JP4455428B2 - 電力供給装置およびその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ盤を備えた電力供給装置およびその組立方法に関する。

電動機をインバータ盤によって可変速制御駆動する方式があらゆるところで採用されている。インバータ盤による電動機駆動方式は、他の可変速駆動方式にない多くの特徴を持っており、家庭用のエアコンから産業用機器まで、幅広く使用されている。インバータ盤を適用することによって、多くの用途で適用効果を期待することができる。例えば、ポンプ、ファンなどの送風機、冷凍機などの圧縮機に適用して省エネルギーが期待でき、搬送機、工作機械に適用して、省力化、効率化が期待できる。

インバータ盤に入力変圧器と出力変圧器とを組み合わせることにより、小型で高電圧出力を得ると共に、負荷側への高調波を低減し、また電源系統の高調波電流を低減するようにした電力供給装置がある。特許文献１には、インバータ部（１），コンバータ部（２），負荷（３），電源（４），出力変圧器（５），入力変圧器（６）および平滑エンデンサ（Ｃ）を組み合わせたインバータ装置が記載されている。

特許文献２には、複数の２次巻線を持つ入力変圧器と、単位インバータセルを複数個ｎ段直列接続して各相を構成し、前記入力変圧器と組み合わせて多相負荷に電力を供給する多重インバータ装置において、前記入力変圧器は３ｎ組の３相巻線を２次側に有し、ｎ段目の各相の単位インバータセルには各相で位相がずれた前記変圧器の２次巻線を接続して構成した多重インバータ装置が記載されている。

特許文献３には、直流電源と、この直流電源からの直流電力を交流電力に変換する複数のインバータユニットと、前記各インバータユニットを構成するスイッチング素子の制御信号を得る制御回路と、前記各インバータユニットの出力側に設けられ、各々の二次側を直列に接続した出力変圧器とからなる例が記載されている。

特開平８−８４４８２号公報 特開平１１−１２２９４３号公報 特開平８−２０２４６１号公報

モータドライブ用省エネルギーサービスが提案されるようになった。このモータドライブ用省エネルギーサービスは、（１）ユーザーの設備投資なしで、ファン・ブロア，ポンプ設備の省エネルギーを実現し、（２）毎月の省エネルギー実績を原資として、その中から一定割合を使用料として支払い、省エネルギーという機能をサービスするものである。

モータドライブ用省エネルギーサービスで対象とされる高圧誘導電動機の標準容量範囲は、２５０〜９００ｋＷ（インバータ容量範囲は４００〜１２００ｋＶＡ）であり、これを超える容量についても対応が可能とされている。

インバータ化のための電気室又はスペースがない場合、動く電気室やプレハブ電気室建築オプションなどにより、インバータ用電気室が確保される。

上述のように、モータドライブ用省エネルギーサービスは、毎月の省エネルギー実績を原資としてその中の一定割合を使用料として支払うサービスシステムであるから、インバータ化のための電気室のコスト低減および厳密な計測が極めて重要な課題となる。また、動く電気室として構成し、計測対象の動力源、例えば高圧誘導電動機の制御装置を配設する場合に動く電気室の組み立てが簡便になされ、運搬に便になる構成とされることが重要である。

本発明は、かかる点に鑑みて、動く電気室のコストを低減して設置可能とし、組み立てが簡便になされ、運搬に便とされ、厳密な計測を行うことができる電力供給装置およびその組み立て方法を提供することを目的とする。

本発明は、計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤を備え、インバータ制御されて前記動力源に供給された電力を計測する計測装置を備えた電力供給装置において、規格化され、実質上同一の大きさであって上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナが使用され、上側のコンテナの内部に前記インバータ盤、電力入出力装置および前記計測装置が固定して配置され、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤および前記電力入出力装置に結線される変圧器が固定して配置され、前記上側のコンテナおよび前記下側のコンテナが上下に配置されて固定連結され、上側のコンテナの床の一部に結線穴が、そして下側のコンテナの天井の一部であって前記床に対向する箇所に結線穴が設けられてこれらの結線穴を介して前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記変圧器が結線され、前記電力入出力装置から外部に導出される電力配線に接離自在の接続器が設けられる電力供給装置を提供する。

