JP6806105B2

JP6806105B2 - Electric motor starter

Info

Publication number: JP6806105B2
Application number: JP2018029034A
Authority: JP
Inventors: 雄太岡野
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: JP2019146381A

Description

本発明は、電動機始動装置に関するものである。 The present invention relates to an electric motor starting device.

従来、例えば特開２０１７−７０１６５号公報に開示されているように、電動機の始動時における不足トルクを補う始動装置が知られている。この公報の段落０００２、段落０００３および図９には、ソフトスタートを行うための始動装置が記載されている。この始動装置では、高圧電源系統に、高圧大容量のインバータ装置が設けられている。このインバータ装置は、主電動機の定格容量に相当するインバータ容量を備えている。 Conventionally, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-70165, a starting device for compensating for insufficient torque at the time of starting an electric motor is known. Paragraphs 0002, 0003 and FIG. 9 of this publication describe a starting device for performing a soft start. In this starting device, a high-voltage large-capacity inverter device is provided in the high-voltage power supply system. This inverter device has an inverter capacity corresponding to the rated capacity of the traction motor.

特開２０１７−７０１６５号公報JP-A-2017-70165

上記従来の技術では、電動機の始動のために、大容量の電力変換装置を設けなければならない。電力変換装置のインバータ容量が大きいとシステム全体のコストが増大するという問題があった。 In the above-mentioned conventional technique, a large-capacity power conversion device must be provided for starting the electric motor. There is a problem that the cost of the entire system increases when the inverter capacity of the power converter is large.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電動機の始動に用いる電力変換装置のインバータ容量を低減できるように改善された電動機始動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an improved electric motor starting device so that the inverter capacity of the power converter used for starting the electric motor can be reduced.

本発明にかかる電動機始動装置は、
電動機と系統電線路との間に介在する遮断器と、
前記遮断器に対して並列となるように前記系統電線路と前記電動機との間に介在し、前記系統電線路を介して系統電源から受け取った系統電力を変換した出力電力を前記電動機へと出力し、予め定められた始動用出力トルクカーブに従って前記電動機を始動させるように構築された電力変換装置と、
を備え、
前記系統電源への直入れにより前記電動機を始動させる場合におけるトルクと回転速度との関係を示す直入始動トルクカーブが前記始動用出力トルクカーブを越えて上昇するときの前記直入始動トルクカーブと前記始動用出力トルクカーブとの交点に対応する回転速度を、所定回転速度とした場合において、
前記電動機の始動開始時には、前記遮断器を遮断状態としつつ前記電力変換装置に前記電動機を駆動させることで前記電動機の回転速度を上昇させ、
前記電力変換装置が前記電動機を駆動することで前記電動機の回転速度が前記所定回転速度に達した場合に、前記電動機の回転速度が前記電動機の定格回転速度に達する前に、前記遮断器を導通状態としつつ前記電力変換装置から前記電動機への電力供給を停止することで前記電力変換装置による前記電動機の駆動を前記系統電源による前記電動機の駆動へと切り替える。 The electric motor starting device according to the present invention is
A circuit breaker between the motor and the grid line
It is interposed between the system electric line and the electric motor so as to be parallel to the circuit breaker, and the output power obtained by converting the system power received from the system power supply via the system electric line is output to the electric motor. Then, a power conversion device constructed to start the electric motor according to a predetermined starting output torque curve, and
With
The direct-in start torque curve and the start when the direct-in start torque curve showing the relationship between the torque and the rotation speed when the electric motor is started by directly turning on the system power supply exceeds the start output torque curve. When the rotation speed corresponding to the intersection with the output torque curve is set to the predetermined rotation speed,
At the start of the start of the electric motor, the rotation speed of the electric motor is increased by driving the electric motor to the power conversion device while keeping the circuit breaker shut off.
When the rotation speed of the electric motor reaches the predetermined rotation speed by driving the electric motor, the power converter conducts the breaker before the rotation speed of the electric motor reaches the rated rotation speed of the electric motor. By stopping the power supply from the power conversion device to the electric motor while keeping the state, the drive of the electric motor by the power conversion device is switched to the drive of the electric motor by the system power supply.

系統電源による直入始動トルクが電力変換装置の始動用出力トルクを下回る区間では、電力変換装置により電動機始動が行われる。その一方で、直入始動トルクが始動用出力トルク以上である区間では、系統電源に定格回転速度までの電動機始動を担当させることができる。このような手法によれば定格回転速度よりも手前で電力変換装置が電動機始動に関与しなくともよくなるので、電力変換装置のインバータ容量を低減することができる。 In the section where the direct-on starting torque from the grid power supply is lower than the starting output torque of the power converter, the power converter starts the motor. On the other hand, in the section where the direct-in starting torque is equal to or higher than the starting output torque, the system power supply can be in charge of starting the motor up to the rated rotation speed. According to such a method, the power converter does not have to be involved in starting the electric motor before the rated rotation speed, so that the inverter capacity of the power converter can be reduced.

