JP2009213243A - 直流電動機の起動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度計を内蔵しない直流電動機でも、その直流電動機の起動特性を改善する直流電動機の起動装置を得る。
【解決手段】直流電動機２の電機子巻線を含んで構成される電機子回路を開閉する電機子回路開閉用コンタクタ８と、直流電動機２の界磁巻線３と直列に接続する界磁回路分圧抵抗１３、界磁巻線３と界磁回路分圧抵抗１３を含んで構成される界磁回路を開閉する界磁回路開閉用コンタクタ１５、を有する界磁回路ユニット１２と、直流電動機２の停止中に、電機子回路開閉用コンタクタ８を開放し、界磁回路ユニット１２の界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成する電動機操作回路１１と、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は直流電動機の起動装置に係り、特に、火力発電所等の非常用直流補機電動機として用いられる直流電動機の起動装置に関するものである。

従来の直流電動機の起動装置では、電動機を運転することにより電動機自身が発生する熱量の影響を受けて、電機子巻線あるいは界磁巻線の抵抗が増加することを考慮できず、起動抵抗は調整時の電動機状態に依存して決定されている。このため、実際に電動機を運転する時点では最適な起動抵抗値ではない状態で電動機を運転している可能性がある。

この対策として、電動機温度を温度計で監視しながら、起動装置の抵抗値を変化させて常に電動機の運転特性を一定にする装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６１−１４９９９９号公報（５頁７行−１２行、第１図）

しかし、この装置を適用する場合には、電動機に温度計を内蔵させることから電動機を特殊仕様とする必要があった。また、火力発電所等の非常用補機として使用する直流電動機は、所内電源が喪失している短時間だけの運転を考慮すればよいため、所内電源喪失直後の電動機起動特性は重視されるが、定格運転中は所定の出力以上の出力が出ていれば良く、定格運転中の運転特性も一定とすることが目的となっている従来装置では必要以上に特殊な装置になるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、温度計を内蔵しない直流電動機でも、その直流電動機の起動特性を改善する直流電動機の起動装置を得ることを目的とする。

この発明に係る直流電動機の起動装置は、直流電動機を起動する直流電動機の起動装置において、上記直流電動機の電機子巻線を含んで構成される電機子回路を開閉する電機子回路開閉手段と、上記直流電動機の界磁巻線と直列に接続する界磁回路分圧抵抗、上記界磁巻線と上記界磁回路分圧抵抗を含んで構成される界磁回路を開閉する開閉手段、を有する界磁回路ユニットと、上記直流電動機の停止中に、上記電機子回路開閉手段を開放し、上記界磁回路ユニットの開閉手段を閉成する電動機操作回路と、を備えたものである。

この発明によれば、温度計を内蔵しない直流電動機でも、その直流電動機の起動特性を改善することができる。

以下、この発明に係る直流電動機の起動装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る直流電動機の起動装置を示す図である。この図１において、直流電源１を使用して直流電動機２を駆動する。直流電動機２は界磁巻線３と電機子巻線４を備えて構成されている。直流電動機２を起動する起動装置５は、配線用遮断器６、電機子回路起動抵抗７、電機子回路を開閉する電機子回路開閉手段、即ち電機子回路開閉用コンタクタ８、電機子回路の起動抵抗切替手段である電機子回路起動抵抗切替用コンタクタ９−１、９−２、・・・・、９−ｎ(ｎは２以上の整数)、界磁回路用抵抗１０、電動機操作回路１１、および後述する界磁回路ユニット１２を備えることにより構成されている。なお、配線用遮断器６、電機子回路起動抵抗７、電機子回路開閉用コンタクタ８、電機子回路起動抵抗切替用コンタクタ９−１、９−２、・・・・、９−ｎ、界磁回路用抵抗１０、および電動機操作回路１１は起動装置５の収納機器として従来の起動装置と同様である。

