中前記多相電源から前記多相モータのために
導入される電流の量を最小にするためのスタータ回路を
備える。該スタータ回路は、それを通して多相電源から
の線電流が多相モータに与えられる第1のスイッチと、
該第1のスイッチが開成位置にあるとき電流を多相モー
タに導く(carry)よう電気的に構成された1対
の、スイッチ及びダイオードの組合せ体とを備える。第
1のスイッチは、開成位置と閉成位置との間を循環する
よう制御され、1対の、スイッチ及びダイオードの組合
せ体は、第1のスイッチが開成しているとき電流を多相
モータに交互に導くよう電流の交番の極性に基づいて制
御され、これにより始動中多相モータのために導入され
る電流を最小にするよう電流変換を行う。導入される始
動電流は、第1のスイッチのデューティ・サイクルに比
例して使用可能な線電流から低減される。
【0007】本発明はまた、正及び負の電流交番を与え
る多相電源及び多相モータと使用し、該多相モータの始
動中前記多相電源から前記多相モータのために導入され
る電流の量を最小にするためのモータ・スタータ回路を
備える。該モータ・スタータ回路は、各相に対して、多
相電源と多相モータとの間に配設され且つそれらと電気
的に直列接続された第1のスイッチを、好ましくは双方
向性固体式スイッチを備え、該第1のスイッチは、パル
ス幅変調された電流を多相モータに与えるよう閉成状態
と開成状態との間で循環される。スタータ回路はまた、
第1のダイオードと電気的に直列接続された第2のスイ
ッチを備え、該第2のスイッチ及び第1のダイオード
は、第1のスイッチと多相モータとの間に配設され且つ
それらと電気的に並列接続されている。第3のスイッチ
は、第2のダイオードと電気的に直列接続され、該第3
のスイッチ及び第2のダイオードは第1のスイッチと多
相モータとの間に配設され且つそれらと電気的に並列接
続され、該第2のダイオードは、第1のダイオードが逆
バイアスされるとき順方向にバイアスされ且つ第1のダ
イオードが順方向にバイアスされるとき逆バイアスされ
るように電気的に接続されている。正のモータ電流交番
の間、第1のスイッチが開成位置にあるとき第1のダイ
オードが電流を多相モータから導くように、第2のスイ
ッチは閉成位置に維持され、第3のスイッチは開成位置
に維持される。負のモータ電流交番の間、第1のスイッ
チが開成状態にあるとき第2のダイオードが電流を多相
モータから導くように、第2のスイッチは開成位置に維
持され、且つ第3のスイッチは閉成位置に維持され、こ
れにより始動中多相モータにより電力線から引かれる電
流を最小にするよう電流変換を行い、該始動電流は第1
のスイッチのデューティ・サイクルに比例して使用可能
な線電流から低減される。更になお、本発明は、低い力
率値で使用のため、第1のスイッチとモータとの間に配
設され且つそれらと電気的に並列接続されたエネルギ・
シンクを備える。該エネルギ・シンクは、放散デバイス
又は蓄積デバイスであり得る。
【0008】添付図面と関係した、前記の一般的な記述
及び以下の詳細な記述の双方は例示であり特許請求の範
囲において請求される本発明の原理の説明であることが
理解されるべきである。
【0009】
【発明の実施の形態】ここで、図3から図8に図示され
ている本発明のスタータ回路の好適な実施形態を詳細に
言及する。しかしながら、これらの実施形態を記述する
前に、一般原理を図1及び図2の(a)から(c)を特
に参照して記述する。ここで図1を参照すると、直流電
流(DC)電源と使用の従来技術の回路のブロック図が
示されている。既知のように、通常「バック・コンバー
タ(BuckConverter)」と呼ばれるこのス
イッチング・レギュレータ回路は、DC電圧を高い値か
ら低い値に変換するのに有用である。一般に、インダク
タ(L1)及びスイッチ(S1)は、図示のように電源
(VDC)と抵抗負荷(RL)との間に電気的に相互接続
されている。スイッチS1は、特には図示されていない
制御器により「開成」位置と「閉成」位置との間を循環
する(cycle)よう制御される。図2の(a)は、
スイッチS1が開成され次いで閉成されるとき電源から
該スイッチS1を通って流れる電流を図示する。図示の
ように、50%デューティ・サイクル(即ち、ton=t
