JP2014023366A - Pump apparatus with input current value arithmetic function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ装置の入力電流値を演算する機能を備えたポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a pump device having a function of calculating an input current value of the pump device.
ポンプを高い負荷で運転したり、ポンプに異物が噛み込んだりすると、ポンプ装置の入力電流が増大し、過電流状態となる。その結果、ブレーカや保護装置が作動し、ポンプが停止する。一旦ポンプが停止すると、ポンプ装置に接続された外部装置(例えば半導体製造装置など)の一部または全体が停止するため、生産性が著しく低下することがある。このようなポンプの停止を防ぐためには、ポンプ装置の入力電流を監視してポンプの運転を制御することが必要となる。 When the pump is operated at a high load or a foreign object is caught in the pump, the input current of the pump device increases and an overcurrent state occurs. As a result, the breaker and the protection device are activated and the pump is stopped. Once the pump is stopped, a part or the whole of an external device (for example, a semiconductor manufacturing apparatus) connected to the pump device is stopped, so that productivity may be significantly reduced. In order to prevent such a pump stop, it is necessary to monitor the input current of the pump device and control the operation of the pump.
ポンプ装置の入力電流値を検出する方法について図1を参照しつつ説明する。図1は従来のポンプ装置を示す模式図である。図1に示すように、ポンプ装置101は、ポンプ2と、ポンプ2を駆動するモータ3と、モータ3の回転速度を制御するインバータ4と、インバータ4の動作を制御する制御装置5と、ポンプ装置101の入力電流値を検出する電流検出器6とを備えている。インバータ4は、商用電源8に接続されている。このポンプ装置101によれば、入力電流値はポンプ装置101内に設けられた電流検出器6によって検出される。しかしながら、電流検出器6は一般に大型で高価であるため、ポンプ装置101全体が大型化し、コストが増加するという問題があった。
A method of detecting the input current value of the pump device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view showing a conventional pump device. As shown in FIG. 1, a
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、入力電流検出器を不要とし、小型かつ低コストのポンプ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a compact and low-cost pump device that does not require an input current detector.
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの回転速度を制御するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御装置とを備えたポンプ装置において、前記インバータは、該インバータの出力電力値を演算する出力電力演算機能と、該インバータの入力電圧値を検出する入力電圧検出機能とを備えており、前記制御装置は、前記インバータの出力電力の複数のサンプル値に対応する複数の力率を記憶した記憶部を備えており、前記インバータにより演算された前記出力電力値と前記サンプル値とを比較して前記出力電力値に対応する力率を決定し、該決定された力率と、前記出力電力値と、前記入力電圧値とから前記ポンプ装置の入力電流値を演算することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention includes a pump, a motor that drives the pump, an inverter that controls the rotation speed of the motor, and a control device that controls the operation of the inverter. In the pump device, the inverter includes an output power calculation function for calculating an output power value of the inverter, and an input voltage detection function for detecting an input voltage value of the inverter, and the control device includes the inverter A storage unit that stores a plurality of power factors corresponding to a plurality of sample values of the output power of the output power, and compares the output power value calculated by the inverter with the sample value to correspond to the output power value And determining an input current value of the pump device from the determined power factor, the output power value, and the input voltage value.
本発明の好ましい態様は、前記記憶部には、前記ポンプ装置を実際に運転したときの力率と前記決定された力率との差を示す力率補正値が予め記憶されており、前記制御装置は、前記力率補正値を前記決定された力率に加算することで該力率を補正することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記記憶部には、複数の異なる入力電圧値と該入力電圧値に対応する複数の補正係数とが予め記憶されており、前記制御装置は、前記検出された入力電圧値と前記記憶された入力電圧値とを比較して前記検出された入力電圧値に対応する補正係数を決定し、前記決定された補正係数を前記補正された力率に乗算することで該力率をさらに補正することを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, a power factor correction value indicating a difference between a power factor when the pump device is actually operated and the determined power factor is stored in the storage unit in advance, and the control The apparatus is characterized in that the power factor is corrected by adding the power factor correction value to the determined power factor.
In a preferred aspect of the present invention, the storage unit stores a plurality of different input voltage values and a plurality of correction coefficients corresponding to the input voltage values in advance, and the control device detects the detected input voltage. A correction coefficient corresponding to the detected input voltage value is determined by comparing the stored value with the stored input voltage value, and the corrected power factor is multiplied by the determined correction coefficient. The rate is further corrected.
本発明の好ましい態様は、前記入力電圧値および前記出力電力値を通信またはアナログ信号伝達手段により前記インバータから前記制御装置に伝達することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御装置によって演算された前記入力電流値を外部に出力する出力装置をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプはドライ真空ポンプであることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the input voltage value and the output power value are transmitted from the inverter to the control device by communication or analog signal transmission means.
