JP3768045B2 - インバータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ターボ機械を駆動するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ形ポンプ、ターボ形送風機等のターボ機械は、給水量、風量は運転速度に、給水圧、風圧は運転速度の２乗に、これらの出力は運転速度の３乗に比例する。このことは、負荷量の低減に伴い、運転速度も下げられることを示しており、これによって、省エネルギーを図ることができる等のメリットがある。
【０００３】
そこで、上記ターボ形ポンプ等のターボ機械をインバータで速度制御して駆動すると、容易に給水量、給水圧、風量及び風圧を負荷変動に応じて制御できる。このため、今後、増々インバータによる速度制御が増えてくるものと考えられる。
【０００４】
これらのうち、給水装置にインバータを使用した例を図１〜図４により説明する。図１は給水装置の構成図であり、同給水装置は給水管１，６、ポンプ３、モータ４、圧力タンク７、仕切弁２−１，２−２、急閉式逆止め弁５、圧力センサ８、圧力計９、図３に示す制御装置から構成されている。図２は同給水装置の運転特性図であり、縦軸に圧力Ｈを、横軸に水量Ｑをとって示したものである。曲線Ａはポンプの運転速度がＮAの時のＱ−Ｈ特性曲線であり、同様に曲線Ｂ，Ｃはそれぞれ運転速度がＮB，ＮCの時のＱ−Ｈ特性曲線である。実際のポンプの運転速度は無段階であるが、これらの曲線Ａ，Ｂ，Ｃは便宜上、段階的な速度での性能を示したものである。又、ＨOは最大給水量ＱAを出した場合に、最高位水栓で十分に水を使用することが可能な必要最低圧力（全揚程）である。
【０００５】
同図において、ポンプは使用水量がＱA→ＱB→Ｏと変化した場合に、本例ではポンプ吐出し圧力をＨO一定に保ち、イ（運転速度ＮA）、ロ（運転速度ＮB）、ハ（運転速度ＮC）と運転するものである。図３は前述の給水装置の制御回路図を示し、ＰＷは電源、ＥＬＢは漏電しゃ断器、ＩＮＶはインバータである。ＣＯＮＳはコンソールであり、同インバータの制御定数（例えば加減速時間、Ｖ／Ｆ特性など）設定部及び表示部である。ＩＭは図１に示すモータ４、ＳＳは起動用スイッチ、ＳＴＸはリレー、ＣＵは制御ユニットであり、マイクロプロセッサＣＰＵ、メモリＭ、入出力ポートＰＩＯ−１，ＰＩＯ−２，ＰＩＯ−３、安定化電源ＡＶＲ、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）Ｄ／Ａ、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）Ａ／Ｄ、定数設定部ＳＷを備えている。これらの図において、仕切弁２−２のみを閉じて、漏電しゃ断器ＥＬＢを投入し、起動用スイッチＳＳを閉じると、インバータＩＮＶの主電源Ｒ，Ｓ，Ｔ端子に電力が供給され、リレーＳＴＸの接点が閉じ、同インバータＩＮＶのＦＷ端子とＣＯＭ端子が短絡され、また、安定化電源ＡＶＲから制御ユニットＣＵへ電源が供給され運転準備が完了する。この状態から仕切弁２−２を開き、また、末端需要家側で水が使用されていると、給水圧力が低下し圧力センサ８がこれを検出する。圧力センサ８の検出した圧力信号はＡ／Ｄ変換を介して、入出力ポートＰＩＯ−２よりマイクロプロセッサＣＰＵのレジスタに読込み、メモリＭに格納される。このデータが予め定数設定部ＳＷにより設定されメモリＭに格納してある始動圧力より低い場合には、前記マイクロプロセッサＣＰＵは、例えば図２に示す運転速度ＮＣの信号を入出力ポートＰＩＯ−１よりＤ／Ａ変換器を介してインバータＩＮＶの速度指令入力端子Ｏ，Ｌに出力する。このためインバータは運転速度ＮCに対応した周波数及び電圧をモータＩＭに出力する。こうして、ポンプ３は運転速度ＮCで運転される。この後、使用水量が変動して、給水圧力が変動すると、前記したように、圧力センサ８がこれを検出し、これと、予め定数設定部ＳＷからメモリＭに格納されている吐出し目標圧力ＨOとを比較し、両者が等しくなるよう、マイクロプロセッサＣＰＵはインバータＩＮＶに加減速指令を行い、給水圧力をＨOに一定に保って給水を行ってゆくものである。
【０００６】
図４は図３に示したターボ形ポンプ、ターボ形送風機を駆動する従来のターボ機械用インバータをより詳細に示した図であり、Ｒ、Ｓ、Ｔは交流電源入力端子、Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷であるモータ４への接続端子、ＣＮＶはコンバータ部であり、交流電源を直流電源に変換する回路モジュールを示す。ＲＳは電源投入時での突入電流抑制抵抗、ＣＢは平滑コンデンサー、ＳＨは負荷状態を検出するシャント抵抗、ＩＮＶはトランジスタモジュール等からなるインバータであり、点孤回路・電流制御回路Ｇからの指令により、コンバータＣＮＶからの直流電源を所望の周波数、電圧に変換した上、モータ４に出力するためのものである。ＭＣＵはインバータ装置を監視、制御するためのマイクロコンピュータであり、例えばワンチップマイコン等が使用される。ＡＶＲは安定な直流制御電源を供給するための安定化電源、ＦＴＣはフォトカプラー、Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｃ１はコンデンサ、ＣＯＮＳ１は負荷特性を設定したり、インバータＩＮＶの加減速時間、Ｖ／Ｆ特性（インバータＩＮＶの出力電圧と周波数の関係比）等を設定するコンソール、ＣＯＮＳ２は表示部、ＦＷ，ＣＯＭは起動指令入力端子である。そして、従来のターボ機械用インバータは速度指令入力端子Ｏ，Ｌを備え、速度指令入力端子Ｏから入力されたアナログ速度指令はＡ／Ｄ変換器によりデジタル速度指令に変換された上、マイクロコンピュータＭＣＵに入力される。なお、これらの公知例としては、特開昭５９−５４７９７号公報や特開昭５７−１１３９９２号公報、特開昭５９−６５５９１号公報等が挙げられるものとなっている。
【０００７】
従来技術で述べたように、ターボ形ポンプ等のターボ機械に汎用インバータを使用する狙いは、圧力や風圧等の制御と省エネルギー化にあり、このため、そのインバータ周辺にはマイコンを使用した高価な制御装置が必要である。特に、同インバータが如何なる速度で運転されるべきかを、外部から、速度指令入力端子Ｏ，Ｌを介し指令しなければならない。このために、負荷状態に応じて、公知例に引用したようなインバータ周辺での速度制御が必要となっている。
【０００８】
また、負荷状態を検出する手段として、圧力センサや流量センサを配管に取付けているが、これが高価であり、取付作業工数も製品コストを高めている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、ターボ機械の小形化、装置全体のコストダウンが強く要求されている。そこで、本発明の目的は、インバータ外部の状態量と速度との関係に代えて、インバータ部の状態量とターボ機械の回転速度との関係を記憶する記憶手段をインバータの内部に持ち、インバータ部の状態量に基づいてインバータの内部で速度指令を作成し、これにより外部からの速度指令が不要になるインバータを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明である、インバータ部を有し、圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記圧力を所定の目標値に制御するための目標圧力と回転速度の関係に対応させて前記インバータ部の目標電流と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記圧力の変化に応じて変化するインバータ部の内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えさせることで達成される。
