JP4776847B2 - 信号の特性を取出す方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流機械を、電力会社の給電線からの電力及び可変周波数交流電動機駆動部のような機械駆動部からの電力のような異なる源からの電力の間で切換えることに関する。更に具体的に言えば、本発明は、外部センサを必要とせずに、２つの電源の位相及び大きさを同期させる為に、ユーティリティ又は他の電源の、位相及び大きさのような特性を決定する為の線路トランスファ基準信号を取出す方法と装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
多くの用途では、給電線から直接的に電力を受取る交流機械を、駆動部から電力を受取るように又はその逆に切換えることが好ましい。この明細書で言う「給電線」という言葉は、電力会社によって決定された周波数を持つ任意の交流電力源を指す。この明細書で言う「駆動部」という言葉は、３相交流可変周波数電動機駆動部、スマート電動機起動装置等のような、電力会社以外の機構によって発生される周波数を持つ任意の交流電力源を指す。この明細書で言う「交流機械」という言葉は、インダクタンス電動機、同期電動機、発電機、ダイナモのような任意の交流回転機械を指す。
【０００３】
例えば、ガスタービン静始動装置では、可変周波数電動機駆動部を使って、発電機電動機を自立速度に持ってくる場合が多く、そのとき発電機電動機を給電線に切換えることが出来る。可変速度ファン及びポンプのような別の用途では、可変周波数駆動部を用いて可変速度を達成し、その後、一定の高い速度で運転を持続する為に、電動機を給電線に切換えることが望ましい。電動機駆動部が故障した場合、電動機を給電線に切換えて、運転を続けることが望ましい。同様に、電動機を減速する為、又は電動機の速度或いはトルクをその他の形で変える為に、電動機を給電線から電動機駆動部に切変えるのが望ましい場合も多い。
【０００４】
給電線及び駆動部からの信号の位相及び大きさを同期させて、「無衝撃」トランスファを達成することがよく知られている。しかし、公知の同期方法は、ユーティリティのゼロ交差又は大きさ及び位相を検出する為の外部センサを必要とする。勿論、外部センサを使うと、システムのコスト及び複雑さが増す。更に外部センサ自体が位相差を作り出し、システムを更に複雑にすることがある。米国特許第５５８７４７４号は、インバータの入力ＰＬＬ及び出力ＰＬＬの位相差をゼロに駆動して、インバータの出力を給電線の出力と同期させる制御装置を開示している。しかし、この装置は極めて複雑である。又、電動機駆動部の出力と、電動機駆動部に給電する給電線以外の源の間で同期を達成しなければならない用途もある。米国特許第５５８７４７４号に開示された装置はこのような同期に適応させるのが容易ではない。電動機を電動機駆動部から給電線に切換えることが、この明細書では、「トランスファ」と呼ばれ、電動機を給電線から電動機駆動部に切換えることを、この明細書では「キャプチャ」と呼ぶ。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の第１の面は、駆動部がアイドリングしている間に駆動部に対して入力信号を供給し、ユーティリティからの信号を駆動部の出力に結合された交流機械に供給し、駆動部がアイドリングしている間の駆動部の出力に於ける信号の特性を検出し、ユーティリティからの信号の特性を検出し、駆動部の出力に於ける信号の特性をユーティリティからの信号の特性と比較して特性調節を決定し、ユーティリティからの信号の特性に特性調節を適用して、ユーティリティに由る交流機械に於ける信号の特性を取出す工程を含む、交流機械駆動装置でユーティリティからの信号の特性を取出す方法である。
【０００６】
本発明の第２の面は、交流機械を駆動部からの電力及びユーティリティからの電力の間で切換えることが出来る駆動装置として、ユーティリティと、駆動部と、交流機械と、ユーティリティ及び交流機械の間に結合されていて、ユーティリティの出力を交流機械に選択的に結合するユーティリティ接触器と、駆動部及び交流機械の間に結合されていて、駆動部の出力を交流機械に選択的に結合する駆動部接触器と、駆動部がアイドリング中であり、ユーティリティ接触器及び駆動部接触器が閉じているときにユーティリティからの電力に由る、駆動部の出力に於ける信号の特性を検出するように作用する制御装置とを有し、該制御装置は、交流機械に供給されるユーティリティの特性を検出し、駆動部の出力に於ける信号の特性をユーティリティからの信号の特性と比較して特性調節を決定するようにも作用する駆動装置である。