In a preferred aspect of the present invention, the apparatus further includes an output device that outputs the input current value calculated by the control device to the outside.
In a preferred aspect of the present invention, the pump is a dry vacuum pump.
本発明によれば、制御装置は、インバータの出力電力値および入力電圧値と、インバータの出力電力値に対応する力率とから入力電流値を算出する。したがって、入力電流値を測定する電流検出器が不要となり、小型かつ低コストのポンプ装置を提供することができる。力率はインバータの出力電力値によって変化する。本発明によれば、出力電力値に従って変化する力率を予め取得し、これをデータとして記憶することにより、現在の出力電力値に対応する正確な力率を決定することができる。したがって、入力電流値の算出精度を向上させることができる。 According to the present invention, the control device calculates the input current value from the output power value and input voltage value of the inverter and the power factor corresponding to the output power value of the inverter. Therefore, a current detector for measuring the input current value becomes unnecessary, and a small and low cost pump device can be provided. The power factor varies depending on the output power value of the inverter. According to the present invention, an accurate power factor corresponding to the current output power value can be determined by acquiring in advance a power factor that changes according to the output power value and storing it as data. Therefore, the calculation accuracy of the input current value can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、ポンプをドライ真空ポンプとして説明する。図2は、本発明に係るポンプ装置1の一実施形態の構成を示す模式図である。図2に示すように、ポンプ装置1は、ポンプ2と、ポンプ2を駆動するモータ3と、モータ3の回転速度を制御するインバータ4と、インバータ4の動作を制御する制御装置11とを備えている。インバータ4は、商用電源8に接続されている。インバータ4は、商用電源8からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、コンバータ部で変換された直流電力を可変周波数の交流電力に変換するインバータ部とから構成されている。インバータ4は、インバータ4の出力電力値を演算する出力電力演算機能と、インバータ4の入力電圧値を検出する入力電圧検出機能とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the pump is described as a dry vacuum pump. FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of the
インバータ4内の出力電力演算機能は、インバータ4内の電流検出器(図示せず)が検出した出力電流値と、インバータ4の出力電圧値とから出力電力値を算出するという機能である。インバータ4の出力電圧値は、インバータ4の出力周波数(回転速度)に比例するので、この出力周波数から演算により求めることができる。インバータ4の入力電圧値はコンバータ部により変換された直流電力の電圧値であり、この入力電圧値はインバータ4内の電圧検出器(図示せず)により検出される。インバータ4の出力電力値および入力電圧値は、通信またはアナログ信号伝達手段(図2の矢印で示す)により制御装置11へ伝達される。制御装置11は、以下に説明するように、ポンプ装置1の入力電流値を算出する機能を備えている。
The output power calculation function in the
図3はポンプ装置1の入力電流値を演算する工程を示す図である。三相交流電力の式より、インバータ4の出力電力値Woutは、次の式で与えられる。
Wout=√3・V・Iinv・cosθ・ηi (1)
ここで、Vはインバータ4の入力電圧値、Iinvはインバータ4の入力電流値、cosθは力率、ηiはインバータ効率である。出力電力値Wout、入力電圧値Vは、上述したように、インバータ4によって取得される。
FIG. 3 is a diagram illustrating a process of calculating the input current value of the
Wout = √3 · V · Iinv · cos θ · ηi (1)
Here, V is an input voltage value of the
インバータ4を駆動するとその内部で電力の損失が生じるため、出力電力値は入力電力値よりも若干減少する。インバータ効率ηiは、減少した出力電力値と入力電力値との比率である。インバータ効率ηiはインバータ4の固有値(定数)であり、予め制御装置11の記憶部12内に記憶されている。
上記式(1)から、インバータ4の入力電流値Iinvは、
Iinv=Wout/(√3・V・cosθ・ηi) (2)
となる。
When the
From the above equation (1), the input current value Iinv of the
Iinv = Wout / (√3 · V · cos θ · ηi) (2)
It becomes.
