JP3215263B2 - 交流電動機の駆動システム - Google Patents

交流電動機の駆動システム

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JP3215263B2 JP13149194A JP13149194A JP3215263B2 JP 3215263 B2 JP3215263 B2 JP 3215263B2 JP 13149194 A JP13149194 A JP 13149194A JP 13149194 A JP13149194 A JP 13149194A JP 3215263 B2 JP3215263 B2 JP 3215263B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のインバータ装置
を並列運転して、交流電動機群を駆動するシステムに係
り、特に、停電再起動運転中に一部のインバータ装置に
故障が発生してもシステムの運転を続行するようにした
交流電動機の駆動システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】インバータ装置を用いた大容量電源シス
テムでは、システム・ダウンの事故を防止し、システム
としての信頼性を向上させる目的で複数台のインバータ
装置を並列運転する方式を用いる場合がある。このよう
なインバータ装置の並列運転システムでは、一部のイン
バータ装置が故障した場合でもシステムの定常運転が継
続できるようにシステム容量に余裕を持たせるのが一般
的である。同時に、個々のインバータ装置は故障時には
故障したインバータ装置を速やかに負荷から切り離し、
復旧したインバータ装置は再びシステム投入出来るよう
に出力部には高速遮断器(例えば、半導体遮断器)が設
けられている。
【0003】このような大容量電源システムを用いて多
数の交流電動機を駆動する従来の装置を図6に示す。同
図において、インバータ装置1〜3はそれぞれ交流電源
が入力され所定の周波数の交流電圧に変換して一つの共
通母線に出力し並列運転が行われる。この共通母線に
は、それぞれ開閉器4を介して接続された電動機5が多
数設けられている。制御部6はインバータ装置1〜3の
並列運転を行うと共に各開閉器4の操作を行う。
【0004】各インバータ装置1〜3は、しゃ断器10を
介して入力される交流電源から直流を得るコンバータ11
とフィルタ12と直流を交流に変換するインバータ13とイ
ンバータ出力を開閉する高速しゃ断器14と交流出力しゃ
断器15を備えている。
【0005】このような電源システムを用いて多数の交
流電動機を駆動するとき、電源の容量は一部のインバー
タ装置が故障しても定常運転時の負荷電流を供給するこ
とができるように定められる。また、全ての電動機を全
電圧起動するとき、起動電流が電源容量を越える場合は
順序起動が行われる。例えば、遠心分離プラントでは数
千台のヒステリシスモータを駆動し、負荷の慣性が非常
に大きいので、いくつかのグループに分けて起動させ定
格(同期)速度に達して定常負荷電流に低下すると次の
グループを起動させる順序起動が行われる。
【0006】このようにして運転を行う並列電源システ
ムにおいて、定常運転中に各インバータ装置1〜3の入
力電源に停電が発生すると各インバータ装置は停電を検
出し、停電信号を制御部6に出力する。制御部6は、こ
の停電信号から所定台数以下のインバータ装置に停電が
発生したと判断したときは当該インバータ装置にのみ停
止指令を出力し、当該インバータ装置は高速しゃ断器14
を開路して停止し、残りのインバータ装置で定常運転を
継続する。所定台数を越えるインバータ装置に停電が発
生したと判断すると制御部6は、各インバータ装置に同
期停止指令を出力し、各インバータ装置は高速しゃ断器
14を開路して停止し、更に、負荷投入用の開閉器4も連
動して開路する。これにより、交流電動機群5は自然降
速する。遠心分離機のように負荷の慣性が大きい場合に
は、数分間の停電(フリーラン)では降速量が小さいの
でプラントの運転を継続することが可能であり、この場
合、復電すると制御部6から再び運転指令が出力され各
インバータ装置は再起動し、高速しゃ断器14を閉路して
無負荷並列運転となる。図7は図6に示す3台のインバ
ータ装置1〜3を並列運転したときのこの場合のタイム
チャートを示したもので運転準備期間経過後の時刻t3
で3台のインバータ装置1〜3は無負荷並列運転とな
る。その後、時刻t4 で開閉器4を閉路する。この場
合、自然降速した電動機を定格速度まで加速するときの
電動機電流がインバータ装置の定格電流を越えないよう
に定格電圧より低く設定された停電再起動電圧にて再起
動し、各電動機5は定格速度に回復してプラントの運転
が続行される。また、停電再起動運転中の時刻t5 にお
いて1台のインバータ装置1に故障が発生した場合、当
