JP2006033954A - 電動機の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制しつつ始動電流を抑制する。
【解決手段】始動装置３０は電動機１２を始動するものであり、開閉弁１４、開閉弁制御装置１６、制御盤２０などを備える。開閉弁１４は、吐出口１００２に設けられ吐出口１００２を開放および閉鎖する弁である。開閉弁１４によってポンプ１０の吐出口１００２を閉塞させた状態でスターデルタ切り替え回路２２により電動機１２の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を実行させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動機の始動装置に関する。

外部から供給される動力に基づいて流体に圧力を加えて吐出口から吐出させるポンプがある。このようなポンプに動力を供給する電動機は、始動時に流れる電流、すなわち始動電流が例えば定格運転電源容量の５〜６倍になる。このような大きな始動電流を抑制するため、スターデルタ始動装置などの始動装置が用いられている（例えば特許文献１）。
特開２００２−１７１７７７号公報

しかしながら、上述したスターデルタ始動装置を用いても定格運転電源容量の３倍〜４倍程度の始動電流が流れることは避けられなかった。また、コンドルファ始動装置や特殊コンドルファ始動装置を用いた場合には始動電流を定格運転電源容量の２倍〜３倍程度に抑制できるが、コンドルファ始動装置や特殊コンドルファ始動装置はリアクトルを備えるという構造上、コストが嵩むという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、コストアップを抑制しつつ始動電流を抑制する上で有利な電動機の始動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、外部から供給される動力に基づいて流体に圧力を加えて吐出口から吐出させるポンプまたはファンに前記動力を供給する電動機を始動させる始動装置であって、前記電動機の始動時に前記電動機の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を行うことにより前記電動機に電流を供給するスターデルタ切り替え回路と、前記吐出口を開放または閉塞する開閉手段と、前記スターデルタ切り替え回路と前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記吐出口が閉塞された状態で前記スターデルタ切り替え回路により前記切り替え動作を実行させ、前記切り替え動作が完了した後、前記開閉手段により前記吐出口を開放させるように構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、外部から供給される動力に基づいて流体に圧力を加えて吐出口から吐出させるポンプまたはファンに前記動力を供給する電動機を始動させる始動装置であって、前記電動機の始動時に前記電動機に供給する電流を抑制する始動手段と、前記吐出口を開放または閉塞する開閉手段と、前記始動手段と前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記吐出口が閉塞された状態で前記始動手段による前記電動機への電流の供給動作を実行させ、前記供給動作が完了した後、前記開閉手段により前記吐出口を開放させるように構成されていることを特徴とする。

そのため、本発明によれば、開閉手段によってポンプまたはファンの吐出口が閉塞された状態でスターデルタ切り替え回路により電動機の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を実行させるので、切り替え動作の際にポンプまたはファンの負荷が抑制され電動機に供給される始動電流を抑制する上で有利であり、また、比較的安価な開閉手段を用いているのでコストアップを抑制する上でも有利である。
また、開閉手段によってポンプまたはファンの吐出口が閉塞された状態で始動手段による電動機への電流の供給動作を実行させさせるので、切り替え動作の際にポンプまたはファンの負荷が抑制され電動機に供給される始動電流を抑制する上で有利であり、また、比較的安価な開閉手段を用いているのでコストアップを抑制する上でも有利である。

コストアップを抑制しつつ始動電流を抑制するという目的を、開閉手段によってポンプまたはファンの吐出口が閉塞された状態で電動機に始動電流を供給することによって実現した。

次に本発明の実施例１について図面を参照して説明する。
図１は実施例１の始動装置を有する流体送出装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、流体送出装置１００は、ポンプ１０と、電動機１２と、始動装置３０とを備えている。
ポンプ１０は、吐出口１００２を有し、電動機１２から供給される動力に基づいて流体（気体あるいは液体を含む）に圧力を加えて吐出口１００２から吐出させるものである。吐出口１００２は前記流体を流す配管１３に連結されている。
電動機１２は、制御盤２０から供給される電流によって駆動されポンプ１０に前記動力を供給するものであり、本実施例ではカゴ形誘電電動機で構成されている。

