(57)【要約】【課題】モータ等の誘導負荷装置を始動する時の振動やノイズを防止し、誘導負荷装置を円滑に始動することができる誘導負荷装置の始動器を提供する。【解決手段】本発明の始動器１０は、モータ３０に印加する交流電圧の点弧角αを逐次制御する点弧角制御回路１１と、点弧角制御回路１１の制御下でモータ３０へ交流電圧を印加する半導体スイッチ１２と、を備え、点弧角制御回路１１は、印加電圧のゼロクロスを逐次検出すると共にモータ３０を流れる電流を逐次検出し、その電流値がピーク値の１／２を過ぎた後、モータ３０への交流電圧の点弧角αを徐々に小さくすることによりモータ３０への印加電圧を徐々に大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を印加して誘導負荷装置を始動させる始動器であって、上記誘導負荷装置に印加する交流電圧の点弧角を徐々に小さく設定する点弧角制御回路と、上記点弧角制御回路からの信号に基づいて上記誘導負荷装置に徐々に大きな交流電圧を印加するスイッチ機構と、を備え、上記点弧角制御回路は、上記交流電圧のゼロクロスを逐次検出するゼロクロス回路と、上記誘導負荷装置を流れる電流値を逐次検出する電流値検出回路と、上記電流値検出回路からの検出信号と上記ゼロクロス回路からの検出信号に基づいて初期値が設定され且つ上記初期値からカウントを開始しカウントアップにより上記点弧角を設定するタイマを有するマイコンと、上記タイマからの信号に基づいて上記スイッチ機構に出力するパルス信号を生成するパルス回路と、を備え、上記電流値検出回路の検出電流が最大値になって所定時間経過した後には、それまでの初期値より大きな初期値が上記タイマに設定されることを特徴とする誘導負荷装置の始動器。
【請求項２】
上記初期値が予め測定されて上記マイコンに登録されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導負荷装置の始動器。
【請求項３】
上記スイッチ機構は、逆並列接続されたサイリスタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導負荷装置の始動器。
【請求項４】
始動器を用いて交流電圧を印加して誘導負荷装置を始動させる方法であって、点弧角制御回路を用いて上記誘導負荷装置に印加する交流電圧の点弧角を徐々に小さく設定する第１の工程と、スイッチ機構を用いて上記点弧角制御回路からの信号に基づいて上記誘導負荷装置に徐々に大きな交流電圧を印加する第２の工程と、を備え、上記第１の工程は、ゼロクロス回路を用いて上記交流電圧のゼロクロスを逐次検出する工程と、電流値検出回路を用いて上記誘導負荷装置を流れる電流値を逐次検出する工程と、上記電流値検出回路からの検出信号と上記ゼロクロス回路からの検出信号に基づいてマイコンのタイマに初期値を設定する工程と、上記タイマが上記初期値からカウントを開始しカウントアップにより上記点弧角を設定する工程と、パルス回路を用いて上記タイマからの信号に基づいて上記スイッチ機構に出力するパルス信号を生成する工程と、を備え、上記電流値検出回路の検出電流が最大値になって所定時間経過した後には、それまでの初期値より大きな初期値が上記タイマに設定されることを特徴とする誘導負荷装置の始動方法。
【請求項５】
上記初期値が予め測定されて上記マイコンに登録されていることを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載の誘導負荷装置の始動方法。
【請求項６】
上記スイッチ機構として逆並列接続されたサイリスタを用いることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の誘導負荷装置の始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導負荷装置（例えば、モータ）を始動する際に用いられる始動器に関し、更に詳しくは、モータを円滑に始動することができる誘導負荷装置の始動器及びその始動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては例えば特許文献1において誘導負荷装置用の電圧印加開始装置が提案されている。この電圧印加開始装置は、交流電源とモータの間に配置され、電圧印加開始装置を介してモータに電圧を印加するようになされている。この電圧印加開始装置は、半導体スイッチと位相制御回路を備えている。