上記式(2)によれば、制御装置11は、インバータ4の入力電流値Iinvを計算により求めることができる。しかしながら、cosθで表される力率は、インバータ4の出力電力値Woutによって変化する。そこで、制御装置11は、記憶部12に記憶している力率テーブルを用いて出力電力値Woutに対応した力率を決定する。
According to the above equation (2), the
力率の決定方法について図4を参照しつつ説明する。図4は、予め取得した、インバータ4の出力電力の複数のサンプル値に対応する複数の力率の一覧表(力率テーブル)の一例を示す図である。図4に示すように、力率テーブルには、インバータ4の出力電力の複数のサンプル値と、これらサンプル値に対応する複数の力率が示されている。この力率テーブルは、異なる複数の出力電力値での力率を測定器により実際に測定し、測定された力率を対応する出力電力値に関連付けることで作成される。力率テーブルは、このようにして予め作成され、記憶部12に格納されている。
A method of determining the power factor will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a list (power factor table) of a plurality of power factors corresponding to a plurality of sample values of the output power of the
インバータ4の出力電力演算機能により出力電力値が演算されると、制御装置11は、演算された出力電力値に対応する力率を力率テーブルから決定する。具体的には、制御装置11は、演算された出力電力値と力率テーブル内の出力電力のサンプル値とを比較して出力電力値と同じ、または最も近いサンプル値を決定し、このサンプル値に対応する力率を演算された出力電力値の力率に決定する。
When the output power value is calculated by the output power calculation function of the
このように力率は力率テーブルに基づいて決定されるのであるが、ポンプ装置1の設置条件(例えば、配線長さなど)などにより、決定された力率と実際にポンプ装置1を運転したときの力率との間に誤差が生じる場合がある。このような力率の誤差を修正するため、以下に説明するように力率補正値を予め取得し、これを力率に加算することが好ましい。具体的には、所定の出力電力値で実際にポンプ装置1を運転したときの力率をあらかじめ用意した電力計または力率計などの測定器にて測定し、測定された力率と制御装置11により決定された上記所定の出力電力値に対応する力率との差を力率補正値cosθsetとして取得し、力率補正値cosθsetを力率cosθに加算することで、力率を補正する。このようにして予め取得された力率補正値cosθsetは、記憶部12に格納されている。
In this way, the power factor is determined based on the power factor table, but the
したがって、インバータ4の入力電流値Iinvは、
Iinv=Wout/{√3・V・(cosθ+cosθset)・ηi} (3)
となる。この力率補正値cosθsetは固定値(定数)であり、ポンプ装置1の設置条件により変わりうる。以下、cosθ+cosθsetをcosθ’と表す。
Therefore, the input current value Iinv of the
Iinv = Wout / {√3 · V · (cos θ + cos θset) · ηi} (3)
It becomes. The power factor correction value cos θset is a fixed value (constant), and may vary depending on the installation conditions of the
ポンプ装置1は、入力電圧がある程度変動しても運転できるように構成されている。しかしながら、入力電圧の変動に応じて力率も若干変化するため、入力電圧の変化に従って力率をさらに補正することが好ましい。そこで、制御装置11は、記憶部12に記憶している電圧テーブルを用いて入力電圧値に対応した補正係数αを決定し、この補正係数αを補正後の力率cosθ’に乗算して力率をさらに補正する。
The
補正係数αの決定方法について図5を参照しつつ説明する。図5は、インバータ4の入力電圧値およびこれに対応する補正係数αの一覧表(電圧テーブル)の一例を示す図である。図5に示すように、電圧テーブルには、複数の異なる入力電圧値とこれに対応する複数の補正係数αが示されている。制御装置11は、インバータ4により検出された入力電圧値と電圧テーブル内の入力電圧値とを比較し、検出された入力電圧値と同じ、または最も近い電圧テーブル内の入力電圧値を決定し、この入力電圧値に対応する補正係数αを決定する。そして、補正係数αを補正後の力率cosθ’に乗算することで入力電圧値の変化に追従した力率を取得することができる。
A method for determining the correction coefficient α will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of a list (voltage table) of input voltage values of the
電圧テーブルは、所定の基準入力電圧値(例えば、200V)で実際にポンプ装置1を運転したときの基準力率をあらかじめ用意した電力計または力率計などの測定器にて測定し、基準入力電圧値とは異なる複数の入力電圧値でポンプ装置1を運転したときの力率を上記測定器にて測定し、上記基準力率をこの測定された力率に補正するための補正係数αを算出することにより作成される。電圧テーブルは、このようにして予め作成され、記憶部12に格納されている。
The voltage table is obtained by measuring the reference power factor when the
したがって、インバータ4の入力電流Iinvは、
Iinv=Wout/(√3・V・cosθ’・α・ηi) (4)
となる。以下、cosθ’・αをcosθ’’と表す。
Therefore, the input current Iinv of the
Iinv = Wout / (√3 · V · cos θ ′ · α · ηi) (4)
It becomes. Hereinafter, cos θ ′ · α is represented as cos θ ″.