始動装置３０は電動機１２を始動するものであり、開閉弁（特許請求の範囲の開閉手段に相当）１４、開閉弁制御装置１６、制御盤２０などを備えている。
開閉弁１４は、吐出口１００２に設けられ吐出口１００２を開放および閉鎖する弁であり、モータなどのアクチュエータを備えこのアクチュエータの動作に基づいて開放動作および閉塞動作を行う。
開閉弁制御装置１６は、制御盤２０から供給される開閉信号ＳＡに基づいて開閉弁１４の前記アクチュエータに駆動信号Ｓ１を供給することにより、開閉弁１４の開閉を制御するとともに、開閉弁１４が開放状態にあるか、閉塞状態にあるかを示す開閉状態信号ＳＢを制御盤２０に供給するものである。

制御盤２０は、スターデルタ切り替え回路２２、スターデルタ始動回路２４、タイミング回路２６などを有している。
スターデルタ切り替え回路２２は、電源が供給される電動機１２の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を行う回路であり、本実施例ではスターデルタ始動回路２４から供給される動作信号Ｓ２によって開閉動作する電磁接触器（ＭＣ）を用いて構成されている。なお、スターデルタ切り替え回路２２は従来公知の回路であるため詳細な説明は省略する。
スターデルタ始動回路２４は、タイミング回路２６から供給される始動信号Ｓ３に応じてスターデルタ切り替え回路２２に動作信号Ｓ２を供給するものである。具体的には、始動信号Ｓ３が供給されると、まず、スター結線に切り替える動作信号Ｓ２をスターデルタ切り替え回路２２に供給し、電動機１２に供給される電流が所定値になったときに、デルタ結線に切り替える動作信号Ｓ２をスターデルタ切り替え回路２２に供給する。
タイミング回路２６は、外部から供給される起動信号Ｓ４と、開閉弁制御装置１６から供給される開閉状態信号ＳＢに基づいて、始動信号Ｓ３を生成してスターデルタ始動回路２４に供給するとともに、開閉信号ＳＡを生成して開閉弁制御装置１６に供給するものである。
なお、本実施例においては、開閉弁制御装置１６、スターデルタ始動回路２４、タイミング回路２６によって特許請求の範囲の制御手段が構成されている。

次に、始動装置３０の動作について説明する。
図２は始動装置３０の動作を示すフローチャート、図３は電動機１２に流れる電流（運転電流）の時間的推移を示す線図であり太実線は実施例１の始動装置３０に対応している。
まず、初期状態では電動機１２は停止しており、開閉弁１４は閉塞状態にあるものとする。
タイミング回路２６は、起動信号Ｓ４の供給の有無を監視している（ステップＳ１０）。
起動信号Ｓ４が供給されると、タイミング回路２６は、開閉弁制御装置１６の開閉状態信号ＳＢに基づいて開閉弁１２が閉塞しているか否かを判定し（ステップＳ１２）、ステップＳ１４の判定結果が肯定であれば、すなわち開閉弁１２が閉塞状態であれば、タイミング回路２６はスターデルタ始動回路２４に始動信号Ｓ３を供給する（ステップＳ１４）。
また、ステップＳ１２で閉塞状態でなければ開閉弁制御装置１６に閉塞を示す開閉信号ＳＡを供給することで開閉弁制御装置１６により開閉弁１４を閉塞させ（ステップＳ１６）、ステップＳ１４に移行する。
これにより、スターデルタ始動回路２４は、スターデルタ切り替え回路２２に前記スター結線とするための動作信号Ｓ２を供給することでスターデルタ切り替え回路２２を前記スター結線に切り替える（ステップＳ１８）。これにより図２の時点Ｔ０に示すように、電動機１２に対する前記スター結線による始動電流の供給が開始される。始動電流はいったん定格運転電流（定格運転容量）Ｉ０を超える電流Ｉ１に到達した後、低下する。
そして、時間経過とともに前記始動電流が低下し前記所定値（本実施例では定格運転電流Ｉ０よりも低い電流）に到達すると、スターデルタ始動回路２４はスターデルタ切り替え回路２２に前記デルタ結線とするための動作信号Ｓ２を供給することでスターデルタ切り替え回路２２を前記デルタ結線に切り替える（ステップＳ２０）。これにより図２の時点Ｔ１に示すように、電動機１２に対する前記デルタ結線による始動電流の供給が開始される。始動電流はいったん前記所定値から上昇し定格運転電流（定格運転容量）Ｉ０を超える電流Ｉ２に到達した後、低下する。
なお、発明者の実験によれば、デルタ切り替え回路２２が前記デルタ結線に切り替えられた際に到達する最大の電流Ｉ２は、このような始動装置３０を用いないで電動機１２を始動させた場合（直入れ始動）の始動電流の３１％〜４３．６％程度に抑制されている。これは電動機１２の動力が供給されているポンプ１０の吐出口１００２が開閉弁１３によって閉塞されているからである。