また、本発明は計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤を備え、インバータ制御されて前記動力源に供給された電力を計測する計測装置を備えた電力供給装置の組み立て方法において、規格化され、実質上同一の大きさであって上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナを使用し、上側のコンテナの内部に前記インバータ盤、電力入出力装置および前記計測装置を固定して配置し、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤の内部に前記インバータ盤、電力入出力装置および前記計測装置を固定して配置し、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤および前記電力入出力装置に結線される変圧器を固定して配置し、前記上コンテナおよび下コンテナを上方方向に配置して固定連結し、上側コンテナの床の一部に設けた結線穴と下側のコンテナの天井の一部であって前記床に対向する箇所に設けた結線穴とを介して、前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記変圧器を結線すると共に前記電力入出力装置から外部への配線を導出する電力供給装置の組み立て方法を提供する。

本発明にあっては、インバータ盤内にインバータ装置を備える。従って、インバータ盤はインバータ装置を備えたインバータ盤であることを意味する。

本発明によれば、規格化され、実質的に同一の大きさであって上下配設可能で運搬可能で内部温度を小さく抑えることができる２つのコンテナが使用されて、上下にコンテナが配設された動く電気室が構成され、各コンテナの構成の内部に適切に各構成部品、部分を配設するようにしたので、コストが低減され、組み立てが簡便にして運搬に便利であって厳密な計測を行うことのできる電力供給装置および／あるいはその組み立て方法が構成される。

本発明の実施例である電力供給装置は、計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤を備え、インバータ制御されて前記動力源に供給された電力を計測する計測装置を備えた電力供給装置であって、規格化され、実質上同一の大きさであって上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナが使用され、上側のコンテナの内部に前記インバータ盤、電力入出力装置および前記計測装置が固定して配置され、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤および前記電力入出力装置に結線される入力変圧器および出力変圧器が固定して配置され、前記上側のコンテナおよび前記下側のコンテナが上下に配置されて固定連結され、上側のコンテナの床の一部に結線穴が、そして下側のコンテナの天井の一部であって前記床に対向する箇所に結線穴が設けられてこれらの結線穴を介して前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記入力変圧器および前記出力変圧器が結線され、前記電力入出力装置から外部に導出される電力配線に接離自在の接続器が設けられて構成される。

そして、上述の構成において、前記結線穴を介して前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記入力変圧器および前記出力変圧器とを結線する配線に接離自在の接続器が設けられたことを特徴とする電力供給装置が構成される。

また、計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤を備え、インバータ制御されて前記動力源に供給された電力を計測する計測装置を備えた電力供給装置の組み立て方法であって、規格化され、実質上同一の大きさであって上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナを使用し、上側のコンテナの内部に前記インバータ盤、電力入出力装置および前記計測装置を固定して配置し、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤の内部に前記インバータ盤、電力入出力装置および前記計測装置を固定して配置し、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤および前記電力入出力装置に結線される入力変圧器および出力変圧器を固定して配置し、前記上コンテナおよび下コンテナを上方方向に配置して固定連結し、上側のコンテナの床の一部に設けた結線穴と下側のコンテナの天井の一部であって前記床に対向する箇所に設けた結線穴とを介して、前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記入力変圧器および前記出力変圧器を結線すると共に前記電力入出力装置から外部への配線を導出する組み立て方法が構成される。

上述の構成において、前記電力入出力装置からの外部への前記配線に設けた接離自在の接続器を介して該配線を外部に導出することを特徴とする電力供給装置の組み立て方法が構成される。

そして、上述の構成において、他の接離自在の接続器を介して、前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記入力変圧器および前記出力変圧器とを結線することを特徴とする電力供給装置の組み立て方法が構成される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１から図９までは、本実施例である電力供給装置の組み立て方法を示し、図１０から図１２までは組み立てられた電力供給装置を示し、図１３は本実施例で用いられる各種機器についての電気配線図を示し、そして図１４は組み立てられた電力供給装置の外観図を示す。図１から図１２までにあっては一部断面を含む状態で図示してある。