上記のように、実施の形態１に係る起動装置５には従来の起動装置に界磁回路ユニット１２が追加して設けられており、この界磁回路ユニット１２は、界磁回路分圧抵抗１３、界磁回路分圧抵抗１３に並列接続される第１の開閉手段、即ち界磁回路分圧抵抗切替用コンタクタ１４、界磁回路を開閉する第２の開閉手段、即ち界磁回路開閉用コンタクタ１５、および界磁回路の抵抗値を測定する界磁回路抵抗測定装置１６を備えることにより構成されている。そして、界磁回路ユニット１２の正極側を電機子回路開閉用コンタクタ８の直流電源１側に接続して実現されている。

ここで、直流電動機２の界磁回路は、界磁回路開閉用コンタクタ１５を開閉することにより、直流電動機２の起動停止を制御する電機子回路開閉用コンタクタ９とは独立して入切操作が可能になる。また、界磁回路抵抗測定装置１６は、界磁巻線３を含む上記界磁回路の少なくとも一部に印加される電圧値と上記界磁回路に流れる電流値から上記界磁回路の抵抗値を測定する装置である。界磁回路分圧抵抗切替用コンタク１４、および界磁回路開閉用コンタクタ１５はプラント制御装置１７により制御される。

プラント制御装置１７は従来から火力発電所等で使用されているものと同様に、電動機制御ロジック１９をインストールし、さらに、界磁回路抵抗測定装置１６からの信号を入力として界磁回路分圧抵抗切替用コンタクタ１４、界磁回路開閉用コンタクタ１５への制御信号を出力する界磁回路コンタクタ操作ロジック１８をインストールすることにより実現する。以上のように、実施の形態１に係る直流電動機の起動装置は、既存の直流電動機の起動装置に対して界磁回路ユニット１２と界磁回路用コンタクタ操作ロジック１８を追加することで実現される。

実施の形態１に係る直流電動機の起動装置は上記のように構成されており、次に動作について説明する。
直流電動機の回転数は界磁磁束に反比例することは公知の事実である。この性質から、直流電動機２の界磁巻線３が大気温度より高い状態から起動した場合に比べて、大気温度に等しい状態から直流電動機２の運転を開始した場合には、界磁巻線３の抵抗値が減少するため界磁回路を流れる電流が増加し、直流電動機２の回転数上昇までに時間を要することになる。

このために、図１において直流電動機２が停止中は、配線用遮断器６を閉、電機子回路開閉用コンタクタ８を開放、界磁回路ユニット１２の界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成することにより、直流電動機２の界磁回路に通電した状態とし、直流電動機２が停止中も界磁巻線３の抵抗値が直流電動機２の運転中の場合と同等になるようにする。このとき界磁巻線３に過大な電圧が印加されないようにするために、界磁回路分圧抵抗１３が直列に挿入されている。

また、上記のように直流電動機２が停止中は、配線用遮断器６を閉成、電機子回路開閉用コンタクタ８を開放、界磁回路ユニット１２の界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成として、直流電動機２の界磁回路に通電した状態とするが、直流電動機２が停止中のため、回転子の回転による直流電動機２内部の冷却効果が期待できず、そのまま界磁回路に通電した状態を続けると直流電動機２の温度上昇値が機種ごとに定められた温度上昇値を越える可能性がある。

これを防ぐために、直流電動機２の停止状態における動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。また、図３に直流電動機の停止中における界磁回路抵抗の時間変化を示す。

図２において、直流電動機起動特性改善動作を開始すると(ステップＳ１０)、電機子回路開閉用コンタクタ８が開放になっているか確認し、直流電動機２が停止状態であることを確認する（ステップＳ１１）。

直流電動機２が起動状態の場合にはステップＳ１０へ戻る。直流電動機２が停止状態の場合には、次に界磁回路開閉用コンタクタ１５が閉成状態であるか確認する（ステップＳ１２）。

界磁回路開閉用コンタクタ１５が閉成状態の場合には、界磁回路抵抗測定装置１６で界磁回路抵抗値を測定する（ステップＳ１３）。ここで、事前検証で確認した直流電動機２を基準周囲温度で定格負荷運転（ステップＳ１４）して得た界磁抵抗値（以下、基準界磁抵抗値という。）と、ステップＳ１３で測定した界磁回路抵抗値とを比較する（ステップＳ１５）。

