JPH0471160B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、冷水塔の送水温度制御方法に係り、
特に送水温度を制御する際の制御対象となる電動
機を、その駆動電力が周波数変換装置の許容値を
越えるときは定電源と負荷分担させるようにし
て、周波数変換装置の容量を大きくすることな
く、かつ連続的な温度制御ができる冷水塔の電動
機の給電制御方法に関するものである。 ［従来の技術］ 冷水塔の送風機用電動機の回転数を制御し、電
動機の消費電力を低減させて省エネルギー化を図
る冷水塔の送水温度制御装置は従来より存在して
いた。例えば第１図に示すものは、特開昭55−
143398号公報に記載の制御装置に類するものであ
り、冷水塔１に設けられた送風機２、送風機２の
回転軸を回すための可変速電動機３、可変速電動
機３に直接給電すると共に可変速電動機３を可変
速駆動する周波数変換装置５に給電する電源４、
冷水塔１の負荷条件を検出するための検出手段６
及び検出手段６の出力を受けて周波数変換装置５
の周波数変換率を変更させる制御装置７からな
る。しかして、電動機３の回転数は、検出手段６
で検出する負荷条件信号（例えば、戻水温度、温
度差、送水温度及び吸込口湿球温度）を受けた制
御装置７で発生される制御信号によつて決められ
る制御信号は、電動機３をON（100％回転）。
OFF（停止）及び特定の回転数（例えば50％回
転）という３段階に制御する。100％回転は電源
４による直接駆動であり、50％回転は周波数変換
装置５による駆動である。電動機３は周波数変換
装置５により中間の速度を自由に取ることができ
るが、動力が電動機３の回転数の３乗に比例する
ため、周波数変換率を50％にして理想的な動力を
８分の１に低下させ、省エネルギー化を図つてい
る。このように周波数変換装置５では半速制御を
取り入れた場合の冷水塔性能曲線は第２図に示す
ごとくなる。すなわち、縦軸に送水温度Ｔ、横軸
に湿球温度Twoを取り、全白色円を全速、半黒
円を半速、黒円を停止とすると、４つの送風機２
を全速運転した時の性能曲線は１番下の曲線で表
され、次の曲線は１つの送風機２を半速にした時
の曲線というように、順次減速量が大きくなると
左方へ移行する曲線群が形成される。そして上記
負荷条件に基づく制御信号で電動機３を段階的に
速度制御して性能曲線を変更させることにより、
必要とする設定条件である送水温度Toを確保す
るものである。 ［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記システムは、１台の周波数変換装
置５で多数台の電動機３を小動力で駆動できるの
で特に大型冷水塔には適するものの、電動機３
が、全速、半速、停止というように不連続的に速
度制御され、断続的な台数制御となるので、第２
図からもわかるように、設定条件の送水温度To
を制度良く得ることができず、特に精度を要求さ
れる小型冷水塔には不向きであつた。 そこで、送水温度の温度制御に比較的高精度を
要求する小型冷水塔向けに第３図に示す制御装置
が考えられた。これは、制御装置７及び周波数変
換装置５を冷水塔１の電動機３の数だけ設置し、
その回転数を制御する周波数変換装置５に100％
回転まで制御できるだけの容量をもたせ、各電動
機３を50％回転から100％回転まで連続的に制御
するようにしたものである。 ところが、上記システムは、回転数制御が連続
的に行えて送水温度To高精度に制御することが
できるが、各電動機３毎に１台の周波数変換装置
５を必要とするばかりでなく、周波数変換装置５
に100％回転を行わせる必要から容量が勢い大き
くなる。このため小型冷水塔向けてありながら設
備費が高くなるという欠点があつた。 つまり、従来方法によれば、消費電力を節約し
て省力化を図るためには、送水温度の制御精度が
犠牲になり、逆に制御精度を上げて送水温度の安
定化を図ろうとすると、消費電力の増大と設備費
の大型化を招くというジレンマが生じ、このジレ
ンマを解消することができなかつた。 本発明は上記事情に鑑みてなされ、その目的と