実施の形態にかかる電動機始動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric motor start device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる電動機始動装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the electric motor start device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる電動機始動装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the electric motor start device which concerns on embodiment. 実施の形態の変形例にかかる電動機始動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric motor start device which concerns on the modification of embodiment. 実施の形態に対する比較例にかかる電動機始動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric motor start device which concerns on a comparative example with respect to embodiment. 実施の形態に対する比較例にかかる電動機始動装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the electric motor start device which concerns on the comparative example with respect to embodiment.

実施の形態にかかる電動機始動装置は、電動機の起動補償システムに適用される。大型電動機を起動する際にいわゆる直入れ始動が行われると、系統電圧が降下する。この系統電圧降下時においては、低回転速度領域において系統電圧降下に起因して電動機トルクが不足してしまい、電動機の直入れ始動が成功しないおそれがある。実施の形態にかかる電動機始動装置は、この低回転速度領域を電力変換システムで補う起動補償システムに適用することができる。 The electric motor starter according to the embodiment is applied to a motor start compensation system. If a so-called direct insertion start is performed when starting a large electric motor, the system voltage drops. At the time of this system voltage drop, the motor torque may be insufficient due to the system voltage drop in the low rotation speed region, and the direct insertion start of the motor may not be successful. The electric motor starting device according to the embodiment can be applied to a starting compensation system in which this low rotation speed region is supplemented by a power conversion system.

図１は、実施の形態にかかる電動機始動装置１０の構成を示す図である。図１には、電動機始動装置１０を含む電力システム１００も図示されている。電力システム１００は、電動機１４と、電動機始動装置１０と、を含む。電動機１４は、かご型電動機である。電動機始動装置１０は、入力側遮断器１と、電力変換装置２と、出力側遮断器３と、商用側遮断器４と、計器用変圧器５と、を含む。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric motor starting device 10 according to an embodiment. FIG. 1 also illustrates a power system 100 including an electric motor starter 10. The electric power system 100 includes an electric motor 14 and an electric motor starting device 10. The electric motor 14 is a cage type electric motor. The electric motor starting device 10 includes an input side circuit breaker 1, a power conversion device 2, an output side circuit breaker 3, a commercial side circuit breaker 4, and a voltage transformer 5.

系統電線路９は、商用交流電源である系統電源７と接続している。入力側遮断器１は、電力変換装置２と系統電線路９との間に設けられている。出力側遮断器３は、電力変換装置２と電動機１４との間に設けられている。商用側遮断器４は、電動機１４と系統電線路９との間に介在する。このような接続関係によれば、入力側遮断器１、電力変換装置２および出力側遮断器３からなる直列回路が、商用側遮断器４に対して並列となるように系統電線路９と電動機１４との間に設けられる。計器用変圧器（ＶＴ）５は、後述する切替タイミングＴ１（図３参照）を検出するために、系統電圧位相を検出する。実施の形態では、電動機１４と電力変換装置２が電気的に切り離されると同時に、出力側遮断器３を接続状態とすることで電動機１４と系統電線路９とが電気的に接続させられる。 The grid power line 9 is connected to a grid power supply 7 which is a commercial AC power supply. The input side circuit breaker 1 is provided between the power conversion device 2 and the system electric line 9. The output side circuit breaker 3 is provided between the power conversion device 2 and the electric motor 14. The commercial circuit breaker 4 is interposed between the electric motor 14 and the system electric line 9. According to such a connection relationship, the system electric line 9 and the electric motor so that the series circuit including the input side circuit breaker 1, the power conversion device 2 and the output side circuit breaker 3 is parallel to the commercial side circuit breaker 4. It is provided between 14 and 14. The voltage transformer (VT) 5 detects the system voltage phase in order to detect the switching timing T1 (see FIG. 3) described later. In the embodiment, the electric motor 14 and the power conversion device 2 are electrically disconnected, and at the same time, the electric motor 14 and the system electric line 9 are electrically connected by connecting the output side circuit breaker 3.

電力変換装置２は、変換回路２ａと、制御回路２ｂと、を備えている。変換回路２ａは、少なくとも１つの電力用半導体素子によって構築されたインバータ回路である。電力変換装置２は、系統電線路９から受け取った系統電力を変換した交流出力電力を生成する。電力変換装置２は、この交流出力電力を電動機１４へと出力することで、電動機１４を始動させることができる。具体的には、変換回路２ａは、系統電源７の商用交流電力を変換することで、予め設定された周波数を持つ交流電力を生成する。 The power conversion device 2 includes a conversion circuit 2a and a control circuit 2b. The conversion circuit 2a is an inverter circuit constructed by at least one power semiconductor element. The power conversion device 2 generates AC output power obtained by converting the system power received from the system power line 9. The power conversion device 2 can start the electric motor 14 by outputting the AC output power to the electric motor 14. Specifically, the conversion circuit 2a converts the commercial AC power of the system power supply 7 to generate AC power having a preset frequency.

