JP2004222363A

JP2004222363A - 流体移送装置

Info

Publication number: JP2004222363A
Application number: JP2003004371A
Authority: JP
Inventors: Masaru Toyoda; 勝豊田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】液体を移送するポンプや気体を移送する送風機などの流体移送装置に対し駆動電動機の電源側に駆動用インバータ装置を付加して流体移送装置の省エネルギ化を図る。
【解決手段】既設の流量検出器、基準流量検出器を活用し、付加するインバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の周波数および任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路とからなる流体移送機器の駆動電動機を駆動するインバータと、流体の流量指令値と流体移送機器の出力側で検出された流量の帰還値とを比較し、インバータの制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する指令値演算器と、制御指令値に基づいてインバータの出力電圧および周波数を制御するインバータ制御回路とを備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体を移送するポンプまたは気体を移送する送風機などの流体移送装置の省エネルギ対策として駆動電動機の電源側に駆動用インバータ装置を配置する流体移送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体を移送するポンプまたは気体を移送する送風機などの流体移送装置は、電源に接続された駆動電動機と流体移送機器とが直結され、その出口側にバルブまたはダンパの流量調整機構と流量検出器を設け、与えられた制御流量と出口側の流量との差がなくなるように流量調整機構の開度を開度調整装置によって制御する構成が一般的である。
このような構成の流体移送装置は回転速度がほぼ一定であり、流量は流量調整機構の開度を調整することにより所定流量に調整されるので、流量が少ないときでもある値以上の電力を必要とする。このような構成の流体移送装置の省エネルギを図るシステムとして、駆動電動機の電源側に商用周波電圧を任意の電圧、任意の周波数の交流電圧に変換できる駆動電動機の駆動用インバータ装置を付加し、駆動電動機の回転数を流量に応じて調整する構成が実用されている。
【０００３】
駆動電動機の電源側に付加する駆動用インバータ装置としては、例えば、非特許文献１に示されたものがある。この駆動用インバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の電圧、任意の周波数の交流電圧に変換する逆変換回路とからなるインバータ、駆動電動機の回転数が回転数指令値に基づいた最適回転数になるようにインバータを制御するインバータ制御回路を備えた構成である。このインバータ装置に対して、外部から与えられた制御量より基準流量を演算する基準流量演算器と、基準流量を受けこの基準流量と流体移送機器の出口側流量を比較し、その偏差値から回転数指令値を演算して出力する回転数指令制御器を有するプロセス制御装置を設け、非特許文献１に示されたインバータ装置を付加している。
【０００４】
このように流量調整機構の開度を調整して流量を制御する構成に、駆動用インバータ装置を付加するときには駆動用インバータ装置の付加に加えて、バルブまたはダンパー等の流量調整機構の開度指令値を出力するプロセス制御装置から、駆動電動機の回転数指令値を出力するプロセス制御装置に取替える必要がある。
【０００５】
【非特許文献１】
「三菱可変周波数トランジスタインバータ・ＭＥＬＴＲＡＣ−１００シリーズ」、三菱電機株式会社、昭和６２年１１月作成、ＳＥ−Ｍ２９８−Ｄ（８７１２−２．０）ＲＯＤ（カタログ記号）Ｐ３−Ｐ５参照
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、既設のバルブまたはダンパー等の流量調整機構の開度を調整して流量を制御する流体移送装置に、従来の駆動電動機を駆動する駆動用インバータ装置を付加するときには、流量調整機構の開度指令値を出力するプロセス制御装置から、駆動電動機の回転数指令を出力するプロセス制御装置に取り替える改造を行わねばならない問題点があった。また、流量調整機構の開度を調整して流量を制御する構成に、従来の駆動用インバータ装置を付加した場合に、この駆動用インバータ装置自身が故障すると流体移送装置としての機能を失って継続運転できなくなるという問題点もあった。