該インバータ装置は並列運転から直ちに切り離され、残
りのインバータ装置2,3で停電再起動運転が継続さ
れ、インバータ装置1の負担していた電動機電流をイン
バータ装置2,3で分担する。従って、インバータ装置
2,3の電流は図7に示すように定格電流を越えて過負
荷運転となる場合がある。この場合、各インバータ装置
は、通常、 100%連続運転後に 150%の過負荷運転が1
分程度補償されているので、この期間内に定格速度に到
達したときは定格電流内に戻って、そのままインバータ
装置2と3でプラントの運転が続行される。しかし、こ
の期間内に定格速度に到達せず加速電流が流れ続けると
インバータ装置内の過負荷保護機能が作動して図7の時
刻t6 に示すようにインバータ装置2,3は故障停止と
なる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】インバータ装置2,3
が故障停止するとシステムダウンにつながり、再度、慣
性の大きい負荷を駆動する電動機群を定格速度まで立上
げるには、相当の時間を必要とし、プラントの稼働率が
低下するという問題がある。
【0008】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、複数のインバータ装置を
並列運転する電源装置で多数の交流電動機を駆動するシ
ステムにおいて、停電再起動運転中に所定台数以下のイ
ンバータ装置に故障が発生しても残りの健全なインバー
タ装置で確実に運転を続行することのできる交流電動機
の駆動システムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明として、
交流電源を入力とし所定周波数の交流を出力して共通母
線に接続され並列運転する複数のインバータ装置と、前
記共通母線にそれぞれ開閉器を介して接続される複数の
電動機を備え、停電再起動運転中に所定台数以内のイン
バータ装置に故障が発生したとき、故障したインバータ
装置を前記共通母線から切り離し、健全なインバータ装
置の運転を一時停止させて全ての開閉器を開路させ、健
全なインバータ装置の台数に応じて予め設定された電動
機を選択し、前記健全なインバータ装置の運転を再開さ
せる制御部と、この制御部からの指令により一部の開閉
器を閉路する操作部を設ける。
【0010】請求項2の発明として、交流電源を入力と
し所定周波数の交流を出力して共通母線に接続され並列
運転する複数のインバータ装置と、前記共通母線にそれ
ぞれ開閉器を介して接続される複数の電動機を備え、停
電再起動運転中に所定台数以内のインバータ装置に故障
が発生したとき、故障したインバータ装置を前記共通母
線から切り離し、健全なインバータ装置の台数に応じて
予め設定された電動機を選択する制御部と、この制御部
からの指令により一部の開閉器を開路する操作部を設け
る。
【0011】請求項3の発明として、請求項1の制御部
は、健全なインバータ装置の運転を再開するとき出力電
圧を低下させる。請求項4の発明として、請求項1の制
御部は、健全なインバータ装置の台数に応じて予めグル
ープ分けされた電動機グループを選択し、前記操作部
は、前記制御部からの指令によりグループ分けされたい
くつかの電動機グループの開閉器を順次閉路する。
【0012】
【作用】請求項1の発明は、停電再起動運転中に所定台
数以内のインバータ装置に故障が発生したとき、前記制
御部により故障したインバータ装置内の高速しゃ断器が
開路され故障したインバータ装置が共通母線から切り離
され、健全なインバータ装置の運転を一時停止させて全
ての開閉器を開路させ、健全なインバータ装置の台数に
応じて予め設定された電動機を選択して運転を再開させ
る。その後、前記操作部は、前記制御部によって選択さ
れた一部の電動機の開閉器を閉路して、停電再起動運転
を行いシステムの運転を続行させる。
【0013】請求項2の発明は、停電再起動運転中に所
定台数以内のインバータ装置に故障が発生したとき、前
記制御部により故障したインバータ装置内の高速しゃ断
器が開路され故障したインバータ装置が共通母線から切
り離され、健全なインバータ装置の台数に応じて予め設
定された電動機を選択する。その後、前記操作部は、前
記制御部によって選択された一部の電動機の開閉器を開
路して停電再起動運転を続行し、システムの運転を続行
する。
【0014】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、健全なインバータ装置の運転を再開するとき、前記
制御部によって、停電再起動運転による電動機電流が健
全なインバータ装置の定格電流を越えないように出力電
圧を低下させて運転を再開させる。
【0015】請求項4の発明は、請求項1の発明におい
て、停電再起動運転中に所定台数以内のインバータ装置
に故障が発生したとき、前記制御部は健全なインバータ
