JP6296563B2

JP6296563B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP6296563B2
Application number: JP2015100850A
Authority: JP
Inventors: 勇輝知久
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2035-05-18
Also published as: JP2016220333A

Description

本発明の実施形態は、駆動装置に関する。

同期電動機は、オープンループで容易に速度制御を行うことができるため、産業分野、民生分野を問わずさまざまな分野で応用されている。オープンループの速度制御には、Ｖ／Ｆ制御が多く用いられている。Ｖ／Ｆ制御では、電動機の端子電圧（Ｖ）と電動機の回転速度（Ｆ）との比を一定に制御することによって、回転子の磁極の位置を検出することなく、簡便に速度制度を行うことができる。

工場の自動化制御の分野等では、大出力の電動機が必要とされるが、同期電動機は、大型化が比較的容易であり、１００ＭＷ級の同期電動機も実用化されている。このような大型の同期電動機を駆動するためには、大容量のインバータ装置が必要とされ、複数の電力供給ユニットを並列運転することによって大容量化を実現する場合がある。

特開昭５４−１０１１３０号公報

複数の電力供給ユニットを並列運転させて同期電動機に電力を供給する場合に、少なくとも１台の電力供給ユニットに故障が生じたときには、出力電流が不足することとなる。Ｖ／Ｆ制御による速度制御においては、電流制御を行わないため、電力供給ユニットの出力電流を検出することができないので、一部の電力供給ユニットの故障が生じた場合であっても、過電流または過負荷状態として、駆動装置全体の運転が停止される。そのため、同期電動機の運転を継続させるためには、電力供給ユニットの台数を増加させて冗長構成とする等の必要があり、設置スペースの増大やコストアップの要因となっている。

また、電力供給ユニットにベクトル制御方式を採用した場合には、ベクトル制御方式では出力電流の電流制御を行うため、少なくとも１台の電力供給ユニットが出力停止しても、各電力供給ユニットの出力電流を自動的に調整して運転の継続をすることができる。しかしながら、速度制御にベクトル制御方式を用いる場合には、制御回路の構成が複雑になり、依然として設置スペース増大やコストアップの要因となる。

特許文献１には、複数のインバータ装置を並列運転する場合に、均等な出力電流を供給するための技術が記載されているが、いずれかのインバータ装置が故障して停止した場合に運転を継続させる技術については記載されていない。

本実施形態は、並列運転する複数の電力供給ユニットのうち少なくとも１台の電力供給ユニットの出力が停止しても運転を継続することができる駆動装置を提供する。

実施形態に係る駆動装置は、同期電動機に電力を供給する複数の電力供給ユニットと、前記複数の電力供給ユニットの各出力と前記同期電動機との間にそれぞれ接続された複数の遮断部と、前記同期電動機の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記端子電圧と前記同期電動機の回転速度との比を一定に制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記複数の電力供給ユニットのうちの少なくとも１つの電力供給ユニットの異常を検出したときに、前記複数の遮断部のすべてを遮断し、前記電圧検出部によって検出された、前記同期電動機のフリーラン時の端子電圧である第１電圧を入力し、前記複数の電力供給ユニットのうち正常に動作する電力供給ユニットが出力できる合計の出力電流値を有する第１電流よりも小さい電流値を有する第２電流に応じた回転速度を表す速度指令値を設定し、前記第１電圧が、前記速度指令値に対応する電圧と等しくなったときに、前記第２電流値を前記同期電動機に供給するように前記正常に動作する電力供給ユニットに対応する遮断部を投入する。

実施形態に係る駆動装置では、故障で停止した電力供給ユニット以外の正常に動作する電力供給ユニットの合計の出力電流容量値に応じた速度指令値を設定し、電圧検出部によって検出された回転速度に基づいて、設定された速度指令値に応じた出力電流を供給するので、電力供給ユニットの一部が停止した場合であっても、同期電動機の運転を停止することなく継続することができる。

