JP4756211B2 - 単相誘導電動機の始動用電子回路 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、単相誘導電動機を始動するための電子回路に関し、より詳細には、始動電子スイッチ付きの電子回路を有する誘導電動機を始動するための電子回路に関する。
【0002】
(背景技術)
単相誘導電動機は、簡易性、強度、および高性能といった理由から広く使用されている。これらの電動機は、冷蔵庫、冷凍庫、冷暖房装置、密閉式圧縮機、洗濯機、ポンプ、扇風機などの家庭電気器具だけでなく、いくつかの工業的な用途でも使用されている。
【0003】
通常、これらの単相誘導電動機には、ケージタイプの回転子と、2つの巻線、すなわち、1つが運転コイルであり、もう1つが始動コイルである巻線を有するコイル固定子とが設けられる。
【0004】
通常動作中、運転コイルに交流電圧が供給され、動作開始時に始動コイルが一時的に給電されると、固定子のエアギャップに回転磁界が発生し、回転子を加速して始動を促進するのに必要な条件が整う。
【0005】
この回転磁界は、運転コイルに流れる電流に対して、好ましくは、90度に近い角度、時間的に変位させた電流を始動コイルに供給することにより得られることができる。
【0006】
両方のコイルに流れる電流間のこのような時間的変位は、コイルの構造上の特徴により、またはコイルの一つと直列に、典型的には、始動コイルと直列に外部インピーダンスを取り付けることにより達成される。典型的に、電動機の始動動作中、始動コイルに流れる電流値は高く、電動機の加速を促進するのにかかる時間が経過した後、この電流を中断するためにスイッチを使用する必要がある。
【0007】
高効率が要求される電動機において、上述した始動コイルは、始動期間の完了時に、完全に接続が絶たれるわけではない。この始動コイルに、コンデンサ、すなわち、運転コンデンサが直列に保持されて、電動機の最大トルクおよびその効率を上げるのに十分な電流を与える。
【0008】
電動機の通常動作中、永久インピーダンスを始動コイルと直列に設けた、このような構成の電動機の場合、米国特許第5,051,681号に記載されているように、PTCまたは電子タイプのいくつかの始動デバイスが知られている。
【0009】
ブラジル特許第PI201210号に記載されているように、始動装置としてPTCを用いる従来技術の始動回路には、エネルギー消費量が高いなどのいくつかの欠点がある。
【0010】
米国特許第5,051,681号に記載されているように、一般に、トライアックを採用した電子始動装置を有する始動回路には、PTCを用いる回路のようなエネルギー消費量の問題はないが、電圧変動から影響を受けやすく、電圧過渡現象が発生するか、電動機への電力供給が切断される所定の状態になると、その時点でのその電動機の電力供給状態にかかわらず、回路に電動機を再始動させて、始動回路に電流の過負荷が発生し、過熱が原因で所定の構成部品に焼けが生じるという欠点がある。
【0011】
(発明の開示)
本発明の一般的な目的は、電動機のエネルギー消費量の条件を変更することなく、電動機の電源により生じる電力供給の過渡現象、外乱、および妨害に起因する過度の電圧過負荷が原因となって電動機の構成部品に与えるダメージを回避する、構造が簡単で安価な単相誘導電動機を始動するための電子回路を提供することである。
【0012】
本発明の別の目的は、電動機の始動コイルと直列に設置された運転(または永久)コンデンサ、または別のインピーダンスとともに使用可能な、上述したような始動回路を提供することである。
【0013】
本発明のさらなる目的は、2つの接続端子を使用可能な構造を備えた上述したような回路を提供することである。
【0014】
これらの目的を達成するために、交流電源と組み合わせて動作し、少なくとも1つの運転コイルおよび始動コイルを有する、回転子および固定子を含むタイプの単相誘導電動機を始動するための電子回路であって、トリガ電子スイッチと、前記トリガ電子スイッチのトリガ回路と、トリガ電子スイッチのトリガパルスを制御するためのブロッキング回路とを具備し、前記ブロッキング回路は、回転子が回転することにより電動機のコイルに誘導された電圧がある間、遮断状態を持続して、前記誘導電圧が実質的に減少した後、ある一定時間、前記遮断状態を維持する電子回路が提供される。
