JP2013219973A - 誘導電動機システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、始動時に、ＶＶＶＦ制御を用いて制御された電圧を誘導電動機に供給できる誘導電動機システムを提供する。
【解決手段】誘導電動機システム１は、第１開閉器６１、６２、蓄電システム３、第２開閉器８、バイパス線６、第３開閉器７１、７２、蓄電システム３からの出力電圧を検出する出力電圧検出部１０ｂ（出力電圧検出器）、グリッド電圧検出部１０ｃ（グリッド電圧検出器）、及び始動制御を実行するように構成された始動制御部１０ａ（始動制御装置）を備えている。始動制御は、（ａ）第１開閉器及び第２開閉器を開に保ち、第３開閉器を閉じ、且つ出力電圧を増大させる工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される出力電圧が、検出されるグリッド電圧に等しくなると、第１開閉器を閉じる工程とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流発電機、交流グリッド、及び誘導電動機を備えており、前記交流発電機から出力された電力を前記交流グリッドを介して前記誘導電動機に供給する誘導電動機システムに関する。

従来、始動時に誘導電動機に流れる突入電流を低減するために、ＹΔ始動器が用いられている。しかし、ＹΔ始動器を備える誘導電動機システムにおいても、かなりの大きさの突入電力が誘導電動機に流れる。また、ＹΔ始動器の追加は、誘導電動機に接続される６本の配線を必要とし、配線の構造を複雑にする。

特許文献１は、誘導電動機を始動するために、双方向サイリスタを利用する始動器を用いることを提案している。同文献に記載されるＳＣＲ（登録商標）は、双方向サイリスタである。双方向サイリスタを利用する始動器は、ＹΔ始動器よりも突入電流を低減できる。

特開平０６−５４５６８号公報

引用文献１に記載の誘導電動機システムは、交流電源から出力される電源電圧を始動器を用いて低下させ、始動器から出力される電圧（供給電圧）を誘導電動機に供給する。始動時に所定の電源電圧自体は変更されないので、始動器は、この電源電圧に対して電圧を低下させる制御を適用する。このため、始動器で電圧を低下させるために適用できる制御は、限られている。特許文献１に記載の双方向サイリスタを利用する始動器は、ＶＶＣＦ制御（可変電圧定周波数制御）により電圧を低下できる。しかし、この始動器は、ＶＶＶＦ制御（可変電圧可変周波数制御）により電圧を低下させることはできない。ＶＶＣＦ制御は、ＶＶＶＦ制御と比べて、誘導電動機に過電流を発生させやすい。

そこで本発明は、始動時に、ＶＶＶＦ制御を用いて制御された電圧を誘導電動機に供給できる誘導電動機システムを提供する。

本発明に係る誘導電動機システムは、交流発電機、交流グリッド、及び誘導電動機を備えており、前記交流発電機から出力された電力を前記交流グリッドを介して前記誘導電動機に供給する誘導電動機システムにおいて、前記交流グリッドと前記誘導電動機との間の接続を維持又は切断する第１開閉器と、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換機能と、蓄電機能とを有し、且つ前記交流グリッドに接続されている蓄電システムと、前記交流グリッドと前記蓄電システムとの間の接続を維持又は切断する第２開閉器と、前記蓄電システムを前記誘導電動機に接続するバイパス線と、前記バイパス線による接続を維持又は切断する第３開閉器と、前記蓄電システムから出力される出力電圧を検出する出力電圧検出器と、前記交流グリッドに前記交流発電機によって印加されるグリッド電圧を検出するグリッド電圧検出器と、前記誘導電動機の始動制御を実行するように構成された始動制御装置とを備えており、前記始動制御は、ａ）前記第１開閉器及び前記第２開閉器を開に保ち、前記第３開閉器を閉じ、且つ前記出力電圧を増大させる工程と、ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される前記出力電圧が、検出される前記グリッド電圧に等しくなると、前記第１開閉器を閉じる工程とを備えている、ことを特徴とする。

本発明に係る誘導電動機システムは、交流発電機、交流グリッド、及び誘導電動機を備えており、前記交流発電機から出力された電力を前記交流グリッドを介して前記誘導電動機に供給する誘導電動機システムにおいて、前記交流グリッドと前記誘導電動機との間の接続を維持又は切断する第１開閉器と、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換機能と、蓄電機能とを有し、且つ前記交流グリッドに接続されている蓄電システムと、前記交流グリッドと前記蓄電システムとの間の接続を維持又は切断する第２開閉器と、前記誘導電動機を始動するための始動電動機と、前記蓄電システムを前記始動電動機に接続するバイパス線と、前記バイパス線による接続を維持又は切断する第３開閉器と、前記誘導電動機の回転速度を検出する速度検出器と、前記交流グリッドに前記交流発電機によって印加されるグリッド電圧を検出するグリッド電圧検出器と、前記グリッド電圧に基づいて、前記誘導電動機が前記グリッド電圧によって駆動されているときの前記回転速度である同期速度を算出する算出装置と、前記誘導電動機の始動制御を実行するように構成された始動制御装置とを備えており、前記始動制御は、ａ）前記第１開閉器及び前記第２開閉器を開に保ち、前記第３開閉器を閉じ、且つ前記出力電圧を増大させる工程と、ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される前記回転速度が、算出される前記同期速度に等しくなると、前記第１開閉器を閉じる工程とを備えている。

前記誘導電動機システムは、複数の誘導電動機ユニットを備えており、各誘導電動機ユニットは、前記誘導電動機、前記第１開閉器、及び前記第３開閉器からなっており、前記始動制御装置は、前記誘導電動機ユニット毎に前記始動制御を実行するように構成されている。

