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図面 (3)

目的

負荷及びスケジュールにより、進相コンデンササイクロコンバータ無効電力の総和を制御し、力率を改善し電源系統の安定制御を行う。

構成

サイクロコンバータ装置3の定常運転時に発生する無効電力値を算出し、電源系統に接続する進相コンデンサ設備10の必要台数を決定し、交流電動機5の何台かの停止時に、サイクロコンバータ装置の発生無効電力と進相コンデンサ設備の必要台数を決定する無効電力基準演算器9と、系統電圧変動が最小となるように、コンデンサ設備投入を指示する自動投入装置12と、電動機運転中にサイクロコンバータ装置の無効電力の総和が一定となるように配分を演算する無効電力配分演算器13と、発生無効電力基準と、サイクロコンバータ装置の発生無効電力とが一致するように、交流電動機の回転速度を制御する無効電力制御器14とを備えている。

概要

背景

入力力率の悪い循環電流サイクロコンバータ複数台接続される電源系統では、力率改善のため、大容量の進相コンデンサが必要となり、系統保護の都合上、数台に分割される。

通常、この進相コンデンサはサイクロコンバータが100%負荷時に発生する無効電力量相当に容量選定されており、サイクロコンバータに常時100%無効電力を発生させることにより、力率を一定に制御するシステムとしていた。

又、大容量の進相コンデンサが接続されていることにより、発生する電動機停止中に於ける系統電圧の上昇を抑制するため、電動機停止中でも進相容量相当の遅れ無効電力をサイクロコンバータから発生させる必要があった。

概要

負荷及びスケジュールにより、進相コンデンサとサイクロコンバータの無効電力の総和を制御し、力率を改善し電源系統の安定制御を行う。

サイクロコンバータ装置3の定常運転時に発生する無効電力値を算出し、電源系統に接続する進相コンデンサ設備10の必要台数を決定し、交流電動機5の何台かの停止時に、サイクロコンバータ装置の発生無効電力と進相コンデンサ設備の必要台数を決定する無効電力基準演算器9と、系統の電圧変動が最小となるように、コンデンサ設備投入を指示する自動投入装置12と、電動機運転中にサイクロコンバータ装置の無効電力の総和が一定となるように配分を演算する無効電力配分演算器13と、発生無効電力基準と、サイクロコンバータ装置の発生無効電力とが一致するように、交流電動機の回転速度を制御する無効電力制御器14とを備えている。

目的

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので運転スケジュールから一般的に良く知られている設定計算式等を用いて計算される各サイクロコンバータの負荷動力により、その運転スケジュールでの定常負荷時の発生無効電力から進相コンデンサの必要台数を決定すると共に、電動機の運転状態、及び各サイクロコンバータ相互の負荷バランス観測しながら、停止中は系統の電圧上昇許容できる範囲で無効電力を低減し、運転後は常に無効電力の総和が一定となる様、各サイクロコンバータの発生無効電力量の配分を決定し、無効電力制御できる装置を提供することにより、電動機停止中及び軽負荷時電力損失を低減し、電動機運転後の力率を改善するサイクロコンバータの無効電力制御装置を提供することを目的としている。

効果

実績

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請求項1

無効電力制御機能を有する複数のサイクロコンバータ装置と、これらのサイクロコンバータ装置の各々によって運転される交流電動機と、前記サイクロコンバータ装置と並列に接続されて前記サイクロコンバータ装置が発生する遅れ無効電力補償する複数の進相コンデンサ設備と、この進相コンデンサ設備および前記サイクロコンバータ装置が接続された電源系統電源電圧を検出する電圧検出器と、前記サイクロコンバータ装置の入力電流計測する電流検出器と、この電流検出器で検出した前記入力電流および前記電源電圧とから前記サイクロコンバータ装置に発生する無効電力を演算する無効電力演算器と、前記電源電圧の許容電圧上昇値を予め定める電圧上昇許容値設定器と、予め定めた設定計算式を用いて前記サイクロコンバータ装置の定常運転時に発生する無効電力値を算出し、前記定常運転時において前記電源系統に接続すべき前記進相コンデンサ設備の必要最小台数を決定し、次に前記交流電動機の何台かが停止したときに、前記許容電圧上昇値を考慮し、稼働している前記サイクロコンバータ装置の発生無効電力および前記進相コンデンサ設備の必要最小台数を決定する無効電力基準演算器と、この無効電力基準演算器によって決定された前記サイクロコンバータ装置の発生無効電力および前記進相コンデンサ設備の必要最小台数を、前記電源系統の過渡電圧変動が最小となるように、前記進相コンデンサ設備の開閉順序判別して投入指示する自動投入装置と、前記交流電動機の入力電流を計測し、前記交流電動機運転中に発生する前記サイクロコンバータ装置の無効電力の総和が常に一定となるように前記サイクロコンバータ装置が発生する無効電力の配分を演算する無効電力配分演算器と、この無効電力配分演算器によって設定される前記サイクロコンバータ装置の発生無効電力基準と、前記無効電力演算器によって演算される前記サイクロコンバータ装置の発生無効電力とが一致するように、前記交流電動機の回転速度を制御する無効電力制御器とを具備し、安定した電源系統制御を行なうことのできるサイクロコンバータ装置の無効電力制御装置。