第１の実施形態に係る駆動装置を例示するブロック図である。本実施形態の駆動装置の動作原理を説明するための同期電動機の負荷特性の例を示すグラフである。本実施形態の駆動装置の動作を説明するためのフローチャートである。正常な電力供給ユニットの台数に応じて出力できる出力電流と、その出力電流に対応する同期電動機の速度指令値および端子電圧とを示すテーブルの一例である。第２の実施形態に係る駆動装置を例示するブロック図である。本実施形態の駆動装置の動作原理を説明するための同期電動機の負荷特性の例を示すグラフである。本実施形態の駆動装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る駆動装置を例示するブロック図である。
本実施形態に係る駆動装置１０は、複数の電力供給ユニット２１〜２４と、複数の遮断部３１〜３４と、電圧検出部４０と、制御部５０と、を備える。駆動装置１０は、入力電源装置２と、同期電動機４との間に接続される。入力電源装置２は、直流電圧を出力する直流電源装置である。入力電源装置２は、たとえば高圧母線から変圧器によって降圧された交流電圧を整流し、整流された電圧を平滑して直流電圧に変換して出力する整流装置である。同期電動機４は、大型の同期電動機であり、たとえば、ボイラー等に用いられるファンやブロワを駆動し、あるいは給水ポンプや大型のコンプレッサを駆動する。同期電動機４は、ブラシあり、ブラシレスであることを問わない。駆動装置１０は、入力電源装置２から直流電力を受電し、同期電動機４に交流電力を供給して、同期電動機の速度制御を行う。

複数の電力供給ユニット２１〜２４は、同じ出力電流容量を有しており、並列接続されて大電流出力が可能なインバータ部２０を構成する。電力供給ユニット２１〜２４は、それぞれ入力電源装置２から受電した直流電力を、同期電動機４に供給する交流電力に変換する。

複数の遮断部３１〜３４は、複数の電力供給ユニット２１〜２４のそれぞれの出力と、同期電動機４との間に接続されている。遮断部３１〜３４は、たとえば交流リレーやコンタクタ等であり、複数の電力供給ユニット２１〜２４のそれぞれの出力と、同期電動機４との間の回路の接続、遮断を行う。複数の遮断部３１〜３４は、後述するように、インバータ部２０の電力供給ユニット２１〜２４のうちのいずれかが故障し、出力を停止した場合に、すべてが遮断され、同期電動機４への電力供給を停止させる。また、動作可能な電力供給ユニットに接続された遮断部は、動作可能な電力供給ユニットの出力と同期電動機４とを接続する。

電圧検出部４０は、すべての遮断部３１〜３４の出力が接続されたノード４２に接続され、同期電動機４の端子に発生している電圧を検出する。電圧検出部４０は、たとえば変圧器を含んでおり、検出したノード４２における端子電圧Ｖｏｕｔを降圧してその端子電圧Ｖｏｕｔに対応する電圧値を制御部５０に入力する。

制御部５０は、あらかじめ設定された速度指令値ｆを各電力供給ユニット２１〜２４に送る。電力供給ユニット２１〜２４は、同期電動機の端子電圧Ｖｏｕｔと速度指令値ｆとの比（Ｖｏｕｔ／ｆ）が一定であることから、速度指令値ｆに対応する電圧値となるように出力を制御する。ここで、同期電動機４に接続されるブロワ等の負荷について負荷特性があらかじめ与えられており、その負荷特性にしたがって、速度指令値ｆは、あらかじめ設定されている。たとえば、負荷特性に応じた速度指令値は、制御部５０と相互に接続された記憶部５２にあらかじめ格納される。なお、記憶部５２に格納された速度指令値のデータは、同期電動機４に接続される負荷に応じて、たとえばネットワークを介して接続されたコンピュータ端末等（図示せず）によってデータの設定や書き換えを行うようにしてもよい。

制御部５０は、各電力供給ユニット２１〜２４の出力電圧値Ｖａ〜Ｖｄを監視している。制御部５０は、各電力供給ユニット２１〜２４の出力に接続されている遮断部３１〜３４の開閉を制御する制御信号Ｓａ〜Ｓｄを、各遮断部３１〜３４に対して送信する。たとえば、各制御信号Ｓａ〜Ｓｄは、ローレベルの出力であるときには、遮断部３１〜３４は、出力電流を遮断する。各制御信号Ｓａ〜Ｓｄがハイレベルの出力であるときには、遮断部３１〜３４は、出力電流を流すように動作する。制御部５０は、各電力供給ユニット２１〜２４の出力電圧Ｖａ〜Ｖｄを監視することによって、電力供給ユニット２１〜２４の異常を検出する。電力供給ユニット２１〜２４の異常は、たとえば、出力電圧Ｖａ〜Ｖｄが所定の定格電圧よりも低下した電圧値を示した場合である。出力電圧Ｖａ〜Ｖｄが所定の定格電圧よりも高い値となった場合に異常と判定するようにしてもよい。また、電圧値による異常の判断に限らず、たとえば回転速度制御不能等その他の異常を検出するようにしてもよい。この例では、各電力供給ユニット２１〜２４の出力電圧を検出する電圧検出回路には、変圧器を含んでおり、制御部５０には、変圧器で降圧された各出力電圧Ｖａ’〜Ｖｄ’が入力される。