制御回路２ｂは、変換回路２ａの電力用半導体素子に対して制御信号を供給することにより、電力用半導体素子をスイッチング駆動する。電動機１４を始動および加速させるために、変換回路２ａの交流出力電力周波数は予め定められた規則に従って増加させられる。実施の形態においては、電力変換装置２は、トルクと回転速度との関係が予め定められた始動用出力トルクカーブ２４に従って電動機１４を始動させるように構築されている。制御回路２ｂには、始動用出力トルクカーブ２４を実現するように予め定められた制御情報が記憶されており、具体的には予め定められた出力電力周波数特性などが記憶されている。 The control circuit 2b switches and drives the power semiconductor element by supplying a control signal to the power semiconductor element of the conversion circuit 2a. In order to start and accelerate the electric motor 14, the AC output power frequency of the conversion circuit 2a is increased according to a predetermined rule. In the embodiment, the power conversion device 2 is constructed so as to start the electric motor 14 according to the starting output torque curve 24 in which the relationship between the torque and the rotation speed is predetermined. The control circuit 2b stores predetermined control information for realizing the starting output torque curve 24, and specifically stores predetermined output power frequency characteristics and the like.

制御回路２ｂは、入力側遮断器１、出力側遮断器３および商用側遮断器４に接続されており、これらの遮断器それぞれのオンオフを制御することができる。また、制御回路２ｂは、変換回路２ａが電動機１４に与えている出力電力の周波数に基づいて、電動機１４の回転速度を検知することもできる。 The control circuit 2b is connected to the input side circuit breaker 1, the output side circuit breaker 3, and the commercial side circuit breaker 4, and can control the on / off of each of these circuit breakers. Further, the control circuit 2b can also detect the rotation speed of the electric motor 14 based on the frequency of the output power given to the electric motor 14 by the conversion circuit 2a.

図２は、実施の形態にかかる電動機始動装置１０の動作を説明するための図である。図２は、縦軸がトルク［Ｎｍ］であり横軸が回転速度［ｍｉｎ^−１］のグラフに、電動機１４の始動に関連するトルクカーブ等を記入したものである。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the electric motor starting device 10 according to the embodiment. In FIG. 2, the vertical axis is the torque [Nm] and the horizontal axis is the rotation speed [min ^-1 ], and the torque curve and the like related to the start of the electric motor 14 are entered.

電動機始動トルクカーブ１２は、電動機１４の始動時に電動機１４を系統電源７に直入れした場合の系統電圧低下がないとした場合の、電動機１４の始動から電動機１４が定格回転速度Ｎ３に到達するまでのトルクと回転速度との関係を表している。一方、直入始動トルクカーブ２３は、電動機１４の始動時に電動機１４を系統電源７に直入れした場合の系統電圧低下によるトルク低下を伴ったトルクカーブである。 The motor starting torque curve 12 is from the start of the motor 14 to the time when the motor 14 reaches the rated rotation speed N3 when the system voltage does not drop when the motor 14 is directly connected to the system power supply 7 when the motor 14 is started. It shows the relationship between the torque and the rotation speed of. On the other hand, the direct-in starting torque curve 23 is a torque curve accompanied by a torque decrease due to a system voltage decrease when the electric motor 14 is directly input to the system power supply 7 when the electric motor 14 is started.

直入始動トルクカーブ２３は、いわば「Ｘ％系統電圧時電動機始動トルクカーブ」である。電動機１４の直入れに伴って系統電圧が例えば２０％低下した場合には、直入始動トルクカーブ２３は、系統電圧の８０％の電圧で電動機１４を始動した場合の「８０％系統電圧時電動機始動トルクカーブ」となる。電動機１４の直入れに伴って系統電圧が例えば１０％低下した場合には、直入始動トルクカーブ２３は、系統電圧の９０％の電圧で電動機１４を始動した場合の「９０％系統電圧時電動機始動トルクカーブ」となる。直入始動トルクカーブ２３は、系統電源７および電動機１４などの仕様に基づいて予め設計的に定めることができる。 The direct-in starting torque curve 23 is, so to speak, an “X% system voltage motor starting torque curve”. When the system voltage drops by, for example, 20% due to the direct insertion of the motor 14, the direct input start torque curve 23 shows the "starting of the motor at 80% system voltage" when the motor 14 is started at a voltage of 80% of the system voltage. It becomes a "torque curve". When the system voltage drops by, for example, 10% due to the direct insertion of the motor 14, the direct input start torque curve 23 shows the "starting of the motor at 90% system voltage" when the motor 14 is started at 90% of the system voltage. It becomes a "torque curve". The direct-in starting torque curve 23 can be predetermined by design based on the specifications of the system power supply 7 and the electric motor 14.

