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技術 ヒステリシス電動機用ドライブ装置

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 土井信明安東康裕松本和則
出願日 2013年4月25日 (7年7ヶ月経過) 出願番号 2013-092524
公開日 2014年11月17日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 2014-217162
状態 特許登録済
技術分野 複数電動機の制御
主要キーワード トリップ停止 コンデンサ数 分岐スイッチ 総負荷量 主制御器 過補償 出力力率 減少度合い
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年11月17日)のものです。
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図面 (7)

課題

ドライブ装置負荷が減少してコンデンサ容量過補償状態となったとき、自動的にコンデンサの一部を切り離すことが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供する。

解決手段

インバータ装置2と、リアクトル3と複数台のコンデンサ4から成るフィルタ装置と、フィルタ装置の出力側に設けられ、各々個別スイッチ6を介してヒステリシス電動機7に給電する複数台の分岐スイッチ5と、リアクトル3の電気量を検出するための電気量検出器31、32と、複数台のコンデンサ4の投入開放を調整するコンデンサ調整器8と、コンデンサ調整器8と信号の授受を行う主制御器10とで構成する。ここで電気量はリアクトル3に流れる電流またはリアクトル3の電圧降下であり、コンデンサ調整器3は、電気量が第1の所定値以下となったとき、複数台のコンデンサ4のうち第1の所定値に見合う容量のコンデンサを開放する。

概要

背景

複数台ヒステリシス電動機を負荷として駆動するヒステリシス電動機用ドライブ装置においては、リアクトルコンデンサとから成る力率改善用フィルタ装置を設けることが普通である。この理由は、ヒステリシス電動機の運転時の力率極端に悪いためである。フィルタ装置を設けることによってドライブ装置に用いられるインバータ出力力率が改善され、インバータの容量が大幅に低減される。また、力率改善用のフィルタ装置によって出力の電圧波形が改善される効果もある。このような力率改善用のフィルタ装置を備えたヒステリシス電動機用ドライブ装置において、停電再起動時に不安定現象を生じさせないようにする手法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。

概要

ドライブ装置の負荷が減少してコンデンサ容量過補償状態となったとき、自動的にコンデンサの一部を切り離すことが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供する。インバータ装置2と、リアクトル3と複数台のコンデンサ4から成るフィルタ装置と、フィルタ装置の出力側に設けられ、各々個別スイッチ6を介してヒステリシス電動機7に給電する複数台の分岐スイッチ5と、リアクトル3の電気量を検出するための電気量検出器31、32と、複数台のコンデンサ4の投入開放を調整するコンデンサ調整器8と、コンデンサ調整器8と信号の授受を行う主制御器10とで構成する。ここで電気量はリアクトル3に流れる電流またはリアクトル3の電圧降下であり、コンデンサ調整器3は、電気量が第1の所定値以下となったとき、複数台のコンデンサ4のうち第1の所定値に見合う容量のコンデンサを開放する。

目的

本発明は上記課題に鑑みて為されたもので、ドライブ装置の負荷が減少してコンデンサ容量が過補償状態となったとき、自動的にコンデンサの一部を切り離すことが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数台ヒステリシス電動機を駆動するためのインバータ装置と、前記インバータ装置の出力側に設けられ、直列接続されたリアクトル並列接続された複数台のコンデンサから成るフィルタ装置と、前記フィルタ装置の出力側に設けられ、前記複数台のヒステリシス電動機を複数のグループ分岐し、各々個別スイッチを介してヒステリシス電動機に給電する複数台の分岐スイッチと、前記リアクトルの電気量を検出するための電気量検出器と、前記複数台のコンデンサの投入開放を調整するコンデンサ調整器と、前記コンデンサ調整器と信号の授受を行う主制御器とを具備し、前記電気量は前記リアクトルに流れる電流または前記リアクトルの電圧降下であり、前記コンデンサ調整器は、前記電気量が第1の所定値以下となったとき、前記複数台のコンデンサのうち前記第1の所定値に見合う容量のコンデンサを開放するようにしたことを特徴とするヒステリシス電動機用ドライブ装置

