JP2544518B2 - 制御棒制御装置 - Google Patents

制御棒制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、制御棒の駆動を制御する制御棒制御装置に
係り、特に、モータ駆動の制御棒に対して好適な制御棒
制御装置に関する。
〔従来の技術〕
原子力プラントにおいて、制御棒の駆動源としてモー
タを用いて、原子炉の出力調整をきめ細かくすることが
考えられている。このような場合、制御棒が誤動作する
ことのないようにすることが重要であり、そのための対
応策が、特開昭54−119614号公報「モータ駆動制御棒制
御装置」に示されている。
本公知例は、制御棒の駆動源であるモータ(具体的に
は同期モータ)が脱調したときには、この脱調を検出
し、モータに直結しているブレーキを作動させて、制御
棒の自重による落下を防止するようにしている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術では、モータが脱調する場合、これに関
する対応策が講じられていたが、モータの起動時及び停
止時における制御棒の保持については検討されていなか
った。例えば、制御棒停止時には、モータに直結してい
るブレーキを作動させようとすると、ブレーキ作動タイ
ミングのばらつきにより、制御棒を正しい位置に保持さ
せることが出来ないという問題がある。また、モータに
直流電流を流して直流励磁をかけることにより、制御棒
を保持させようとすると、モータが発熱する。しかも、
制御棒の駆動は、制御棒が移動している時よりも、保持
されている時間の方がはるかに長いため、この直流励磁
による発熱量は大きい。さらには、直流励磁のために、
モータを制御する制御装置も動作している必要があり、
そのための電力損失も増加してしまうという問題があ
る。さらには、モータ駆動時に、モータ駆動に脱調以外
の異常、特に、モータの駆動量、つまり制御棒移動量が
オーバーする異常時の対応が検討されていないという問
題がある。
本発明の目的は、制御棒を目標位置に正確に停止させ
てその位置に保持することのできる制御棒制御装置を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は同期モータの停止時、つまり制御棒が目標位
置になると同期モータを直流励磁し、同期モータを直流
励磁した状態で同期モータに直接している電磁ブレーキ
を作動させるようにしたものである。
〔作用〕
同期モータを直流励磁して停止した位置に保持させる
べきトルクを発生させているので、電磁ブレーキの作動
タイミングのばらつきに無関係に制御棒を目標位置に正
確に停止させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明による実施例を図面を用いて説明する。
各図の番号の等しい部分は相当部を示す。
第1図は本発明の一実施例を示した図である。制御棒
駆動軸13には、第2図に示す制御棒駆動機構が接続され
ており、モータ8の回転量に応じて制御棒22が移動す
る。第2図で、モータ8の回転量はスクリュ17に伝達さ
れ、ナット18が上下動することにより、連結棒19も上下
動に移動し、これによって制御棒22が移動する。なお、
20が制御棒駆動部を収納するハウジングであり、21が原
子炉圧力容器の一部である。また、ブレーキ9はモータ
8の回転軸に直結されている。
さて、第1図において、モータの回転は、電力変換器
2によって制御されるが、この電力変換器2は電力変換
器制御装置3からの駆動信号に従って動作する。この電
力変換器2は、例えば基本的には第3図に示すように構
成することができる。交流電源1の交流電圧をコンバー
タ21によって所望の直流電圧に変換し、これを平滑回路
22によって平滑し、インバータ23によって可変周波数の
交流電圧をモータ8に印加し、モータ8の回転速度及び
回転量を制御する。211〜216はサイリスタであるが電気
角を調整して所望の直流電圧を得ることができる。221
と222は平滑のためのコイルとコンデンサである。231〜
236はスイッチング用のトランジスタであるが、サイリ
スタ等のスイッチング素子を用いても良い。第3図に示
す電力変換器2はパルス振幅変調方式の場合の構成例で
あるが、この他に、パルス幅変調方式で構成する場合も
ある。第1図において、電力変換器制御装置3は、駆動
指令制御装置7からの駆動指令信号5に従って駆動信号
4を出力するが、これらの動作を以下に説明する。
まず、駆動指令制御装置7は、モータ回転時に、駆動
指令信号5を電力変換器制御装置3に出力する。電力変
換器制御装置3はこの駆動指令信号5を受信すると、ま
ずモータを直流励磁してモータに制動力を発生させるた
めの駆動信号を電力変換器2に出力すると共に、第4図
に示すようにモータを直流励磁している事を示す直流励
磁状態信号6を駆動指令制御装置7に出力する。ここ
で、モータを直流励磁するにあたっては、モータ停止時
に直流励磁した状態と同一の直流励磁を行う。停止時の
直流励磁と異なるモータ巻線を直流励磁すると、後述す
るブレーキのブレーキ力を解除した時に、モータの巻線