本発明に係る誘導電動機システムは、前記誘導電動機によって駆動される被駆動体と、前記被駆動体が流体から受ける負荷の大きさを変更する可変機構とを備えており、前記始動制御装置は、前記始動制御が実行されている間、前記被駆動体の回転時に前記被駆動体が流体から受ける負荷が最小となるように、前記可変機構を制御するように構成されている。

本発明に係る誘導電動機システムは、前記誘導電動機によって駆動される被駆動体と、前記誘導電動機から前記被駆動体への動力伝達を維持又は切断するクラッチとを備えており、前記始動制御装置は、前記始動制御が実行されている間、前記動力伝達が切断されるように前記クラッチを制御するように構成されている。

本発明に係る誘導電動機システムは、始動時に、ＶＶＶＦ制御を用いて制御された電圧を誘導電動機に供給できる。

第１実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。 始動制御における８つの要素のタイムチャートを示す図である。 誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の開始時における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の開始後における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入時における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入後における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット２００に対する始動制御の開始時における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット２００に対する始動制御の開始後における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入時における開閉器の状態を示す図である。 誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入後における開閉器の状態を示す図である。 電源及び電力負荷毎に電流の大きさを示す表を記載した誘導電動機システム１の構成図である。 第２実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。 第３実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。 第４実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。 始動制御における６つの要素のタイムチャートを示す図である。 第５実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。 第６実施形態に係るブレード１２１及び可変機構１５１を示す図である。

（第１実施形態の構成）
図１−１１を参照して、第１実施形態に係る誘導電動機システム１を説明する。

図１は、第１実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。

誘導電動機システム１は、３つの交流発電機１１、１２、１３、交流グリッド２、２つの誘導電動機２１、２２、蓄電システム３、及び交流負荷４を備えている。交流発電機１１、１２、１３は、交流電力を発電する。誘導電動機２１、２２には，それぞれ動力伝達機構１１１，１１２を介して，ファンやポンプなどのブレード（被駆動体）１２１，１２２が接続されている．動力伝達機構１１１，１１２はそれぞれクラッチを備えており，誘導電動機２１、２２からブレード１２１，１２２への動力伝達を維持及び切断できる．蓄電システム３は、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換機能と、直流電力を蓄電する蓄電機能とを有している。蓄電システム３は、交流発電機の出力を平準化するために設けられている。つまり、蓄電システム３は、誘導電動機２１、２２に過負荷が掛かる場合に放電し、誘導電動機２１、２２に掛かる負荷が小さい場合に充電を行う。交流負荷４は、誘導電動機２１、２２を除く誘導電動機システム１内で使用される電力負荷の集合体を指している。

誘導電動機システム１は、３つの主線３１、３２、３３、２つの第１線４１、４２、第２線５、バイパス線６、及び第４線７を備えている。主線３１、３２、３３はそれぞれ、交流発電機１１、１２、１３を交流グリッド２に接続している。第１線４１、４２はそれぞれ、交流グリッド２を誘導電動機２１、２２に接続している。第２線５は、蓄電システム３を交流グリッド２に接続している。バイパス線６は、蓄電システム３を誘導電動機２１、２２に接続している。本実施形態では、バイパス線６は、分岐を有するＹ字状の経路である。合流側の端部６ａは、蓄電システム３と第２開閉器８との間で第２線５に接続されている。分岐側の２つの端部６ｂ、６ｂはそれぞれ、第１開閉器７１、７２と誘導電動機２１、２２との間で第１線４１、４２に接続されている。バイパス線６は、交流グリッド２を迂回して蓄電システム３を誘導電動機２１、２２に接続する経路であり、交流グリッド２には接続されていない。第４線７は、交流グリッド２を交流負荷４に接続している。

誘導電動機システム１は、３つの主開閉器５１、５２、５３、２つの第１開閉器６１、６２、第２開閉器８、２つの第３開閉器７１、７２、及び第４開閉器９を備えている。主開閉器５１、５２、５３はそれぞれ、主線３１、３２、３３上に配置されている。主開閉器５１、５２、５３はそれぞれ、交流発電機１１、１２、１３と交流グリッド２との間の接続を維持又は切断する。第１開閉器６１、６２はそれぞれ、第１線４１、４２上に配置されている。第１開閉器６１、６２はそれぞれ、交流グリッド２と誘導電動機２１、２２との間の接続を維持又は切断する。第２開閉器８は第２線５上に配置されている。第２開閉器８は、蓄電システム３と交流グリッド２との間の接続を維持又は切断する。第３開閉器７１、７２はバイパス線６上に配置されている。第３開閉器７１、７２はそれぞれ、蓄電システム３と誘導電動機２１、２２との間の接続を維持又は切断する。第４開閉器９は、第４線７上に配置されている。第４開閉器９は、交流グリッド２と交流負荷４との間の接続を維持又は切断する。

誘導電動機システム１は、制御装置１０を備えている。制御装置１０は、３つの交流発電機１１、１２、１３、蓄電システム３、３つの主開閉器５１、５２、５３、２つの第１開閉器６１、６２、第２開閉器８、２つの第３開閉器７１、７２、及び第４開閉器９を制御する。

制御装置１０は、始動制御部１０ａ、出力電圧検出部１０ｂ、及びグリッド電圧検出部１０ｃを備えている。始動制御部１０ａは、誘導電動機２１、２２の始動制御を実行するように構成されている。出力電圧検出部１０ｂは、蓄電システム３からの出力電圧を検出するように構成されている。グリッド電圧検出部１０ｃは、グリッド電圧を検出するように構成されている。