始動用出力トルクカーブ２４は、負荷トルクと電動機１４の回転速度との関係を表す機械側負荷トルクカーブ１３に、予め定められた大きさの加速トルクが上乗せされることで与えられる。この加速トルクは、始動開始から定格回転速度Ｎ３までに渡って機械側負荷トルクカーブ１３に例えばプラス１０％のトルクを加えるものであってもよい。 The starting output torque curve 24 is given by adding an acceleration torque of a predetermined size to the machine-side load torque curve 13 that represents the relationship between the load torque and the rotation speed of the electric motor 14. This acceleration torque may be a torque of, for example, plus 10% applied to the machine side load torque curve 13 from the start of starting to the rated rotation speed N3.

なお、説明の便宜上、図２において、第一交点Ｑ１よりも低回転速度側の直入始動トルクカーブ２３を破線で示し、第一交点Ｑ１よりも高回転速度側の直入始動トルクカーブ２３を実線で示している。また、図２において、第一交点Ｑ１よりも低回転速度側の始動用出力トルクカーブ２４を実線で示し、第一交点Ｑ１よりも高回転速度側の始動用出力トルクカーブ２４を点線で示している。 For convenience of explanation, in FIG. 2, the direct entry start torque curve 23 on the lower rotation speed side than the first intersection Q1 is shown by a broken line, and the direct entry start torque curve 23 on the higher rotation speed side than the first intersection Q1 is shown by a solid line. It shows. Further, in FIG. 2, the starting output torque curve 24 on the lower rotation speed side than the first intersection Q1 is shown by a solid line, and the starting output torque curve 24 on the higher rotation speed side than the first intersection Q1 is shown by a dotted line. There is.

制御回路２ｂは、予め設定された所定回転速度Ｎ１を記憶している。制御回路２ｂは、変換回路２ａの出力電力周波数に基づいて、電動機１４の現在の回転速度が所定回転速度Ｎ１に達したか否かを検知するように構築されている。 The control circuit 2b stores a preset predetermined rotation speed N1. The control circuit 2b is constructed so as to detect whether or not the current rotation speed of the electric motor 14 has reached a predetermined rotation speed N1 based on the output power frequency of the conversion circuit 2a.

所定回転速度Ｎ１は、図２のグラフにおいて第一交点Ｑ１に対応する回転速度である。第一交点Ｑ１は、回転速度の増大に伴って直入始動トルクカーブ２３が始動用出力トルクカーブ２４を越えて上昇するときの、直入始動トルクカーブ２３と始動用出力トルクカーブ２４との交点である。所定回転速度Ｎ１では、始動用出力トルクと機械側負荷トルクとが釣り合っている。 The predetermined rotation speed N1 is the rotation speed corresponding to the first intersection Q1 in the graph of FIG. The first intersection Q1 is the intersection of the direct entry start torque curve 23 and the start output torque curve 24 when the direct entry start torque curve 23 rises beyond the start output torque curve 24 as the rotation speed increases. .. At the predetermined rotation speed N1, the starting output torque and the machine side load torque are balanced.

図２における所定回転速度Ｎ１から回転速度Ｎ２までの範囲を、便宜上、「所定回転速度範囲」とも称す。回転速度Ｎ２は、図２のグラフにおいて第二交点Ｑ２に対応する回転速度である。第二交点Ｑ２は、回転速度の増大に伴って直入始動トルクカーブ２３が始動用出力トルクカーブ２４を下回るほどに直入始動トルクカーブ２３のトルク値が低下するときの、直入始動トルクカーブ２３と始動用出力トルクカーブ２４との交点である。所定回転速度範囲は、直入始動トルクカーブ２３のトルク値が始動用出力トルクカーブ２４のトルク値を上回る回転速度範囲である。 The range from the predetermined rotation speed N1 to the rotation speed N2 in FIG. 2 is also referred to as a “predetermined rotation speed range” for convenience. The rotation speed N2 is the rotation speed corresponding to the second intersection Q2 in the graph of FIG. The second intersection Q2 is the direct input start torque curve 23 and the start when the torque value of the direct input start torque curve 23 decreases to the extent that the direct input start torque curve 23 falls below the start output torque curve 24 as the rotation speed increases. This is the intersection with the output torque curve 24. The predetermined rotation speed range is a rotation speed range in which the torque value of the direct-in starting torque curve 23 exceeds the torque value of the starting output torque curve 24.

電動機１４を始動させるときの電動機始動装置１０の動作を説明する。まず、制御回路２ｂが入力側遮断器１を導通させ、電力変換装置２により電動機１４のソフトスタートが行われる。ここでいうソフトスタートとは、具体的には、電動機１４の始動開始時に商用側遮断器４を遮断状態として電力変換装置２が始動用出力トルクカーブ２４に従って電動機１４を駆動させることで、電動機１４の回転速度を上昇させる始動動作である。 The operation of the electric motor starting device 10 when starting the electric motor 14 will be described. First, the control circuit 2b conducts the input side circuit breaker 1, and the power converter 2 soft-starts the electric motor 14. Specifically, the soft start here means that the electric power converter 2 drives the electric motor 14 according to the starting output torque curve 24 with the commercial side circuit breaker 4 in the cut-off state at the start of the start of the electric motor 14. It is a starting operation that increases the rotation speed of.