【0015】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明について記載する。
【0016】
(発明の最良の実施形態)
本発明は、図1および図2に図示されているように、交流電源Fと組み合わせて動作し、少なくとも1つの運転コイルB1および始動コイルB2を備え、図示されていない回転子および固定子を含むタイプの単相誘導電動機、すなわち電動機Mを始動するための電子回路について記載する。
【0017】
図面によれば、本発明は、トリガ電子スイッチと、このトリガ電子スイッチのトリガ回路TRと、以下に記載されるようなトリガ電子スイッチのトリガパルスを制御するためのブロッキング回路BLとを備える始動回路DPに適用される。
【0018】
本発明によれば、ブロッキング回路BLは、以下に記載されるように、トリガ電子スイッチのトリガパルスの電力遮断状態を与え、該電力遮断状態は、回転子が回転することにより、電動機Mの巻線に誘導電圧が存在する間持続され、前記遮断状態は、前記誘導電圧が実質的に減少した後、ある一定時間維持される。
【0019】
本発明によれば、ブロッキング回路BLは、以下に記載される前記ブロッキング回路BLのタイマにより、トリガ電子スイッチのトリガパルスを遮断する状態に維持される電子スイッチ素子を含む。この解決方法において、電子スイッチ素子は、その電圧飽和により遮断状態に維持される。
【0020】
図示した構造において、トリガ電子スイッチは、例えば、トライアックSであり、タイマは充電素子であり、タイマは、始動回路DP(図1)により給電され、図2に示されているように、電動機Mのコイルを接続する共通点COに接続されてもよい。
【0021】
図1および図2に示されている構造において、電源Fは、電動機Mの運転コイルB1と、運転コイルB1と始動コイルB2との両方の共通点COにそれぞれ接続された端子1および2を有する。
【0022】
始動コイルB2は、始動回路DPの端子Aにも接続され、電源Fの端子2に前記始動回路DPの端子Bが接続され、始動コイルB2と電源Fの端子2との間に運転コンデンサCpが接続される。
【0023】
始動回路DPの端子AおよびBの間にトライアックSが接続されることにより、始動回路DPの端子Bを介して、電源Fの端子2にトライアックSの第1のアノードA1が接続され、前記始動回路DPの端子Aを介して、電動機Mの始動コイルB2と運転コンデンサCpとに第2のアノードA2が接続され、トリガ回路TRにトリガ端子Gが接続される。
【0024】
電源Fにより電動機Mが通電された直後、トライアックSの端子A2およびA1の間の電圧が上昇し始める。
【0025】
トライアックSの端子A1およびA2間の電圧がこのように上昇することで、トリガ回路TRに電流が流れる。
【0026】
図1および図2によれば、トリガ回路TRは、第1のコンデンサC1を備え、第1のコンデンサC1は、端子の一方がトライアックSの第2のアノードA2に接続され、別の端子が第1の抵抗器R1の端子に接続された第1のコンデンサC1を備える。前記第1の抵抗器R1の他方の端子は、第1のツェナーダイオードZ1のアノードに接続される。第1のツェナーダイオードZ1のカソードが、第2のツェナーダイオードZ2のカソードに接続される。前記第2のツェナーダイオードZ2のアノードは、トライアックSのトリガ端子Gに接続される。トライアックSのトリガ端子Gは、トリガ回路TRの第2のコンデンサC2の第1の端子に接続され、第2のコンデンサC2の第2の端子は、トライアックSの第1のアノードA1に接続される。
【0027】
第1の抵抗器R1と第1のコンデンサC1を流れる電流は、第1のコンデンサC1の値により本質的に制限される。
【0028】
第2のコンデンサC2は、トライアックSのトリガ端子Gと端子A1との間に設けられ、高周波数電流成分に対して低インピーダンスになり、トライアックの偶発的なトリガを回避する。
