JP2018099025A - Apparatus and method for starting and operating ac motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般には、交流電動機の始動と運転のための装置及び方法に関し、とくに、無駄な消費電力を削減するための技術に関する。 The present invention generally relates to an apparatus and method for starting and operating an AC motor, and more particularly to a technique for reducing wasteful power consumption.
コンプレッサやポンプなどの作業機械を駆動する交流電動機において、作業機械の駆動を停止する時、つまり電動機にとり無負荷状態の時には、電動機を停止することが、無駄な消費電力を削減するために望ましい。コンプレッサやポンプなど交流電動機で駆動される作業機械では無負荷状態が高い頻度で発生するが、その都度に電動機を停止させれば、大きな電力削減が期待できる。 In an AC motor that drives a work machine such as a compressor or a pump, it is desirable to stop the motor when driving the work machine, that is, when the motor is in a no-load state, in order to reduce wasteful power consumption. In a working machine driven by an AC electric motor such as a compressor or a pump, a no-load state frequently occurs. If the electric motor is stopped each time, a large power reduction can be expected.
しかし、停止後に交流電動機を再始動する際、大きな始動電流と大きな始動トルクが発生し、それにより、電動機巻線(固定子及び回転子)が高温に発熱したり、機械的ストレスにより、鉄心や回転子バー・短絡環の緩みから回転子バーの折損などが生じたりする可能性がある。また、作業機械に大きな力が急激にかかって作業機械に悪影響を与える可能性もある。とくに高電圧の大容量の交流電動機において、これらの悪影響は顕著であり、電動機の頻繁な停止と再始動は電動機の損傷又は寿命短縮を引き起こすおそれがある。したがって、大容量の交流電動機の始動の頻度は非常に低いレベルに制限されている。例えば、1日の間に何度も無負荷状態が生じても、1日中運転され続けるのが現状である。 However, when the AC motor is restarted after stopping, a large starting current and a large starting torque are generated. As a result, the motor windings (stator and rotor) generate heat to a high temperature or due to mechanical stress, There is a possibility of breakage of the rotor bar due to looseness of the rotor bar and short circuit ring. In addition, a large force is suddenly applied to the work machine, which may adversely affect the work machine. Especially in a high voltage and large capacity AC motor, these adverse effects are remarkable, and frequent stop and restart of the motor may cause damage to the motor or shorten the life. Therefore, the frequency of start-up of a large capacity AC motor is limited to a very low level. For example, even if a no-load condition occurs many times during the day, the current situation is that the vehicle continues to operate all day.
始動電流と始動トルクを抑制しながら交流電動機を始動するために、幾つかの減電圧始動法が知られている。例えば三相かご型誘導電動機の代表的な減電圧始動法として、スターデルタ始動、リアクトル始動、補償器始動、インバータ始動などがある。 In order to start the AC motor while suppressing the starting current and the starting torque, several reduced voltage starting methods are known. For example, typical reduced voltage starting methods for a three-phase squirrel-cage induction motor include star delta starting, reactor starting, compensator starting, and inverter starting.
特許文献1及び非特許文献1には、上記とは別の減電圧始動法を行う装置が開示されている。この始動装置は、サイリスタ位相制御を用いて、三相誘導電動機の入力電圧を緩やかに上げていく。
この始動装置は、伝統的なスターデルタ始動、リアクトル始動及び補償器始動よりも効果的に、始動電流と始動トルクを抑制することができる。また、この始動装置は、インバータ始動と比較して、インバータの交直変換と直交変換での無駄な電力損失がない分、より効果的に消費電力を削減できる。また、この始動装置は、上記変換ロスが無いことで、熱の発生が極少であるため、本体寿命が長く、高調波・ノイズ対策の必要性が低い。 This starter can suppress start current and start torque more effectively than traditional star delta start, reactor start and compensator start. In addition, this starting device can reduce power consumption more effectively compared to the inverter starting because there is no useless power loss in the AC / DC conversion and the orthogonal conversion of the inverter. In addition, since this starter has no conversion loss, heat generation is minimal, so that the life of the main body is long, and the necessity for measures against harmonics and noise is low.
本発明の目的は、交流電動機の運転時の無駄な消費電力を削減することにある。 An object of the present invention is to reduce wasteful power consumption during operation of an AC motor.
本発明の別の目的は、交流電動機の始動時の交流電動機への悪影響を抑制することにある。 Another object of the present invention is to suppress adverse effects on the AC motor when the AC motor is started.
本発明のまた別の目的は、交流電動機の始動をより適切に行えるようにすることにある。 Another object of the present invention is to make it possible to start the AC motor more appropriately.
本発明のまた別の目的は、交流電動機の始動装置の利便性を高めることにある。 Another object of the present invention is to improve the convenience of a starter for an AC motor.
一例としての交流電動機の始動及び運転のための装置は、交流電動機の始動時に、電源の全電圧から低減された電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを備える。 An apparatus for starting and operating an AC motor as an example includes a starting circuit that outputs a voltage reduced from the total voltage of the power source to the AC motor when the AC motor is started, and a total voltage of the power source when the AC motor is operating. Is supplied to the AC motor, and a starting circuit and a controller for driving the switch are provided.
前記コントローラは、以下のステップを有する制御プロセスを実行するように構成されてよい。
・交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップ
・交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップ
・交流電動機の運転時に、交流電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合、開閉器を開いて交流電動機を停止するステップ
・交流電動機を停止した後に、交流電動機が負荷状態になったと判断した場合、始動回路を駆動して交流電動機を始動するステップ
・交流電動機を始動した後に開閉器を閉じて交流電動機の運転に入るステップ
The controller may be configured to execute a control process having the following steps.
・ Steps to determine whether the AC motor is loaded or unloaded ・ Steps to determine whether the AC motor is in a restartable state ・ When the AC motor is in operation, If it is determined that the AC motor can be restarted at the same time, open the switch to stop the AC motor.After stopping the AC motor, if it is determined that the AC motor is in a load state, drive the start circuit. Steps for starting the AC motor ・ Steps for starting the AC motor by closing the switch after starting the AC motor
上記の始動及び運転装置は、電動機の運転中、電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合、開閉器を開いて交流電動機を停止する。これにより、無負荷状態でも電動機を運転するという従来の運転方法で無駄に消費されていていた電力が削減される。 The above starting and operating device opens the switch and stops the AC motor when it is determined that the motor is in a no-load state and can be restarted at the same time during operation of the motor. As a result, the electric power that was wasted in the conventional operation method of operating the electric motor even in a no-load state is reduced.
また、上記の始動及び運転装置は、電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合に、電動機を停止させ、その後、電動機が負荷状態になると、電動機の減圧始動を行う。このとき、電動機は再始動可能状態であるから、始動による電動機への悪影響は小さい。 In addition, the above starting and operating device stops the electric motor when it is determined that the electric motor is in a no-load state and can be restarted at the same time. . At this time, since the electric motor is in a restartable state, an adverse effect on the electric motor due to the start is small.
電動機が再始動可能状態か否かの判断は、例えば、電動機の温度状態に関連する情報に基づいて行うことができる。そのような情報として、例えば、電動機の巻線温度、電動機の筐体温度、電動機の騒音や振動、電動機の始動の頻度、電動機の回転速度と出力トルクなどがあり得る。 The determination as to whether or not the motor is in a restartable state can be made based on information related to the temperature state of the motor, for example. Such information may include, for example, motor winding temperature, motor housing temperature, motor noise and vibration, motor start frequency, motor rotation speed and output torque, and the like.
電動機が負荷状態か無負荷状態かの判断は、電動機により駆動される作業機械の運転又は停止に関連する情報に基づいて行うことができる。そのような情報としては、例えば、作業機械の運転指令又は停止指令、作業機械の運転と停止の制御で用いられる所定のパラメータ値などがあり得る。 The determination of whether the electric motor is in a loaded state or an unloaded state can be made based on information related to the operation or stop of the work machine driven by the electric motor. Such information may be, for example, a work machine operation command or stop command, a predetermined parameter value used in the control of the work machine operation and stop, and the like.
始動回路として、電源と電動機との間に設けられた複数の半導体スイッチング素子(例えば、各相について逆並列接続されたサイリスタのペア)を有するものを用いることができる。そして、それら半導体スイッチング素子の点弧位相角を制御することで、減電圧始動を行うことができる。 As the starting circuit, one having a plurality of semiconductor switching elements (for example, a pair of thyristors connected in antiparallel for each phase) provided between the power source and the electric motor can be used. Then, the voltage drop start can be performed by controlling the ignition phase angle of these semiconductor switching elements.
このような始動回路を用いると、点弧角制御により始動電圧を任意のパターンに制御できるので、始動による電動機への悪影響を効果的に低減できる。それゆえ、電動機が再始動可能状態であると判断するための基準を緩く設定できる。その結果、無負荷時に電動機を停止できる機会が増え、消費電力をより効果的に削減できる。 When such a starting circuit is used, the starting voltage can be controlled in an arbitrary pattern by the ignition angle control, so that the adverse effect on the motor due to the starting can be effectively reduced. Therefore, it is possible to loosely set a reference for determining that the electric motor is in a restartable state. As a result, the opportunity to stop the motor at no load increases, and the power consumption can be more effectively reduced.
本発明に従う始動及び運転装置は、コントローラで異常又は故障が発生した場合に開閉器を手動又は自動で開閉するための故障対策モジュールを備えてもよい。それにより、コントローラが異常又は故障のときでも、電動機の始動、運転及び停止が行える。 The starting and operating device according to the present invention may include a failure countermeasure module for opening or closing the switch manually or automatically when an abnormality or failure occurs in the controller. Thereby, even when the controller is abnormal or faulty, the motor can be started, operated and stopped.
コントローラが、次のステップを有する料金通知プロセスを実行するように構成されてよい。
・交流電動機が無負荷状態で停止した時の時間長を把握するステップ
・交流電動機が無負荷状態で運転した時の消費電力を把握するステップ
・上記時間長と上記消費電力に基づいて、交流電動機が無負荷状態で停止したことにより削減された電気料金又は消費電力量を計算するステップ
・削減された電気料金又は消費電力量をユーザに通知するステップ
The controller may be configured to perform a fee notification process having the following steps.
・ Steps for grasping the length of time when the AC motor stops in a no-load state ・ Steps for grasping the power consumption when the AC motor is operated in a no-load state ・ Based on the above-mentioned time length and the power consumption, the AC motor A step of calculating the electricity bill or power consumption reduced due to the shutdown in the no-load state and the step of notifying the user of the electricity bill or power consumption reduced
上記の料金通知プロセスにより、ユーザは、無負荷時の電動機の停止によるメリットを具体的な数値として実感することができる。 By the above charge notification process, the user can realize the merit of stopping the motor when there is no load as a specific numerical value.
コントローラは、電動機の始動時に、始動回路の出力電圧を、あらかじめ設定された始動電圧パターンと比較し、その偏差がゼロになるように半導体スイッチング素子の点弧位相角を制御するように構成されてよい。これにより、電動機の始動電圧を所定の電圧パターンに精度よく一致させることができる。電動機及び作業機械の特定に応じて電圧パターンを適切に選ぶことで、始動の電動機への悪影響を効果的に抑制できる。 The controller is configured to control the ignition phase angle of the semiconductor switching element so that the deviation of the output voltage of the starting circuit is compared with a preset starting voltage pattern at the time of starting the electric motor, and the deviation becomes zero. Good. Thereby, the starting voltage of an electric motor can be made to correspond with a predetermined voltage pattern accurately. By appropriately selecting the voltage pattern according to the specification of the electric motor and the work machine, it is possible to effectively suppress the adverse effect on the starting electric motor.
コントローラは、電動機の始動時に電動機の回転速度を監視し、その回転速度に基づいて開閉器を閉じるタイミングを制御するように構成されてよい。それにより、始動時に電動機にかかる負荷の大きさや特性に影響されずに、始動の完了を適切にとらえて電動機を運転に移行させることが容易になる。 The controller may be configured to monitor the rotational speed of the electric motor when starting the electric motor, and to control the timing for closing the switch based on the rotational speed. Accordingly, it is easy to appropriately detect the completion of the start and shift the motor to the operation without being influenced by the magnitude and characteristics of the load applied to the motor at the start.
一例としての交流電動機の始動及び運転のための方法は、以下のステップを有することができる。
・交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップ
・交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップ
・交流電動機の運転時に、交流電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合、交流電動機を停止するステップ
・交流電動機を停止した後に、交流電動機が負荷状態になると判断した場合、交流電動機の減電圧始動を行うステップ
・減電圧始動の後に交流電動機の運転に入るステップ
An example method for starting and operating an AC motor may include the following steps.
