JP7160011B2 - 誘導電動機始動システム - Google Patents

Description

本発明は、誘導電動機始動システムに関する。

さまざまな制約から大型電動機1台で構成する代わりに、回転子軸を直結させた２台の誘導電動機により負荷を駆動する構成が知られている。伝達動力確保のため、各電動機は容量に比例して回転子軸を太くする必要があった。また、各電動機には始動時に定格電流の約６．５倍の電流が流れ、設備の交流電源を低下させてしまう可能性があった。

始動電流を低減させることに関し、特許文献１は、主電動機に小容量の始動用電動機を直結させた構成が開示している。特許文献１は、上記主電動機の始動に際して、まず上記始動用電動機を起動させて同始動用電動機により上記主電動機の回転子の速度を上昇させてから、上記主電動機を電源に接続する電動機の始動方法を開示している。

特開昭６４－１４９０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、主電動機は無励磁状態で加圧されるため、始動突入電流は発生する。バックインピーダンスの大きな電源系統に於いては、突入電流は電源電圧の低下をもたらすので、始動電流のより小さいシステムが望まれる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされた。本発明の目的は、始動電流を低減できる誘導電動機始動システムを提供することである。

本発明に係る誘導電動機始動システムは、第１誘導電動機と、前記第１誘導電動機の回転子軸と直結する回転子軸を有する第２誘導電動機と、前記第２誘導電動機の回転子軸に接続する２乗低減トルク負荷であるポンプと、交流電源と前記第１誘導電動機とを、第１遮断器を介して接続可能な第１経路と、前記交流電源と前記第２誘導電動機とを、第２遮断器を介して接続可能な第２経路と、前記交流電源と前記第１誘導電動機とを、直列する第５遮断器、ソフトスターター、第３遮断器を介して接続可能な第３経路と、前記交流電源と前記第２誘導電動機とを、直列する前記第５遮断器、前記ソフトスターター、第４遮断器を介して接続可能な第４経路と、制御装置と、を備え、前記第１誘導電動機と前記第２誘導電動機との合計容量は、前記ポンプを所定流量で駆動可能で、前記第１誘導電動機の容量は、前記第２誘導電動機の容量よりも小さく 、かつ、前記ポンプを閉塞運転可能とし、前記制御装置は、前記第５遮断器と前記第３遮断器を投入し、前記第１誘導電動機を前記ソフトスターターで駆動させ、前記ソフトスターターの出力周波数と前記交流電源の周波数との差異が所定値以内となった後、前記第１遮断器を投入し、さらに前記第３遮断器を開放し、前記第３遮断器を開放した後、前記第４遮断器を投入し、前記ソフトスターターで前記第２誘導電動機に励磁電流を給電し、前記第２遮断器を投入し、その後前記第４遮断器を開放すること、を特徴とする。

本発明によれば、第１誘導電動機の誘導電動機の容量を最低限にすることで、始動電流を低減できる。また、各誘導電動機の始動に際し共通のソフトスターターを用いて、更に始動電流を低減できる。また、第１誘導電動機の容量を低減したことにより、不要に回転子軸を太くすることを避けられる。

本発明の実施の形態１に係る誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態１に係る渦巻きポンプのＰＱ特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。 比較対象である誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。 本発明の実施の形態２に係る誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態２に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
＜システム構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。

誘導電動機始動システム１は、例えば、火力発電プラントのボイラーシステムの一部であり、補機機械を運転させるためのシステムである。

誘導電動機始動システム１は、第１誘導電動機Ｍ１、第２誘導電動機Ｍ２、ポンプ２a、ポンプ２ｂ、複数の遮断器（ＣＢ１～ＣＢ５）、ソフトスターター３を備える。以下ポンプ２ａとポンプ２ｂをまとめてポンプ２と呼称することがある。

第１誘導電動機Ｍ１および第２誘導電動機Ｍ２は、固定子の作る回転磁界により、電気伝導体の回転子に誘導電流が発生し、滑りに対応した回転トルクを発生させる。第２誘導電動機Ｍ２は、カップリング４により、第１誘導電動機Ｍ１の回転子軸と直結する回転子軸を有する。

