JP2006197745A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特にインバータ装置を介さずに始動、駆動される誘導電動機において、極力簡単な構成で、瞬時停電後の復電時の再始動を円滑に行い、誘導電動機の寿命を確保することが出来る誘導電動機の制御装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 瞬時停電検出装置４は、電源母線３の電圧を検出し、瞬時停電を検出すると直ちに遮断器２に遮断（開路）指令７を送出して主回路を遮断する。残留電圧検出装置５は、フリーラン状態での誘導電動機１の残留電圧からその電圧位相を検出し残留電圧位相信号９を出力する。残留電圧位相同期検出装置６は、復電電圧位相信号８と残留電圧位相信号９とを入力し、両位相の差が所定値Δθ以下になったとき、遮断器２に投入（閉路）指令１０を送出して主回路を投入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、運転中の誘導電動機において瞬時停電が起こり、その後復電して再始動する場合の動作を円滑にするための誘導電動機の制御装置に関するものである。

インバータ装置で駆動される誘導電動機にあっては、特に瞬時停電後の復電の際、出力側に接続された誘導電動機の残留電圧の位相に合わせて電圧を印加し（同期引き込み）、再始動電流のピーク値を極力低減するように構成された瞬停再始動機能を有するインバータ装置が適用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２６８７９４号公報（第２，３頁、図１）

以上のように、インバータ装置で駆動される誘導電動機は、瞬時停電後の復電時には、そのインバータ装置による同期引き込みを行う機能を有しているが、世の中の大半の電動機はインバータ装置で駆動されておらず、いわゆる直入始動法やスターデルタ始動法、リアクトル始動法、コンドルファ始動法等が採用されている。従って、瞬時停電後の復電時には、誘導電動機が電圧無印加でフリーラン状態となる中での電源再投入となり、残留電圧位相によっては、過大な電流やトルクが発生し、寿命低下など電動機に悪影響を与えるとともに、電源系統に弊害を及ぼす可能性が生じる。

この発明は、以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、特にインバータ装置を介さずに始動、駆動される誘導電動機において、極力簡単な構成で、瞬時停電後の復電時の再始動を円滑に行い、誘導電動機の寿命を確保することが出来る誘導電動機の制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る誘導電動機の制御装置は、主回路開閉器を介して主回路電源に接続された誘導電動機の制御装置であって、主回路電源の電圧を検出しその瞬時停電を検出したとき主回路開閉器に開路指令を出力する瞬時停電検出装置を備えたものである。

主回路電源の電圧を検出しその瞬時停電を検出したとき主回路開閉器に開路指令を出力する瞬時停電検出装置を備えたので、瞬時停電後の復電と同時に誘導電動機に電圧が再印加されることがないので、復電による主回路電源の電圧位相とフリーラン中の誘導電動機の残留電圧位相とが大きくずれて復電時に過大な過渡電流や過渡トルクが発生する不具合が未然に防止されることになる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。誘導電動機１は、主回路開閉器である遮断器２を介して、主回路電源である電源母線３に接続されている。なお、主回路開閉器としては、いわゆるコンビネーションスタータ等が適用される場合もある。
通常は、遮断器２を開閉することで、誘導電動機１の運転の入り切りが行われるが、この発明では、遮断器２が閉路され、誘導電動機１が運転状態にあるときに、電源母線３に瞬時停電が発生した場合を取り扱うものである。即ち、配電系統では、系統への誘導雷等の発生で系統の保護システムが機能し、瞬時停電そしてその後復電する再閉路保護が実行される。
この現象のため、既述したとおり、瞬時停電後、遮断器２を閉路状態のまま放置していると、復電時に、誘導電動機１に過渡的に、過大な電流、過大なトルクが生じ得るという不具合を与えうることになる。なお、この瞬時停電から復電までの時間は、大旨、０．２〜０．５秒程度である。

瞬時停電検出装置４、残留電圧検出装置５および残留電圧位相同期検出装置６が、この発明の主要部であって、上述の不具合を解消することを目的とするものである。
瞬時停電検出装置４は、電源母線３の電圧を検出し、瞬時停電を検出すると直ちに遮断器２に遮断（開路）指令７を送出して主回路を遮断する。これによって、その後の復電時、電源母線３の電圧がそのまま誘導電動機１に供給されることがないので、誘導電動機１に過大な電流やトルクが発生することを防止することが出来る。
なお、瞬時停電検出装置４は、復電後の電圧位相を検出し復電電圧位相信号８を出力する。