請求項2

前記コンデンサ調整器は、前記電気量が前記第1の所定値以上の大きさの第2の所定値を超えたとき、前記複数台のコンデンサのうち前記第2の所定値に見合う容量のコンデンサを投入するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

請求項3

前記複数台のコンデンサは、前記複数台の分岐スイッチの各々から給電されるヒステリシス電動機の総量を補償する夫々の容量のコンデンサを有し、前記コンデンサ調整器は、前記各々の分岐スイッチの補助接点開閉信号に応じて対応する容量のコンデンサを開放、投入するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

請求項4

前記複数台のコンデンサは、前記複数台の分岐スイッチの各々から給電されるヒステリシス電動機の総量を補償する夫々の容量のコンデンサを有し、前記コンデンサ調整器は、前記各々の分岐スイッチの補助接点の開閉信号と前記主制御器から前記分岐スイッチに与えられている運転指令との相関チェックし、両者が矛盾しているときは前記分岐スイッチが開放しているものと看做し、対応する容量のコンデンサを開放するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

請求項5

前記複数のグループ毎に各々の個別スイッチの開閉状態監視する監視装置を有し、前記コンデンサ調整器は、前記監視装置の開閉信号に応じて対応する容量のコンデンサを開放、投入するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

請求項6

前記主制御器は、前記コンデンサ調整器が前記コンデンサの開放または投入操作を行ったあと、前記分岐スイッチを順次短時間開放再投入するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

技術分野

0001

この発明は、複数台ヒステリシス電動機を並列駆動するヒステリシス電動機用ドライブ装置に関する。

背景技術

0002

複数台のヒステリシス電動機を負荷として駆動するヒステリシス電動機用ドライブ装置においては、リアクトルコンデンサとから成る力率改善用フィルタ装置を設けることが普通である。この理由は、ヒステリシス電動機の運転時の力率極端に悪いためである。フィルタ装置を設けることによってドライブ装置に用いられるインバータ出力力率が改善され、インバータの容量が大幅に低減される。また、力率改善用のフィルタ装置によって出力の電圧波形が改善される効果もある。このような力率改善用のフィルタ装置を備えたヒステリシス電動機用ドライブ装置において、停電再起動時に不安定現象を生じさせないようにする手法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。

先行技術

0003

特開2004−88863号公報(全体)

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に示されたドライブ装置においては、停電再起動時にヒステリシス電動機の力率が改善し、そのために力率改善用のフィルタ装置のコンデンサ容量過補償となる点が指摘され、この対策が示されている。

0005

しかしながら、力率改善用のフィルタ装置のコンデンサ容量が過補償となるのは、停電再起動の場合だけではなく、長期間運転中にヒステリシス電動機またはヒステリシス電動機の負荷の一部が異常となり、何らかの監視手段からの信号によって異常となったヒステリシス電動機がドライブ装置から切り離されたとき、すなわちドライブ装置の負荷が減少したとき、コンデンサ容量が過補償状態となる。このように負荷が減少して過補償となったときには不安定現象が生じ、場合によってはドライブ装置に用いられるインバータがトリップ停止する恐れがある。

0006

本発明は上記課題に鑑みて為されたもので、ドライブ装置の負荷が減少してコンデンサ容量が過補償状態となったとき、自動的にコンデンサの一部を切り離すことが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明のヒステリシス電動機用ドライブ装置は、複数台のヒステリシス電動機を駆動するためのインバータ装置と、前記インバータ装置の出力側に設けられ、直列接続されたリアクトルと並列接続された複数台のコンデンサから成るフィルタ装置と、前記フィルタ装置の出力側に設けられ、前記複数台のヒステリシス電動機を複数のグループ分岐し、各々個別スイッチを介してヒステリシス電動機に給電する複数台の分岐スイッチと、前記リアクトルの電気量を検出するための電気量検出器と、前記複数台のコンデンサの投入開放を調整するコンデンサ調整器と、前記コンデンサ調整器と信号の授受を行う主制御器とを具備し、前記電気量は前記リアクトルに流れる電流または前記リアクトルの電圧降下であり、前記コンデンサ調整器は、前記電気量が第1の所定値以下となったとき、前記複数台のコンデンサのうち前記第1の所定値に見合う容量のコンデンサを開放するようにしたことを特徴としている。