電力変換装置２で電動機１４が徐々に加速されていくと、やがて電動機１４の回転速度は３０００［ｍｉｎ^−１］を超えて所定回転速度Ｎ１まで上昇する。電動機１４の回転速度が所定回転速度Ｎ１以上となるまで上昇した後であれば、系統電源７によって電動機１４の始動を十分に行うことができる。つまり、電動機１４の回転速度が所定回転速度Ｎ１以上となるまで上昇すれば、電力変換装置２の代わりに、系統電源７で電動機１４の始動を続行することができる。このような観点から、実施の形態にかかる制御回路２ｂは、所定回転速度Ｎ１を現在の回転速度と比較することで、電動機１４の現在の回転速度が所定回転速度Ｎ１以上まで上昇したか否かを検知するように構築されている。 When the electric motor 14 is gradually accelerated by the power conversion device 2, the rotation speed of the electric motor 14 eventually exceeds 3000 [min ^-1 ] and rises to a predetermined rotation speed N1. After the rotation speed of the electric motor 14 has increased to a predetermined rotation speed N1 or more, the system power supply 7 can sufficiently start the electric motor 14. That is, if the rotation speed of the electric motor 14 increases until the predetermined rotation speed N1 or more, the start of the electric motor 14 can be continued by the system power source 7 instead of the power conversion device 2. From this point of view, in the control circuit 2b according to the embodiment, whether or not the current rotation speed of the electric motor 14 has increased to the predetermined rotation speed N1 or more by comparing the predetermined rotation speed N1 with the current rotation speed. It is built to detect.

電動機１４の回転速度が所定回転速度Ｎ１まで上昇したら、制御回路２ｂは、電動機１４の回転速度が定格回転速度Ｎ３に達する前に、入力側遮断器１および出力側遮断器３をオフつまり開放とし、商用側遮断器４をオンつまり導通状態とする。特に、本実施の形態では、電動機１４の回転速度が所定回転速度Ｎ１まで上昇した時点で、回転速度が所定回転速度Ｎ１である状態で、「遮断器切替制御」を実施する。「遮断器切替制御」とは、制御回路２ｂが入力側遮断器１、出力側遮断器３、および商用側遮断器４それぞれのオンとオフとを切り替える制御である。遮断器切替制御が実施されることで、出力側遮断器３が電力変換装置２を電動機１４から切り離す。この遮断器切替制御とともに、制御回路２ｂは、変換回路２ａの動作も停止させる。遮断器切替制御によって、「駆動電源の切り替え」が行われる。「駆動電源の切り替え」とは、電力変換装置２による電動機１４の駆動が、系統電源７による電動機１４の駆動へと切り替えられることである。 When the rotation speed of the electric motor 14 rises to the predetermined rotation speed N1, the control circuit 2b turns off the input side circuit breaker 1 and the output side circuit breaker 3 before the rotation speed of the electric motor 14 reaches the rated rotation speed N3. , The commercial circuit breaker 4 is turned on, that is, in a conductive state. In particular, in the present embodiment, when the rotation speed of the electric motor 14 rises to the predetermined rotation speed N1, the "circuit breaker switching control" is performed in a state where the rotation speed is the predetermined rotation speed N1. The "circuit breaker switching control" is a control in which the control circuit 2b switches on and off of the input side circuit breaker 1, the output side circuit breaker 3, and the commercial side circuit breaker 4, respectively. When the circuit breaker switching control is executed, the output side circuit breaker 3 disconnects the power conversion device 2 from the electric motor 14. Along with this circuit breaker switching control, the control circuit 2b also stops the operation of the conversion circuit 2a. "Switching of drive power supply" is performed by the circuit breaker switching control. The “switching of the drive power source” means that the drive of the electric motor 14 by the power converter 2 is switched to the drive of the electric motor 14 by the system power source 7.

このような動作によれば、電力変換装置２のインバータ容量を低減できるという利点がある。すなわち、系統電圧始動トルクが始動用出力トルクを下回る区間では、電力変換装置２により電動機１４の始動が行われる。系統電圧始動トルクが始動用出力トルク以上である区間では、電力変換装置２ではなく系統電源７に、残りの定格回転速度までの電動機１４の始動を担当させることができる。このような手法によれば定格回転速度Ｎ３よりも手前で電力変換装置２が電動機１４の始動に関与しなくともよくなる。つまり、電力変換装置２による電動機１４の駆動補助を、定格回転速度Ｎ３よりも手前で終了させることができる。その結果、定格回転速度Ｎ３まで電動機１４を始動させる場合と比べて、電力変換装置２のインバータ容量を低減することができる。 According to such an operation, there is an advantage that the inverter capacity of the power conversion device 2 can be reduced. That is, in the section where the system voltage starting torque is lower than the starting output torque, the power conversion device 2 starts the electric motor 14. In the section where the system voltage starting torque is equal to or higher than the starting output torque, the system power source 7 instead of the power converter 2 can be in charge of starting the motor 14 up to the remaining rated rotation speed. According to such a method, the power converter 2 does not have to be involved in the start of the electric motor 14 before the rated rotation speed N3. That is, the drive assistance of the electric motor 14 by the power conversion device 2 can be terminated before the rated rotation speed N3. As a result, the inverter capacity of the power converter 2 can be reduced as compared with the case where the electric motor 14 is started up to the rated rotation speed N3.