ポンプ２ａは、第１誘導電動機Ｍ１の回転子軸に接続する２乗低減トルク負荷である。ポンプ２ａは、例えば渦巻きポンプである。ポンプ２ａはその上流側にバルブ４１を備え、とその下流側に開閉状態に応じて出側流量を変更可能なバルブ４２を備える。ポンプ２ｂは、第２誘導電動機Ｍ２の回転子軸に接続する２乗低減トルク負荷である。ポンプ２ｂは、例えば渦巻きポンプである。ポンプ２ｂはその上流側にバルブ４３を備え、その下流側に開閉状態に応じて出側流量を変更可能なバルブ４４を備える。例えばポンプ２ａはＢｏｏｓｔｅｒ Ｐｕｍｐ（ＢＰ）であり、ポンプ２ｂはＢｏｉｌｅｒ Ｆｅｅｄ Ｐｕｍｐ（ＢＦＰ）である。

ポンプ２ｂは、ボイラー給水ポンプである。ポンプ２ｂは、タービン発電機を回転させるために必要な蒸気を生成するため、ボイラーに水を送り込むためのポンプである。ポンプ２ｂは、カップリング１５、ギヤ５およびカップリング６を介して第２誘導電動機Ｍ２に接続する。

ポンプ２ａは、ポンプ２ｂの回転数が高い場合に、効率低下を防ぐために用いられるポンプである。ポンプ２ａは、カップリング７を介して第１誘導電動機Ｍ１に接続する。ここで、ポンプ２ｂはポンプ２ａより通常運用（定格運転）時の軸動力が大きいものとする。

第１誘導電動機Ｍ１は、第１経路１１または第３経路１３により交流電源８に接続可能である。交流電源８は商用電源である。また交流電源８には図示されない電圧検出器３８が設けられ、交流電源８の電圧を検出し、その出力は制御装置２０に入力される。

第１経路１１は、交流電源８と第１誘導電動機Ｍ１とを、第１遮断器ＣＢ１を介して接続可能である。具体的には、第１遮断器ＣＢ１の一端は、第１誘導電動機Ｍ１と第３遮断器ＣＢ３との間の電線に接続する。第１遮断器ＣＢ１の他端は、交流電源８に接続する。また第１経路１１には図示されない電圧検出器３１が設けられ、第１経路１１の電圧を検出し、その出力は制御装置２０に入力される。

第３経路１３は、交流電源８と第１誘導電動機Ｍ１とを、直列する第５遮断器ＣＢ５、ソフトスターター３、第３遮断器ＣＢ３を介して接続可能である。具体的には、第３遮断器ＣＢ３の一端は第１誘導電動機Ｍ１に接続する。第３遮断器ＣＢ３の他端はソフトスターター３の一端に接続する。ソフトスターター３の他端は第５遮断器ＣＢ５の一端に接続する。第５遮断器ＣＢ５の他端は交流電源８に接続する。

第２誘導電動機Ｍ２は、第２経路１２または第４経路１４により交流電源８に接続可能である。

第２経路１２は、交流電源８と第２誘導電動機Ｍ２とを、第２遮断器ＣＢ２を介して接続可能である。具体的には、第２遮断器ＣＢ２の一端は、第２誘導電動機Ｍ２と第４遮断器ＣＢ４との間の電線に接続する。第２遮断器ＣＢ２の他端は、交流電源８に接続する。また第２経路１２には図示されない電圧検出器３２が設けられ、第２経路１２の電圧を検出し、その出力は制御装置２０に入力される。尚、第１経路１１および第２経路１２にそれぞれ電圧検出器３１、電圧検出器３２を設ける代わりにソフトスターター３の出力に電圧検出器３３を設けてもよい。

第４経路１４は、交流電源８と第２誘導電動機Ｍ２とを、直列する第５遮断器ＣＢ５、ソフトスターター３、第４遮断器ＣＢ４を介して接続可能である。具体的には、第４遮断器ＣＢ４の一端は第２誘導電動機Ｍ２に接続する。第４遮断器ＣＢ４の他端は、第３遮断器ＣＢ３とソフトスターター３との間の電線に接続する。