制御装置１０は、上述したように蓄電システム３を制御しており、このときに出力電圧の目標値を設定している。蓄電システム３は、設定された目標値に一致するように出力電圧を出力する。このため、制御装置１０は、出力電圧を把握できる。出力電圧検出部１０ｂは、制御装置１０が把握している出力電圧を取得することによって、出力電圧を検出する。

グリッド電圧は、交流グリッド２に交流発電機によって印加される電圧を指している。制御装置１０は、上述したように交流発電機１１、１２、１３を制御しており、このときに交流発電機１１、１２、１３から出力される電圧の目標値を設定している。交流発電機１１、１２、１３のそれぞれは、設定された目標値に一致するように電圧を出力する。交流発電機の稼働数は状況に応じて変更されるが、本実施形態では、通常、２つの交流発電機１１、１２が稼働され、残りの交流発電機１３は休止している。稼働されている交流発電機からは同一の電圧が出力される。このため、交流グリッド２に印加される電圧すなわちグリッド電圧は、稼働されている交流発電機から出力される電圧に等しい。このため、制御装置１０は、グリッド電圧を把握できる。グリッド電圧検出部１０ｃは、制御装置１０が把握しているグリッド電圧を取得することによって、グリッド電圧を検出する。

誘導電動機システム１は、２つの誘導電動機ユニット１００、２００を備えている。誘導電動機ユニット１００は、誘導電動機２１、第１開閉器６１、及び第３開閉器７１からなっている。誘導電動機ユニット２００は、誘導電動機２２、第１開閉器６２、及び第３開閉器７２からなっている。始動制御は、誘導電動機ユニット毎に実行される。まず、誘導電動機ユニット１００に対して始動制御が実行され、次に誘導電動機ユニット２００に対して始動制御が実行される。

図２−１０を参照して、誘導電動機２１、２２の始動制御を説明する。図２は、始動制御における８つの要素のタイムチャートを示す図である。８つの要素は、第３開閉器７１の状態、第１開閉器６１の状態、誘導電動機２１への供給周波数、第３開閉器７２の状態、第１開閉器６２の状態、誘導電動機２２への供給周波数、蓄電システム３からの出力周波数、及び第２開閉器８の状態である。図２において横軸は時間の経過を示しており、縦軸は、開閉器の状態について開／閉を示しており、周波数について大きさを示している。以下、適宜図２を参照しながら、始動制御を説明する。

本実施形態では、制御装置１０は、ＶＶＶＦ制御の一形態であるＶ／Ｆ制御を用いて、交流発電機１１、１２、１３、及び蓄電システム３の出力電圧を制御する。Ｖ／Ｆ制御では電圧の大きさは周波数に比例する。なお、これらの出力電圧は、周波数と大きさとが独立した関係にあるＶＶＶＦ制御により制御されても良い。

図３は、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の開始時における開閉器の状態を示す図である。誘導電動機２１、２２の停止時には、第１−４開閉器６１、６２、８、７１、７２は開かれている。このとき、蓄電システム３及び誘導電動機２１、２２は、交流グリッド２から解列されている。また、停止時には動力伝達機構１１１、１１２が誘導電動機２１、２２からブレード１２１、１２２への動力伝達を切断しており、誘導電動機２１、２２が無負荷状態に保たれている。また、全ての始動制御が開始される前に、交流発電機２１、２２の始動は完了しており、且つ主開閉器５１、５２が閉じられる。この結果、交流グリッド２に交流発電機１１、１２によってグリッド電圧が印加されている。

まず、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御が開始される。始動制御部１０ａは、図２に示される開始時刻Ｔ０に、第１開閉器６１及び第２開閉器８を開に保ち、且つ第３開閉器７１を閉じる。第３開閉器７１が閉じられると、蓄電システム３からの出力電圧が誘導電動機２１に供給される。図３に示される状態において、蓄電システム３からの出力電圧は、誘導電動機２１への供給電圧に等しい。これに伴って、誘導電動機２１は回転を開始する。

図３において、電源及び電力負荷毎に付されている％数字は、電流の大きさを示している。ここで、交流発電機１１、１２、及び蓄電システム３は、電源として機能し、誘導電動機２１、２２、及び交流負荷４は、電力負荷として機能する。これらの電流の大きさは、定格電流の大きさに対する割合として表現されている。ここで、定格電流は、所定の定格電圧が誘導電動機に供給されているときに誘導電動機を流れる電流を指す。以下、定格電流は、誘導電動機の定格電流を指している。

開始時刻Ｔ０より前に、交流発電機１１、１２は交流グリッド２を介して交流負荷４に接続されており、グリッド電圧が定格電圧に保たれている。このとき交流負荷４を流れる電流の大きさは、定格電流の２０％程度の大きさとしている。このため、交流発電機１１、１２のそれぞれから、定格電流の１０％の大きさの電流が出力されている。

開始時刻Ｔ０に、蓄電システム３はバイパス線６を介して誘導電動機２１、２２に接続される。このとき、誘導電動機２１に供給される電圧が変化するので、誘導電動機２１に始動電流が流れる。この始動電流の大きさが定格電流の１００％の大きさとなるように、開始時刻Ｔ０における出力電圧（出力周波数）の大きさが設定されている。このため、インダクタンスとしての誘導電動機２１に大電流が発生しない。このとき、蓄電システム３から定格電流の１００％の大きさの電流が出力されている。