するところは、大きい動力を必要とするときは一
部の電動機を定周波電源で分担し、残りの電動機
はそのまま周波数変換装置で負担することによ
り、連続制御する場合に消費電力の増大をもたら
すという従来方法のジレンマを解消し、冷水塔の
送水温度の適確な制御と同時に省力化を図ること
ができる冷水塔の電動機の給電制御方法を提供す
るにある。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的は、本発明によれば、次のようにして
達成される。すなわち、冷水塔の負荷条件に従つ
て冷水塔の送水温度を一定に保持すべく周波数変
換装置の周波数変換率を連続的に制御し、送風機
動力源となる複数の電動機への給電周波数を変更
させて上記電動機の回転数を制御するに際して、
上記電動機の総回転数を検出し、この検出値と、
上記周波数変換装置の最大容量で電動機を並列運
転したときに得られる回転数の総和に略等しい所
定回転数とを比較し、上記総回転数が所定回転数
より大きいときは上記電動機の一部を低周波電源
で運転し、残りの電動機を周波数変換装置で運転
させると共に負荷条件に従つてその周波数変換装
置の給電周波数を変更させ、反対に総回転数が上
記所定回転数よりも小さいときは全部の電動機を
上記周波数変換装置で運転するものである。 ［作用］ 上記の構成によれば、周波数変換装置の最大容
量で電動機を並列運転した時の所定回転数を設定
しておき、これと総回転数とを比較し、総回転数
が所定回転数より大きいとき、すなわち大きい動
力を必要とするときは一部の電動機を定周波電源
で運転し、残りの電動機は周波数変換装置で負荷
に応じて給電周波数を変えて運転することで、冷
水塔の送水温度の適確な制御と同時に省力化を図
ることができる。 ［実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に従
つて詳述する。 第４図は、本発明方法を説明するための装置の
一例を示す概略説明図である。 冷水塔１０の負荷条件（図示例にあつては単に
送水温度と冷水塔１０の水温のみを示す）は検出
手段１１により検出されて、制御装置１２に入力
される。制御装置１２は上記検出手段の出力を受
け比例積分微分制御器１３（以下、単にPID制御
器という）を介して周波数変換装置１４の周波数
変換率を変更させる。周波数変換装置１４の出力
は、冷水塔１０の送風駆動源となる複数の電動機
Ｍ（図示では２台）へ接続され、上記負荷条件に
より電動機Ｍへの給電周波数を変更させて電動機
Ｍの回転数を制御するように構成されている。 上記構成において、PID制御器１３から周波数
変換装置１４へ送られる制御信号ａを制御装置１
２に帰還する帰還ループ１５が設けられ、制御装
置１２においてPIDにおいてPID制御器１３から
出された制御信号ａを検出できるようにし、この
検出値に基づいて周波数変換装置１４により駆動
されている電動器Ｍの回転数が検知できるように
なつている。また、上記電動機Ｍへの給電は周波
数変換装置１４のみによらず、定周波電源１６、
例えば商用電源からも行えるようになつている。
すなわち、定周波電源１６と周波数変換装置１４
とは上記電動器Ｍに切換スイツチSWを介して並
列に接続され、電動器Ｍには定周波電源１６と周
波数変換装置１４の出力とが択一的に給電される
ようになつている。その給電態様は、各切換スイ
ツチをSW１，SW２，SW３，SW４とすると、
第１表の通りである。

【表】 但し、○は定周波電源による駆動で100％回転
を、〓は周波数変換装置１４による駆動で50〜
100％回転を、●は停止をそれぞれ意味する。 次に電動機への給電方法を説明する。 給電制御の概要は、２台の電動機Ｍを制御する
場合、電動記Ｍの総回転数（この総回転数は各電
動機Ｍの回転の総和で、２台が100％回転すると、
その総回転数は200％となる）が、150〜200％の
とき、１台は商用電源で駆動し、もう１台を100
％から50％まで周波数変換装置１４により連続制
