JP2017038493A - Parallel multiplex inverter apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、改良された並列多重インバータ装置に関する。 The present invention relates to an improved parallel multiple inverter device.
大容量の交流電動機を可変速駆動する場合、インバータの単機容量限界の制約、また標準化によるコスト節約の観点で、複数台のインバータを並列駆動することが行われる。この場合、複数台のインバータの制御は、１台の交流電動機を駆動するのに適したように、１台の制御装置で行うか、または複数台あるインバータのうちの１台がマスターとなりこのマスターとなるインバータの制御装置がマスター制御装置となって、スレーブとなる他のインバータの制御装置に制御指令を発する構成としていた。また、このような場合であっても、複数台のインバータのうち１台が故障したとき、故障していない他のインバータで所謂縮退運転を行えるように制御系が構成されている場合もあった（例えば特許文献１参照。）。 When a large-capacity AC motor is driven at a variable speed, a plurality of inverters are driven in parallel from the viewpoint of limiting the single-unit capacity of the inverter and saving costs by standardization. In this case, the control of the plurality of inverters is performed by one control device so that it is suitable for driving one AC motor, or one of the plurality of inverters becomes a master. The inverter control device becomes the master control device and issues a control command to another inverter control device that becomes the slave. Even in such a case, when one of a plurality of inverters fails, the control system may be configured so that so-called degenerate operation can be performed by another inverter that does not fail. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献１に示された並列多重インバータ装置の考え方は、２台のインバータで１台の交流電動機を駆動する並列多重インバータ装置において、１台のインバータが故障しても他の健全なインバータによって、たとえ電動機出力が半分以下となっても運転継続しようとするものである。しかしながら、交流電動機が低負荷となってインバータの駆動容量が余っているような場合のインバータの運転効率を高めるという有効活用については何ら考慮されていない。 The idea of the parallel multiple inverter device shown in Patent Document 1 is that in a parallel multiple inverter device in which one inverter is driven by two inverters, even if one inverter fails, another healthy inverter Even if the motor output becomes less than half, the operation is continued. However, no consideration is given to the effective utilization of increasing the inverter operating efficiency when the AC motor has a low load and the inverter has a surplus drive capacity.
本発明は上記課題に鑑みて為されたもので、交流電動機が低負荷で運転されているときの各インバータの運転効率を高めることが可能な並列多重インバータ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a parallel multiple inverter device capable of increasing the operation efficiency of each inverter when the AC motor is operated at a low load.
上記目的を達成するために、本発明の並列多重インバータ装置は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）台のインバータ装置の各出力を共通の運転切替盤を介して主交流電動機を駆動するようにした並列多重インバータ装置であって、前記主交流電動機の負荷率が（Ｎ−１）／Ｎ以下となったとき、前記運転切替盤内の開閉器を切替えることによって、（Ｎ−１）台のインバータ装置で前記主交流電動機を駆動すると共に、前期主交流電動機を駆動しない１台のインバータ装置で主交流電動機の１／Ｎ以下の容量を有する補助交流電動機を駆動するようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the parallel multiple inverter device of the present invention drives the main AC motor through the common operation switching board for each output of N (N is an integer of 2 or more) inverter devices. When the load factor of the main AC motor becomes (N-1) / N or less, the (N-1) units are switched by switching the switch in the operation switching panel. The main AC motor is driven by the inverter device, and the auxiliary AC motor having a capacity of 1 / N or less of the main AC motor is driven by one inverter device that does not drive the main AC motor in the previous period. Yes.
この発明によれば、交流電動機が低負荷で運転されているときの各インバータの運転効率を高めることが可能な並列多重インバータ装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a parallel multiple inverter device capable of increasing the operation efficiency of each inverter when the AC motor is operated at a low load.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例１に係る並列多重インバータ装置を図１及び図２を参照して説明する。 Hereinafter, a parallel multiple inverter apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図１は、本発明の実施例１に係る並列多重インバータ装置の回路構成図である。交流電源１から供給される３相交流電力は、夫々入力開閉器を介してインバータ装置２Ａ及び２Ｂに供給される。インバータ装置２Ａは交流を直流に変換するコンバータと直流電圧を平滑するコンデンサと平滑された直流電圧を３相交流に変換するインバータとから構成されている。インバータ装置２Ｂも同様である。インバータ装置２Ａの出力は運転切替盤２０内に設けられたリアクトル３Ａ及び開閉器４Ａを介して主交流電動機である交流電動機５Ａを駆動するように構成されている。同様に、インバータ装置２Ｂの出力は運転切替盤２０内に設けられたリアクトル３Ｂ及び開閉器４Ｂを介して交流電動機５Ａを駆動するように構成されている。すなわち、交流電動機５Ａはインバータ装置２Ａ及びインバータ装置２Ｂによって並列多重駆動される構成となっている。従ってリアクトル３Ａとリアクトル３Ｂは並列駆動における横流防止用の相間リアクトルである。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a parallel multiple inverter device according to a first embodiment of the present invention. The three-phase AC power supplied from the AC power source 1 is supplied to the inverter devices 2A and 2B via the input switches. The inverter device 2A includes a converter that converts alternating current into direct current, a capacitor that smoothes the direct current voltage, and an inverter that converts the smoothed direct current voltage into three-phase alternating current. The same applies to the inverter device 2B. The output of the inverter device 2A is configured to drive an AC motor 5A, which is a main AC motor, via a reactor 3A and a switch 4A provided in the operation switching board 20. Similarly, the output of the inverter device 2B is configured to drive the AC motor 5A via a reactor 3B and a switch 4B provided in the operation switching board 20. That is, the AC motor 5A is configured to be driven in parallel and multiplexed by the inverter device 2A and the inverter device 2B. Therefore, the reactor 3A and the reactor 3B are interphase reactors for preventing cross current in parallel driving.