【００１１】
上記目的は、インバータ部を有し、圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記圧力を所定の目標値に制御するための目標圧力と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標内部状態量と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記圧力の変化に応じて変化するインバータ部の内部状態量の値を検出する手段と、該手段により検出された内部状態量の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えさせることで達成される。
【００１２】
更に、上記目的は、インバータ部を有し、ターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記ターボ機械の負荷状態を所定の目標状態に制御するための目標負荷状態量と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標電流と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記ターボ機械の負荷状態の変化に関連して変化するインバータ部の内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えることを特徴とするインバータ。
【００１３】
また、上記目的は、インバータ部を有し、ターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記ターボ機械の負荷状態を所定の目標状態に制御するための目標負荷状態量と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標内部状態量と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記ターボ機械の負荷状態の変化に関連して変化するインバータ部の内部状態量の値を検出する手段と、該手段により検出された内部状態量の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えさせることで達成される。
圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記圧力の変化に応じて変化する装置内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された前記装置内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を制御して前記圧力を目標値に制御する手段とを備えさせることで達成される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図５〜図１１を使用して説明する。本発明の実施例である図５はターボ形ポンプ、ターボ形送風機を駆動するターボ機械用インバータを示したものであり、Ｒ，Ｓ，Ｔは交流電源入力端子、Ｕ，Ｖ，Ｗはモータ４への接続端子、ＣＮＶはコンバータ部であり、交流電源を直流電源に変換する回路モジュールを示す。ＲＳは電源投入時の突入電流抑制用抵抗、ＣＢは平滑コンデンサー、ＳＨは負荷状態を検出するシャント抵抗、ＩＮＶはトランジスタモジュールなどから成るインバータ部であり、後で述べる点弧回路・電流制御回路Ｇからの指令により、コンバータＣＮＶからの直流電源を所望の周波数、電圧に変換した上、モータ４に出力するためのものである。ＭＣＵはインバータ装置を監視、制御するためのマイクロコンピュータであり、例えばワンチップマイコン等が使用される。ＡＶＲは安定な直流制御電源を供給するための安定化電源、ＦＴＣはフォトカプラー、Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｃ１はコンデンサ、ＣＯＮＳは負荷特性を設定したり、インバータＩＮＶの加減速時間、Ｖ／Ｆ特性（インバータＩＮＶの出力電圧と周波数の関係比）等を設定するコンソール、ＬＣＤは表示部、ＦＷ，ＣＯＭは起動指令入力端子である。
【００１６】
なお、マイクロコンピュータＭＣＵは信号端子ＣＮＯ，ＣＮＧから入力されるシャント抵抗ＳＨの両端間電圧を読込む。また、運転指令信号は、起動指令入力端子ＦＷ，ＣＯＭ間がショートされた時、フォトカプラーＦＴＣがＯＮされ、信号レベルがＨからＬとなる信号ＰＮ５を読込むことで、マイクロコンピュータＭＣＵに取込まれる。更に、マイクロコンピュータＭＣＵから信号ＳＧ１を介して点弧回路へインバータ周波数を指令し、更にまた、信号ＳＧ２を介して、電流制御回路Ｇを駆動し、インバータ出力電圧を制御する。尤も、負荷状態を検出する検出手段としては、シャント抵抗ＳＨに代えて、ホール素子などを使用した電流検出器ＣＴも使用可となっている。
【００１７】
図６は本発明のインバータ（図５）をターボ形ポンプである給水装置に応用した例であり、運転指令手段としては圧力検出手段のリレーが設けられ、そのリレー接点ＰＳが起動指令入力端子ＦＷ，ＣＯＭ間に挿入接続されており、極めて簡単な回路構成となっている。
【００１８】
図７は本発明の実施例のポンプ装置の代表的モデルの性能曲線図であり、負荷状態をインバータのシャント抵抗ＳＨの両端間電圧で表したものである。同図において、図２と同一符号で示すものは同じものであるから説明を省く。同図において、Ｑ1は給水系に所望な最大使用水量、同様にＨＴは給水系に最大水量を流した場合に所望な揚程であり、実揚程Ｈa，所要末端圧力Ｈp，配管損失Ｈfを含んでいる（イ点）。更に、l1はこの給水系に水を流した場合の配管損失曲線（ロード曲線）であり、負荷状態を圧力Ｈと水量Ｑで示したものである。使用水量Ｑ3（水量０）の時、配管損失は０であり、座標ハが定まり、使用水量Ｑ2で所望な全揚程はＨ1（配管損失はＨ1−（Ｈp＋Ｈa））であり、座標ロが定まる。これらの座標ハ、ロ、イを結んでロード曲線ｌ1が求まる。また、ポンプは運転速度Ｎ1（通常は最高速度）の下で、最大使用水量Ｑ1、全揚程ＨＴを満足するＱ−Ｈ性能曲線Ａを有するものが選定される。
【００１９】
ポンプは使用水量（負荷）がＱ1→Ｑ2→Ｑ3と変化した場合、ロード曲線ｌ1上をイ（Ｑ1，Ｈ0）→ロ（Ｑ2，Ｈ1）→ハ（Ｑ3、Ｈ2）と運転する。
【００２０】