ポンプ２ａの必要な最大軸動力をＰｐｍ１とし、ポンプ２ｂの必要な最大軸動力をＰｐｍ２とすると、ポンプ２の必要な最大軸動力Ｐｐｍは式（１）である。

Ｐｐｍ＝Ｐｐｍ１＋Ｐｐｍ２ （１）

さらに、第１誘導電動機Ｍ１と第２誘導電動機Ｍ２の動力をポンプ２に伝達する際のギヤ５等の損失をＰｓ、余裕Ｐａとし、さらに第１誘導電動機の定格出力をＰｒ１、第２誘導電動機の定格出力をＰｒ２とすると式（２）の関係になる。

Ｐｒ１＋Ｐｒ２＝Ｐｐｍ＋Ｐｓ＋Ｐａ （２）

＜電動機の容量＞
図１および図２を参照して、第１誘導電動機Ｍ１と第２誘導電動機Ｍ２の定格容量について説明する。図２は、ポンプ２の吐出量と軸出力の関係（以下ＰＱ特性と称する）の一例を示すグラフである。横軸は定格値で規格化したポンプの吐出量（流量）であり、縦軸は定格値で規格化した軸動力である。単純化のため定格値に対する割合で表したＰＱ特性はポンプ２ａもポンプ２ｂも同じとする。

図２より、閉塞運転（すなわちバルブ４２及びバルブ４４が閉状態でポンプ２を動作させ吐出流量０の時）における軸動力［Ｗ］は定格（バルブ４２およびバルブ４４の全開）のｋ倍（Ａ点）である。ｋは１以下の正の値である。
よって、ギヤ５を噛み合わせた状態で、ポンプ２ａ及びポンプ２ｂを閉塞運転で、第１誘導電動機Ｍ１にて第２誘導電動機Ｍ２を回転させるためには、第１誘導電動機Ｍ１に最低限必要な容量Ｐ１は、式（３）となる。

Ｐ１＝ｋ×Ｐｐｍ＋Ｐｓ＋Ｐａ （３）

よって、第１誘導電動機Ｍ１の定格容量Ｐｒ１はＰ１以上であればよい。
そこでＰｒ１＝Ｐ１とすれば、第２誘導電動機Ｍ２の定格容量Ｐｒ２は式（４）となる。
Ｐｒ２＝Ｐｐｍ＋Ｐｓ＋Ｐａ－Ｐｒ１
＝（１－ｋ）Ｐｐｍ （４）

２乗低減トルク負荷であるポンプでは、一般的にｋは約０．３である。
ここで、
Ｐｐｍ＝１６．５ＭＷ、
Ｐｒｏｓｓ＋Ｐｍａｒ＝０．０５ＭＷ
ｋ＝０．３
とすると
Ｐｒ１＝０．３×１６．５ＭＷ＋０．０５ＭＷ＝５ＭＷ
Ｐｒ２＝（１－０．３）×１６．５ＭＷ＝１１．５５ＭＷ
となる。

すなわち、第１誘導電動機Ｍ１は、第１誘導電動機Ｍ１のみでポンプ２を閉塞運転可能な容量で構成し、第１誘導電動機Ｍ１と第２誘導電動機Ｍ２の両者で駆動したときに、ポンプ２がシステム上の定格流量を吐出可能になるように、第２誘導電動機Ｍ２の容量を構成する。

図１に戻り説明を続ける。誘導電動機始動システム１は制御装置２０を備える。制御装置２０は、第１遮断器ＣＢ１～第５遮断器ＣＢ５、ソフトスターター３に接続する（図示省略）。ここで、ソフトスターター３の容量は以下の(ア)または(イ)のいずれも可能な容量とする。すなわち、(ア)または(イ)のいずれかで決まる容量のうち、大きい方以上となる。
(ア)ギヤ５が噛み合わせのない状態で、ソフトスターター３により、第１誘導電動機Ｍ１に定格周波数および定格電圧を印加し、ポンプ２ａを閉塞運転可能
(イ)ソフトスターター３により、第２誘導電動機Ｍ２に定格周波数および定格電圧にて、励磁電流を供給可能

＜電動機の制御フロー＞
図３Ａおよび図３Ｂは、誘導電動機を始動させるために制御装置２０が実行する処理を説明するためのフローチャートである。始動処理前において、全てのカップリングは結合状態であり、さらにすべての遮断器は開放されている。ギヤ５も噛み合わせの無い状態とする。