基準界磁抵抗値に比べてステップＳ１３で測定された界磁回路抵抗値が超えている場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５を開放（ステップＳ１６）にしてステップＳ１０に戻る。基準界磁抵抗値に比べてステップＳ１３で計測された界磁回路抵抗値が小さい場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成のまま（ステップＳ１７）にしてステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１２で界磁回路開閉用コンタクタ１５が開放の場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５が開放になってからの経過時間を確認し（ステップＳ１８）、界磁回路開閉用コンタクタ１５が開放になってから、例えば１時間を経過している場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成し（ステップＳ１９）、ステップＳ１０へ戻る。界磁回路開閉用コンタクタ１５が閉成になってから、例えば１時間を経過していない場合にはそのままステップＳ１０へ戻る。

図１において直流電動機２を起動する時は、プラント制御装置１７にインストールされた電動機制御ロジック１９から起動装置５の電動機操作回路１１に対して起動指令が与えられる。電機子回路起動抵抗切替用コンタクタ８は電動機操作回路１１で生成されたシーケンス動作に基づき、直流電動機２の電機子回路に直列に挿入された電機子回路起動抵抗７を順次短絡し、直流電動機２を起動する。また、起動指令と同時に電動機制御ロジック１９は界磁回路ユニット１２の界磁回路開閉用コンタクタ１５に閉成指令を出力し、界磁回路分圧抵抗切替用コンタクタ１４に対しても閉成指令を出力して、界磁回路分圧抵抗１３を短絡するように指令を出力する。直流電動機２は起動装置５の界磁回路用抵抗１０のみが挿入された状態で起動する。

以上のように、実施の形態１に係る直流電動機の起動装置によれば、停止中の直流電動機の界磁回路抵抗を電動機運転中と同等の状態に保つことができ、直流電動機の起動特性を改善することができる。また、直流電動機への温度計等、測温手段の追加がなくとも実現可能であるため、温度計を内蔵した直流電動機を適用する必要がないばかりか、既存のシステムへの適用にあたり、直流電動機の改造を伴わず対応することが可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る直流電動機の起動装置について説明する。実施の形態１では、直流電動機の界磁回路に対して、直流電動機が停止中も界磁回路が直流電動機運転中と同等の抵抗値になるように界磁回路に電流を流すことで、直流電動機の起動特性の改善を図る実施の形態について説明した。ここで、図１に示す界磁回路抵抗測定装置１６は直流電動機２の界磁回路の抵抗値を測定しており、直流電動機２が停止中に界磁回路で断線が発生した場合には、界磁回路抵抗測定装置１６の抵抗値から界磁回路の異常を検出することができるため、界磁回路の異常検出機能も含めた直流電動機の起動装置を実施の形態２として説明する。

図４は、実施の形態２に係る直流電動機の起動装置の動作を説明するフローチャートである。この図４において、界磁回路異常検出つき直流電動機起動特性改善動作を開始すると（ステップＳ２０）、電機子回路開閉用コンタクタ８が開放になっているか確認し、直流電動機２が停止状態であることを確認する（ステップＳ２１）。

直流電動機２が起動状態の場合には（ステップＳ２０）へ戻る。直流電動機２が停止状態の場合には、次に界磁回路開閉用コンタクタ１５が閉成状態であるか確認する（ステップＳ２２）。

界磁回路開閉用コンタクタ１５が閉成状態の場合には、界磁回路抵抗測定装置１６で界磁回路抵抗を測定する（ステップＳ２３）。ここで、事前検証で確認した直流電動機２を基準周囲温度で定格負荷運転（ステップＳ１４）して得た界磁抵抗値（以下、基準界磁抵抗値という。）と、ステップＳ２３で測定された界磁回路抵抗値とを比較する（ステップＳ２５）。

基準界磁抵抗値に比べてステップＳ２３で測定された界磁回路抵抗値が超えている場合には、さらに、測定された界磁回路抵抗値が最高周囲温度で直流電動機２を定格負荷運転した場合に得られる界磁抵抗値を超えているか比較する（ステップＳ２６）。

最高周囲温度で直流電動機２を定格負荷運転した場合に得られる界磁抵抗値に対してステップＳ２３で計測された界磁回路抵抗値が超えている場合には、界磁回路の断線の可能性があるため、界磁回路断線検出信号をプラント制御装置１７から異常警報を出力し、界磁回路開閉用コンタクタ１５を開放として動作を終了する（ステップＳ２７）。

