JP2002204594A

JP2002204594A - 電動機制御装置

Info

Publication number: JP2002204594A
Application number: JP2001001450A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Miyasaka; 重光宮坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間の停電時でも電源装置が過負荷になるこ
となく、またヒステリシス電動機（ＨＭ）のショックも
低減して、安定に運転可能にすることにある。【解決手段】電源出力を可変電圧・可変周波数の電力に
変換して複数台のヒステリシス電動機（ＨＭ）３に供給
するＶＶＶＦ２と、このＶＶＶＦ２の出力側をグループ
分けした複数の電路に負荷投入開閉器４を介して設けら
れたフィルタ回路９と、各電路の共通母線部に接続され
たＨＭ３の共通逆起電圧検出回路１３と、ＶＶＶＦ２、
負荷投入開閉器４及びフィルタ回路９を制御する制御手
段とを備え、この制御手段は、電源の停電時にＶＶＶＦ
２に運転停止信号を与えると共に、フィルタ回路９にオ
フ指令を与え、且つ各負荷投入開閉器４をオン状態に維
持して全台数のＨＭ３を降速させ、復電時に降速中のＨ
Ｍ３の逆起電圧から検出された回転数に基きＶＶＶＦ２
の出力を設定して停電再起動を行なう機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、停電時に降速する
複数台のヒステリシス電動機から発生する共通逆起電圧
から、回転数、電圧値あるいは位相を検出し、復電時に
その信号に基き電源装置の出力を設定して停電再起動を
行なう電動機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にヒステリシス電動機は、力率が悪
いことから電源容量低減のため、力率改善を行なうこと
が多い。特に小容量のヒステリシス電動機を複数台駆動
する場合には、力率改善が不可欠となる。ヒステリシス
電動機は、その回転子がヒステリシス材料で構成され、
構造が簡単でかつ堅牢であることから高速回転体の駆動
電動機として利用されている。

【０００３】また、ヒステリシス電動機は同期、非同期
運転にかかわらず、給電電圧に比例した１／３〜１／２
程度の逆起電圧を発生して運転しており、給電停止後や
電源停電時の自然降速中においてもその逆起電圧を発生
して回転している。

【０００４】このヒステリシス電動機の回転数を検出す
る方法としては、特公昭５６−１０８７９号公報に示す
ように電源と電動機の間に個別開閉器を設け、電源から
一時切離した際に電動機の逆起電圧を利用して回転数を
監視する方法が提案されている。しかしながら、この方
法は電動機を電源から切離すための個別開閉器が必要と
なる欠点がある。

【０００５】また、ヒステリシス電動機は、運転力率が
例えば０．１〜０．２と非常に悪い等の問題があり、イ
ンバータなどの電源で駆動する場合には、その出力電圧
波形には高調波が含まれているので、前記力率改善と波
形改善のためにフィルタ回路を設ける場合が多い。

【０００６】図４はかかる従来の電動機制御装置のシス
テム構成例を示す回路図である。

【０００７】図４において、１は商用電源（主電源）
で、この主電源１の出力をＶＶＶＦ２によって所望の電
圧、周波数に変換し、その電力で負荷であるヒステリシ
ス電動機３群を駆動している。ここで、主電源１および
ＶＶＶＦ２は、可変電圧・可変周波数の電源装置を構成
している。

【０００８】上記ＶＶＶＦ２の出力側の主回路は、共通
母線部を介してヒステリシス電動機の台数によりグルー
プ分けした複数の電路に分けられ、各電路に負荷投入開
閉器４が設けられると共に、この負荷投入開閉器４とヒ
ステリシス電動機３との間にリアクトル５とコンデンサ
６からなるフィルタ回路９とが設けられている。

【０００９】このフィルタ回路９のリアクトル５には、
リアクトル短絡用の開閉器７が並列に接続され、またコ
ンデンサ６と直列にコンデンサ投入用の開閉器８がリア
クトル５の負荷側端に接続されている。

