JP6401686B2 - 電動機駆動用インバータ装置 - Google Patents

Description

この発明は、改良された故障個所特定手段を有する電動機駆動用インバータ装置に関する。

電動機駆動用インバータ装置は、例えば鉄鋼圧延プラント等において頻繁に使用されている。このような鉄鋼プラント等で使用される場合、複数台の電動機を各々インバータによって連携して駆動する必要があると共に、複数台のうち１台のインバータが故障して電動機が停止するとプラント全体の操業ができなくなる。このため、故障したインバータと電動機から成る駆動系の故障個所特定とその迅速な復旧はプラント操業にとって重要な課題であった。

これに対応するため、プラントで用いられるインバータの故障解析用の監視装置にインバータ置の状態情報を履歴データとして記憶させ、インバータの故障が発生した時、故障発生時点より時間的に前の履歴データを参照して故障の原因を特定することが行なわれていた（例えば特許文献１参照。）。

特開２００７−１４４４８号公報（全体）

特許文献１に示された所謂トレースバック機能付きのインバータは、例えば、制御上の不安定現象などの故障原因の究明に対しては有用であるが、その故障個所がインバータ駆動系の中の、インバータ主回路なのか、制御回路なのか、あるいは電動機側なのかを素早く特定し、その特定結果に従って復旧を行うという目的に対しては、必ずしも適してはいなかった。

本発明は上記問題点を鑑みて為されたもので、複数台のインバータ駆動系を有する電動機駆動用インバータ装置において、各インバータ駆動系の故障個所を素早く特定可能な電動機駆動用インバータ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電動機駆動用インバータ装置は、出力側に設けられた第１の開閉器を介して第１の交流電動機を駆動する第１のインバータと、出力側に設けられた第２の開閉器を介して第２の交流電動機を駆動する第２のインバータと、前記第１及び第２のインバータ及び前記第１及び第２の開閉器を夫々制御する第１及び第２の制御手段と、前記第１及び第２の制御手段が夫々出力するゲート信号を夫々第１及び第２の切替手段を介して受け、ゲート駆動信号に変換して夫々前記第１及び第２のインバータに与える第１及び第２のゲート回路と、前記第１の制御手段が出力するゲート信号を第１の伝送信号に変換して出力すると共に、与えられた第２の伝送信号をゲート信号に変換して前記第１の切替手段を介して前記第１のゲート回路に与える第１の装置間伝送手段と、前記第２の制御手段が出力するゲート信号を前記第２の伝送信号に変換出力すると共に、前記第１の伝送信号をゲート信号に変換して前記第２の切替手段を介して前記第２のゲート回路に与える第２の装置間伝送手段と、前記第１のインバータの出力と前記第２の交流電動機の入力間に設けられた第３の開閉器と、前記第２のインバータの出力と前記第１の交流電動機の入力間に設けられた第４の開閉器と、前記第１及び第２の制御手段の運転制御を行い、前記第１及び第２の切替手段にゲート切替指令を与え、また前記第３、第４の開閉器の投入制御を行うシステムコントローラとを具備し、前記システムコントローラは、
前記第１または第２の制御手段から異常信号を受け取ったとき、インバータ駆動系の故障個所が何処であるのかを特定するための故障個所特定手段を有していることを特徴としている。

この発明によれば、複数台のインバータ駆動系を有する電動機駆動用インバータ装置において、各インバータ駆動系の故障個所を素早く特定可能な電動機駆動用インバータ装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施例に係る電動機駆動用インバータ装置のブロック構成図。 本発明の一実施例に係る電動機駆動用インバータ装置の故障個所特定動作のフローチャート。 本発明の一実施例に係る電動機駆動用インバータ装置の故障個所特定動作を説明するブロック構成図（その１）。 本発明の一実施例に係る電動機駆動用インバータ装置の故障個所特定動作を説明するブロック構成図（その２）。