一方、タイミング回路２６はステップＳ２０にスターデルタ切り替え回路２２がΔ結線に切り替えられると同時にタイマーを起動させ、前記タイマーにより所定時間ΔＴが経過したことを認識すると（ステップＳ２２）、開閉弁制御装置１６に開放を示す開閉信号ＳＡを供給することで、図２の時点Ｔ２に示すように、開閉弁制御装置１６により開閉弁１４を開放させる（ステップＳ２４）。
開閉弁１４の開放によりポンプ１０の負荷が増加することで電動機１２に供給される始動電流は一時的に増加するが、既に電動機１２の回転数が上昇しているため、始動電流は前記電流Ｉ２よりも低い電流Ｉ３をピーク（最大値）として、電動機１２の回転速度が定常速度に近づくにつれて低下する。そして、始動電流は図２の時点Ｔ３で定格運転電流Ｉ１に至り電動機１２は定格運転電流Ｉ１に対応する定常速度で運転される（ステップＳ２６）。これにより、電動機１２の始動が終了する。
なお、タイミング回路２６は、ポンプ１０が停止した場合、開閉弁１４を閉塞させてその状態を保持させる。その際、開閉弁制御装置１６は閉塞状態を示す開閉状態信号ＳＢをタイミング回路２６に供給し、次回の電動機１０の始動の準備を行う。
また、タイミング回路２６は、ステップＳ１２で開閉弁１４が閉塞状態にあると判断された場合にのみそれ以降の動作を行うため、開閉弁１４が開放状態にあるにも拘わらず電動機１２の始動が開始されることを確実に防止しており、開閉弁制御装置１６とタイミング回路２６によってインターロック回路が構成されていることになる。

次に、比較例について説明する。
比較例では、始動装置３０の開閉弁１４、開閉弁制御装置１６を省き、スターデルタ切り替え回路２２、スターデルタ始動回路２４のみにより電動機１２を始動させる。
図２にこの比較例における始動電流を細実線で示す。
発明者の実験によれば、比較例において、デルタ切り替え回路２２が前記デルタ結線に切り替えられた際に到達する最大の電流Ｉ１０は、始動装置３０を用いないで電動機１２を始動させた場合（直入れ始動）の始動電流の６７％程度となっており、本実施例による始動電流に比較して始動電流のピークが大きなものとなっている。これは電動機１２の動力が供給されているポンプ１０の吐出口１００２が常時開放されているからである。

以上説明したように本実施例によれば、開閉弁１４によってポンプ１０の吐出口１００２を閉塞させた状態でスターデルタ切り替え回路２２により電動機１２の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を実行させるので、前記切り替え動作の際にポンプ１０の負荷が抑制され電動機１２に供給される始動電流を抑制する上で有利となる。
また、既存のスターデルタ切り換え回路２２に、開閉弁１４および開閉弁制御装置１６といった比較的安価な構成を追加することで始動装置３０を実現することができるので、コストアップを抑制する上でも有利となる。

