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ACポンプコントローラー(インバーター)の原理

少し前に ACポンプインバーター3作目が完成して 



ようやく実用稼働を始めたところですが



振り返ってみると これを作り始めてから もう1年以上が過ぎる


よくまぁ ここまで飽きもせず 作り続けてきたものだ、と思いますが



最後までやり続けた自分を褒めてやりたいところです


なんて事は どうでも良くて・・・・



私以外にも きっとコラリアだけじゃなくて エイハイムであったり セイオであったり



マキシであったり リオであったりの ごく一般的なパワーヘッドや水中ポンプ



また水陸両用ポンプもそうですが これらの2極のブラシレスACポンプの回転数を



制御したい、と思ってる人はたくさんいるんじゃないか?、



と思うので

これらのポンプをコントロールするにはどうすれば良いのか、という部分だけでも



公開しておこうと思います


ただし 御存じの方も多いですが 私は電気に関する知識は



「ど」が付く 素人ですので 回路図や実際の作り方は公開しません



なぜなら おそらく電気のベテランの方から見れば 私の設計するような



回路は きっととんでもない作品だろうと思うし



公開するのは危険が伴うと思うからですが


電気の得意な方なら その方法だけ分かれば 私より



ずっとずっと性能の高い回路が作れると思いますので



どうすれば このあたりのポンプが思う回転数で回せるのか?



何に注意しておけば良いのか?



それさえできれば制御できる!



という基本的な方法だけを紹介しておきます


まず知られてる事ですが このあたりのポンプは回り始める回転方向を



制御する事ができません



これは モーターを回す力となる 電磁石が一組み(2個)しかない為で



回転方向を決めようが無いためです

なので とりあえずどちらに回り出すのか分からない状態で回り始めて



もしも 水中ポンプや水陸両用ポンプのように どちらに回っても良い場合は



そのまま回り続けますが パワーヘッドのように 決まった方向に



回す必要があるポンプの場合は クラッチなどを使って 



反対向きに回り出したときにはブレーキが掛かるようにしてある



そのため 造波装置のように 一秒を切る周期で ON,OFFさせるような場合



回転方向を決める為のクラッチが作動する時間があるので



ぎくしゃくしてスムーズに切り替えができない場合が多い


これらのポンプを短時間でスムーズにON、OFFさせるには



OFFの時にポンプを完全に止めてしまわず 低い回転数で回し続ける事で



クラッチが働かないようにして



実際にはON,OFFではないけれども 高回転と低回転を切り替える事で



ON,OFFのような動きをさせてやる事ができます



ここで それじゃ どうやって高回転と低回転を作るのか?


これは 非常に簡単な事で このタイプのポンプの回転数を決めているのは



電圧でも電流でもなく 電源の周波数が全てです(西日本では60Hz、東日本では50Hz)



逆に言うと構造上 電源の周波数を変えない限り 



ポンプの回転数を変える事はできません


では 回転数を下げるには?



これは言うまでもなく 電源の周波数を下げてやれば回転数も下がりますし



例えば 60Hzの地域で 電源の周波数を30Hzに調整すると



ポンプの回転数は そのまま半分になります



私の頭で構造から理解してる限りでは 



60Hzでは そのまま 1秒あたり60回転になるはずですし



これを30Hzにすれば 1秒あたり30回転になります



(1周期で1回転)


この周波数を調整する為にインバーターが必要なのですが



ここで大切なのは 回転数を決めているのは周波数ですが



周波数を変えただけでは ポンプが安定して回らなくなると言う事で



これは 2極のポンプの構造から 振り子の原理のようなもので



回転数(周波数)とトルク(電圧)のバランスが取れていないと



回転を維持できなくなるか あるいは 回転できてもカタカタと不安定になる


簡単に言うと 周波数が下がれば 電圧も下げる



逆に周波数を上げれば 電圧も上げる


この時に 周波数によって適する電圧がある訳ですが



この適した電圧は ポンプによってそれぞれ違うので



その電圧を調整できる仕組みを入れておかないといけない



ここでは 周波数と適する電圧の関係は ほぼ比例するのですが



ポンプによって ある程度、上下に調整してやる必要がある



基本は 例えば60Hz時に100Vなら 30Hz時に50Vとなるのですが



これに ある程度の割り増し、あるいは 割り引きをできる仕組みに



しておかないといけない


コラリアマグナム8を例にすると 60Hz時は当然100Vで



30Hz時には半分の50Vから若干割り引きして 約38Vとなります


また 低回転側の回転数は これも構造上 限界があって



どこまでも下げる事ができる訳ではなく



コラリアマグナム8で 28Hzあたりまで



コラリアナノで 19Hzあたりまで



コラリア4で 23Hzあたりまでが限界でした


それから最後に 大切な事は 高回転側では 



そんなに気にする必要は無いけれども 



特に大きいポンプで低回転側では 疑似正弦波ではなくて 本当の奇麗な正弦波を



出力する事が大切でした



波形に歪みがあると 正直に回転の安定性に反映されます



ACポンプコントローラー(インバーター)の原理_e0359523_12584357.jpg



因みに カーショップやホームセンターなどで 「正弦波インバーター」



と謳ってても 安くで売られてる商品は その殆どが本当の「正弦波」ではなくて



「疑似正弦波」ですので 奇麗な正弦波ではありません



本物の「正弦波インバーター」は非常に高いものです


そんなところで まとめると



原理としては 決して難しい訳ではなく



電源の周波数と周波数によって電圧を変化させる事ができて



正弦波の作れるインバーターが作れれば実現できます



(小型のポンプなら擬似正弦波でも制御できる)


これに プラスアルファとして コラリアマグナム8の場合は



低回転(約30Hz)と高回転(約60Hz)を切り替える際に 一気に切り替えると



これも不安定になったのですが 周波数と電圧を同時に細かく段階的に



変化させる事でスムーズに切り替える事ができるようになったので 



ウェーブメーカーのように 頻繁に回転数を切り替えるような使い方をする場合には



こんな機能も組み込んだ方が良い場合もある(私は12段階で変化させた)



電気の得意な方なら 私が作ったインバーターよりも



もっともっと良い物が 簡単に作れると思いますので



興味がある方は挑戦してみてください(方法はいろいろ有ると思います)


良いのができたら パクリますので教えてくださいね(笑)



  





by masax7790 | 2012-01-30 23:13
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