遮断器２の遮断動作で、誘導電動機１はフリーランの状態となるが、残留電圧検出装置５は、この状態での誘導電動機１の残留電圧からその電圧位相を検出し残留電圧位相信号９を出力する。残留電圧位相同期検出装置６は、瞬時停電検出装置４からの復電電圧位相信号８と残留電圧検出装置５からの残留電圧位相信号９とを入力し、両位相の差が所定値Δθ以下になったとき、遮断器２に投入（閉路）指令１０を送出して主回路を投入する。なお。上記Δθとしては、例えば、６０゜程度に設定される。これによって、復電後の再始動による誘導電動機１の過渡電流、過渡トルクは、誘導電動機の寿命や電源母線３の電圧に有害な影響を及ぼさない範囲のいずれも一定の許容値内に抑制される。
即ち、複雑で高価なインバータ装置を使用しない、直入始動等の簡便な方式を採用した誘導電動機においても、瞬時停電後の復電における再始動が円滑になされる訳である。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。図２（ａ）は、主回路部分を示し、図２（ｂ）は、遮断器２本体に取り付けられ、遮断器２の開閉制御部を収容する制御盤内を示す図である。即ち、この実施の形態２では、先の実施の形態１で説明した瞬時停電検出装置４、残留電圧検出装置５および残留電圧位相同期検出装置６を、図２（ｂ）の一点鎖線内に示すように、遮断器２本体に取り付けられた制御盤内に収容したものである。
瞬時停電検出装置４からの遮断（開路）指令７が、遮断操作用スイッチと連動する開路用接点「切１」と並列に接続された接点「切２」を閉路することによりトリップコイル１１が励磁され遮断器２が遮断される。また、残留電圧位相同期検出装置６からの投入（閉路）指令１０が、投入操作用スイッチと連動する閉路用接点「入１」と並列に接続された接点「入２」を閉路することによりクローズコイル１２が励磁され遮断器２が投入される。

この実施の形態２では、必要な信号線が制御盤内で処理でき盤外へ信号を取り出す必要が無くなるので、外線ケーブル配線の施工費（工事費、ケーブル費用）が不要となり、本願発明になる誘導電動機の制御装置を、コンパクトかつ低コストで実現できる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。ここでは、共通の電源母線３に複数の遮断器２および誘導電動機１が接続される場合を扱っており、図３では、それぞれ３台の遮断器２−１，２−２，２−３、および誘導電動機１−１，１−２，１−３が接続されている。

電源母線３に瞬時停電が発生すると、瞬時停電検出装置４がこれを検出し、遮断（開路）指令７−１，７−２，７−３を出力し、遮断器２−１，２−２，２−３が一斉に遮断される点は、先の実施の形態の場合と同様である。
次に、復電後再始動に係る構成および動作について説明する。各誘導電動機１−１，１−２，１−３は、遮断されてフリーラン状態となるが、各電動機の定格や負荷状態により残留電圧の推移は互いに異なるのが普通である。また、再始動の点から考えると、３台の電動機を同時に電源母線３に投入すると、それぞれの過渡電流が加算された電流が系統に流れることになり、電源母線３の電圧変動等を起こす可能性がある。

そこで、この実施の形態３では、フリーラン状態の電動機の回転減衰が速い、即ち、残留電圧が低い電動機から順番に同期検出をして再始動する方式を採用することで、各電動機の同時再始動を回避し、電源母線３への影響を抑制している。
即ち、各誘導電動機１−１，１−２，１−３の残留電圧を個別に検出する残留電圧検出装置５−１，５−２，５−３を設けるとともに、各残留電圧検出装置は、電圧位相とともに電圧値（残留電圧値）を検出し、それぞれ残留電圧電圧・位相信号１３−１，１３−２，１３−３を出力するものとする。

図４は、電源母線３に瞬時停電が発生した後、復電し、その後、各誘導電動機１が順次再始動される様子を示すものである。即ち、この例では、復電時点Ｐ２での残留電圧は誘導電動機Ｍ１が最も低いことから、残留電圧位相同期検出装置６は、先ずこの誘導電動機Ｍ１から同期判定を行い、同期を検出した時刻Ｓ１で投入（閉路）指令１０−１を出力して遮断器２−１を投入、誘導電動機１−１（Ｍ１）が再始動される。
次は、残留電圧が２番目に低い誘導電動機Ｍ３について同期判定がなされ、誘導電動機Ｍ１の再始動時刻Ｓ１より遅れた時刻Ｓ２で誘導電動機１−３（Ｍ３）が再始動される。続いて、残留電圧が最も高い誘導電動機Ｍ２について同期判定がなされ、誘導電動機Ｍ３の再始動時刻Ｓ２より更に遅れた時刻Ｓ３で誘導電動機１−２（Ｍ２）が再始動される。