図３は、実施の形態にかかる電動機始動装置１０の動作を説明するための図である。計器用変圧器５は、系統電源７の電圧位相を検出する。電動機始動装置１０は、計器用変圧器５で検出した電圧位相に基づいて、切替タイミングＴ１において上記の遮断器切替制御を実施する。これにより、切替タイミングＴ１で、電力変換装置２による電動機１４の始動の停止および商用側遮断器４の導通状態への切り替えが実施される。 FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the electric motor starting device 10 according to the embodiment. The instrument transformer 5 detects the voltage phase of the system power supply 7. The electric motor starting device 10 executes the above circuit breaker switching control at the switching timing T1 based on the voltage phase detected by the instrument transformer 5. As a result, at the switching timing T1, the power converter 2 stops the start of the electric motor 14 and switches the commercial circuit breaker 4 to the conductive state.

切替タイミングＴ１は、系統電源７の電圧値および電力変換装置２の出力電圧値の両方がゼロとなるタイミングである。この点を詳細に説明すると、まず図２に示すように、所定回転速度Ｎ１においては直入始動トルクカーブ２３のトルクと機械側負荷トルクカーブ１３のトルクとが釣り合っている。しかしながら、系統電源７の商用電源周波数と電力変換装置２の出力電力周波数とが相違しているので、この周波数の相違を考慮することなく所定回転速度Ｎ１で直ちに上記遮断器切替制御を行うことは好ましくない。そこで、実施の形態では、計器用変圧器（ＶＴ）５が電圧位相を検出することにより、系統電源７の電圧ゼロ点と電力変換装置２の出力電圧ゼロ点とが一致するタイミングＴ１で、上記の遮断器切替制御が行われる。切替タイミングＴ１で遮断器切替制御が行われることにより、切り替え時の突入電流を抑制することが可能となる。その結果、突入電流を抑制しつつ、電力変換装置２による電動機１４の駆動から系統電源７による電動機１４の駆動へと駆動電源の切り替えを行うことができる。 The switching timing T1 is a timing at which both the voltage value of the system power supply 7 and the output voltage value of the power conversion device 2 become zero. Explaining this point in detail, first, as shown in FIG. 2, at the predetermined rotation speed N1, the torque of the direct entry start torque curve 23 and the torque of the machine side load torque curve 13 are balanced. However, since the commercial power frequency of the system power supply 7 and the output power frequency of the power converter 2 are different, it is not possible to immediately perform the circuit breaker switching control at a predetermined rotation speed N1 without considering the difference in frequency. Not preferred. Therefore, in the embodiment, the voltage transformer (VT) 5 detects the voltage phase, and the voltage zero point of the system power supply 7 and the output voltage zero point of the power conversion device 2 coincide with each other at the timing T1 described above. The circuit breaker switching control is performed. By performing the circuit breaker switching control at the switching timing T1, it is possible to suppress the inrush current at the time of switching. As a result, the drive power source can be switched from the drive of the electric motor 14 by the power conversion device 2 to the drive of the electric motor 14 by the system power source 7 while suppressing the inrush current.

図４は、実施の形態の変形例にかかる電動機始動装置１０の構成を示す図である。電動機始動装置１０は、回転速度センサ１６を備えてもよい。制御回路２ｂは、出力電力周波数による回転速度検知の代わりに、回転速度センサ１６の出力信号に基づいて電動機１４の現在の回転速度を検知してもよい。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an electric motor starting device 10 according to a modified example of the embodiment. The electric motor starting device 10 may include a rotation speed sensor 16. The control circuit 2b may detect the current rotation speed of the electric motor 14 based on the output signal of the rotation speed sensor 16 instead of detecting the rotation speed based on the output power frequency.

図５は、実施の形態に対する比較例にかかる電動機始動装置１０の構成を示す図である。図５は、直入れ始動型の電動機始動装置を示す。図６は、実施の形態に対する比較例にかかる電動機始動装置１０の動作を説明するための図である。図６は、直入れ始動した時の電動機トルクと負荷トルクとの関係を示す。一般に、大型電動機を直入れ始動した場合、電動機定格電流の数倍の始動電流が流れる。この数倍の始動電流が流れることにより系統インピーダンスによって系統電圧が低下する。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an electric motor starting device 10 according to a comparative example with respect to an embodiment. FIG. 5 shows a direct-insertion start type electric motor starter. FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the electric motor starting device 10 according to the comparative example with respect to the embodiment. FIG. 6 shows the relationship between the motor torque and the load torque at the time of direct insertion start. Generally, when a large motor is directly inserted and started, a starting current several times the rated current of the motor flows. The system voltage drops due to the system impedance due to the flow of a starting current several times this.