この位相制御回路では、モータの電流が定格電流の数倍のピーク値に達し所定時間が経過した後、モータへの印加電圧を図７の（ａ）の丸で囲んだ部分に示すように瞬時にジャンプさせることにより、それまで生じていた定格電流に達する直前の電流の乱高下をなくしてモータの振動やノイズを抑制し、あるいは防止することができた。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６６３５３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で記載の電圧印加開始装置の場合には、その後の試験研究の結果、位相制御回路を流れる電流値がピーク値を過ぎた後、図７の（ａ）の丸で囲んで示したように電圧をジャンプさせて瞬時に大きくするため、図７の（ｂ）の丸で囲んで示したようにモータ電流も瞬間的に大きくなり、これが原因でモータのトルクが瞬間的に大きくなってモータが振動すると共に大きなノイズを発生するという問題のあることが判った。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、モータ等の誘導負荷装置を始動する時の振動やノイズを確実に防止し、誘導負荷装置を円滑に始動することができる誘導負荷装置の始動器及びその始動方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の誘導負荷装置の始動器は、交流電圧を印加して誘導負荷装置を始動させる始動器であって、上記誘導負荷装置に印加する交流電圧の点弧角を徐々に小さく設定する点弧角制御回路と、上記点弧角制御回路からの信号に基づいて上記誘導負荷装置に徐々に大きな交流電圧を印加するスイッチ機構と、を備え、上記点弧角制御回路は、上記交流電圧のゼロクロスを逐次検出するゼロクロス回路と、上記誘導負荷装置を流れる電流値を逐次検出する電流値検出回路と、上記電流値検出回路からの検出信号と上記ゼロクロス回路からの検出信号に基づいて初期値が設定され且つ上記初期値からカウントを開始しカウントアップにより上記点弧角を設定するタイマを有するマイコンと、上記タイマからの信号に基づいて上記スイッチ機構に出力するパルス信号を生成するパルス回路と、を備え、上記電流値検出回路の検出電流が最大値になって所定時間経過した後には、それまでの初期値より大きな初期値が上記タイマに設定されることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の誘導負荷装置の始動器は、請求項１に記載の発明において、上記初期値が予め測定されて上記マイコンに登録されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載の誘導負荷装置の始動器は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記スイッチ機構は、逆並列接続されたサイリスタを有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項４に記載の誘導負荷装置の始動方法は、始動器を用いて交流電圧を印加して誘導負荷装置を始動させる方法であって、点弧角制御回路を用いて上記誘導負荷装置に印加する交流電圧の点弧角を徐々に小さく設定する第１の工程と、スイッチ機構を用いて上記点弧角制御回路からの信号に基づいて上記誘導負荷装置に徐々に大きな交流電圧を印加する第２の工程と、を備え、上記第１の工程は、ゼロクロス回路を用いて上記交流電圧のゼロクロスを逐次検出する工程と、電流値検出回路を用いて上記誘導負荷装置を流れる電流値を逐次検出する工程と、上記電流値検出回路からの検出信号と上記ゼロクロス回路からの検出信号に基づいてマイコンのタイマに初期値を設定する工程と、上記タイマが上記初期値からカウントを開始しカウントアップにより上記点弧角を設定する工程と、パルス回路を用いて上記タイマからの信号に基づいて上記スイッチ機構に出力するパルス信号を生成する工程と、を備え、上記電流値検出回路の検出電流が最大値になって所定時間経過した後には、それまでの初期値より大きな初期値が上記タイマに設定されることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項５に記載の誘導負荷装置の始動方法は、請求項４に記載の発明において、上記初期値が予め測定されて上記マイコンに登録されていることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