・ Steps to determine whether the AC motor is loaded or unloaded ・ Steps to determine whether the AC motor is in a restartable state ・ When the AC motor is in operation, Steps to stop the AC motor if it is determined that the AC motor can be restarted at the same time ・ Steps to start the voltage reduction of the AC motor if it is determined that the AC motor is in a load state after stopping the AC motor Step to start AC motor after starting
一例としての交流電動機の始動及び運転装置は、電源から交流電動機へ給電するための主給電パスと、その主給電パスに並列接続された保守用バイパスとを備える。そして、主給電パスは、交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを有して、上記の始動回路と開閉器の一方又は双方を通じて電源から交流電動機へ給電できるように構成される。また、保守用バイパスは、これを開閉する保守用バイパス開閉器を有して、主給電パスの保守時に、保守用バイパスを通じて電源から交流電動機へ給電できるように構成される。 An AC motor start-up and operation device as an example includes a main power supply path for supplying power from a power source to the AC motor, and a maintenance bypass connected in parallel to the main power supply path. The main power supply path includes a start circuit that outputs the reduced AC voltage to the AC motor by switching the AC total voltage from the power source when the AC motor is started, and the AC power source that is connected to the AC power source when the AC motor is in operation. It has a switch that outputs to the motor, a starter circuit, and a controller that drives the switch, and is configured so that power can be supplied from the power source to the AC motor through one or both of the starter circuit and the switch. The maintenance bypass has a maintenance bypass switch that opens and closes the maintenance bypass, and is configured to supply power from the power source to the AC motor through the maintenance bypass during maintenance of the main power supply path.
一例としての交流電動機の始動及び運転装置は、交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを有する。コントローラは、始動回路と開閉器を制御するための制御パラメータを有し、その制御パラメータを用いて、始動回路と開閉器を駆動する。その制御パラメータは変更可能である。制御パラメータにより始動回路と開閉器を適切に制御することにより、電動機の始動時の電動機への悪影響を抑制する、あるいは、電動機とその負荷機械の状態に応じて電動機の停止及び再始動を電動機への悪影響を抑えつつ制御することができる。このことは、電動機の無負荷時などに電動機の停止をより頻繁に行うことを可能にして無駄な消費電力を削減するのに役立つ。 As an example, an AC motor start-up and operation device includes a start circuit that outputs a reduced AC voltage to an AC motor by switching all AC voltages from the power source when the AC motor is started, and a power source that is operated when the AC motor is operated. A switch that outputs all of the voltage to the AC motor, a starting circuit, and a controller that drives the switch. The controller has control parameters for controlling the starting circuit and the switch, and drives the starting circuit and the switch using the control parameter. The control parameters can be changed. By appropriately controlling the starting circuit and the switch according to the control parameters, adverse effects on the motor at the start of the motor are suppressed, or the motor is stopped and restarted according to the state of the motor and its load machine. It is possible to control while suppressing the adverse effect of. This is useful for reducing unnecessary power consumption by allowing the motor to be stopped more frequently when the motor is not loaded.
上述した制御パラメータの例は、電動機の始動時に始動及び運転装置から電動機への出力電圧を制御するための始動電圧パターン、あるいは、電動機の停止時に始動及び運転装置から電動機への出力電圧を制御するための停止電圧パターンであり得る。始動電圧パターンの一例は、3段以上の複数段に分けて始動回路の出力電圧を上昇させるように構成された多段始動電圧パターンであり得る。この多段始動電圧パターンは、各段において、始動回路の出力電圧を、前段電圧から現段電圧へ上昇させた後、電流安定時間の間、現段電圧に維持する。また、この多段始動電圧パターンは、電動機の始動電流を小さくして始動の悪影響を減らす目的にも有用である。 Examples of the control parameters described above are the start voltage pattern for controlling the output voltage from the start and operation device to the motor when the motor is started, or the output voltage from the start and operation device to the motor when the motor is stopped. The stop voltage pattern may be An example of the starting voltage pattern may be a multi-stage starting voltage pattern configured to increase the output voltage of the starting circuit in multiple stages of three or more stages. This multi-stage starting voltage pattern maintains the current stage voltage for the current stabilization time after raising the output voltage of the starting circuit from the previous stage voltage to the current stage voltage in each stage. This multistage starting voltage pattern is also useful for the purpose of reducing the starting current of the motor and reducing the adverse effects of starting.
上述した制御パラメータの別の例は、電動機の運転中に電動機を停止するか否かの判断、及び/又は、一旦停止させた電動機を再始動するか否かの判断、又は、それらの判断を行うための、電動機及び作業機械の状態に関する条件であり得る。その制御パラメータの制御により、上記の判断を適切に行って、電動機の停止タイミング、及び/又は、再始動タイミングを適切に制御することにより、電動機の無駄な消費電力を削減することができる。 Another example of the control parameter described above is to determine whether to stop the motor during operation of the motor and / or to determine whether to restart the motor once stopped or It may be a condition relating to the state of the electric motor and work machine to do. By controlling the control parameters, the above determination is appropriately performed, and the stop timing and / or restart timing of the motor is appropriately controlled, so that useless power consumption of the motor can be reduced.
上述したコントローラは、それがもつ各種の制御パラメータが、それらの制御パラメータを決定する機能を学習した学習済ニューラルネットワークにより制御されるように、構成されてよい。学習済ニューラルネットワークは、コントローラ内に設けられてもよいし、あるいは、コントローラ外に設けれられて、コントローラに制御パラメータを提供するためにコントローラと通信接続可能に構成されてもよい。 The controller described above may be configured such that the various control parameters it has are controlled by a learned neural network that has learned the function of determining those control parameters. The learned neural network may be provided within the controller, or may be provided outside the controller and configured to be communicatively connected to the controller to provide control parameters to the controller.
一例としての交流電動機の始動及び運転装置のためのパラメータ制御システムは、1又は複数の現場に配置された1又は複数の交流電動機の始動及び運転装置と通信接続可能なサーバコンピュータを備える。各現場の始動及び運転装置は、各現場の交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを有する。コントローラは、始動回路と開閉器を制御するための制御パラメータを有し、その制御パラメータは変更可能である。また、サーバコンピュータは、それぞれの現場の交流電動機とそれに接続された作業機械に関する現場データを格納した現場データベースと、その現場データに基づいて各現場用の制御パラメータを制御する推論システムと、推論システムにより制御された各現場用の制御パラメータを各現場のコントローラに提供するインタフェースとを有する。 As an example, a parameter control system for an AC motor start-up and operation device includes a server computer communicably connected to one or more AC motor start-up and operation devices located at one or more sites. Each on-site starting and operating device includes a starting circuit that outputs a reduced AC voltage to the AC motor by switching all AC voltages from the power source when starting the AC motor at each site, and a power source when operating the AC motor. A switch that outputs all of the voltage to the AC motor, a starting circuit, and a controller that drives the switch. The controller has control parameters for controlling the starting circuit and the switch, and the control parameters can be changed. In addition, the server computer includes an on-site database that stores on-site data on the AC motors at each site and work machines connected thereto, an inference system that controls control parameters for each site based on the on-site data, and an inference system And an interface for providing control parameters for each site controlled by the controller to each site.
上記のパラメータ制御システムは、1又は複数の現場に設置された交流電動機の始動及び運転装置に、それぞれの交流電動機に加えられる電圧を制御するための制御パラメータを提供し、その制御パラメータを制御することができる。制御パラメータを適切に制御することで、電動機の始動電流を小さくして、始動の悪影響を抑える、あるいは、電動機への悪影響を抑えつつ電動機の不要な運転を停止したりすることができる。これは、電動機の無駄な消費電力を削減することに寄与する。 The above parameter control system provides a control parameter for controlling a voltage applied to each AC motor to an AC motor start and operation device installed in one or a plurality of sites, and controls the control parameter. be able to. By appropriately controlling the control parameters, it is possible to reduce the starting current of the motor and suppress the adverse effect of starting, or to stop unnecessary operation of the motor while suppressing the adverse effect on the motor. This contributes to reducing useless power consumption of the electric motor.
上記のパラメータ制御システムにおいて、各現場の始動及び運転装置は、各現場の現場データをセンサなどから入手してサーバコンピュータに送信するように構成されてよい。 In the above parameter control system, the starting and operating device of each site may be configured to obtain the site data of each site from a sensor or the like and transmit it to the server computer.
さらに、サーバコンピュータの推論システムは、各現場の現場データから各現場用の制御パラメータを制御する関数又はアルゴリズムを機械学習したニューラルネットワークを有することができる。そのニューラルネットワークは、各現場の始動及び運転装置からサーバコンピュータに供給された現場データを用いて上記のアルゴリズムを学習するように構成されてよい。推論システムのニューラルネットワークは、1又は複数の現場から集められた大量の現場データを用いて機械学習により、最適な制御パラメータを自動的に割り出す機能を習得するように構成されてよい。そのように1又は複数の現場から現場データを収集してニューラルネットワークの機械学習を行うための学習システムが、サーバコンピュータ内に、又は、サーバコンピュータ外に設けられてよい。その推論システムを利用することで、電動機の始動と運転の状態を監視しそれを最適化することができる。また、電動機の異常を予知したり、検知したり、予防したり、不必要な点検作業を減らしたりして、設備の休止期間を短くすることにも役立つ。 Furthermore, the inference system of the server computer can have a neural network in which functions or algorithms for controlling the control parameters for each site are machine-learned from the field data of each site. The neural network may be configured to learn the above algorithm using field data supplied to the server computer from each field start and run device. The neural network of the inference system may be configured to acquire a function for automatically determining optimum control parameters by machine learning using a large amount of field data collected from one or more fields. As described above, a learning system for collecting field data from one or a plurality of fields and performing machine learning of a neural network may be provided in the server computer or outside the server computer. By using the reasoning system, it is possible to monitor and optimize the starting and operating states of the motor. It also helps to shorten equipment downtime by predicting, detecting, preventing, and reducing unnecessary inspection work for motors.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る交流電動機の始動及び運転装置の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of an AC motor starting and operating apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、始動及び運転装置1は、三相交流電源3と三相交流電動機5との間に設けられ、電動機5の入力電圧を制御することができる。電動機5は、例えば三相かご型誘導電動機である。作業機械9を駆動するために、電動機5の出力回転軸7は作業機械9の入力回転軸に結合される。作業機械9は、例えばコンプレッサ、ポンプ、ブロワ、又はその他の電動機で駆動される機械であってよい。電動機5の回転軸7には、電動機5を冷却するための冷却装置(例えば、送風ファン)(図示省略)も結合されている。
As shown in FIG. 1, the starting and