【0029】
トライアックSのトリガ電流は、抵抗器R1と第1のコンデンサC1を流れ、第1のツェナーダイオードZ1および第2のツェナーダイオードZ2と、トライアックSのトリガ端子Gを流れる経路を辿って、トライアックSを点弧して、端子A1およびA2の間に電流を伝導させる。
【0030】
本発明によれば、第1のツェナーダイオードZ1および第2のツェナーダイオードZ2は、ブロッキング回路BLが遮断状態にあるとき、前記ツェナーダイオードに電流が伝導しない程度に高いツェナー電圧を有する。この解決方法において、第1および第2のツェナーダイオードのツェナー電圧は、5ボルト(V)より高いものであってよい。
【0031】
トライアックSの伝導性により、電源Fの端子2から始動回路DPの端子Aへ電流が流れて、電動機Mの始動コイルB2を通電させる。
【0032】
電源Fにより供給される交流電圧の各半周期の開始時に、トライアックSの端子A1とA2との間の電圧変動が開始し、トリガ回路TRを介してトライアックSが点弧して、トライアックSが交流電流を伝導し、始動回路DPの端子AおよびBの間の伝導状態を特徴付ける。
【0033】
図1および図2によれば、ブロッキング回路BLは、完全な整流器ブリッジB1からなり、整流器ブリッジB1は、第1のツェナーダイオードZ1のアノードと第1のコンデンサC1とを接続する共通点に接続された第1の入力端子と、トライアックSの第1のアノードA1に接続された第2の入力端子と、第2の抵抗器R2の端子、第3のコンデンサC3の端子、例えば、PNP型の第1のトランジスタQ1のエミッタ、第5のコンデンサC5の端子、および第3の整流器ダイオードD3のアノードに接続された正出力端子と、第2の抵抗器R2の他方の端子、第1の整流器ダイオードD1のアノード、第4のコンデンサC4の端子、第3の抵抗器R3の端子、および例えば、NPN型の第2のトランジスタQ2のエミッタに接続された負出力端子とを有する。
【0034】
第1の整流器ダイオードD1のカソードは、第3のコンデンサC3の他方の端子および第2の整流器ダイオードD2のアノードに接続される。前記第2の整流器ダイオードD2のカソードは、第4のコンデンサC4の他方の端子、第3の抵抗器R3の他方の端子、第4の抵抗器の端子、および第1のトランジスタQ1のコレクタに接続される。第4の抵抗器R4の他方の端子は、第2のトランジスタQ2のベースに接続される。第1のトランジスタQ1のベースは、第5のコンデンサC5の他方の端子および第5の抵抗器R5の端子に接続される。前記第5の抵抗器R5の他方の端子は、第2のトランジスタQ2のコレクタおよび第4の整流器ダイオードD4のカソードに接続される。前記第4の整流器ダイオードD4のアノードは、第3の整流器ダイオードD3のカソードに接続される。
【0035】
この解決方法において、トランジスタは、ブロッキング回路BLの電子スイッチ素子を限定する。第1のトランジスタQ1および第2のトランジスタQ2が伝導状態にないとき、点V1の最大電圧は、第1のツェナーダイオードZ1および第2のツェナーダイオードZ2の電圧と、典型的に、約1.5VであるトライアックSのトリガ端子Gの伝導電圧とを加算したものに本質的に等しいものである。第1のツェナーダイオードZ1および第2のツェナーダイオードZ2の電圧は、一般に、約5Vになるように選択され、第2のツェナーダイオードZ2との交点で第1の抵抗器R1と整流器ブリッジB1との間に規定された点V1で観察される最大電圧が約6.5Vになる。
【0036】
本発明の好適な構造において、図1に示されているように、波整流器ブリッジB1は、ブロッキング回路BLの点T1に接続された正出力端子と、前記ブロッキング回路BLの点T2に接続された負出力端子を有し、前記点T1およびT2の間に抵抗器R2が接続され、整流器ブリッジB1から電流が流れないとき、輪状になるように前記点間の電圧を確保する。電源Fにより通電された直後、電動機Mの初期運転期間TX中、点V1およびA1の間の電圧は、図3に示されているように、パルス状波の形のものであり、パルスの振幅は、第1のツェナーダイオードZ1および第2のツェナーダイオードZ2のツェナー電圧の値と、トライアックSのトリガ端子Gの伝導電圧とを加算することにより本質的に限定される。