図１は規格化され運搬可能なコンテナ１を示し、本実施例では図１に示す規格化され、実質上同一の大きさ（平面形状もしくは／および容器としての同一性を含む。）であって上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナ１が使用される。運搬は組み立てられた状態であってもよいし、設置現場までそれぞれ単体で運搬されるものであってもよい。

規格化されたコンテナには一般貨物用コンテナおよび海上コンテナがある。それぞれのコンテナには多少の寸法差がある。しかし、いずれもトラック運搬が可能であるという共通性がある。そして、これらのコンテナには１２フィート，２０フィート，４０フィート長さのものがあることがよく知られており、安価に入手し得る。そして、コンテナの性能については特許公開公報が多数発行されており、例えば特開２０００−２５５６７９号，特開２００２−１２２９４号公報がある。

図２〜図４は、１つのコンテナ１Ａにインバータ盤１１，電力入出力装置１２を組み入れるために、コンテナ１Ａの加工状況，インバータ盤１３，電力入出力装置１４の寸法を含む形態形成状態，および組み立てステップを示し、図２は正面図であり、図３は平面（Ａ−Ａ断面）図であり、そして図４は側面（Ｂ−Ｂ断面）図である。

コンテナ１Ａは各種製品・商品を運搬するために空調機１１および換気扇（ファン）１を備えており、これらの設備は熱を発生する本実施例で使用するインバータ盤１３，電力入出力装置１４を含む各種の電気品の冷却のために効果的に利用される。このような冷却設備を備えていることも規格化されたコンテナを使用する理由の１つである。なお、コンテナに空調機および換気扇が付属してあることは、必須の条件ではない。

図３に示すように、インバータ盤１３および電力入出力装置１４は底部１９に載置される。底部１９の上に架台を設けるようにしてもよい。この場合、架台の上方部がインバータ室１７，高圧切換室１８として利用される。いずれにしても、インバータ室１７，高圧切換室１８が形成される。１５，１６はインバータ盤１３，電力入力装置１４の盤部である。コンテナ１Ａの底部１９にはインバータ室１７，高圧切換室１８に面して電気配線用の４つの穴（結線穴）２１，２２，２３，２４が設けてある。なお、３３はインバータ入力部，３４はインバータ出力部である。

コンテナ１Ａの内部空間高さ約２２６０ｍｍ×幅２４００に対して、インバータ盤１３は、例えば高さ２２００ｍｍ×幅２０００ｍｍ×幅１０００ｍｍに形成される。電力入出力装置１４はインバータ盤１３よりもやや高めに形成されているが同等であってもよい。

インバータ盤１３および電力入出力装置１４の構成および機能については周知であり、説明しない。ここではコンテナ１Ａ内部に設置することが重要であるのでインバータ盤１３の盤部，および電力入出力装置１４の外形について説明した。なお、当該電力入出力装置は直送切換機能、すなわち電力入出力切換装置としての機能を有している。

インバータ盤１３，電力入出力装置１４をコンテナ１Ａの内部に組み入れるために底部１９と同じ高さの渡しフレーム２５がコンテナ１Ａの長手方向に設けられる。インバータ盤１３は予め架台３０の上に載置される。図１に示す扉１６が開放されて適当な手段によってインバータ盤１３，電力入出力装置１４がコンテナ１Ａの内部に組み入れられる（盤挿入として示す）。

インバータ盤１３および電力入出力装置１４はそれぞれ底部１９上に載置され、固定される。このようにして、上述したインバータ室１７，高圧切換室１８がコンテナ１Ａの内部に形成されることになる。

固定手段３１の詳細を図５に示す。固定手段３１はインバータ盤１３，電力入出力装置１４の内外の複数箇所に図２示すようにして設けられる。図５において、２７，２８，２９は盤部の一部である。３個のボルト・ナットの組み合わせ３２によってインバータ盤１３，電力入出力装置１４は底部１９に固定される。