図2に示すように、制御装置11は、商用電源8からポンプ装置1に供給された電力の一部で駆動される。そのため、ポンプ装置1の入力電流値には、制御装置11に供給される電流値が含まれる。制御装置11の入力電流値をIcとすると、ポンプ装置1の入力電流値Iは、
I=Iinv+Ic (5)
である。入力電流値Icは、固定値としてインバータ4の記憶部12に格納されている。
上記式(4)を上記式(5)のIinvに代入すると、ポンプ装置1の入力電流値Iは、
I=Wout/(√3・V・cosθ’’・ηi)+Ic (6)
となる。
As shown in FIG. 2, the
I = Iinv + Ic (5)
It is. The input current value Ic is stored in the
When the above equation (4) is substituted into Iinv of the above equation (5), the input current value I of the
I = Wout / (√3 · V · cos θ ″ · ηi) + Ic (6)
It becomes.
上記式(6)は、記憶部12に格納され、制御装置11は上記式(6)に基づいて図3に示すようにポンプ装置1の入力電流値Iを演算する。制御装置11は、力率テーブルに基づいて力率cosθを決定し、さらに力率補正値cosθsetおよび補正係数αを使用して力率cosθを補正する。したがって、制御装置11は、正確な入力電流値Iを得ることができる。さらに、ポンプ装置1に電流検出器6を設ける必要がなくなるため、小型かつ低コストのポンプ装置を提供することができる。
The above equation (6) is stored in the
図2に示すように、ポンプ装置1は、制御装置11で演算された入力電流値Iを外部の上位制御装置15に出力する出力装置16を備えている。上位制御装置15は、出力装置16から出力された入力電流値Iに基づいてポンプ装置1の運転を制御する。例えば、ポンプ装置1に対する負荷が増加して入力電流値Iが所定のしきい値に達した場合、上位制御装置15はアラーム信号または運転制御信号をポンプ装置1に送信し、ポンプ装置1の運転を制御する。
As shown in FIG. 2, the
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。例えば、本発明におけるポンプはドライ真空ポンプに限られず、液体を扱うポンプにも適用できる。 Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea. For example, the pump in the present invention is not limited to a dry vacuum pump, and can be applied to a pump that handles liquid.
1,101 ポンプ装置
2 ポンプ
3 モータ
4 インバータ
5,11 制御装置
6 電流検出器
8 商用電源
12 記憶部
15 上位制御装置
16 出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (6)
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータの回転速度を制御するインバータと、
前記インバータの動作を制御する制御装置とを備えたポンプ装置において、
前記インバータは、
該インバータの出力電力値を演算する出力電力演算機能と、
該インバータの入力電圧値を検出する入力電圧検出機能とを備えており、
前記制御装置は、
前記インバータの出力電力の複数のサンプル値に対応する複数の力率を記憶した記憶部を備えており、
前記インバータにより演算された前記出力電力値と前記サンプル値とを比較して前記出力電力値に対応する力率を決定し、該決定された力率と、前記出力電力値と、前記入力電圧値とから前記ポンプ装置の入力電流値を演算することを特徴とするポンプ装置。 A pump,
A motor for driving the pump;
An inverter for controlling the rotational speed of the motor;
In a pump device comprising a control device for controlling the operation of the inverter,
The inverter is
An output power calculation function for calculating the output power value of the inverter;
An input voltage detection function for detecting the input voltage value of the inverter;
The control device includes:
A storage unit storing a plurality of power factors corresponding to a plurality of sample values of the output power of the inverter;
The output power value calculated by the inverter is compared with the sample value to determine a power factor corresponding to the output power value, the determined power factor, the output power value, and the input voltage value And calculating an input current value of the pump device.
前記制御装置は、前記力率補正値を前記決定された力率に加算することで該力率を補正することを特徴とする請求項1に記載のポンプ装置。 In the storage unit, a power factor correction value indicating a difference between the power factor when the pump device is actually operated and the determined power factor is stored in advance.
The pump device according to claim 1, wherein the control device corrects the power factor by adding the power factor correction value to the determined power factor.
前記制御装置は、前記検出された入力電圧値と前記記憶された入力電圧値とを比較して前記検出された入力電圧値に対応する補正係数を決定し、前記決定された補正係数を前記補正された力率に乗算することで該力率をさらに補正することを特徴とする請求項2に記載のポンプ装置。 In the storage unit, a plurality of different input voltage values and a plurality of correction coefficients corresponding to the input voltage values are stored in advance.
The control device compares the detected input voltage value with the stored input voltage value to determine a correction coefficient corresponding to the detected input voltage value, and corrects the determined correction coefficient to the correction The pump device according to claim 2, wherein the power factor is further corrected by multiplying the determined power factor.
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