始動及び運転装置1は、始動回路11、メイン開閉器13、バイパス開閉器15、コントローラ17、及び手動始動及び停止スイッチ19などを有する。
The starting and
始動回路11は、電源3と電動機5の間の三相電源ラインに挿入され、電動機5の始動時と停止時に電動機5の三相入力電圧を制御する。本実施形態では、始動回路11は、逆並列接続された半導体スイッチング素子、例えば逆並列接続されたサイリスタのペア(サイリスタ・スタック)を、各相の要素として有する。
The starting
コントローラ17が始動回路11の三相サイリスタ・スタックの点弧位相角を制御して、電動機5の入力電圧を低い値から徐々に上げていくことにより、電動機5の減電圧始動を行なうことができる。このようなサイリスタ位相制御を用いた電動機5の減電圧始動の基本的方法は、前述した、特許文献1又は非特許文献1に開示されている。
The
電動機5を停止させる時、コントローラ17が始動回路11の三相サイリスタ・スタックの点弧位相角を制御して、電動機5の入力電圧を徐々に小さくしていくことにより、電動機5及び作業機械9をソフトに停止させることができる(これをソフト・ストップという)。さらに、電動機5を停止させる時、始動回路11の三相サイリスタ・スタックの片方向のサイリスタだけを導通させて電動機5に直流電圧を印加することにより、電動機5を発電機として機能させて、電動機5及び作業機械9に制動をかけることもできる(これをダイナミック・ブレーキという)。
When the
電源3と電動機5の間の三相電源ラインには、さらに、始動回路11の一時側に、始動回路11と直列に、メイン開閉器13が挿入される。メイン開閉器13は、三相の電磁開閉器であり、そのターンONとターンOFFがコントローラ17によって制御される。メイン開閉器13がONのときのみ、始動回路11が機能することができる。
In the three-phase power line between the power source 3 and the
さらに、その三相電源ラインには始動回路11と並列に、バイパス開閉器15が設けられる。バイパス開閉器15は、三相の電磁開閉器であり、そのターンONとターンOFFがコントローラ17によって制御される。バイパス開閉器15がONのとき、電動機5は電源3と直接接続され、全電圧が電動機5に入力される。始動回路11による減電圧始動を行っている最中は、バイパス開閉器15はOFF状態にされる。減電圧始動が完了したとき、バイパス開閉器15をターンONすることで、電動機5は始動状態から運転状態へ移行する。なお、始動完了の際、例えば、始動回路11の出力電圧と電源電圧とが一致したとき、バイパス開閉器15をターンONし、その後ある時間(例えば2秒)の間は始動回路11とバイパス開閉器15を並列でON状態とし、その後に始動回路11をターンOFFするようにしてもよい。それにより、電位差や位相差を抑えて、バイパス開閉器15のターンON時のショック及び接点摩耗を低減できる。
Further, a
コントローラ17は、始動回路11、メイン開閉器13及びバイパス開閉器15を制御することで、電動機5の始動及び運転を制御する。コントローラ17が行う始動及び運転制御には、電動機5の消費電力を削減するためのサブ制御が含まれる。この電力削減のためのサブ制御とは、電動機5の運転中に電動機5が無負荷状態になったとき(つまり、作業機械9の運転を停止すべきとき、又は、停止してよいとき)、所定の条件が成立すれば、電動機5を停止し、その後、電動機5が再び負荷状態になったとき(つまり、作業機械9の運転を再開すべきとき)、電動機5を減電圧始動する、という機能である。ここで、上記の「所定の条件」とは、電動機5の一時的な停止が許される(あるいは、その一時停止の直後の電動機5の再始動)が許される条件である。この条件の一つは、例えば、電動機5の巻線(固定子巻線又は/及び回転子巻線)の温度がある閾値温度より低いことである。さらに、コントローラ17は、上記の電力削減のためのサブ制御によって削減された電力料金を、ユーザに通知する(例えば、表示する)機能も有する。
The
コントローラ17への入力信号には、例えば、電動機5への三相入力電流を示す入力電流信号21、電動機5への三相入力電圧を示す入力電圧信号23、バイパス開閉器15のON/OFF状態を示すバイパス状態信号25、電動機5の巻線の温度を示す巻線温度信号27、電動機5の回転速度を示す回転速度信号31、作業機械9の運転及び停止指令35などがある。さらに、電動機5の振動及び音をそれぞれ示す信号(図示省略)など、電動機5の何らかの状態を示すその他の信号も、コントローラ17の入力信号になり得る。入力電流信号21は、例えば、電源3からの三相電源ラインに設けられた計器用変流器CTから提供される。入力電圧信号23は、例えば、電動機5への三相電源ラインに設けられた計器用変圧器VTから提供される。バイパス状態信号25は、例えば、バイパス開閉器15の補助接点(図示せず)から提供される。巻線温度信号27は、例えば、電動機5の巻線内(例えば、固定子巻線内又は回転子巻線)(又は、電動機5の筐体のように固定子巻線に近い個所、あるいは、電動機の回転軸のように回転子巻線に近い個所)に設けられた温度センサ29(接触式の温度センサだけでなく、赤外線温度センサのように非接触で機能するものでも、あるいは、無線でセンシング結果を送信できる温度センサを使用してもいいし、あるいは、抵抗値など他のパラメータから演算で温度を推定するものでもいい)から提供される。回転速度信号31は、例えば、電動機5の出力回転軸7に設けられた回転速度計33から提供される。運転及び停止指令35は、作業機械9を運転しろ、又は、停止しろという命令であり、例えば、作業機械9から提供される。
The input signal to the
上述した運転及び停止指令35は、電動機5が負荷状態であるか無負荷状態であるかをコントローラ17が知るために用いられる。したがって、作業機械9を運転するか停止するかの判断材料となり得る1種類以上のパラメータ値を、運転及び停止指令35の代わりに、又は運転及び停止指令35と組み合わせて、負荷/無負荷の判断に用いてもよい。そのようなパラメータ値として、作業機械9の種類、役割又は機能に応じて、圧力、温度、電流値、液面高さ、濃度、重量、水質、光電センサ信号、又は深さなどを選択的又は組み合わせて採用し得る。例えば、作業機械9がコンプレッサである場合のコンプレッサの供給圧力、空気槽の圧力、又は配管圧力などが上記パラメータ値として採用できる。例えば、作業機械9が貯水のための揚水ポンプである場合の貯水の水位、作業機械9がブロワである場合のブロワの風量及び/又は風力、作業機械9が集塵機である場合の粉塵や二酸化炭素などの濃度、あるいは、作業機械9が冷凍機である場合の冷却対象の温度などが、上記パラメータ値として採用できる。
The operation and stop
上述した巻線温度信号27は、電動機5の一時的な停止(又は、その一時停止直後の電動機5の再始動)が許されるか否かをコントローラ17が判断するために用いられる。したがって、この判断の材料となり得る他の1以上の特性値を示す信号を、巻線温度信号27の代わりに、又は巻線温度信号27と組み合わせて、用いてもよい。そのような特性値として、例えば、電動機5の巻線以外の個所の温度、電動機5の最近過去所定期間の再始動の頻度又は時間的間隔、電動機5の最近過去所定期間の消費電力、電動機5の最近過去所定期間の回転速度と出力トルク、あるいは、電動機5の騒音又は振動の大きさなどが採用し得る。
The winding
コントローラ17からの出力信号には、例えば、メイン開閉器13を開閉するためのメイン開閉信号41、バイパス開閉器15を開閉するためのバイパス開閉信号43、及び始動回路11のそれぞれのサイリスタへの点弧信号45などがある。
The output signal from the
コントローラ17のハードウェア構成には、さまざまな設計が採用できる。図1では、コントローラ17の制御機能を分かりやすく説明する都合から、コントローラ17は、ある程度に簡素なモデルの形態で図示されており、このモデルは一つのコンピュータのように見える。しかし、これは単なる例示にすぎず、例えば、複数のプログラマブルロジックコントローラ、コンピュータ又はその他の電子回路の組み合わせ用いて、コントローラ17が構成されてもよい。
Various designs can be adopted for the hardware configuration of the
図1に示された構成例によれば、コントローラ17は、入出力インタフェース51、CPU53、記憶装置55、表示器57、及び操作盤59などを有する。入出力インタフェース51は、上述した入出力信号21、23、25、27、31、35、41、43、45を上述したデバイスCT、VT、9、11、13、15、29、33と送受する。CPU53は、電動機5の始動及び運転の制御ための情報処理、及び削減電力の表示のための情報処理などを行う。記憶装置55は、CPU53の動作のためのプログラムやデータを記憶し、また、CPU53に作業領域を提供する。表示器57は、例えば、複数の表示ランプ、液晶表示パネル、又はそれらの組み合わせであり、電動機5の始動及び運転に関する所定情報をユーザに提供する。操作盤59は、例えば、複数の手動スイッチ又は手動ボタン、タッチパネル、又はそれらの組み合わせであり、ユーザに操作されて電動機5の始動及び運転に関する条件設定やデータ入力を行う。
According to the configuration example shown in FIG. 1, the
コントローラ17は、特定の機能を専用に行う1以上の特定機能モジュール61を有してもよい。例えば、始動回路11への点弧信号45の位相角を制御するサイリスタ位相制御回路を、特定機能モジュール61として設けてもよい。
The
コントローラ17は、また、故障対策モジュール63を有してもよい。故障対策モジュール63は、コントローラ17内で正常の制御が行えなくなる障害が発生したとき、コントローラ17の正常制御から独立して、電動機5の始動及び停止を行なう。すなわち、故障対策モジュール63は、コントローラ17内で発生する障害を監視し、コントローラ17の正常な制御を妨げる所定の障害(例えば、CPU53のエラーあるいは故障、又は表示器57の故障など)の発生を認識したとき、コントローラ17の正常制御に基づき出力されるバイパス開閉信号43とは別のバイパス開閉信号65をバイパス開閉器15に出力して、バイパス開閉器15の開閉を制御する。それにより、コントローラ17が正常な制御を行えないときであっても、電動機5の始動、運転及び停止を行うことができる。
The
手動始動及び停止スイッチ19は、上述した故障対策モジュール63と同様の機能を、ユーザが手動で行うためのスイッチである。すなわち、コントローラ17が正常な制御を行えない状態にある(例えば、表示器57が消えていて、コントローラ17の状態がユーザに分からない)ことをユーザが知った場合、ユーザは手動始動停止ボタン19を操作して、コントローラ17からのバイパス開閉信号43とは別のバイパス開閉信号47をバイパス開閉器15に印加することができる。それにより、コントローラ17の故障時、ユーザは手動で電動機5を始動、運転及び停止することができる。
The manual start /
図2は、コントローラ17により行われる電動機5の始動及び運転の制御において、無負荷時及び負荷時に電動機5を運転するか停止するかを判断するために用いられる、電動機5の巻線温度に関する条件を示す。
FIG. 2 shows a condition relating to the winding temperature of the
図2に示すように、異なる2つの設定温度T1、T2がある。低い方の第1の設定温度T1には、巻線温度がそれより低ければ、無負荷時に電動機5を停止しても(その後に始動回路11による減電圧始動を行っても)電動機5において巻線の過熱などの問題は起きないという温度が選ばれている。高い方の第2の設定温度T2には、巻線温度がそれ以上であれば、負荷か無負荷かにかかわらず電動機5を停止することが電動機5にとり安全であるという温度が選ばれている。これらの設定温度T1、T2は、操作盤59で設定され記憶装置55に記憶される。
As shown in FIG. 2, there are two different set temperatures T1 and T2. If the winding temperature is lower than the lower first set temperature T1, the winding in the
したがって、コントローラ17は、巻線温度が第1の設定温度T1より低い第1の場合には、負荷時には電動機5を運転するが、無負荷時には電動機5を停止する。この無負荷時の電動機5の停止により、電動機5の無駄な消費電力が削減される。
Therefore, in the first case where the winding temperature is lower than the first set temperature T1, the
また、巻線温度が第1の設定温度T1と第2の設定温度T2の間にある第2の場合には、コントローラ17は、負荷時にも無負荷時にも電動機5を運転する。また、巻線温度が第2の設定温度T2以上である第3の場合には、負荷時にも無負荷時にも電動機5を停止する。ただし、第3の場合において、電動機5を直ぐに停止させず、電動機5の運転をしばらく続けることで、巻線温度が安全な温度(例えば、第1の設定温度T1以下)になるまで電動機5を冷却し、その後に電動機5を停止させるようにしてもよい。
Further, in the second case where the winding temperature is between the first set temperature T1 and the second set temperature T2, the
図3、図4及び図5は、コントローラ17により行われる電動機5の始動及び運転の一制御例の流れを示す。
3, 4 and 5 show the flow of one control example of starting and operation of the
図3に示すように、制御が開始された後、自動モードと手動モードのいずれが操作盤59で選択されているかがチェックされる(ステップS1)。自動モードは、コントローラ17が自動的に電動機5の始動と運転と停止を制御するモードである。手動モードは、ユーザが手動で電動機5の始動と運転と停止を制御するモードである。
As shown in FIG. 3, after the control is started, it is checked whether the automatic mode or the manual mode is selected on the operation panel 59 (step S1). The automatic mode is a mode in which the
電動機5手動モードが選択されていれば(ステップS2でNO)、「手動」が表示器57に表示され、そして、操作盤59の始動ボタンがターンONされたかがチェックされる(ステップS4)。始動ボタンがターンONされた場合(ステップS5でYES)、メイン開閉器13がターンONされ(ステップS6)、バイパス開閉器15がターンONされ(ステップS7)、そして「運転」が表示器57に表示される(ステップS8)。これにより、電動機5が全電圧で始動され、そして運転に入る。
If the
その後、操作盤59の停止ボタンがターンONされたかがチェックされ(ステップS9)る。停止ボタンがターンONされた場合(ステップS10でYES)、メイン開閉器13がターンOFFされ(ステップS6)、バイパス開閉器15がターンOFFされ(ステップS12)、そして「停止」が表示器57に表示され(ステップS13)、制御が終了する。これにより電動機5が停止される。
Thereafter, it is checked whether the stop button of the
前述した選択モードのチェックの結果、自動モードが選択されていた場合(ステップS2でYES)、表示器57にて「自動」が表示され(ステップS20)、そして「停止」の表示が消される(ステップS21)。そして、始動条件が成立しているか否かがチェックされる(ステップS22)。始動条件とは、電動機5を始動してよい条件であり、それは、例えば次の4つのサブ条件がすべて満たされていることである。
1.電動機5の巻線温度が第1の設定温度T1より低い。
2.作業機械9の外部アラームが無い。
3.この始動及び運転装置1に異常が無い。
4.メイン開閉器13とバイバス開閉器15の双方がOFF状態にある。
If the automatic mode is selected as a result of checking the selection mode described above (YES in step S2), “automatic” is displayed on the display 57 (step S20), and the “stop” display is turned off (step S20). Step S21). Then, it is checked whether the starting condition is satisfied (step S22). The starting condition is a condition where the
1. The winding temperature of the
2. There is no external alarm for the
3. There is no abnormality in the starting and
4). Both the
上記の始動条件が満たされている場合(ステップS22でYES)、作業機械9からの運転指令35がONであるか否か(つまり、作業機械5を運転すべきか否か)がチェックされる(ステップS23)。運転指令がONであれば(ステップS23でYES)、メイン開閉器13がターンONされ(ステップS24)、そして第1タイマが起動される(ステップS25)。第1タイマは、メイン開閉器13のターンON(励磁)を開始してから、メイン開閉器13の接点が確実に閉じるまでの遅れ時間に相当する時間をカウントする。第1タイマがタイムアップしたなら(ステップS26でYES)(つまり、メイン開閉器13が確実にON状態になったら)、制御は図4に示すポイントAからのプロセスに進む。
When the above start condition is satisfied (YES in step S22), it is checked whether or not the
図4に示すように、始動回路11のサイリスタの点弧を開始し、そして、始動回路11の各相の出力電圧が、所定の始動電圧パターンに沿って上昇するように、各サイリスタの点弧位相角を制御する(ステップS30)。その点弧位相角の制御は、例えば、始動回路11の各相の出力電圧をフィードバックして、その出力電圧と始動電圧パターンとの偏差を無くすように、位相点弧角を調整するというフィードバック制御の方法で行うことができる。これにより、電動機5の減電圧始動が行われる。
As shown in FIG. 4, firing of the thyristors of the starting
上記の始動電圧パターンは、あらかじめ操作盤59で設定されて、記憶装置55に記憶されている。あるいは、後述する図12に示されたサーバコンピュータ又は図13に示された人工知能システムから、コントローラ17の初期設定時又はその後の随時に、適切な始動パターンがコントローラ17に供給されて記憶装置55に記憶されてもよい。あるいは、後述する図12に示されたサーバコンピュータ又は図13に示された人工知能システムにより、コントローラ17の始動電圧パターンがリアルタイムで最適化されてもよい。
The starting voltage pattern is set in advance on the
採用可能な始動電圧パターンの幾つかの例101、103、105を図6に示す。実線で示された始動電圧パターン101は、各相の出力電圧を始動時間Tstの間に初期電圧V0から単調に電源電圧Vsまで上昇させる「ソフト始動」と呼ばれる始動方法である。一点鎖線で示された別の始動電圧パターン103は、回転機械(電動機5及び作業機械9)の回転速度が所定の一次危険速度を通過する電圧領域(一次危険速度域)で電圧を急上昇させてここを速やかに通過することで、一次危険速度域での振動拡大などの有害作用を回避するための始動方法である。破線で示される始動電圧パターン105は、回転機械の初動時(動き始め)の所要トルクが大きい場合、最初に一時的に高い電圧を加えて回転機械を動き始めさせた後、電圧を落としてパターン101のようなソフト始動を行う「キックスタート」と呼ばれる始動方法である。これらの例のように、始動電圧パターンは任意に設定又は制御することができる。始動電圧パターンを定義する諸パラメータ(例えば、初期電圧V0、始動時間Tst、一次危険速度域Vfc1とVfc2、一次危険速度回避時間Tfc、キック電圧Vk、キック時間Tkなど)を、本明細書では「始動用制御パラメータ」という。電動機5及び作業機械9の特性に応じて、始動用制御パラメータを適切に設定又は制御することにより、最適な始動電圧パターンで電動機5を始動できるので、始動時の電動機5の過熱や機械的負荷を、従来の始動方法より効果的に抑制することができる。なお、図6中、並列運転時間Tpd1は、始動パターンの完了直後に始動回路11とバイパス開閉器15を並列的にON状態とする時間であり、これも、始動用制御パラメータに含まれ得る。
Some examples 101, 103, 105 of possible starting voltage patterns are shown in FIG. A starting
再び図4を参照して、ステップS30でサイリスタ位相制御による減電圧始動が行われている間、「始動中」が表示器57に。その後、減電圧始動が完了したか否かがチェックされる(ステップS32)。始動の完了は、例えば次の3つのサブ条件のうちの1つ、又は2つ以上の組み合わせ、又は全部が満たされたか否かで判断することができる。
1.電動機5の回転速度が定格回転速度で安定した。
2.始動回路11の出力電圧(電動機5の入力電圧)が定格電圧で安定した。
3.始動回路11を流れる電流(電動機5の入力電流)が定格電流で安定した。
4.所定の始動時間が経過した。
とりわけ、電動機5の回転速度が定格速度で安定したという最初のサブ条件は、電動機5にかかる負荷の大小にかかわらず有効である。したがって、その最初のサブ条件一つだけで、始動の完了を判断してもよい。
Referring to FIG. 4 again, while the reduced voltage start is being performed by the thyristor phase control in step S30, “starting” is displayed on
1. The rotation speed of the
2. The output voltage of the starting circuit 11 (input voltage of the electric motor 5) was stabilized at the rated voltage.