以下、本発明の一実施例に係る電動機駆動用インバータ装置を図１乃至図４を参照して説明する。

インバータ１Ａ及びインバータ１Ｂは各々プラントを構成する複数台のインバータのうちの１台であり、夫々開閉器２Ａ、２Ｂを介して交流電動機３Ａ、３Ｂを駆動している。ここで、インバータ１Ａ、１Ｂは、通常は商用交流電源からの交流電圧をコンバータ回路によって直流に変換し、この直流をインバータ回路で再度所望の交流に変換するものであるが、ここでは図示を省略している。そして、インバータ１Ａ、１Ｂは夫々制御回路４Ａ、４Ｂによって制御されている。具体的には、制御回路４Ａ、４Ｂは夫々ゲート切替回路５Ａ、５Ｂを介してゲート回路６Ａ、６Ｂにゲート信号を与え、ゲート回路６Ａ、６Ｂは与えられたゲート信号をインバータ１Ａ、１Ｂのスイッチング素子のゲート駆動信号に変換して夫々インバータ１Ａ、１Ｂに与えている。

また、制御回路４Ａは、装置間伝送回路７Ａを介してインバータ１Ｂの制御も行えるように構成されている。具体的には、装置間伝送回路７Ａから装置間伝送回路７Ｂにゲート信号が供給され、ゲート切替回路５Ｂ、ゲート回路６Ｂを介してゲート駆動信号がインバータ１Ｂに与えられる。同様に、制御回路４Ｂは、装置間伝送回路７Ｂを介して、装置間伝送回路７Ａにゲート信号を供給し、ゲート切替回路５Ａ、ゲート回路６Ａを介してインバータ１Ａを制御可能な構成となっている。このような相手方のインバータの制御は、システムコントローラシ１０がゲート切替回路５Ｂまたは５Ａを相手方に切り替えることによって達成される。ここでシステムコントローラシ１０は全体の制御・監視を行うものであり、インバータ１Ａ、１Ｂの運転信号を夫々制御回路４Ａ、４Ｂに与えることによってインバータ１Ａ、１Ｂの運転停止動作を制御する。また、システム全体の制御を行う上で、例えば交流電動機３Ａ、３Ｂの速度指令を与える等の制御指令を夫々制御回路４Ａ、４Ｂに与える場合もある。尚、開閉器２Ａ、２Ｂは夫々制御回路４Ａ、４Ｂからの指令で開閉制御されるが、システムコントローラシ１０から直接開閉制御するようにしても良い。

インバータ１Ａによって交流電動機３Ｂを駆動することもできるように開閉器８が、またインバータ１Ｂによって交流電動機３Ａを駆動することもできるように開閉器９が設けられている。これらの開閉制御はシステムコントローラ１０からの信号で行う。

インバータ１Ａ、１Ｂの出力電圧、出力電流などの主回路情報は夫々制御回路４Ａ、４Ｂに与えられ、制御回路４Ａ、４Ｂはこれらの主回路情報の各々が異常かどうか判断し、インバータ内情報としてシステムコントローラ１０に与える。このインバータ内情報にはこれらの異常情報の他、インバータ駆動系の運転状態に関する情報を含むのが普通である。尚、インバータ１Ａ、１Ｂ、開閉器２Ａ、２Ｂ、交流電動機３Ａ、３Ｂ、制御回路４Ａ、４Ｂ、ゲート切替回路５Ａ、５Ｂ、ゲート回路６Ａ、６Ｂ、装置間伝送回路７Ａ、７Ｂが夫々インバータ駆動系Ａ、Ｂを構成している。

以上の構成における動作を、図２乃至図４も参照して以下説明する。図２は図１に示した電動機駆動用インバータ装置の故障個所特定動作のフローチャートである。この故障個所特定動作を行う手段は、例えばシステムコントローラ１０内に設けられたプロセッサ内にソフトウエアとして組み込まれている。

まず、インバータ１Ａに異常が発生したとする（ＳＴ１）。そして、制御回路４Ａからのインバータ内情報で、システムコントローラ１０はこの異常を検知して、制御回路４Ａ経由でインバータ１Ａを停止すると共に、制御回路４Ｂ経由インバータ１Ｂも停止させる（ＳＴ２）。そして、この情報だけでは異常個所の特定ができないので、以下の手順に進む。

次に、システムコントローラ１０は制御回路４Ａ経由インバータ１Ａを再起動する（ＳＴ３）。但し、上記インバータ内情報と、他の情報から判断して、インバータ１Ａの主回路に異常が発生していることが明確である場合には、この所謂リトライ動作は行わないことが好ましい。このステップＳＴ３のリトライ動作によってインバータ１Ａによる交流電動機３Ａの運転が可能であれば、ステップＳＴ１におけるインバータ１Ａの異常は一時的なものと判断する。すなわち、インバータ１Ａ及び交流電動機３Ａは正常であっても、想定外の負荷外乱があったもの、あるいは制御回路４Ａが外部ノイズ等の影響によって誤動作したものと判断する。