【００１０】一方、１０は主電源１の停電を検出する停
電検出回路、１１はこの停電検出回路１１から停電検出
信号が入力されるとＶＶＶＦ２に運転停止信号を与える
運転制御回路である。

【００１１】また、１２は通常運転時には負荷投入開閉
器４にオン指令を与え、起動時から所定周波数までの間
フィルタ回路９の開閉器７にオン指令を与えると共に、
開閉器８にオフ指令を与え、且つ所定周波数を超えると
フィルタ回路９の開閉器７にオフ指令を与えると共に、
開閉器８にオン指令を与え、さらに運転制御回路１１か
ら停止信号が入力されるとフィルタ回路９にオフ指令を
与える開閉器制御回路である。

【００１２】次に上記のように構成された電動機制御装
置の作用を述べる。

【００１３】まず、ＶＶＶＦ２にてヒステリシス電動機
３を駆動する場合、起動時から所定の周波数までは、開
閉器制御回路１２より開閉器７にオン指令を、開閉器８
にオフ指令を与えてフィルタ回路９をオフ状態として、
負荷投入開閉器４をオンして駆動する。

【００１４】次いでＶＶＶＦ２が所定の周指数に達する
と、開閉器制御回路１２よりフィルタ回路９にフィルタ
投入指令が出され、これによりリアクトル５に並列に接
続されている開閉器７がオフし、コンデンサ６の前段に
設けられている開閉器８がオンする。従って、フィルタ
回路９を構成しているリアクトル５とコンデンサ６が投
入される。

【００１５】一方、定格運転中に主電源１に停電が発生
すると、停電検出回路１０により停電を検出し、停電信
号を運転制御回路１１へ出力する。すると、この運転制
御回路１１はＶＶＶＦ２に停止信号を出力し、また開閉
器制御回路１２を経由してフィルタ回路９の開閉器７に
オン指令を与えると共に、開閉器８にオフ指令を与え
る。これにより、ヒステリシス電動機３群は自然降速す
る。

【００１６】また、負荷の慣性が大きい場合、数分間の
停電ではヒステリシス電動機３の降速量（フリーラン）
が小さい（数Ｈｚ）ので、プラントの運転を継続するこ
とが可能である。この場合、所定時間内の停電であれ
ば、復電すると運転制御回路１１から再び運転指令が出
力され、ＶＶＶＦ２は所定周波数で無負荷運転を行な
い、その後負荷投入時に出力電圧を絞りながら負荷投入
開閉器４及びフィルタ回路９を投入し、再起動運転す
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の電動機制御装置において、停電が所定時間を超える
と、降速量（数十Ｈｚ）が大きくなり、このまま定格周
波数で再起動を行なうとすべり差が大きいので、定格周
波数に到達するまでに時間がかかり、またすべり状態で
は負荷電流が増加しており、ＶＶＶＦ２は過負荷とな
り、運転することができない。

【００１８】また、負荷側においても、すべりを生じた
状態で運転すると、ヒステリシス電動機３の発熱が問題
となることがあった。従って、停電再起動時の出力周波
数ｆINVをヒステリシス電動機３のフリーラン回転数ｆ
にできるだけ近付けた周波数にて負荷を投入し、所定の
加速レートで定格周波数まで加速運転する必要がある。
また、複数台のヒステリシス電動機３が長時間（数十
分）フリーランしていると、降速量にばらつきが発生す
るため、複数台のフリーラン回転数を検出して降速量の
小さいものを基準に再起動を行なわなければならなかっ
た。

【００１９】しかし、複数台のフリーラン回転数を検出
するためには、検出回路と制御回路部との信号取合いが
必要となるなるため、回路が複雑になり経済的ではな
い。このため、停電時間より停電再起動の可否を判断し
なければならなかった。

【００２０】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、長時間の停電時でも電源装置が過負荷になる
ことなく、また負荷であるヒステリシス電動機のショッ
クも低減でき、安定に運転することが可能な電動機制御
装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により電動機制御装置を構
成する。