図２において、始動制御部１０ａは、開始時刻Ｔ０から時間が経過するにつれて、蓄電システム３からの出力周波数を増加させる。上述したようにＶ／Ｆ制御が実行されているため、蓄電システム３からの出力周波数は、蓄電システム３からの出力電圧の大きさに比例しており、誘導電動機２１への供給周波数は、誘導電動機２１への供給電圧の大きさに比例している。

図２において、時刻Ｔ１に出力周波数がグリッド周波数に等しくなっている。上述したように、Ｖ／Ｆ制御が実行されているため、周波数は電圧の大きさに等しい。また、電圧の位相が出力電圧とグリッド電圧との間で同一に保たれるように、制御装置１０は交流発電機１１、１２、及び蓄電システム３を制御している。このため、時刻Ｔ１に、出力電圧の大きさ、周波数、位相が、グリッド電圧の大きさ、周波数、位相に等しくなっている。なお、グリッド電圧が所定の定格電圧に保たれるように、制御装置１０は交流発電機１１、１２を制御している。始動制御部１０ａは、出力電圧がグリッド電圧に等しくなると、その状態を保つように蓄電システム３を制御する。

図４は、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御後における開閉器の状態を示す図である。図４に示される状態は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間の状態である。上述したように誘導電動機２１は無負荷状態に保たれているため、この間に発生する誘導電動機の電流の大きさは定格電流の３０％程度の大きさになる。

図５は、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入時における開閉器の状態を示す図である。始動制御部１０ａは、出力電圧がグリッド電圧に等しくなると、第１開閉器６１を閉じる。第１開閉器６１が閉じられる時刻は、時刻Ｔ１又は時刻Ｔ１より後の時刻であればよい。本実施形態では、図２に示される時刻Ｔ２に、第１開閉器６１が閉じられる。第１開閉器６１が閉じられると、誘導電動機２１に、出力電圧だけでなくグリッド電圧が供給される。つまり、時刻Ｔ２に、誘導電動機２１に対してグリッド電圧の同期投入が実行される。

図６は、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入後における開閉器の状態を示す図である。同期投入が完了すると、始動制御部１０ａは、第３開閉器７１を開く。第３開閉器７１が開かれる時刻は、時刻Ｔ２又は時刻Ｔ２より後の時刻であればよい。本実施形態では、図２に示される時刻Ｔ３に、第３開閉器７１が開かれる。この結果、蓄電システム３が誘導電動機２１から解列され、交流発電機１１、１２のみが誘導電動機２１に接続される。このとき、交流発電機１１、１２は、交流負荷４を流れる２０％の電流と誘導電動機２１を流れる３０％の電流とを合わせた５０％の電流を供給する。このため、各交流発電機は、２５％の電流を出力する。このようにして、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御が完了する。また、時刻Ｔ３に、始動制御部１０ａは、蓄電システム３からの出力周波数をゼロにする。

誘導電動機ユニット１００に対する始動制御が完了すると、次に誘導電動機ユニット２００に対する始動制御が開始される。誘導電動機ユニット２００に対する始動制御も、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御と同様に実行される。

図７は、誘導電動機ユニット２００に対する始動制御の開始時における開閉器の状態を示す図である。図７は、図３に対応している。始動制御部１０ａは、図２に示される開始時刻Ｔ４に、第１開閉器６２及び第２開閉器８を開に保ち、且つ第３開閉器７２を閉じる。

図８は、誘導電動機ユニット２００に対する始動制御の開始後における開閉器の状態を示す図である。図８は、図４に対応している。図８は、図２において出力周波数が徐々に増大している間の状態を示している。この期間は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間である。

図２において、時刻Ｔ５に出力周波数がグリッド周波数に等しくなっている。始動制御部１０ａは、出力電圧がグリッド電圧に等しくなると、その状態を保つように蓄電システム３を制御する。

図９は、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入時における開閉器の状態を示す図である。図９は、基本的に図５に対応している。始動制御部１０ａは、出力電圧がグリッド電圧に等しくなると、第１開閉器６２を閉じ、且つ第２開閉器８を閉じる。開閉器６２、８が閉じられる時刻は、図２に示される時刻Ｔ６である。時刻Ｔ６に、誘導電動機２２に対してグリッド電圧の同期投入が実行され、且つ蓄電システム３に対してグリッド電圧の同期投入が実行される。この状態において、蓄電システム３に電力が蓄電される。

図１０は、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御の同期投入後における開閉器の状態を示す図である。同期投入が完了すると、始動制御部１０ａは、第３開閉器７２を開く。第３開閉器７２が開かれる時刻は、図２に示される時刻Ｔ７である。この結果、蓄電システム３が誘導電動機２１から解列され、交流発電機１１、１２のみが誘導電動機２１に接続される。このとき、交流発電機１１、１２は、交流負荷４を流れる２０％の電流、誘導電動機２１を流れる３０％の電流、及び誘導電動機２２を流れる３０％の電流を合わせた８０％の電流を供給する。このため、各交流発電機は、４０％の電流を出力する。このようにして、誘導電動機ユニット２００に対する始動制御が完了する。

全ての始動制御が完了すると、始動制御部１０ａは、誘導電動機２１、２２からブレード１２１、１２２への動力伝達を維持するように、クラッチを有する動力伝達機構１１１、１１２を制御する。