技術分野

0001

本発明は、サイクロコンバータ無効電力制御装置に関する。

背景技術

0002

入力力率の悪い循環電流形サイクロコンバータが複数台接続される電源系統では、力率改善のため、大容量の進相コンデンサが必要となり、系統保護の都合上、数台に分割される。

0003

通常、この進相コンデンサはサイクロコンバータが100%負荷時に発生する無効電力量相当に容量選定されており、サイクロコンバータに常時100%無効電力を発生させることにより、力率を一定に制御するシステムとしていた。

0004

又、大容量の進相コンデンサが接続されていることにより、発生する電動機停止中に於ける系統電圧の上昇を抑制するため、電動機停止中でも進相容量相当の遅れ無効電力をサイクロコンバータから発生させる必要があった。

発明が解決しようとする課題

0005

この様な、上記従来技術による制御システムでは、モーター停止中も、負荷動力が100%以下の時も常に100%相当の無効電力を発生させるため、停止中に相当な電力損失が発生し、また運転中も予め決められた固定の無効電力を発生させるため、軽負荷時でも100%相当の無効電力を発生させ電力損失が大きいという問題があった。

0006

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので運転スケジュールから一般的に良く知られている設定計算式等を用いて計算される各サイクロコンバータの負荷動力により、その運転スケジュールでの定常負荷時の発生無効電力から進相コンデンサの必要台数を決定すると共に、電動機の運転状態、及び各サイクロコンバータ相互の負荷バランス観測しながら、停止中は系統の電圧上昇許容できる範囲で無効電力を低減し、運転後は常に無効電力の総和が一定となる様、各サイクロコンバータの発生無効電力量の配分を決定し、無効電力制御できる装置を提供することにより、電動機停止中及び軽負荷時の電力損失を低減し、電動機運転後の力率を改善するサイクロコンバータの無効電力制御装置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

0007

本発明は、無効電力制御機能を有する複数のサイクロコンバータ装置と、これらのサイクロコンバータ装置の各々によって運転される交流電動機と、サイクロコンバータ装置と並列に接続されてサイクロコンバータ装置が発生する遅れ無効電力を補償する複数の進相コンデンサ設備と、この進相コンデンサ設備およびサイクロコンバータ装置が接続された電源系統の電源電圧を検出する電圧検出器と、サイクロコンバータ装置の入力電流計測する電流検出器と、この電流検出器で検出した入力電流および電源電圧とからサイクロコンバータ装置に発生する無効電力を演算する無効電力演算器と、電源電圧の許容電圧上昇値を予め定める電圧上昇許容値設定器と、予め定めた設定計算式を用いてサイクロコンバータ装置の定常運転時に発生する無効電力値を算出し、定常運転時において電源系統に接続すべき進相コンデンサ設備の必要最小台数を決定し、次に交流電動機の何台かが停止したときに、許容電圧上昇値を考慮し、稼働しているサイクロコンバータ装置の発生無効電力および進相コンデンサ設備の必要最小台数を決定する無効電力基準演算器と、この無効電力基準演算器によって決定されたサイクロコンバータ装置の発生無効電力および進相コンデンサ設備の必要最小台数を、電源系統の過渡電圧変動が最小となるように、進相コンデンサ設備の開閉順序判別して投入指示する自動投入装置と、交流電動機の入力電流を計測し、交流電動機運転中に発生するサイクロコンバータ装置の無効電力の総和が常に一定となるようにサイクロコンバータ装置が発生する無効電力の配分を演算する無効電力配分演算器と、この無効電力配分演算器によって設定されるサイクロコンバータ装置の発生無効電力基準と、無効電力演算器によって演算されるサイクロコンバータ装置の発生無効電力とが一致するように、交流電動機の回転速度を制御する無効電力制御器とを具備し、安定した電源系統制御を行なうことのできるサイクロコンバータ装置の無効電力制御装置である。