制御部５０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等である。制御部５０は、記憶部５２に格納されたプログラムを展開し、記憶部５２に格納された速度指令値等のデータをプログラムにしたがって逐次読み込んで処理する。記憶部５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の半導体メモリであってもよく、磁気記憶素子を用いた記憶装置であってもよい。制御部５０は、このようなＣＰＵ等を含む、たとえばプログラマブルロジックコントローラのコントローラであり、入出力装置を介して電力供給ユニット２１〜２４に速度指令値を送信し、各々の状態を監視し、各遮断部３１〜３４の動作を制御する。

次に、本実施形態の駆動装置１０の動作原理について説明する。
図２は、本実施形態の駆動装置の動作原理を説明するための同期電動機の負荷特性の例を示すグラフである。図２のグラフは、同期電動機４の回転速度ｆを横軸にとり、縦軸にインバータ部２０の出力電流Ｉｏｕｔをプロットしたものである。
図２に示すように、負荷特性のグラフは、同期電動機に負荷を接続し、その場合の出力電流Ｉｏｕｔが同期電動機４の回転速度の２乗低減特性を示す場合を表している。２乗低減特性の負荷では、同期電動機４には、同期電動機４の回転速度ｆの２乗に比例した出力電流Ｉｏｕｔが流れる。なお、２乗低減特性を示す負荷としては、一般的に、ブロワ、ファン、ポンプあるいはコンプレッサ等がある。

図２のＩ０（第１電流）は、図１の電力供給ユニット２１〜２４がすべて正常に動作している場合のインバータ部２０の出力電流Ｉｏｕｔである。出力電流Ｉｏｕｔは、同期電動機４の固定子の電機子巻線に流れる電機子電流の実効値に等しい。図２では、出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉ０であるａ点において、同期電動機４は、回転速度ｆ０で回転していることを示している。なお、Ｖ／Ｆ制御では、同期電動機の回転速度ｆと、そのときの端子電圧Ｖとの比が一定であるため、回転速度ｆ０のときの端子電圧をＶ０とすると、Ｖ０／ｆ０＝一定である。

出力電流Ｉ１は、電力供給ユニット２１〜２４のうちのいずれか１台が故障し出力を停止した場合に、残りの３台の電力供給ユニットが出力し得る最大の出力電流を表している。出力電流Ｉ２は、電力供給ユニット２１〜２４のうちのいずれか２台の出力が停止し、残りの２台の電力供給ユニットが出力し得る出力電流を表している。出力電流Ｉ３は、電力供給ユニット２１〜２４のうちの３台の出力が停止し、残りの１台の電力供給ユニットが出力し得る出力電流を表している。図１の駆動装置１０の場合には、電力供給ユニット２１〜２４は、同一の出力容量を有するものとしているので、Ｉ１−Ｉ２＝Ｉ２−Ｉ３＝Ｉ３＝ΔＩ＝一定である。なお、ａ点の出力電流Ｉ０については、動作時の出力電流を表しており、Ｉ０−Ｉ１＜ΔＩである。たとえば、Ｉｍａｘを各電力供給ユニット２１〜２４の定格出力電流とすると、正常動作時の出力電流は、Ｉ０≦４×Ｉｍａｘである。なお、上述のＩｍａｘに対して、ディレーティングのための係数を乗じて出力電流容量を設定するようにしてもよい。