装置の台数に応じて予めグループ分けされたいくつかの
電動機グループを選択する。その後、前記操作部は、前
記制御部によって選択された1つの電動機グループの開
閉器を閉路して定格速度まで加速した後、次の電動機グ
ループの開閉器を閉路し、順序加速による停電再起動運
転を行いシステムの運転を続行する。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。図1は3台の
インバータ装置を並列運転した場合の構成を示したもの
で、7は停電再起動運転を行う制御部、8は制御部7か
らの指令によって開閉器4の開閉を行う操作部である。
他は図5と同じもので同符号で示す。制御部7には各イ
ンバータ装置1〜3から停電信号、故障信号等が入力さ
れ、各インバータ装置1〜3には制御部7から運転、停
止信号、再起動指令信号等が入力される。制御部7は停
電信号、故障信号等から健全なインバータ装置の台数を
監視してシステムの運転の続行が可能かどうかを判定す
る機能と、短時間の停電が発生したとき停電再起動運転
を行う機能と、停電再起動運転中に所定台数以内のイン
バータ装置に故障が発生したとき、残りの健全なインバ
ータ装置で停電再起動運転する予め設定された電動機を
選択する機能を有している。
【0017】図1の構成において、各インバータ装置の
容量は、1台のインバータ装置に故障が発生しても残り
の2台のインバータ装置でシステムの運転を続行するこ
とができる場合の請求項1に対応する実施例を図2のタ
イムチャートを用いて説明する。時刻t1 で全てのイン
バータ装置1〜3に停電が発生すると、制御部7はシス
テムの運転の続行が不可能と判断して全てのインバータ
装置の運転を停止させ、同時に全ての開閉器4を開路さ
せる。この時点から各電動機5はフリーラン状態となっ
て降速する。短時間の停電後、時刻t2 で全てのインバ
ータ装置が復電すると、制御部7は運転準備期間経過後
の時刻t3 において停電再起動運転を開始し全てのイン
バータ装置1〜3の運転を開始させ、更に時刻t4 で全
ての開閉器4を閉路して各電動機5に交流電圧を供給す
る。これにより各電動機5は加速されて定格速度に回復
しシステムの運転が続行される。
【0018】また、定格速度に到達しない加速途中の時
刻t5 において、インバータ装置1に故障が発生する
と、制御部7は直ちにインバータ装置1の高速しゃ断器
14を開路して共通母線から切り離すと同時にインバータ
装置2,3の運転を一時停止させ全ての開閉器4を開路
する。そしてインバータ装置2,3で運転する予め設定
された電動機を選択し、時刻t6 でインバータ装置2,
3の運転を再開させ、時刻t7 で操作部8に指令を与
え、操作部8は選択された電動機の開閉器を閉路して停
電再起動運転を続行する。これによりインバータ装置
2,3は過電流で故障停止することなくシステムの運転
を続行することができる。
【0019】なお、インバータ装置の容量に余裕がある
場合は、健全なインバータ装置2,3で運転する予定さ
れた電動機として全ての電動機を設定することも可能で
ある。
【0020】また、時刻t6 でインバータ装置2,3の
運転を再開するとき、制御部7からの指令により出力電
圧を低下させ、インバータ装置2,3の電流が過負荷状
態にならないようにすることが可能である。(請求項3
に対応) また、健全なインバータ装置2,3で運転する予定され
た電動機として全ての電動機を設定する場合に、制御部
7は停電再起動運転に備えて予めいくつかの電動機グル
ープに分割して設定し、時刻t7 で開閉器4を閉路する
とき、1つの電動機グループの開閉器を閉路して定格速
度に加速した後、順次、次の電動機グループの開閉器を
閉路する順次加速を行うことができる。(請求項4に対
応) 図1の構成において、請求項2に対応する実施例を図3
のタイムチャートを用いて説明する。この実施例におい
て停電再起動運転中の時刻t5 でインバータ装置1に故
障が発生すると、制御部7は直ちにインバータ装置1を
共通母線から切り離し、インバータ装置2,3で運転す
る予め設定された電動機を選択して操作部8に指令を与
える。この場合、インバータ装置1の負荷電流をインバ
ータ装置2,3で負担するので過負荷運転の状態とな
る。その後、インバータ装置の過負荷運転許容時間内の
時刻t7 において操作部8が選択された電動機以外の電
動機の開閉器を開路して一部の電動機が共通母線から切
り離される。これによりインバータ装置2,3の電流は
定格電流以下に減少し停電再起動運転が続行されシステ
ムの運転を続行することができる。
【0021】図4はインバータ装置1〜3の内部構成を
示したもので、インバータ制御部23はインバータ装置の
出力周波数、出力電圧を制御すると共に、入力の交流電
圧を監視し停電のとき停電信号を出力し、出力電流を監
視し過負荷運転が許容時間を越えたとき故障信号を出力