図１１は、電源及び電力負荷毎に電流の大きさを示す表を記載した誘導電動機システム１の構成図である。図１１の表は、４つの異なる状態において、電源から出力される最大の電流の大きさ、及び電力負荷に発生する最大の電流の大きさを示している。ここで、交流発電機１１、１２、１３は、電源として機能する。蓄電システム３は、放電時に電源として機能し、且つ蓄電時に電力負荷として機能する。誘導電動機２１、２２、及び交流負荷４は、電力負荷として機能する。４つの状態は、通常運転、定格運転、蓄電システムの故障時における始動運転（故障時の始動運転）、及び通常の始動運転である。図１１の表において、左上が通常運転を示し、左下が定格運転を示し、右上が故障時の始動運転を示し、右下が通常の始動運転を示している。これらの電流の大きさは、上述したように、交流発電機１１、１２、１３の定格電流に対する割合として表現されている。交流発電機１１、１２及び誘導電動機２２について表が省略されているが、状況に応じて発生する電流の大きさは、交流発電機１１、１２、１３の間で同一であり、且つ誘導電動機２１、２２の間で同一である。

通常運転が実行されているとき、動力伝達機構１１１、１１２のクラッチが動力伝達を維持しており、ブレード１２１、１２２が流体から受ける負荷がそれぞれ、２つの交流発電機１１、１２に加えられている。この場合、例えば、２つの交流発電機１１、１２のそれぞれを流れる電流の大きさは、定格電流の８５％の大きさである。このとき、交流発電機１１、１２は、交流負荷４を流れる２０％の電流、誘導電動機２１を流れる８５％の電流、及び誘導電動機２２を流れる８５％の電流を合わせた１７０％の電流を供給する。このため、各交流発電機は、９５％の電流を出力する。

故障時の始動運転は、蓄電システム３が故障している場合に実行される誘導電動機２１、２２の始動運転である。蓄電システム３が故障している場合、誘導電動機２１、２２のそれぞれを順番に直入れ始動により始動させる必要がある。この場合、誘導電動機にかなり大きな誘導電流が流れる。この誘導電流の大きさは、例えば、定格電流の９００％の大きさである。この場合、３つの交流発電機１１、１２、１３のそれぞれは、合計で９００％の電流を出力するために、３００％の電流を出力する。本実施形態では、１つの誘導電動機の始動に必要な電流を供給できるように、３つの交流発電機１１、１２、１３が設けられている。

（第２実施形態の構成）
図１２を参照して、第２実施形態に係る誘導電動機システム１を説明する。

図１２は、第２実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。第２実施形態に係る誘導電動機システム１は、第１実施形態に係る誘導電動機システム１の構成に加えて、２つのコンドルファ始動器１３１、１３２を備えている。コンドルファ始動器１３１、１３２はそれぞれ、第１線４１、４２上に配置されている。バイパス線６において、分岐側の２つの端部６ｂ、６ｂはそれぞれ、コンドルファ始動器１３１、１３２と誘導電動機２１、２２との間で第１線４１、４２に接続されている。このため、バイパス線６は、コンドルファ始動器１３１、１３２を経由することなく、蓄電システム３を誘導電動機２１、２２に接続している。

コンドルファ始動器は、電圧を降下させる減電圧回路と、減電圧回路とバイパス経路とを切り替える切替機構とを備えている。始動制御部１０ａは、通常、バイパス経路を選択するようにこの切替機構を制御している。このため、グリッド電圧が誘導電動機２１、２２に印加される際に、コンドルファ始動器は実質的に機能しない。一方、蓄電システム３が故障した状態で始動制御が開始される場合、すなわち直入れ始動が行われる場合、始動制御部１０ａは、まず、減電圧回路を選択するように切替機構を制御する。この場合、誘導電動機に印加される電圧は、グリッド電圧よりも低下された電圧となる。このため、このときに発生する誘導電流の大きさが低減される。この誘導電流の大きさは、例えば、定格電流の１５０％の大きさである。このため、第２実施形態では、誘導電動機の始動に必要な電流を供給するために、３つの交流発電機１１、１２、１３を必要としない。なお、誘導電動機の始動が完了すると、始動制御部１０ａは、バイパス経路を選択するようにこの切替機構を制御する。

（第３実施形態の構成）
図１３を参照して、第３実施形態に係る誘導電動機システム１を説明する。

図１３は、第３実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。第３実施形態に係る誘導電動機システム１は、第２実施形態に係る誘導電動機システム１と同様に、２つのコンドルファ始動器１３１、１３２を備えている。バイパス線６の接続位置が第３実施形態と第２実施形態との間で変更されている。第３実施形態では、分岐側の２つの端部６ｂ、６ｂはそれぞれ、第１開閉器６１、６２とコンドルファ始動器１３１、１３２との間で第１線４１、４２に接続されている。このため、バイパス線６は、コンドルファ始動器１３１、１３２を経由して、蓄電システム３を誘導電動機２１、２２に接続している。

第３実施形態において、蓄電システム３が故障した状態で始動制御が開始される場合、始動制御部１０ａは、第２実施形態と同様の制御を実行する。第３実施形態では、通常の始動が行われる場合に、始動制御部１０ａは、予め、減電圧回路を選択するように切替機構を制御する。この場合、誘導電動機に印加される電圧は、蓄電システム３からの出力電圧よりも低下された電圧となる。このとき、コンドルファ始動器は、電圧を低下させる代わりに電流を増大させる。このため、始動時に蓄電システム３から出力される電流の大きさが低減される。このため、第３実施形態は、始動のために必要な電気量を低減でき、蓄電システム３の必要容量を低減できる。加えて、第３実施形態は、第２実施形態と同様に、誘導電動機の始動に必要な電流を供給するために、３つの交流発電機１１、１２、１３を必要としない。