ステップＳＴ３において、運転不可、すなわち再度インバータ１Ａが異常となったときには以下の動作を行う。すなわち、図３の太い実線で示したように、システムコントローラ１０は開閉器２Ａ及び開閉器２Ｂを開放し、開閉器９を投入した状態で制御回路４Ｂに運転指令を与える（ＳＴ４）。このとき、インバータ１Ｂは、例えば最低周波数で交流電動機３Ａを無負荷通電可能な最低電圧を出力するようにする。交流電動機３Ａが回転しなくてもこの試験は可能であるので、この電圧は交流電動機３Ａが正常である場合、通常運転時の数％程度の電圧で良い。図３に示すこのステップＳＴ４の動作を行ったとき、通電不可、すなわち制御回路４Ｂからのインバータ内情報に異常が生じたときは、ステップＳＴ１の異常は交流電動機３Ａの異常、または敷設ケーブルの異常と判断する。尚、この場合の異常は短絡故障か断線を想定している。

そしてステップＳＴ３で通電可能であれば、図４に太い実線で示されたような動作を行う。すなわち、システムコントローラ１０は、開閉器９を開放、開閉器２Ａを投入して、インバータ１Ａのゲート駆動信号を、制御回路３Ｂ、装置間伝送回路７Ｂ、装置間伝送回路７Ａ、ゲート切替回路５Ａ、及びゲート回路６Ａを介して与え、交流電動機３Ａを駆動する（ＳＴ５）。この場合もステップＳＴ４と同じ様にインバータ１Ａは、例えば最低周波数で交流電動機３Ａを無負荷通電可能な最低電圧を出力するようにする。そして図４に示すこのステップＳＴ４の動作を行ったとき、通電可能であれば、制御回路４Ａの異常と判断する。逆に、通電不可、すなわち制御回路４Ａからのインバータ内情報に異常が生じたときは、ステップＳＴ１の異常はインバータ１Ａの主回路異常、またはゲート回路６Ａの異常と判断する。

以上のように、図２に示したフローチャートによってインバータ１Ａから異常が検出されたとき、インバータ駆動系Ａの故障個所がインバータ主回路なのか、制御回路なのか、あるいは電動機側なのかを素早く特定することが可能となる。また、インバータ１Ｂから異常が検出されたときには全く同様の手順でインバータ駆動系Ｂの故障個所特定動作を行うことができる。この場合は上記の説明で、符号Ａを符号Ｂに、符号Ｂを符号Ａに置き換えると共に開閉器９を開閉器８に置き換えれば良い。

以上本発明の実施例を説明したが、これ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。この新規な実施例は、その他の様々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。これら実施例やその変形は、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とその均等の範囲に含まれる。

例えば、切替回路５Ａ、５Ｂ、ゲート回路６Ａ、６Ｂ、装置間伝送回路７Ａ、７Ｂは夫々制御回路４Ａ、４Ｂに含まれる構成としても良い。

また、開閉器８及び開閉器９の通電容量は夫々交流電動機３Ｂ、３Ａの無負荷通電容量以下の小容量で問題ないが、インバータ２Ａ、２Ｂまたは交流電動機３Ａ、３Ｂのバックアップ系として動作させるニーズがある場合には、開閉器２Ａ、２Ｂと同等の通電容量としても良い。

また、ステップＳＴ４及びステップＳＴ５の通電試験における通電可否の判断をインバータ内部情報による異常信号で行うと説明したが、他の方法であっても良い。例えば、この通電試験において交流電動機に与える周波数、電圧に対して正常時に流れる電流の範囲をシスレムコントローラ１０または制御回路Ａ、Ｂが予め記憶しておき、その範囲であれば通電可能、その範囲を超えていれば通電不可とすれば、更に判断が正確になる。

通常、鉄鋼プラントで使用されるインバータ駆動系は２台ではなく数十台以上である。このうちの一部のインバータ駆動系について本願の電動機駆動用インバータ装置を適用しても良いし全てについて適用しても良い。台数が奇数の場合は１台を重複させれば良い。

