JP2006191725A - 高圧交流電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、スイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路とを共用することにより、スイッチおよびリアクトルの部品点数を削減し、装置のコストダウンを図ることを可能とした高圧交流電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】 ３相交流電源１と、運転切換を行うスイッチ５、６との間に、スイッチ２、３とリアクトル４からなる電流抑制回路１２を設ける。このように、高圧交流電動機１０を３相交流電源１により直接駆動する商用運転の場合の起動電流抑制回路と、高圧インバータ装置１１を介して駆動する可変速運転の場合の励磁突入電流抑制回路とを、１つの電流抑制回路１２で共用することにより、スイッチおよびリアクトルの部品点数を削減し、装置のコストダウンを図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般産業分野の高圧の交流電動機を駆動する高圧交流電動機駆動装置に係わるもので、特に、高圧の交流電動機を、商用電源により直接駆動する場合と高圧インバータ装置を用いて駆動する場合とに切換えて駆動する高圧交流電動機駆動装置に関するものである。

高圧インバータ装置は、省エネルギーを目的として、高圧交流電動機を駆動する用途に多数使用されている。しかしながら、高圧インバータ装置は、複数組の単相インバータ及び入力トランスから構成されている。

このような高圧インバータ装置は、交流電源の容量が比較的小さい系統の場合、運転開始時の高圧インバータ装置の入力トランスの励磁突入電流により電源電圧が変動してしまう可能性があり励磁突入電流抑制回路が必要であった。このような、スイッチと限流素子からなる励磁突入電流抑制回路を備えた高圧インバータ装置は例えば特許文献１に記載されている。又、励磁突入電流をトランス単体で抑制する為にはトランス自体が大形化し設置上問題があった。

また、高圧交流電動機を商用電源により直接駆動する場合は、モータ定格電流の数倍の電流が始動時流れることから、この商用起動時の起動電流を抑制するために、スイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路が必要であった。

そして、高圧の交流電動機を、商用電源により直接駆動する商用運転の場合と高圧インバータ装置を用いて駆動する可変速運転の場合とに切換えて駆動する従来の高圧交流電動機駆動装置は、図7のように構成されていた。

図７において、１は３相交流電源、２、２ａ、３、３ａ、５、７はスイッチ、４、４ａは電流抑制用リアクトル、８は入力トランス、９は高圧インバータ、１１は高圧インバータ装置、１０は高圧交流電動機である。

高圧インバータ装置１１による可変速運転を行なう場合、電源１の容量が比較的小さい系統では、運転開始時に、入力トランス８の入力側のスイッチ２を閉させるが、スイッチ２を閉した直後には、入力トランス８に定格電流の数十倍という大きさの励磁のための突入電流が流れ、電源１の容量が比較的小さい系統では、この入力トランス８の励磁突入電流で電源電圧が下がり、系統に接続されている他の機器に影響を及ぼすため、この励磁突入電流を抑制する為に、スイッチ３を閉としリアクトル４にて減流してからスイッチ２を閉としている。

商用運転を行なう場合にもモータ定格電流の数倍の電流が始動時流れることからスイッチ３ａを閉としリアクトル４ａにて減流してからスイッチ２ａを閉としている。

このように、スイッチ２ａ、３ａと商用起動用リアクトル４ａからなる起動電流抑制回路と、スイッチ２、３と励磁突入電流抑制用リアクトル４からなる励磁突入電流抑制回路がそれぞれ設けられ、商用起動用及び励磁突入電流抑制用リアクトルとスイッチが各々必要であった。
特開２００２−３５４８３０号公報（第４頁、図１）

上述のように、高圧の交流電動機を、商用電源により直接駆動する商用運転の場合と高圧インバータ装置を用いて駆動する可変速運転の場合とに切換えて駆動する従来の高圧交流電動機駆動装置においては、スイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、スイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路がそれぞれ設けられ、商用起動用及び励磁突入電流抑制用リアクトルとスイッチが各々必要であった。

そして、起動電流抑制回路における商用起動用リアクトルと励磁突入電流抑制回路における励磁突入電流抑制用リアクトルのインピーダンス値が通常は異なっており（通常、商用起動用リアクトルのインピーダンス値は大きく、励磁突入電流抑制用リアクトルのインピーダンス値は小さくてもよい）、また励磁突入電流抑制用リアクトルについては、リアクトルでも抵抗でもよいため、両者を共用することは困難であると考えられていた。