運転切替盤２０内には、その他、インバータ装置２Ａの出力で直接交流電動機５Ａを駆動するための開閉器６Ａ、インバータ装置２Ｂの出力で直接交流電動機５Ａを駆動するための開閉器６Ｂ、インバータ装置２Ａの出力で直接、補助交流電動機である交流電動機５Ｂを駆動するための開閉器７Ａ、インバータ装置２Ｂの出力で直接交流電動機５Ｂを駆動するための開閉器７Ｂが設けられている。ここで交流電動機５Ｂは交流電動機５Ａの半分以下の容量となっている。 In the operation switching board 20, there are also a switch 6A for directly driving the AC motor 5A with the output of the inverter device 2A, a switch 6B for directly driving the AC motor 5A with the output of the inverter device 2B, and the inverter device. A switch 7A for directly driving the AC motor 5B as an auxiliary AC motor with the output of 2A, and a switch 7B for directly driving the AC motor 5B with the output of the inverter device 2B are provided. Here, the AC motor 5B has a capacity less than half that of the AC motor 5A.
インバータ装置２Ａは、制御装置８Ａによってその出力が制御されている。また、インバータ装置２Ｂは、制御装置８Ｂによってその出力が制御されている。尚、この実施例１においては、制御装置８Ａによってインバータ装置２Ｂを、制御装置８Ｂによってインバータ装置８Ａを制御することも可能な構成となっている。これら２台の制御装置及び運転切替盤２０内の各開閉器を制御するために全体制御装置１０が設けられている。 The output of the inverter device 2A is controlled by the control device 8A. The output of the inverter device 2B is controlled by the control device 8B. In the first embodiment, the inverter device 2B can be controlled by the control device 8A, and the inverter device 8A can be controlled by the control device 8B. An overall control device 10 is provided to control these two control devices and each switch in the operation switching board 20.
以下図２に従って実施例１の動作説明を行う。図２は実施例１に係る並列多重インバータ装置の動作フローチャートである。 The operation of the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is an operation flowchart of the parallel multiple inverter device according to the first embodiment.
まず、並列多重インバータとして、インバータ装置２Ａ及びインバータ装置２Ｂが並列運転して交流電動機５Ａを駆動している状態を初期状態と考える（ステップＳＴ１）。次に、交流電動機５Ａの負荷率が０．５（５０％）以下かどうかをチェックする（ステップＳＴ２）。このためには例えば、図１に図示しない電流検出器によって交流電動機５Ａの入力電流を検出し、これによって判定を行うことができる。また、交流電動機５Ａの運転が計画的に行われる場合には、その速度指令、あるいはトルク指令に基づいて負荷率を推定することもできる。 First, a state in which the inverter device 2A and the inverter device 2B are operating in parallel to drive the AC motor 5A as a parallel multiple inverter is considered as an initial state (step ST1). Next, it is checked whether or not the load factor of the AC motor 5A is 0.5 (50%) or less (step ST2). For this purpose, for example, an input current of the AC motor 5A can be detected by a current detector not shown in FIG. Further, when the operation of the AC motor 5A is systematically performed, the load factor can be estimated based on the speed command or the torque command.
負荷率が０．５以上の場合、交流電動機５Ｂが運転中かどうかチェックする（ステップＳＴ３）。運転中でなければそのまま、また運転中であれば、運転中のインバータ装置を交流電動機２Ｂから切り離し（ステップＳＴ４）、ループを抜ける。 When the load factor is 0.5 or more, it is checked whether or not AC motor 5B is in operation (step ST3). If it is not in operation, and if it is in operation, the inverter device in operation is disconnected from AC motor 2B (step ST4), and the loop is exited.