１Ａ、１Ｂ インバータ
２Ａ、２Ｂ 開閉器
３Ａ、３Ｂ 交流電動機
４Ａ、４Ｂ 制御回路
５Ａ、５Ｂ ゲート切替回路
６Ａ、６Ｂ ゲート回路
７Ａ、７Ｂ 装置間伝送回路
８、９ 開閉器
１０ システムコントローラ

Claims (5)

1. 出力側に設けられた第１の開閉器を介して第１の交流電動機を駆動する第１のインバータと、
   出力側に設けられた第２の開閉器を介して第２の交流電動機を駆動する第２のインバータと、
   前記第１及び第２のインバータ及び前記第１及び第２の開閉器を夫々制御する第１及び第２の制御手段と、
   前記第１及び第２の制御手段が夫々出力するゲート信号を夫々第１及び第２の切替手段を介して受け、ゲート駆動信号に変換して夫々前記第１及び第２のインバータに与える第１及び第２のゲート回路と、
   前記第１の制御手段が出力するゲート信号を第１の伝送信号に変換して出力すると共に、与えられた第２の伝送信号をゲート信号に変換して前記第１の切替手段を介して前記第１のゲート回路に与える第１の装置間伝送手段と、
   前記第２の制御手段が出力するゲート信号を前記第２の伝送信号に変換出力すると共に、前記第１の伝送信号をゲート信号に変換して前記第２の切替手段を介して前記第２のゲート回路に与える第２の装置間伝送手段と、
   前記第１のインバータの出力と前記第２の交流電動機の入力間に設けられた第３の開閉器と、
   前記第２のインバータの出力と前記第１の交流電動機の入力間に設けられた第４の開閉器と、
   前記第１及び第２の制御手段の運転制御を行い、前記第１及び第２の切替手段にゲート切替指令を与え、また前記第３、第４の開閉器の投入制御を行うシステムコントローラと
   を具備し、
   前記システムコントローラは、
   前記第１または第２の制御手段から異常信号を受け取ったとき、インバータ駆動系の故障個所が何処であるのかを特定するための故障個所特定手段を有していることを特徴とする電動機駆動用インバータ装置。
2. 前記故障個所特定手段は、
   前記第１の制御手段から異常信号を受け取ったとき、
   前記第１のインバータを再起動して運転可能であれば、一時的異常と判断し、運転不可であれば、前記第４の開閉器を投入して前記第２のインバータによる前記第１の交流電動機への第１の通電試験を行い、通電不可であれば前記第１の交流電動機が異常であると判断し、通電可能であれば、前記第１の切替手段を前記第１の装置間伝送手段側に切替え、前記第２の制御手段から前記第２の装置間伝送手段を介してゲート信号を前記第１のゲート回路に与えて前記第２のインバータによる前記第１の交流電動機の第２の通電試験を行い、通電可能であれば前記第１の制御手段が異常であると判断し、通電不可であれば前記第１のインバータの主回路または前記第１のゲート回路が異常
   であると判断するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動用インバータ装置。
3. 前記故障個所特定手段は、
   前記第２の制御手段から異常信号を受け取ったとき、
   前記第２のインバータを再起動して運転可能であれば、一時的異常と判断し、運転不可であれば、前記第３の開閉器を投入して前記第１のインバータによる前記第２の交流電動機への第３の通電試験を行い、通電不可であれば前記第２の交流電動機が異常であると判断し、通電可能であれば、前記第２の切替手段を前記第２の装置間伝送手段側に切替え、前記第１の制御手段から前記第１の装置間伝送手段を介してゲート信号を前記第２のゲート回路に与えて前記第１のインバータによる前記第２の交流電動機の第４の通電試験を行い、通電可能であれば前記第２の制御手段が異常であると判断し、通電不可であれば前記第２のインバータの主回路または前記第２のゲート回路が異常
   であると判断するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動用インバータ装置。
4. 前記第３、第４の開閉器の通電容量は、夫々前記第２、第１の交流電動機の無負荷通電容量以下としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動機駆動用インバータ装置。
5. 前記第１及び第の交流電動機は、鉄鋼プラントで使用される複数台の交流電動機の一部であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電動機駆動用インバータ装置。