off)に対して、I1の電流波形は一般に矩形波に似てい
る。しかしながら、スイッチの閉成の間一定のままであ
る代わりに、I1の大きさは徐々に増大する。スイッチ
1が閉成されるとき、インダクタL1及び負荷RLは回
路を完成させ、電流は電源からL1及びRLを通って流れ
る。
【0010】図1を続けて参照すると、スイッチS1
開成されるき、電源からの電流の流れは止まることが分
かる。ダイオードD1は、順方向にバイアスされるよう
になり(即ち、導通し)、回路を完成し、インダクタに
流れる電流を導く。図2の(b)は、スイッチS1が開
成され次いで閉成されるときD1を通って流れる電流I2
のグラフである。図示のように、電流波形I2は、一般
に矩形波に似ていて、且つスイッチの開成の間その大き
さが徐々に減少している。ここで図2の(c)に向く
と、スイッチS1が開成している時間中インダクタを流
れる電流を導くためダイオードD1を設けることによ
り、出力電流I3は小さいリップルを伴って維持されて
おり、一方入力電流は選定されたスイッチング速度での
比に正比例して交互に止まりそして流れる。これは、A
C用途における変圧器により得られる変換と類似のDC
電流及び電圧変換を与える。
【0011】ここで図3を参照すると、全体的に参照番
号10により、単相(即ち、2ワイヤ(2線))用途に
対して実行された本発明のモータ・スタータ回路の実施
形態のブロック図が示されている。この実施形態におい
ては、IGBT(即ち、絶縁ゲート・バイポーラ・トラ
ンジスタ)のような高速固体式スイッチが利用されてい
る。以下でより詳細に記載されるように、SCR(シリ
コン被制御整流器)のような再生式(ラッチング)スイ
ッチよりむしろこれらのスイッチの使用は、電流の流れ
を終了させるための線転流への依存の必要性を排除す
る。更に、高速スイッチを事業電力線(utility
power line)とモータの間に用いることに
より、モータに対する電圧は、「オン(スイッチ閉
成)」時間の「オフ(スイッチ開成)」時間に対する比
を変えながら電力線の周波数よりよほど高い周波数で当
該デバイスをスイッチングすることにより低減される。
モータをシャントする他の固体式スイッチの導通を同時
に制御することにより、電流が、電力線に接続されたス
イッチが開成している時間中流れ続けることを可能にす
る。この方法に従ってスタータ回路を制御することは、
モータ電流が線電流をスイッチS1のデューティ・サイ
クル(即ち、ton+toff/ton)比だけ越える電流変
換をもたらす。更になお、本発明のスタータ回路及び制
御方法は、等しくされた入力/出力ボルト−アンペア
(VA)レーティング(equalized inpu
t/output volt−amp(VA) rat
ings)を可能にする。例えば、50%デューティ・
サイクルで、入力VA積は、全(フルの)線電圧に50
%モータ電流を掛けたのに等しく、そして出力VA積は
50%線電圧にモータ電流を掛けたのに等しい。こうし
て、VA入力はVA出力に等しい。
【0012】始動電流を制限するための直列の構成要素
(インダクタ、抵抗器、電解質及び固体式)を用いる現
在既知の全てのスタータは、同じトルクを与えるためY
−Δ又は単巻変圧器(autotransforme
r)スタータより著しく多く(即ち、ほぼ73%)の電
流を必要とする。本発明は、単巻変圧器性能を固体式デ
バイスを用いて達成することができる手段を与える。更
に、実効電流変換比を電子的に変えることができる。こ
れは、始動過程が起こりつつある間でさえ迅速且つ連続
的に行うことができ、従来技術のアプローチを越えた利
点をもたらす。
【0013】再度図3を参照すると、モータ・スタータ
回路10は、複数の固体式スイッチS1、S2及びS3
ダイオードD1及びD2、参照番号12により全体的に示
されるモータ、及びエネルギ・シンク(energy
sink)14を含む。モータ・スタータ回路10はA
C電源16に電気的に接続され、該AC電源16は負荷
における負及び正の電流交番をもたらす特有の正及び負
の電圧交番を有する周知の正弦波電圧波形を発生する。
ECU 18(これは明瞭化のため特に示していないマ
イクロプロセッサ及び類似のものを含む。)のようなス