次に、ステップＳＴ２で負荷率０．５以下であれば、交流電動機５Ｂの運転要求があるかどうかを確認する（ステップＳＴ５）。ここで運転要求があれば、例えば開閉器４Ａ、４Ｂを開路して開閉器６Ａを投入することによって交流電動機５Ａをインバータ装置２Ａで運転し（ステップＳＴ６）、開閉器７Ｂを投入して交流電動機５Ｂをインバータ装置２Ｂで運転する（ステップＳＴ７）。そしてステップＳＴ２に戻る。 Next, if the load factor is 0.5 or less in step ST2, it is confirmed whether or not there is an operation request for AC motor 5B (step ST5). If there is an operation request here, for example, by opening the switches 4A and 4B and turning on the switch 6A, the AC motor 5A is operated by the inverter device 2A (step ST6), and the switch 7B is turned on and the AC motor is turned on. 5B is operated by the inverter device 2B (step ST7). Then, the process returns to step ST2.
以上のような運転動作を行えば、交流電動機１Ａの負荷率が０．５以下のとき、交流電動機１Ｂをインバータ装置２Ｂまたは２Ａによって運転することが可能となり、並列多重インバータ装置の運転効率を高めることが可能となる。また、制御装置８Ａ及び８Ｂは夫々インバータ装置２Ａ及び２Ｂを制御するが、何れか１台の制御装置が故障しても、健全な制御装置から何れのインバータ装置であっても制御可能な構成としたので、並列多重インバータ装置全体としての稼働率を高めることができる。 When the above operation is performed, when the load factor of the AC motor 1A is 0.5 or less, the AC motor 1B can be operated by the inverter device 2B or 2A, and the operation efficiency of the parallel multiple inverter device is increased. It becomes possible. In addition, the control devices 8A and 8B control the inverter devices 2A and 2B, respectively. However, even if any one of the control devices fails, the control device can control any inverter device from a sound control device. Therefore, the operation rate as the whole parallel multiple inverter device can be increased.
図３は本発明の実施例２に係る並列多重インバータ装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る並列多重インバータ装置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、交流電動機５Ａの１次巻線を２巻線型とした点、これに伴い、相間リアクトル３Ａ、３Ｂを省略した点。またこれに伴い開閉器６Ａを省略した点である。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the parallel multiple inverter device according to the second embodiment of the present invention. The same parts of the second embodiment as those of the parallel multiple inverter device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in that the primary winding of the AC motor 5A is a two-winding type, and the interphase reactors 3A and 3B are omitted accordingly. Accordingly, the switch 6A is omitted.
この実施例２においては、通常は開閉器４Ａ及び４Ｂを閉路して、インバータ装置２Ａで交流電動機５Ａの一方の巻線に通電し、インバータ装置２Ｂで交流電動機５Ａの他方の巻線に通電することによって並列多重インバータ装置を構成する。そして、交流電動機５Ａの負荷率が０．５以下となったとき、インバータ装置２Ａ、２Ｂの一方のみで交流電動機５Ａを運転し、他方で交流電動機５Ｂを運転することが可能である。この運転動作フローについては基本的に実施例１と同一であるので説明は省略する。 In the second embodiment, normally, the switches 4A and 4B are closed, the inverter device 2A energizes one winding of the AC motor 5A, and the inverter device 2B energizes the other winding of the AC motor 5A. Thus, a parallel multiple inverter device is configured. When the load factor of the AC motor 5A becomes 0.5 or less, it is possible to operate the AC motor 5A with only one of the inverter devices 2A and 2B and to drive the AC motor 5B with the other. Since this driving operation flow is basically the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
図４は本発明の実施例３に係る並列多重インバータ装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図１の本発明の実施例１に係る並列多重インバータ装置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、交流電源１Ａから開閉器９Ｂを介して交流電動機５Ｂを駆動する回路を追加する構成とした点である。 FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the parallel multiple inverter device according to the third embodiment of the present invention. In each part of the third embodiment, the same parts as those of the parallel multiple inverter device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that a circuit for driving the AC motor 5B from the AC power source 1A via the switch 9B is added.
この実施例３の場合の交流電動機５Ｂは、例えば交流電動機５Ａの冷却ファンを想定している。すなわち、交流電動機５Ａが０．５を超える負荷率で運転されているときは、開閉器９Ｂを閉路して交流電動機５Ｂを商用周波数で運転し、交流電動機５Ａの負荷率が０．５以下となったとき、開閉器９Ｂは開路し、開閉器７Ａまたは７Ｂを閉路して交流電動機５Ａを駆動しない方のインバータ装置２Ａまたは２Ｂで運転する。このように構成すれば、専用の省エネ用インバータ装置を設けることなく、交流電動機５Ｂの低周波運転すなわち省エネ運転を行うことが可能となる。 The AC motor 5B in the third embodiment is assumed to be a cooling fan of the AC motor 5A, for example. That is, when the AC motor 5A is operated at a load factor exceeding 0.5, the switch 9B is closed and the AC motor 5B is operated at a commercial frequency, and the load factor of the AC motor 5A is 0.5 or less. When this happens, the switch 9B is opened, the switch 7A or 7B is closed, and the inverter device 2A or 2B that does not drive the AC motor 5A is operated. If comprised in this way, it will become possible to perform the low frequency driving | operation of AC motor 5B, ie, energy saving operation, without providing a dedicated energy saving inverter apparatus.