【０００７】
この発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、既設のバルブまたはダンパー等の流量調整機構の開度指令値を出力するプロセス制御装置を改造することなく、付加する駆動用インバータ装置内で指示された流量となる電圧指令値および周波数指令値の交流電圧に変換して制御できる流体移送装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る流体移送装置は、商用電源に接続された駆動電動機と、該駆動電動機に直結された流体を移送する流体移送機器と、この流体移送機器の出口側に配置された流量調整機構と、出口側流量を検出する流量検出器と、指令された制御基準値を基準流量に変換する基準流量演算器、変換された基準流量と上記流量検出器が検出した出口側流量の帰還値とを比較して偏差値を出力する比較演算器、該比較演算器が出力した偏差値から上記流量調整機構の開度指令値を演算する開度指令値演算器からなるプロセス制御装置と、開度指令値によって流量調整機構の開度を制御する開度調整装置とを備えた既設の流体移送装置を改造するために、流量検出器およびプロセス制御装置の基準流量演算器を活用し、駆動電動機の商用電源側に駆動電動機を駆動する駆動用インバータ装置を配置するものであり、駆動用インバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路とからなるインバータと、既設の基準流量演算器が出力する基準流量と既設の流量検出器が検出した出口側流量とを比較し、その偏差値より上記インバータの制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器と、上記制御指令値を受け、上記インバータを制御するインバータ制御回路とを備えた構成としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。この実施の形態１は、図２に示す既設の液体を移送するポンプや気体を移送する送風機などの流体移送装置の駆動電動機の電源側に駆動用インバータ装置を付加し、指令された基準流量に対応して駆動電動機が最適効率となるように制御するものである。
【００１０】
図２の既設の構成は、流体移送機器部分が、流体移送機器６に駆動電動機５が直結され、駆動電動機５は、遮断器２、入力変圧器３、電源開閉器４を介して交流電源１に接続され、流体移送機器６の出口側にバルブまたはダンパーなどの流量調整機構７が配置され、その出口側に流量検出器８が配置された構成である。この構成に対して制御する部分は、外部演算装置９から適正流量が得られる制御基準値がプロセス制御装置１０に入力され、入力された制御基準値に対し、流体が制御基準値になるように流量制御されるものである。
【００１１】
プロセス制御装置１０は、制御基準値が入力される部分に配置された信号入力リレー１１と、制御基準値を基準流量に演算する基準流量演算器１２と、基準流量と流量検出器８が検出した出口側流量とを比較して制御指令値を演算する比較演算器１３と、制御指令値を受け開度指令値を演算する開度指令値演算器１４とで構成されている。出口側流量は開度調整装置１５において、プロセス制御装置１０が出力した開度指令値によって流量調整機構７の開度を調整し指令された基準流量になるように制御される。（比較演算器１３、開度指令値演算器１４および開度調整装置１５は駆動用インバータ装置を付加した場合には使用されない。）
【００１２】
実施の形態１の構成は、図２に示すような既設の流体移送装置に対し、駆動電動機５の電源側に駆動用インバータ装置２０を付加し、出口側の流体流量が与えられた基準流量になるように制御するものである。
駆動用インバータ装置２０は、交流を直流に変換する順変換回路２１と平滑用コンデンサ２２と直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路２３とからなるインバータ２４と、基準流量演算器１２の信号が入力する部分に配置された信号入力リレー２５と、基準流量と流量検出器８が検出した出口側流量の帰還値とを比較し、その偏差によりインバータ２４の制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器２６と、制御指令値を受け、インバータ２４を制御するインバータ制御回路２７とで構成されている。