の励磁状態が異なることによってモータのロータの位置
がずれる。これを防止するために、モータ停止時の直流
励磁と同一状態の直流励磁を行う。特に、モータをオー
プンループで制御するときには、このずれがそのまま制
御棒の位置ずれになるため、このようなことが発生しな
い様にしている。駆動指令制御装置7は直流励磁状態信
号6を受信すると、モータに直結しているブレーキのブ
レーキ力を解除するために、第4図に示すようにブレー
キ電源装置10にブレーキ指令信号14として論理“0"を出
力する。ブレーキ電源装置10をこのブリーキ指令信号14
論理“0"信号を受信すると、ブレーキ9に対してブレー
キ力を解除させる。このとき、モータは直流励磁によっ
て制動力がかかっているので制御棒の自重によって制御
棒が移動することはない。
電力変換器制御装置3は、直流励磁のための駆動信号
を一定時間出力した後(第4図の期間t0〜t1)に駆動指
令信号5に従ってモータ8を回転させる(第4図の期間
t1〜t4)。上記の直流励磁の期間は、基本的には直流励
磁状態信号6を出力した後にブレーキのブレーキ力が解
除されるまでの期間でよいが、この期間に少し余裕をと
った期間とすることが望ましく、例えば、1秒程度とす
る。第4図の時刻t1からモータは回転するが、モータ8
の回転速度については制御棒駆動の駆動源として好適な
ステップモータの例で示している。ステップモータの場
合には、駆動信号4のパルス信号のパルス数に対応した
量だけ制御棒が移動するため、オープンループ制御によ
って制御棒の位置決めを正確に制御することが可能であ
る。DCモータ等によるフィードバック制御の場合にフィ
ードバック系が異常になった場合は、制御棒の位置を正
しい位置に制御することが出来なくなったり、目標位置
以上に制御棒を移動されたりすることが考えられるた
め、オープンループ制御が可能なステップモータの方が
制御棒の駆動源として望ましい。ステップモータの場合
には、自起動周波数以内の周波数から起動することが可
能であるため、第4図に示す様に、時刻t1において、モ
ータの回転速度を即高くすることができる。期間t1〜t2
はモータの速度を高めている期間であり、期間t2〜t3
定格速度の領域であり、期間t3〜t4は、モータ速度を減
速している期間であり、時刻t4はモータを停止させた時
である。このモータ停止時には、各々の装置は次のよう
に動作する。
制御棒が目標位置に達っした時、つまりモータの回転
量が目標量に達した時にモータに直結してあるブレーキ
を作動させて、制御棒をその位置に保持させるが、この
時、制御棒位置がずれない様にするために、次のように
している。
まず、モータ停止時における、モータ巻線の励磁状態
と同一の励磁状態でモータを第4図のように一定期間
(t4〜t5)直流励磁する。このときには、モータに印加
する電圧は、オータ停止時の電圧V1よりも低い電力V3
ある。この直流励磁は、電力変換器制御装置3から出力
する駆動信号によって制御される。電力変換器制御装置
3は、この直流励磁を示す直流励磁状態信号6を駆動指
令制御装置7に出力する。駆動指令制御装置7は直流励
磁状態信号6を受信すると、ブレーキ9を作動させて、
第4図のように、モータにブレーキをかけるための論理
“1"のブレーキ指令信号14をブレーキ電源装置10に出力
する。ブレーキ電源装置10は、このブレーキ指令信号を
受信すると、ブレーキ9を作動させてモータ8が回転し
ないように保持する。その後、電力変換器制御装置3は
モータ8の直流励磁を解除する。なお、ブレーキ9の作
動は次のモータ起動まで継続する。この結果、モータ停
止時に、制御の位置がずれることなく、ブレーキによっ
て制御棒位置を目標位置で保持することができる。この
様に、制御棒位置固定時には、ブレーキの機械的な力に
よって制御棒の位置を保持するため、モータの直流励磁
によって制御棒位置を保持する場合と比べ、モータの発
熱を少なくすることができるため、モータの寿命を長く
できるし、その信頼性を高くできる効果があると共に、
直流励磁による制御棒位置の保持をしないことにより、
電力変換器も動作状態にしておく必要がないため、電力
損失が発生することもない。
以上の例では、駆動指令制御装置7からブレーキ指令
信号14をブレーキ電源装置10に出力するように構成して
いた。これを、第5図に示すように、電力変換器制御装
置3から直接、ブレーキ電源装置10に、ブレーキ指令信
号142を出力する様に構成することも可能である。この
場合には、モータを直流励磁していることを示す直流励
磁状態信号を駆動指令制御装置7に出力する必要がない
ため、この部内に係わるハードウェア量を削除できる。
なお、第1図及び第5図のいずれも、制御棒位置検出
器11と12(高信頼化のために二重化している)の出力信
号15及び16を駆動指令制御装置7に取り込んでいるの
は、駆動指令信号5に対して、モータが脱調していない
か、あるいはモータが正しく動作しているかを判定する
ためであり、モータが脱調している時とモータが正しく
動作していない時(特に、目標値を越えて移動したり、
駆動指令を与えていないのにモータが回転する時)は、