これらの負荷状態の変化に伴い、当然、インバータの負荷状態を表わすシャント抵抗ＳＨの両端間電圧も変化する（インバータ部の内部電流も変化する）。この変化を前記したロード曲線ｌ1と関連付けて示したものが同図のロード曲線ｌ2である。これは、縦軸にシャント抵抗ＳＨの両端間電圧ＳＶをとって示してあり、曲線Ｄはポンプの運転速度をＮ1に固定した状態で、使用水量をＱ1→Ｑ2→Ｑ3と変化させた場合でのＱ−ＳＶ曲線を示している。同様に、曲線Ｅ，Ｆはそれぞれポンプの運転速度をＮ2，Ｎ3に固定した状態で、使用水量を同様に変化させた場合でのＱ−ＳＶ曲線である。
【００２１】
なお、前述のロード曲線ｌ2は座標ニ、ホ、ヘを結ぶ曲線により得られる。
【００２２】
即ち、ロード曲線ｌ1上の座標イに対して、ロード曲線ｌ2上の座標ニが対応している。同様に、座標ロに対して座標ホが、座標ハに対して座標ヘがそれぞれ対応している。換言すると、使用水量Ｑ1の時、インバータの運転速度がＮ1の下でシャント抵抗ＳＨの両端間電圧がＳＶ1になっておれば、給水系が所望な圧力ＨＴを満足していることを意味している。同様に、使用水量がＱ2の時、インバータ運転速度がＮ2で、両端間電圧ＳＶ2で運転されておれば、給水系が所望な圧力Ｈ1を満足しており、使用水量Ｑ3、インバータ速度Ｎ3、両端間電圧ＳＶ3であれば、給水圧力Ｈ2を満足している。このことは、インバータ内マイクロコンピュータＭＣＵのメモリに予めロード曲線ｌ2を、例えばＳＶとＮとの関数、またはテーブル化したものを、コンソールＣＯＮＳを用い設定記憶しておき、検出したシャント抵抗ＳＨの両端間電圧ＳＶが記憶してある両端間電圧に一致するように、インバータの運転速度Ｎを制御すれば良い。
【００２３】
これらの特性はポンプ特有の性能であり、個々のポンプにより異なるため、予めそれぞれのポンプについて、使用水量に応じた所望圧力との関係（配管抵抗曲線ｌ1）に対応して、その時の運転速度とインバータのシャント抵抗ＳＨの両端間電圧ＳＶとの関係（ロード曲線ｌ2）を決め、このロード曲線ｌ2に基いて、ポンプを如何に運転させるかを決定しておく。
【００２４】
以下の表１は、それら結果の例を整理して纏めて示したものである。
【００２５】
【表１】
【００２６】
実施においては、予めモデルＡ，Ｂ，Ｃ…について、前述のように、図５に示すコンソールＣＯＮＳにより表１に示すデータを設定する。この例では、３点のデータであるが、適正に５点にする等でも良く、３点に限定されるものではない。モデルＡを例に採って説明すると、流量Ｑ1，圧力Ｈ0の時、速度Ｎ1にはＮA1，シャント抵抗ＤＨの両端間電圧ＳＶ1にはＳＶA1が記憶される。また、流量Ｑ2，圧力Ｈ1のとき、速度Ｎ2にはＮA2，両端間電圧ＳＶ2にはＳＶA2が記憶される。更に、流量Ｑ3，圧力Ｈ3のとき、速度Ｎ3にはＮA3，両端間電圧ＳＶ3にはＳＶA3が記憶される。
【００２７】
図８は制御のアルゴリズムを説明するために、代表的モデルについて、図７に示す性能曲線図を拡大して示したものである。今、便宜上、使用水量Ｑ1、所要圧力Ｈ01、運転速度Ｎ1で座標１（Ｑ1、Ｈ01）にいるものとする。この時、ロード曲線ｌ2上では、当然、インバータの運転速度Ｎ1、シャント抵抗ＤＨの両端間電圧ＳＶ1で座標６（Ｎ1，ＳＶ1）で運転しているものとする。この状態で、使用水量がＱ1からＱ5に減少した場合のアルゴリズムを考える。
【００２８】
（１）初期値（図８より）
Ｎ1時でのシャント抵抗ＳＨの両端間電圧の目標値はＳＶ1，Ｎ2時でのその目標値はＳＶ2，Ｎ3時でのその目標値はＳＶ3となるように、Ｎ1とＳＶ1，Ｎ2とＳＶ2，Ｎ3とＳＶ3を対応させて記憶する（表１に相当するテーブルを記憶する）。あるいは負荷ロード曲線ｌ2の関数として、
ＳＶ＝ｆ（Ｎ）………（１）式
を前述したマイクロコンピュータＭＣＵのメモリに格納しておく。
【００２９】
（２）使用水量Ｑ1→Ｑ5に変化
運転速度がＮ1であるから、ポンプ特性曲線Ａ上の座標１は座標２に移動する。これに伴い、シャント抵抗ＳＨの両端間電圧が曲線Ｄ上の座標６（Ｎ1，ＳＶ1）から座標７（Ｎ1，ＳＶ1’）に移動する。ここで、その両端間電圧ＳＶ1’を検出する。
【００３０】
（３）目標値であるＳＶ1と検出したＳＶ1’とを比較する。この結果、ＳＶ1＞ＳＶ1’であるから、現在の速度からΔＮ（速度制御の最小分解能、例えば１ｂｉｔ）だけ減速する。なお、ＳＶ1＝ＳＶ1’であれば、現状速度を維持し、ＳＶ1＜ＳＶ1’であれば、現在の速度からΔＮだけ増速すれば良いことは容易に判る。この状態では、運転速度はＮ4（Ｎ1−ΔＮ→Ｎ4）となり、ポンプの性能曲線はＡ’となり、座標は２から３に移動する。また、Ｎと両端間電圧との曲線はＤ’となり、座標は７（Ｎ1，ＳＶ1’）から８（Ｎ4，ＳＶ4’）に移動する。Ｎ4における目標両端間電圧は前述の（１）式から、ＳＶ＝ｆ（Ｎ4）≡ＳＶ4が得られる。併せて、両端間電圧ＳＶ4’を検出する。
【００３１】
（４）目標値であるＳＶ4と検出したＳＶ4’と比較する。この結果、ＳＶ4＞ＳＶ4’であるから、更に現在の速度から△Ｎだけ減じる。これにより、運転速度はＮ5（Ｎ4−ΔＮ→Ｎ5）となり、ポンプ性能曲線はＡ″となり、座標は曲線Ａ″上の４へ移動し、Ｎ−ＳＶ曲線はＤ″となり、座標８（Ｎ4、ＳＶ4’）から座標９（Ｎ5、ＳＶ5’）ヘ移動する。Ｎ4における目標両端間電圧は（１）式から、ＳＶ＝ｆ（Ｎ5）≡ＳＶ5が得られる。併せて、両端間ＳＶ5’を検出する。
【００３２】
（５）再々度、目標値であるＳＶ5と検出したＳＶ5’と比較する。この結果はＳＶ5＞ＳＶ5’であり、詳細な説明は省くが、前述の要領により、ΔＮだけ減速し、配管抵抗曲線ｌ1上の座標５に、負荷ロ−ド曲線ｌ2上の座標１０に収束する。この結果、運転速度はＮ6となり、目標シャント電圧はＳＶ6（＝ｆ（Ｎ6））となり、検出した両端間電圧ＳＶ6’と一致する。よって、ＳＶ6’＝ＳＶ6となり、この使用量Ｑ5の状態では運転速度Ｎ6で安定する。
【００３３】
図９、図１０、図１１は前述のアルゴリズムを具現化するためのフロ−チャ−トを示し、これに基づいたプログラムが予めインバータ内マイクロコンピュータＭＣＵに記憶してある。図９において、ステップ１００で前述したアルゴリズムの初期設定を実行する。この後、ステップ１０１で割込み待処理を実行する。
【００３４】
割込みがかかると、図１０に示す処理を実行する。この割込み処理は、例えばタイマ割込み等で実施する。ステップ２０１で、コンソールＣＯＮＳのモード確認を行い、ステップ２０２〜２０４で何れの表示モードかを判定し、この判定結果に基いて、例えばステップ２０５でシャント抵抗ＳＨの両端間電圧表示、ステップ２０６で電流表示、ステップ２０７で周波数表示を行う。ステップ２０２での判定結果、表示モードでなければ、ステップ２０８へ進み、ここで、定数設定モードか否かを判定し、定数設定モードであればステップ２０９へ進み、表１に基いて、運転速度とシャント抵抗ＳＨの両端間電圧との関係を、例えばＮ1＝ＳＶ1，Ｎ3＝ＳＶ3等の各種データを設定し、関数ＳＶ＝ｆ（Ｎ）（（１）式）を求めてメモリに記憶しておく。他の定数として、インバータ運転上、必要なデータとして、最低速度、最高速度、Ｖ／Ｆ特性、インバータ加速時間、減速時間等を設定する。設定が終了したら、ＳＥＴ＝０ＦＦＨと設定する。これが終了したらステップ２１０で割込から復帰され、ステップ１０１へ戻る。
【００３５】
次に、ステップ１０２へ進み、ここで、ＳＥＴ＝０ＦＦＨであるかを判定し、０ＦＦＨでなければ、定数設定が終了するまで、ステップ１０１をループする。このループの実行中に、ＩＮＶへの割込み処理を実行する。即ち、外部から運転指令信号、例ば始動条件が確立し、図６に示すリレー接点ＰＳが閉路すると、起動指令入力端子ＦＷ，ＣＯＭ間が短絡され、フォトカプラーＦＴＣがＯＮされる結果として、信号ＰＮ５はそのビット状態が０となる。