図６〜図８は、他のコンテナ１Ｂに入力変圧器４１，出力変圧器４２を組み入れるために、コンテナ１Ｂの加圧状況，入力変圧器４１，出力変圧器４２の寸法を含む形態形成状態，および組み立てステップを示し、図６は正面であり、図７は平面（Ｃ−Ｃ断面）図であり、そして図８は側面（Ｄ−Ｄ断面）図である。

図７に示すように、入力変圧器４１，出力変圧器４２は、底部４９に載置され、その上方部が変圧室４５，４６として使用される。

コンテナ１Ｂの天井部４７には、変圧室４５，４６に面して、電気配線用の穴（結線穴）２１Ａ〜２４Ａが設けてある。穴２１Ａ〜２４Ａは、前述の穴２１〜２４に対応する位置に設けてある。従って、穴２１〜２４と表現したときに、連通する構成の穴２１と２１Ａ、２２と２２Ａ、２３と２３Ａおよび２４と２４Ａを意味する場合がある。

入力変圧器４１，出力変圧器４２の高さは、インバータ盤１３と同等に、そして幅９００ｍｍ×幅７００ｍｍに作られる。

入力変圧器４１，出力変圧器４２の構成および機能については周知であり、説明しない。そして、入力変圧器４１および出力変圧器４２に代えて１つの変圧器で代行することも可能であり、このような技術についても周知である。入力変圧器４１，出力変圧器４２をコンテナ１Ｂの内部に組み入れるために底部４９と同じ高さの渡しフレーム兼架台５５がコンテナ１Ｂの長手方向に設けられる。図１に示す扉２５が開放されて適当な手段によって入力変圧器４１，出力変圧器４２がコンテナ１Ｂの内部に組み入れられる（ＴＲ挿入として示す）。入力変圧器４１および出力変圧器４２はそれぞれ、底部４９上に載置され、固定される。このようにして、上述した変圧室４５，４６がコンテナ１Ｂの内部に形成されることになる。

固定手段６１の詳細を図９に示す。固定手段６１は、入力変圧器４１，出力変圧器４２の内部の複数箇所に設けられる。図９において５６は、出力変圧器４２の一部である。ボルト・ナットの組み合わせ５６によって、入力変圧器４１，出力変圧器４２は底部４９に固定される。

以上のようにして、インバータ盤１３，電力入出力装置１４を内部に配置，固定したコンテナ１Ａと、入力変圧器４１，出力変圧器４２を内部に配置，固定したコンテナ１Ｂとを上下に配置する。両コンテナを固定手段によって固定してもよい。配置後に運搬する場合には、固定は必須である。コンテナ１Ａとコンテナ１Ｂとを上下に配置した状態で配線作業を行う。

配線ケーブルは、電源（電源から主入力）と電力入出力装置１４とを結ぶ配線６１が、穴２３を介して、電力入出力装置１４と入力変圧器４１とを結ぶ配線６２が穴２３を介して、入力変圧器４１とインバータ盤１３とを結ぶ配線６３が穴２１を介して、インバータ盤１３と出力変圧器４２とを結ぶ配線６４が穴２２を介して、出力変圧器４２と電力入出力装置１４とを結ぶ配線６５が穴２４を介して、そして電力入出力装置１４と動力（例えばＩＭへ主出力）とを結ぶ配線が穴２４を介してなされる。この配線によって、電力入出力装置１４は入力電圧器（入力ＴＲ）４１の奥側端子５２に、インバータ入力は入力変圧器４１の手前側端子５１に、インバータ出力は出力変圧器（出力ＴＲ）４２の手前側端子５３に、そして出力変圧器４２の出力側と電力入出力装置１４とは奥側端子５４に結線される。各線は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相をなす。Ｕ_１，Ｖ_１，Ｗ_１はインバータ入力側を、そして、Ｕ_２，Ｖ_２，Ｗ_２はインバータ出力側を示す。配線６１および配線６６のコンテナ１Ｂからの出口部には電源からの主出力およびＩＭへ主出力に結線するために接離自在の接続器を設けることができる。すなわち、電力入出力装置１４から外部に導出される電力配線（配線６１，配線６６）に接離自在の接続器を設けることが組み立てられたコンテナ１Ｂを運搬するのに便利である。また、他の各配線６２〜６５にも接離自在の接続器を設けておくと、コンテナ１Ａをコンテナ１Ｂに載置し、インバータ盤１３，電力入出力装置１４と、入力変圧器４１，出力変圧器４２との結線作業が楽になり、また各個の運搬に便利である。図１３は接続器７０の１例を示し、図１３（ａ）は接続前を、そして図１３（ｂ）は接続した状態を示す。図１３（ａ）において、左側が挿入端子７１であり、右側が受け入れ端子７２である。図１３（ｂ）に示すように挿入端子７１を受け入れ端子７２に挿入することによって接続が完了する。なお、６６Ａ，６６Ｂによって配線６６が形成され、配線６６の一部に接続器７０が設けられる。そして、ナット７３の回転によって緊着、開放がなされることになる。