さらに、起動時に商用起動用リアクトルを機能させる時間と励磁突入電流抑制用リアクトルを機能させる時間も通常は異なっている（起動時に商用起動用リアクトルを機能させる時間の方が励磁突入電流抑制用リアクトルを機能させる時間より長い）ため、両者を共用することは困難であると考えられていた。

このように、高圧の交流電動機を、商用電源により直接駆動する商用運転の場合と高圧インバータ装置を用いて駆動する可変速運転の場合とに切換えて駆動する従来の高圧交流電動機駆動装置においては、スイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、スイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路とを共用することは困難であると考えられていたため、スイッチおよびリアクトルの部品点数の削減を図ることができず、装置のコストダウンの妨げとなっていた。

本発明は、前述の問題に鑑みて為されたもので、スイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、スイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路とを共用することにより、スイッチおよびリアクトルの部品点数を削減し、装置のコストダウンを図ることを可能とした高圧交流電動機駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、高圧交流電動機を、３相交流電源により直接駆動する商用運転の場合と、入力トランスと高圧インバータとを有する高圧インバータ装置を介して駆動する可変速運転の場合とに切換える運転切換手段を備えた高圧交流電動機駆動装置において、３相交流電源と運転切換手段との間に、スイッチとリアクトルとを有する電流抑制回路を設け、商用運転の場合は電流抑制回路により駆動開始から所定の時間起動電流を抑制するとともに、可変速運転の場合は電流抑制回路により駆動開始から所定の時間前記入力トランスの励磁突入電流を抑制するようにしたことを特徴とする。

本発明の高圧交流電動機駆動装置によれば、従来の、高圧交流電動機を商用電源により直接駆動する商用運転の場合の起動電流抑制回路と、高圧インバータ装置を用いて駆動する可変速運転の場合の励磁突入電流抑制回路とを、電流抑制回路で共用化することができるので、スイッチおよびリアクトルの部品点数を削減し、装置のコストダウンを図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、従来と同様な構成については同一符号を付し、その説明は省略する。

（第１の実施形態）
従来は困難であると考えられていた、商用電源により直接駆動する場合のスイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、高圧インバータ装置を用いて駆動する場合のスイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路との共用化について、検討を重ねた結果、比較的インピーダンス値の小さい励磁突入電流抑制用リアクトルを商用起動用リアクトルとして用いることはできないが、比較的インピーダンス値の大きい商用起動用リアクトルは励磁突入電流抑制用リアクトルとしても使用可能であることを確認するとともに、起動時に商用起動用リアクトルを機能させる時間と励磁突入電流抑制用リアクトルを機能させる時間が異なることについては、商用電源により直接駆動する場合と高圧インバータ装置を用いて駆動する場合とでスイッチの開閉を制御する時間を異ならせればスイッチを共用することが可能であると考え、スイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、スイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路との共用化が可能であることを見出した。

これらの知見に基づき、両者を共用する構成とした本発明の第１の実施形態の構成を図１に示す。図１において、１は３相交流電源、２、３、５、６、７はスイッチ、４はリアクトル、８は入力トランス、９は高圧インバータ、１０は高圧交流電動機、１１は高圧インバータ装置、１２は電流抑制回路である。

すなわち、スイッチ５は３相交流電源１により直接駆動する商用運転の場合に閉とされる商用選択スイッチであり、スイッチ６、７は、高圧インバータ装置１１を用いて駆動する可変速運転の場合に閉とされる可変速選択スイッチである。これらの商用選択スイッチ５と可変速選択スイッチ６、７により、商用運転と可変速運転との運転切換が行われる。