また、本実施例では、図２に太実線で示すように、スターデルタ切り替え回路２２によるスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作が完了してから電動機１２に供給される電流が定格運転電流Ｉ０を下回らない時点Ｔ２で開閉弁１４を開放した場合について説明したが、図２に破線で示すように、スターデルタ切り替え回路２２によるスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作が完了してから電動機１２に供給される電流が定格運転電流Ｉ０を下回った時点Ｔ２´（前記切り替え動作が完了してから所定時間ΔＴ´が経過した時点）で開閉弁１４を開放してもよい。この場合には、電動機１２に供給される電流が定格運転電流Ｉ０に到達する時点Ｔ３´が実施例１の場合よりも若干遅延するが、開閉弁１４を開放した時点Ｔ２´で電動機１２に供給される電流Ｉ４を実施例１の電流Ｉ３よりも抑制することができる点で有利となっている。

図４、図５は吐出口１００２を閉塞した状態でスター結線からデルタ結線に切り替えたときに電動機１２に供給される電流を電動機１２の容量別に示した説明図である。
図４、図５において、「モーター入力電流」は定格運転電流に相当し、「締め切り電流」は吐出口１００２を閉塞した状態でスター結線からデルタ結線に切り替えたときに電動機１２に供給される電流に相当している。
また、図４は極数が２、印加電圧が２００Ｖの電動機（モーター）について示し、図５は極数が４、印加電圧が２００Ｖの電動機（モーター）について示している。
図４、図５に示すように、定格運転電流（例えば、モーター出力ＫＷの欄、モーター入力電流の欄）に対する締め切り運転電流の割合（締め切り運転電流／定格電流比の欄）を比較すると、電動機１２の定格運転電流が大きいほど前記割合が低下しており、電動機１２の定格運転電流が大きいほど始動時に電動機１２に供給される電流を抑制する効果がより顕著となっていることが明らかである。

なお、本実施例では、始動装置３０が、前記電動機の始動時に前記電動機の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を行うことにより前記電動機に電流を供給するスターデルタ切り替え回路２２を用いた場合について説明したが、スターデルタ切り替え回路２２の代わりに、電動機の始動時に前記電動機に供給する電流を抑制する始動手段を用いてもよく、本実施例と同様に始動時に電動機に供給される電流を抑制する上であることはもちろんである。
この場合には、制御手段は、開閉手段によって吐出口を閉塞させた状態で始動手段による電動機への電流の供給動作を実行させ、供給動作が完了した後、開閉手段により吐出口を開放させるようにすればよい。
また、前記始動手段としては、例えば始動時に電動機に供給する電流をスターデルタ切り換え回路よりも抑制できるコンドルファ始動装置あるいは特殊コンドルファ始動装置を用いることができ、この場合には始動時に電動機に供給される電流をさらに抑制することができる。
また、本実施例では、ポンプ１０の吐出口１００２に開閉弁１４を設けた場合について説明したが、ポンプ１０に代えてファンを用いるとともに、開閉弁１４に代えてファンの吐出口を開閉するダンパを用いてもよいことはもちろんである。