【００２２】本発明は、電源出力を可変電圧・可変周波
数の電力に変換して複数台のヒステリシス電動機に供給
する電源装置と、この電源装置の出力側をヒステリシス
電動機の台数によりグループ分けした複数の電路に負荷
投入開閉器を介してオン、オフ可能にそれぞれ設けられ
たフィルタ回路と、前記各電路の共通母線部に接続され
た前記ヒステリシス電動機の共通逆起電圧検出回路と、
前記電源装置、前記負荷投入開閉器及び前記フィルタ回
路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記
電源の停電時に前記電源装置に運転停止信号を与えると
共に、前記フィルタ回路にオフ指令を与え、且つ前記各
負荷投入開閉器をオン状態に維持して全台数の前記ヒス
テリシス電動機を降速させる第１の制御機能と、復電時
に前記共通逆起電圧検出回路により検出された降速中の
前記ヒステリシス電動機の逆起電圧から回転数を検出
し、その回転数に基き前記電源装置の出力を設定して停
電再起動を行なう第２の制御機能とを有する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００２４】図１は本発明による電動機制御装置の第１
の実施の形態を示す回路構成図で、図４と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分について説明する。

【００２５】第１の実施の形態では、図１に示すように
ＶＶＶＦ２の出力側の共通母線部に共通逆起電圧検出回
路１３を設け、この共通逆起電圧検出回路１３により停
電時フリーランしているヒステリシス電動機３の回転数
を主電源１の復電時に検出し、これを運転制御回路１１
に与える。この運転制御回路１１は、ヒステリシス電動
機の回転数を基にＶＶＶＦ２の再起動周波数を設定し、
停電再起動を行なうものである。

【００２６】次に上記のように構成された電動機制御装
置の作用を述べる。

【００２７】まず、ＶＶＶＦ２にてヒステリシス電動機
３を駆動する場合、起動時から所定の周波数までは、開
閉器制御回路１２より開閉器７にオン指令を、開閉器８
にオフ指令を与えてフィルタ回路９をオフ状態として、
負荷投入開閉器４をオンして駆動する。

【００２８】次いでＶＶＶＦ２が所定の周指数に達する
と、開閉器制御回路１２よりフィルタ回路９にフィルタ
投入指令が出され、これによりリアクトル５に並列に接
続されている開閉器７がオフし、コンデンサ６の前段に
設けられている開閉器８がオンする。従って、フィルタ
回路９が主回路に投入される。

【００２９】一方、定格運転中に主電源１に停電が発生
すると、停電検出回路１０により停電を検出し、停電信
号を運転制御回路１１へ出力する。すると、この運転制
御回路１１はＶＶＶＦ２に停止信号を出力し、また開閉
器制御回路１２を経由してフィルタ回路９の開閉器７に
オン指令を与えると共に、開閉器８にオフ指令を与えて
フィルタ回路９を主回路から切離す。

【００３０】この場合、負荷投入開閉器４は、オンの状
態を継続させることによってヒステリシス電動機３を共
通母線に接続させた状態でフリーランさせ、各々のヒス
テリシス電動機３は同期化力によって同期降速させる。

【００３１】主電源１が復電すると共通母線部に設置し
てある共通逆起電圧検出回路１３によってフリーランし
ているヒステリシス電動機３の回転数ｆHMを検出し、そ
の回転数を基に運転制御回路１１にて再起動周波数ｆIN
Vを設定し、無負荷運転を行なう。この場合、負荷投入
開閉器４は主電源が復電してからある時間遅れてオフす
る。

【００３２】その後、負荷投入開閉器４を開閉器制御回
路１２によって起動グループ毎に順次投入し、再起動運
転する。

【００３３】負荷が接続されると、所定の加速レートに
従って加速運転を行ない定格周波数に到達すると、運転
制御回路１１によりフィルタ投入時の出力電圧を絞りな
がら開閉器制御回路１２よりフィルタ投入指令が出力さ
れ、これにより、リアクトル５に並列に接続されている
開閉器７がオフし、コンデンサ６の前段に設けられてい
る開閉器８がオンする。従って、フィルタ回路９を構成
しているリアクトル５とコンデンサ６が投入され、定格
運転となる。