3. The current flowing through the starting circuit 11 (input current of the motor 5) was stabilized at the rated current.
4). A predetermined starting time has elapsed.
In particular, the first sub-condition that the rotation speed of the
始動が完了すると(ステップS32でYES)、バイパス開閉器15が閉じられて全電圧が電動機5に印加され(ステップS33)、その後に、始動回路11のサイリスタの点弧が停止される(ステップS34)。これにより、電動機5は運転に入る。そして、表示器57では「始動中」の表示が消され(ステップS35)、「運転中」が表示される(ステップS36)。そして、コントローラ17は、電動機5が運転中であることを認識する(ステップS37)。なお、ステップS33からS34の間に、ある時間(例えば2秒)を置いて、その間は始動回路11とバイパス開閉器15を並列でON状態とし、その後に始動回路11をターンOFFするようにしてよい。それにより、電位差や位相差を抑えて、バイパス開閉器15のターンON時のショック及び接点摩耗を低減できる。
When the start is completed (YES in step S32), the
その後、作業機械5からの停止指令35がONになったか(つまり、作業機械5を停止すべきか、あるいは、電動機5が無負荷になったか)否かがチェックされる(ステップS38)。停止指令がONになった場合(ステップS38でYES)、電動機5の巻線温度が第1の設定温度T1より低いか否かがチェックされる(ステップS39)。その結果、巻線温度が第1設定値より高ければ(ステップS39でNO)、それは、電動機5を今停止して短時間後に再始動することは電動機5に悪影響を与える可能性があることを意味するので、制御はステップS33へ戻り、電動機5の運転が継続される。
Thereafter, it is checked whether or not the
他方、ステップS39で、巻線温度が第1の設定値より低いならば(ステップS39でYES)、それは、電動機5を今停止して短時間後に再始動しても電動機5に悪影響を与えないことを意味する。この場合、制御は図5に示すポイントBからのプロセスへ進む。
On the other hand, if the winding temperature is lower than the first set value in step S39 (YES in step S39), it does not adversely affect the
上述したステップS38で、作業機械9の停止指令がONでない場合には(ステップS38でNO)、停止条件が成立しているかがチェックされる(ステップS40)。停止条件とは、異常事態のために作業機械5を停止すべき条件であり、例えば、次の3つのサブ条件のいずれかが満たされたことである。
1.電動機5の巻線温度が第2の設定温度T2より高い。
2.作業機械9の外部アラームが発生した。
3.この始動及び運転装置1で異常が発生した。
If the stop command for the
1. The winding temperature of the
2. An external alarm for
3. An abnormality occurred in the starting and
ステップS40で停止条件が成立してなければ(ステップS40でNO)、制御はステップS33へ戻り、電動機5の運転が継続される。
If the stop condition is not satisfied in step S40 (NO in step S40), the control returns to step S33, and the operation of the
他方、ステップS40で停止条件が成立していれば(ステップS40でYES)、それは、異常事態が起きたために電動機5を停止すべきであることを意味する。この場合、制御は図5に示すポイントCからのプロセスへ進む。
On the other hand, if the stop condition is satisfied in step S40 (YES in step S40), it means that the
図5を参照して、ポイントBからのプロセスは、電動機5の運転中に電動機5の停止指令がONになった場合(つまり、電動機5が無負荷状態になった場合)の制御である。この制御では、始動回路11のサイリスタがゼロの位相角で点弧され(ステップS50)、続いて、バイパス開閉器15が開かれる(ステップS51)。これにより、始動回路11のみを通じて、電源3の全電圧が電動機5に印加される。
Referring to FIG. 5, the process from point B is control when the stop command for
その後、始動回路11のサイリスタ位相制御が行なわれて、所定の停止電圧パターンに沿って電動機5への印加電圧を0Vまで低下させる(ステップS52)。この位相制御も、始動時と同様、始動回路11の出力電圧と停止電圧パターンとの偏差を無くすフィードバック制御の方法で行うことができる。ここで、停止電圧パターンは、あらかじめ操作盤59で設定されて、記憶装置55に記憶されている。あるいは、後述する図12に示されたサーバコンピュータ又は図13に示された人工知能システムから、適切な停止電圧パターンが初期設定時に、又は初期設定とその後の随時に、コントローラ17に供給されて記憶装置55に記憶されてもよい。あるいは、後述する図12に示されたサーバコンピュータ又は図13に示された人工知能システムにより、コントローラ17の停止電圧パターンがリアルタイムで最適化されてもよい。
Thereafter, thyristor phase control of the starting
採用可能な停止電圧パターンの幾つかの例106、107、108が図6に示される。図6中、実線で示された停止電圧パターン106は、各相の出力電圧を停止時間Tsp1の間に電源電圧Vsからゼロまで単調に下降させる「ソフト停止」と呼ばれる停止方法である。一点鎖線で示された停止電圧パターン107は、作業機械9が送水ポンプの場合に、これを急激に停止させると生じる水撃作用を防止するために、出力電圧を、まず一段電圧降下時間Tfdかけて一段降下電圧Vfdまで下げた後、水撃防止時間Twhの間その一段降下電圧Vfdに保ち、その後に、二段電圧降下時間Tsdをかけてゼロまで降下させる方法である。破線で示された停止電圧パターン108は、交流電動機5の逆相制動を利用するために、まず、出力電圧を逆相切替時間Tchの間ゼロにして、その間に交流電動機5を逆相に切替えた後、ソフト停止電圧Vssに逆相制動時間Tbkの間保ち、その後に、停止時間Tsp2をかけてゼロまで下げる方法である。また、図示してないが、交流電動機5の二線間に直流電圧を印加することで、発電制動を行うこともできる。これらの例のように、停止電圧パターンは任意に設定できる。本明細書では、停止電圧パターンを定義するための、つまり、停止動作を制御するための各種のパラメータ(例えば、図6に示された停止時間Tsp1、一段電圧降下時間Tfd、二段電圧降下時間Tsd、一段降下電圧Vfd、逆相切替時間Tch、逆相制動時間Tbk、停止時間Tsp2、ソフト停止電圧Vssなど)を、「停止用制御パラーメータ」と呼ぶ。電動機5及び作業機械9の特性に応じて、停止用制御パラメータを適切に設定又は制御することで、最適な停止電圧パターンで電動機5を停止できる。なお、図6に示された停止開始直前の並列運転時間Tsp2は、始動回路11とバイパス開閉器15を同時並行でON状態にする時間であり、これも停止用制御パラメータに含まれ得る。
Some examples 106, 107, 108 of possible stop voltage patterns are shown in FIG. A
さらに、この停止のプロセスにおいて、必要に応じてダイナミック・ブレーキを適用することができる。すなわち、始動回路11の一方向のサイリスタだけを点弧して電動機5に直流を印加することで、電動機5を発電機として動作させて制動をかける。制動力は、サイリスタの点弧位相角、つまり電動機5への印加電圧の高さで調節できる。例えば作業機械9の慣性力が大きく、電動機5の電圧を落としただけでは所望の停止ができない場合、ダイナミック・ブレーキを適用することでより所望通りに電動機5を停止することができる。
Furthermore, dynamic braking can be applied as needed during this stopping process. That is, only the one-way thyristor of the starting
上述した停止のプロセスが終わったら、始動回路11のサイリスタの点弧を停止し(ステップS53)、そして、「運転中」の表示を消す(ステップS54)。続いて、第2タイマを起動する(ステップS56)。第2タイマは、始動回路11のサイリスタを停止してから、メイン開閉器13を開くまでの間に安全のために置くべき所定時間をカウントする。
When the above-described stop process is completed, the starting of the thyristor of the starting
第2タイマがカウントアップしたら(ステップS56でYES)、メイン開閉器13が開かれ(ステップS57)、そして、「停止」が表示器57に表示される(ステップS58)。これで、制御はひとまず終了して、作業機械9の作業指令がONになる(つまり、作業機械9の運転を再開すべき状態になる、すなわち、電動機5が再び負荷状態になる)のを待つ。その後、作業指令がONになると、制御は図3に示されたプロセスから再開する。したがって、依然として自動モードが選択され(ステップS22でYES)、かつ始動条件が成立している(ステップS23でYES)限り、電動機5が再び始動される(ステップS24以降のプロセス)。
When the second timer counts up (YES in step S56), the
再び図5を参照して、ポイントCからのプロセスは、停止条件が成立した場合(図4のステップS40でYES)の制御を示す。この制御では、電動機5の巻線温度が第1の設定温度T1より低いか否かがチェックされる(ステップS60)。巻線温度が第1の設定温度T1より低くない場合(ステップS60でNO)、電動機5を冷却するために、制御は図4に示すステップS33へ戻り、巻線温度が第1の設定温度T1より低くなるまで電動機5の運転が継続される。
Referring to FIG. 5 again, the process from point C shows the control when the stop condition is satisfied (YES in step S40 in FIG. 4). In this control, it is checked whether or not the winding temperature of the
図5に示したステップS60で、巻線温度が第1の設定値T1より低い場合(ステップS60でYES))、制御はすでに説明したステップS50からのプロセスへ進み、電動機5が停止される。
If the winding temperature is lower than the first set value T1 in step S60 shown in FIG. 5 (YES in step S60), the control proceeds to the process from step S50 already described, and the
以上のように、コントローラ17は、自動モードでは、電動機5が負荷状態で運転しているとき、電動機5が無負荷状態に移行したならば、電動機5の巻線温度が第1の設定温度T1より低い(つまり、その後短時間のうちに電動機5を再始動しても問題がない)限り、電動機5を停止させて無駄な電力消費を防ぐ。その後、電動機5が再び負荷状態に移行すれば、コントローラ17は、電動機5を減電圧始動して運転を再開する。他方、電動機5の巻線温度が第1の設定温度T1より高い(つまり、その後短時間のうちに電動機5を再始動すると電動機5に悪影響が及ぶ可能性がある)場合には、コントローラ17は、電動機5が無負荷状態になっても、電動機5の運転を継続し、それにより、悪影響の原因となる再始動を防止する。
As described above, in the automatic mode, when the
図7は、コントローラ17により行われる、削減された電気料金の表示のための一制御例の流れを示す。
FIG. 7 shows the flow of an example of control performed by the
図7に示すように、電動機5の運転データが採取される。運転データとして、例えば、所定の期間(例えば、当月)における次のようなデータが採取される。
w1:今まで電動機5を無負荷状態で運転した時の消費電力(例えば平均値)
w2:今まで電動機5を負荷状態で運転した時の消費電力(例えば平均値)
t1:今まで電動機5を無負荷状態で停止させた時の時間長
t2:今まで電動機5を無負荷状態で運転した時の時間長
t3:今まで電動機5を負荷状態で運転した時の時間長
このデータ採取は、周期的に繰り返される。それにより、運転データは実質的にリアルタイムで最新の値に更新される。
As shown in FIG. 7, operation data of the
w1: Power consumption when the
w2: Power consumption when the
t1: The length of time when the
t2: Length of time when the
t3: The length of time when the
ここで、「電動機5を無負荷状態で運転した時」とは、巻線温度が第1の設定温度T1以上であったために、無負荷状態でも電動機5を停止できなかった場合を意味する。また、「電動機5を無負荷状態で停止した時」とは、巻線温度が第1の設定温度T1より低かったために、無負荷状態で電動機5を停止した場合を意味する。消費電力w1、w2は、図1に示した三相の電流信号21と電圧信号23から計算される。時間長t1、t2、t3は、コントローラ17内のクロック信号をカウントすることで計測される。
Here, “when the
採取された運転データに基づき、上記所定期間(例えば、当月)における以下の電力量が計算される(ステップS14)。
X:今までに無負荷状態で電動機5を停止させたことで削減された電力量
(もし電動機5を停止しなかったならば無駄に消費されたであろう電力量)
Y:今までに無負荷状態で電動機5を運転したことで消費した電力量
Z:今までに負荷状態で電動機5を運転したこととで消費した電力量
Based on the collected operation data, the following electric energy in the predetermined period (for example, the current month) is calculated (step S14).