【００１３】
図１において、交流電源１、遮断器２、変圧器３、電源開閉器４、交流電動機５、流体移送機器６、流量調整機構７、流量検出器８、外部演算装置９、プロセス制御装置１０、基準流量演算器１２は図２に示す既設の状態が維持される部分である。
【００１４】
つぎに動作について説明する。流体移送装置が運転されると、信号入力リレー２５が閉動作し、制御指令値演算器２６にプロセス制御装置１０の基準流量演算器１２から基準流量、流量検出器８から出口側流量が入力され、制御指令値演算器２６は、基準流量と出口側流量とを比較し、その偏差値によりインバータ２４の制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を出力する。この制御指令値演算器２６は、駆動される流体移送機器６の流量と回転数との関係と回転数と制御指令値の関係を記憶させておき、流量を入力することにより電圧指令値および周波数指令値が直接出力されるように構成されている。インバータ制御回路２７は出力電圧指令値および周波数指令値に基づいてインバータ２４の逆変換回路２３が制御され、最適条件の交流電圧が駆動電動機５に印加されて流体移送機器６の出口側流量が基準流量になるように制御される。図２に示された制御指令値演算器１３、開度指令値演算器１４および開度調整装置１５は駆動用インバータ装置を付加した場合には使用されない。
【００１５】
このように構成すると、基準流量と出口側流量とを比較してインバータの制御指令値が回転数指令値を求めることなく直接制御できるようになり、既設部分のプロセス制御装置１０を改造することなく、駆動用インバータ装置２０を付加するのみで、効率的に出口側流量が適正流量に制御される流体移送装置が構成できる。
【００１６】
実施の形態２．
実施の形態２の構成を図３に示す。実施の形態１では、駆動用インバータを付加した状態で、商用電源への切換ができない状態となっており、このために駆動用インバータ装置が故障したときにはバックアップできない構成であったが、実施の形態２は、既設の流体移送装置の出口側の流量調整機構が使用可能な状態とし、駆動用インバータ装置を取り付けた状態で、この駆動用インバータ装置をバイパスするバイパス回路を設け、駆動用インバータ装置に故障が発生したときに、自動的に商用電源に切り換えて運転できるように構成したものである。
【００１７】
図３において、商用電源１、遮断器２、変圧器３、電源開閉器４，駆動電動機５、流体移送機器６、流量検出器８、外部演算装置９、プロセス制御装置１０は実施の形態１の図１と同一である。開度調整装置１５、流量調整機構７は動作可能な状態を維持している。バイパス回路３１は、変圧器３の負荷側から駆動電動機５にバイパス回路開閉器３２を介して接続されている。
駆動用インバータ装置３０は、交流を直流に変換する順変換回路２１と平滑用コンデンサ２２と直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路２３とからなるインバータ２４と、基準流量演算器１２から入力される信号入力リレー２５と、基準流量と流量検出器８が検出した出口側流量の帰還値とを比較し、その偏差値によりインバータ２４の制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器３６と、制御指令値を受け、インバータ２４を制御するインバータ制御回路２７と、このインバータ２４の部分が故障したときに、制御指令値演算器３６から制御指令値を受け、流量調整機構７を制御する開度指令値を出力する開度指令値演算器３９と、インバータ２４が故障したときにバイパス回路に切り換える運転切換回路３８を設けた構成である。
【００１８】
この構成において、インバータ装置２４が正常な時には、運転切換回路３８は、電源開閉器４を閉状態とし、バイパス回路開閉器３２は開状態となるように制御し、インバータ装置２４が故障したときには、電源開閉器４を開状態とし、バイパス回路開閉器３２を閉状態にするとともに、開度指令値演算器３９を動作させ、制御指令演算器３６からの制御指令値を受け、開度調整装置１５に開度指令値を出力する状態とし、開度調整装置１５により流量調整機構７の開度を調整して流量調整を行う。
【００１９】
このように構成すると、付加したインバータ装置に故障が生じたときには、自動的に商用電源での運転に切り換えられるので運転の信頼性が高くなる。また、流体移送装置を定格回転数で運転するときには、簡単に商用運転に切り換えることができる。