（第４実施形態の構成）
図１４、１５を参照して、第４実施形態に係る誘導電動機システム１を説明する。

図１４は、第４実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。第４実施形態に係る誘導電動機システム１は、２つの始動電動機８１、８２、２つのクラッチ９１、９２、及び速度検出器１４１、１４２を備えている。また、第４実施形態に係る誘導電動機システム１では、バイパス線６は、誘導電動機２１、２２の代わりに、始動電動機８１、８２に接続されている。また、第４実施形態に係る誘導電動機システム１では、制御装置１０は、出力電圧検出部１０ｂの代わりに、算出部１０ｄを備えている。これに応じて、始動制御部１０ａによる始動制御の内容も変更されている。他の構成は、第４実施形態と第１実施形態との間で同一である。

始動電動機８１、８２はそれぞれ誘導電動機２１、２２を始動するためのスターターである。本実施形態では、始動電動機８１、８２は、誘導電動機である。始動電動機８１、８２は、誘導電動機２１、２２と比べて小トルク且つ高回転で駆動されるように構成されている。つまり、同一の周速度において、始動電動機８１、８２の回転速度は、誘導電動機２１、２２の回転速度よりも大きい。

クラッチ９１、９２はそれぞれ、始動電動機８１、８２を誘導電動機２１、２２に対して接触又は離間させる。

速度検出器１４１、１４２はそれぞれ、誘導電動機２１、２２の回転速度を検出する。算出部１０ｄは、グリッド電圧に基づいて、誘導電動機２１、２２がグリッド電圧によって駆動されているときの回転速度である同期速度を算出する。上述したように、グリッド電圧検出器がグリッド電圧を検出する。

図１４、１５を参照して、誘導電動機２１、２２の始動制御を説明する。図１５は、始動制御における６つの要素のタイムチャートを示す図である。６つの要素は、第３開閉器７１の状態、第１開閉器６１の状態、始動電動機８１の回転速度、誘導電動機２１の回転速度、蓄電システム３からの出力周波数、及び第２開閉器８の状態である。図１５において横軸は時間の経過を示しており、縦軸は、開閉器の状態について開／閉を示しており、周波数について大きさを示している。

誘導電動機２１、２２の停止時には、第１−４開閉器６１、６２、８、７１、７２は開かれている。また、誘導電動機２１、２２が無負荷状態に保たれている。また、全ての始動制御が開始される前に、交流発電機１１、１２の始動は完了しており、且つ主開閉器５１、５２が閉じられる。この結果、交流グリッド２に交流発電機１１、１２によってグリッド電圧が印加されている。また、始動制御が開始される前に、クラッチ９１、９２はそれぞれ、始動電動機８１、８２を誘導電動機２１、２２に対して接触させている。

まず、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御が開始される。始動制御部１０ａは、図１５に示される開始時刻Ｔ０に、第１開閉器６１及び第２開閉器８を開に保ち、且つ第３開閉器７１を閉じる。第３開閉器７１が閉じられると、蓄電システム３からの出力電圧が始動電動機８１に供給される。この結果、始動電動機８１が始動され、始動電動機８１は回転を開始する。始動電動機８１の始動電流の大きさは、定格電流の３０％程度である。また、誘導電動機２１は始動電動機８１に接触しているので、誘導電動機２１も回転を開始する。

図１５において、開始時刻Ｔ０から時間が経過すると、蓄電システム３からの出力周波数（出力電圧）が増加する。出力周波数の増加に伴って、始動電動機８１及び誘導電動機２１の回転速度及びが増加する。

一方、上述したように、算出部１０ｄは、同期速度を算出している。始動制御部１０ａは、誘導電動機２１の回転速度が同期速度に等しくなると、第１開閉器６１を閉じる。回転速度が同期速度に等しくなる時刻は、図１５に示される時刻Ｔ１である。第１開閉器６１を閉じられると、誘導電動機２１にグリッド電圧が供給される。つまり、時刻Ｔ１に、従属的に回転している誘導電動機２１に、誘導電動機２１を自律的に回転させる回転力が投入される。

誘導電動機２１にグリッド電圧が供給されたとき、誘導電動機２１は既にグリッド電圧に対応する同期速度で回転しているため、大きな始動電流が発生しない。

時刻Ｔ２に、始動制御部１０ａは、第３開閉器７１を開き、且つ始動電動機８１を誘導電動機２１から離間させるようにクラッチ９１を制御する。時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１より後の時刻である。第３開閉器７１が開かれると、始動電動機８１への供給電圧が消失する。また、始動電動機８１が誘導電動機２１から離間されるので、始動電動機８１が自由回転する。この結果、始動電動機８１の回転速度が徐々に低下して、時刻Ｔ３に始動電動機８１の回転速度がゼロになる。このようにして、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御が完了する。また、時刻Ｔ２に、始動制御部１０ａは、蓄電システム３からの出力周波数をゼロにする。

誘導電動機ユニット２００に対する始動制御も、誘導電動機ユニット１００に対する始動制御と同様に実行される。

図１５において、時刻Ｔ４は、２つの誘導電動機ユニット１００、２００に対する始動制御が完了した後の時刻を指している。時刻Ｔ４に、始動制御部１０ａは、蓄電システム３からの出力周波数の増加を開始する。時刻Ｔ５に、出力周波数はグリッド周波数に到達している。時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの間、蓄電システム３を交流グリッド２に接続するための準備作業が実行される。この準備作業中に、放電機能から充電機能への切替が行われる。