３相交流電源１と、商用選択スイッチであるスイッチ５と可変速選択スイッチのひとつであるスイッチ６との接続点との間には、駆動開始から所定の時間電流を抑制する電流抑制回路１２が設けられる。この電流抑制回路１２は、スイッチ３とリアクトル４とを直列に接続したスイッチリアクトル直列回路に、更にスイッチ２を並列に接続して構成され、従来の、高圧交流電動機１０を商用電源により直接駆動する商用運転の場合のスイッチと商用起動用リアクトルからなる起動電流抑制回路と、高圧インバータ装置を用いて駆動する可変速運転の場合のスイッチと励磁突入電流抑制用リアクトルからなる励磁突入電流抑制回路とを共用化したものに相当する。

図３および図４に高圧インバータ装置１１の詳細な構成を示す。これらの図に示すように、入力トランス８および高圧インバータ９からなる高圧インバータ装置１１は、３相交流を直流に整流する整流器９ａ、この整流器９ａの直流出力を平滑するコンデンサ９ｂ、このコンデンサ９ｂにより平滑された直流を単相交流に逆変換する逆変換器９ｃから構成される回路を単位インバータとし、この単位インバータを３組使用して構成される。なお、逆変換器９ｃは、４組の電力用スイッチング素子で構成される。そして、入力トランス８の２次巻線にこの単位インバータを接続し、３組の単位インバータのそれぞれの単相出力の一方の端子は中性点として共通に接続するとともに、３組の単位インバータのそれぞれの単相出力の残りの一方はスイッチ７を介して３相交流電動機の各相に接続される。

高圧交流電動機１０を商用運転する場合は、可変速選択スイッチであるスイッチ６、７を開とし、商用選択スイッチであるスイッチ５を閉とする。そして、最初に、スイッチ３を閉とし、スイッチ２を開として、３相交流電源１を、リアクトル４を介して高圧交流電動機１０に接続する。こうすることにより、電源印加時の起動電流は、リアクトル４を介するため抑制することができる。所定の時間（例えば１分〜１０分）経過後、スイッチ２を閉とする。

他方、高圧交流電動機１０を高圧インバータ装置１１で可変速運転する場合は、商用選択スイッチであるスイッチ５を開、可変速選択スイッチであるスイッチ６、７を閉とし、スイッチ３を閉、スイッチ２を開として、３相交流電源１を、リアクトル４を介して入力トランス８に接続する。こうすることにより、電源印加時の初期励磁突入電流は、リアクトル４を介するため抑制することができる。所定の時間（例えば０．１秒〜０．５秒程度）経過後、スイッチ２を閉とする。

以上のように、本実施形態によれば、３相交流電源１と、商用運転と可変速商用選択スイッチであるスイッチ５と可変速選択スイッチのひとつであるスイッチ６との接続点との間、すなわち３相交流電源１と運転切換手段との間に設けられた電流抑制回路１２により、商用運転する場合と可変速運転の場合のいずれの場合でも、駆動開始から所定の時間電流を抑制するので、従来のように、起動電流抑制回路と励磁突入電流抑制回路とをそれぞれ設ける必要がなく、スイッチ２、３とリアクトル４とで構成されるひとつの電流抑制回路１２でこれらの両者の機能を果たすことができる。なお、電流抑制回路１２でリアクトル４により電流を抑制する所定の時間は、商用運転の場合と可変速運転の場合とで異なり、商用運転の場合の方が、可変速運転の場合より長いが、この所定の時間の調整は、スイッチ２を閉とするタイミングを変えることにより行なうことができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の構成を示すもので、図１で示される第１の実施形態における、３相交流電源１と運転切換手段との間に設けられた電流抑制回路１２を他の構成にしたものである。すなわち、本実施形態においては、電流抑制回路１２は、スイッチ３とリアクトル４とを並列に接続したスイッチリアクトル並列回路に、更にスイッチ２を直列に接続した構成としている。

高圧交流電動機１０を商用運転する場合は、可変速選択スイッチであるスイッチ６、７を開とし、商用選択スイッチであるスイッチ５を閉とする。そして、最初に、スイッチ２を閉とし、スイッチ３を開として、３相交流電源１を、リアクトル４を介して高圧交流電動機１０に接続する。こうすることにより、電源印加時の起動電流は、リアクトル４を介するため抑制することができる。所定の時間（例えば１分〜１０分）経過後、スイッチ３を閉とする。