まず、制御装置２０は第１誘導電動機Ｍ１に関する始動時制御を実行する。

ステップＳ１００において、制御装置２０は、バルブ４２、４４は閉とし、バルブ４１，４３は開とする信号を出力する。これにより、バルブ４２、４４は閉となり、バルブ４１，４３は開となり、ポンプ２に水が注水される。

ステップＳ１０５において、制御装置２０は、第５遮断器ＣＢ５と第３遮断器ＣＢ３へ順に投入信号を出力する。第５遮断器ＣＢ５と前記第３遮断器ＣＢ３は投入される。

ステップＳ１１０において、制御装置２０は、ソフトスターター３へ駆動信号を出力する。これにより、ソフトスターター３は第１誘導電動機Ｍ１を駆動させる。

ステップＳ１１５において、制御装置２０は第１誘導電動機Ｍ１の回転速度を徐々に増加させるようにソフトスターター３を制御する。例えば、ソフトスターター３が電圧型変換器の場合は、いわゆるＶ／Ｆ一定制御で、その出力周波数を徐々に上昇させ、第１誘導電動機Ｍ１の回転速度を徐々に増加させる。例えば、ソフトスターター３が電流型変換器の場合は、逆変換器側はいわゆる定余裕角定制御で、順変換器側は電流制御で、ソフトスターター３の出力電流を徐々に増加させ、その結果として第１誘導電動機Ｍ１の回転速度を徐々に増加させる。第１誘導電動機Ｍ１の端子電圧も、回転速度の上昇に従い上昇する。

ステップＳ１２０において、制御装置２０は、ソフトスターター３の出力周波数と交流電源８の周波数の差異が所定の範囲内か判定する。判定条件が成立しない場合はステップＳ１１５に戻る。判定条件が成立した場合はステップＳ１２１の処理に進む。

ステップＳ１２１において、制御装置２０は、いわゆる揃速制御を行ない、交流電源８の電圧と、第１経路１１の電圧（すなわち第１誘導電動機Ｍ１の入力電圧）の位相の両者が一致するようにソフトスターター３を制御する。

ステップＳ１２２において、制御装置２０は、交流電源８の電圧と、第１経路１１の電圧の位相差がそれぞれ所定の範囲内か判定する。判定条件が成立しない場合はステップＳ１２１に戻る。判定条件が成立した場合はステップＳ１３０の処理に進む。一般的な誘導電動機であれば、Ｖ／Ｆ一定制御を行なうと、周波数が定格であれば、その端子電圧はほぼ定格電圧になるので、ここで積極的に電圧をあわせる必要はなく、ステップＳ１１５からステップＳ１２２にて、周波数差と位相差をそれぞれ、所定範囲内にするように制御すればよい。

尚、ステップＳ１２０、１２１、１２２における交流電源８の周波数の検出や電圧位相の検出は電圧検出器３８の出力を使用しても良い。また、ステップＳ１２０、１２１、１２２における第１経路１１の周波数の検出や電圧位相の検出は電圧検出器３１または電圧検出器３３の出力を使用しても良いし、さらに、ソフトスターター３が電圧型変換器の場合は、ソフトスターター３の出力電圧指令値等の内部制御値から周波数や位相を演算し、第１経路１１の電圧の周波数および位相としてもよい。

ステップＳ１３０において、制御装置２０は、第１遮断器ＣＢ１へ投入信号を出力する。第１遮断器ＣＢ１は投入される。交流電源８と第１誘導電動機Ｍ１の周波数にわずかでも差があると位相差は時刻とともに変化するので、Ｓ１３０の第１遮断器ＣＢ１の投入信号は、第１遮断器ＣＢ１の動作遅延時間を考慮して、実際の投入時の位相差が小さくなるようタイミングで送信される。
つぎにステップＳ１３１に進む。ステップＳ１３１において、制御装置２０は、第３遮断器ＣＢ３へ開放信号を出力する。第３遮断器ＣＢ３は開放される。これにより、制御装置２０は、第１誘導電動機Ｍ１の始動処理を終了する。第１誘導電動機Ｍ１は商用電源で運転する。