以上のように、この実施の形態３では、複数の誘導電動機１がその残留電圧の低い順番で同期判定され順次再始動されるので、各誘導電動機１に大きな過渡電流やトルクが発生しないことは勿論のこと、複数の誘導電動機１が時間的にずれて投入されるので、電源母線３から流れる電流の大きさも大幅に抑制され、再始動に伴う系統への悪影響が防止される。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。ここでも、先の実施の形態３の図３の場合と同様、共通の電源母線３に複数の遮断器２および誘導電動機１が接続される場合を扱っており、図５では、それぞれ３台の遮断器２−１，２−２，２−３、および誘導電動機１−１，１−２，１−３が接続されている。
そして、電源母線３に瞬時停電が発生すると、瞬時停電検出装置４がこれを検出し、遮断（開路）指令７−１，７−２，７−３を出力し、遮断器２−１，２−２，２−３が一斉に遮断される点も、先の実施の形態３の場合と同様である。

更に、復電後再始動される場合、主として、電源母線３への影響を防止するため再始動のタイミングを複数の誘導電動機１で互いにずらすようにすることを意図している点も先の実施の形態３と同様であるが、その具体的な構成動作が異なるので、以下、この点を中心に説明する。

ここでは、残留電圧検出装置５−１，５−２，５−３が、各誘導電動機１−１，１−２，１−３の残留電圧を個別に検出し、それぞれ残留電圧位相信号９−１，９−２，９−３を出力する。残留電圧位相同期検出装置６は、復電後、瞬時停電検出装置４からの復電電圧位相信号８と残留電圧検出装置５−１，５−２，５−３からの残留電圧位相信号９−１，９−２，９−３を入力し、各両位相差が所定値以下になるかの同期判定を行いそれぞれ同期を検出して投入（閉路）指令１０−１，１０−２，１０−３を出力する。これらの投入（閉路）指令をそのまま各遮断器２に送出すると、複数の誘導電動機１が同時に投入されて電源母線３に複数台分の過渡電流が同時に流れる可能性がある。そこで、この実施の形態４では、同時始動防止回路１４を新たに挿入し、各誘導電動機１の投入時刻が必要な時間ずれるよう、残留電圧位相同期検出装置６からの投入（閉路）指令のタイミングを調整するものである。以下、この同時始動防止回路１４の動作を、図６のフローチャートを参照して説明する。

同時始動防止回路１４では、遮断器２が投入されて誘導電動機１が再始動した後、その過渡的な動作状態が定常状態になるまでの時間を始動期間と定義し、各遮断器２（各誘導電動機１）毎に他の誘導電動機１がこの始動期間に無いことを条件に自己の誘導電動機１を投入するよう投入（閉路）指令１０−１，２，３を調整した投入（閉路）指令１０Ａ−１，２，３を作成する。即ち、図６において、最初の投入（閉路）指令１０、例えば、遮断器２−３への投入（閉路）指令１０−３が発せられると（ＳＴＥＰ１）、ＳＴＥＰ２で他号機が始動期間中にあるかを判断する。ここでは、自号機、即ち、誘導電動機Ｍ３に最初に投入（閉路）指令が発せられているので、ＳＴＥＰ２の判断はＮＯになり、投入（閉路）指令１０−３はそのまま投入（閉路）指令１０Ａ−３として自号機である遮断器２−３に送出され遮断器２−３が投入され、投入された誘導電動機Ｍ３が始動動作に入る（ＳＴＥＰ３）。その直後、他号機、例えば、遮断器２−１への投入（閉路）指令１０−１が発せられると（ＳＴＥＰ１）、続くＳＴＥＰ２では、他号機である誘導電動機Ｍ３が始動期間中にあるので、ＹＥＳの判定となり、投入（閉路）指令１０−１は同時始動防止回路１４内で止められ（ＳＴＥＰ４）、ＳＴＥＰ２に戻り、ＮＯの判定、即ち、誘導電動機Ｍ３が始動期間を完了した後、自号機、即ち、遮断器２−１への投入（閉路）指令１０Ａ−１が出力され、誘導電動機Ｍ１が始動開始となる（ＳＴＥＰ３）。

以上のように、この実施の形態４では、同時始動防止回路１４を備えたので、復電後の複数の誘導電動機１の始動期間が互いに重ならず、再始動に伴い電源母線３に流れる過渡電流が１台の誘導電動機１に相当する電流に確実に抑制されるので、電源母線３に与える影響が確実に防止される。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。ここでは、共通の遮断器２に複数の誘導電動機１が接続される場合を扱っており、図７では、電源母線３に接続された１台の遮断器２に２台の誘導電動機１−１（Ｍ１），１−２（Ｍ２）が接続されている。
電源母線３に瞬時停電が発生すると、瞬時停電検出装置４がこれを検出し、遮断（開路）指令７を出力し、遮断器２が遮断され、誘導電動機Ｍ１，Ｍ２がともにフリーラン状態となる。