【０００７】
本発明の第３の面は、交流機械駆動装置でユーティリティからの信号の特性を取出す装置として、ユーティリティからの信号を駆動部の出力に結合された交流機械に供給する手段と、ユーティリティからの電力に由る駆動部の出力に於ける信号の特性を検出する手段と、ユーティリティからの信号の特性を検出する手段と、駆動部の出力に於ける信号の特性をユーティリティからの信号の特性と比較して特性調節を決定する手段と、ユーティリティからの信号の特性に特性調節を適用して、ユーティリティに由る交流機械に於ける信号の特性を取出す手段とで構成された装置である。
【０００８】
次に本発明の好ましい実施例を図面について説明する。
【０００９】
【発明の詳しい説明】
図１は好ましい実施例による駆動部切換え装置を示す。装置１０が周波数ｆの３相交流電力源としての給電線１２（即ち、ユーティリティ）と、可変周波数交流電動機駆動部１４と、駆動部出力接触器１６（切換え機構として作用する）と、ユーティリティ接触器１８（これも切換え機構として作用する）と、交流機械としての電動機２０とを含む。接触器１８及び１６の動作を制御して、電動機２０をユーティリティ、電動機駆動部１４又はその両方に選択的に結合することが出来ることが判る。制御装置２１が接触器１６及び１８に作動的に結合されて、希望する形で接触器１６及び１８の状態を制御する。制御装置２１は、これから説明するような形で、接触器１６及び１８を制御する為に、希望する形でプログラムされたマイクロプロセッサを基本とした装置、結線形アナログ論理回路又はその他の任意の機構であってよい。好ましい実施例は、変圧器２２及び２４と代わりのユーティリティとしての発電機２６をも含む。開閉器２８が電動機２０をユーティリティとしての給電線１２又は発電機２６に選択的に結合する。制御装置２１が電動機駆動部とは別個の部品として示されている。しかし、制御装置２１が電動機駆動部１４と一体であって、それを使って電動機駆動部１４内のインバータのブリッジの切換え並びにここで開示する制御を達成することが出来る。
【００１０】
好ましい実施例は電動機駆動部１４の既存の計装を利用して、電動機駆動部１４に対するユーティリティの倍率及び移相を決定することにより、接触器１８に於けるユーティリティの特性、例えば大きさ及び位相を取出す。この明細書で言う「ユーティリティ」という言葉は、給電線１２、発電機２６、別の給電線等のような任意の電源を指す。こうして、電動機駆動部１４を、ユーティリティと同じ大きさ及び位相の出力を持つように制御することが出来る。図２は同期の為に倍率及び移相を決定する手順のフローチャートである。
【００１１】
工程Ａで、トランスファ又はキャプチャの為に同期を行おうとするユーティリティを選択する。例えば、制御装置２１の制御の下に又は手動で開閉器２８を作動することにより、給電線１２又は発電機２６を選択することが出来る。給電線１２が選択されたと仮定すると、開閉器２８は図１に実線で示す状態になる。工程Ｂで、電動機駆動部１４がアイドリングしているか、即ち、出力信号を発生していないか、そして電動機駆動部１４が給電線１２からの入力電圧又は源電圧を持っているかどうかを判断する。工程Ｂは、駆動部１４にある既存の普通の計装を用いて達成することが出来る。例えば、給電線の電圧及び周波数を監視する為に電圧検出計装が設けられている場合が多い。勿論、この手順を開始するには、駆動部がアイドリングしていなければならないと共に、その入力に源電圧を持っていなければならない。従って、工程Ｂの答えが「ノー」であれば、手順は工程Ａに戻り、ユーティリティを選び直すと共にこの他の異常があればそれを是正する。
【００１２】
工程Ｂの答えが「イエス」であると仮定すると、この手順は工程Ｃに進み、そこで電動機駆動部１４の内部計装を使って、駆動部１４の直流母線がいっぱいに充電されているかどうかを検出する。直流母線がいっぱいに充電されていなければ、接触器１６及び１８を閉路すると、電動機駆動部１４を損傷する惧れがある。従って、直流母線がいっぱいに充電されていなければ、手順は工程Ａに戻り、ユーティリティを選び直すと共に、この他の異常があれば、それを是正する。直流母線がいっぱいに充電されていると仮定すると、手順は工程Ｄに進み、そこでまだ閉路されていなければ、駆動部接触器１６を閉路する。工程Ｅで、電動機を線路始動することが出来るか、即ちユーティリティ電圧で始動しても損傷が起こらないかを判断する。この判断は、公知のように、電動機の定格及び負荷に基づいて下される。電動機を線路始動することが出来なければ、電動機の導線を切離し、これを工程Ｆで検証する。何らかの理由で電動機の導線を切離すことが出来ない場合、手順は工程Ｋに進み、そこで駆動部接触器１６を開路し、電動機の損傷を避ける為に、この手順を終わる。電動機の導線が切離された場合、手順は工程Ｇに続く。同様に、工程Ｅで、電動機を線路始動することが出来ると判断された場合、手順は工程Ｇに続く。