【0037】
電動機Mの同じ初期運転期間TX中、ブロッキング回路BLの点T1およびT2間の電圧は、図3に示されているように、正の極性をもったパルス状のものである。
【0038】
図2に示された実施形態において、ブロッキング回路BLの第3のコンデンサC3は、抵抗器R6を介して始動コイルB2に接続される端子を有し、第2の整流器ダイオードD2を介して、ブロッキング回路BLのタイマである第4のコンデンサC4までの電流の経路を形成する。
【0039】
初期期間TX中、電流は、抵抗器R6および第3のコンデンサC3を流れることで、図3に示されているように、第4のコンデンサC4の電圧が次第に増分する。
【0040】
第2の整流器ダイオードD2により、電源Fの端子1の電圧が増大している時間間隔の間、第4のコンデンサC4の電圧を増分するためだけに電流が流れ、第1の整流器ダイオードD1により、電源Fの点1の電圧が減少するとき、第3のコンデンサC3に電流が流れて、前記第3のコンデンサC3の初期電圧状態を再度確立する。
【0041】
第4のコンデンサC4の電圧は、わずかなステップずつ増大され、前記ステップの振幅は、容量C3およびC4間の比率と、電源Fの端子1に誘導された電圧とにより本質的に限定される。
【0042】
図1の実施形態において、初期期間TX中、点T1およびT2間の電圧パルスにより、第3のコンデンサC3に電流が流れて、図3に示されているように、第4のコンデンサC4の電圧が次第に増分する。第2のダイオードD2により、パルス電圧が増大している時間間隔の間、第4のコンデンサC4の電圧を増大するためだけに電流が流れ、第1の整流器ダイオードD1により、パルス電圧が減少するとき、第3のコンデンサC3に電流が流れて、前記第3のコンデンサC3の電圧の初期状態を再度確立する。第4のコンデンサC4の電圧は、わずかなステップずつ増大され、前記ステップの振幅は、第3のコンデンサC3および第4のコンデンサC4の容量間の比率と、点T1の電圧特徴とにより本質的に限定される。
【0043】
図1および図2によれば、第4のコンデンサC4は、システムがオフにされ、電動機が静止状態にあるとき、第4のコンデンサC4の放電を引き起こす第3の抵抗器R3と並列に接続される。第4のコンデンサC4の放電の時定数は、電源Fからの交流電圧の全サイクルより大きくなければならない。
【0044】
図3に示されているように、第4のコンデンサC4の電圧は、第2のトランジスタQ2のベースエミッタ接合に極性を付与できる値に達するまで増大し、前記値は約0.6Vであり、本質的に第1のトランジスタQ1のベースおよび第4のダイオードD4から、前記第2のトランジスタQ2のコレクタに電流が流れる。このように、第1のトランジスタQ1のベースに電流が流れることで、前記第1のトランジスタQ1のコレクタエミッタ接合により電流が流れて、第4のコンデンサC4の電圧をさらに増大させる。このプロセスは、アバランシェ形で起こり、図3に示す期間TXの終りを限定する。これにより、第1のトランジスタQ1および第2のトランジスタQ2が飽和して、第2のトランジスタQ2のコレクタが、点T2に対して0.2Vに近い電圧値を有する最終均衡状態を確立して、第2のトランジスタQ2のコレクタに存在する0.2V値が付加された、第3の整流器ダイオードD3および第4の整流器ダイオードD4の電圧降下値に、点T1の電圧が本質的に制限されて、典型的に、約1.4Vになる。
【0045】
この最終均衡状態において、時間期間TXが経過した後、第4のコンデンサC4の電圧は、点T1の最大電圧から第1のトランジスタQ1のエミッタコレクタ接合の電圧降下を引いたものに本質的に等しく、典型的に、1.2Vになり、第2のトランジスタQ2のベースエミッタ接合に極性を与えるのに必要な最小値より大幅に大きい値であり、その飽和が保証される。
【0046】
