JP2008035659A

JP2008035659A - 電動機駆動装置

Info

Publication number: JP2008035659A
Application number: JP2006207861A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Deguchi; 和行出口; Yoshio Naito; 義雄内藤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】例えば電力用半導体素子の冷却系の異常が生じても、冷却フィンの温度上昇を抑え、電動機を継続して運転することが可能な電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】交流電源を入力とし、電動機を駆動するための交流または直流を出力する電力変換器と、この電力変換器を収納する電力変換器盤１と、電力変換器を構成し、冷却フィン２を備えた電力用半導体素子と、電力変換器盤１に取り付けられ、電力用半導体素子を冷却するための常用系及び予備系の冷却ファン３ａ、３ｂと、電力用半導体素子の冷却の異常を検出する冷却異常検出手段とを具備し、常用系の冷却ファン３ａが故障したときには、予備系の冷却ファン２３に切り換えて運転し、冷却異常検出手段が異常を検出したときには、常用系の冷却ファン３ａに加え、予備系の冷却ファン３ｂも運転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電動機や直流電動機等の電動機を駆動する駆動装置に係わり、特に、電力を変換するための電力用半導体素子を冷却する冷却ファンを冗長化して設けた空冷の電動機駆動装置に関する。

電動機駆動装置は、交流電源を所定の大きさの直流や所定の周波数の交流に変換し、直流機や交流機の電動機を駆動するために電力用半導体素子が使用されるが、この電力用半導体素子で発生する損失による電力用半導体素子の温度上昇を所定値以内に抑えるために、空冷の場合は、これら電力用半導体素子は冷却フィンに取り付けられ、この冷却フィンは、冷却ファンを取付けて冷却される構造になっている。

さらに、高稼働率を要求される設備の場合は、この冷却のための冷却ファンが冗長化され、運転中に冷却ファンが故障した場合は、冗長化された待機側の冷却ファンに運転を切換え、電動機駆動装置を電力用半導体素子の温度保護で停止させることなく継続して運転できる構成を取ることがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３９８９０号公報（全体）

特許文献１に示された技術は、常用系のファンと待機系のファンの冷却通路が同一となるように２台の冷却ファンを物理的に直列に取り付けているが、２台の冷却ファンを物理的に並列に取り付けて冗長系とすることもできる。

このように冷却ファンが冗長化された電動機駆動装置において、例えば、冷却媒体である電気室の空気の温度があがってしまった場合は、冷却フィンに取り付けられている電力用半導体素子の温度も上がってしまい、温度保護機能によって運転継続ができず、設備が停止させざるを得ないという問題があった。

本発明は，上記問題に鑑みてなされたもので、例えば電力用半導体素子の冷却系の異常が生じても、冷却フィンの温度上昇を抑え、電動機を継続して運転することが可能な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、本発明の電動機駆動装置は、交流電源を入力とし、電動機を駆動するための交流または直流を出力する電力変換器と、前記電力変換器を収納する電力変換器盤と、前記電力変換器を構成し、冷却フィンを備えた電力用半導体素子と、前記電力変換器盤に取り付けられ、前記電力用半導体素子を冷却するための常用系及び予備系の冷却ファンと、前記電力用半導体素子の冷却の異常を検出する冷却異常検出手段とを具備し、前記常用系の冷却ファンが故障したときには、前記予備系の冷却ファンに切り換えて運転し、前記冷却異常検出手段が異常を検出したときには、前記常用系の冷却ファンに加え、前記予備系の冷却ファンも運転するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、例えば電力用半導体素子の冷却系の異常が生じても、冷却フィンの温度上昇を抑え、電動機を継続して運転することが可能な電動機駆動装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施例１に係る電動機駆動装置を説明する。図１は本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の構成図であり、図２は主回路補足説明図、そして図３は制御系補足説明図である。