X: The amount of power reduced by stopping the
Y: The amount of power consumed by operating the
Z: Electricity consumed by operating the
w1、w2として平均値を用いる場合、削減電力量Xと消費電力量Y、Zは例えば次のように計算できる。
X = w1 × t1
Y = w1 × t2
X = w2 × t3
When average values are used as w1 and w2, the power reduction amount X and the power consumption amounts Y and Z can be calculated as follows, for example.
X = w1 × t1
Y = w1 × t2
X = w2 × t3
上記の削減及び消費電力量X、Y、Zと、上記所定期間の電気料金単価cに基づいて、削減電気料金Pと消費電気料金Qが次のように計算される(ステップS76)。
P = X × c
Q = (Y + Z) × c
ここで、電気料金単価cは、あらかじめ操作盤59で設定され(ステップS74)、記憶装置55に記憶されている(ステップS75)。
Based on the reduction and power consumption X, Y, Z and the electricity rate unit price c for the predetermined period, the reduced electricity rate P and the consumed electricity rate Q are calculated as follows (step S76).
P = X × c
Q = (Y + Z) × c
Here, the electricity bill unit price c is set in advance on the operation panel 59 (step S74) and stored in the storage device 55 (step S75).
計算された削減電気料金Pと消費電気料金Qが表示器57に表示される(ステップS77)。とくに削減電気料金Pを知ることで、ユーザは、この始動及び運転装置1により提供される消費電力削減のメリットを実感することができる。
The calculated reduced electricity charge P and consumed electricity charge Q are displayed on the display 57 (step S77). In particular, by knowing the reduced electricity bill P, the user can realize the merit of power consumption reduction provided by the starting and
図8は、上述した始動及び運転装置1の保守作業を交流電動機5の運転中に行うことを可能にする無停電保守回路の構成例を示す。
FIG. 8 shows a configuration example of an uninterruptible maintenance circuit that makes it possible to perform the above-described starting and maintenance work of the
図8において、参照番号1は、上述した始動及び運転装置(図1参照)を指す。ただし、バイパス開閉器15は、後の制御流れの説明を分かりやすくするために、始動及び運転装置1のブロックの外側に示してある。
In FIG. 8,
図8に示されるように、無停電保守回路110は、三相交流電源3から交流電動機5へ給電するためのパスとして、始動及び運転装置1を通る主給電パス111のほかに、主給電パス111に並列に接続された保守用バイパス113を有する。
As shown in FIG. 8, the
主給電パス111の始動及び運転装置1の上流側と下流側に、ペアのコネクタ(例えば、差し込みコネクタ)115、117が設けられる。これらのコネクタ115、117は、始動及び運転装置1を主給電パス111に機械的及び電気的に組み込み及び取り外し可能とする。主給電パス111の上流側コネクタ115の上流側と下流側コネクタ117の下流側に、ペアの保守用開閉器(例えば、電磁開閉器)119、121が設けられる。これら保守用開閉器(例えば、電磁開閉器MC-1、MC-2)119、121は、始動及び運転装置1とコネクタ115、177のセットを、主給電パス111に電気的に接続及び分離可能とする。
A pair of connectors (for example, plug connectors) 115 and 117 are provided on the upstream side and the downstream side of the start of the main
保守用バイパス113は、始動及び運転装置1の保守中に、交流電動機5に給電するためのパスである。保守用バイパス113には、これを開閉するための保守用バイパス開閉器(例えば、電磁開閉器MC-MS)123が設けられる。保守用バイパス113には、また、始動及び運転装置1の保守中における交流電動機5の過負荷を検知してそれを阻止するための過負防止開閉器(例えば、サーマルリレー)125が設けられる。
The
主給電パス111と保守用バイパス113の上流側接続点の上流側に、遮断機127が設けられる。遮断機127は、始動及び運転装置1のサイリスタのパンク(短絡)時などに、給電を強制的に止めるためのものである。
A
さらに、手動で操作可能な切替スイッチ(COS)129が設けられる。切替スイッチ129は、保守モード(M)と通常運転モード(N)の間の切り替えを行うスイッチである。切替スイッチ129により、上述した保守用開閉器119、121、保守用バイパス開閉器123、及び、始動及び運転装置1が、後に説明するように制御されるようになっている。
Further, a changeover switch (COS) 129 that can be manually operated is provided. The
図9、図10及び図11は、上述した無停電保守回路110の制御の流れの一例を示す。図9は、交流電動機5の始動時の制御の流れを示し、図10は、始動及び運転装置1の保守を行う場合の制御流れを示し、図11は、始動及び運転装置1の復旧時の制御流れを示す。
図9、図10、図11及びそれらの図を参照した以下の説明では、分かりやすくするために、図8に示された主給電パス111の保守用開閉器119、121をそれぞれ「MC-1」、「MC-2」と略記し、保守用バイパス113の開閉器123を「MC-MS」と略記し、始動及び運転装置1のバイパス開閉器15を「MC-BP」と略記し、また、切替スイッチ129を「COS」と略記する。
9, 10 and 11 show an example of the control flow of the
In FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 and the following description referring to those drawings, for the sake of clarity, the maintenance switches 119 and 121 of the main
図9に示すように、交流電動機5を始動するときには、まず、MC-1とMC-2がON状態で、主給電パス111が有効に機能でき、かつ、MC-MSがOFF状態で、保守用バイパス113が無効な(開いた)状態にある(ステップS80)。
As shown in FIG. 9, when
この状態の下で、始動及び運転装置1の始動回路11が駆動されて、交流電動機5の減電圧始動を行う(S81)。減圧始動が完了して全電圧が交流電動機5に加わった後、MC-BPがターンONされ(S82)、続いて、始動回路11が停止されて、交流電動機5の通常運転が開始される(S83)。
Under this state, the starting and starting
その後、始動及び運転装置1の保守を行う場合、図10に示すように、交流電動機5の通常運転中(ステップS90)、例えば手動で、COSが今までの通常モードから保守モードへと切り替えられる(S91)。すると、COSからの保守モードを示す信号に応答して、以下のステップS92〜S95が順に行われる。
Thereafter, when starting and maintaining the
すなわち、MC-MSがターンONして保守用バイパス113を有効にする(S92)。その後、始動及び運転装置1の始動回路11が停止動作に入る(この停止動作中、MC-BPはON状態に保たれる)(S93)。その後、始動回路11が停止すると、MC-1とMC-2がターンOFFして、始動及び運転回路1とコネクタのセットを主給電パス111から電気的に切り離す。その後、MC-BPがターンOFFする(S95)。その結果、始動及び運転装置1は、交流電動機5の給電パスから電気的に分離されるとともに、交流電動機5への給電は保守用バイパス113を通じて行われる。
That is, the MC-MS is turned on to enable the maintenance bypass 113 (S92). Thereafter, the starting
この状態の下で、例えば手動により、始動及び運転装置1内のントローラ17と他の諸回路とを繋げていたコネクタが取り外されて、コントローラ17が他の諸回路から切り離される(S96)。その後、例えば手動で、始動及び運転装置1のコネクタ115、117が取り外されて、始動及び運転装置1が主給電パス111から分離される(S97)。
Under this state, the connector that connects the
以上により、交流電動機5の運転は継続したまま、始動及び運転装置1の保守作業を行うことができるようになる。
As described above, it is possible to perform start-up and maintenance work of the
その後、始動及び運転装置1の保守が終わりこれを復旧させる場合には、図11に示されるように、例えば手動で、始動及び運転装置1のコネクタ115、117を主給電パス111に接続することで、始動及び運転装置1が主給電パス111に組み込まれる(S100)。また、始動及び運転装置1内のコントローラ17が他の諸回路にコネクタで結合される(S101)。その後、コントローラ17に、保守前に設定されていた制御パラメータが再設定される(S102)。ここで、制御パラメータとは、図6を参照して既に説明したように、始動電圧パターン及び/又は停止電圧パターンを定義するための、つまり、始動動作及び/又は停止動作を制御するための各種パラメータである。
After that, when the start-up and maintenance of the
その後、COSが今までの保守モードから通常運転モードへ切り替えられる(S103)。COSからの通常運転モードを示す信号に応答して、以下のステップS104〜S106が順番に行われる。 Thereafter, the COS is switched from the conventional maintenance mode to the normal operation mode (S103). In response to the signal indicating the normal operation mode from the COS, the following steps S104 to S106 are performed in order.