続いて制御装置２０は、第２誘導電動機Ｍ２に関する始動時制御を実施する。
ステップＳ１３５において、制御装置２０は、ソフトスターター３の出力をゼロあるいはソフトスターターを一旦停止（ゲートブロックでもよい）するとともに、ギヤ５を噛み合わせる指令を出力する。ギヤ５が噛み合わされると、ポンプ２ｂは第１誘導電動機Ｍ１により閉塞運転で駆動されることになる。

ステップＳ１４０において、制御装置２０は、第４遮断器ＣＢ４へ投入信号を出力する。第４遮断器ＣＢ４は投入される。

ステップＳ１５０において、制御装置２０は、ソフトスターター３へ駆動信号を出力する。これにより、ソフトスターター３は、第２誘導電動機Ｍ２に給電を開始する。

ステップＳ１５１において、制御装置２０は、ソフトスターター３の出力周波数を交流電源８の周波数と略同一とした状態で、ソフトスターター３の出力電圧を徐々に増加させる。第２誘導電動機Ｍ２はすでに定格回転数近傍で回転しているので、すべりは数％であり、始動電流相当の電流を通電する必要はなく、ソフトスターター３の出力する電流と電圧は、ほぼ比例の関係になる。ここで、ソフトスターター３は第２誘導電動機Ｍ２に励磁電流成分を供給し、トルク成分電流の供給を抑制する様に電流を制御しながら、その出力電圧を徐々に増加させる。具体的にはソフトスターター３はベクトル制御等により出力電圧と直交する電流成分を徐々に増加させつつ、出力電圧成分と同相な電流成分の増加は抑制する様に制御する。これにより、ソフトスターター３は励磁電流成分のみを供給すればよいので、ソフトスターター３の容量を小さくすることができる。

ステップＳ１５２において、制御装置２０は、交流電源８の電圧と、第２経路１２の電圧の差が所定の範囲内か判定する。判定条件が成立しない場合はステップＳ１５１に戻る。判定条件が成立した場合はステップＳ１５３の処理に進む。

ステップＳ１５３において、制御装置２０は、いわゆる揃速制御を行ない、交流電源８の電圧と、第２経路１２の電圧（すなわち第２誘導電動機Ｍ２の入力電圧）の位相の両者が一致するようにソフトスターター３を制御する。

ステップＳ１５４において、制御装置２０は、交流電源８の電圧と、第２経路１２の電圧の位相差が所定の範囲内か判定する。判定条件が成立しない場合はステップＳ１５３に戻る。判定条件が成立した場合はステップＳ１６０の処理に進む。

尚、ステップＳ１５２、１５３、１５４における交流電源８の周波数の検出や電圧位相の検出は電圧検出器３８の出力を使用しても良い。また、ステップＳ１５２、１５３、１５４における第２経路１２の周波数の検出や電圧位相の検出は電圧検出器３２または電圧検出器３３の出力を使用しても良いし、さらに、ソフトスターター３が電圧型変換器の場合は、ソフトスターター３の出力電圧指令値等の内部制御値から周波数や位相を演算し、第２経路１２の電圧の周波数および位相としてもよい。

ステップＳ１６０において、制御装置２０は、第２遮断器ＣＢ２へ投入信号を出力する。第２遮断器ＣＢ２は投入される。つぎにステップＳ１６１に進む。尚、第２遮断器ＣＢ２への投入信号を出力するタイミングはステップＳ１３０と同様に、第２遮断器ＣＢ２の動作遅延時間を考慮して、実際の投入時の位相差が小さくなるようタイミングで送信される。

ステップＳ１６１において、制御装置２０は、第４遮断器ＣＢ４へ開放信号を出力する。第３遮断器ＣＢ３は開放される。これにより、制御装置２０は、第２誘導電動機Ｍ２の始動処理を終了する。第２誘導電動機Ｍ２は商用電源で運転する。

ステップＳ１７０において、第１誘導電動機Ｍ１および第２誘導電動機Ｍ２の始動処理を終えたことを確認した後、制御装置２０は、第５遮断器ＣＢ５へ開放信号を出力する。第５遮断器ＣＢ５は開放される。
第１誘導電動機Ｍ１および第２誘導電動機Ｍ２の始動処理終了後、バルブ４２および４４は閉状態から開状態となり、その開度を調整することにより、図示されないボイラーに所定量の給水がされることになる。