第2のトランジスタQ2のベースでの電流値は、第4のコンデンサC4により制限され、第1のトランジスタQ1のベースでの電流は、第5の抵抗器R5により制限される。点T1と第1のトランジスタQ1のベースとの間に設置された第5のコンデンサC5が回路に設けられて、前記トランジスタのベースでの突然の電圧変動の発生を回避して、外部電気ノイズからの高周波数ノイズが、不適切な時に前記トランジスタの極性を生じさせないようにする。
【0047】
この時間期間TXが経過した後、上述した最終均衡状態は、点T1の電圧を、典型的に、1.2Vに近い値に制限し、点V1およびA1間の電圧を、典型的に、2.4Vに近いピーク値に制限して、典型的に、約5Vのツェナー電圧を表す第1のダイオードZ1および第2のダイオードZ2に電流が流れるのを回避することにより、トライアックSの端子Gにトリガ電流が流れるのを防止し、前記トライアックSの端子A1およびA2に電流が流れるのを回避し、電動機の始動スイッチの遮断状態を特徴付け、すなわち、電動機Mの電流管理動作期間を特徴付ける。
【0048】
この状態において、期間TXが経過した後、第1のトランジスタQ1および第2のトランジスタQ2の飽和は、点T1およびT2間で観察される電圧振幅により、運転状態そのものにより確保され、この電圧振幅は、第1のトランジスタQ1および第2のトランジスタQ2のアバランシェ飽和プロセスを始動するのに要求される最小値よりも大幅に大きい電圧レベルで充電された、第4のコンデンサC4を維持できる高さである。したがって、始動装置TRの端子AおよびBの間に電圧がある間、ブロッキング回路BLは、第1のトランジスタQ1および第2のトランジスタQ2の飽和により持続された遮断状態を有する。電源Fがオフに切り換えられても、回転子が回転することにより電動機MのコイルB1、B2に誘導された電圧により、このように、点AおよびB間の電圧が存在し、端子T1およびT2間に電圧が存在しない状態でも、第4のコンデンサC4に存在する電圧が、第2のコンデンサC2の接合の飽和レベルより大きいということにより、ある一定時間、トランジスタQ1およびQ2の前記飽和状態は持続する。端子T1およびT2の間に電圧がない状態で、このトランジスタQ1およびQ2の追加の伝導時間は、時定数およびR4により限定される。電源Fにより供給される電圧がない場合でも、点AおよびB間の電圧がすでに非常に低いレベルにあるとき、電動機の動きが実質的にまたは完全に低減した後の追加の時間、伝導状態を維持するブロッキング回路BLのこのような特徴により、始動装置DPが、供給電源における電圧の切断に影響を受けなくなり、運転コンデンサCpが高電圧を有するとき、トライアックSを作動する危険性がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の完全な電子回路を示す略図である。
【図2】 本発明の電子回路の第2の実施形態を示す略図である。
【図3】 本発明の電子回路の異なる点における時間の経過とともに観察された電気応答を示す略図である。
Claims (12)
- 交流電源(F)と組み合わせて動作し、少なくとも1つの運転コイル(B1)および始動コイル(B2)を有する、回転子および固定子を含むタイプの単相誘導電動機を始動するための電子回路であって、トリガ電子スイッチと、前記トリガ電子スイッチのトリガ回路(TR)と、前記トリガ電子スイッチのトリガパルスを制御するためのブロッキング回路(BL)とを具備し、前記トリガ回路(TR)は、第1のコンデンサ(C1)を備え、該第1のコンデンサ(C1)は、端子の一方が前記トライアック(S)の第2のアノード(A2)に接続され、別の端子が第1の抵抗器(R1)の端子に接続され、前記第1の抵抗器(R1)の他方の端子は、第1のツェナーダイオード(Z1)のアノードに接続され、前記第1のツェナーダイオード(Z1)のカソードは、第2のツェナーダイオード(Z2)のカソードに接続され、前記第2のツェナーダイオード(Z2)のアノードは、前記トライアック(S)の前記トリガ端子(G)に接続され、前記ブロッキング回路(BL)は、完全な整流器ブリッジにより形成され、該整流器ブリッジは、前記第1のツェナーダイオード(Z1)のアノードと第1のコンデンサ(C