上述したように、同期電動機４の回転速度ｆとインバータ部２０出力電流Ｉｏｕｔとの関係は、あらかじめ与えられ、図２のような２乗低減特性によって一意的に表される。したがって、電力供給ユニット２１〜２４のうち動作し得る電力供給ユニットの出力電流Ｉ１〜Ｉ３をあらかじめ定めておくことによって、回転速度ｆ１〜ｆ３を一意的に決定することができる。言い換えれば、同期電動機４の負荷特性が所与であれば、出力可能な出力電流Ｉ１〜Ｉ３に対応した回転速度を新たな速度指令値ｆ１〜ｆ３とすることができる。電力供給ユニット２１〜２４のうちのいずれか１台以上について異常を検出した場合に、一旦インバータ部２０と同期電動機４との電流経路が切断される。電流供給が絶たれた同期電動機４は、フリーランし、フリーランによって発生する端子電圧（第１電圧）を電圧検出部４０を用いて検出することによって、フリーラン時の回転速度を検出することができる。したがって、フリーランによって、同期電動機４の回転速度が低下し、たとえばｂ点に到達したときに、動作可能な電力供給ユニットからの出力電流Ｉ１（第２電流）を供給するように、対応する遮断部を閉じることによって、同期電動機４は、回転速度ｆ１で動作を継続することができる。２台の電力供給ユニットに異常が生じた場合には、ｃ点に到達したときに正常な残りの２台の電力供給ユニットからの出力電流を供給するように、対応する遮断部を閉じることによって、回転速度ｆ２で動作を継続することができる。正常な電力供給ユニットが１台の場合についても同様に、ｄ点に到達したことを検出して、正常な電力供給ユニットから電流供給することによって、回転速度ｆ３で動作を継続することができる。

本実施形態の駆動装置１０の動作について説明する。
図３は、本実施形態の駆動装置１０の動作を説明するためのフローチャートの一例である。
図４は、正常な電力供給ユニットの台数に応じて出力できる出力電流と、その出力電流に対応する同期電動機の速度指令値および端子電圧とを示すテーブルの一例である。
図３に示すように、本実施形態の駆動装置１０は、ステップＳＴ１において、複数の電力供給ユニット２１〜２４のうち、少なくともいずれか１台に故障等が発生し、出力電圧の低下が発生しているか否かを制御部５０によって検出する。

ステップＳＴ１において１台の電力供給ユニット、たとえば電力供給ユニット２１に異常があり、出力電圧Ｖａの低下が検出された場合には、ステップＳＴ２において、制御部５０によって、すべての遮断部３１〜３４に対して、同期電動機４との接続を断とする信号Ｓａ〜Ｓｄを送信する。遮断部３１〜３４は、信号Ｓａ〜Ｓｄによって電流が遮断される。

ステップＳＴ２において、すべての遮断部３１〜３４が切断されると、同期電動機４への電力供給が遮断されるので、同期電動機４は、フリーランし次第に減速する。フリーランしている同期電動機４の回転速度を検出するために、ステップＳＴ３において、電圧検出部４０によって、ノード４２の端子電圧Ｖｏｕｔを検出し、検出された端子電圧Ｖｏｕｔを制御部５０に入力する。

ステップＳＴ４において、制御部５０によって、異常が発生した電力供給ユニット２１および正常な電力供給ユニット２２〜２４の状態が記憶される。制御部５０は、記憶部５２と接続されており、各電力供給ユニット２１〜２４の異常の有無を記憶部５２に記憶させる。また、記憶部５２には、動作可能な電力供給ユニットの台数が設定される。

ステップＳＴ５において、ステップＳＴ４で設定された正常に動作可能な電力供給ユニットの台数に基づいて、制御部５０によって、出力可能な出力電流値が設定される。また、制御部５０は、設定された出力電流値に応じた新たな速度指令値が設定される。より具体的には、制御部５０では、たとえば、切り離す電力供給ユニットは、電力供給ユニット２１であり、したがって、正常な電力供給ユニット２２〜２４が出力可能な出力電流値は、出力電流Ｉ１（図２）である。出力電流は、Ｉ１＝３×Ｉｍａｘとして出力電流値が設定されている。ここで、Ｉｍａｘは、電力供給ユニット１台の定格出力電流である。図２において説明したように、２乗低減特性を有する負荷の場合には、Ｉ１に対応する回転速度ｆ１を一意的に設定することができる。