0008

本発明による、サイクロコンバータ装置の無効電力制御装置においては、無効電力制御機能を有する複数のサイクロコンバータ装置の各々によって交流電動機を運転し、サイクロコンバータ装置と並列に進相コンデンサ設備を接続してサイクロコンバータ装置が発生する遅れ無効電力を補償し、進相コンデンサ設備およびサイクロコンバータ装置が接続された電源系統の電源電圧を検出し、サイクロコンバータ装置の入力電流を計測し、電流検出器で検出した入力電流および電源電圧とからサイクロコンバータ装置に発生する無効電力を演算し、電源電圧の許容電圧上昇値を予め定め、予め定めた設定計算式を用いてサイクロコンバータ装置の定常運転時に発生する無効電力値を算出し、定常運転時において電源系統に接続すべき進相コンデンサ設備の必要最小台数を決定し、交流電動機の何台かが停止したときに許容電圧上昇値を考慮し、稼働しているサイクロコンバータ装置の発生無効電力および進相コンデンサ設備の必要最小台数を決定し、無効電力基準演算器によって決定されたサイクロコンバータ装置の発生無効電力および進相コンデンサ設備の必要最小台数を電源系統の過渡電圧変動が最小となるように、進相コンデンサ設備の開閉順序を判別して投入指示し、交流電動機の入力電流を計測し、交流電動機運転中に発生するサイクロコンバータ装置の無効電力の総和が常に一定となるようにサイクロコンバータ装置が発生する無効電力の配分を演算し、無効電力配分演算器によって設定されるサイクロコンバータ装置の発生無効電力基準と無効電力演算器によって演算されるサイクロコンバータ装置の発生無効電力とが一致するように交流電動機の回転速度を制御する。

0009

次に本発明の一実施例を説明する。図1において、3は無効電力制御機能を有する複数のサイクロコンバータ装置、5はサイクロコンバータ装置3の各々によって運転される交流電動機、1aはサイクロコンバータ装置3と並列に接続されてサイクロコンバータ装置3が発生する遅れ無効電力を補償する複数の進相コンデンサ設備、8は進相コンデンサ設備1aおよびサイクロコンバータ装置3が接続された電源系統の電源電圧を検出する電圧検出器、7はサイクロコンバータ装置3の入力電流を計測する電流検出器、9は電流検出器7で検出した入力電流および電源電圧とからサイクロコンバータ装置3に発生する無効電力を演算する無効電力演算器、10は電源電圧の許容電圧上昇値を予め定める電圧上昇許容値設定器、11は予め定めた設定計算式を用いてサイクロコンバータ装置3の定常運転時に発生する無効電力値を算出し、定常運転時において電源系統に接続すべき進相コンデンサ設備1aの必要最小台数を決定し、次に交流電動機5の何台かが停止したときに、許容電圧上昇値を考慮し、稼働しているサイクロコンバータ装置3の発生無効電力および進相コンデンサ設備1aの必要最小台数を決定する無効電力基準演算器、12は無効電力基準演算器11によって決定されたサイクロコンバータ装置3の発生無効電力および進相コンデンサ設備1aの必要最小台数を、電源系統の過渡電圧変動が最小となるように、進相コンデンサ設備1aの開閉順序を判別して投入指示する自動投入装置、13は交流電動機5の入力電流を計測し、交流電動機運転中に発生するサイクロコンバータ装置3の無効電力の総和が常に一定となるようにサイクロコンバータ装置3が発生する無効電力の配分を演算する無効電力配分演算器、14は無効電力配分演算器13によって設定されるサイクロコンバータ装置3の発生無効電力基準と、無効電力演算器9によって演算されるサイクロコンバータ装置3の発生無効電力とが一致するように、交流電動機5の回転速度を制御する無効電力制御限器であり、無効電力制御機能を有したサイクロコンバータ装置3と、前記サイクロコンバータ装置3が発生する遅れ無効電力を補償する進相コンデンサ設備1aが複数台接続される電源系統に於いて、電源系統の電圧を検出する電圧検出器8とサイクロコンバータ装置3の入力電流を検出する電流検出器7と、電圧検出器8及び電流検出器7とから出力される系統の電圧とサイクロコンバータ入力側電流を夫々入力とし各サイクロコンバータ装置3が発生する無効電力を演算する無効電力演算器9と、系統電圧上昇値の許容値を設定する電圧上昇許容設定器10と、サイクロコンバータ装置3の運転スケジュールから一般的に良く知られている設定計算式等を用いて計算される負荷動力により、そのスケジュールでの定常運転時に発生する無効電力の値を算出し、系統に接続される複数台の進相コンデンサ設備1aの内、最低何台を投入すれば良いか、即ち、定常負荷動力から進相コンデンサ設備1aの必要最小台数を決定すると共に、電圧上昇許容値設定器により設定される系統電圧上昇値の許容値と進相コンデンサ設備1aの必要台数から電動機停止中にサイクロコンバータ装置3から発生させる無効電力の基準値電動機回転中の無効電力の総和を決定する無効電力基準演算器11と、無効電力基準演算器11により決定される必要最小台数の進相コンデンサ設備1a及びサイクロコンバータ装置3を、系統の過渡電圧変動が最小となる様な投入の順序を判別し自動的に投入する自動投入装置12と、サイクロコンバータ装置3の負荷電流を観測しながら電動機運転中の発生無効電力の総和が常に一定となる様各サイクロコンバータ装置3から発生させる無効電力の配分を演算する無効電力配分演算器13と、無効電力演算器13により演算される各サイクロコンバータ装置3の発生無効電力と無効電力配分演算器13により設定される各サイクロコンバータ装置毎の無効電力基準とが、一致する様電動機速度を観測しながら制御する無効電力制御器14とを備え、負荷動力と交流電動機5の運転状態に応じてサイクロコンバータ装置3の無効電力を制御し、電動機停止中及び運転中の電力損失を低減すると共に電動機回転中の電源力率を改善し、常に無効電力の総和を一定にすることにより安定した運転が実現できることを特徴としたサイクロコンバータ装置の無効電力制御装置である。