駆動指令信号5の出力を停止すると共に、ブレーキ9を
作動するために、ブレーキ電源装置10にブレーキ指令信
号14あるいは141(論理“1"の信号)を出力する。な
お、モータのトルク力がブレーキ力よりも大きい場合に
は、上記の場合でも電力変換器制御装置の故障によって
は、モータがいつまでも回転することが考えられる。そ
こで、このような場合には、制御棒の位置を固定するこ
とが原子炉出力の変動を回避することが優先されるため
に、第5図に示す様に、交流電源1と電力変換器2間あ
るいは、電力変換器2とモータ8間にしゃ断装置71,7
1′を設け、駆動指令制御装置からのしゃ断指令信号72
に従って、しゃ断装置71,71′を作動させて、モータ駆
動を停止させると共に、ブレーキ電源装置にブレーキ指
令信号を出力して、モータを保持させる。これによっ
て、制御棒の異常な移動を防止でき、原子炉の安全性を
一層高めることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、同期モータを直流励磁して停止した
位置に保持させるべきトルクを発生させているので、電
磁ブレーキの作動タイミングのばらつきに無関係に制御
棒を目標位置に正確に停止させることができる。
また、上述の実施例では制御棒移動停止中には、ブレ
ーキによって制御棒位置を保持することができるため、
モータの直流励磁によって制御棒位置を保持する場合と
比べ、モータの発熱が少なく出来るため、モータの寿命
を長くできるし、その信頼性を高くできる効果があると
共に、直流励磁による制御棒位置の保持をしないことに
より電力変換器も動作状態にする必要がないため、電力
損失を最小に抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は、第1図のモータに接続される制御棒駆動機構の断面
図、第3図は第1図の電力変換器の一構成例を示した系
統図、第4図は、第1図の各々の装置の動作の説明図、
第5図は、本発明の他の実施例のブロック図である。 2……電力変換器、3……電力変換器制御装置、5……
駆動指令信号、6……直流励磁状態信号、7……駆動指
令制御装置、8……モータ、9……ブレーキ、14,141,1
42……ブレーキ指令信号、71,71′……しゃ断装置、72
……しゃ断指令信号。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御棒の位置を制御する同期モータと、該
    同期モータに直結されている電磁ブレーキと、電力変換
    を行い前記同期モータを駆動する電力変換器と、該電力
    変換器の出力を制御する変換器制御手段と、前記同期モ
    ータの停止時に、前記電力変換器により前記同期モータ
    を直流励磁し、前記同期モータを直流励磁した状態で前
    記電磁ブレーキを作動させる駆動指令制御手段とを具備
    することを特徴とする制御棒制御装置。
  2. 【請求項2】制御棒の位置を制御する同期モータと、該
    同期モータに直結されている電磁ブレーキと、電力変換
    を行い前記同期モータを駆動する電力変換器と、該電力
    変換器の出力を制御する変換器制御手段と、前記制御棒
    が停止させるべき位置になると前記電力変換器により前
    記同期モータを直流励磁し、前記同期モータを直流励磁
    した状態で前記電磁ブレーキを作動させ、その後に前記
    同期モータの直流励磁を解除させる駆動指令制御手段と
    を具備することを特徴とする制御棒制御装置。
  3. 【請求項3】制御棒の位置を制御する同期モータと、該
    同期モータに直結されている電磁ブレーキと、電力変換
    を行い前記同期モータを駆動する電力変換器と、該電力
    変換器の出力を制御する変換器制御手段と、前記同期モ
    ータの起動時に前記電力変換器により前記同期モータを
    直流励磁して前記同期モータを直流励磁した状態で前記
    電磁ブレーキの作動を解除させ、前記同期モータの停止
    時には、前記電力変換器により前記同期モータを直流励
    磁して前記同期モータを直流励磁した状態で前記電磁ブ
    レーキを作動させる駆動指令制御手段とを具備すること
    を特徴とする制御棒制御装置。
  4. 【請求項4】制御棒の位置を制御するステップモータ
    と、該ステップモータに直結されている電磁ブレーキ
    と、該電磁ブレーキの電源装置と、電力変換を行い前記
    ステップモータを駆動する電力変換器と、該電力変換器
    の出力を制御する変換器制御手段と、前記ステップモー
    タの停止時に前記電力変換器により前記ステップモータ
    を直流励磁し、前記ステップモータを直流励磁した状態
    で前記電源装置に指令を与えて前記電磁ブレーキを作動
    させ、その後に前記ステップモータの直流励磁を解除さ
    せる駆動指令制御手段とを具備することを特徴とする制
    御棒制御装置。
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