JPH08126389A - 誘導電動機の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水中モータ等として使用される誘導電動機の回
転数をインバータ装置によって制御する。 【構成】誘導電動機の駆動制御装置１は、パルス幅変調
によって誘導電動機Ｍの回転数を制御するインバータ部
３と、前記インバータ部３の出力電圧を正弦波に変換し
て出力するフィルタ部４と、前記フィルタ部４の出力電
圧を昇圧する昇圧トランス５とを有する。昇圧トランス
５は過励磁現象や偏磁現象が生じない構造を有する。イ
ンバータ部３に与えられた駆動電源の電圧は、パルス幅
変調された矩形波として出力される。インバータ部３の
出力電圧は、フィルタ部４においてサイン波に変換され
て高調波成分がほぼ除去される。フィルタ部４の出力電
圧は、昇圧トランス５において過励磁現象や偏磁現象を
起こすことなく昇圧され、誘導電動機Ｍに与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】水井戸・温泉井戸等から揚水・揚
湯する場合に使用される水中ポンプは水中モータによっ
て駆動される。本発明に係る誘導電動機の駆動制御装置
は、係る水中モータの駆動制御に有用である。

【０００２】

【従来の技術】水中ポンプを駆動する水中モータには一
般的に筒形状の誘導電動機が使用されており、そのため
水中ポンプの揚水量や揚湯量は駆動電源の周波数によっ
て決まるポンプ回転数及び揚湯深さにより決定される。
このため、周波数が５０ＨＺ又は６０ＨＺに固定された
商用電源で水中モータを駆動する場合には、需要量に応
じて揚水量・揚湯量を調整することは不可能である。

【０００３】そこでインバータ装置を使用して水中モー
タの回転数を制御することも考えられるが、インバータ
装置の出力電圧は変調された矩形波になっているため、
インバータ装置から水中モータまでのケーブルが長くな
ると、水中モータの端子部で特性インピーダンスが変化
して電圧の反射が生じ、この反射波によってサージ電圧
が発生する。このサージ電圧は水中モータのコイル部の
絶縁を破壊して水中モータを焼損させる。この為、水中
モータまでのケーブル長が短い場合にしかインバータ装
置は使用できない。

【０００４】次に、インバータ装置を使用した場合に
は、水中モータまでのケーブルの長さを考慮すると、昇
圧トランスを使用してインバータ装置の出力電圧を一度
昇圧する必要がある。しかしながら、インバータ装置の
出力電圧は変調された矩形波であるために直流成分を含
んでおり、この直流成分によって昇圧トランス内には偏
磁現象が発生し、またインバータ装置からの出力周波数
の低周波領域で出力側変圧器が過励磁になる恐れがある
という問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来の問題点を解決し、水中モータ等として使用される誘
導電動機の回転数制御を行うことのできる駆動制御装置
を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された誘
導電動機の駆動制御装置は、パルス幅変調によって誘導
電動機の回転数を制御するインバータ部と、前記インバ
ータ部の出力電圧を正弦波に変換して出力するフィルタ
部と、前記フィルタ部の出力電圧を昇圧する昇圧トラン
スとを有することを特徴としている。

【０００７】

【作用】インバータ部に与えられた駆動電源の電圧は、
パルス幅変調された矩形波として出力される。インバー
タ部の出力電圧は、フィルタ部においてサイン波に変換
されて高調波成分がほぼ除去される。フィルタ部の出力
電圧は、トランス部において過励磁現象や偏磁現象を起
こすことなく昇圧され、誘導電動機に与えられる。

【０００８】

【実施例】図１〜図３を参照して一実施例の駆動制御装
置を説明する。図１に示すように、この駆動制御装置１
は、筒形状の誘導電動機である水中モータＭの駆動及び
制御を行うものである。水中モータＭと駆動制御装置１
は、ケーブル２によって接続されている。ケーブル２の
長さは、水中モータＭが設置される例えば井戸等の深さ
に相当し、例えば５００ｍ〜１０００ｍ程度で、深い井
戸においては数千ｍにも及ぶ。

【０００９】図１に示すように、駆動制御装置１は、パ
ルス幅変調によって誘導電動機の回転数を制御するイン
バータ部３を有している。このインバータ部３には、外
部に設けられた２００Ｖの商用交流電源が接続される。
インバータ部３に入力される２００Ｖの商用交流電源の
電圧は、図２（ａ）に示すような正弦波である。インバ
ータ部３が出力する電圧は、図２（ｂ）に示すようなパ
ルス幅変調された矩形波である。

【００１０】図１に示すように、駆動制御装置１はフィ
ルタ部４を有している。このフィルタ部４は、前記イン
バータ部３の出力電圧から大部分の高調波成分を除去
し、正弦波に変換して出力する。本実施例のフィルタ部
４は、図３に示すようにコイルＬとコンデンサＣから構
成される。

【００１１】前述したようにインバータ部３からの出力
電圧はパルス幅変調された矩形波であるが、前記フィル
タ部４を通過することにより高調波成分がほぼ除去され
て正弦波電圧となるため、駆動制御装置１と水中モータ
Ｍが長いケーブル２によって接続されているにも係わら
ず、水中モータＭの端子部において特性インピダンスが
変化してサージ電圧が発生するという不都合は回避でき
る。