このようにして、規格化され、実質上同一の大きさであって上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナ１Ａ，１Ｂを使用し、上側のコンテナ１Ａの内部にインバータ盤１Ａおよび電力入出力装置１Ｂを固定して配置し、下側のコンテナ１Ｂの内部にインバータ盤１３および電力入出力装置１４に結線される変圧器４１，４２を固定して配置し、上側のコンテナ１Ａおよび下側のコンテナ１Ｂを上方方向に配置し、上側コンテナ１Ａの床１９の一部に設けた結線穴２１〜２４と下側のコンテナ１Ｂの天井４７の一部であって、床１９に対向する箇所に設けた結線穴２１Ａ〜２４Ａとを介して、インバータ盤１３および電力入出力装置１４と変圧器４１，４２を結線すると共に、電力入出力装置４２から外部への配線６６を導出するようにした電力供給装置１００の組み立て方法が構成される。

図１２において、インバータ盤１３の扉６１，６１Ａおよび電力入出力装置１４の扉６２，６２Ａは、図に示すようにしてコンテナ１Ａ，コンテナ１Ｂ内において、開放が可能とされる。開放に便利なように、インバータ盤１３および電力入出力装置１４はコンテナ内部の長手方向の側方（図において上側）に寄せて配置してある。

図１３は電気配線を示す。前述したように、電源７１と電力入出力装置１４とは、配線６１で、電力入出力装置１４と入力変圧器４１とは配線６２で、入力変圧器４１とインバータ盤１３とは配線６３で、インバータ盤１３と出力変圧器４２とは配線６４で、出力変圧器４２と電力入出力装置１４とは配線６５で、そして電力入出力装置１４と動力源としてのＩＭ７２とは配線６６で結線され、各配線には接離自在の接続器が設けられる。入力変圧器４１は，例えば電圧を３Ｋｖ〜６ｋＶから４００Ｖに落とす。これはインバータ出力仕様４００Ｖ，ＩＭのモータ仕様が６ｋＶのためである。出力変圧器４２は、電圧を４００Ｖから６ｋＶにあげる。電力入出力装置１４はインバータ故障時、あるいはインバータメンテナンス時のＩＭへの電力切換を行う。ＩＭ７２は負荷側として、例えばペトロコークスミル７３が接続される。

インバータ制御されて前記動力源に供給された電力およびインバータ出力周波数を計測する計測装置は、計測部３５およびこの計測部３５に接続された電流計Ａ、電圧計Ｖを含んで構成され、実施例の場合、インバータ盤１３に内蔵され、インバータ盤１３の出力周波数ならびに電力入出力装置１４の電流信号および電圧信号から計測される電力を計測し、計測装置３５に内蔵したデータ通信端末およびそのアンテナ３６を介してデータ通信することにより計測データを管理コンピュータ（図示せず）へ送信する。