項６に記載の誘導負荷装置の始動方法は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記スイッチ機構として逆並列接続されたサイリスタを用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータ等の誘導負荷装置を始動する時の振動やノイズを防止し、誘導負荷装置を円滑に始動することができる誘導負荷装置の始動器及びその始動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態を示す図で、（ａ）は本発明の一実施形態を示す構成図、（ｂ）は（ａ）に示すモータに印加される交流電圧を示す波形図、（ｃ）は（ａ）に示す始動器を介してモータに印加される交流電圧を示す波形図である。
【図２】三相交流モータに用いられる始動器の構成を示す図１の（ａ）に相当する図である。
【図３】(ａ)は図２の（ａ）に示す始動器を示すブロック図、(ｂ)は交流電源の交流電圧を示す波形図、（ｃ）は始動器から半導体スイッチへゲート信号として出力されるパルス信号を示す波形図である。
【図４】（ａ）は本実施形態の始動器に用いられる点弧角制御回路の動作を示すフローチャート、（ｂ）はゼロクロス検出信号とカウントアップ信号との関係を示す波形図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本実施形態の始動器によってモータに印加する交流電圧を加工する工程を示す説明図である。
【図６】（ａ）は本実施形態の始動器を用いて印加する電圧の変動を示すグラフ、（ｂ）はモータを流れる電流の変動を示すグラフである。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ特許文献1に記載された従来の電圧印加開始装置における図６の（ａ）、（ｂ）に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態の始動器１０は、例えば図１に示すように５０Ｈｚの交流電源２０と誘導負荷装置（例えば、モータ）３０との間に設けられ、交流電源２０の交流電圧を始動器１０を介してモータ３０に印加し、後述のようにモータ３０が円滑に始動するようになされている。本実施形態の始動器１０も従来と同様に交流電源とモータの間に配置されている。
【００１５】
而して、本実施形態の始動器１０は、図１の（ａ）に示すように、モータ３０に印加する交流電圧（同図の（ｂ）参照）の点弧角α（同図の（ｃ）参照）の大きさを徐々に小さく設定する点弧角制御回路１１と、点弧角制御回路１１を介してモータ３０に交流電圧を徐々に大きく設定しながら印加するスイッチ機構（例えば、半導体スイッチ）１２と、を備えている。
【００１６】
図２は三相交流電源２０に適用された始動器１０を示している。始動器１０は、図１に示す単相交流電源２０と実質的に同一の構成を備えている。従って、図２においても図１に示す構成要素と同一または相当部分には図１に示す符号と同一の符号を付して説明する。この始動器１０は、Ｒ、Ｓ、Ｔの各相からの交流電圧を検出する共にＲＳＴの各相に設けられた変流器１３を介して交流電流を検出する点弧角制御回路１１と、点弧角制御回路１１の出力端子Ｇ１〜Ｇ６からのパルス信号がゲート信号として入力される半導体スイッチ１２と、を備え、三相交流モータ３０を円滑に始動させるように構成されている。半導体スイッチ１２は、それぞれＵＶＷ相の出力端子を介してモータ３０に接続されている。
【００１７】
次いで、図３〜図６を参照しながら点弧角制御回路１１及び半導体スイッチ１２について説明する。
【００１８】
点弧角制御回路１１は、例えば図３に示すように、交流電源２０からの交流電圧（同図の（ｂ）参照）のゼロクロスを逐次検出するゼロクロス回路１１Ａと、交流電源２０のＲＳＴ相の配線にそれぞれ設けられた変流器１３からの電流の値を逐次検出する電流値検出回路１１Ｂと、電流値検出回路１１Ｂからの検出電流値とゼロクロス回路２１Ａからの検出信号に基づいて作動するタイマを有する１６ビットマイコン１１Ｃと、マイコン１１Ｃからの信号に基づいて半導体スイッチ１２に出力するパルス信号を生成するパルス回路１１Ｄと、を備えて構成されている。
【００１９】
ゼロクロス回路１１Ａは、例えばゼロクロスを検出して発光する発光素子（例えば、発光ダイオード）と発光ダイオードからの発光を検出する受光素子とを備えて構成されている。半導体スイッチ１２は、図２に示すように、互いに逆向きに配置して並列接続されたサイリスタ１２Ａを主体に構成されている。