【００３４】図２は図１のＶＶＶＦ２が定格運転中に主
電源が停電し、復電、再起動、定格到達までを示すタイ
ムチャートである。

【００３５】いま、時刻ｔ１にて定格運転中に主電源１
が停電し、停電検出回路１０にて停電を検出すると、停
電信号が運転制御回路１１に入力され、運転制御回路１
１はＶＶＶＦ２に運転停止信号を与えてＶＶＶＦ２の運
転を停止する。また、運転制御回路１１から開閉器制御
回路１２に運転停止信号が入力されると、この開閉器制
御回路１２はフィルタ回路９の開閉器７にオン指令、開
閉器８にオフ指令を出してフィルタ回路９を主回路から
切離す。この場合、負荷投入開閉器４はオン状態を継続
することにより、ヒステリシス電動機３はフリーランす
る。

【００３６】次に時刻ｔ２にて主電源１が復電すると、
共通逆起電圧検出回路１３によってヒステリシス電動機
３のフリーラン回転数を検出し、運転制御回路１１によ
って再起動周波数（ｆINV）を設定後、負荷投入開閉器
４をオフする。

【００３７】そして、時刻ｔ３にてＶＶＶＦ２を該再起
動周波数にて運転し、時刻ｔ４にて負荷投入時の出力電
圧を絞りながら負荷投入開閉器４を起動グループ毎に順
次投入し再起動運転を行なう。

【００３８】その後、所定の加速レートにて加速して行
き、時刻ｔ５にて定格周波数に到達するとフィルタ投入
時、出力電圧を絞りながらフィルタ回路９の開閉器７を
オフ、開閉器８をオンしてフィルタ回路９を主回路に投
入し、定格運転に復帰する。

【００３９】上記第１の実施の形態では、共通逆起電圧
検出回路１３によりフリーランしているヒステリシス電
動機３の回転数を検出し、その回転数を基に運転制御回
路１１にてＶＶＶＦ２の再起動周波数を設定するように
したが、この共通逆起電圧検出回路１３により、降速中
のヒステリシス電動機３の逆起電圧から回転数及び電圧
を検出し、これらの信号に基づいて運転制御回路１１に
てＶＶＶＦ２の出力周波数及び出力電圧を設定し、停電
再起動を行なうようにしても良い。

【００４０】また、共通逆起電圧検出回路１３により、
降速中のヒステリシス電動機３の逆起電圧及び位相を検
出し、これらの信号に基づいて運転制御回路１１にてＶ
ＶＶＦ２の出力周波数、出力電圧及び位相を設定し、停
電再起動を行なうようにしても良い。

【００４１】さらに、上記第１の実施の形態では、定格
運転中に停電が発生すると、開閉器制御回路１２にて負
荷投入開閉器４を投入した状態でフィルタ回路９を主回
路から切離すようにしたが、このフィルタ回路９を投入
したまま停電待機させるようにしても良い。

【００４２】この場合には、主電源に停電が発生し、Ｖ
ＶＶＦ２の運転が停止しても、負荷投入開閉器４および
フィルタ回路９が投入された状態で停電待機させること
により、フィルタ回路９のコンデンサ６はヒステリシス
電動機３からの逆起電圧により流れる電流により充電さ
れる。このような状態で復電時に共通逆起電圧検出回路
１３により検出された降速中のヒステリシス電動機３の
共通逆起電圧、位相、回転数等の信号に基づいてＶＶＶ
Ｆ２の出力を設定し、停電再起動を行なう。