【００１３】
工程Ｇで、ユーティリティ接触器１８を閉路する。工程Ｈで、電動機駆動部１４内の既存の出力計装を使うことによって、電動機駆動部１４の出力にフィードバックを受取っているかどうかを判断する。このフィードバックは、変圧器２４、接触器１８、接触器１６及び回路内に他の部品があればそれを通過した後の給電線１２からの信号である。工程Ｈに於ける判断は、単に電圧を検出することであってもよいし、有効なフィードバックとして受容れることが出来ると見なされるような電圧の最小値又は最大値のようなパラメータを含んでいてもよい。
【００１４】
電動機駆動部１４の出力に受容れることの出来るフィードバックを受取っていない場合、手順は工程Ｊに進み、そこでユーティリティ接触器１８を開路し、工程Ｋで駆動部接触器１５を開路する。このとき、診断を行って、許容し得るフィードバックをなぜ受取られていないかを判断することが出来る。工程Ｈで受容れることの出来るフィードバックを受取っていたと仮定すると、工程Ｉでユーティリティの倍率及び移相が決定され、工程Ｊでユーティリティ接触器１４を、そして工程Ｋで駆動部接触器１６を開路することにより、この手順が終わる。
【００１５】
図３は、移相及び倍率を夫々決定する工程Ｉの部分的な手順Ｉ１及びＩ２を示す。部分的な手順Ｊ１の工程Ａで、電動機駆動部１４の入力信号の位相を、駆動部１４の既存の計装を使って特性として検出する。例えば、源位相固定ループ（ＰＬＬ）を使って、公知の形で源信号の位相を決定することが出来る。駆動部１４に対する源信号は、変圧器２２及び回路内に他の部品があればそれを通過した後のユーティリティ、今の場合は給電線１２からの信号である。工程Ｂで、電動機駆動部１４の出力に於ける位相を、駆動部１４の既存の計装を使って特性として検出する。例えば、電動機磁束位相固定ループ（ＰＬＬ）を使って、公知の形で出力における位相を決定することが出来る。電動機駆動部１４がアイドリング中であり、即ち出力信号を発生しておらず、従って電動機駆動部１４の出力の信号は、変圧器２４、接触器１８及び回路内に他の部品があれば、それを通過した後のユーティリティ、今の場合は給電線１２からの信号であることに注意されたい。工程Ｃで、工程Ａ及びＢで決定された位相角の間の位相差が電動機駆動部１４の制御装置によって計算され、その結果得られた移相の値が、工程Ｄで、制御装置のメモリ・レジスタに記憶される。
【００１６】
部分的な手順Ｊ２の工程Ａで、駆動部１４の既存の計装を使って、電動機駆動部１４の入力信号の電圧が特性として検出される。例えば、入力保護回路を使って、公知の形で入力信号の位相を決定することが出来る。駆動部１４に対する入力信号は、変圧器２２及び回路内の他の部品を通過した後のユーティリティ、今の場合は給電線１２からの信号である。工程Ｂで、駆動部１４の既存の計装を使って、電動機駆動部１４の出力の電圧が特性として検出される。例えば、出力電圧回路を使って、公知の形で出力に於ける位相を決定することが出来る。電動機駆動部１４がアイドリング中であり、即ち出力信号を発生していないので、電動機駆動部１４の出力に於ける信号は、変圧器２４、接触器１８及び回路内の他の部品を通過した後のユーティリティ、今の場合は給電線１２からの信号であることに注意されたい。工程Ｃで、電動機駆動部１４の制御装置により、工程Ａ及びＢで決定された電圧の間の比を計算し、その結果得られた倍率が、工程Ｄで、制御装置のメモリ・レジスタに記憶される。
【００１７】