すなわち、始動及び運転装置1のMC-BPがターンONし(S104)、その後にMC-1とMC-2がターンONする(S105)。これにより、始動及び運転装置1のMC-BPつまりバイパス開閉器15を通じて交流電動機5に全電圧の給電がなされるようになる。その後、MC-MSがターンOFFして(S106)、保守用バイパス113を開く。
That is, MC-BP of the starting and
以上で、始動及び運転装置1の復旧が完了する。図9〜図11に示された過程を通じて、交流電動機5の通常運転は中断されることなく維持される。
This completes the start-up and restoration of the
図8に示された構成の変形例として、保守用バイパス113に追加の始動及び運転装置1あるいは別の種類の始動装置が組み込まれてもよい。これにより、始動及び運転装置1の保守作業中、必要に応じて交流電動機5の停止及び再始動を行うことが可能となる。
As a modification of the configuration shown in FIG. 8, an additional starting and
図12は、運転及び始動装置1の制御パラメータを自動制御するためのパラメータ制御システムの構成例を示す。
FIG. 12 shows a configuration example of a parameter control system for automatically controlling the control parameters of the driving and starting
ここで、制御パラメータには、運転及び始動装置1の動作制御に関わる任意の条件、変数、定数又は関数などが含まれ得る。したがって、制御パラメータには、例えば、図6を参照して既に説明したような、始動電圧パターン及び/又は停止電圧パターンそれ自体、又は、それらのパターンを制御するための(つまり、始動動作及び/又は停止動作を制御するための)各種の設定値(例えば、図6に示された初期電圧Vst、始動時間Tst、並列運転時間Tpd1、一次危険速度域Vfc1とVfc2、一次危険速度回避時間Tfc、並列運転時間Tpd2、停止時間Tsp、一段電圧降下時間Tfd、水撃防止時間Twh、二段電圧降時間Tsd、一段降下電圧Vfd、逆相切替時間Tch、逆相制動時間Tbk、停止時間Tsp2など)、又は、電動機5を始動あるいは停止している間における各現時点での始動回路11の出力電圧もしくは点弧制御信号など、が含まれ得る。さらに、制御パラメータには、例えば、図2及び図3〜図5を参照して説明したような、電動機5の運転を停止させるか否かの判断及び再始動させるか否かの判断それ自体、又は、それらの判断を制御するための負荷状態及び電動機巻線温度に関する諸条件(例えば、図2に示された温度設定値T1、T2、及び、すでに説明したような無負荷時と負荷時を判別するための作業機械9の諸状態データなど)など、も含まれ得る。始動及び運転装置1のコントローラ17には、交流電動機5及び作業機械9の特性や動作環境に応じた最適な制御パラメータが設定されるべきである。特に、電動機5の始動、及び、電動機の停止と再始動の判断に関する制御パラメータについては、電動機5の無駄な消費電力を削減する目的から、電動機5の始動電流と電圧降下を最小化するように制御パラメータを最適化することが望まれる。
Here, the control parameters may include arbitrary conditions, variables, constants or functions related to operation and operation control of the
人が手動で(例えば、操作盤59を用いて)制御パラメータを最適に設定又は制御する場合、通常次のような作業が行われ得る。すなわち、例えば、制御パラメータをある程度妥当であろうと思われる初期値に仮設定した上で、実際に交流電動機5の起動と停止が試行される。この試行時の交流電動機5の各種状態データ(例えば、電圧、電流、出力トルク、回転速度、巻き線温度など)、及び、交流電動機5の負荷である作業機械9の各種の状態データ(例えば、作業機械9がコンプレッサである場合のコンプレッサの吐出圧力など)が計測され、データレコーダにそれらの計測データが記録される。その記録に基づいて、手動により、制御パラメータの設定値が修正されて、再び交流電動機5の始動と停止が試行される。このような制御パラメータの修正と交流電動機の始動と停止の試行を数回重ねることで、制御パラメータが最適値に近づけられる。
When a person manually sets (controls) a control parameter optimally (for example, using the operation panel 59), the following operations can usually be performed. That is, for example, the control parameter is temporarily set to an initial value that seems to be appropriate to some extent, and then the
しかし、このような手動によるパラメータ最適設定には、人の高い熟練が必要である。すべての現場で担当者がこの手動設定を適切に効率よく行うことは、現実には難しい。また、現場ごとに測定器やデータレコーダが必要である。特に、交流電動機5の始動時の始動電流及び電圧降下を最小化して、交流電動機5のより頻繁な停止と再始動を可能にし、それにより、無駄な消費電力を削減するという目的を達成するために、どのような始動用制御パラメータ値が最適であるかを突き止めることは、人にとって非常に難しい。
However, such manual parameter optimum setting requires high human skill. In reality, it is difficult for a person in charge at all sites to perform this manual setting appropriately and efficiently. Moreover, a measuring instrument and a data recorder are required for every field. In particular, in order to achieve the object of minimizing the starting current and voltage drop at the start of the
図12に示されたパラメータ制御システム160は、上記の問題状況を改善することができる。このシステム160は、サーバコンピュータ161を備え、このサーバコンピュータ161は、始動及び運転装置1のコントローラ17に制御パラメータを最適に設定又は制御する機能を有する。サーバコンピュータ161は、例えば、通信ネットワーク(例えば、同じ事業所内のローカルネットワーク、あるいは、インターネットのような広域ネットワークなど)163を介して、異なる場所の複数の始動及び運転装置1のコントローラ17と通信接続され得る。あるいは、サーバコンピュータ161は始動及び運転装置1に1対1の関係で通信接続され得るようになっていてもよい。
The
サーバコンピュータ161は、例えば、コントローラ17とデータを送受する入出インタフェース165、計算処理を行うCPU166、CPU166により実行されるコンピュータプログラム及び処理対象のデータなどを記憶保持する記憶装置167、人がサーバコンピュータ161に命令や指示を入力するための操作盤168、及び、処理結果や記憶内容などの様々な情報を人に対して提示する表示器169などを有する。サーバコンピュータ161のパラメータ最適制御機能は、典型的には記憶装置167に格納されたコンピュータプログラムとして実装されることができるが、必ずしもそうでなければならないわけではなく、ハードウェアロジック回路(図示省略)、あるいは、ハードウェアロジック回路とコンピュータプログラムの組み合わせとして実装されることもできる。
The
始動及び運転装置1のコントローラ17は、交流電動機5及び作業機械9から所定の状態データを収集することができる。交流電動機5に関する状態データとしては、例えば、交流電動機5に設けられた電流・電圧・音・振動センサセット141からの電圧データ・電流データ・音データ・振動データ143、及び、巻線温度センサ145からの巻線温度データ147、交流電動機5の出力軸に設けられた回転速度・トルクセンサ151からの回転速度データ・トルクデータ153などがあり得る。また、作業機械9に関する状態データには、例えば、作業機械9がコンプレッサであるならば、コンプレッサ9の吐出口に設けられた圧力センサ155からの吐出圧データ157などがあり得る。作業機械に関する状態データの種類は、作業機械9により異なり得る。すなわち、作業機械9の種類、役割又は機能に応じて、圧力、温度、電流値、液面高さ、濃度、重量、水質、光電センサ信号、又は深さなどのうちの1以上のものを選択して又はそれらを組み合わせて、それらを状態データとして採用し得る。例えば、作業機械9がコンプレッサである場合のコンプレッサの供給圧力、空気槽の圧力、又は配管圧力などが状態データとして採用できる。例えば、作業機械9が貯水のための揚水ポンプである場合の貯水の水位、作業機械9がブロワである場合のブロワの風量及び/又は風力、作業機械9が集塵機である場合の粉塵や二酸化炭素などの濃度、あるいは、作業機械9が冷凍機である場合の冷却対象の温度などが、状態データとして採用できる。
The
コントローラ17は、その記憶装置55上に制御データベース159を有し、この制御データベース159に、交流電動機5及び作業機械9から収集した状態データのセットを格納することができる。コントローラ17は、制御データベース159に格納された状態データのセットを、サーバコンピュータ161に送信することができる。状態データベース159は、また、サーバコンピュータ161から提供される制御パラメータの設定値も格納することができる。
The
サーバコンピュータ161は、それぞれの現場のコントローラ17からそれぞれの現場の状態データを受信することができる。サーバコンピュータ161は、また、それぞれの現場の交流電動機5及び作業機械9の特性を示す特性データも、所定のデータ提供源(例えば、ネットワーク上の情報提供サーバ、あるいは、外部記憶デバイスなど)から受信することができる。受信されたそれぞれの現場の状態データ及び/又は特性データ(以下、現場に関する状態データと特性データを「現場データ」と総称する)を使って、それぞれの現場の交流電動機5の始動用と停止用の制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットを計算することができる。サーバコンピュータ161は、計算された制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットをコントローラ17に送信することができる。
The
コントローラ17は、サーバコンピュータ161から制御パラメータの最適値のセットを受信し、受信した最適値(又は最適近似値)セットをコントローラ17に設定し、以後、その設定された最適値(又は最適近似値)セットを用いて、交流電動機5の始動及び停止を行うことができる。
The
サーバコンピュータ161がコントローラ17内の制御パラメータを最適化する時期は、交流電動機5の運転中及び停止中の何時でもよい。例えば、始動及び運転装置1の設置時や復旧時だけでなく、環境変化やその他の何らかの原因で制御パラメータの設定を変更すべき事態が生じれば、その都度に、制御パラメータの最適化を行ってよい。あるいは、電動機5の始動、運転、又は停止を行っている間、リアルタイムで制御パラメータの最適化を行ってもよい。
The time when the
このように構成されたパラメータ制御システム160は、人の熟練に頼らずに、それぞれの現場の始動及び運転装置1の制御パラメータ制御を容易化及び適正化することができる。
The
また、パラメータ制御システム160を利用することで、交流電動機5の始動時の始動電流及び電圧降下を最小化する目的、及び、それにより交流電動機5のより頻繁な停止と再始動を可能にして無駄な消費電力を削減する目的を達成するための最適なパラメータ値を自動的に特定して制御することが可能になる。さらに、最適パラメータ値の算出に、以下に説明するような人工知能システムを利用することで、上記目的がよりいっそう容易に達成できるようになる。
In addition, by using the
図13は、上述したパラメータ制御システム160において、サーバコンピュータ161で制御パラメータを最適に制御するために採用可能な人工知能システムの一構成例を示す。
FIG. 13 shows a configuration example of an artificial intelligence system that can be employed to optimally control the control parameters by the
サーバコンピュータ161は、制御パラメータの最適値を計算するためのアルゴリズムを実行するためのコンピュータプログラム又はハードウェア回路を備える。しかし、交流電動機5と作業機械9の特性及び動作環境は現場ごとに異なるため、それらの異なる現場に適合した計算アルゴリズムを、人が完全にプログラミング又は設計することは至難の業である。この問題状況を改善するために、図13に示された人工知能システム171は、ニューラルネットワークを利用して、最適な計算アルゴリズムを機械学習により自動的に構築できるように構成される。この人工知能システム171は、典型的にはコンピュータプログラムとして実装されて、サーバコンピュータ161の記憶装置55に格納されるが、必ずしもそうでなければならないわけではなく、ハードウェアロジック回路(図示省略)、あるいは、ハードウェアロジック回路とコンピュータプログラムの組み合わせとして実装されることもできる。
The
図13に示されるように、人工知能システム171は、現場データベース173、訓練データ準備部175、訓練データベース176、ニューラルネットワーク学習部177、ニューラルネットワークデプロイ部179、及び、ニューラルネットワーク推論部181を有する。
As shown in FIG. 13, the
現場データベース173は、1又は2以上の現場について、各現場用の制御パラメータの算出に必要な各種の現場データを記憶し保持する。各現場の現場データには、例えば、交流電動機5の各種特性を示す特性データ(例えば、起動時のトルクと回転速度の関係を示した起動トルクカーブ、及び、慣性モーメントデータなど)、作業機械9の各種特性を示す特性データ(例えば、起動時のトルクと回転速度の関係を示した起動トルクカーブ、及び、慣性モーメントデータなど)、以前に実際に使用されたことのある制御パラメータの各セット、その制御パラメータの各セットで交流電動機5を起動したときに測定された交流電動機5と作業機械9に関する状態データのセット、などがあり得る。
The on-
現場データの提供源には、例えば、各現場のコントローラ17及び他のデバイス(例えば、サーバコンピュータ161に接続された外部記憶装置、あるいは、サーバコンピュータ161とネットワーク163を通じて通信可能な他の情報提供サーバなど)などがある。例えば、上述した交流電動機5及び作業機械9の各種特性データは、典型的には、それらの機械のメーカが用意した特性データを提供するネットワーク上の情報提供サーバ、あるいは、それらのデータを格納した外部記憶装置から、現場データベース173に取り込むことができる。また、各現場で実際に使用された制御パラメータのセットは、各現場のコントローラ17から、あるいは、その制御データセットを生成したニューラルネットワーク推論部181から、現場データベース173に取り込むことができる。また、現場で測定された各種状態データのセットは、各現場のコントローラ17から現場データベース173に取り込むことができる。ここで、実用用途で電動機5を利用している現場、研究・開発用途で電動機5を利用している現場、及び/又は、ニューラルネットワークの機械学習のための訓練データを作成する目的で電動機5を利用している現場など、いかなる目的の現場であっても、現場データの提供源として採用され得る。
The source of the field data includes, for example, a
訓練データ準備部175は、現場データベース173に格納された現場データを用いて訓練データを準備する。訓練データ準備部175は、自ら訓練データを作成してよい。あるいは、訓練データ準備部175は、外部の人又は外部のコンピュータに現場データを提供して、それらの人又はコンピュータに訓練データを作成させ、そして、それらの人又はコンピュータから作成された訓練データを受け取ってもよい。
The training
訓練データは、ニューラルネットワークに制御パラメータの計算アルゴリズムを学習させるために使用される。訓練データは、機械学習を行うニューラルネットワークに入力されることになる問題データと、そのニューラルネットワークから出力されることが期待される正解データと、の組み合わせを含む。ニューラルネットワークに、例えば、電動機5と作業機械9の特性に応じて最適な制御パラメータを決定させたい場合、問題データには、例えば、それぞれの現場の交流電動機5と作業機械9の特性データが含まれ得る。それらの特性データは、現場データベース173から得ることができる。正解データには、コントローラ17に設定されるべき制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットが含まれてよい。特に始動用制御パラメータについての正解データは、交流電動機5の始動時の始動電流を最小化し電圧降下を最小化することができるように最適化された値(又は最適近似値)のセットであることが望ましい。この最適値(又は最適近似値)セットも、現場データベース173から得ることができる。例えば、条件的に同様な他の現場で過去に設定された(手動で設定された場合も自動で設定された場合も含み得る)(実用目的で設定された場合も、最適値を探し出すというような研究・開発目的で設定された場合も含み得る)制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットが、正解データとして使用できる。
The training data is used to cause the neural network to learn a control parameter calculation algorithm. The training data includes a combination of problem data to be input to a neural network that performs machine learning and correct answer data that is expected to be output from the neural network. For example, when it is desired that the neural network determine optimum control parameters according to the characteristics of the