【００４３】このように第１の実施の形態では、主電源
１の停電時にＶＶＶＦ２の出力側をヒステリシス電動機
３の台数により分けた複数の電路に設けられた負荷投入
開閉器４をオン状態に維持してヒステリシス電動機３を
同期降速させ、復電時共通逆起電圧検出回路１３にて検
出された逆起電圧から回転数、電圧、位相等を検出し、
これらの信号によってＶＶＶＦ２の出力を設定して停電
再起動を行なうようにしたので、長時間の停電でもＶＶ
ＶＦ２が過負荷になることがなく、また負荷であるヒス
テリシス電動機３に与えるショックも低減でき、安定し
た運転が可能となる。

【００４４】また、上記実施の形態において、停電時に
上記同様にフィルタ回路９のコンデンサ６をヒステリシ
ス電動機３からの逆起電圧により流れる電流で充電し、
復電時に共通逆起電圧検出回路１３により降速中のヒス
テリシス電動機の逆起電圧から回転数を検出し、これを
運転制御回路１１に与えてＶＶＶＦ２の出力周波数を設
定した後、負荷投入開閉器４を一旦オフすると共に、フ
ィルタ回路９を主回路から切離してＶＶＶＦ２を運転状
態にし、しかる後負荷投入開閉器４を順次オンさせて停
電再起動を行なうようにしても、前述同様の作用効果を
得ることができる。

【００４５】一方、図３に示すようにＶＶＶｆ２の出力
側に変圧器２０を設け、前述した実施の形態でのフィル
タ回路９のリアクトルの代わりに変圧器２０の漏れイン
ダクタンスを利用することにより、構成を簡単且つ安価
にすることができる。

【００４６】なお、前述した各実施の形態では、復電後
の再起動時に負荷投入開閉器４を一旦オフし、ＶＶＶＦ
２を運転状態にし、その後負荷投入開閉器４をオンして
再起動させる方式を説明したが、この負荷投入開閉器４
をオフせずに、ＶＶＶＦ２と負荷であるヒステリシス電
動機３を接続した状態のままで電源を活かして再起動を
行なっても同様の効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、長時
間の停電時でも電源装置が過負荷になることなく、また
負荷であるヒステリシス電動機のショックも低減でき、
安定に運転することが可能な電動機制御装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機制御装置の第１の実施の形
態を示す回路構成図。