イッチ制御器は、以下で詳細に説明し、またマイクロプ
ロセッサにより実行されるソフトウエアにおいて具体化
される制御方策に従って、スイッチS1、S2及びS3
循環させることを制御する。好適な実施形態において、
スイッチS1は、図3に示されるように、AC電源16
とモータ12との間に位置され且つそれらと電気的に直
列接続された双方向性固体式スイッチである。このスイ
ッチは、ECU 18により制御され、その間電流が該
スイッチを通ってモータ12に流れる閉成状態と、その
間電流がスイッチを通って流れない開成状態との間で繰
り返し循環させる。スイッチS1のこのような動作が、
パルス幅変調された電流をモータ12に与えるよう機能
することが認められる筈である。
【0014】図3に示されるように、スイッチS2は、
固体式スイッチであり、ダイオードD1と電気的に直列
接続されている。同様に、スイッチS3とダイオードD2
とは電気的に直列接続されている。一実施形態において
は、スイッチS2及びS3は、単方向性スイッチである。
これらの直列接続されたスイッチ及びダイオードの組合
せ体はスイッチS1とモータ12との間に位置される
が、当該直列接続されたスイッチ及びダイオードの組合
せ体は、互いに対して並列に、且つモータに並列に電気
的に接続されている。ダイオードD1及びD2はワイヤ接
続され、そのため一方が順方向にバイアスされ電流を導
くことができるとき、他方は接続を切られ、即ち逆バイ
アスされ電流を導くことができないことが好ましい。
【0015】モータ始動電流は、スイッチS1を開成及
び閉成に連続的に循環させることによりAC電源16か
ら得られる。このスイッチングは、線電流の周波数より
かなり高い周波数でなされることが好ましい。例えば、
60Hzの周波数を有するAC線電圧に対して、スイッ
チS1は、約1.2kHzから約18kHzまでの範囲
にある周波数で切り替えられ得る。勿論、他のスイッチ
周波数も可能である。スイッチS1が開成している時間
のスイッチS1が閉成している時間に対する比が特定の
用途に応じて変わり得るが、この説明の目的のため且つ
図4に示されるように、スイッチS1は、正及び負の電
流交番の双方に対して約40%の時間閉成され、そして
約60%の時間開成されている。線電圧が正及び負の交
番の双方のに対して増大するにつれ、各電流パルスI1
の大きさが増大することが図4から分かる。
【0016】正のモータ電流交番の間、スイッチS2
閉成位置に維持され、そしてスイッチS3は開成位置に
維持される。初期に、モータへスイッチS1を通って流
れる電流(図3及び図4においてI1として図示)は、
スイッチS1が開成するまで増大する。スイッチS1が開
成するまで、スイッチS3が開成していて且つD1が逆バ
イアスされているので、ダイオードのいずれも電流を導
かない。スイッチS1が開成すると、ダイオードD1は、
モータ12のインダクタンスにより与えられるエネルギ
の結果として順方向にバイアスされ、該モータに流れる
電流(図3及び図4においてI3として図示)は、S2
びD1を通って流れる。電流は、スイッチS1の次の閉成
までD1及びモータを通って流れ続ける。時間における
その点で、ダイオードD1はもう一度逆バイアスにな
り、モータ電流を導くのを止める。AC電源16からモ
ータ12への電流の流れが、スイッチS1の次の開成ま
でに再開する。
【0017】図3及び図4を参照し続けると、負の電流
交番の間、スイッチS2は開成位置に維持され、スイッ
チS3は閉成位置に維持される。S1が閉成すると、線電
流I1はモータ12を通って流れるのを許される。ダイ
オードのいずれもが、S2が開成していて且つD2が逆バ
イアスされているので電流を導かない。しかしながら、
1が開成すると、D2は順方向にバイアスされるように
なり、モータに流れる電流(I3として図示)は、S3
びD2を通って流れる。電流は、S1の次の閉成までD2
及びモータを通って流れ続ける。時間におけるその点
で、D2はもう一度逆バイアスになり、モータ電流を導
くのを止める。AC電源16からモータ12への電流の
流れは、S1の次の開成までに再開する。
【0018】ここで図5を参照すると、線電流(I1
とダイオード電流パルス(図においてはID1及びID2
との間の関係のグラフが図示されている。ID1は、スイ