【００１２】図１に示すように、駆動制御装置１は昇圧
トランス５を有している。この昇圧トランス５は、駆動
制御装置１と水中モータＭが長いケーブル２によって接
続されている点に鑑みて設けられたものであり、前記フ
ィルタ部４の出力電圧を昇圧して水中モータＭに与え
る。本実施例の昇圧トランス５は、以下のような理由か
ら、過励磁現象や偏磁現象が発生しにくい特別な構造を
有している。

【００１３】前記フィルタ部４はインバータ部３の出力
電圧から高調波成分をほぼ除去するが、フィルタ部４の
出力電圧は必ずしも完全な正弦波ではなく、多少の高調
波分を含んでいる場合がある。このため、使用周波数を
特定の値に固定した通常のトランスを使用するとトラン
スに過励磁現象や偏磁現象が発生するおそれがある。

【００１４】これは、インバ−タ部を介してトランスに
電圧を与える場合、所定の周波数（モータの回転数）に
到達するまでは０から徐々に周波数が上昇していくの
で、トランスには低周波数の電圧が印加されるからであ
る。即ち、低周波数の電圧がトランスに印加されると、
トランスの鉄心部の磁束密度が大きくなって過励磁現象
やインバータの出力電圧に含まれる直流分によって偏磁
現象が発生するのである。

【００１５】過励磁現象や偏磁現象が発生しにくい前記
昇圧トランス５の特別な構造を説明する。本実施例の駆
動制御装置１における昇圧トランス５は、鉄心部を太く
して磁束の通る断面積を大きくし、磁束密度が従来のト
ランスの約１／３となるようにしている。従来の通常の
トランスでは６０ＨＺで約１２０００〜１５０００ガウ
スの磁束密度であるが、本実施例の昇圧トランス５は、
６０ＨＺで約４０００ガウスの磁束密度である。

【００１６】本実施例の駆動制御装置１における昇圧ト
ランス５は、磁束が通る鉄心の一部にエアギャップを設
け、磁束の漏れ分を多くして磁気飽和を防止している。
即ち、鉄心からの磁束の漏れ分を多くすることにより、
磁気飽和を発生しにくくしている。前記エアギャップの
量は、パルス幅変調された電圧が出力されるインバータ
部３の出力線間に直流電圧分約０．８Ｖが印加されても
磁気飽和が発生しない程度に設定される。

【００１７】以上の構成によれば、インバータ部３によ
って商用電源の電圧をパルス幅変調して出力するので水
中モータＭの回転数を任意に設定でき、水中モータＭに
より駆動される水中ポンプの揚水量乃至揚湯量を需要に
応じて調整することができる。そして、その際にはイン
バータ部３の出力電圧に含まれている高調波成分がフィ
ルタ部４によって除去され、また偏磁現象が発生しない
昇圧トランス５がインバータ部３の出力電圧を昇圧する
ので、駆動制御装置１と水中モータＭとが長いケーブル
２で接続されていても、水中モータＭにサージ電圧が発
生したり、昇圧トランス５に過励磁現象や偏磁現象が発
生する等の不都合は生じない。

【００１８】以上説明した一実施例は、長いケーブル２
で水中モータＭと接続された駆動制御装置１に関するも
のであったが、本発明の駆動制御装置は必ずしも水中モ
ータのみを対象とするものではない。

【００１９】前述したように、インバータ部３と水中モ
ータＭを接続するケーブル２が長くなると、水中モータ
Ｍの端子部でサージ電圧が発生して水中モータＭのコイ
ル部を焼損することがある。インバータ部３に使用され
ているスイッチング素子がトランジスタの場合には、前
記ケーブル２の長さが２００ｍ〜３００ｍ以上になると
前記サージ電圧が発生していた。

【００２０】しかしながら、インバータ部３のスイッチ
ング素子をトランジスタから応答性の良いＩＧＢＴ等に
置き換えると、前記ケーブル２の長さが５０ｍ前後でも
前記サージ電圧が発生することがある。インバータ部を
含む駆動制御装置とモータとの距離が例えば１００ｍ程
度になる工場等では、前記サージ電圧の発生によるモー
タコイル部の焼損が発生する可能性がある。

【００２１】本発明の駆動制御装置は、このような場合
も含め、サージ電圧が発生する可能性のある誘導電動機
に広く応用することができ、サージ電圧を発生させるこ
となく誘導電動機の回転数制御をインバータ装置によっ
て行うことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ部の出力電
圧をフィルタ部で正弦波に変換した後に昇圧トランスで
昇圧して誘導電動機に与えるようにしたので、誘導電動
機においてサージ電圧が発生せず、インバータ部による
誘導電動機の回転数制御が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】一実施例の各部における電圧波形を示す図であ
る。

【図３】一実施例におけるフィルタ部の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 駆動制御装置 ２ ケーブル ３ インバータ部 ４ フィルタ部 ５ 昇圧トランス Ｍ 誘導電動機としての水中モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス幅変調によって誘導電動機の回転
   数を制御するインバータ部と、前記インバータ部の出力
   電圧を正弦波に変換して出力するフィルタ部と、前記フ
   ィルタ部の出力電圧を昇圧する昇圧トランスとを有する
   誘導電動機の駆動制御装置。