系統電圧が低下すると電動機出力トルクも低下し、電動機負荷を起動できないという問題がある。この問題点を詳細に説明する。まず、図５に示す入力側遮断器１を投入して電動機１４を直入れ始動する。直入れ始動の際に仮に系統電圧低下がなければ電動機始動トルクカーブ１２に従って電動機１４にトルクが与えられ、これにより機械側負荷トルクカーブ１３に従って負荷が始動される。しかしながら、直入れにより電動機１４に電動機始動電流１１が流れることで、実際の動作は次のようになる。通常、電動機始動電流１１は電動機定格電流の数倍の電流である。この電動機始動電流１１の影響を受け、系統インピーダンスにより系統電圧が低下する。系統電圧が低下すると、電動機１４の端子電圧も低下する。電動機１４の端子電圧が低下すると、電圧降下比に応じて、電動機１４が発生し得るトルクが直入始動トルクカーブ２３のように低下してしまう。直入始動トルクカーブ２３が機械側負荷トルクカーブ１３を下回った場合、電動機１４の加速がその回転速度で止まってしまう拘束状態となり、機械側負荷を始動できなくなるという問題がある。 When the system voltage drops, the motor output torque also drops, and there is a problem that the motor load cannot be started. This problem will be described in detail. First, the input side circuit breaker 1 shown in FIG. 5 is turned on, and the electric motor 14 is directly inserted and started. If there is no system voltage drop at the time of direct insertion start, torque is applied to the motor 14 according to the motor start torque curve 12, and the load is started according to the machine side load torque curve 13. However, the actual operation is as follows because the motor starting current 11 flows through the motor 14 due to the direct insertion. Normally, the motor starting current 11 is a current several times the rated current of the motor. Under the influence of the motor starting current 11, the system voltage drops due to the system impedance. When the system voltage drops, the terminal voltage of the motor 14 also drops. When the terminal voltage of the electric motor 14 decreases, the torque that can be generated by the electric motor 14 decreases as in the direct-in starting torque curve 23, depending on the voltage drop ratio. When the direct-in starting torque curve 23 falls below the machine-side load torque curve 13, there is a problem that the acceleration of the electric motor 14 is in a restrained state where the acceleration stops at the rotation speed, and the machine-side load cannot be started.

このような課題に対し、いくつかの対策がある。対策の一つは、電動機１４の枠番を大きくすることである。しかしながら、この場合には装置が大型化し高コスト化しやすいという問題がある。対策の他の一つは、電動機１４を巻線型のものにして二次抵抗始動することである。しかしながら、一般に巻線型の電動機は高コストとなる傾向がある。 There are several measures to deal with such issues. One of the measures is to increase the frame number of the electric motor 14. However, in this case, there is a problem that the device becomes large and the cost tends to increase. Another countermeasure is to make the motor 14 a winding type and start the secondary resistance. However, in general, winding type electric motors tend to be expensive.

対策の更に他の一つは、インバータシステムを用いて、定格回転速度まで電動機１４をソフトスタートすることである。しかしながら、定格回転速度まで電動機１４を駆動するためには、大容量のインバータ装置を設ける必要があり、高価なシステムに結びつくという欠点があった。図２を参照して説明すると、仮に定格回転速度Ｎ３まで電動機１４を始動させるためには、図２のＰ１に表されるほどに大きなインバータ容量が必要となる。 Yet another countermeasure is to soft-start the motor 14 to the rated rotation speed using an inverter system. However, in order to drive the electric motor 14 up to the rated rotation speed, it is necessary to provide a large-capacity inverter device, which has a drawback that it leads to an expensive system. Explaining with reference to FIG. 2, in order to start the electric motor 14 up to the rated rotation speed N3, a large inverter capacity as shown in P1 of FIG. 2 is required.

この点、実施の形態によれば、所定回転速度Ｎ１を下回る低回転速度領域のみを電力変換装置２で補うこととしている。このような技術的思想に基づけば、ソフトスタータ設備が、電動機１４を０％速度から定格回転速度まで加速するために必要な容量を有していなくともよい。図２を参照して説明すると、所定回転速度Ｎ１まで電動機１４を始動させるためには、図２のＰ２に表されるほどのインバータ容量があれば十分である。実施の形態にかかる電力変換装置２では、定格回転速度Ｎ３まで電動機１４を駆動するインバータ装置と比べて、図２の容量差ΔＰだけインバータ容量を低減することができる。以上説明したとおり、実施の形態によれば、所定回転速度Ｎ１を下回る低回転速度領域のみを補える程度の容量の電力変換装置２が準備されればよいので、安価なドライブシステムを提供することができる。 In this regard, according to the embodiment, the power conversion device 2 supplements only the low rotation speed region below the predetermined rotation speed N1. Based on such a technical idea, the soft starter equipment does not have to have the capacity required to accelerate the electric motor 14 from 0% speed to the rated rotation speed. Explaining with reference to FIG. 2, in order to start the electric motor 14 up to a predetermined rotation speed N1, it is sufficient to have an inverter capacity as shown in P2 of FIG. In the power conversion device 2 according to the embodiment, the inverter capacity can be reduced by the capacity difference ΔP in FIG. 2 as compared with the inverter device that drives the electric motor 14 up to the rated rotation speed N3. As described above, according to the embodiment, it is sufficient to prepare the power conversion device 2 having a capacity capable of supplementing only the low rotation speed region below the predetermined rotation speed N1, so that an inexpensive drive system can be provided. it can.