また、本実施例では、開閉盤１４が前記アクチュエータに供給される駆動信号Ｓ１により開放および閉塞の双方が制御される場合について説明した。しかしながら、開閉弁として、ポンプ１０の運転が停止した際に配管１３内の流体の圧力（例えば水圧）によって自然閉塞される従来公知の開閉弁、あるいは、ポンプ１０の運転が停止した際に開閉弁１４の自重によって自然閉塞される従来公知の開閉弁を用いてもよいことはもちろんである。
この場合には、開閉弁の開放は本実施例と同様の駆動信号Ｓ１によってなされ、開閉弁の閉塞は前記自然閉塞によってなされる。
このように自然閉塞がなされる開閉弁を用いた場合には、開閉弁の構造が簡素化されるので開閉弁のコスト低減を図ることができるとともに、開閉弁を閉塞するための駆動信号を生成する必要が無いため開閉弁の開閉制御の簡素化を図る上で有利となる。
また、ポンプ１０に代えてファンを用いるとともに、開閉弁１４に代えてファンの吐出口を開閉するダンパを用いた場合、このダンパとしてファンの運転が停止した際に前記ダンパの自重によって自然閉塞される従来公知のダンパを用いてもよいことはもちろんである。
この場合には、ダンパの開放は本実施例と同様の駆動信号Ｓ１によってなされ、ダンパの閉塞は前記自然閉塞によってなされる。
このように自然閉塞がなされるダンパを用いた場合には、ダンパの構造が簡素化されるのでダンパのコスト低減を図ることができ、また、ダンパを閉塞するための駆動信号を生成する必要が無いためダンパの開閉制御の簡素化を図る上で有利となる。
また、本実施例では、開閉弁１４が駆動信号Ｓ１で開放される場合について説明したが、開放弁として、所定の開放用水圧が供給されることで開放される従来公知の開閉弁を用いてもよいことはもちろんである。
また、ポンプ１０に代えてファンを用いるとともに、開閉弁１４に代えてファンの吐出口を開閉するダンパを用いた場合には、前記ダンパとして、所定圧力（あるいは所定流量）の開放用エアーが供給されることで開放される従来公知のダンパを用いてもよいことはもちろんである。

実施例１の始動装置を有する流体送出装置の構成を示すブロック図である。 始動装置３０の動作を示すフローチャートである。 電動機１２に流れる電流（運転電流）の時間的推移を示す線図である。 吐出口１００２を閉塞した状態でスター結線からデルタ結線に切り替えたときに電動機１２に供給される電流を電動機１２の容量別に示した説明図である。 吐出口１００２を閉塞した状態でスター結線からデルタ結線に切り替えたときに電動機１２に供給される電流を電動機１２の容量別に示した説明図である。

符号の説明

１０……ポンプ、１２……電動機、１４……開閉弁、１６……開閉弁制御回路、２２……スターデルタ切り替え回路、２４……スターデルタ始動回路、２６……タイミング回路、３０……始動装置。

Claims (5)

1. 外部から供給される動力に基づいて流体に圧力を加えて吐出口から吐出させるポンプまたはファンに前記動力を供給する電動機を始動させる始動装置であって、
   前記電動機の始動時に前記電動機の一次巻線の各相の結線をスター結線からデルタ結線に切り替える切り替え動作を行うことにより前記電動機に電流を供給するスターデルタ切り替え回路と、
   前記吐出口を開放または閉塞する開閉手段と、
   前記スターデルタ切り替え回路と前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記開閉手段によって前記吐出口が閉塞された状態で前記スターデルタ切り替え回路により前記切り替え動作を実行させ、前記切り替え動作が完了した後、前記開閉手段により前記吐出口を開放させるように構成されている、
   ことを特徴とする電動機の始動装置。
2. 前記開閉手段による前記吐出口の開放は、前記スターデルタ切り替え回路の前記切り替え動作が完了してから所定時間が経過した後なされることを特徴とする請求項１記載の電動機の始動装置。
3. 前記開閉手段による前記吐出口の開放は、前記スターデルタ切り替え回路の前記切り替え動作が完了してから前記電動機に供給される電流が前記電動機の定格運転電流を下回ってからなされることを特徴とする請求項１記載の電動機の始動装置。
4. 外部から供給される動力に基づいて流体に圧力を加えて吐出口から吐出させるポンプまたはファンに前記動力を供給する電動機を始動させる始動装置であって、
   前記電動機の始動時に前記電動機に供給する電流を抑制する始動手段と、
   前記吐出口を開放または閉塞する開閉手段と、
   前記始動手段と前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記開閉手段によって前記吐出口が閉塞された状態で前記始動手段による前記電動機への電流の供給動作を実行させ、前記供給動作が完了した後、前記開閉手段により前記吐出口を開放させるように構成されている、
   ことを特徴とする電動機の始動装置。
5. 前記始動手段はコンドルファ始動装置あるいは特殊コンドルファ始動装置であることを特徴とする請求項４記載の電動機の始動装置。
   

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