【００３６】
図１１にフローチャートとして示すように、２１３ステップでは信号ＰＮ５のビット状態がチェックされているが、そのチェック結果として０状態にあれば、２１５ステップへ進み、ここで運転可能状態を示すべく、ＳＴＡＲＴはＳＴＡＲＴ＝０ＦＦＨに設定されるも、そうでなければ、２１４ステップで運転不可状態を示すべく、ＳＴＡＲＴはＳＴＡＲＴ＝００Ｈに設定された上、２１６ステップでこのループを抜けるものとなっている。
【００３７】
次に、１０３ステップではＳＴＡＲＴが０ＦＦＨであるかが判定され、００Ｈであれば、０ＦＦＨとなるまで１０３〜１０１ステップを実行する。０ＦＦＨとなると、始動条件が確立したものと見なし、１０４ステップへ進む。ここで、初期速度、例えばＮ＝Ｎ1で運転を始め、この時のシャント抵抗ＳＨの目標両端間電圧ＳＶをＳＶ1と設定し、メモリに格納する。次に、１０５ステップではシャント抵抗ＳＨの両端間電圧を検出した上（この結果をＳＶ’とする）、更に、次の１０６ステップで目標値であるＳＶと検出したＳＶ’とを比較する。比較した結果、次の条件ジャンプを実行する。
【００３８】
ＳＶ＞ＳＶ’ならば１０７ステップへジャンプ
ＳＶ＝ＳＶ’ならば１１１ステップへジャンプ
ＳＶ＜ＳＶ’ならば１０９ステップへジャンプ
１０７ステップでは前述したアルゴリズムの通り、現状の速度よりΔＮ（最小分解能）だけ減じて（Ｎ−ΔＮ→Ｎ）減速処理を実行し、１０８ステップでは変速後の運転速度に基いて、次の目標値となる両端間電圧を演算式（（１）式）から求め、新値に更新する。即ち、ＳＶ＝ｆ（Ｎ−ΔＮ）→新しい両端間電圧ＳＶに更新し、１１１ステップへ進む。一方、１０９ステップでの処理では、１０７ステップでの処理とは逆にΔＮだけ増速処理を実行し、１１０ステップでこの変速後の運転速度からＳＶ＝ｆ（Ｎ＋ΔＮ）による目標値の更新を行う。１１１ステップで系の安定に必要な所定時間Δｔの待ち時間処理を実行後、１１２ステップではＳＴＡＲＴが００Ｈか否かを判定し、００Ｈならば１１３ステップで停止処理を実行して、１０２ステップへ進み、００Ｈでなければ１０５ステップへ戻り、これ以降の処理を実行する。以上により、アルゴリズムで説明したように、所定値に収束する。
【００３９】
以上説明した実施例によれば次の効果がある。
【００４０】
（１）インバータの外部からの速度指令入力端子及び、これの回路を省略したので、周辺の複雑な制御回路が不要となり、低コスト化、小形軽量化が実現でき、回路簡略化により信頼性が向上する。
【００４１】
（２）運転負荷状態を予めポンプとインバータ特性の関係に基いてロード曲線を決定しておき、コンソールにより、インバータに直接設定して記憶し、実際の負荷状態はインバータ内のシャント抵抗両端間電圧により検出し、この検出した両端間電圧と前記した設定した負荷状態（ロード曲線）とが一致するよう、制御するので、ターボ機械に最適な運転が可能となる。
【００４２】
（３）上記（１），（２）により、簡単な運転指令手段で全自動運転が可能となる。更に、このターボ機械を冷却水用等の補機として使用する際には、主機との連動運転となり、主機から運転指令信号を貰えば、センサレスの極めて簡単な装置となる。
【００４３】
本実施例によれば、更に、次のような効果がある。
【００４４】
１）インバータ速度指令入力端子Ｏ，Ｌを省略し、複雑な周辺回路を設けなくても、インバータ自身が負荷状態に合った最適な運転を行なえるようにすることができる。
【００４５】
２）周辺制御回路をなくし、簡単な回路構成で、小形軽量、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
３）インバータの起動指令端子ＦＷ，ＣＯＭ端子に、外部から運転指令手段を接続するのみで、全自動運転ができるようにすることができる。
【００４７】
４）負荷状態の検出と、どのようなパターンで運転するかをインバータ自身で行えるようにすることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ外部の状態量と速度との関係に代えて、インバータ部の状態量とターボ機械の回転速度との関係を記憶する記憶手段をインバータの内部に持ち、インバータ部の状態量に基づいてインバータの内部で速度指令が作成されるので、これによりインバータの外部からの速度指令が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給水装置の構成図である。
【図２】給水装置の運転特性図である。
【図３】従来の給水装置の制御回路図である。
【図４】従来の汎用インバータの概念図である。
【図５】本発明のターボ機械用インバータの概念図である。
【図６】本発明のターボ機械用インバータを給水装置に応用した場合の回路図である。
【図７】本発明のターボ機械用インバータでポンプを駆動した場合の特性曲線図である。
【図８】本発明実施例のアルゴリズムに従って同ポンプを運転した際の負荷ロード曲線を示した特性図である。
【図９】本発明実施例のアルゴリズム及び運転のプログラムを示すフローチャートである。
【図１０】本発明実施例のアルゴリズム及び運転のプログラムを示すフローチャートである。
【図１１】本発明実施例のアルゴリズム及び運転のプログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，６…給水管、２−１，２−２…仕切弁、３…ポンプ、４…モータ、５…急閉式逆止め弁、７…圧力タンク、８…圧力センサ、Ｇ…点弧回路・電流制御回路、ＥＬＢ…漏電しゃ断器、ＩＮＶ…インバータ部、ＡＶＲ…安定化電源、ＣＮＶ…コンバータ部、ＳＨ…シャント抵抗、ＣＰＵ…マイクロプロセッサ、ＭＣＵ…マイクロコンピュータ、ＣＯＮＳ…コンソール、ＬＣＤ…表示回路、ＦＴＣ…フォトカプラー。
【産業上の利用分野】
本発明は、ターボ機械を駆動するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ形ポンプ、ターボ形送風機等のターボ機械は、給水量、風量は運転速度に、給水圧、風圧は運転速度の２乗に、これらの出力は運転速度の３乗に比例する。このことは、負荷量の低減に伴い、運転速度も下げられることを示しており、これによって、省エネルギーを図ることができる等のメリットがある。
【０００３】
そこで、上記ターボ形ポンプ等のターボ機械をインバータで速度制御して駆動すると、容易に給水量、給水圧、風量及び風圧を負荷変動に応じて制御できる。このため、今後、増々インバータによる速度制御が増えてくるものと考えられる。
【０００４】
これらのうち、給水装置にインバータを使用した例を図１〜図４により説明する。図１は給水装置の構成図であり、同給水装置は給水管１，６、ポンプ３、モータ４、圧力タンク７、仕切弁２−１，２−２、急閉式逆止め弁５、圧力センサ８、圧力計９、図３に示す制御装置から構成されている。図２は同給水装置の運転特性図であり、縦軸に圧力Ｈを、横軸に水量Ｑをとって示したものである。曲線Ａはポンプの運転速度がＮAの時のＱ−Ｈ特性曲線であり、同様に曲線Ｂ，Ｃはそれぞれ運転速度がＮB，ＮCの時のＱ−Ｈ特性曲線である。実際のポンプの運転速度は無段階であるが、これらの曲線Ａ，Ｂ，Ｃは便宜上、段階的な速度での性能を示したものである。又、ＨOは最大給水量ＱAを出した場合に、最高位水栓で十分に水を使用することが可能な必要最低圧力（全揚程）である。