【００２０】
実施の形態３．
実施の形態３の構成を図４に示す。実施の形態２では、駆動用インバータ装置に３０に制御指令値から流量調整機構７の開度指令値を演算する開度指令値演算器３９を新たに設けた構成としたが、この実施の形態３では、バイパス回路３１は実施の形態２と同様に設け、既設のプロセス制御装置１０、流量調整装置７および開度調整装置１５を動作する状態とし、バイパス回路３１へ切換えたときには駆動用インバータ装置は切り離されるように構成したものである。
【００２１】
図４において、商用電源１、遮断器２、変圧器３、電源開閉器４，駆動電動機５、流体移送機器６、流量調整機構７、流量検出器８、外部演算装置９、プロセス制御装置１０、開度調整装置１５は既設状態の図２と同一である。バイパス回路３１は、実施の形態２の図３と同様に、変圧器３の負荷側から駆動電動機５にバイパス回路開閉器３２を介して接続している。
駆動用インバータ装置４０は、インバータ回路２４、信号入力リレー２５、制御指令値演算器２６、インバータ制御回路２７は実施の形態１の図１と同一とし、商用運転切換回路４８を設け、駆動用インバータ装置が故障したときに、信号入力リレー２５を切り離し、インバータ２４の回路を電源開閉器４を開状態として切り離し、バイパス回路開閉器３２を閉状態として駆動電動機５を商用電源１により運転するように構成している。
【００２２】
このように構成すると、インバータ回路２４が故障したときには、インバータ回路２４およびインバータ制御指令演算器２６が切り離されて駆動用インバータ装置４０の制御回路に依存しない構成となり、インバータの故障に対する運転信頼性が高くなる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明に係る流体移送装置は、既設の流量検出器およびプロセス制御装置の基準流量演算器を活用し、駆動電動機の商用電源側に駆動電動機を駆動する駆動用インバータ装置を設置した構成であり、駆動用インバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路とからなるインバータと、既設の基準流量演算器が出力する基準流量と既設の流量検出器が検出した出口側流量とを比較し、その偏差値よりインバータの制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器と、制御指令値を受け、インバータを制御するインバータ制御回路とを備えた構成としたことにより、基準流量と出口側流量とを比較してインバータの制御指令値を回転数指令値を求めることなく直接制御できるようになり、既設部分のプロセス制御装置を改造することなく、駆動用インバータ装置を付加するのみで、効率的に出口側流量が適正流量に制御される流体移送装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の流体移送装置の構成を示すブロック図である。
【図２】駆動用インバータ装置を付加する流体移送機器の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態２の流体移送装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態３の流体移送装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４電源開閉器、５駆動電動機、６流体移送機器、７流量調整機構、
８流量検出器、９外部演算仕打ち、１０プロセス制御装置、
１１信号入力リレー、１２基準流量演算器、１３比較演算器、
１４開度指令値演算器、１５開度調整装置、２０駆動用インバータ装置、２１順変換回路、２２平滑コンデンサ、２３逆変換回路、
２４インバータ、２５信号入力リレー、２６制御指令値演算器、
２７インバータ制御回路、３０駆動用インバータ装置、
３１バイパス回路、３２バイパス回路開閉器、３６制御指令値演算器、
３８商用運転切換回路、３９開度指令値演算器、
４０駆動用インバータ装置、４８商用運転切換回路、４９接続リレー。

Claims

商用電源に接続された駆動電動機と、該駆動電動機に直結された流体を移送する流体移送機器と、該流体移送機器の出口側に配置された流量調整機構と、出口側流量を検出する流量検出器と、指令された制御基準値を基準流量に変換する基準流量演算器、上記変換された基準流量と上記流量検出器が検出した出口側流量の帰還値とを比較して偏差値を出力する比較演算器、上記偏差値から上記流量調整機構の開度指令値を演算する開度指令値演算器からなるプロセス制御装置と、上記開度指令値によって上記流量調整機構の開度を制御する開度調整装置とを備えた既設の流体移送装置を改造するために、上記流量検出器およびプロセス制御装置の基準流量演算器を活用し、上記駆動電動機の商用電源側に上記駆動電動機を駆動する駆動用インバータ装置を設置するものであって、