発明の効果

0008

この発明によれば、ドライブ装置の負荷が減少してコンデンサ容量が過補償状態となったとき、自動的にコンデンサの一部を切り離すことが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供することが可能になる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施例1に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置のシステム構成図。
本発明の実施例1に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の動作説明図。
本発明の実施例1に係る電動機用ドライブ装置のコンデンサ調整器の動作フローチャート
本発明の実施例2に係る電動機用ドライブ装置のコンデンサ調整器の動作フローチャート。
本発明の実施例3に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置のシステム構成図。
本発明の実施例4に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置のシステム構成図。

0010

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

0011

以下,本発明の実施例1に係る電動機用ドライブ装置を図1乃至図3に基づいて説明する。

0012

図1は本発明の実施例1に係る電動機用ドライブ装置のシステム構成図である。インバータ装置2は交流電源1から供給される交流電圧コンバータ21で直流に変換し、インバータ22で再び交流に変換して出力する。インバータ22の出力にはリアクトル3とコンデンサバンク4から成るフィルタ装置が接続されている。コンデンサバンク4は複数台の開閉器411、412、・・・、41Nとこれらの開閉器に各々直列に接続されたコンデンサ421、422、・・・、42Nとから構成されている。そしてコンデンサバンク4の出力側に分岐スイッチ51、52、53が並列に接続されている。分岐スイッチ51の出力には個別スイッチ611、612、・・・、61Mを介してヒステリシス電動機711、712、・・・、71Mが夫々接続されている。同様に分岐スイッチ52の出力には個別スイッチ621、622、・・・、62Mを介してヒステリシス電動機721、722、・・・、72Mが夫々接続され、分岐スイッチ53の出力には個別スイッチ631、632、・・・、63Mを介してヒステリシス電動機731、732、・・・、73Mが夫々接続されている。

0013

リアクトル3に流れる電流は電流検出器31で検出され、コンデンサ調整器8に与えられる。また、リアクトル3の電圧降下は電圧検出器32で検出され、コンデンサ調整器8に与えられる。コンデンサ調整器8はこれらの電気量の変化に応じて、開閉器411、412、・・・、41Nのオンオフを制御することによってコンデンサバンク4のコンデンサ容量の適正化を図る。コンデンサ調整器8は、ヒステリシス電動機用ドライブ装置全体の運転制御を行うための主制御器10と信号のやりとりを行うことによってコンデンサバンク4のコンデンサ容量の適正化を図るときの諸条件を設定する。以下、図2に示すベクトル図を参照してコンデンサ容量の適正化の動作説明を行う。

0014

図2(a)はコンデンサバンク4の補償量が適切である場合のベクトル図である。基準ベクトルはインバータ22の出力電圧Vinvであり、力率角θinvだけ遅れ位相インバータ電流Iinvが流れている。インバータ電流Iinvはリアクトル3に流れる電流であるので、このインバータ電流Iinvと垂直方向にリアクトル3の電圧降下VLが図示するように生じ、電動機電圧Vmが得られる。インバータ電流Iinvは、コンデンサバンク4に流れる補償電流Icと電動機電流Imとに分流するが、補償電流Icは電動機電圧Vmに対して垂直方向に流れるので、図示のようになり、その結果電動機電流Imが決まり、電動機側の力率角θmが決まる。ところが電動機側の力率角θmは、ヒステリシス電動機の負荷が一定であれば一意に決まるものであるので、従って、結局は上述した諸条件を満たすように力率角θinv及びインバータ電流Iinvが決まることになる。尚、上記における電動機電流Imは分岐スイッチ51、52、53に流れる電流の総和である。