【０００５】
同図において、ポンプは使用水量がＱA→ＱB→Ｏと変化した場合に、本例ではポンプ吐出し圧力をＨO一定に保ち、イ（運転速度ＮA）、ロ（運転速度ＮB）、ハ（運転速度ＮC）と運転するものである。図３は前述の給水装置の制御回路図を示し、ＰＷは電源、ＥＬＢは漏電しゃ断器、ＩＮＶはインバータである。ＣＯＮＳはコンソールであり、同インバータの制御定数（例えば加減速時間、Ｖ／Ｆ特性など）設定部及び表示部である。ＩＭは図１に示すモータ４、ＳＳは起動用スイッチ、ＳＴＸはリレー、ＣＵは制御ユニットであり、マイクロプロセッサＣＰＵ、メモリＭ、入出力ポートＰＩＯ−１，ＰＩＯ−２，ＰＩＯ−３、安定化電源ＡＶＲ、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）Ｄ／Ａ、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）Ａ／Ｄ、定数設定部ＳＷを備えている。これらの図において、仕切弁２−２のみを閉じて、漏電しゃ断器ＥＬＢを投入し、起動用スイッチＳＳを閉じると、インバータＩＮＶの主電源Ｒ，Ｓ，Ｔ端子に電力が供給され、リレーＳＴＸの接点が閉じ、同インバータＩＮＶのＦＷ端子とＣＯＭ端子が短絡され、また、安定化電源ＡＶＲから制御ユニットＣＵへ電源が供給され運転準備が完了する。この状態から仕切弁２−２を開き、また、末端需要家側で水が使用されていると、給水圧力が低下し圧力センサ８がこれを検出する。圧力センサ８の検出した圧力信号はＡ／Ｄ変換を介して、入出力ポートＰＩＯ−２よりマイクロプロセッサＣＰＵのレジスタに読込み、メモリＭに格納される。このデータが予め定数設定部ＳＷにより設定されメモリＭに格納してある始動圧力より低い場合には、前記マイクロプロセッサＣＰＵは、例えば図２に示す運転速度ＮＣの信号を入出力ポートＰＩＯ−１よりＤ／Ａ変換器を介してインバータＩＮＶの速度指令入力端子Ｏ，Ｌに出力する。このためインバータは運転速度ＮCに対応した周波数及び電圧をモータＩＭに出力する。こうして、ポンプ３は運転速度ＮCで運転される。この後、使用水量が変動して、給水圧力が変動すると、前記したように、圧力センサ８がこれを検出し、これと、予め定数設定部ＳＷからメモリＭに格納されている吐出し目標圧力ＨOとを比較し、両者が等しくなるよう、マイクロプロセッサＣＰＵはインバータＩＮＶに加減速指令を行い、給水圧力をＨOに一定に保って給水を行ってゆくものである。
【０００６】
図４は図３に示したターボ形ポンプ、ターボ形送風機を駆動する従来のターボ機械用インバータをより詳細に示した図であり、Ｒ、Ｓ、Ｔは交流電源入力端子、Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷であるモータ４への接続端子、ＣＮＶはコンバータ部であり、交流電源を直流電源に変換する回路モジュールを示す。ＲＳは電源投入時での突入電流抑制抵抗、ＣＢは平滑コンデンサー、ＳＨは負荷状態を検出するシャント抵抗、ＩＮＶはトランジスタモジュール等からなるインバータであり、点孤回路・電流制御回路Ｇからの指令により、コンバータＣＮＶからの直流電源を所望の周波数、電圧に変換した上、モータ４に出力するためのものである。ＭＣＵはインバータ装置を監視、制御するためのマイクロコンピュータであり、例えばワンチップマイコン等が使用される。ＡＶＲは安定な直流制御電源を供給するための安定化電源、ＦＴＣはフォトカプラー、Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｃ１はコンデンサ、ＣＯＮＳ１は負荷特性を設定したり、インバータＩＮＶの加減速時間、Ｖ／Ｆ特性（インバータＩＮＶの出力電圧と周波数の関係比）等を設定するコンソール、ＣＯＮＳ２は表示部、ＦＷ，ＣＯＭは起動指令入力端子である。そして、従来のターボ機械用インバータは速度指令入力端子Ｏ，Ｌを備え、速度指令入力端子Ｏから入力されたアナログ速度指令はＡ／Ｄ変換器によりデジタル速度指令に変換された上、マイクロコンピュータＭＣＵに入力される。なお、これらの公知例としては、特開昭５９−５４７９７号公報や特開昭５７−１１３９９２号公報、特開昭５９−６５５９１号公報等が挙げられるものとなっている。
【０００７】
従来技術で述べたように、ターボ形ポンプ等のターボ機械に汎用インバータを使用する狙いは、圧力や風圧等の制御と省エネルギー化にあり、このため、そのインバータ周辺にはマイコンを使用した高価な制御装置が必要である。特に、同インバータが如何なる速度で運転されるべきかを、外部から、速度指令入力端子Ｏ，Ｌを介し指令しなければならない。このために、負荷状態に応じて、公知例に引用したようなインバータ周辺での速度制御が必要となっている。
【０００８】
また、負荷状態を検出する手段として、圧力センサや流量センサを配管に取付けているが、これが高価であり、取付作業工数も製品コストを高めている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、ターボ機械の小形化、装置全体のコストダウンが強く要求されている。そこで、本発明の目的は、インバータ外部の状態量と速度との関係に代えて、インバータ部の状態量とターボ機械の回転速度との関係を記憶する記憶手段をインバータの内部に持ち、インバータ部の状態量に基づいてインバータの内部で速度指令を作成し、これにより外部からの速度指令が不要になるインバータを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明である、インバータ部を有し、圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記圧力を所定の目標値に制御するための目標圧力と回転速度の関係に対応させて前記インバータ部の目標電流と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記圧力の変化に応じて変化するインバータ部の内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えさせることで達成される。
【００１１】
上記目的は、インバータ部を有し、圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記圧力を所定の目標値に制御するための目標圧力と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標内部状態量と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記圧力の変化に応じて変化するインバータ部の内部状態量の値を検出する手段と、該手段により検出された内部状態量の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えさせることで達成される。
【００１２】