【図２】同実施の形態の作用を説明するためのタイムチ
ャートを示す図。

【図３】本発明による電動機制御装置の第２の実施の形
態を示す回路構成図。

【図４】従来の電動機制御装置の一例を示す回路構成
図。

【符号の説明】

１…商用電源２…ＶＶＶＦ３…ヒステリシス電動機４…負荷投入開閉器５…リアクトル６…コンデンサ７，８…開閉器９…フィルタ回路１０…停電検出回路１１…運転制御回路１２…開閉器制御回路１３…共通逆起電圧検出回路２０…変圧器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H001 AA03 AB06 AD03 AE01 5H572 BB07 CC05 DD05 EE05 FF01 FF03 HA04 HB07 HC08 LL16 LL24 MM13 5H575 BB06 DD03 DD07 EE20 FF01 FF02 FF04 HA03 HA06 HB20 LL13 LL24 MM14 5H576 BB06 CC05 DD02 DD06 FF01 FF02 HB01 JJ26 LL16 LL25 MM04 MM13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源出力を可変電圧・可変周波数の電力
に変換して複数台のヒステリシス電動機に供給する電源
装置と、この電源装置の出力側をヒステリシス電動機の
台数によりグループ分けした複数の電路に負荷投入開閉
器を介してオン、オフ可能にそれぞれ設けられるフィル
タ回路と、前記各電路の共通母線部に接続された前記ヒ
ステリシス電動機の共通逆起電圧検出回路と、前記電源
装置、前記負荷投入開閉器及び前記フィルタ回路を制御
する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源の停電時に前記電源装置に運
転停止信号を与えると共に、前記フィルタ回路にオフ指
令を与え、且つ前記各負荷投入開閉器をオン状態に維持
して全台数の前記ヒステリシス電動機を降速させる第１
の制御機能と、復電時に前記共通逆起電圧検出回路によ
り検出された降速中の前記ヒステリシス電動機の逆起電
圧から回転数を検出し、その回転数に基き前記電源装置
の出力を設定して停電再起動を行なう第２の制御機能と
を有することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】電源出力を可変電圧・可変周波数の電力
に変換して複数台のヒステリシス電動機に供給する電源
装置と、この電源装置の出力側をヒステリシス電動機の
台数によりグループ分けした複数の電路に負荷投入開閉
器を介してオン、オフ可能にそれぞれ設けられるフィル
タ回路と、前記各電路の共通母線部に接続された前記ヒ
ステリシス電動機の共通逆起電圧検出回路と、前記電源
装置、前記負荷投入開閉器及び前記フィルタ回路を制御
する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源の停電時に前記電源装置に運
転停止信号を与えると共に、前記フィルタ回路にオフ指
令を与え、且つ前記各負荷投入開閉器をオン状態に維持
して全台数の前記ヒステリシス電動機を降速させる第１
の制御機能と、復電時に前記共通逆起電圧検出回路によ
り検出された降速中の前記ヒステリシス電動機の逆起電
圧から回転数及び電圧値を検出し、その回転数及び電圧
値に基き前記電源装置の出力を設定して停電再起動を行
なう第２の制御機能とを有することを特徴とする電動機
制御装置。
【請求項３】電源出力を可変電圧・可変周波数の電力
に変換して複数台のヒステリシス電動機に供給する電源
装置と、この電源装置の出力側をヒステリシス電動機の
台数によりグループ分けした複数の電路に負荷投入開閉
器を介してオン、オフ可能にそれぞれ設けられるフィル
タ回路と、前記各電路の共通母線部に接続された前記ヒ
ステリシス電動機の共通逆起電圧検出回路と、前記電源
装置、前記負荷投入開閉器及び前記フィルタ回路を制御
する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源の停電時に前記電源装置に運
転停止信号を与えると共に、前記フィルタ回路にオフ指
令を与え、且つ前記各負荷投入開閉器をオン状態に維持
して全台数の前記ヒステリシス電動機を降速させる第１
の制御機能と、復電時に前記共通逆起電圧検出回路によ
り検出された降速中の前記ヒステリシス電動機の逆起電
圧から位相及び電圧値を検出し、その位相及び電圧値に
基き前記電源装置の出力を設定して停電再起動を行なう
第２の制御機能とを有することを特徴とする電動機制御
装置。
【請求項４】電源出力を可変電圧・可変周波数の電力
に変換して複数台のヒステリシス電動機に供給する電源
装置と、この電源装置の出力側をヒステリシス電動機の
台数によりグループ分けした複数の電路に負荷投入開閉
器を介してオン、オフ可能にそれぞれ設けられるコンデ
ンサ及びリアクトルからなるフィルタ回路と、前記各電
路の共通母線部に接続された前記ヒステリシス電動機の
共通逆起電圧検出回路と、前記電源装置、前記負荷投入
開閉器及び前記フィルタ回路を制御する制御手段とを備
え、前記制御手段は、前記電源の停電時に前記電源装置に運
転停止信号を与えると共に、前記フィルタ回路及び前記
各負荷投入開閉器をオン状態に維持して全台数の前記ヒ
ステリシス電動機を降速させ、且つ降速中の前記ヒステ
リシス電動機からの逆起電圧により流れる電流で前記フ
ィルタ回路のコンデンサを充電させる第１の制御機能
と、復電時に前記共通逆起電圧検出回路により検出され
た降速中の前記ヒステリシス電動機の逆起電圧から、回
転数、回転数と電圧値、電圧値と位相のいずれかを検出
し、その信号に基き前記電源装置の出力を設定して停電
再起動を行なう第２の制御機能とを有することを特徴と
する電動機制御装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の電動機制御装置において、電源装置の出力側に変圧器を設け、この変圧器の漏れイ
ンダクタンスを前記フィルタ回路のリアクトルとして機
能させるようにしたことを特徴とする電動機制御装置。