するものである。このインバータ制御部23は前述した制
御部7との間で信号の授受が行われ、制御部7から与え
られる指令によって高速しゃ断器14を開路したり、出力
電圧を低下させたり、インバータ装置の運転を停止させ
たり再起動させたりする。
【0022】図5は制御部7の一部の機能を具体的に示
した論理回路であり、図1の構成において、2台のイン
バータ装置に停電が発生するとアンド回路31〜33のいず
れかの出力が1となりオア回路36、ワンショット回路37
を介して同期停止信号が出力され全てのインバータ装置
1〜3の運転を停止させる。また、停電再起動運転中ア
ンド回路34のゲートが開かれ、いずれか1台のインバー
タ装置に故障が発生するとオア回路35の出力が1となり
同期停止信号を出力する例を示している。これらの処理
はマイクロプロセッサを用いるとき、ソフトウェアで実
施することができる。以上の説明では、3台のインバー
タ装置を並列運転する例で示したが、2台以上、何台の
インバータ装置を並列運転しても実施することができ
る。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、複数のインバータ装置
を並列運転する電源装置で多数の交流電動機を駆動する
システムにおいて、停電再起動運転中に所定台数以下の
インバータ装置に故障が発生しても健全なインバータ装
置で確実に運転を続行することが可能となり、プラント
の稼働率を向上させることのできる交流電動機の駆動シ
ステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成図
【図2】本発明の請求項1,3に対応する実施例の作用
を説明するためのタイムチャート
【図3】本発明の請求項2に対応する実施例の作用を説
明するためのタイムチャート
【図4】本発明で用いるインバータ装置の内部構成図
【図5】本発明で用いる制御部の一部の機能を説明する
ための論理回路
【図6】従来装置の構成図
【図7】従来装置の問題点を説明するためのタイムチャ
ート
【符号の説明】
1〜3…インバータ装置 4…開閉器 5…電動機 7…制御部 8…操作部 10,15…しゃ断器 11…コンバータ 12…フィルタ 13…インバータ 14…高速しゃ断器

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を入力とし所定周波数の交流を
    出力して共通母線に接続され並列運転する複数のインバ
    ータ装置と、前記共通母線にそれぞれ開閉器を介して接
    続される複数の電動機を備え、停電再起動運転中に所定
    台数以内のインバータ装置に故障が発生したとき、故障
    したインバータ装置を前記共通母線から切り離し、健全
    なインバータ装置を一時停止させて全ての開閉器を開路
    させ、健全なインバータ装置の台数に応じて予め設定さ
    れた電動機を選択し、前記健全なインバータ装置の運転
    を再開させる制御部と、この制御部からの指令により一
    部の開閉器を閉路する操作部を設け、システムの運転を
    継続することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
  2. 【請求項2】 交流電源を入力とし所定周波数の交流を
    出力して共通母線に接続され並列運転する複数のインバ
    ータ装置と、前記共通母線にそれぞれ開閉器を介して接
    続される複数の電動機を備え、停電再起動運転中に所定
    台数以内のインバータ装置に故障が発生したとき、故障
    したインバータ装置を前記共通母線から切り離し、健全
    なインバータ装置の台数に応じて予め設定された電動機
    を選択する制御部と、この制御部からの指令により一部
    の開閉器を開路する操作部を設け、システムの運転を継
    続することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の交流電動機の駆動シス
    テムにおいて、前記制御部は、健全なインバータ装置の
    運転を再開するとき出力電圧を低下させることを特徴と
    する交流電動機の駆動システム。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の交流電動機の駆動シス
    テムにおいて、前記制御部は、健全なインバータ装置の
    台数に応じて予めグループ分けされたいくつかの電動機
    グループを選択し、前記操作部は、前記制御部からの指
    令によりグループ分けされた電動機の開閉器を順次閉路
    することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
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