更に、上記目的は、インバータ部を有し、ターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記ターボ機械の負荷状態を所定の目標状態に制御するための目標負荷状態量と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標電流と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記ターボ機械の負荷状態の変化に関連して変化するインバータ部の内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えることを特徴とするインバータ。
【００１３】
また、上記目的は、インバータ部を有し、ターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記ターボ機械の負荷状態を所定の目標状態に制御するための目標負荷状態量と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標内部状態量と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記ターボ機械の負荷状態の変化に関連して変化するインバータ部の内部状態量の値を検出する手段と、該手段により検出された内部状態量の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えさせることで達成される。
圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータに対し、前記圧力の変化に応じて変化する装置内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された前記装置内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を制御して前記圧力を目標値に制御する手段とを備えさせることで達成される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図５〜図１１を使用して説明する。本発明の実施例である図５はターボ形ポンプ、ターボ形送風機を駆動するターボ機械用インバータを示したものであり、Ｒ，Ｓ，Ｔは交流電源入力端子、Ｕ，Ｖ，Ｗはモータ４への接続端子、ＣＮＶはコンバータ部であり、交流電源を直流電源に変換する回路モジュールを示す。ＲＳは電源投入時の突入電流抑制用抵抗、ＣＢは平滑コンデンサー、ＳＨは負荷状態を検出するシャント抵抗、ＩＮＶはトランジスタモジュールなどから成るインバータ部であり、後で述べる点弧回路・電流制御回路Ｇからの指令により、コンバータＣＮＶからの直流電源を所望の周波数、電圧に変換した上、モータ４に出力するためのものである。ＭＣＵはインバータ装置を監視、制御するためのマイクロコンピュータであり、例えばワンチップマイコン等が使用される。ＡＶＲは安定な直流制御電源を供給するための安定化電源、ＦＴＣはフォトカプラー、Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｃ１はコンデンサ、ＣＯＮＳは負荷特性を設定したり、インバータＩＮＶの加減速時間、Ｖ／Ｆ特性（インバータＩＮＶの出力電圧と周波数の関係比）等を設定するコンソール、ＬＣＤは表示部、ＦＷ，ＣＯＭは起動指令入力端子である。
【００１６】
なお、マイクロコンピュータＭＣＵは信号端子ＣＮＯ，ＣＮＧから入力されるシャント抵抗ＳＨの両端間電圧を読込む。また、運転指令信号は、起動指令入力端子ＦＷ，ＣＯＭ間がショートされた時、フォトカプラーＦＴＣがＯＮされ、信号レベルがＨからＬとなる信号ＰＮ５を読込むことで、マイクロコンピュータＭＣＵに取込まれる。更に、マイクロコンピュータＭＣＵから信号ＳＧ１を介して点弧回路へインバータ周波数を指令し、更にまた、信号ＳＧ２を介して、電流制御回路Ｇを駆動し、インバータ出力電圧を制御する。尤も、負荷状態を検出する検出手段としては、シャント抵抗ＳＨに代えて、ホール素子などを使用した電流検出器ＣＴも使用可となっている。
【００１７】
図６は本発明のインバータ（図５）をターボ形ポンプである給水装置に応用した例であり、運転指令手段としては圧力検出手段のリレーが設けられ、そのリレー接点ＰＳが起動指令入力端子ＦＷ，ＣＯＭ間に挿入接続されており、極めて簡単な回路構成となっている。
【００１８】
図７は本発明の実施例のポンプ装置の代表的モデルの性能曲線図であり、負荷状態をインバータのシャント抵抗ＳＨの両端間電圧で表したものである。同図において、図２と同一符号で示すものは同じものであるから説明を省く。同図において、Ｑ1は給水系に所望な最大使用水量、同様にＨＴは給水系に最大水量を流した場合に所望な揚程であり、実揚程Ｈa，所要末端圧力Ｈp，配管損失Ｈfを含んでいる（イ点）。更に、l1はこの給水系に水を流した場合の配管損失曲線（ロード曲線）であり、負荷状態を圧力Ｈと水量Ｑで示したものである。使用水量Ｑ3（水量０）の時、配管損失は０であり、座標ハが定まり、使用水量Ｑ2で所望な全揚程はＨ1（配管損失はＨ1−（Ｈp＋Ｈa））であり、座標ロが定まる。これらの座標ハ、ロ、イを結んでロード曲線ｌ1が求まる。また、ポンプは運転速度Ｎ1（通常は最高速度）の下で、最大使用水量Ｑ1、全揚程ＨＴを満足するＱ−Ｈ性能曲線Ａを有するものが選定される。
【００１９】
ポンプは使用水量（負荷）がＱ1→Ｑ2→Ｑ3と変化した場合、ロード曲線ｌ1上をイ（Ｑ1，Ｈ0）→ロ（Ｑ2，Ｈ1）→ハ（Ｑ3、Ｈ2）と運転する。
【００２０】
これらの負荷状態の変化に伴い、当然、インバータの負荷状態を表わすシャント抵抗ＳＨの両端間電圧も変化する（インバータ部の内部電流も変化する）。この変化を前記したロード曲線ｌ1と関連付けて示したものが同図のロード曲線ｌ2である。これは、縦軸にシャント抵抗ＳＨの両端間電圧ＳＶをとって示してあり、曲線Ｄはポンプの運転速度をＮ1に固定した状態で、使用水量をＱ1→Ｑ2→Ｑ3と変化させた場合でのＱ−ＳＶ曲線を示している。同様に、曲線Ｅ，Ｆはそれぞれポンプの運転速度をＮ2，Ｎ3に固定した状態で、使用水量を同様に変化させた場合でのＱ−ＳＶ曲線である。
【００２１】
なお、前述のロード曲線ｌ2は座標ニ、ホ、ヘを結ぶ曲線により得られる。
【００２２】
即ち、ロード曲線ｌ1上の座標イに対して、ロード曲線ｌ2上の座標ニが対応している。同様に、座標ロに対して座標ホが、座標ハに対して座標ヘがそれぞれ対応している。換言すると、使用水量Ｑ1の時、インバータの運転速度がＮ1の下でシャント抵抗ＳＨの両端間電圧がＳＶ1になっておれば、給水系が所望な圧力ＨＴを満足していることを意味している。同様に、使用水量がＱ2の時、インバータ運転速度がＮ2で、両端間電圧ＳＶ2で運転されておれば、給水系が所望な圧力Ｈ1を満足しており、使用水量Ｑ3、インバータ速度Ｎ3、両端間電圧ＳＶ3であれば、給水圧力Ｈ2を満足している。このことは、インバータ内マイクロコンピュータＭＣＵのメモリに予めロード曲線ｌ2を、例えばＳＶとＮとの関数、またはテーブル化したものを、コンソールＣＯＮＳを用い設定記憶しておき、検出したシャント抵抗ＳＨの両端間電圧ＳＶが記憶してある両端間電圧に一致するように、インバータの運転速度Ｎを制御すれば良い。