ッチS1が正のモータ電流の交番の間開成しているとき
ダイオードD1を通って流れる電流を表す。同様に、I
D2は、スイッチS3が負のモータ電流の交番の間開成し
ているときダイオードD2を通って流れる電流を表す。
図示のように、何ら線電流がないとき、即ちスイッチS
1が閉成しているときのみ、電流はダイオードD1及びD
2を通って流れる。各電流パルスID1及びID2の大きさ
は、スイッチS1が開成しているとき最大値(ほぼI1
それにほぼ等しい)を有し、そしてS1が閉成するまで
時間と共に徐々に低減する。
【0019】図3をもう一度参照すると、本発明はま
た、低力率でエネルギ・シンク14を使用して、各電流
の反転の始めにモータにトラップされた無効エネルギを
次の有り得る導通の期間まで、即ち電圧及び電流に正し
く極性が与えられるまで蓄積するか放散するかのいずれ
かを行うことを企図する。既知のように、力率は、実電
力(実効電力)(ワット)の皮相電力(ボルト−アンペ
ア)に対する比として定義され得る。この説明の目的の
ため、エネルギ・シンク14は、典型的には20%の力
率のため用いられ、該20%の力率は始動中に遭遇され
得る。力率は、典型的には、約90秒内に最終値(ほぼ
90%)に達する。抵抗器を含む、無効エネルギを放散
することができる他のデバイスが用いられるにも拘わら
ず、エネルギ・シンクは、図3において、金属酸化バリ
スタとして図形的に表されている。エネルギ・シンク1
4が放散デバイスとして示されているが、無効エネルギ
はまた、キャパシタのような適切な蓄積デバイスに蓄積
され、コンバータ/インバータを用いてエネルギ源に戻
されても良い。そのようなコンバータ/インバータは、
当該技術において周知であり、そこで特に図示していな
い。
【0020】ここで図6及び図7を参照すると、それぞ
れY接続されたモータとΔ接続されたモータとのための
3相(即ち、3線)スタータとしての動作用に構成され
た本発明のスタータ回路のブロック図が示されている。
これらの図面に示されるように、図3に示される回路
が、各線即ち各相に対して繰り返されている。単純化の
ため、Y接続はコモン又は接地の接続を利用するように
示されている。実際の使用においては、スタータのコモ
ンとモータのコモンとは相互接続される必要はない。
【0021】デューティ・サイクルは、スイッチが循環
するのを前述の要領で制御することにより選択的に変え
ることができるので、始動中に引かれる線電流の量は、
最適の結果又は所望の結果を達成するように変えること
ができる。実際は、モータにより引かれる電流の量は、
スタートアップ過程の間前進的に変え得る。図8に示さ
れるように、本発明はまた、参照番号20、22及び2
4により全体的に示されている1つ又はそれより多くの
センサを使用し、該センサはスタートアップ中モータ1
2の動作パラメータを感知する。3つのセンサが示され
ているが、それより多くの数又はそれより少ない数のセ
ンサを用い得る。センサ20、22及び24により感知
されるモータの動作パラメータは、とりわけ、加速度、
速度、トルク、アンペア及びボルトと丁度幾つか名前を
挙げたものを含み得る。勿論、どのパラメータがモニタ
されるかは、特定の用途に大部分依存するであろうし、
ここで特定されたパラメータ以外の多数のパラメータが
適切なセンサによりモニタされ得る。
【0022】これらのセンサからの信号は、マイクロプ
ロセッサ及び類似のもの(明瞭化のため特に図示せず)
を含むECU 26のようなスイッチ制御器に印加され
且つそれにより用いられ、該ECU 26は、次いで、
スイッチS1、S2及びS3の閉成を、感知されたパラメ
ータの関数として制御する。この実施形態においては、
該マイクロプロセッサは、所望の線電流プロフィールを
モータ始動過程にわたり発生する要領でスイッチの閉成
を制御するようプログラムされていることが認められる
べきである。この実施形態と関連するなお別の利点は、
スイッチを循環させることがモータのタイプに関係なく
より低い始動電流を達成するよう制御されることができ
ることである。
【0023】モータ電流が入力事業電力の各交番に関係
して反対方向に循環され得るようにフリー・ホイーリン
グ・ダイオードの導通を調整することにより、単巻変圧