＜比較対象との比較＞
図４は、比較対象の誘導電動機始動システム（以下、比較対象システムと記す。）の構成を説明するための構成図である。

比較対象システムは、第１誘導電動機Ｍ１ａ、第２誘導電動機Ｍ２ａ、ポンプ２（ＢＦＰ２ａ，ＢＰ２ｂ）、第１遮断器ＣＢ１、第２遮断器ＣＢ２を備える。第２誘導電動機Ｍ２ａの回転子軸は、カップリング４により、第１誘導電動機Ｍ１ａの回転子軸と直結する。ＢＦＰ２ａは、カップリング１５、ギヤ５およびカップリング６を介して第２誘導電動機Ｍ２ａに接続する。ＢＰ２ｂは、カップリング７を介して第１誘導電動機Ｍ１ａに接続する。

第１誘導電動機Ｍ１ａと第２誘導電動機Ｍ２ａの容量はそれぞれ８．２７５ＭＷである。ポンプ２の負荷容量は１６．５ＭＷである。第１誘導電動機Ｍ１ａと第２誘導電動機Ｍ２ａの合計容量は第１誘導電動機Ｍ１と第２誘導電動機Ｍ２の合計容量と同じく１６．５５ＭＷである。

比較対象システムでは、まず、第１遮断器ＣＢ１を投入し、第１誘導電動機Ｍ１ａを交流電源８で起動させる。次にギヤを噛み合わせ、第２遮断器ＣＢ２を投入し、第２誘導電動機Ｍ２ａを交流電源８で起動し、ＢＦＰ２ａを駆動させる。

比較対象システムにおいては、各電動機には始動時に定格電流のおおよそ６．５倍の電流が流れる。したがって、８．２７５ＭＷの誘導電動機の定格電流を１ＰＵとした場合、第１誘導電動機Ｍ１ａの第１遮断器ＣＢ１の投入時には約６．５ＰＵの起動電流を必要とし、さらに、第２遮断器ＣＢ２の投入時には、第２誘導電動機Ｍ２ａの起動電流約６．５ＰＵに加え第１誘導電動機の負荷電流を交流電源８から供給する必要がある。

これに比して、本発明の実施の形態１に係る誘導電動機始動システム１は、第１誘導電動機Ｍ１の容量を小さくすることで、始動電流を小さくでき、更に、ソフトスターター３を用いることで、第１誘導電動機Ｍ１の始動時の電流は、定格電流以下に抑えられる。具体的には、始動時の電流は比較対象システムに比べ、約１０％（≒１÷６．５ＰＵ×５ＭＷ÷８．２７５ＭＷ×１００％＝９．２３％）まで低減することが可能である。また、第２誘導電動機Ｍ２の始動時も、ソフトスターター３を使用することにより、突入電流はゼロになり、第２誘導電動機Ｍ２の電流が増加するにつれ、第１誘導電動機Ｍ１の有効電流は減少するので、第２誘導電動機Ｍ２の起動完了時点では第１誘導電動機Ｍ１の起動完了時の電流に比較し、ほぼ第２誘導電動機Ｍ２の励磁電流分相当が増加する程度である。
また、比較システムに於いて、第１誘導電動機Ｍ１ａの回転子軸は、８．２７５ＭＷの出力に耐えられる必要があるのに対し、本発明では第１誘導電動機Ｍ１の回転子軸は５ＭＷ相当の出力に耐えられればよく、細くすることができる。尚、比較システムの第２誘導電動機Ｍ２ａの回転子軸と本発明の第２誘導電動機Ｍ２の回転子軸はいずれも１６ＭＷのポンプ２ｂを駆動することができる必要があるので、軸の強度は変わらない。

＜効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る誘導電動機始動システム１によれば、第１誘導電動機Ｍ１の容量を、ポンプ２を閉塞運転可能な容量とすることで、始動電流を低減できる。また、第１誘導電動機Ｍ１の容量を低減したことにより、伝達動力確保のために回転子軸を太くすることを避けることができる。また、比較対象システムのように直接商用母線に接続し駆動する構成に比して、各誘導電動機の始動に際し共通のソフトスターター３を用いることで、更に始動電流を低減でき、且つ、位相差の小さいタイミングで遮断器を投入することで、励磁突入電流を低減することができる。