【００２３】
これらの特性はポンプ特有の性能であり、個々のポンプにより異なるため、予めそれぞれのポンプについて、使用水量に応じた所望圧力との関係（配管抵抗曲線ｌ1）に対応して、その時の運転速度とインバータのシャント抵抗ＳＨの両端間電圧ＳＶとの関係（ロード曲線ｌ2）を決め、このロード曲線ｌ2に基いて、ポンプを如何に運転させるかを決定しておく。
【００２４】
以下の表１は、それら結果の例を整理して纏めて示したものである。
【００２５】
【表１】
実施においては、予めモデルＡ，Ｂ，Ｃ…について、前述のように、図５に示すコンソールＣＯＮＳにより表１に示すデータを設定する。この例では、３点のデータであるが、適正に５点にする等でも良く、３点に限定されるものではない。モデルＡを例に採って説明すると、流量Ｑ1，圧力Ｈ0の時、速度Ｎ1にはＮA1，シャント抵抗ＤＨの両端間電圧ＳＶ1にはＳＶA1が記憶される。また、流量Ｑ2，圧力Ｈ1のとき、速度Ｎ2にはＮA2，両端間電圧ＳＶ2にはＳＶA2が記憶される。更に、流量Ｑ3，圧力Ｈ3のとき、速度Ｎ3にはＮA3，両端間電圧ＳＶ3にはＳＶA3が記憶される。
【００２７】
図８は制御のアルゴリズムを説明するために、代表的モデルについて、図７に示す性能曲線図を拡大して示したものである。今、便宜上、使用水量Ｑ1、所要圧力Ｈ01、運転速度Ｎ1で座標１（Ｑ1、Ｈ01）にいるものとする。この時、ロード曲線ｌ2上では、当然、インバータの運転速度Ｎ1、シャント抵抗ＤＨの両端間電圧ＳＶ1で座標６（Ｎ1，ＳＶ1）で運転しているものとする。この状態で、使用水量がＱ1からＱ5に減少した場合のアルゴリズムを考える。
【００２８】
（１）初期値（図８より）
Ｎ1時でのシャント抵抗ＳＨの両端間電圧の目標値はＳＶ1，Ｎ2時でのその目標値はＳＶ2，Ｎ3時でのその目標値はＳＶ3となるように、Ｎ1とＳＶ1，Ｎ2とＳＶ2，Ｎ3とＳＶ3を対応させて記憶する（表１に相当するテーブルを記憶する）。あるいは負荷ロード曲線ｌ2の関数として、
ＳＶ＝ｆ（Ｎ）………（１）式
を前述したマイクロコンピュータＭＣＵのメモリに格納しておく。
【００２９】
（２）使用水量Ｑ1→Ｑ5に変化
運転速度がＮ1であるから、ポンプ特性曲線Ａ上の座標１は座標２に移動する。これに伴い、シャント抵抗ＳＨの両端間電圧が曲線Ｄ上の座標６（Ｎ1，ＳＶ1）から座標７（Ｎ1，ＳＶ1’）に移動する。ここで、その両端間電圧ＳＶ1’を検出する。
【００３０】
（３）目標値であるＳＶ1と検出したＳＶ1’とを比較する。この結果、ＳＶ1＞ＳＶ1’であるから、現在の速度からΔＮ（速度制御の最小分解能、例えば１ｂｉｔ）だけ減速する。なお、ＳＶ1＝ＳＶ1’であれば、現状速度を維持し、ＳＶ1＜ＳＶ1’であれば、現在の速度からΔＮだけ増速すれば良いことは容易に判る。この状態では、運転速度はＮ4（Ｎ1−ΔＮ→Ｎ4）となり、ポンプの性能曲線はＡ’となり、座標は２から３に移動する。また、Ｎと両端間電圧との曲線はＤ’となり、座標は７（Ｎ1，ＳＶ1’）から８（Ｎ4，ＳＶ4’）に移動する。Ｎ4における目標両端間電圧は前述の（１）式から、ＳＶ＝ｆ（Ｎ4）≡ＳＶ4が得られる。併せて、両端間電圧ＳＶ4’を検出する。
【００３１】
（４）目標値であるＳＶ4と検出したＳＶ4’と比較する。この結果、ＳＶ4＞ＳＶ4’であるから、更に現在の速度から△Ｎだけ減じる。これにより、運転速度はＮ5（Ｎ4−ΔＮ→Ｎ5）となり、ポンプ性能曲線はＡ″となり、座標は曲線Ａ″上の４へ移動し、Ｎ−ＳＶ曲線はＤ″となり、座標８（Ｎ4、ＳＶ4’）から座標９（Ｎ5、ＳＶ5’）ヘ移動する。Ｎ4における目標両端間電圧は（１）式から、ＳＶ＝ｆ（Ｎ5）≡ＳＶ5が得られる。併せて、両端間ＳＶ5’を検出する。
【００３２】
（５）再々度、目標値であるＳＶ5と検出したＳＶ5’と比較する。この結果はＳＶ5＞ＳＶ5’であり、詳細な説明は省くが、前述の要領により、ΔＮだけ減速し、配管抵抗曲線ｌ1上の座標５に、負荷ロ−ド曲線ｌ2上の座標１０に収束する。この結果、運転速度はＮ6となり、目標シャント電圧はＳＶ6（＝ｆ（Ｎ6））となり、検出した両端間電圧ＳＶ6’と一致する。よって、ＳＶ6’＝ＳＶ6となり、この使用量Ｑ5の状態では運転速度Ｎ6で安定する。
【００３３】
図９、図１０、図１１は前述のアルゴリズムを具現化するためのフロ−チャ−トを示し、これに基づいたプログラムが予めインバータ内マイクロコンピュータＭＣＵに記憶してある。図９において、ステップ１００で前述したアルゴリズムの初期設定を実行する。この後、ステップ１０１で割込み待処理を実行する。
【００３４】
割込みがかかると、図１０に示す処理を実行する。この割込み処理は、例えばタイマ割込み等で実施する。ステップ２０１で、コンソールＣＯＮＳのモード確認を行い、ステップ２０２〜２０４で何れの表示モードかを判定し、この判定結果に基いて、例えばステップ２０５でシャント抵抗ＳＨの両端間電圧表示、ステップ２０６で電流表示、ステップ２０７で周波数表示を行う。ステップ２０２での判定結果、表示モードでなければ、ステップ２０８へ進み、ここで、定数設定モードか否かを判定し、定数設定モードであればステップ２０９へ進み、表１に基いて、運転速度とシャント抵抗ＳＨの両端間電圧との関係を、例えばＮ1＝ＳＶ1，Ｎ3＝ＳＶ3等の各種データを設定し、関数ＳＶ＝ｆ（Ｎ）（（１）式）を求めてメモリに記憶しておく。他の定数として、インバータ運転上、必要なデータとして、最低速度、最高速度、Ｖ／Ｆ特性、インバータ加速時間、減速時間等を設定する。設定が終了したら、ＳＥＴ＝０ＦＦＨと設定する。これが終了したらステップ２１０で割込から復帰され、ステップ１０１へ戻る。
【００３５】
次に、ステップ１０２へ進み、ここで、ＳＥＴ＝０ＦＦＨであるかを判定し、０ＦＦＨでなければ、定数設定が終了するまで、ステップ１０１をループする。このループの実行中に、ＩＮＶへの割込み処理を実行する。即ち、外部から運転指令信号、例ば始動条件が確立し、図６に示すリレー接点ＰＳが閉路すると、起動指令入力端子ＦＷ，ＣＯＭ間が短絡され、フォトカプラーＦＴＣがＯＮされる結果として、信号ＰＮ５はそのビット状態が０となる。
【００３６】
図１１にフローチャートとして示すように、２１３ステップでは信号ＰＮ５のビット状態がチェックされているが、そのチェック結果として０状態にあれば、２１５ステップへ進み、ここで運転可能状態を示すべく、ＳＴＡＲＴはＳＴＡＲＴ＝０ＦＦＨに設定されるも、そうでなければ、２１４ステップで運転不可状態を示すべく、ＳＴＡＲＴはＳＴＡＲＴ＝００Ｈに設定された上、２１６ステップでこのループを抜けるものとなっている。
【００３７】
次に、１０３ステップではＳＴＡＲＴが０ＦＦＨであるかが判定され、００Ｈであれば、０ＦＦＨとなるまで１０３〜１０１ステップを実行する。０ＦＦＨとなると、始動条件が確立したものと見なし、１０４ステップへ進む。ここで、初期速度、例えばＮ＝Ｎ1で運転を始め、この時のシャント抵抗ＳＨの目標両端間電圧ＳＶをＳＶ1と設定し、メモリに格納する。次に、１０５ステップではシャント抵抗ＳＨの両端間電圧を検出した上（この結果をＳＶ’とする）、更に、次の１０６ステップで目標値であるＳＶと検出したＳＶ’とを比較する。比較した結果、次の条件ジャンプを実行する。
【００３８】
ＳＶ＞ＳＶ’ならば１０７ステップへジャンプ
ＳＶ＝ＳＶ’ならば１１１ステップへジャンプ