電力供給装置１００は、このように計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤１３を備え、インバータ制御されて動力源に供給される電力を計測する計測装置３５および通信手段を備える。実施例では計測装置３は電力を計測しているが、回転数，流量，風量，圧力，蒸気量などを計測しても良い。

図１５は、コンテナ１Ａをコンテナ１Ｂ上に配置した状態を示す。このように、インバータ盤１３，電力入出力装置１４，入力変圧器４１，出力変圧器４２は、コンテナ１内に完全に格納される。

コンテナの外観を示す図。 コンテナの内部にインバータ盤および電力入出力装置を搬入する状態を示す正面一部断面図。 図２の平面一部断面図（Ａ−Ａ断面図）。 図２の側面一部断面図（Ｂ−Ｂ断面図）。 Ａ部詳細図。 コンテナの内部に入力変圧器および出力変圧器を搬入する状態を示す正面一部断面図。 図６の平面一部断面図（Ｃ−Ｃ断面図）。 図６の側面一部断面図（Ｄ−Ｄ断面図）。 Ｂ部詳細図。 ２つのコンテナを上下に組み立てて配線を行う状態を示す正面一部断面図。 図１０のＥ−Ｅ断面図。 図１０のＦ−Ｆ断面図。 接続器の構成図。 電気配線図。 組立外観図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…コンテナ、１３…インバータ盤、１４…電力入出力装置、１７…インバータ室、１８…高圧切換室、１９…底部、２１〜２４，２４Ａ〜２４Ｂ…穴（結線穴）、３１…固定手段、３３…インバータ入力部、３４…インバータ出力部、３５…計測部、４１…入力変圧器、４２…出力変圧器、４５，４６…変圧室、４７…天井部、１００…電力供給装置。

Claims (6)

1. 計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤を備え、インバータ制御されて前記動力源に供給された動力を計測する計測装置を備えた電力供給装置において、
   規格化され、上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナが使用され、上側のコンテナの内部に前記インバータ盤および電力入出力装置が固定して配置され、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤および前記電力入出力装置に結線される変圧器が固定して配置され、前記上側のコンテナおよび前記下側のコンテナが上下に配置されて、上側のコンテナの床の一部に結線穴が、そして下側のコンテナの天井の一部であって前記床に対向する箇所に結線穴が設けられてこれらの結線穴を介して前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記変圧器が結線され、前記電力入出力装置から外部に導出される電力配線に接離自在の接続器が設けられること
   を特徴とする電力供給装置。
2. 請求項１において、前記結線穴を介して前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記入力変圧器および前記出力変圧器とを結線する配線に接離自在の接続器が設けられたことを特徴とする電力供給装置。
3. 請求項１において、前記計測装置は電力を計測し、上側のコンテナの内部に配設されていることを特徴とする電力供給装置。
4. 計測対象の動力源をインバータ制御するインバータ盤を備え、インバータ制御されて前記動力源に供給された電力を計測する計測装置を備えた電力供給装置の組み立て方法において、
   規格化され、上下に配設可能で運搬可能な２つのコンテナを使用し、上側のコンテナの内部に前記インバータ盤および電力入出力装置を固定して配置し、下側のコンテナの内部に前記インバータ盤および前記電力入出力装置に結線される変圧器を固定して配置し、前記上コンテナおよび下コンテナを上方方向に配置し、上側コンテナの床の一部に設けた結線穴と下側のコンテナの天井の一部であって前記床に対向する箇所に設けた結線穴とを介して、前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記変圧器を結線すると共に前記電力入出力装置から外部への配線を導出するようにしたこと
   を特徴とする電力供給装置の組み立て方法。
5. 請求項４において、前記電力入出力装置からの外部への前記配線に設けた接離自在の接続器を介して該配線を外部に導出することを特徴とする電力供給装置の組み立て方法。
6. 請求項５において、他の接離自在の接続器を介して前記インバータ盤および前記電力入出力装置と前記入力変圧器および前記出力変圧器とを結線することを特徴とする電力供給装置の組み立て方法。
   

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