（ハードウェア構成例）
図５は、上述した制御装置２０が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。上述した各機能は処理回路により実現される。一態様として、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ９１と少なくとも１つのメモリ９２とを備える。他の態様として、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア９３を備える。

処理回路がプロセッサ９１とメモリ９２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。

処理回路が専用のハードウェア９３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、又はこれらを組み合わせたものである。各機能は処理回路で実現される。

実施の形態２．
次に本発明野の実施の形態２について説明する。図６に本発明の実施の形態２における誘導電動機始動システム１９の構成を示す。実施の形態２ではポンプ２ａの代わりに短時間の空転可能なポンプ２１ａが使用され、さらにポンプ２ｂの代わりに短時間の空転可能なポンプ２１ｂが使用され、ソフトスターター３の代わりにソフトスターター３９が使用され、制御装置２０の代わりに制御装置２９が使用される。
ここで、ソフトスターター３の容量は以下の(ウ)または(エ)のいずれも可能な容量とする。すなわち、(ウ)または(エ)のいずれかで決まる容量のうち、大きい方以上となる。
(ウ)ギヤ５が噛み合わせのない状態で、ソフトスターター３により、第１誘導電動機Ｍ１に定格周波数および定格電圧を印加し、ポンプ２ａを空転運転可能
(エ)ソフトスターター３により、第２誘導電動機Ｍ２に定格周波数および定格電圧にて、励磁電流を供給可能
他は図１と同様であるので説明を省略する。

図７Ａおよび図７Ｂは、第１誘導電動機Ｍ１および第２誘導電動機Ｍ２を始動させるために制御装置２９が実行する処理を説明するためのフローチャートである。始動処理前において、全てのカップリングは結合状態であり、さらにすべての遮断器は開放されている。

まず、制御装置２９は第１誘導電動機Ｍ１に関する始動時制御を実行する。

ステップＳ２００において、制御装置２９は、バルブ４１、４３は閉とし、バルブ４２，４４は開とする信号を出力する。あるいは図示されないドレインバルブを開とする信号を出力する。これにより、バルブ４１、４３は閉となり、バルブ４２，４４またはドレインバルブが開となり、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂ内の水が排水される。

つぎに、ステップＳ２０１において、制御装置２９は、バルブ４２、４４および図示されないドレインバルブを閉とする信号を出力する。これにより、バルブ４２，４４またはドレインバルブが閉となり、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂへの水の逆流が防止される。
ステップＳ２０５において、制御装置２９は、第５遮断器ＣＢ５と第３遮断器ＣＢ３へ順に投入信号を出力する。第５遮断器ＣＢ５と前記第３遮断器ＣＢ３は投入される。

ステップＳ２１０において、制御装置２９は、ソフトスターター３９へ駆動信号を出力する。これにより、ソフトスターター３９は第１誘導電動機Ｍ１を駆動させる。このときポンプ２１ａは空転運転である。
以下、ステップＳ２１５からＳ２３５までは図３Ａおよび図３Ｂの対応するステップと同様であるので説明を省略する。

ステップＳ２３５において、制御装置２９は、ソフトスターター３の出力をゼロあるいはソフトスターターを一旦停止（ゲートブロックでもよい）するとともに、ギヤ５を噛み合わせる指令を出力する。ギヤ５が噛み合わされると、ポンプ２ｂは第１誘導電動機Ｍ１により空転運転で駆動されることになる。

制御装置２９は、ステップＳ２３６へ移行し、バルブ４１およびバルブ４２を徐々に開放する信号を出力する。これにより、バルブ４１およびバルブ４２は徐々に開放され、ポンプ２１ａおよびポンプ２ｂは徐々に注水される。よって、ポンプ２１ａとポンプ２ｂは空転運転から閉塞運転に移行する。

次に、制御装置２９はステップＳ２４０へ移行する。以下、ステップＳ２４０からＳ２７０までは図３Ｂの対応するステップと同様であるので説明を省略する。
尚、実施の形態２の制御装置２９の有する処理回路についても図５ハードウェア構成例を示す概念図で表すことができる。