ニューラルネットワークに、例えば、現場に既に設定された制御パラメータをより最適なものへ修正させる機能を持たせたい場合、訓練データの問題データには、それぞれの現場で既に設定された制御パラメータの値のセットと、その既設定の下で交流電動機5と作業機械9の始動と停止を実行した時に測定された交流電動機5と作業機械9の状態データとが含まれてもよい。その場合、正解データには、その既設定の制御パラメータの値に対して行うべき修正を示すデータ(例えば、修正後の最適値のセット)が含まれてよい。この修正データも、特に始動用制御パラメータの場合には、交流電動機5の始動時の始動電流をいっそう小さくして電圧降下を小さくすることができるものであることが望ましい。これらの問題データと正解データも、現場データベース173に格納された、例えば、条件的に同様な他の現場で過去に設定された制御パラメータの値、及び、過去に測定された状態データから得ることができる。
For example, when it is desired to provide a neural network with a function for correcting a control parameter already set at a site to a more optimal one, the problem data of the training data includes the value of the control parameter already set at each site. The set and the state data of the
ニューラルネットワークに、例えば、電動機5を停止させるか否か及び再始動させるか否かを最適に判断するための制御パラメータを決定させたい場合、問題データには、例えば、それぞれの現場の交流電動機5と作業機械9の特性データ及び状態データが含まれ得る。それらの特性データは、現場データベース173から得ることができる。正解データには、コントローラ17がもつべきべき上記最適な判断のための制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットが含まれてよい。この最適値(又は最適近似値)セットも、現場データベース173から得ることができる。例えば、条件的に同様な他の現場で過去に設定された(手動で設定された場合も自動で設定された場合も含み得る)(実用目的で設定された場合も、最適値を探し出すというような研究・開発目的で設定された場合も含み得る)制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットが、正解データとして使用できる。ニューラルネットワークは、学習によって、電動機を停止させるか否か及び再始動させるか否かの判断を、電動機5の現在の状態(例えば、現在の巻線温度など)に基づいて行えるだけでなく、電動機5の将来の状態(例えば、将来の巻線温度など)を予測して、その予測に基づいて上記判断を行えるようにコントローラ17を設定可能になり得る。この予測的な制御により、電動機5の始動と運転はより適切化され得る。
For example, when it is desired that the neural network determine control parameters for optimally determining whether to stop and restart the
訓練データベース176は、訓練データ準備部175により準備された上記のような訓練データを格納する。
The
ニューラルネットワーク学習部177は、あらかじめ用意された学習前ニューラルネットワーク185を有する。ニューラルネットワーク学習部177は、その学習前ニューラルネットワーク185に訓練データの問題データを入力し、その学習前ニューラルネットワーク185からの出力データと訓練データの正解データとの間の誤差を求め、その誤差に基づいて学習前ニューラルネットワーク185の計算アルゴリズムを構成する各種パラメータを修正する、という学習セッションを多数回繰り返す。これにより、学習前ニューラルネットワーク185が、最適な制御パラメータを計算するアルゴリズムを学習していく。
The neural
所定の学習条件が満たされると学習前ニューラルネットワーク185の学習プロセスが終了する。所定の学習条件として、例えば、学習前ニューラルネットワーク185の出力誤差が十分に小さく、かつ、学習セッションを繰り返すことによる出力誤差の減少分が十分に小さくなったこと、あるいは、所定の回数だけ学習セッションを繰り返したこと、などが採用できる。
When a predetermined learning condition is satisfied, the learning process of the pre-learning
ニューラルネットワークデプロイ部179は、ニューラルネットワーク学習部177での学習プロセスを終了したニューラルネットワーク(学習済ニューラルネットワーク)187を、ニューラルネットワーク推論部187にデプロイして、制御パラメータ算出の実用途に学習済ニューラルネットワーク187を利用可能にする。
The neural
ニューラルネットワーク推論部181は、現場データベース173から各現場の特性データや、始動と停止の試行時に測定された状態データを読み出して、それらのデータを学習済ニューラルネットワーク187に入力することで、学習済ニューラルネットワーク187から各現場用の制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセット183を出力する。出力された各現場用の制御パラメータの最適値(又は最適近似値)セット183は、現場データベース173に格納され、そして、各現場のコントローラ17に送信される。コントローラ17では、受信された最適値(又は最適近似値)セット183が、制御データベース15に格納され(設定され)、以後、その制御パラメータ設定が始動と停止の制御に利用される。あるいは、ニューラルネットワーク推論部181は、各現場からリアルタイムで現場データ(特に、各現時点での状態データ)を受け取って、リアルタイムで制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセット183を生成して各現場のコントローラ17へ提供することにより、コントローラ17による交流電動機5の始動、運転及び停止動作をリアルタイムで最適制御するように構成されてもよい。
The neural
以上のように構成された人工知能システム171を用いることにより、各現場の始動及び運転装置1のコントローラ17に、自動的に制御パラメータの最適値(又は最適近似値)のセットが設定される。
By using the
このようにして現場での制御パラメータの自動設定が一旦行われた後、その設定された値を一層に最適化するように修正するようにしてもよい。すなわち、制御パラメータを一旦設定した後に現場で交流電動機5の始動と停止を試行し、その試行時の状態データを測定して人工知能システム171にフィードバックし、そのフィードバックデータを用いて人工知能システム171の学習済ニューラルネットワーク187が、先に設定された制御パラメータを修正した値のセットを再出力し、そして、その修正値のセットを現場のコントローラ17に再設定する、というプロセスを行えるようにしてよい。このプロセスを1回以上行うことで、各現場の制御パラメータをより最適なものに改善することができる。
After the automatic setting of the control parameter at the site is once performed in this way, the set value may be corrected so as to be further optimized. In other words, once the control parameters are set, the start and stop of the
さらに、現場の動作環境や機械特性の変化(例えば、季節の温度変化による機械油の粘度の変化)に起因する始動時や停止時の状態データの変化を、現場で適宜に測定して人工知能システム171にフィードバックすることで、人工知能システム171が変化後の状況に適した新たな制御パラメータの最適値のセットを再計算し、その新たなセットで現場のコントローラ17のパラメータ設定を更新するようにしてもよい。
In addition, artificial intelligence can be used to appropriately measure changes in the state data at start and stop due to changes in the operating environment and mechanical properties of the site (for example, changes in machine oil viscosity due to seasonal temperature changes). By feeding back to the
特に始動用制御パラメータについては、各現場の電動機5の始動電流を最小化するように、機械学習機能を用いて制御パラメータを適時に最適化することにより、電動機5の無負荷時により頻繁に電動機5を停止することができるようになる。それにより、無駄な消費電をより効果的に削減できるようになる。
In particular, with regard to the control parameter for starting, the motor is more frequently used when the
ところで、図13では、人工知能システム171内に、1つの学習前ニューラルネットワーク185と1つの学習済ニューラルネットワーク187が示されている。しかし、人工知能システム171が、複数の学習前ニューラルネットワーク185及び/又は複数の学習済ニューラルネットワーク187を備えてもよく、それらを例えば、異なる現場に割り当てる、あるいは、異なる用途に割り当ててもよい(例えば、交流電動機5と作業機械9の特性データの基づいて制御パラメータの最適近似値のセットを算出する用途と、その最適近似値のセットで始動と停止を試行した結果の状態データに基づいて、その最適近似値のセットをより最適に修正する用途、電動機5及び作業機械9の現在状態に応じて電動機5を停止するか否か及び再始動するか否かを判断する用途、など)。
In FIG. 13, one pre-learning
図13では、人工知能システム171内に、機械学習を行うための構成、つまり、訓練データ準備部175、訓練データ176及びニューラルネットワーク学習部177が存在する。しかし、変形例として、人工知能システム171が機械学習を行うための構成をもたず、機械学習を行うための構成は人工知能システム171の外部に設けられてもよい。
In FIG. 13, a configuration for performing machine learning, that is, a training
図12及び図13では、サーバコンピュータ161及び人工知能システム171が、各現場の始動及び運転装置1の外部に設けられている。しかし、変形例として、サーバコンピュータ161の機能要素の少なくとも一部、又は、人工知能システム171の機能要素の少なくとも一部が、各現場の始動及び運転装置1内(例えば、コントローラ17内)に設けられてもよい。例えば、図13に示された人工知能システム171のうちの少なくともニューラルネットワーク推論部181が、各現場のコントローラ17内に、例えば、記憶装置55に格納されたコンピュータプログラム、特定機能モジュール61、あるいはそれらの組み合わせとして、設けられてもよい。その場合、各現場のニューラルネットワーク推論部181は、その各現場に特化して最適化された関数として訓練された(学習を済ませた)ものであってもよいし、あるいは、他の現場にも適用できるような汎用性をもった関数として訓練されたものであってもよい。また、その場合、各現場のニューラルネットワーク推論部181は、その現場でリアルタイムにセンスされた各種状態データを入力して、リアルタイムにその現場の電動機5の始動及び/又は停止動作を制御するように構成されてよい。あるいは、各現場のニューラルネットワーク推論部181は、他の現場のコントローラ17と通信ネットワークを通じて通信接続可能であって、自現場だけでなく他の現場でセンスされた各種状態データを入力して、それぞれの現場の電動機5の始動及び/又は停止動作を制御するように構成されてもよい。各現場のニューラルネットワーク推論部181内の学習済ニューラルネットワーク187は随時に更新されてよい。
In FIG. 12 and FIG. 13, the
図14は、採用可能な始動電圧パターンの一例として、多段始動電圧パターンの例を示す。 FIG. 14 shows an example of a multi-stage starting voltage pattern as an example of an employable starting voltage pattern.
図14に示された多段始動電圧パターン191によると、始動回路11の各相の出力電圧が、初期電圧V0から電源電圧Vsまで、3段以上の多段に分けて段階的に上昇させられる。段数は図14の例では7段であるが、これは一例にすぎず、より多くても少なくてもいい。各段n(n=1, 2, 3, ....)では、出力電圧を昇圧時間Trnをかけて前段電圧Vn-1から現段電圧Vnまで上昇させた後、電流安定時間Tsnの間その現段電圧Vnに保つ。交流電動機5の電流193は、各段において、電圧上昇時に一時的に増大するが、電流安定時間の間に定格電流Ir以下の値に低下して安定し、その後に次段の電圧上昇が行われる。そのため、始動時に電流が過大になって交流電動機5が損傷することが有効に防止される。この多段始動電圧パターン191は、特に、作業機械9のイナーシャ(GDスクエア)が大きい場合に有用である。また、電動機5の始動時の始動電流と電圧降下を最小化することで、無負荷時により頻繁に電動機5を停止できるようにして省電力効果を高める目的からも、多段始動電圧パターン191は有用である。
According to the multistage
多段始動電圧パターン191を定義する諸値、例えば、初期電圧Vo、段数n、各段電圧Vn、各段電圧安定時間Tsnなどは、始動及び運転装置1のコントローラ17に制御パラメータとして設定されることができる。また、それらのパラメータ値を一旦設定した後、始動と停止を試行して、その時に測定された状態データに応じて、それらの値を修正することもできる。前述したパラメータ設定システム160によりれらのパラメータ値を自動計算することもできる。特に、前述した人工知能システム171を用いて、電動機5の始動電流を最小化するよう多段始動電圧パターン191を随時に又はリアルタイムに最適化することにより、減電圧始動を用いた電動機5の省電力化の効果をいっそう高めることができる。
Various values defining the multistage
以上説明した本発明の一実施形態は従来技術が抱えるさまざまな問題状況の改善に有益である。既に説明したように、ポンプ・ファン・コンプレッサなどの回転機器の場合、低負荷での運転は効率が非常に悪くなる。それゆえ、低負荷時には運転台数を減らして高効率を維持するため、台数制御システムとインバータ制御の組み合わせが多く採用されて来ている。しかし、一例として、コンプレッサの場合、コンプレッサのタイプ(レシプロ、スクリュー、ターボなど)、負荷の変動、並びに、容量制御の種類及び仕方により、負荷特性が変わってくる。最高効率を目指すためには頻繁な起動・停止の繰り返しが理想であるが、それは現状では、圧縮機の寿命を縮める恐れがある。それゆえ、コンプレッサの起動・停止の条件をある程度の幅を持って設定し、インバータ制御を併用している。この状況に対して、本発明の一実施形態は次のような改善を提供できる可能性がある。
・圧力センサにより空気圧力を検知及び予測し、コンプレッサの起動・停止の繰り返しを最適化する。
・複数台のコンプレッサの運転台数を効率的に制御し、最適な空気圧を自動制御する。
・それぞれのコンプレッサの制御を人工知能システムで最適化する。
One embodiment of the present invention described above is useful for improving various problem situations in the prior art. As already explained, in the case of rotating equipment such as pumps, fans and compressors, operation at low loads is very inefficient. Therefore, in order to maintain high efficiency by reducing the number of operating units at low loads, many combinations of a unit control system and inverter control have been adopted. However, as an example, in the case of a compressor, the load characteristics change depending on the type of compressor (reciprocating, screw, turbo, etc.), load fluctuation, and the type and manner of capacity control. In order to achieve the highest efficiency, frequent start / stop operations are ideal, but at present, this may shorten the life of the compressor. Therefore, the conditions for starting and stopping the compressor are set with a certain range, and inverter control is also used. In this situation, an embodiment of the present invention may provide the following improvements.
・ The air pressure is detected and predicted by the pressure sensor to optimize the start / stop of the compressor.
・ Efficiently control the number of operating compressors and automatically control the optimum air pressure.
・ Optimize the control of each compressor with an artificial intelligence system.
以上説明した本発明の実施形態は、説明のための単なる例示であり、本発明の範囲をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。本発明は、上記の実施形態とは違うさまざまな形態で、実施することができる。 The embodiment of the present invention described above is merely an example for explanation, and is not intended to limit the scope of the present invention to that embodiment alone. The present invention can be implemented in various forms different from the above embodiments.