0010

図1鉄鋼圧延主機に適用される循環電流形サイクロコンバータの無効電力制御装置を示す。

0011

図1に於いて、7はサイクロコンバータ装置3の入力電流を検出する電流検出器である。8は電源系統の電圧を検出する電圧検出器である。9は前記電流検出器7により検出されるサイクロコンバータ装置3の入力電流と電圧検出器8により検出される電源系統の電圧とから、サイクロコンバータ装置3が発生する無効電力を演算する無効電力演算器である。10は系統電圧上昇値の許容値を設定する電圧上昇許容値設定器である。11はサイクロコンバータ装置3の圧延スケジュールを設定でき、設定されたスケジュールからサイクロコンバータ装置3の圧延動力を算出し、その圧延スケジュールでの定常負荷時に発生する無効電力を演算することにより、圧延動力に応じた進相コンデンサ設備1aの必要台数を決定すると共に、電圧上昇許容値設定器10により設定される系統電圧上昇の許容値と進相コンデンサ設備1aの必要台数とから電動機停止中のサイクロコンバータ無効電力基準及び電動機運転中の無効電力の総和を決定する無効電力基準設定器である。12は無効電力基準設定器11により決定される必要台数の進相コンデンサ設備1aとサイクロコンバータ装置3を系統の過渡電圧変動が最小となる様、自動的に投入する自動投入装置である。13は電流検出器7の出力であるサイクロコンバータ装置3の負荷電流及び相互の負荷バランスを観測しながら電動機運転中の発生無効電力の総和が常に一定となるよう各サイクロコンバータ装置3から発生させる無効電力の配分を演算する無効電力配分演算器である。14は無効電力演算器9により演算される各サイクロコンバータ装置3の発生無効電力と無効電力配分演算器13により設定される各サイクロコンバータ毎の無効電力基準とが一致するよう電動機速度を観測しながら制御する無効電力制御器であり、電動機停止中は進相コンデンサ設備1aによる電源系統の電圧上昇が許容できる範囲でサイクロコンバータ装置3の無効電力基準を下げ、電動機回転中は圧延負荷に応じて投入された必要最小値の進相コンデンサ容量に見合う無効電力発生量の総和となるようサイクロコンバータ相互の負荷バランスを見ながら常時各サイクロコンバータの発生無効電力配分を演算するにより制御し電動機停止中及び軽負荷運転時の電力損失を低減すると共に、定常運転時も含め、力率を一定に制御する。