0015

次に図2(b)について説明する。図2(b)はコンデンサバンク4の補償量が過補償となった場合のベクトル図である。

0016

図2(a)の状態から分岐スイッチ51、52、53乃至個別スイッチの一部が開放されると、電動機電流Imが減少する。この状態を示したのが図2(b)に示すベクトル図である。この図2(b)における電動機電流Imは、図2(a)と比べて70%程度に減少している。このように図2(a)の状態から電動機電流Imを減少させた場合のベクトル図は、電動機側の力率角θmを固定した状態で電動機電流Imを減少させると共に、補償電流Icが電動機電圧Vmに比例し、リアクトル3の電圧降下VLがインバータ電流Iinvに比例する条件から作成することができる。図2(b)に示すように、この例の場合は、電動機電圧Vmが上昇すると共にインバータ側の力率角θinvは進み力率となる。このようになることを避けるため、図2(a)から図2(b)へとベクトル図が変化したとき、あるいは変化の途上においてコンデンサバンク4の補償量を減少させる必要がある。通常は、図2(a)から図2(b)への変化は徐々に進むので、この途上においてコンデンサバンク4の補償量を減少させれば良い。

0017

このためには、図3フローチャートに示すように、コンデンサ調整器8は、定常運転状態において(ステップS10)、リアクトル3の電気量が所定値以下かどうか判定し(ステップS11)、コンデンサバンク4のうち開放すべきコンデンサを決め(ステップS12)、この決定に従い開閉器をオフしてコンデンサを開放する(ステップS13)。

0018

上記において、定常状態はインバータ3が全てのヒステリシス電動機を同期運転している状態であり、この条件は主制御器10から与えられる。また、ステップ11におけるリアクトル3の電気量はインバータ電流Iinvまたはリアクトル3の電圧降下VLの何れかとすれば良い。これは図2に示したベクトル図から明らかである。そして、ステップ11における開放すべきコンデンサの求め方は、例えば、図1におけるコンデンサバンク4のコンデンサを同一容量でコンデンサ数N=6とし、この数値6に対応してステップS11における所定値を定めた場合は、決められた順に従ってコンデンサを開放すれば良い。また、コンデンサが同一容量でない場合は、コンデンサ調整器8はこれらの個々の容量を予め記憶しておき、リアクトル3の電気量の減少度合いに見合う適切な補償量となるように開放すべきコンデンサを選定しても良い。

0019

図4は本発明の実施例2に係る電動機用ドライブ装置のコンデンサ調整器の動作フローチャートである。この実施例2の各部について、図3の本発明の実施例1に係る電動機用ドライブ装置のコンデンサ調整器の動作フローチャートの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、ステップS11においてリアクトル3の電気量が所定値以下でない場合、リアクトル3の電気量が所定値を超えているか判断し(ST14)、そうであればST15で投入すべきコンデンサを定め、突入電流による擾乱を避けるため、インバータ22の出力電圧を絞った状態で(ST16)、コンデンサの投入を行う(ST17)フローを追加した点である。

0020

これは、切り離されたヒステリシス電動機の復旧を想定しており、ドライブ装置を運転中に複数台のヒステリシス電動機が再度接続されると補償量が不足するため、コンデンサの追加投入を行って補償量を追加する。尚、ステップST14における判断基準となる所定値は、ステップST11における所定値と同じであっても良いが通常はより大きな値とすることが好ましい。

0021

図5は本発明の実施例3に係る電動機用ドライブ装置のシステム構成図である。この実施例3の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電動機用ドライブ装置のシステム構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、分岐スイッチ51、52、53の各々の補助接点の信号Fをコンデンサ調整器8Aに入力する構成とした点である。

0022

定常運転中は、分岐スイッチ51、52、53は何れも投入されており、コンデンサバンク4のコンデンサは、分岐スイッチ51、52、53の夫々の負荷であるヒステリシス電動機の総負荷量に対応した補償量のコンデンサが設けられている。例えばコンデンサ421を分岐スイッチ51に、コンデンサ422を分岐スイッチ52に、そしてコンデンサ423を分岐スイッチ53に対応させる。そして、分岐スイッチ51、52、53の各々の補助接点の信号Fの何れかがオフとなったとき、そのオフとなったスイッチに対応するコンデンサを開放する。例えば運転中に分岐スイッチ51の信号Fがオフになった場合、開閉器411を開放することによってコンデンサ421を開放する。