器スタータによるが、しかし連続的に調整可能な巻数比
の追加された能力により得られるAC電圧/電流変換と
類似のものを実現できることが当業者により認められる
筈である。図4に示されるように、モータ電流I3は、
一般的に、モータに与えられる線電流が不連続的である
にも拘わらず、幾らかのリップルを持って連続的であ
る。また、本発明により、Y/Δ及び単巻変圧器スター
タの性能上の利点(即ち、最低始動電流)は固体式スタ
ータと匹敵することが認められるべきである。更に、低
い始動トルクが必要とされる大多数の場合、優秀な性能
(最小加速時間を持つより低い始動アンペア)が、例え
ば、加速期間中にトルク要求及び加速割合に応答して比
率を変えることにより達成される。
【0024】前記したように、本発明のスタータ・モー
タのスタータ電流最小化のスキームは、入力VA積と出
力VA積とを等しくすることを可能にする。より詳細に
は、本明細書において説明したように、入力電流は、入
力電圧が一定に留まる間デューティ・サイクル比の関数
である平均値を持ってピークからゼロまでを揺動する。
反対に、出力電流はダイオードD1及びD2によりフルの
ピーク・レベルに維持されそして平均化されず、一方電
圧はデューティ・サイクル比の関数として低減される。
こうして、入力VAは出力VAに等しい。全ての既知の
従来技術のスタータは、固体式、抵抗性、又は誘導性の
いずれであれ、単巻変圧器を除いてこの特徴を共有しな
い。一般的に、既知のモータ・スタータは、電力線から
引かれるRMS電流を越えるRMSモータ電流のレベル
を供給しない。入力電流低減のこの欠如は、入力VA積
に出力VA積を越えさせる。本発明は、本明細書におい
て記載されてるように、モータにより電力線から始動中
に引かれる電流の量を低減するため電流変換技術を用い
る。類似の結果が単巻変圧器により達成可能であるが、
付随する欠点がある。例えば、単巻変圧器は比較的柔軟
性がない。単巻変圧器の巻数比は前以て確立され且つ固
定されたままである。本発明により、デューティ・サイ
クル、従って電流変換の程度をモータ始動中に調整する
ことができる。
【0025】1つの適用において、本発明は、大きな冷
蔵室コンプレッサ・モータを事業電力線に接続しそれを
動作速度まで加速するため用いられる既知の「低減され
た電圧」スタータを置換するであろう。現在利用されて
いる固体式スタータにおいては、モータと電力線との間
にSCRを置くことにより、且つ各SCRが導通するの
を許される時間を低減することによりモータ端子に印加
された電圧を制御することにより、必要とされる「低減
した電圧」が与えられる。家庭及びレストランにおいて
通常見られる明かりを暗くするための調光器に対して動
作において似ておりながら、負荷(即ち、ランプ)へ流
れる全ての電流はまた、あいにく事業電力線から流れな
ければならない。
【0026】他方、本発明は、「電流変換」がPWMの
デューティ・サイクルに比例するのを可能にする。これ
により、負荷に流れる電流が電力線に流れる電流より著
しく大きくなるのを可能にする。特に、有り得る始動シ
ーケンスは、加速の初期化の時に低いデューティ・サイ
クル(例えば、43%)を含むであろう。特定の期間
(例えば、45秒)後に、デューティ・サイクルは、1
00%に増大し、フルの電力線電圧をモータに印加する
であろう。より高性能の(sophisticate
d)シーケンスにおいては、始動のデューティ・サイク
ルは、はるかに低く(例えば、数パーセント)あり得
て、モータが加速し始めるまで、制御された速度で増大
するのを可能にされる。加速過程中に、デューティ・サ
イクルは、該過程を最適化(最小電流/時間)するため
連続的に調整され得る。このレベルの制御のため、例え
ば電流と速度とを表すフィードバック信号が必要とされ
るであろう。
【0027】種々の修正及び変化が本発明のスタータ回
路及び制御方策において本発明の精神及び範囲から離れ
ることなくなされることは当業者には明らかであろう。
本発明の他の実施形態は、本明細書に開示された本発明
の仕様及び実施の考慮から当業者には明らかであろう。
本明細書及び実施形態は例示のみと考えられ、本発明の
真の範囲と精神は特許請求の範囲により示されることを
意図している。