御し、総回転数が150％以下になつたとき、２台
とも周波数変換装置１４により連続運転制御し、
更に総回転数が100％以下になつたとき、少なく
とも１台を停止（０％）する断続制御とするもの
である。 今、冷水塔１０の送水温度を設定温度に保つた
めには、電動機Ｍに大きな動力を供給する必要が
あるとすると、検出手段１１による検出値に基づ
いて制御装置１２は、先ず切換スイツチSW１と
SW４をONさせ、一方の電動機Ｍ１を商用電源
で、他方の電動機Ｍ２を周波数変換装置１４で駆
動する。次に、負荷状態に応じて、送水温度を一
定にするために必要な送風量を送風機に付与すべ
く、PID制御器１３は周波数変換装置１４の周波
数変換率を所望値に制御する。従つて、一方の電
動器Ｍ１は100％回転を維持する一方、他方の電
動機Ｍ２は負荷状態に応じて給電周波数を変更さ
れて連続回転制御されることになる。 この場合において、２台の電動機Ｍの総回転数
は、一方の電動機Ｍ１が制御装置１２からの命令
により商用電源１６による駆動となつているこ
と、及び他方の電動記Ｍの周波数変換率が帰還ル
ープ１５を介して制御装置１２に入力されている
ことから、常時検出される。この検出された総回
転数は制御装置１２において所定回転数と比較さ
れる。この所定回転数Noは、２台の電動記Ｍを
共に周波数変換装置１４の最大容量で運転したと
きに得られる回転数の総和に略等しい回転数であ
り、本実施例にあつては150％としている。従つ
て周波数変換装置１４の最大容量は、２台の電動
機Ｍを共に75％回転させるに必要な動力が得られ
る容量に設定される。通常、風量は回転数に比例
するが、動力は回転数の３乗に比例する。このた
め、所定回転数を上げると周波数変換装置１４の
最大容量が大きくなるため、２台を並列運転する
には所定回転数は150％程度が好ましい。 周波数変換装置１４によつて駆動されている他
方の電動機Ｍ２の回転数が降下してきて、50％ま
で落ち、電動機Ｍの総回転数が150％を割つたら、
この総回転数を周波数変換装置１４の容量のみで
担うことができるから、制御装置１２は切換えス
イツチSW１及びSW２を共にOFFすると共に、
切換えスイツチSW３，SW４を共にONして、２
台の電動機Ｍを周波数変換装置１４で並列運転さ
せる。この切換え時において、周波数変換率を50
％のままにしておくと、総回転数が100％にしか
ならないので望む送風量が得られないこととな
る。このため制御装置１２はPID制御器１３を介
して周波数変換装置１４の周波数変換率を75％に
上昇させ、円滑な切換えが行えるようにする。こ
のように電動器Ｍの総回転数が150％を割ると２
台の電動機Ｍは共に周波数変換装置１４による連
続回転制御がなされることになる。 総回転数が冷水塔１０の負荷状態に応じて更に
減少して100％を割つた場合には、そのまま周波
数変換装置１４による並列運転を継続することも
可能であるが、冷水塔の機械的な問題や冷水塔１
０全体の効率が悪くなるので、周波数変換装置１
４の周波数変換率を50％に固定する一方、並列運
転を止め切換スイツチSW２及びSW４を共に
OFFさせて他方の電動機Ｍ２を停止させる。従
つて、一方の電動機Ｍ１のみが50％回転する従来
行われていた段階制御に切り替わる。総回転数が
50％を割つた場合には、切換スイツチのすべて
（SW１〜SW４）をOFFし、電動機Ｍを停止させ
る。 このように本発明は２台の電動機Ｍを制御する
場合、総回転数が200〜150％のときは、１台は商
用電源１６で駆動し、もう１台を100％から50％
まで周波数変換装置により連続制御し、総回転数
が150％の時点で商用電源１６側の１台も周波数
変換装置１４側に切換え、かつ回転数を75％にす
る。そして、75％から50％までは２台とも周波数
変換装置１４による連続運転とし、更に総回転数
が50％から以降の制御については電動機Ｍを停止
させる段階制御とするものであり、この制御は回
転数が上昇していく場合も同様になされる。本発
明の方法を既存の方法と対比すると第２表の通り
になる。

【表】 但し、実線の矢印は回転数が変化する場合を、