図１に示す電力変換器盤１は、図２の主回路補足説明図に示したように、交流電源からの交流を複数の電力用半導体素子で構成された電力変換器１ａによって電動機１ｂを駆動するのに適した直流または交流に変換する。そして電力変換器１ａを構成する電力用半導体素子にはその発熱を冷却するためのヒートシンクである冷却フィン２が取り付けられている。電力変換器盤１の盤上には常用系の冷却ファン３ａと待機系の冷却ファン３ｂが取り付けられている。そして冷却フィン２を冷却するための冷却風は、電力変換器盤１の正面下部に位置し、その裏面に図示しないエアフィルタを備えた吸気口４から外気を吸引し、冷却フィン２と熱交換を行ったあと、電力変換器盤１の上部に設けられた排気口５から盤外に排出される。

冷却フィン２の温度は、冷却フィン温度検出器１０で検出され、コンパレータ１００で、温度設定器１０１により設定された温度と比較される。尚、冷却フィン温度検出器１０は、通常複数個ある冷却フィン２のうち、冷却条件が悪く最も温度が高くなると予想される部位に取り付けるようにする。

図３の制御系補足説明図に示したように、通常この冷却フィン温度検出器１０の検出温度が温度設定器１０１ａで設定された第１の所定値以上となったとき、コンパレータ１０１ａは、電力用半導体素子の保護のため装置を停止するトリップ信号を出力するようになっている。尚、この図３に示した保護回路は、他の保護回路、例えば過負荷保護回路などで代用され、省略される場合もある。

図１において、常用系の冷却ファン３ａと待機系の冷却ファン３ｂは共通に設けられた冷却ファン用電源１０２から夫々開閉器１０３ａ、１０３ｂを介して給電、駆動されている。

そして冷却フィン２の温度が、温度設定器１０１により設定された第２の所定値より高くなると、１を出力してＯＲゲート回路１０４に与える。ＯＲゲート回路１０４には常用系のファン３ａの故障信号が与えられており、その出力によって待機系の冷却ファン３ｂ用の開閉器１０３ｂをＯＮ／ＯＦＦさせる。従って待機系の冷却ファン３ｂは、冷却フィン２の温度が、温度設定器１０１により設定された第２の所定値より高くなるかまたは冷却ファン３ａが故障したとき運転される。尚、ここで第２の所定値は前述の第１の所定値より若干低い値に設定する。

以上の実施例１の構成によれば、常用系の冷却ファン３ａを運転して電力変換器盤１を冷却して電動機駆動装置を運転中に、何らかの冷却異常によって冷却フィン２の温度が第２の所定値を超えたとき、待機系の冷却ファン３ｂを運転して冷却風の風量を増大して冷却フィン２を冷却し、その温度を低下させ電動機駆動装置の運転継続を図ることが可能となる。

尚、コンパレータ１００には、温度設定器１０１の近辺での冷却フィンの温度のわずかな変動でファン３ｂのＯＮ／ＯＦＦを繰り返さないように、ヒステリシス特性を持たせることが好ましい。

図４は本発明の実施例２に係る電動機駆動装置の構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る電動機駆動装置の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、冷却フィン温度検出器１０に代えて電気室温度検出器２０を設け、この電気室温度検出器２０の検出温度が、温度設定器１０１により設定された第３の所定値より高くなるとコンパレータ１００からＯＲゲート回路１０４を介して開閉器１０３ｂのＯＮ信号を出力するように構成した点である。

電動機を駆動中、電気室の温度が上がると、電力用半導体素子に取付けた冷却フィン２の温度も上がるため、電気室温度検出器２０で検出された温度を、コンパレータ１００によって、温度設定器１０１により設定された温度と比較する。電気室温度検出器２０の温度が、温度設定器１０１により設定された温度より高くなると、ＯＲゲート回路１０４を介して待機系の冷却ファン３ｂをＯＮ／ＯＦＦする開閉器１０３ｂをＯＮさせて、冷却ファン３ｂを運転する。今まで運転していた冷却ファン３ａの他に、冷却ファン３ｂを運転することにより、冷却フィン２を冷却する冷却風量が増し、冷却フィン２の温度は下がるために、電動機駆動装置は、停止することなく運転継続ができる。