負荷特性は、所与のものとして事前に与えられる。そこで、出力電流Ｉ１〜Ｉ３、これらにそれぞれ対応する速度指令値ｆ１〜ｆ３および端子電圧Ｖ１〜Ｖ３を含むテーブルを記憶部５２にあらかじめ格納しておき、制御部５０によって適宜このテーブルからデータを読み出すようにしてもよい。図４に示すように、テーブル５４は、出力電流欄５４ａと速度指令値欄５４ｂと端子電圧欄５４ｃとを含む。出力電流欄５４ａには、電力供給ユニット２１〜２４のうち正常に動作可能な台数に応じた出力電流値Ｉ１〜Ｉ３が入力されている。速度指令値欄５４ｂには、出力電流値Ｉ１〜Ｉ３にそれぞれ対応する速度指令値ｆ１〜ｆ３が入力されている。端子電圧欄５４ｃには、速度指令値のそれぞれに対応する端子電圧値Ｖ１〜Ｖ３が入力されている。出力電流値Ｉ１〜Ｉ３については、任意に設定することができる。また、速度指令値ｆ１〜ｆ３については、同期電動機４の負荷に応じて設定される２乗低減特性に対応するように設定される。

ステップＳＴ６において、制御部５０によって、電圧検出部４０で検出している端子電圧ＶｏｕｔがステップＳＴ５において設定された端子電圧値Ｖ１に等しいか否かを検出する。ステップＳＴ７において、制御部５０によって、Ｖｏｕｔ＝Ｖ１となった場合に、ステップＳＴ４で記憶した正常動作する電力供給ユニットに対応する遮断部３２〜３４を投入して同期電動機４に出力電流Ｉ１を供給する。

このように、遮断部３１〜３４のすべてを一旦切断することによって、同期電動機４をフリーラン動作させ、正常に動作する電力供給ユニットに対応する遮断部を接続することによって、速度制御された同期電動機４の運転を継続させることができる。新たな速度指令値として、正常に動作する電力供給ユニットの台数に応じた出力電流値を設定し、事前に与えられた負荷特性にしたがって新たな速度指令値を設定するので、同期電動機４の速度制御動作を円滑に継続させることができる。

上述では、複数の電力供給ユニットのそれぞれが同じ出力電流を出力するものとして説明をしたが、インバータ部２０を構成する電力供給ユニットの出力電流については、それぞれ異なる電流を出力するものとして任意に設定することができる。たとえば、図４を用いて説明したように、インバータ部２０が出力できる出力電流値に応じて速度指令値を設定することができる。また、制御部５０は、故障等により切り離すべき電力供給ユニットおよび再接続して出力電流を供給する正常な電力供給ユニットを識別することができる。そのため、電力供給ユニットのすべての組み合わせに対する出力電流と、その出力電流に応じた速度指令値をテーブルに入力することによって、より柔軟に出力電流値の設定を行うことができる。

なお、図３のフローチャートに示した手順は一例であって、このフローチャートに示された手順に限定されることはない。たとえば、ステップＳＴ３において、フリーラン時のＶｏｕｔを検出する前に、電力供給ユニット２１〜２４の異常の有無を記憶し（ステップＳＴ４）、テーブル５４から新たな速度指令値ｆ１を設定（ステップＳＴ５）してもよい。あるいは、ステップＳＴ２において、遮断部３１〜３４を遮断と同時またはその前に電力供給ユニット２１〜２４の異常の有無を記憶するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態の駆動装置１０では、インバータ部２０に含まれる電力供給ユニット２１〜２４の台数に応じて、出力可能な出力電流と、その出力電流に応じて、あらかじめ設定された負荷特性によって速度指令値を設定するものとした。以下説明する第２の実施形態に係る駆動装置１０ａでは、インバータ部２０の出力電流を検出する電流検出部を追加することによって、任意の負荷特性に適応させることができる。

図５は、第２の実施形態に係る駆動装置を例示するブロック図である。
図５に示すように、本実施形態の駆動装置１０ａは、各遮断部３１〜３４の出力がすべて接続されたノード４２と、同期電動機４との間に直列に電流検出部６０が接続されている。電流検出部６０は、周知の電流検出手段、たとえば、計器用変流器やホール素子等を用いて構成される。電流検出部６０の出力は、第１の実施形態の駆動装置１０に含まれる制御部５０とは相違する制御部５０ａに入力されている。他の構成については、第１の実施形態の駆動装置１０と同じであり、同一の構成要素については同一の符号を用いて詳細な説明を適宜省略する。