【図面の簡単な説明】
【図1】直流(DC)電源と使用の従来技術の「バック
・コンバータ(Buck Converter)」のブ
ロック図である。
【図2】50%デューティ・サイクルについての図1に
示される回路における電流I1、I2及びI3のグラフで
あり、(a)は電流I1を、(b)は電流I2を、(c)
は電流I3をそれぞれ示す。
【図3】本発明の単相のモータ・スタータ回路のブロッ
ク図である。
【図4】図3に示される回路における線電流(I1)及
びモータ電流(I3)のグラフである。
【図5】図3に示される回路における線電流(I1)及
びダイオード電流(ID1及びID 2)のグラフである。
【図6】Y接続されたモータと動作するよう構成された
本発明の3相モータ・スタータ回路のブロック図であ
る。
【図7】Δ接続されたモータと動作するよう構成された
本発明の3相モータ・スタータ回路のブロック図であ
る。
【図8】モータ動作パラメータを感知する複数のセンサ
を含む、図3に示されるモータ・スタータ回路と使用の
制御器の単純化されたブロック図である。
【符号の説明】
10 モータ・スタータ回路 12 モータ 14 エネルギ・シンク 16 AC電源 18 ECU 20、22、24 センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハロルド・アール・シュネッツカ アメリカ合衆国ペンシルバニア州17404, ヨーク,エステイト・ドライブ 280

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正及び負の電流交番をもたらす正及び負
    の電圧交番を与える多相電源及び多相モータと使用のた
    めであって、前記多相モータの始動の間前記多相電源か
    ら前記多相モータのために導入される電流の量を最小に
    するモータ用スタータ回路において、 それを介して前記多相電源から双方向性線電流が前記多
    相モータに与えられる第1のスイッチと、 前記第1のスイッチが開成位置にあるとき、電流を前記
    多相モータに導くよう電気的に構成された1対の、スイ
    ッチ及びダイオードの組合せ体と、 前記第1のスイッチを開成位置と閉成位置との間を循環
    させるよう制御し、且つ前記第1のスイッチが前記多相
    モータの電流交番の極性に基づいて開成しているとき、
    電流を前記多相モータに交番して導くよう前記1対の、
    スイッチ及びダイオードの組合せ体を制御する制御器と
    を備え、 これにより、導入される始動電流が始動の間前記多相モ
    ータのために導入される電流を最小にするように前記第
    1のスイッチのデューティ・サイクルに比例して使用可
    能な線電流から低減される電流変換を実行する、モータ
    ・スタータ回路。
  2. 【請求項2】 低力率値で使用のため、前記第1のスイ
    ッチと前記多相モータとの間に配設され且つそれらと電
    気的に並列接続されているエネルギ・シンクを更に備え
    る請求項1記載のモータ・スタータ回路。
  3. 【請求項3】 前記エネルギ・シンクは放散デバイスで
    ある請求項2記載のモータ・スタータ回路。
  4. 【請求項4】 前記エネルギ・シンクは蓄積デバイスで
    ある請求項2記載のモータ・スタータ回路。
  5. 【請求項5】 前記多相モータの動作パラメータを感知
    する少なくとも1つのセンサを更に備え、 前記制御器は、前記スイッチを前記の感知された動作パ
    ラメータに基づいて制御する請求項1記載のモータ・ス
    タータ回路。
  6. 【請求項6】 正及び負の電流交番をもたらす正及び負
    の電圧交番を与える多相電源及び多相モータと使用のた
    めであって、前記多相モータの始動の間前記多相電源か
    ら前記多相モータにより引かれる電流の量を最小にする
    モータ用スタータ回路において、 各相に対して、 前記多相電源と前記多相モータとの間に配設され且つそ
    れらと電気的に直列接続された双方向性固体式スイッチ
    と、 第1のダイオードと電気的に直列接続された第1の固体
    式スイッチとを備え、 前記第1の固体式スイッチと前記第1のダイオードと