ところで、２台の誘導電動機Ｍ１，Ｍ２は、その定格の差や負荷の差により、それぞれの残留電圧は一般に互いに異なったものとなるが、両電動機が、インピーダンス零の理想的な配線で並列接続されていれば、このフリーラン中、両者間でエネルギーの授受を行い両者の残留電圧は等しくなるが、現実的には、図７に点線で示すように、両者を接続する配線にはインダクタンスＬ１〜Ｌ３が存在し、両電動機の残留電圧は異なった形で減衰していき、従って、その電圧位相も互いに異なったものとなる。
残留電圧検出装置５−１，５−２は、各誘導電動機１−１，１−２の残留電圧を個別に検出し、それぞれ残留電圧位相信号９−１，９−２を出力する。更に、新たに設けた残留電圧位相合成回路１５が、入力された両電圧位相の算術平均をとって合成した残留電圧位相信号９Ａを作成する。
そして、残留電圧位相同期検出装置６が、この残留電圧位相合成回路１５で合成された残留電圧位相信号９Ａと瞬時停電検出装置４からの復電電圧位相信号８とを比較して同期判定を行い、共通の遮断器２を投入する投入（閉路）指令１０を出力する。

以上のように、この実施の形態５では、複数の誘導電動機１を共通の遮断器２で開閉する場合、瞬時停電後復電し、再始動する際、各誘導電動機１の残留電圧位相の合成値に基づき同期判定を行い、その結果で当該共通誘導電動機１を投入、再始動させるようにしたので、複数の誘導電動機１を同時に投入するという条件下で最も円滑な再始動動作が得られ、各誘導電動機１や電源母線３への影響を最小限に留めることが出来る。

以上のように、この発明においては、
瞬時停電検出装置を主回路電源の復電後の電圧位相を検出する機能を有するものにするとともに、主回路開閉器の開路後の誘導電動機の残留電圧位相を検出する残留電圧検出装置、および瞬時停電検出装置で検出した主回路電源の電圧位相と残留電圧検出装置で検出した誘導電動機の残留電圧位相とを比較し復電後上記両位相の差が所定値以下となったとき主回路開閉器に閉路指令を出力する残留電圧位相同期検出装置を備えたので、複雑で高価なインバータ装置を使用しない、直入始動等の簡便な方式を採用した誘導電動機においても、瞬時停電後の復電における再始動が円滑になされる。

また、主回路電源に主回路開閉器と誘導電動機とが複数組接続されている場合、残留電圧検出装置を誘導電動機毎に設けるとともに、残留電圧の電圧値を検出する機能を有するものにし、残留電圧位相同期検出装置は、各誘導電動機の残留電圧値を比較し、残留電圧値が低い順に、主回路電源の電圧位相と残留電圧位相とを比較し各主回路開閉器に閉路指令を出力するようにしたので、各誘導電動機に大きな過渡電流やトルクが発生しないことは勿論のこと、複数の誘導電動機が時間的にずれて投入されるので、主回路電源から流れる電流の大きさも大幅に抑制され、再始動に伴う系統への悪影響が防止される。

また、主回路電源に主回路開閉器と誘導電動機とが複数組接続されている場合、残留電圧検出装置を誘導電動機毎に設け、残留電圧位相同期検出装置は、主回路電源の電圧位相と各残留電圧検出装置で検出した各誘導電動機の残留電圧位相とを比較し復電後上記各両位相の差が所定値以下となったとき各主回路開閉器への閉路指令を出力するとともに、主回路開閉器が閉路した時点から当該閉路動作で始動する誘導電動機の動作が定常となる時点に至る始動期間が各誘導電動機で重複しないよう残留電圧位相同期検出装置からの閉路指令を各主回路開閉器へ送出するタイミングを調整する同時始動防止回路を備えたので、再始動に伴い主回路電源に流れる過渡電流が１台の誘導電動機に相当する電流に確実に抑制され、主回路電源に与える影響が確実に防止される。

また、主回路開閉器に誘導電動機が複数台接続されている場合、残留電圧検出装置を誘導電動機毎に設けるとともに、各残留電圧検出装置からの各残留電圧位相を平均化した合成位相を求める残留電圧位相合成回路を備え、残留電圧位相同期検出装置は、主回路電源の電圧位相と残留電圧位相合成回路からの合成位相とを比較し復電後上記両位相の差が所定値以下となったとき主回路開閉器への閉路指令を出力するようにしたので、複数の誘導電動機を同時に投入するという条件下で最も円滑な再始動動作が得られ、各誘導電動機や主回路電源への影響を最小限に留めることが出来る。