ＳＶ＜ＳＶ’ならば１０９ステップへジャンプ
１０７ステップでは前述したアルゴリズムの通り、現状の速度よりΔＮ（最小分解能）だけ減じて（Ｎ−ΔＮ→Ｎ）減速処理を実行し、１０８ステップでは変速後の運転速度に基いて、次の目標値となる両端間電圧を演算式（（１）式）から求め、新値に更新する。即ち、ＳＶ＝ｆ（Ｎ−ΔＮ）→新しい両端間電圧ＳＶに更新し、１１１ステップへ進む。一方、１０９ステップでの処理では、１０７ステップでの処理とは逆にΔＮだけ増速処理を実行し、１１０ステップでこの変速後の運転速度からＳＶ＝ｆ（Ｎ＋ΔＮ）による目標値の更新を行う。１１１ステップで系の安定に必要な所定時間Δｔの待ち時間処理を実行後、１１２ステップではＳＴＡＲＴが００Ｈか否かを判定し、００Ｈならば１１３ステップで停止処理を実行して、１０２ステップへ進み、００Ｈでなければ１０５ステップへ戻り、これ以降の処理を実行する。以上により、アルゴリズムで説明したように、所定値に収束する。
【００３９】
以上説明した実施例によれば次の効果がある。
【００４０】
（１）インバータの外部からの速度指令入力端子及び、これの回路を省略したので、周辺の複雑な制御回路が不要となり、低コスト化、小形軽量化が実現でき、回路簡略化により信頼性が向上する。
【００４１】
（２）運転負荷状態を予めポンプとインバータ特性の関係に基いてロード曲線を決定しておき、コンソールにより、インバータに直接設定して記憶し、実際の負荷状態はインバータ内のシャント抵抗両端間電圧により検出し、この検出した両端間電圧と前記した設定した負荷状態（ロード曲線）とが一致するよう、制御するので、ターボ機械に最適な運転が可能となる。
【００４２】
（３）上記（１），（２）により、簡単な運転指令手段で全自動運転が可能となる。更に、このターボ機械を冷却水用等の補機として使用する際には、主機との連動運転となり、主機から運転指令信号を貰えば、センサレスの極めて簡単な装置となる。
【００４３】
本実施例によれば、更に、次のような効果がある。
【００４４】
１）インバータ速度指令入力端子Ｏ，Ｌを省略し、複雑な周辺回路を設けなくても、インバータ自身が負荷状態に合った最適な運転を行なえるようにすることができる。
【００４５】
２）周辺制御回路をなくし、簡単な回路構成で、小形軽量、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
３）インバータの起動指令端子ＦＷ，ＣＯＭ端子に、外部から運転指令手段を接続するのみで、全自動運転ができるようにすることができる。
【００４７】
４）負荷状態の検出と、どのようなパターンで運転するかをインバータ自身で行えるようにすることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ外部の状態量と速度との関係に代えて、インバータ部の状態量とターボ機械の回転速度との関係を記憶する記憶手段をインバータの内部に持ち、インバータ部の状態量に基づいてインバータの内部で速度指令が作成されるので、これによりインバータの外部からの速度指令が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給水装置の構成図である。
【図２】給水装置の運転特性図である。
【図３】従来の給水装置の制御回路図である。
【図４】従来の汎用インバータの概念図である。
【図５】本発明のターボ機械用インバータの概念図である。
【図６】本発明のターボ機械用インバータを給水装置に応用した場合の回路図である。
【図７】本発明のターボ機械用インバータでポンプを駆動した場合の特性曲線図である。
【図８】本発明実施例のアルゴリズムに従って同ポンプを運転した際の負荷ロード曲線を示した特性図である。
【図９】本発明実施例のアルゴリズム及び運転のプログラムを示すフローチャートである。
【図１０】本発明実施例のアルゴリズム及び運転のプログラムを示すフローチャートである。
【図１１】本発明実施例のアルゴリズム及び運転のプログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，６…給水管、２−１，２−２…仕切弁、３…ポンプ、４…モータ、５…急閉式逆止め弁、７…圧力タンク、８…圧力センサ、Ｇ…点弧回路・電流制御回路、ＥＬＢ…漏電しゃ断器、ＩＮＶ…インバータ部、ＡＶＲ…安定化電源、ＣＮＶ…コンバータ部、ＳＨ…シャント抵抗、ＣＰＵ…マイクロプロセッサ、ＭＣＵ…マイクロコンピュータ、ＣＯＮＳ…コンソール、ＬＣＤ…表示回路、ＦＴＣ…フォトカプラー。
Claims (4)
- インバータ部を有し、圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータにおいて、
前記圧力を所定の目標値に制御するための目標圧力と回転速度の関係に対応させて前記インバータ部の目標電流と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記圧力の変化に応じて変化するインバータ部の内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えることを特徴とするインバータ。 - インバータ部を有し、圧力制御を行うターボ機械の回転速度を制御するインバータにおいて、
前記圧力を所定の目標値に制御するための目標圧力と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標内部状態量と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記圧力の変化に応じて変化するインバータ部の内部状態量の値を検出する手段と、該手段により検出された内部状態量の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えることを特徴とするインバータ。 - インバータ部を有し、ターボ機械の回転速度を制御するインバータにおいて、
前記ターボ機械の負荷状態を所定の目標状態に制御するための目標負荷状態量と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標電流と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記ターボ機械の負荷状態の変化に関連して変化するインバータ部の内部電流の値を検出する手段と、該手段により検出された内部電流の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えることを特徴とするインバータ。 - インバータ部を有し、ターボ機械の回転速度を制御するインバータにおいて、
前記ターボ機械の負荷状態を所定の目標状態に制御するための目標負荷状態量と回転速度の関係に対応させてインバータ部の目標内部状態量と回転速度の関係を予め記憶した手段と、前記ターボ機械の負荷状態の変化に関連して変化するインバータ部の内部状態量の値を検出する手段と、該手段により検出された内部状 態量の値に応じて前記ターボ機械の回転速度を増加又は減少させる手段とを備えることを特徴とするインバータ。
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