1)を接続する共通点に接続された第1の入力端子と、前記トライアック(S)の第1のアノード(A1)に接続された第2の入力端子と、第2の抵抗器(R2)の端子、第3のコンデンサ(C3)の端子、第1のトランジスタ(Q1)のエミッタ、第5のコンデンサ(C5)の端子、および第3の整流器ダイオード(D3)のアノードに接続された正出力端子と、第2の抵抗器(R2)の他方の端子、第1の整流器ダイオード(D1)のアノード、第4のコンデンサ(C4)の端子、第3の抵抗器(R3)の端子、および第2のトランジスタ(Q2)のエミッタに接続された負出力端子とを有し、前記第1の整流器ダイオード(D1)のカソードは、前記第3のコンデンサ(C3)の他方の端子および第2の整流器ダイオード(D2)のアノードに接続され、前記第2の整流器ダイオード(D2)のカソードは、前記第4のコンデンサ(C4)の他方の端子、前記第3の抵抗器(R3)の他方の端子、第4の抵抗器(R4)の端子、および前記第1のトランジスタ(Q1)のコレクタに接続され、前記第4の抵抗器(R4)の他方の端子は、前記第2のトランジスタ(Q2)のベースに接続され、前記第1のトランジスタ(Q1)のベースは、前記第5のコンデンサ(C5)の他方の端子および第5の抵抗器(R5)の端子に接続され、前記第5の抵抗器(R5)の他方の端子は、前記第2のトランジスタ(Q2)のコレクタおよび第4の整流器ダイオード(D4)のカソードに接続され、前記第4の整流器ダイオード(D4)のアノードは、前記第3の整流器ダイオード(D3)のカソードに接続され、前記ブロッキング回路(BL)は、前記回転子が回転することにより前記電動機(M)の前記コイルに誘導された電圧がある間、遮断状態を持続して、前記誘導電圧が実質的に減少した後、ある一定時間、前記遮断状態を維持することを特徴とする電子回路。
- 前記ブロッキング回路(BL)は、前記ブロッキング回路(BL)のタイマにより、前記トリガ電子スイッチのトリガパルスを遮断する状態に維持される電子スイッチ素子を含むことを特徴とする、請求項1に記載の電子回路。
- 前記電子スイッチ素子は、電圧飽和により遮断状態に維持されることを特徴とする、請求項2に記載の電子回路。
- 前記電子スイッチ素子は、トランジスタ(Q1、Q2)であることを特徴とする、請求項3に記載の電子回路。
- 前記タイマは、充電素子であることを特徴とする、請求項4に記載の電子回路。
- 前記タイマは、前記トリガ回路(TR)により給電されることを特徴とする、請求項5に記載の電子回路。
- トリガ電子スイッチは、トライアック(S)であり、該トライアック(S)は、前記交流電源の端子に接続された第1のアノード(A1)と、前記電動機(M)の前記始動コイル(B2)および前記始動コイル(B2)と直列接続された運転コンデンサ(Cp)の端子に接続された第2のアノード(A2)と、前記トリガ回路(TR)に接続されたトリガ端子(G)とを有することを特徴とする、請求項6に記載の電子回路。
- トライアック(S)の前記トリガ端子(G)は、トリガ回路(TR)の第2のコンデンサ(C2)の第1の端子に接続され、前記第2のコンデンサ(C2)の第2の端子は、前記トライアック(S)の第1のアノード(A1)に接続されることを特徴とする、請求項7に記載の電子回路。
- 前記第1および第2のツェナーダイオード(Z1、Z2)は、前記ブロッキング回路(BL)が遮断状態にあるとき、前記ツェナーダイオード(Z1、Z2)での電流伝導を回避できる高さのツェナー電圧を有することを特徴とする、請求項8に記載の電子回路。
- 前記第1および第2のツェナーダイオード(Z1、Z2)のツェナー電圧は、5ボルトより高いことを特徴とする、請求項9に記載の電子回路。
- 前記第1のトランジスタ(Q1)はPNP型であり、前記第2のトランジスタ(Q2)はNPN型であることを特徴とする、請求項1に記載の電子回路。
- 前記第4のコンデンサ(C4)がブロッキング回路(BL)のタイマを限定することを特徴とする、請求項11に記載の電子回路。
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