例えば、電動機5が無負荷状態にあるとき、電動機5を停止させるか否かを判断するための情報として、電動機5の巻線温度に代えて、又はそれと組み合わせて、電動機5の温度状態に関係する他の情報(例えば、電動機5の他の部分の温度、電動機5の騒音又は振動の大きさ、電動機5の過去の始動を繰り返した頻度、電動機5の過去の始動からの経過時間、電動機5の消費電力、電動機5の回転速度と出力トルク、など)を使用してもよい。
For example, when the
また、電動機5が負荷状態か無負荷状態かを判断するための情報として、作業機械9の運転及び停止指令に代えて、又はそれと組み合わせて、作業機械9の運転又は停止に関係する他の情報(例えば、作業機械9の所定の状態、動作、出力、入力又は機能、電動機5の出力又は入力、又は、外部システムから提供される作業機械9の運転及び/又は停止に関わる命令、要求又は状態、など)を使用することもできる。
Further, as information for determining whether the
本発明は、三相かご型誘導電動機だけでなく、他の種類の交流電動機、例えば三相同期電動機にも適用することができる。 The present invention can be applied not only to a three-phase squirrel-cage induction motor but also to other types of AC motors such as a three-phase synchronous motor.
1 交流電動機の始動及び運転装置
3 三相交流電源
5 三相交流電動機(三相かご型誘導電動機)
9 作業機械
11 始動回路
13 メイン開閉器
15 バイパス開閉器
17 コントローラ
19 手動始動及び停止スイッチ
21 入力電流信号
23 入力電圧信号
25 バイパス状態信号
27 巻線温度信号
29 温度センサ
31 回転速度信号
33 回転速度計
35 運転及び停止指令
41 メイン開閉信号
43 バイパス開閉信号
45 点弧信号
47 バイパス開閉信号
51 入出力インタフェース
53 CPU
57 表示器
59 操作盤
61 特定機能モジュール
63 故障対策モジュール
65 バイパス開閉信号
101、103、105 始動電圧パターン
106、107、108 停止電圧パターン
110 無停電保守回路
111 主給電パス
113 保守用バイパス
115、117 コネクタ
119、121 保守用開閉器
123 保守用バイパス開閉器
159 制御データベース
160 パラメータ制御システム
161 サーバコンピュータ
163 通信ネットワーク
171 人工知能システム
177 ニューラルネットワーク学習部
181 ニューラルネットワーク推論部
185 学習前ニューラルネットワーク
187 学習済ニューラルネットワーク
191 多段始動電圧パターン
1 AC motor starting and operating device 3 Three-phase
9
57
Claims (17)
前記交流電動機の始動時に、電源の全電圧から低減された電圧を前記交流電動機に出力する始動回路と、
前記交流電動機の運転時に、前記全電圧を前記交流電動機に出力する開閉器と、
前記始動回路と前記開閉器を駆動するコントローラと
を備え、
前記コントローラが、
前記交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップと、
前記交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップと、
前記交流電動機の運転時に、前記交流電動機が前記無負荷状態であり同時に前記再始動可能状態であると判断した場合、前記開閉器を開いて前記交流電動機を停止するステップと、
前記交流電動機を停止した後に、前記交流電動機が前記負荷状態になったと判断した場合、前記始動回路を駆動して前記交流電動機を始動するステップと、
前記交流電動機を始動した後に前記開閉器を閉じて前記交流電動機の運転に入るステップと
を有する制御プロセスを実行するように構成された、
始動及び運転装置。 In an apparatus for starting and operating an AC motor,
A starting circuit that outputs a voltage reduced from the total voltage of a power source to the AC motor when the AC motor is started;
A switch that outputs the total voltage to the AC motor during operation of the AC motor;
A controller for driving the starter circuit and the switch;
The controller is
Determining whether the AC motor is in a loaded state or a no-load state;
Determining whether the AC motor is in a restartable state; and
When determining that the AC motor is in the no-load state and simultaneously in the restartable state during operation of the AC motor, opening the switch to stop the AC motor;
When it is determined that the AC motor has entered the load state after stopping the AC motor, the step of starting the AC motor by driving the starting circuit;
A step of closing the switch and starting operation of the AC motor after starting the AC motor and performing a control process comprising:
Starting and operating device.
前記始動回路は、前記電源と前記電動機との間に設けられた複数の半導体スイッチング素子を有し、
前記コントローラが、前記交流電動機の始動時に、前記半導体スイッチング素子の点弧位相角を制御する、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to claim 1,
The starting circuit has a plurality of semiconductor switching elements provided between the power source and the electric motor,
The controller controls an ignition phase angle of the semiconductor switching element when the AC motor is started;
Starting and operating device.
前記コントローラが、前記交流電動機の温度状態に関連する温度関連情報を受信し、前記温度関連情報を用いて前記交流電動機が前記再始動可能状態にあるか否かを判断する
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to any one of claims 1 and 2,
A starting and operating device in which the controller receives temperature-related information related to the temperature state of the AC motor and determines whether the AC motor is in the restartable state using the temperature-related information.
前記コントローラが、前記交流電動機により駆動される作業機械の運転又は停止に関連する機械運転関連情報を受信し、前記機械運転関連情報を用いて前記交流電動機が前記負荷状態及び前記無負荷状態のいずれにあるかを判断する
始動及び運転装置。 In the starting and operating device according to any one of claims 1 to 3,
The controller receives machine operation-related information related to operation or stop of a work machine driven by the AC motor, and the AC motor uses the machine operation-related information to determine whether the AC motor is in the load state or the no-load state. A starting and operating device that determines whether or not
前記コントローラで異常又は故障が発生した場合に前記開閉器を手動又は自動で開閉するための故障対策モジュールを備えた、
始動及び運転装置。 In the starting and operating device according to any one of claims 1 to 4,
A failure countermeasure module for manually or automatically opening and closing the switch when an abnormality or failure occurs in the controller;
Starting and operating device.
前記コントローラが、さらに、
前記交流電動機が前記無負荷状態で停止した時の時間長を把握するステップと、
前記交流電動機が前記無負荷状態で運転した時の消費電力を把握するステップと、
前記時間長さと前記消費電力に基づいて、前記交流電動機が前記無負荷状態で停止したことにより削減された電気料金又は消費電力量を計算するステップと、
前記削減された電気料金又は消費電力量をユーザに通知するステップと
を有する料金通知プロセスを実行するように構成された、
始動及び運転装置。 In the starting and operating device according to any one of claims 1 to 5,
The controller further comprises:
Grasping the length of time when the AC motor stops in the no-load state;
Grasping power consumption when the AC motor is operated in the no-load state;
Based on the time length and the power consumption, calculating the electricity bill or power consumption reduced by the AC motor being stopped in the no-load state;
Notifying a user of the reduced electricity bill or power consumption, configured to perform a bill notification process,
Starting and operating device.
前記コントローラが、前記交流電動機の始動時に、前記始動回路の出力電圧をフィードバックし、前記出力電圧とあらかじめ設定された始動電圧パターンとの偏差に基づいて、前記半導体スイッチング素子の点弧位相角を制御する、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to claim 2.
The controller feeds back an output voltage of the starting circuit when starting the AC motor, and controls an ignition phase angle of the semiconductor switching element based on a deviation between the output voltage and a preset starting voltage pattern. To
Starting and operating device.
前記コントローラが、前記交流電動機の始動時に前記交流電動機の回転速度を監視し、前記回転速度に基づいて前記開閉器を閉じるタイミングを制御する、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to claim 1,
The controller monitors the rotational speed of the AC motor at the start of the AC motor, and controls the closing timing of the switch based on the rotational speed;
Starting and operating device.
前記コントローラは、前記始動回路と前記開閉器を制御するための制御パラメータを有し、
前記制御パラメータを決定する機能を学習した学習済ニューラルネットワークにより前記制御パラメータが制御されるように、前記コントローラが構成された、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to any one of claims 1 to 8,
The controller has control parameters for controlling the starting circuit and the switch,
The controller is configured such that the control parameter is controlled by a learned neural network that has learned the function of determining the control parameter;
Starting and operating device.
前記交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップと、
前記交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップと、
前記交流電動機の運転時に、前記交流電動機が前記無負荷状態であり同時に前記再始動可能状態であると判断した場合、前記交流電動機を停止するステップと、
前記交流電動機を停止した後に、前記交流電動機が前記負荷状態になったと判断した場合、前記交流電動機の減電圧始動を行うステップと、
前記減電圧始動の後に前記交流電動機の運転に入るステップと
を有する、
始動及び運転方法。 In a method for starting and operating an AC motor,
Determining whether the AC motor is in a loaded state or a no-load state;
Determining whether the AC motor is in a restartable state; and
When the AC motor is in operation, if it is determined that the AC motor is in the no-load state and at the same time the restartable state, the step of stopping the AC motor;
When it is determined that the AC motor is in the load state after the AC motor is stopped, a step of starting to reduce the voltage of the AC motor;
Entering into operation of the AC motor after the reduced voltage start,
How to start and run.
前記交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を前記交流電動機に出力する始動回路と、
前記交流電動機の運転時に、前記電源の全電圧を前記交流電動機に出力する開閉器と、
前記始動回路と前記開閉器を駆動するコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記始動回路と前記開閉器を制御するための制御パラメータを有し、前記制御パラメータは変更可能である、
始動及び運転装置。 In the starting and operating device of an AC motor,
At the time of starting the AC motor, a starting circuit that outputs a reduced AC voltage to the AC motor by switching all AC voltages from a power source;
A switch that outputs the entire voltage of the power source to the AC motor during operation of the AC motor;
A controller for driving the starter circuit and the switch;
The controller has control parameters for controlling the starting circuit and the switch, and the control parameters can be changed.
Starting and operating device.
前記制御パラメータが、前記交流電動機の始動時に前記出力電圧を制御するための1以上の始動電圧パターンを制御し、前記始動電圧パターンの一つが、3段以上の複数段に分けて始動回路の出力電圧を上昇させるように構成された多段始動電圧パターンである、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to claim 11,
The control parameter controls one or more starting voltage patterns for controlling the output voltage when starting the AC motor, and one of the starting voltage patterns is divided into a plurality of stages of three or more to output the starting circuit. A multi-stage starting voltage pattern configured to increase voltage;
Starting and operating device.
前記制御パラメータが、前記交流電動機の運転中に前記交流電動機を停止するか否かの停止判断、及び/又は、一旦停止した前記電動機を再始動するか否かの再始動判断を制御する、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to claim 11,
The control parameter controls whether to stop the AC motor during the operation of the AC motor, and / or whether to restart the motor once stopped.
Starting and operating device.
前記制御パラメータを決定する機能を学習した学習済ニューラルネットワークにより前記制御パラメータが制御されるように、前記コントローラが構成された、
始動及び運転装置。 The starting and operating device according to any one of claims 11 to 13,
The controller is configured such that the control parameter is controlled by a learned neural network that has learned the function of determining the control parameter;
Starting and operating device.
1又は複数の現場に配置された1又は複数の交流電動機の始動及び運転装置と通信接続可能であるか、又は、各現場の前記始動及び運転装置に少なくともその一部が設けられた、サーバコンピュータを備え、
前記各現場の前記始動及び運転装置は、前記各現場の交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を前記交流電動機に出力する始動回路と、前記交流電動機の運転時に、前記電源の全電圧を前記交流電動機に出力する開閉器と、前記始動回路と前記開閉器を駆動するコントローラとを有し、
前記コントローラは、始動回路と開閉器を制御するための制御パラメータを有し、前記制御パラメータは変更可能であり、
前記サーバコンピュータは、前記各現場の前記交流電動機とそれに接続された作業機械に関する現場データに基づいて、前記各現場の前記コントローラがもつ前記制御パラメータを制御する推論システムを有する、
パラメータ制御システム。 In a parameter control system for AC motor starting and operating devices,
A server computer that is communicably connected to a start and operation device of one or more AC motors arranged at one or more sites, or at least a part of the start and operation device at each site is provided With
The start-up and operation device at each site includes a start circuit that outputs a reduced AC voltage to the AC motor by switching all AC voltages from a power source when the AC motor at each site is started, and the AC motor. A switch that outputs the entire voltage of the power source to the AC motor, and a controller that drives the starter circuit and the switch,
The controller has control parameters for controlling the starting circuit and the switch, and the control parameters can be changed,
The server computer has an inference system that controls the control parameters of the controller at each site based on the site data regarding the AC motor at each site and the work machine connected thereto.
Parameter control system.
前記サーバコンピュータの前記推論システムが、前記各現場の前記現場データに基づいて前記各現場の前記コントローラがもつ制御パラメータを制御するための関数を機械学習したニューラルネットワークを有し、前記ニューラルネットワークを用いて前記各現場の前記コントローラがもつ前記制御パラメータを制御する、
パラメータ制御システム。 The parameter control system according to claim 15,
The inference system of the server computer has a neural network in which a function for controlling a control parameter of the controller at each site is machine-learned based on the field data at each site, and the neural network is used. And controlling the control parameters of the controller at each site,
Parameter control system.
前記1又は複数の現場から前記現場データを収集し、収集された前記現場データを用いて前記ニューラルネットワークに前記関数を学習させる学習システム、
をさらに備えたパラメータ制御システム。
The parameter control system according to claim 16, wherein
A learning system that collects the field data from the one or more fields and causes the neural network to learn the function using the collected field data;
Further equipped with a parameter control system.
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