破線の矢印は回転数が維持される場合をそれぞれ
示す。 従つて、本発明によれば、電動機Ｍの総回転数
が周波数変換装置１４の最大容量にほぼ相当する
150％以上のときには、一方の電動機Ｍ１を商用
電源１６に分担させるようにしたので、周波数変
換装置１４には最大容量以上の負荷が加わること
がなくなり、他方の電動機Ｍ２連続制御すること
ができる。その結果、従来例と同様に高負荷時
にあつても送水温度の適確な制御が可能となる。
特に、総回転数が100％までの中間負荷時にあつ
ては、従来例と全く同様に２台の電動機Ｍを共
に連続性御できるのでより正確な制御が行える。 また、全負荷範囲に亘つて１台の周波数変換装
置１４のみの使用で電動機Ｍへの動力を賄うこと
ができるので、極めて経済的であり、省エネルギ
ーかを図ることができる。すなわち、第５図に示
すごとく、本発明において２台の電動機Ｍを並列
運転する際に周波数変換装置１４に要求される最
大容量（約75％回転時の容量）を１とすると、従
来例では個別に100％回転を周波数変換装置に
要求することになるから、その容量は２倍とな
る。従つて、従来例よりも周波数変換装置の容
量を小さくすることができ、その結果設備投資額
を低く抑えることが可能であり、頗る経済的とな
る。 更に、電動機Ｍの回転数検出方法として、電動
機Ｍの回転軸或いは送風機の回転軸を直接検出す
るという方法ではなく、周波数変換装置１４の入
力を検出する方法を採用したので、電動機Ｍの回
転数を簡単かつ容易に知ることができる。 なお、上記実施例においては、電動機が２台の
場合を想定したが、３台以上あつても勿論適用で
きる。また電動機Ｍの回転数の検出は周波数変換
装置１４の出力側から行うようにしても、或いは
電動機Ｍの回転軸の回転を直接検出するようにし
てもよい。 ［発明の効果］ 以上、要するに本発明によれば次のような優れ
た効果を発揮する。 (1) 一台の周波数変換装置で複数の電動機を、負
荷条件に従つて連送回転制御することができ
る。従つて、冷水塔の送水温度を適確かつ安定
に制御することができる。 (2) 固定周波数電源で過負荷分を分担させるよう
にしたので、周波数変換装置の容量が大幅に小
さくなり、省エネルギー化を図ることができ
る。 (3) 周波数変換装置が一台で済み、かつ小容量で
足りるので、設備の小形化を推進することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の送水温度制御システムを説明す
る概略系統図、第２図は第１図のシステムによる
制御特性図、第３図は従来の別な送水温度制御シ
ステムを説明する概略系統図、第４図は本発明の
方法を実施するための冷水塔における電動機の給
電システムの好適実施例を示す概略系統図、第５
図は本発明と従来例における周波数変換装置に要
求される容量特性図である。 なお、図中１０は冷水塔、１１は検出手段、１
２は制御装置、１３はPID制御器、１４は周波数
変換装置、１６は固定周波数電源（商用電源）、
Ｍ１，Ｍ２は電動機である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷水塔の負荷条件に従つて冷水塔の送水温度
   を一定に保持すべく周波数変換装置の周波数変換
   率を連続的に制御し、送風機動力源となる複数の
   電動機への給電周波数を変更させて上記電動機の
   回転数を制御するに際して、上記電動機の総回転
   数を検出し、この検出値と、上記周波数変換装置
   の最大容量で電動機を並列運転したときに得られ
   る回転数の総和に略等しい所定回転数とを比較
   し、上記総回転数が所定回転数より大きいときは
   上記電動機の一部を定周波電源で運転し、残りの
   電動機を周波数変換装置で運転させると共に負荷
   条件に従つてその周波数変換装置の給電周波数を
   変更させ、反対に総回転数が上記所定回転数より
   も小さいときは全部の電動機を上記周波数変換装
   置で運転することを特徴とする冷水塔の電動機の
   給電制御方法。