また、瞬時停電検出装置、残留電圧検出装置、および残留電圧位相同期検出装置を、主回路開閉器本体に取り付けられ、主回路開閉器の開閉制御部を収容する制御盤内に収容したので、必要な信号線が制御盤内で処理でき盤外へ信号を取り出す必要が無くなり、外線ケーブル配線の施工が不要となり、本願発明になる誘導電動機の制御装置を、コンパクトかつ低コストで実現できる。

この発明は、インバータ装置を使用せず、始動法として、いわゆる直入始動法やスターデルタ始動法、リアクトル始動法、コンドルファ始動法等が採用されている誘導電動機の制御装置に広く適用でき、瞬時停電後の復電時の再始動を円滑に行い、誘導電動機の寿命を確保することが出来る。

この発明の実施の形態１における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。 実施の形態３における再始動の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態４における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。 実施の形態４における再始動の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態５における誘導電動機の制御装置を示す構成図である。

符号の説明

１ 誘導電動機、２ 遮断器、３ 電源母線、４ 瞬時停電検出装置、
５ 残留電圧検出装置、６ 残留電圧位相同期検出装置、７ 遮断（開路）指令、
８ 復電電圧位相信号、９ 残留電圧位相信号、１０，１０Ａ 投入（閉路）指令、
１３ 残留電圧電圧・位相信号、１４ 同時始動防止回路、
１５ 残留電圧位相合成回路。

Claims (6)

1. 主回路開閉器を介して主回路電源に接続された誘導電動機の制御装置であって、
   上記主回路電源の電圧を検出しその瞬時停電を検出したとき上記主回路開閉器に開路指令を出力する瞬時停電検出装置を備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
2. 上記瞬時停電検出装置を上記主回路電源の復電後の電圧位相を検出する機能を有するものにするとともに、上記主回路開閉器の開路後の上記誘導電動機の残留電圧位相を検出する残留電圧検出装置、および上記瞬時停電検出装置で検出した上記主回路電源の電圧位相と上記残留電圧検出装置で検出した上記誘導電動機の残留電圧位相とを比較し復電後上記両位相の差が所定値以下となったとき上記主回路開閉器に閉路指令を出力する残留電圧位相同期検出装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
3. 上記主回路電源に上記主回路開閉器と上記誘導電動機とが複数組接続されている場合、上記残留電圧検出装置を上記誘導電動機毎に設けるとともに、上記残留電圧の電圧値を検出する機能を有するものにし、上記残留電圧位相同期検出装置は、上記各誘導電動機の残留電圧値を比較し、上記残留電圧値が低い順に、上記主回路電源の電圧位相と上記残留電圧位相とを比較し上記各主回路開閉器に閉路指令を出力するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機の制御装置。
4. 上記主回路電源に上記主回路開閉器と上記誘導電動機とが複数組接続されている場合、上記残留電圧検出装置を上記誘導電動機毎に設け、上記残留電圧位相同期検出装置は、上記主回路電源の電圧位相と上記各残留電圧検出装置で検出した上記各誘導電動機の残留電圧位相とを比較し復電後上記各両位相の差が所定値以下となったとき上記各主回路開閉器への閉路指令を出力するとともに、上記主回路開閉器が閉路した時点から当該閉路動作で始動する誘導電動機の動作が定常となる時点に至る始動期間が上記各誘導電動機で重複しないよう上記残留電圧位相同期検出装置からの上記閉路指令を上記各主回路開閉器へ送出するタイミングを調整する同時始動防止回路を備えたことを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機の制御装置。
5. 上記主回路開閉器に上記誘導電動機が複数台接続されている場合、上記残留電圧検出装置を上記誘導電動機毎に設けるとともに、上記各残留電圧検出装置からの各残留電圧位相を平均化した合成位相を求める残留電圧位相合成回路を備え、上記残留電圧位相同期検出装置は、上記主回路電源の電圧位相と上記残留電圧位相合成回路からの合成位相とを比較し復電後上記両位相の差が所定値以下となったとき上記主回路開閉器への閉路指令を出力するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機の制御装置。
6. 上記瞬時停電検出装置、残留電圧検出装置、および残留電圧位相同期検出装置を、上記主回路開閉器本体に取り付けられ、上記主回路開閉器の開閉制御部を収容する制御盤内に収容したことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の誘導電動機の制御装置。

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