時刻Ｔ６に、始動制御部１０ａは、第２開閉器８を閉じる。第２開閉器８が閉じられると、蓄電システム３にグリッド電圧が供給される。つまり、時刻Ｔ６に、蓄電システム３に対してグリッド電圧の同期投入が実行される。

（第５実施形態の構成）
図１６を参照して、第５実施形態に係る誘導電動機システム１を説明する。

図１６は、第５実施形態に係る誘導電動機システム１の構成図である。第５実施形態に係る誘導電動機システム１は、第４実施形態に係る誘導電動機システム１の構成に加えて、２つのコンドルファ始動器１３１、１３２を備えている。第５実施形態と第４実施形態との間の対応関係は、上述した第２実施形態と第１実施形態との間の対応関係と同一である。

（第６実施形態の構成）
図１７を参照して、第６実施形態に係る誘導電動機システム１を説明する。

図１７は、第６実施形態に係るブレード１２１及び可変機構１５１を示す図である。第６実施形態に係る誘導電動機システム１は、第１実施形態に係る誘導電動機システム１の構成に加えて、ブレード１２１、１２２が流体から受ける負荷の大きさを変更する可変機構１５１、１５２を備えている。

可変機構１５１、１５２はそれぞれ、ブレード軸１６１、１６２の軸方向Ａに対して直交する平面Ｓに対するブレード１２１、１２２の傾斜角度Ｒを変更する。ブレード軸１６１、１６２はそれぞれ、動力伝達機構１１１、１１２から延びている。傾斜角度Ｒが小さくなるほど、ブレード１２１、１２２と平面Ｓとの位置関係が平行に近づく。ブレード１２１、１２２と平面Ｓとの位置関係が平行に近づくにつれて、ブレード１２１、１２２の回転時にブレード１２１、１２２が流体から受ける抵抗の大きさが小さくなる。

始動制御部１０ａは、始動制御が実行されている間、ブレード１２１、１２２の回転時にブレード１２１、１２２が流体から受ける負荷が最小となるように、可変機構１５１、１５２を制御する。また、始動制御が完了すると、始動制御部１０ａは、ブレード１２１、１２２の傾斜角度Ｒが所望量の流体を移送するのに適当な傾斜角度Ｒとなるように、可変機構１５１、１５２を制御する。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係る誘導電動機システム１は、上述の構成により次の効果を有している。

（１）第１−３、６実施形態に係る誘導電動機システム１は、第１開閉器６１、６２、蓄電システム３、第２開閉器８、バイパス線６、第３開閉器７１、７２、蓄電システム３からの出力電圧を検出する出力電圧検出部１０ｂ（出力電圧検出器）、グリッド電圧検出部１０ｃ（グリッド電圧検出器）、及び始動制御を実行するように構成された始動制御部１０ａ（始動制御装置）を備えている。始動制御は、（ａ）第１開閉器及び第２開閉器を開に保ち、第３開閉器を閉じ、且つ出力電圧を増大させる工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される出力電圧が、検出されるグリッド電圧に等しくなると、第１開閉器を閉じる工程とを備えている。

第１−３、６実施形態に係る誘導電動機システム１は、始動時に、交流発電機とは異なる蓄電システム３から出力される出力電圧を誘導電動機に供給し、出力電圧が交流発電機から出力される電圧（電源電圧）に等しくなると、同期投入を実行する。このため、始動時に誘導電動機に供給される電圧に適用される制御が、電源電圧によって限定されない。したがって、第１−５実施形態に係る誘導電動機システム１は、始動時に、ＶＶＶＦ制御を用いて制御された電圧を誘導電動機に供給できる。

（２）第４、５実施形態に係る誘導電動機システム１は、第１開閉器６１、６２、蓄電システム３、第２開閉器８、始動電動機８１、８２、バイパス線６、第３開閉器７１、７２、速度検出器１４１、１４２、グリッド電圧検出部１０ｃ（グリッド電圧検出器）、算出部１０ｄ（算出装置）、及び始動制御を実行するように構成された始動制御部１０ａ（始動制御装置）を備えている。始動制御は、（ａ）第１開閉器及び第２開閉器を開に保ち、第３開閉器を閉じ、且つ出力電圧を増大させる工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される回転速度が、算出される同期速度に等しくなると、第１開閉器を閉じる工程とを備えている。

第４、５実施形態に係る誘導電動機システム１は、始動時に、交流発電機とは異なる蓄電システム３から出力される出力電圧を始動電動機に供給し、始動電動機と一緒に回転する誘導電動機の回転速度が、交流発電機から出力される電圧（電源電圧）に対応する同期速度に等しくなると、同期投入を実行する。このため、始動時に誘導電動機に供給される電圧に適用される制御が、電源電圧によって限定されない。したがって、第４、５実施形態に係る誘導電動機システム１は、始動時に、ＶＶＶＦ制御を用いて制御された電圧を誘導電動機に供給できる。

（３）第１−６実施形態に係る誘導電動機システム１は、複数の誘導電動機ユニット１００、２００を備えている。始動制御部１０ａは、誘導電動機ユニット毎に始動制御を実行するように構成されている。