倍率は、回路内の部品が変わっていない限り、電動機駆動部１４の入力に於ける電圧に基づいて、ユーティリティから電動機２０の入力への電圧を決定する為に使うことが出来る乗数で構成された特性調節であることが理解されよう。同様に、位相差は、回路内の部品が変わっていない限り、電動機駆動部１４の入力に於ける位相角に基づいて、ユーティリティから電動機２０の入力に対する位相角を決定する為に使うことが出来る特性調節である。従って、特定のシステムに対する倍率及び位相差が決定され、メモリに保管されれば、電動機駆動部１４の切換えブリッジを制御して、既存の駆動部の計装を使って電動機駆動部１４の入力の電圧及び位相を測定すると共に、入力の特性を調節してユーティリティの特性を取出すだけのことにより、ユーティリティに由る電動機入力の電圧及び位相に釣合う出力信号を発生することが出来る。駆動部の源電圧に倍率を乗じ、駆動部の源の位相角を移相に追加して、ユーティリティからの信号に由る電動機に於ける電圧及び位相を決定することが出来る。これによって、電動機駆動部１４の出力電圧及び位相をユーティリティ１２のそれと釣合わせることが出来る。任意の特定のシステムに対し、移相及び倍率は１回だけ決定すればよい。しかし、システムに変更が加えられた場合、又はその他の状況の下で、これらの値を任意のときに計算し直すことが出来る。
【００１８】
トランスファすべきユーティリティが、発電機２６のように、電動機駆動部に入力を供給する給電線以外である場合、図２の工程Ａで発電機２６を選択することによって、開閉器２８を図１に破線で示す位置にして、判定手順を実施することが出来る。電動機駆動部１４の入力の電圧及び位相を測定する代わりに、発電機１６の電圧及び位相を検出する為に外部センサを使うことが必要になることがある。その他の点では、手順は上に詳しく述べたものと同様である。全ての手順は、電動機駆動部の制御装置又は外部装置にプログラムされたソフトウエア命令に応答して達成することが出来る。更に、この手順は、手動プロンプト及び動作に応答して達成することが出来る。本発明は任意の形式の駆動部、任意の形式のユーティリティ及び任意の形式の交流機械に適用することが出来る。任意の形式の切換え機構を使うことが出来る。本発明に関連して任意の同期方法又は装置を使うことが出来る。
【００１９】
以上の説明には多数の細部及び具体的な項目が含まれているが、これらは説明の為にだけ述べたものであり、本発明を制約するものと解してはならないことを承知されたい。特許請求の範囲並びにその法律的な均等物によって示される本発明の範囲を逸脱せずに、上に述べた実施例に多くの変更を加えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施例による駆動部切換え装置の略図。
【図２】 好ましい実施例の同期の為に倍率及び移相を決定する手順を示すフローチャート。
【図３】 好ましい実施例の移相を決定する部分的な手順及び倍率を決定する部分的な手順を示すフローチャート。

Claims (22)

1. 交流機械駆動装置で電力源による信号の特性を取出す方法に於て、
   駆動部が出力信号を発生していない間に該駆動部に入力信号を供給する工程と、
   前記電力源からの信号を前記駆動部の出力に結合された交流機械に供給する工程と、
   前記駆動部が出力信号を発生していない間の前記駆動部の出力に於ける信号の特性を検出する工程と、
   前記駆動部の入力における前記電力源からの信号の特性を、前記駆動部の入力計装を用いて検出する工程と、
   前記駆動部の出力に於ける信号の特性を、前記電力源からの信号の特性と比較して特性調節を決定する工程と、
   前記電力源からの信号の特性に対して特性調節を適用して、前記電力源に由る交流機械に於ける信号の特性を取出す工程と、
   を含む方法。
2. 更に、前記適用する工程の間に得られた前記交流機械に於ける信号の特性に釣合うように、前記駆動部の出力を調節することにより、前記駆動部が出力信号を発生しているとき前記駆動部の出力を前記電力源からの信号と同期させる工程を含む請求項１記載の方法。
3. 前記電力源からの信号の特性を検出する工程が、前記駆動部の出力に於ける電圧及び位相角を検出することを含み、前記駆動部の入力における信号の特性を検出する工程が、前記電力源の電圧及び位相角を検出することを含む請求項１記載の方法。
4. 比較する前記工程が、前記駆動部の出力に於ける電圧と前記駆動部の入力における前記電力源の電圧との間の比を計算して、前記特性調節として倍率を決定することを含む請求項３記載の方法。
5. 比較する前記工程が、前記駆動部の出力に於ける位相角と前記駆動部の入力における前記電力源の位相角との間の差を計算して、前記特性調節として位相角の差を決定することを含む請求項３記載の方法。
6. 比較する前記工程が、前記駆動部の出力に於ける位相角と前記駆動部の入力における前記電力源の位相角との間の差を計算して、前記特性調節として位相角の差を決定することを含む請求項４記載の方法。