【００２０】
マイコン１１Ｃは、例えば図３の（ａ）に示すように、ゼロクロス回路１１Ａからのゼロクロス信号（図４の（ｂ）、図５の（ｂ）参照）の立ち上がりエッジを検出する立ち上がりエッジ検出回路１１Ｃ１と、電流値検出回路１１Ｂからの検出電流値をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換回路１１Ｃ２と、立ち上がりエッジ検出回路１１Ｃ１とＡＤ変換回路１１Ｃ２からの信号に基づいて作動するタイマ１１Ｃ３と、を備えている。
【００２１】
本実施形態では、マイコン１１Ｃが１６ビットマイコンとして構成されているため、タイマ１１Ｃ３のカウント数は６５，５３５であり、このカウント数６５，５３５の範囲内のカウント数で交流電圧の正弦波形の半周期、即ち、１０ｍｓｅｃをカウントできるようになっている。例えば、タイマ１１Ｃ３の１カウントが０．２μｓｅｃに設定されれば、カウント数６５，５３５が略１３ｍｓｅｃになり、交流電圧の半周期をカウントすることができる。
【００２２】
マイコン１１Ｃは、タイマ１１Ｃ３がカウントアップするとカウントアップ信号をパルス回路１１Ｄへ出力した後、パルス回路１１Ｄはカウントアップ信号とゼロクロス信号とで矩形状のパルス信号Ｐ（図５の(ｃ)、(ｅ)参照）を形成し、パルス信号Ｐを半導体スイッチ１２のゲート信号として出力する。半導体スイッチ１２は、ゲート信号に基づいて点弧角αで交流電圧をモータ３０に印加する。本実施形態では、例えば図５の(ｄ)、(ｆ)に示すように点弧角αが徐々に小さくなるように設定され、もってモータ３０に印加される交流電圧が徐々に大きくなるように設定される。
【００２３】
更に、本実施形態では、交流電圧の半周期をカウントする際に、タイマ１１Ｃ３にはマイコン１１Ｃを介してタイマ１１Ｃ３のカウント開始時点となる初期値が間欠的（例えば、０．１秒毎）に大きくなるよう設定される。この初期値は、タイマ１１Ｃ３がカウントを開始する時のカウント値を示しており、カウント数の上限値と下限値の間で設定される。タイマ１１Ｃ３は、ゼロクロス信号の入力がある毎に予め設定された初期値からカウントを開始し、上限値でカウントアップする。初期値からカウントアップまでの時間、即ちカウントアップ時間が半導体スイッチ１２を介して交流電圧の点弧角αとして設定される。従って、初期値が大きく設定されるほどカウントアップ時間が短く、それだけ小さな点弧角αが設定され、逆に初期値が小さく設定されるほどカウントアップ時間が長く、それだけ大きな点弧角αが設定される。
【００２４】
本実施形態では、タイマ１１Ｃ３の初期値の設定値は、電流値検出回路１１Ｂの検出電流値が最大値（ピーク値）になって所定時間経過した後の電流値（例えばピーク値の１／２の電流値）、即ち、モータ３０を流れる電流値がピーク値の１／２を境にして変わる。モータ３の電流値がピーク値の１／２になった時以降の初期値は１／２以前の初期値よりも大きく設定される。その結果、モータ３０の電流値がピーク値の１／２になった時から後の交流電圧の昇圧速度（傾斜）がそれ以前よりも大きくなり（図６の(ａ)に丸で囲んだ部分参照）、交流電圧の昇圧速度を示す傾斜角が大きくなる。タイマ１１Ｃ３は、立ち上がりエッジ検出回路１１Ｃ１からの信号とＡＤ変換回路１１Ｃ２からのピーク値の１／２の電流値を示すデジタル信号とを受信した時にそれまでより大きい初期値が設定される。初期値は、例えば０．１秒毎に徐々に大きくなるように設定される。
【００２５】
タイマ１１Ｃ３の初期値と印加交流電圧の関係は予め実測して取得し、実測データとして保存される。これらの測定データはテーブル、グラフあるいは数式として適宜の形式で作成され、初期値と交流電圧の関係が予めマイコン１１Ｃのメモリに登録される。
【００２６】
次いで、本実施形態の始動器１０を用いる誘導負荷装置の始動方法について図４を参照しながら説明する。図４の（ａ）に示すように、点弧角制御回路１１ではゼロクロス回路１１Ａが交流電源２０からの交流電圧（図５の（ａ）参照）のゼロクロスを検出し、ゼロクロス検出信号をマイコン１１Ｃへ出力する（ステップＳ１）。マイコン１１Ｃは立ち上がりエッジ検出回路１１Ｃ１からのゼロクロス検出信号に基づいてタイマ１１Ｃ３の初期値を設定し（ステップＳ２）、タイマ１１Ｃ３が始動する（ステップＳ３）。この間、点弧角制御回路１１では電流値検出回路１１Ｂが交流電源２０の電流値を検出し、マイコン１１ＣのＡＤ変換回路１１Ｃ２が電流値検出回路１１Ｂからの電流値検出信号をデジタル信号に変換し、タイマ１１Ｃ３へ逐次出力する。タイマ１１Ｃ３が始動し、既に設定されている初期値からカウントを開始する（ステップＳ４）。