    は、前記双方向性固体式スイッチと前記多相モータとの
    間に配設され且つそれらと電気的に並列接続され、 第2のダイオードと電気的に直列接続された第2の固体
    式スイッチを更に備え、 前記第2の固体式スイッチと前記第2のダイオードは、
    前記双方向性固体式スイッチと前記多相モータとの間に
    配設され且つそれらと電気的に並列接続され、 前記第2のダイオードは、前記第1のダイオードが逆バ
    イアスされるとき順方向にバイアスされ、且つ前記第1
    のダイオードが順方向にバイアスされるとき逆バイアス
    されるように電気的に接続され、 パルス幅変調された電流を前記多相モータに与え、正の
    モータ電流交番の間前記第1の固体式スイッチを閉成位
    置に且つ前記第2の固体式スイッチを開成位置に維持す
    ることにより前記双方向性固体式スイッチが開成状態に
    あるとき前記第1のダイオードが電流を前記多相モータ
    から導き、且つ負のモータ電流交番の間前記第1の固体
    式スイッチを開成位置に且つ前記第2の固体式スイッチ
    を閉成位置に維持することにより前記双方向性固体式ス
    イッチが開成状態にあるとき前記第2のダイオードが電
    流を前記多相モータから導くように前記双方向性固体式
    スイッチを開成状態と閉成状態との間で循環させるよう
    プログラムされた制御器とを備え、 これにより、始動電流が始動の間前記多相モータにより
    導入される電流を最小にするように前記双方向性固体式
    スイッチのデューティ・サイクルに正比例して使用可能
    な線電流から低減される電流変換を実行する、モータ・
    スタータ回路。
  7. 【請求項7】 低力率値で使用のため、前記双方向性固
    体式スイッチと前記多相モータとの間に配設され且つそ
    れらと電気的に並列接続されているエネルギ・シンクを
    更に備える請求項6記載のモータ・スタータ回路。
  8. 【請求項8】 前記エネルギ・シンクは放散デバイスで
    ある請求項7記載のモータ・スタータ回路。
  9. 【請求項9】 前記エネルギ・シンクは蓄積デバイスで
    ある請求項7記載のモータ・スタータ回路。
  10. 【請求項10】 前記多相モータの動作パラメータを感
    知する少なくとも1つのセンサを更に備え、前記制御器
    は、前記固体式スイッチを前記の感知された動作パラメ
    ータに基づいて制御する請求項7記載のモータ・スター
    タ回路。
  11. 【請求項11】 正及び負の電流交番をもたらす正及び
    負の電圧交番を与える電源及びモータと使用のためであ
    って、前記モータの始動の間前記電源から前記モータに
    より導入される電流の量を最小にするモータ用スタータ
    回路において、 前記電源と前記モータとの間に配設され且つそれらと電
    気的に直列接続された双方向性固体式スイッチと、 第1のダイオードと電気的に直列接続された第1の固体
    式スイッチとを備え、 前記第1の固体式スイッチと前記第1のダイオードと
    は、前記双方向性固体式スイッチと前記モータとの間に
    配設され且つそれらと電気的に並列接続され、 第2のダイオードと電気的に直列接続された第2の固体
    式スイッチを更に備え、 前記第2の固体式スイッチと前記第2のダイオードと
    は、前記双方向性固体式スイッチと前記モータとの間に
    配設され且つそれらと電気的に並列接続され、 前記第2のダイオードは、前記第1のダイオードが逆バ
    イアスされるとき順方向にバイアスされ、且つ前記第1
    のダイオードが順方向にバイアスされるとき逆バイアス
    されるように電気的に接続され、 パルス幅変調された電流を前記モータに与え、正のモー
    タ電流交番の間前記第1の固体式スイッチを閉成位置に
    且つ前記第2の固体式スイッチを開成位置に維持するこ
    とにより前記双方向性固体式スイッチが開成状態にある
    とき前記第1のダイオードが電流を前記モータから導
    き、且つ負のモータ電流交番の間前記第1の固体式スイ
    ッチを開成位置に且つ前記第2の固体式スイッチを閉成