7. 前記入力信号の特性が、前記電力源及び前記駆動部の入力の間にある部品に由り、前記電力源の特性と異なる請求項６記載の方法。
8. 前記交流機械が電動機である請求項１記載の方法。
9. 交流機械を駆動部からの電力及び電力源からの電力の間で切換えることが出来る駆動装置に於て、
   電力源と、
   駆動部と、
   交流機械と、
   前記電力源及び前記交流機械の間に結合されていて、前記電力源の出力を前記交流機械に選択的に結合する電力源接触器と、
   前記駆動部及び前記交流機械の間にあって、前記駆動部の出力を前記交流機械に選択的に結合する駆動部接触器と、
   前記駆動部が出力信号を発生しておらず前記電力源接触器及び前記電動機駆動部接触器が閉じているときの前記電力源からの電力に由る、前記駆動部の出力に於ける信号の特性を検出するように作用する制御装置と
   を有し、
   前記駆動部は、該駆動部の入力における前記電力源からの信号の特性を検出する入力計装を備え、
   前記制御装置は、前記交流機械に供給される電力源の特性を検出し、前記駆動部の出力に於ける信号の特性を前記前記駆動部の入力に於ける前記電力源からの信号の特性と比較して特性調節を決定するようにも作用する
   ことを特徴とする駆動装置。
10. 前記制御装置は、前記駆動部の出力を、前記特性調節によって調節された前記電力源の特性と釣合うように調節することによって、前記駆動部が出力信号を発生しているときの前記駆動部の出力を前記駆動部の入力における前記電力源からの信号と同期させるように作用する請求項９記載の駆動装置。
11. 前記駆動部の出力に於ける信号の特性が、前記駆動部の出力に於ける信号の電圧及び位相角で構成され、前記電力源の特性が該電力源の電圧及び位相角で構成される請求項１０記載の駆動装置。
12. 前記特性調節が倍率及び位相角の差で構成されている請求項１１記載の駆動装置。
13. 前記倍率が前記駆動部の出力に於ける信号の電圧と前記駆動部の入力における前記電力源の電圧の間の比である請求項１２記載の駆動装置。
14. 前記位相角の差が、前記駆動部の出力に於ける信号の位相角と前記駆動部の入力における前記電力源の位相角との間の差である請求項１２記載の駆動装置。
15. 更に、前記電力源及び前記駆動部の入力の間に電力変換部品を有する請求項１４記載の装置。
16. 交流機械駆動装置で電力源による信号の特性を取出す装置に於て、
    電力源からの信号を駆動部の出力に結合された交流機械に供給する手段と、
    電力源からの電力に由る前記駆動部の出力に於ける信号の特性を検出する手段と、
    前記駆動部の入力に結合され、前記駆動部の入力における前記電力源からの信号の特性を検出する、前記駆動部の入力計装と、
    前記駆動部の出力に於ける信号の特性を前記駆動部の入力における前記電力源からの信号の特性と比較して特性調節を決定する手段と、
    前記駆動部の入力における前記電力源からの信号の特性に対して前記特性調節を適用して前記電力源に由る前記交流機械に於ける信号の特性を取出す手段と、
    を有する装置。
17. 更に、前記駆動部の出力を、前記適用する手段によって取出された前記交流機械の信号の特性と釣合うように調節することにより、出力信号を発生しているときの駆動部の出力を該駆動部の入力における前記電力源からの信号と同期させる手段を有する請求項１６記載の装置。
18. 前記駆動部の出力に於ける特性を検出する手段が、前記駆動部の出力に於ける電圧及び位相角を検出する手段で構成され、該駆動部の入力における前記電力源からの信号の特性を検出する手段が、前記電力源の電圧及び位相角を検出する手段で構成される請求項１６２０記載の装置。
19. 比較する前記手段が、前記駆動部の出力に於ける電圧と該駆動部の入力における前記電力源の電圧との間の比を計算して倍率を決定する手段で構成されている請求項１８記載の装置。
20. 比較する前記手段が、前記駆動部の出力に於ける位相角と該駆動部の入力における前記電力源の位相角の間の差を計算して、位相角の差を決定する手段で構成されている請求項１８記載の装置。
21. 比較する前記手段が、前記駆動部の出力に於ける位相角と該駆動部の入力における前記電力源の位相角の間の差を計算して、位相角の差を決定する手段で構成されている請求項１９記載の装置。
22. 更に、前記電力源及び前記駆動部の入力の間にある電力変換部品を有する請求項１９記載の装置。

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