【００２７】
マイコン１１Ｃでは、タイマ１１Ｃ３が初期値からカウントを開始し、カウント数がカウントアップ値（時間）に達したか否かを判断する（ステップＳ５）。マイコン１１Ｃは、タイマ１１Ｃ３がカウントアップ時間に達していなければステップＳ４に戻り、カウントを繰り返す。タイマ１１Ｃ３のカウント数がカウントアップ時間（図４の（ｂ）参照）に達していると、タイマ１１Ｃ３がカウントアップ時間をパルス回路１１Ｄへ出力する（ステップＳ６）。パルス回路１１Ｄはカウントアップ信号とゼロクロス検出信号に基づいてパルス信号Ｐ（図４の（ｂ）参照）を生成し、このパルス信号Ｐを半導体スイッチ１２へゲート信号として出力する。半導体スイッチ１２は、ゲート信号に基づいて交流電圧を点弧角αでモータ３０に印加する。半導体スイッチ１２は、半周期毎にタイマ１１Ｃ３の初期値に対応する点弧角αで交流電圧をモータ３０に印加する。タイマ１１Ｃ３の初期値が小さいと、タイマ１１Ｃ３のカウントアップ時間が長く、点弧角αが大きくなる。点弧角αが大きくなると、モータ３０への印加交流電圧は小さくなる。
【００２８】
また、本実施形態では、電流値検出回路１１Ｂからの電流値がピーク値の１／２になった時点で、タイマ１１Ｃ３にはそれまでより大きな値の初期値を間欠的に徐々に大きくなるように設定されることにより、図５の（ｃ）、（ｅ）に示すようにパルス回路１１Ｄからのパルス信号Ｐが間欠的に徐々に大きくなって点弧角αが間欠的に徐々に小さくなるように設定され（図５の（ｄ）、（ｆ）参照）、図６の（ａ）に丸で囲んで示すようにそれまでより大きな傾斜（昇圧速度）になり、最終的には点弧角αがゼロになって定格電圧に達する。このようにモータ３０を流れる電流値がピーク値の１／２になった時にタイマ１１Ｃ３の初期値をそれまでより大きな値に設定してそれまでより大きな傾斜角を形成して交流電圧を上げるようにしたため、モータ３０を流れる電流が図７の（ｂ）に示す従来のように突発的に大きくならず、図６の（ｂ）に示すように殆ど乱れることなく定格電流に達し、従来のように交流電圧を急激で上昇させる場合と比較して電流の乱れを格段抑制することができ、モータ３０を円滑に始動させることができる。
【００２９】
本実施形態では、始動器１０は、モータ３０に印加する交流電圧の点弧角αを徐々に小さく設定する点弧角制御回路１１と、点弧角制御回路１１からの信号に基づいてモータ３０に徐々に大きな交流電圧を印加する半導体スイッチ１２と、を備え、点弧角制御回路１１は、交流電圧のゼロクロスを逐次検出するゼロクロス回路１１Ａと、モータ３０を流れる電流値を逐次検出する電流値検出回路１１Ｂと、電流値検出回路１１Ｂの検出電流の検出信号とゼロクロス回路１１Ｂからの検出信号に基づいて初期値が設定され且つ初期値からカウントを開始し点弧角αでカウントアップするタイマ１１Ｃ３を有するマイコン１１Ｃと、タイマ１１Ｃ３からの信号に基づいて上記スイッチ機構に出力するパルス信号を生成するパルス回路１１Ｄと、を備え、電流値検出回路１１Ｂの検出電流が最大値の１ ／２になった後には、それまでの初期値より大きな初期値が設定されるため、モータ３０を流れる電流値がピーク値の１／２を過ぎた後、モータ３０の電流を一様に低下させて定格電流に導くことができ、従来のようにモータ３０に振動を生じさせることなく円滑且つ確実にモータ３０を始動することができる。しかも、点弧角制御回路１１は、図３の（ａ）に示すように極めて簡単な構成で構築することができる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の構成要素を適宜設計変更することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０    始動器
１１    点弧角制御回路
１１Ａ  ゼロクロス回路
１１Ｂ  ＡＤ変換回路
１１Ｃ３ タイマ
１１Ｃ  マイコン
１１Ｄ  パルス回路
１２    半導体スイッチ（スイッチ機構）
１２Ａ  サイリスタ
２０    交流電源
３０    モータ（誘導負荷装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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