＜効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る誘導電動機始動システム１９によれば、第１誘導電動機Ｍ１の容量をポンプ２の閉塞時に運転可能な容量まで小さくすることで、始動電流を低減できる。また、第１誘導電動機Ｍ１の容量を低減したことにより、伝達動力確保のために回転子軸を太くすることを避けることができる。さらに、ギヤ５の噛み合わせを空転運転時に行なうことで、ギヤ５の機械的ストレスを低減することができる。また、比較対象システムのように直接商用母線に接続し駆動する構成に比して、各誘導電動機の始動に際し共通のソフトスターター３９を用いることで、更に始動電流を低減できる。また、実施の形態２による誘導電動機始動システム１９によれば、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂの空転運転時間は第１誘導電動機Ｍ１の始動を完了するまでの短時間でよく、ポンプに与えるストレスを小さくすることができる。また、ソフトスターター３９の容量や第１誘導電動機Ｍ１の容量を適切に選定すれば、第１誘導電動機Ｍ１の始動する際に、ポンプ２１ａとポンプ２１ｂのいずれか１つを空転運転とし、他方を閉塞運転としてもよい。
また、バルブ４３を開とするタイミングをステップＳ２３５以降とすれば、ポンプ２１ｂを空転状態でかみ合わせるためギヤ５の噛み合わせ時の機械的ストレスを低減することができる。あるいは、第１誘導電動機Ｍ１を回転させる前にギヤ５をあらかじめかみ合わせた状態で始動させてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１，１９ 誘導電動機始動システム
２ａ、２ｂ ポンプ
３、３９ ソフトスターター
４、６、７、１５ カップリング
５ ギヤ
８ 交流電源
１１ 第１経路
１２ 第２経路
１３ 第３経路
１４ 第４経路
２０、２９ 制御装置
９１ プロセッサ
９２ メモリ
９３ ハードウェア
ＣＢ１ 第１遮断器
ＣＢ２ 第２遮断器
ＣＢ３ 第３遮断器
ＣＢ４ 第４遮断器
ＣＢ５ 第５遮断器
Ｍ１、Ｍ１ａ 第１誘導電動機
Ｍ２、Ｍ２ａ 第２誘導電動機
Ｐ 軸動力
Ｑ 流量

Claims (2)

1. 第１誘導電動機と、
   前記第１誘導電動機の回転子軸と直結する回転子軸を有する第２誘導電動機と、
   前記第２誘導電動機の回転子軸に接続する２乗低減トルク負荷であるポンプと、
   交流電源と前記第１誘導電動機とを、第１遮断器を介して接続可能な第１経路と、
   前記交流電源と前記第２誘導電動機とを、第２遮断器を介して接続可能な第２経路と、
   前記交流電源と前記第１誘導電動機とを、直列する第５遮断器、ソフトスターター、第３遮断器を介して接続可能な第３経路と、
   前記交流電源と前記第２誘導電動機とを、直列する前記第５遮断器、前記ソフトスターター、第４遮断器を介して接続可能な第４経路と、
   制御装置と、を備え、
   前記第１誘導電動機と前記第２誘導電動機との合計容量は、前記ポンプを所定流量で駆動可能で、
   前記第１誘導電動機の容量は、前記第２誘導電動機の容量よりも小さく、かつ、前記ポンプを閉塞運転可能とし、
   前記制御装置は、
   前記第５遮断器と前記第３遮断器を投入し、前記第１誘導電動機を前記ソフトスターターで駆動させ、前記ソフトスターターの出力周波数と前記交流電源の周波数との差異が所定値以内となった後、前記第１遮断器を投入し、さらに前記第３遮断器を開放し、
   前記第３遮断器を開放した後、前記第４遮断器を投入し、前記ソフトスターターで前記第２誘導電動機に励磁電流を給電し、前記第２遮断器を投入し、その後前記第４遮断器を開放すること、
   を特徴とする誘導電動機始動システム。
2. 前記第１誘導電動機を前記ソフトスターターで駆動させる際は、前記ポンプを空転運転する、請求項１記載の誘導電動機始動システム。

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