このため、第１−６実施形態に係る誘導電動機システム１は、誘導電動機の始動に要する電流の大きさを抑制できる。

（４）第６実施形態に係る誘導電動機システム１は、ブレード（被駆動体）１２１、１２２が流体から受ける負荷の大きさを変更する可変機構１５１、１５１を備えている。始動制御部１０ａは、始動制御が実行されている間、ブレード１２１、１２２の回転時にブレード１２１、１２２が流体から受ける負荷が最小となるように、可変機構１５１、１５２を制御するように構成されている。

このため、第６実施形態に係る誘導電動機システム１は、負荷によって誘導電動機の始動が阻害されることを防止できる。

（５）第１−５実施形態に係る誘導電動機システム１は、誘導電動機２１、２２からブレード（被駆動体）への動力伝達を維持又は切断するクラッチ（動力伝達機構１１１、１１２）を備えている。始動制御部１０ａは、始動制御が実行されている間、動力伝達が切断されるようにクラッチを制御するように構成されている。

このため、第１−５実施形態に係る誘導電動機システム１は、負荷によって誘導電動機の始動が阻害されることを防止できる。

１ 誘導電動機システム
２ 交流グリッド
３ 蓄電システム
６ バイパス線
８ 第２開閉器
１０ａ 始動制御部（始動制御装置）
１０ｂ 出力電圧検出部（出力電圧検出器）
１０ｃ グリッド電圧検出部（グリッド電圧検出器）
１０ｄ 算出部（算出装置）
６１、６２ 第１開閉器
７１、７２ 第３開閉器
８１、８２ 始動電動機
１００、２００ 誘導電動機ユニット
１１１、１１２ 動力伝達機構（クラッチ）
１２１、１２２ ブレード（被駆動体）
１４１、１４２ 速度検出器
１５１、１５２ 可変機構

Claims (5)

1. 交流発電機、交流グリッド、及び誘導電動機を備えており、前記交流発電機から出力された電力を前記交流グリッドを介して前記誘導電動機に供給する誘導電動機システムにおいて、
   前記交流グリッドと前記誘導電動機との間の接続を維持又は切断する第１開閉器と、
   交流と直流との間で電力変換を行う電力変換機能と、蓄電機能とを有し、且つ前記交流グリッドに接続されている蓄電システムと、
   前記交流グリッドと前記蓄電システムとの間の接続を維持又は切断する第２開閉器と、
   前記蓄電システムを前記誘導電動機に接続するバイパス線と、
   前記バイパス線による接続を維持又は切断する第３開閉器と、
   前記蓄電システムから出力される出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
   前記交流グリッドに前記交流発電機によって印加されるグリッド電圧を検出するグリッド電圧検出器と、
   前記誘導電動機の始動制御を実行するように構成された始動制御装置とを備えており、
   前記始動制御は、
   （ａ）前記第１開閉器及び前記第２開閉器を開に保ち、前記第３開閉器を閉じ、且つ前記出力電圧を増大させる工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される前記出力電圧が、検出される前記グリッド電圧に等しくなると、前記第１開閉器を閉じる工程とを備えている、ことを特徴とする誘導電動機システム。
2. 交流発電機、交流グリッド、及び誘導電動機を備えており、前記交流発電機から出力された電力を前記交流グリッドを介して前記誘導電動機に供給する誘導電動機システムにおいて、
   前記交流グリッドと前記誘導電動機との間の接続を維持又は切断する第１開閉器と、
   交流と直流との間で電力変換を行う電力変換機能と、蓄電機能とを有し、且つ前記交流グリッドに接続されている蓄電システムと、
   前記交流グリッドと前記蓄電システムとの間の接続を維持又は切断する第２開閉器と、
   前記誘導電動機を始動するための始動電動機と、
   前記蓄電システムを前記始動電動機に接続するバイパス線と、
   前記バイパス線による接続を維持又は切断する第３開閉器と、
   前記誘導電動機の回転速度を検出する速度検出器と、
   前記交流グリッドに前記交流発電機によって印加されるグリッド電圧を検出するグリッド電圧検出器と、
   前記グリッド電圧に基づいて、前記誘導電動機が前記グリッド電圧によって駆動されているときの前記回転速度である同期速度を算出する算出装置と、
   前記誘導電動機の始動制御を実行するように構成された始動制御装置とを備えており、
   前記始動制御は、
   （ａ）前記第１開閉器及び前記第２開閉器を開に保ち、前記第３開閉器を閉じ、且つ前記出力電圧を増大させる工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後に、検出される前記回転速度が、算出される前記同期速度に等しくなると、前記第１開閉器を閉じる工程とを備えている、ことを特徴とする誘導電動機システム。
3. 複数の誘導電動機ユニットを備えており、各誘導電動機ユニットは、前記誘導電動機、前記第１開閉器、及び前記第３開閉器からなっており、
   前記始動制御装置は、前記誘導電動機ユニット毎に前記始動制御を実行するように構成されている、請求項１又は２に記載の誘導電動機システム。
4. 前記誘導電動機によって駆動される被駆動体と、
   前記被駆動体が流体から受ける負荷の大きさを変更する可変機構とを備えており、
   前記始動制御装置は、前記始動制御が実行されている間、前記被駆動体の回転時に前記被駆動体が流体から受ける負荷が最小となるように、前記可変機構を制御するように構成されている、請求項１−３のいずれか１つに記載の誘導電動機システム。
5. 前記誘導電動機によって駆動される被駆動体と、
   前記誘導電動機から前記被駆動体への動力伝達を維持又は切断するクラッチとを備えており、
   前記始動制御装置は、前記始動制御が実行されている間、前記動力伝達が切断されるように前記クラッチを制御するように構成されている、請求項１−３のいずれか１つに記載の誘導電動機システム。

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