なお、実施の形態では、電動機１４の回転速度が所定回転速度Ｎ１に達した時点で、直ちに電力変換装置２による電動機１４の駆動が系統電源７による電動機１４の駆動へと切り替えられている。一方、実施の形態の変形例として、電動機１４の回転速度が所定回転速度Ｎ１よりも高い予め定められた他の回転速度Ｎ１１において、電力変換装置２による電動機１４の駆動が系統電源７による電動機１４の駆動へと切り替えられてもよい。他の回転速度Ｎ１１は、所定回転速度Ｎ１以上かつ定格回転速度Ｎ３未満の任意の回転速度に設定することができる。他の回転速度Ｎ１１で切替えを行ったとしても、定格回転速度Ｎ３まで電動機１４を駆動しなくともよいので、電力変換装置２のインバータ容量を図２の容量Ｐ１よりも低くすることができる利点がある。 In the embodiment, when the rotation speed of the electric motor 14 reaches the predetermined rotation speed N1, the drive of the electric motor 14 by the power conversion device 2 is immediately switched to the drive of the electric motor 14 by the system power source 7. On the other hand, as a modification of the embodiment, at another predetermined rotation speed N11 in which the rotation speed of the electric motor 14 is higher than the predetermined rotation speed N1, the electric motor 14 is driven by the power conversion device 2 by the system power source 7. It may be switched to the drive of. The other rotation speed N11 can be set to an arbitrary rotation speed of a predetermined rotation speed N1 or more and less than the rated rotation speed N3. Even if switching is performed at another rotation speed N11, it is not necessary to drive the electric motor 14 up to the rated rotation speed N3, so that there is an advantage that the inverter capacity of the power converter 2 can be made lower than the capacity P1 of FIG. is there.

１入力側遮断器、２電力変換装置、２ａ変換回路、２ｂ制御回路、３出力側遮断器、４商用側遮断器、５計器用変圧器、７系統電源、９系統電線路、１０電動機始動装置、１１電動機始動電流、１２電動機始動トルクカーブ、１３機械側負荷トルクカーブ、１４電動機、１６回転速度センサ、２３直入始動トルクカーブ、２４始動用出力トルクカーブ、１００電力システム、Ｎ１所定回転速度、Ｎ３定格回転速度、Ｑ１第一交点、Ｑ２第二交点、Ｔ１切替タイミング 1 Input side circuit breaker, 2 Power converter, 2a conversion circuit, 2b control circuit, 3 Output side circuit breaker, 4 Commercial side circuit breaker, 5 Instrument transformer, 7 system power supply, 9 system electric line, 10 motor starter , 11 Motor start current, 12 Motor start torque curve, 13 Machine side load torque curve, 14 Motor, 16 Rotation speed sensor, 23 Direct start torque curve, 24 Start output torque curve, 100 Power system, N1 Predetermined rotation speed, N3 Rated rotation speed, Q1 first intersection, Q2 second intersection, T1 switching timing

Claims

A circuit breaker between the motor and the grid line
It is interposed between the system electric line and the electric motor so as to be parallel to the circuit breaker, and the output power obtained by converting the system power received from the system power supply via the system electric line is output to the electric motor. Then, a power conversion device constructed to start the electric motor according to a predetermined starting output torque curve, and
With
The direct-in start torque curve and the start when the direct-in start torque curve showing the relationship between the torque and the rotation speed when the electric motor is started by directly turning on the system power supply exceeds the start output torque curve. When the rotation speed corresponding to the intersection with the output torque curve is set to the predetermined rotation speed,
At the start of the start of the electric motor, the rotation speed of the electric motor is increased by driving the electric motor to the power conversion device while keeping the circuit breaker shut off.
When the rotation speed of the electric motor reaches the predetermined rotation speed by driving the electric motor, the power converter conducts the breaker before the rotation speed of the electric motor reaches the rated rotation speed of the electric motor. An electric motor starting device that switches the drive of the electric motor by the power converter to the drive of the electric motor by the system power source by stopping the power supply from the power converter to the electric motor while keeping the state.

A detection means for detecting the voltage phase of the system power supply is provided.
At the timing when both the voltage value of the system power supply and the output voltage value of the power converter become zero based on the voltage phase detected by the detection means, the power converter stops the start of the electric motor and the power converter. The electric motor starting device according to claim 1, wherein the breaker is switched to a conductive state.