尚、実施例１の場合と同様に、コンパレータ１００には温度設定器１０１の近辺での電気室温度のわずかな変動で、ファン３ｂのＯＮ／ＯＦＦを繰り返さないように、ヒステリシス特性を持たせるのが好ましい。尚このヒステリシス特性を持たせるべき点は、以下の他の実施例についても同様である。

図５は本発明の実施例３に係る電動機駆動装置の構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係る電動機駆動装置の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３が実施例１と異なる点は、冷却フィン温度検出器１０に代えて吸気口温度検出器３０を設け、この吸気口温度検出器３０の検出温度が、温度設定器１０１により設定された第４の所定値より高くなるとコンパレータ１００からＯＲゲート回路１０４を介して開閉器１０３ｂのＯＮ信号を出力するように構成した点である。

電動機を駆動中、吸気口の空気の温度が上がると、電力用半導体素子に取付けた冷却フィン２の温度もあがるため、実施例２の場合と同様、吸気口温度検出器３０の検出温度が、温度設定器１０１により設定された温度より高くなったときＯＲゲート回路１０４を介して閉器１０３ｂをＯＮさせて、冷却ファン３ｂを運転し、冷却フィン２の温度を下げて運転継続を図る。

この実施例３において、吸気口温度検出器３０は吸気口４の裏側に設けられたエアフィルタを冷却風が通過した点に取り付けると良い。何故なら、エアフィルタの目詰まりがあったとき吸気口温度検出器３０の検出温度は上昇するため、エアフィルタの目詰まりも含めて検出可能となるからである。

図６は本発明の実施例４に係る電動機駆動装置の構成図である。この実施例４の各部について、図１の実施例１に係る電動機駆動装置の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、冷却フィン温度検出器１０に代えて排気口温度検出器４０を設け、この排気口温度検出器４０の検出温度が、温度設定器１０１により設定された第５の所定値より高くなるとコンパレータ１００からＯＲゲート回路１０４を介して開閉器１０３ｂのＯＮ信号を出力するように構成した点である。

電動機を駆動中、排気口の空気の温度が上がると、電力用半導体素子に取付けた冷却フィン２の温度もあがるため、実施例２の場合と同様、排気口温度検出器４０の検出温度が、温度設定器１０１により設定された温度より高くなったときＯＲゲート回路１０４を介して閉器１０３ｂをＯＮさせて、冷却ファン３ｂを運転し、冷却フィン２の温度を下げて運転継続を図る。

図７は本発明の実施例５に係る電動機駆動装置の構成図である。この実施例５の各部について、図１の実施例１に係る電動機駆動装置の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５が実施例１と異なる点は、冷却フィン温度検出器１０に代えて風量検出器５０を設け、この風量検出器５０の検出値が、設定器１０１ｂにより設定された所定の風量より小さくなるとコンパレータ１００からＯＲゲート回路１０４を介して開閉器１０３ｂのＯＮ信号を出力するように構成した点である。

電動機を駆動中、冷却風の風量が低下すると、電力用半導体素子に取付けた冷却フィン２の温度上昇をもたらす。風量検出器５０で検出された風量を、コンパレータ１００で、設定器１０１により設定された風量と比較する。風量検出器５０で検出された風量が、設定器１０１により設定された風量より小さくなると、ＯＲゲート回路１０４を介して待機系の冷却ファン３ｂ用の開閉器１０３ｂをＯＮさせて、冷却ファン３ｂを運転する。今まで運転していた冷却ファン３ａの他に、冷却ファン３ｂを運転することにより、冷却フィン２を冷却する冷却風量が増大し、冷却フィン２の温度は下がるために、電動機駆動装置は、停止することなく運転継続ができる。