上記駆動用インバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路とからなるインバータと、既設の基準流量演算器が出力する基準流量と既設の流量検出器が検出した出口側流量とを比較し、その偏差値より上記インバータの制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器と、上記制御指令値を受け、上記インバータを制御するインバータ制御回路とを備えたことを特徴とする流体移送装置。
商用電源に接続された駆動電動機と、該駆動電動機に直結された流体を移送する流体移送機器と、該流体移送機器の出口側に配置された流量調整機構と、出口側流量を検出する流量検出器と、指令された制御基準値を基準流量に変換する基準流量演算器、上記変換された基準流量と上記流量検出器が検出した出口側流量の帰還値とを比較して偏差値を出力する比較演算器、上記偏差値から上記流量調整機構の開度指令値を演算する開度指令値演算器からなるプロセス制御装置と、上記開度指令値によって上記流量調整機構の開度を制御する開度調整装置とを備えた既設の流体移送装置を改造するために、上記流量検出器、上記プロセス制御装置の基準流量演算器、上記開度調整装置、上記流量調整機構を活用し、上記駆動電動機の商用電源側に上記駆動電動機を駆動する駆動用インバータ装置を設置するものであって、
設置される上記駆動用インバータ装置をバイパスして商用電源からバイパス回路開閉器を介して上記駆動用電動機に接続されるバイパス回路を設け、
上記駆動用インバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路とからなるインバータと、上記基準流量と上記出口側流量の帰還値とを比較し、その偏差値から上記インバータの制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器と、上記制御指令値を受け、上記インバータを制御するインバータ制御回路と、上記インバータの異常時に上記制御指令値演算器の制御指令値を受けて既設の上記流量調整機構の開度指令値を演算して上記既設の開度調整機構に開度指令値を出力する新たに設けられた開度指令値演算器と、上記インバータの異常時に上記インバータを切り離して上記バイパス回路を接続するとともに、上記新たに設けられた開度指令値演算器を動作させる商用運転切換回路とを備えていることを特徴とする流体移送装置。
商用電源に接続された駆動電動機と、該駆動電動機に直結された流体を移送する流体移送機器と、該流体移送機器の出口側に配置された流量調整機構と、出口側流量を検出する流量検出器と、指令された制御基準値を基準流量に変換する基準流量演算器、上記変換された基準流量と上記流量検出器が検出した出口側流量の帰還値とを比較して偏差値を出力する比較演算器、上記偏差値から上記流量調整機構の開度指令値を演算する開度指令値演算器からなるプロセス制御装置と、上記開度指令値によって上記流量調整機構の開度を制御する開度調整装置とを備えた既設の流体移送装置を改造するために、上記流量検出器、プロセス制御装置の基準流量演算器、比較演算器、開度指令値演算器、開度調整装置および流量調整機構を活用し、上記駆動電動機の商用電源側に上記駆動電動機を駆動する駆動用インバータ装置を設置するものであって、
設置される上記駆動用インバータ装置をバイパスして商用電源からバイパス回路開閉器を介して上記駆動用電動機に接続されるバイパス回路を設け、
上記駆動用インバータ装置は、交流を直流に変換する順変換回路と平滑用コンデンサと直流を任意の周波数、任意の電圧の交流電圧に変換する逆変換回路とからなるインバータと、上記基準流量と上記出口側流量の帰還値とを比較し、その偏差値により上記インバータの制御指令値である出力電圧指令値および周波数指令値を演算する制御指令値演算器と、この制御指令値を受け、上記インバータを制御するインバータ制御回路と、上記インバータに異常が発生したときに上記インバータを切り離して上記バイパス回路を接続するとともに、上記既設の開度指令値演算器の出力回路を上記開度調整装置に接続する商用運転切換回路とを備えたことを特徴とする流体移送装置。