最高周囲温度で直流電動機２を定格負荷運転した場合に得られる界磁抵抗値に対してステップＳ２３で計測された界磁回路抵抗値が小さい場合には界磁回路開閉用コンタクタ１５を開放にする（ステップＳ２８）。

基準界磁抵抗値に比べてステップＳ２３で計測された界磁回路抵抗値が小さい場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成のままにして（ステップＳ２９）、ステップＳ２０に戻る。

ステップＳ２２で界磁回路開閉用コンタクタ１５が開放の場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５が開放になってからの経過時間を確認し（ステップＳ３０）、界磁回路開閉用コンタクタ１５が開放になってから、例えば１時間を経過している場合には、界磁回路開閉用コンタクタ１５を閉成にして（ステップＳ３１）、ステップＳ２０へ戻る。界磁回路開閉用コンタクタ１５が閉成になってから、例えば１時間を経過していない場合にはそのままステップＳ２０へ戻る。

以上のように、実施の形態２に係る直流電動機の起動装置によれば、直流電動機が停止中であっても界磁回路の断線の確認が可能となるため、界磁回路が断線した状態で直流電動機を起動して直流電動機の破損を招く可能性を低減することが可能となる。

この発明に係る直流電動機の起動装置は、火力発電所等の非常用直流補機電動機として利用できる。

この発明の実施の形態１に係る直流電動機の起動装置を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る直流電動機の起動装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る直流電動機の停止中における界磁回路抵抗の時間変化を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る直流電動機の起動装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 直流電源
２ 直流電動機
３ 界磁巻線
４ 電機子巻線
５ 起動装置
６ 配線用遮断器
７ 電機子回路起動抵抗
８ 電機子回路開閉用コンタクタ
９ 電機子回路起動抵抗切替用コンタクタ
１０ 界磁回路用抵抗
１１ 電動機操作回路
１２ 界磁回路ユニット
１３ 界磁回路分圧抵抗
１４ 界磁回路分圧抵抗切替用コンタクタ
１５ 界磁回路開閉用コンタクタ
１６ 界磁回路抵抗測定装置
１７ プラント制御装置
１８ 界磁回路コンタクタ操作ロジック
１９ 電動機制御ロジック

Claims (3)

1. 直流電動機を起動する直流電動機の起動装置において、
   上記直流電動機の電機子巻線を含んで構成される電機子回路を開閉する電機子回路開閉手段と、
   上記直流電動機の界磁巻線と直列に接続する界磁回路分圧抵抗、上記界磁巻線と上記界磁回路分圧抵抗を含んで構成される界磁回路を開閉する開閉手段、を有する界磁回路ユニットと、
   上記直流電動機の停止中に、上記電機子回路開閉手段を開放し、上記界磁回路ユニットの開閉手段を閉成する電動機操作回路と、
   を備えたことを特徴とする直流電動機の起動装置。
2. 上記界磁巻線を含む上記界磁の少なくとも一部に印加される電圧値と上記界磁回路に流れる電流値から上記界磁回路の抵抗値を測定する界磁回路抵抗測定装置を備え、
   上記界磁回路抵抗測定装置で測定された上記界磁回路の抵抗値が、基準周囲温度で上記直流電動機を定格負荷運転した時の上記界磁回路の抵抗値を越えている場合には、上記界磁回路ユニットの開閉手段を開放することを特徴とする請求項１に記載の直流電動機の起動装置。
3. 上記界磁巻線を含む上記界磁回路の少なくとも一部に印加される電圧値と上記界磁回路に流れる電流値から上記界磁回路の抵抗値を測定する界磁回路抵抗測定装置と、
   上記界磁回路抵抗測定装置で測定された上記界磁回路の抵抗値が、最高周囲温度で上記直流電動機を定格負荷運転した時の上記界磁回路の抵抗値を越えている場合には、上記界磁回路ユニットの開閉手段を開放すると共に、上記界磁巻線に異常が発生することを知らせる警報を出力する手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流電動機の起動装置。

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