上記において風量検出器５０は風速計に置き換えても良く、また風圧計であっても良い。また図５において、風量検出器５０は吸気口付近に取り付けているが、冷却風の通風する位置であればその設置場所は何処であっても良い。例えば冷却ファン３ａ、３ｂからの排気用にダクトが設けられているような場合はそのダクト内に設けても良い。

以上実施例１乃至実施例５で述べたように、冗長化された冷却ファンを有する電動機駆動装置において、冷却フィンの温度、電気室の温度、吸気口の温度、排気口の温度、あるいは通風パスの風量を監視する冷却異常検出手段を設け、この冷却異常検出手段が異常を検出したときに、待機側の冷却ファンを運転して、電動機駆動装置を温度高異常で停止させることなく継続して運転させることができるために、電動機駆動装置を使用している負荷設備を安定に連続運転することが可能となる。

尚、待機系の冷却ファン２ｂが運転している間に、温度を上げている要因を取り除けば、電動機駆動装置を止めることなく、待機側の冷却ファン２ｂを止めて、通常の冷却ファン冗長の運転体系に戻すことができる。

また、上述において、常用系の冷却ファンを３ａ、待機系の冷却ファンを３ｂとして説明したが、常用系の冷却ファンを３ｂ、待機側の冷ファンを３ａとしても同様の効果が得られることは明らかである。

本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の構成図。本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の主回路補足説明図。本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の制御系補足説明図。本発明の実施例２に係る電動機駆動装置の構成図。本発明の実施例３に係る電動機駆動装置の構成図。本発明の実施例４に係る電動機駆動装置の構成図。本発明の実施例５に係る電動機駆動装置の構成図。

符号の説明

１電力変換器盤
１ａ電力変換器
１ｂ電動機
２冷却フィン
３ａ、３ｂ冷却ファン
４吸気口
５排気口

１０冷却フィン温度検出器
２０電気室温度検出器
３０吸気口温度検出器
４０排気口温度検出器
５０風量計
１００、１００ａコンパレータ
１０１、１０１ａ温度設定器
１０１ｂ設定器
１０２冷却ファン用電源
１０３ａ、１０３ｂ開閉器
１０４ＯＲゲート回路

Claims

交流電源を入力とし、電動機を駆動するための交流または直流を出力する電力変換器と、
前記電力変換器を収納する電力変換器盤と、
前記電力変換器を構成し、冷却フィンを備えた電力用半導体素子と、
前記電力変換器盤に取り付けられ、前記電力用半導体素子を冷却するための常用系及び予備系の冷却ファンと
前記電力用半導体素子の冷却の異常を検出する冷却異常検出手段と
を具備し、
前記常用系の冷却ファンが故障したときには、前記予備系の冷却ファンに切り換えて運転し、
前記冷却異常検出手段が異常を検出したときには、前記常用系の冷却ファンに加え、前記予備系の冷却ファンも運転するようにしたことを特徴とする電動機駆動装置。
前記冷却フィンの温度が第１の所定値を超えたとき、前記電力変換器をトリップ停止させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
前記冷却異常検出手段は、
前記冷却フィンの温度が第２の所定値を超えたとき異常信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。
前記冷却異常検出手段は、
前記電力変換器盤が設置されている電気室の温度が第３の所定値を超えたとき異常信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。
前記冷却異常検出手段は、
前記電力変換器盤に設けられている吸気口の空気の温度が第４の所定値を超えたとき異常信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。
前記冷却異常検出手段は、
前記電力変換器盤に設けられている排気口の空気の温度が第５の所定値を超えたとき異常信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。
前記冷却異常検出手段は、
前記常用系及び予備系の冷却ファンが形成する冷却風流路に設けられた風量計、風速計及び風圧計の少なくとも１つの検出値が所定値を超えたとき異常信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。