本実施形態の駆動装置１０ａの動作原理について説明する。
図６は、本実施形態の駆動装置１０ａの動作原理を説明するための同期電動機の負荷特性の例を示すグラフである。
本実施形態の駆動装置１０ａでは、負荷特性の種類が所与の場合に、任意の負荷特性に対応した速度設定を行うことができる。たとえば、負荷特性が２乗低減特性の場合には、すべての電力供給ユニット２１〜２４が正常に動作している場合に、流れている出力電流は、電流検出部６０で測定することができる。また、端子電圧値から電動機の回転速度も検出される。その電流値および回転速度から、出力電流Ｉｏｕｔを低減させたときの任意の電流値における電動機の速度を計算によって推定することができる。

図６に示すように、ＣａｓｅＡの負荷トルク特性を有する負荷が接続された場合には、ａ０点では、電力供給ユニット２１〜２４すべてが正常に動作している。ａ０点における出力電流Ｉａ０（第１電流）および回転速度ｆ０は、それぞれ電流検出部６０および電圧検出部４０によって取得される。たとえば、電力供給ユニット２１が故障し出力が停止した場合に、残りの電力供給ユニット２２〜２４によって出力できる出力電流値はＩ１（第２電流）である。ここで、出力電流値Ｉ１のときに電動機の回転速度はｆａ１であり、回転速度ｆａ１は、負荷特性が２乗低減特性であることから、以下のように求めることができる。

Ｉａ０＝β・ｆ０^２（ａ０点）
Ｉ１＝β・ｆａ１^２（ａ１点）
∴ｆａ１＝ｆ０・（Ｉ１／Ｉａ０）^１／２（１）

電力供給ユニットの異常を検出してすべての遮断部３１〜３４を切断することによって、フリーランしている同期電動機４の端子電圧Ｖｏｕｔを測定する。そして、回転速度ｆａ１に対応する端子電圧値を電圧検出部４０によって検出したときに、残りの電力供給ユニットの出力を供給することによって、駆動装置１０ａの動作を停止させずに、継続させることができる。

同様に、異なる２乗低減特性ＣａｓｅＢの場合にも、フリーラン後の速度指令値ｆｂ１は以下のように求められる。

Ｉｂ０＝γ・ｆ０^２（ｂ０点）
Ｉ１＝γ・ｆｂ１^２（ｂ１点）
∴ｆｂ１＝ｆ０・（Ｉ１／Ｉｂ０）^１／２

なお、正常な電力供給ユニットによって出力することができる出力電流Ｉ１〜Ｉ３については、第１の実施形態の駆動装置１０の場合と同様に、あらかじめ電力供給ユニットの出力電流容量に基づいて設定されている。

次に、本実施形態の駆動装置１０ａの動作について説明する。
図７は、本実施形態の駆動装置１０ａの動作を説明するためのフローチャートの一例である。以下では、図６のＣａｓｅＡの負荷特性の場合を例として説明する。
図７に示すように、本実施形態の駆動装置１０ａは、ステップＳＴ１１において、すべての電力供給ユニット２１〜２４が正常動作している場合に、電流検出部６０によって、出力電流値Ｉａ０を検出する（図６のａ０点）。

ステップＳＴ１２において、複数の電力供給ユニット２１〜２４のうち、たとえば電力供給ユニット２１に異常があり、出力電圧Ｖａの低下が検出された場合には、ステップＳＴ１３において、制御部５０ａによって、すべての遮断部３１〜３４に対して、同期電動機４との接続を断とする信号を送信する。遮断部３１〜３４は、接続信号によって電流が切断される。

ステップＳＴ１３において、すべての遮断部３１〜３４が切断されると、同期電動機４への電力供給が遮断されるので、同期電動機４は、フリーランして減速する。フリーランしている同期電動機４の回転速度を検出するために、ステップＳＴ１４において、電圧検出部４０によって、ノード４２の端子電圧Ｖｏｕｔを検出する。

ステップＳＴ１５において、制御部５０ａによって、異常が発生した電力供給ユニット２１および正常な電力供給ユニット２２〜２４の状態が記憶される。たとえば、制御部５０ａは、記憶部５２と接続され、各電力供給ユニット２１〜２４の状態を記憶部５２に記憶させる。