0012

次に本実施例による作用を説明する。

0013

負荷トルク速度パターン加減速時間、圧延サイクル等の圧延スケジュールデータから各サイクロコンバータの圧延動力を自動計算し、次式によりサイクロコンバータが発生する無効電力を演算する。

0014

ID=000003HE=015 WI=122 LX=0440 LY=2000
ここに、PR はサイクロコンバータ発生無効電力、K1 、K3 は定数、K2 はサイリスタの従属接続数により決まる係数、V2 は変圧器次電圧、I1qは電動機トルク分電流、nは過負荷倍率、I1dは電動機磁束分電流、I1 は電動機1次電流である。

0015

この無効電力を補償するために最低限必要な進相コンデンサ台数を無効電力基準設定器11により決定する。即ち圧延負荷が小さい時や過負荷が小さくて良い圧延スケジュールでは、投入する進相コンデンサの台数を少なくしようとするものである。また、無効電力基準設定器11は、電圧上昇許容値設定器10により設定される電源系統の電圧上昇の許容値から電動機の運転状態毎のサイクロコンバータの無効電力基準を次の通り演算し決定する。

0016

そして、K2 の値を22とすることもできる。

0017

電動機停止中の無効電力基準は、

0018

上式により、電動機停止中は電力損失を低減し、電動機運転後は力率を1.0に近づける様な無効電力基準を設定する。

0019

次に、無効電力配分演算器13が各サイクロコンバータの負荷電流及び相互の負荷バランスを観測しながら電動機運転中の発生無効電力の総和が常に一定となる様各サイクロコンバータから発生させる無効電力の配分を演算する。即ち、圧延動力から計算された発生無効電力と進相容量から各サイクロコンバータへの無効電力基準を、例えばNo.1サイクロコンバータは80%負荷相当、No.2サイクロコンバータは70%負荷相当と配分した後、この配分を常時固定とするのではなく、実操業上サイクロコンバータ相互の負荷バランスが崩れNo.1サイクロコンバータ負荷が85%、No.2サイクロコンバータ負荷が65%となった場合も無効電力の総和が常に一定となる様No.1サイクロコンバータへの無効電力基準は85%相当、No.2サイクロコンバータへの無効電力基準を65%相当となる様に変更する。

0020

即ち

0021

更に自動投入装置12が無効電力基準設定器11により決定された進相コンデンサ設備1aとサイクロコンバータ装置3を自動投入し無効電力制御器14が、無効電力配分演算器13により演算される。各サイクロコンバータの無効電力量と無効電力基準設定器11により設定される電動機の運転状態毎の無効電力基準とが一致する様速度検出器6の出力である電動機速度を観測しながら制御する。無効電力演算器9は電流検出器7の出力と電圧検出器8の出力からサイクロコンバータの発生無効電力の計算を行う。

0022

尚、サイクロコンバータが発生する無効電力は制御角が90度の時が最大となり電動機1相当りに対する変換器結線が、図2となっている場合、次の手順によって無効電力を算出することができる。

0023

次に、モーター主回路に流れる電流は、トルク電液I1qの過負荷率n倍と励磁電流I1dのベクトル和となるから

0024

また、循環電流I0 の量をI1 の10%とすると、電源トランス1次側に流出する無効電力の波高値は、

0025

本実施例によれば、電動機停止中及び軽負荷時の電力損失を低減し電動機運転中の電源力率を1に近づけることができる。従来との比較を考えると電力損失の低減効果は表1の通りとなる。

0026

発明の効果

0027

本発明によるサイクロコンバータの無効電力制御装置によれば、運転負荷及び運転スケジュールによって投入すべき進相コンデンサの台数とサイクロコンバータの発生無効電力基準を設定し、サイクロコンバータ相互の負荷バランスを観測しながら運転中の発生無効電力の総和を常に一定になる様制御するため、電力損失の低減と電源力率の改善が実現できる。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の一実施例を示す無効電力制御装置の構成図である。
図2図1の作用説明図である。

--

0029

3…サイクロコンバータ装置
5…交流電動機
7…電流検出器
8…電圧検出器
9…無効電力演算器
10…電圧上昇許容値設定器
11…無効電力基準演算器
12…自動投入装置
13…無効電力配分演算器
14…無効電力制御器

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