0023

このように各々の分岐スイッチで分岐されるグループに対応したコンデンサを設け、分岐スイッチの開閉に応じて対応するコンデンサを開放、投入するようにすれば、分岐されるグループに対する適切なコンデンサ補償を素早く行うことが可能となる。

0024

また、上記においてコンデンサ調整器8Aにおいて、主制御器10から得られる分岐スイッチの投入指令と補助接点の信号との相関チェックし、相関に矛盾があるときの対応を決めておくことも重要である。すなわち、主制御器10が分岐スイッチに投入指令を出しているにも拘わらず補助接点から投入のアンサーバックが帰って来ないとき、また、逆に主制御器10が分岐スイッチに投入指令を出していないにも拘わらず補助接点から投入のアンサーバックが帰って来ている場合である。このような場合前者は投入機構の動作異常、後者は補助接点の動作異常と看做し、いずれの場合も分岐スイッチは開放されているものとしてコンデンサ調整器8Aはコンデンサを開放するようにする。

0025

図6は本発明の実施例4に係る電動機用ドライブ装置のシステム構成図である。この実施例4の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電動機用ドライブ装置のシステム構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例1と異なる点は、分岐スイッチ51、52、53の出力側に監視装置91、92、93を夫々設け、この監視装置の出力信号をコンデンサ調整器8Bに与える構成とした点である。

0026

監視装置91、92、93は夫々分岐スイッチ51、52、53で分岐されるグループ内の全ての個別スイッチの開閉状況を監視する。このように構成し、コンデンサバンク4内のコンデンサを、ヒステリシス電動機1台あるいは数台に相当する小容量のものを何台か設けるようにして、監視装置91、92、93から得られる全ての個別スイッチの開閉状況に応じてこれらの小容量のコンデンサの開放、投入を行えば、更に木目の細かい補償量の制御を行うことが可能となる。

0027

以上、いくつかの実施例について説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0028

例えば、図1は分岐スイッチが3個の場合であるが、任意の複数個であれば良い。また、各々の分岐スイッチで分割されたグループに接続されるヒステリシス電動機の数は同一のM台としたが、必ずしも同一数である必要はない。

0029

また、実施例1乃至4においてコンデンサを投入または開放したとき、過渡現象によってヒステリシス電動機の磁化状態が変化してしまう恐れがある。この場合は、主制御器10は、例えば分岐スイッチごとに順次短時間分岐スイッチを開放し、停電再起動と同一のモードで再起動する。このようにすれば磁化状態を元に戻すことが可能となる。尚、この模擬停電再起動中は、コンデンサ調整器8、8A、8Bはコンデンサバンク4に対してココンデンサの開放、投入指令出力しないようにしておくインタロックが必要となる。

0030

また、実施例1において、電流検出器31が検出したインバータ電流Iinv(リアクトル3に流れる電流)をコンデンサ補償量調整の判断基準とすると説明したが、このインバータ電流Iinvをインバータ出力電圧Vinvと同相有効分とこれと直交する無効分に分解し、インバータ電流Iinvの無効分が所定値以下となったときコンデンサを開放するようにしても良い。このようにすれば、より感度のよい補償量の調整が可能となる。

実施例

0031

更に、ドライブ装置に予備用のインバータを別に備え、図1に示したインバータ装置22が故障してこの予備用インバータで運転する場合であっても、実施例1乃至4のコンデンサ補償制御が可能となることは明らかである。

0032

1交流電源
2インバータ装置
3リアクトル
4コンデンサバンク
8、8A、8Bコンデンサ調整器
10主制御器
21コンバータ
22インバータ
31電流検出器
32電圧検出器
51、52、53分岐スイッチ
91、92、・・・、9N監視装置
411、412、・・・、41N開閉器
421、422、・・・、42N コンデンサ
611、・・・、61M、621、・・・、62M、631、・・・、63M 個別スイッチ
711、・・・、71M、721、・・・、72M、731、・・・、73Mヒステリシス電動機

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