以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、実施例は２台のインバータ装置で構成される並列多重インバータ装置について説明したが、３台以上の構成であっても基本的に同一の運転動作フローとなる。一般にＮ台（Ｎは２以上の整数）のインバータ装置で構成される並列多重インバータ装置では、主駆動電動機の負荷率が（Ｎ−１）／Ｎ以下となったとき、インバータ装置１台を切り離し可能で、この切り離されたインバータ装置でその容量が１／Ｎ以下の交流電動機を駆動することが可能となる。尚、この場合の負荷率（Ｎ−１）／Ｎ以下には、主交流電動機５Ａが停止して負荷率０となっている状態を含む。 For example, although the Example demonstrated the parallel multiple inverter apparatus comprised by two inverter apparatuses, even if it is the structure of three or more, it becomes the same driving | operation operation | movement flow. In general, in a parallel multiple inverter device composed of N inverter devices (N is an integer of 2 or more), when the load factor of the main drive motor becomes (N-1) / N or less, one inverter device is disconnected. It is possible to drive an AC motor having a capacity of 1 / N or less with the separated inverter device. Note that the load factor (N-1) / N or less in this case includes a state where the main AC motor 5A is stopped and the load factor is zero.
また、駆動容量の安全性を考えて、例えば図３のステップＳＴ２において、負荷率０．５の判定を０．４に変更しても良い。 In consideration of the safety of the drive capacity, for example, the determination of the load factor 0.5 may be changed to 0.4 in step ST2 of FIG.
また、実施例３では交流電動機５Ｂが主交流電動機である交流電動機５Ａ本体の冷却動力となる例を示したが、主交流電動機本体に限らず、少なくともインバータ装置２台のうちの１台を冷却するものであっても良い。そして補助交流電動機である交流電動機５Ｂは、総容量が主交流電動機５Ａの半分以下であれば、複数台の交流電動機が並列駆動されている構成であっても良い。 In the third embodiment, the AC motor 5B is an example of cooling power for the main body of the AC motor 5A that is the main AC motor. However, the present invention is not limited to the main AC motor body, and at least one of the two inverter devices is cooled. It may be what you do. The AC motor 5B, which is an auxiliary AC motor, may have a configuration in which a plurality of AC motors are driven in parallel as long as the total capacity is not more than half that of the main AC motor 5A.
更に、図１において相間リアクトル３Ａ、３Ｂは必ずしも運転切替盤２０内に設ける必要はない。また図４において、開閉器９Ｂは運転切替盤２０内に設けても良い。 Further, in FIG. 1, the interphase reactors 3 </ b> A and 3 </ b> B are not necessarily provided in the operation switching panel 20. In FIG. 4, the switch 9 </ b> B may be provided in the operation switching board 20.
１、１Ａ 交流電源
２Ａ、２Ｂ インバータ装置
３Ａ、３Ｂ 相間リアクトル
４Ａ、４Ｂ 開閉器
５Ａ、５Ｂ 交流電動機
６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ 開閉器
８Ａ、８Ｂ 制御装置
９Ｂ 開閉器
１０ 全体制御装置
２０ 運転切替盤
1, 1A AC power supply 2A, 2B Inverter device 3A, 3B Interphase reactor 4A, 4B Switch 5A, 5B AC motor 6A, 6B, 7A, 7B Switch 8A, 8B Controller 9B Switch 10 Overall controller 20 Operation switching board
Claims (5)
前記主交流電動機の負荷率が（Ｎ−１）／Ｎ以下となったとき、前記運転切替盤内の開閉器を切替えることによって、（Ｎ−１）台のインバータ装置で前記主交流電動機を駆動すると共に、前期主交流電動機を駆動しない１台のインバータ装置で主交流電動機の１／Ｎ以下の容量を有する補助交流電動機を駆動するようにしたことを特徴とする並列多重インバータ装置。 A parallel multiple inverter device in which the main AC motors are driven through a common operation switching board for each output of N (N is an integer of 2 or more) inverter devices,
When the load factor of the main AC motor becomes (N-1) / N or less, the main AC motor is driven by (N-1) inverter devices by switching the switch in the operation switching panel. In addition, a parallel multiple inverter apparatus characterized in that an auxiliary AC motor having a capacity of 1 / N or less of the main AC motor is driven by one inverter apparatus that does not drive the main AC motor in the previous period.
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