他方、高圧交流電動機１０を高圧インバータ装置１１で可変速運転する場合は、商用選択スイッチであるスイッチ５を開、可変速選択スイッチであるスイッチ６、７を閉とし、スイッチ２を閉、スイッチ３を開として、３相交流電源１を、リアクトル４を介して入力トランス８に接続する。こうすることにより、電源印加時の初期励磁突入電流は、リアクトル４を介するため抑制することができる。所定の時間（例えば０．１秒〜０．５秒程度）経過後、スイッチ３を閉とする。

以上のように、本実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、３相交流電源１と運転切換手段との間に設けられた電流抑制回路１２により、商用運転する場合と可変速運転の場合のいずれの場合でも、駆動開始から所定の時間電流を抑制するので、従来のように、起動電流抑制回路と励磁突入電流抑制回路とをそれぞれ設ける必要がなく、スイッチ２、３とリアクトル４とで構成されるひとつの電流抑制回路１２でこれらの両者の機能を果たすことができる。なお、電流抑制回路１２でリアクトル４により電流を抑制する所定の時間は、商用運転の場合と可変速運転の場合とで異なり、商用運転の場合の方が、可変速運転の場合より長いが、この所定の時間の調整は、スイッチ３を閉とするタイミングを変えることにより行なうことができる。

（他の実施形態）
図１及び図２で示される第１及び第２の実施形態の高圧交流電動機駆動装置において、高圧インバータ９は、図３に示すように単位インバータの直列接続数を３としたが、単位インバータの直列接続数は３以外のＮ（Ｎ：正の整数）にしても、同様の効果を得ることができる。

また、図１及び図２で示される第１及び第２の実施形態の高圧交流電動機駆動装置において、高圧インバータ９の逆変換器９ｃを、図４に示すように４組の電力用スイッチング素子で構成する代わりに、図５あるいは図６に示すように、２組の電力用スイッチング素子を直列接続し、さらにこの直列接続点にダイオードを接続してなる４組の電力用スイッチング素子群で構成した３レベル方式逆変換器としても、同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の構成を示す回路図。 本発明の第２の実施形態の構成を示す回路図。 本発明の第１及び第２の実施形態における高圧インバータ装置の詳細な構成を示す回路図。 本発明の第１及び第２の実施形態における高圧インバータの更に詳細な構成を示す回路図。 本発明の他の実施形態における高圧インバータの構成を示す回路図。 本発明の他の実施形態における高圧インバータの他の構成を示す回路図。 従来例の構成を示す回路図。

符号の説明

１…３相交流電源
２、２ａ、３、３ａ、５、６、７…スイッチ
４、４ａ…リアクトル
８…入力トランス
９…高圧インバータ
９ａ…整流器
９ｂ…平滑コンデンサ
９c…逆変換器
１０…高圧交流電動機
１１…高圧インバータ装置
１２…電流抑制回路

Claims (4)

1. 高圧交流電動機を、３相交流電源により直接駆動する商用運転の場合と、入力トランスと高圧インバータとを有する高圧インバータ装置を介して駆動する可変速運転の場合とに切換える運転切換手段を備えた高圧交流電動機駆動装置において、３相交流電源と運転切換手段との間に、スイッチとリアクトルとを有する電流抑制回路を設け、商用運転の場合は前記電流抑制回路により駆動開始から所定の時間起動電流を抑制するとともに、可変速運転の場合は前記電流抑制回路により駆動開始から所定の時間前記入力トランスの励磁突入電流を抑制するようにしたことを特徴とする高圧交流電動機駆動装置。
2. 前記電流抑制回路は、スイッチとリアクトルとを直列に接続したスイッチリアクトル直列回路に、スイッチを並列に接続したものであることを特徴とする請求項１に記載の高圧交流電動機駆動装置。
3. 前記電流抑制回路は、スイッチとリアクトルとを並列に接続したスイッチリアクトル並列回路に、スイッチを直列に接続したものであることを特徴とする請求項１に記載の高圧交流電動機駆動装置。
4. 前記電流抑制回路において、商用運転の場合に起動電流を抑制する時間が、可変速運転の場合に入力トランスの励磁突入電流を抑制する時間より長くなるように、前記スイッチの開閉動作を行なうようにしたことを特徴とする請求項１に記載の高圧交流電動機駆動装置。
   
   

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