ステップＳＴ１６において、制御部５０ａによって、正常に動作する電力供給ユニットが出力する出力電流値に応じた新たな速度指令値が設定される。たとえば、電力供給ユニット２１が切り離され、正常な電力供給ユニット２２〜２４が出力可能な出力電流値は、出力電流Ｉ１（図６）である。出力電流は、Ｉ１＝３×Ｉｍａｘとして出力電流値が設定される。

新たな速度指令値ｆａ１を求めるために、式（１）が用いられる。式（１）によって新たな速度指令値ｆａ１が得られたら、制御部５０ａは新たな速度指令値としてｆａ１を設定して、正常に動作する電力供給ユニット２２〜２４に送信する。

ステップＳＴ１７において、制御部５０ａによって、電圧検出部４０で検出している出力電圧ＶｏｕｔがステップＳＴ１６において設定された端子電圧値Ｖ１に等しいか否かを検出する。ステップＳＴ１８において、制御部５０によって、Ｖｏｕｔ＝Ｖ１となった場合に、ステップＳＴ１５で記憶された正常に動作する電力供給ユニット２２〜２４に対応する遮断部３２〜３４が投入され、同期電動機４に電力が供給される。

上述した第１および第２の実施形態の駆動装置１０，１０ａでは、同期電動機４の回転速度に対して、所与の負荷特性にしたがって出力電流が変化することを利用して、同期電動機のフリーラン後の新たな速度指令値を設定することができる。したがって、本実施形態の駆動装置１０ａでは、並列運転される電力供給ユニット２１〜２４のそれぞれの出力電流を監視することなく、異常を生じた電力供給ユニットを切り離して、正常に動作する電力供給ユニットによって、運転を円滑に継続することができる。また、本実施形態の駆動装置１０ａでは、すべての電力供給ユニット２１〜２４が正常に動作するときの出力電流および速度指令値に基づいて、負荷低減時の出力電流における速度指令値を計算により設定することができるので、負荷低減特性の異なる負荷を接続した場合であっても、円滑な運転を継続することができる。なお、これらの実施形態においては、同期電動機の回転速度に対して負荷電流が一意的に決定される負荷を駆動する場合に適用することができる。

以上説明した実施形態によれば、並列運転している電力供給ユニットのいずれかが停止しても、同期電動機の速度制御動作を継続する駆動装置を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

２入力電源装置、４同期電動機、１０，１０ａ駆動装置、２０インバータ部、２１〜２４電力供給ユニット、３１〜３４遮断部、４０電圧検出部、４２ノード、５０，５０ａ制御部、５２記憶部、５４テーブル、５４ａ出力電流欄、５４ｂ速度指令値欄、５４ｃ端子電圧欄、６０電流検出部

Claims

同期電動機に電力を供給する複数の電力供給ユニットと、
前記複数の電力供給ユニットの各出力と前記同期電動機との間にそれぞれ接続された複数の遮断部と、
前記同期電動機の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記端子電圧と前記同期電動機の回転速度との比を一定に制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記複数の電力供給ユニットのうちの少なくとも１つの電力供給ユニットの異常を検出したときに、前記複数の遮断部のすべてを遮断し、
前記電圧検出部によって検出された、前記同期電動機のフリーラン時の端子電圧である第１電圧を入力し、
前記複数の電力供給ユニットのうち正常に動作する電力供給ユニットが出力できる合計の出力電流値を有する第１電流よりも小さい電流値を有する第２電流に応じた回転速度を表す速度指令値を設定し、
前記第１電圧が、前記速度指令値に対応する電圧と等しくなったときに、前記第２電流値を前記同期電動機に供給するように前記正常に動作する電力供給ユニットに対応する遮断部を投入する駆動装置。
前記制御部は、前記第２電流と、前記第２電流に対応する前記速度指令値とを含むテーブルを有する請求項１記載の駆動装置。
前記同期電動機に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記電流検出部は、前記複数の電力供給ユニットから前記同期電動機に出力される前記第１電流を検出し、
前記制御部は、前記第１電流および前記第２電流に基づいて、前記速度指令値を設定する請求項１記載の駆動装置。