    位置に維持することにより前記双方向性固体式スイッチ
    が開成状態にあるとき前記第2のダイオードが電流を前
    記モータから導くように前記双方向性固体式スイッチを
    開成状態と閉成状態との間で循環させるようプログラム
    された制御器とを備え、 これにより、始動電流が始動の間前記モータにより引か
    れる電流を最小にするように前記第1の固体式スイッチ
    のデューティ・サイクルに正比例して使用可能な線電流
    から低減される電流変換を実行するモータ・スタータ回
    路。
  12. 【請求項12】 低力率値で使用のため、前記双方向性
    固体式スイッチと前記モータとの間に配設され且つそれ
    らと電気的に並列接続されているエネルギ・シンクを更
    に備える請求項11記載のモータ・スタータ回路。
  13. 【請求項13】 前記エネルギ・シンクは放散デバイス
    である請求項12記載のモータ・スタータ回路。
  14. 【請求項14】 前記エネルギ・シンクは蓄積デバイス
    である請求項12記載のモータ・スタータ回路。
  15. 【請求項15】 前記モータの動作パラメータを感知す
    る少なくとも1つのセンサを更に備え、 前記制御器は、前記固体式スイッチを前記の感知された
    動作パラメータに基づいて制御する請求項11記載のモ
    ータ・スタータ回路。
  16. 【請求項16】 多相モータと、正及び負の電流交番を
    もたらす正及び負の電圧交番を与える多相電源とのため
    のスタータ回路と使用のためで、且つ前記多相モータの
    始動の間前記多相電源から前記多相モータより導入され
    る電流の量を最小にする方法であって、 前記スタータ回路は、制御器と、前記多相電源と前記多
    相モータとの間に配設され且つそれらと電気的に直列接
    続された双方向性固体式スイッチと、第1のダイオード
    と電気的に直列接続された第1の固体式スイッチとを備
    え、 前記第1の固体式スイッチと前記第1のダイオードと
    は、前記双方向性固体式スイッチと前記多相モータとの
    間に配設され且つそれらと電気的に並列接続され、 前記スタータ回路は、第2のダイオードと電気的に直列
    接続された第2の固体式スイッチを更に備え、 前記第2の固体式スイッチと前記第2のダイオードと
    は、前記双方向性固体式スイッチと前記多相モータとの
    間に配設され且つそれらと電気的に並列接続され、 前記第2のダイオードは、前記第1のダイオードが逆バ
    イアスされるとき順方向にバイアスされ、且つ前記第1
    のダイオードが順方向にバイアスされるとき逆バイアス
    されるように電気的に接続される、前記方法において、 パルス幅変調された電流を前記多相モータに与えるよう
    に前記双方向性固体式スイッチを開成状態と閉成状態と
    の間で前記制御器により循環させるステップと、 正のモータ電流交番の間、前記双方向性固体式スイッチ
    が開成状態にあるとき、前記第1のダイオードが電流を
    前記多相モータから導くように前記第1の固体式スイッ
    チを閉成位置に且つ前記第2の固体式スイッチを開成位
    置に維持するステップと、 負のモータ電流交番の間、前記双方向性固体式スイッチ
    が開成状態にあるとき、前記第2のダイオードが電流を
    前記多相モータから導くように前記第1の固体式スイッ
    チを開成位置に且つ前記第2の固体式スイッチを閉成位
    置に維持するステップとを備え、 これにより、始動電流が始動の間前記多相モータのため
    に導入される電流を最小にするように前記双方向性固体
    式スイッチのデューティ・サイクルに正比例して使用可
    能な線電流から低減される電流変換を実行する方法。
JP10124643A 1997-05-07 1998-05-07 等しくされた入力/出力ボルト−アンペア・レーティングを可能にする固体式の低減された電圧モータ・スタータ及び方法 Pending JPH1127970A (ja)

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