JPH09275699A - 可変速電源装置 - Google Patents

可変速電源装置

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JPH09275699A
JPH09275699A JP8082328A JP8232896A JPH09275699A JP H09275699 A JPH09275699 A JP H09275699A JP 8082328 A JP8082328 A JP 8082328A JP 8232896 A JP8232896 A JP 8232896A JP H09275699 A JPH09275699 A JP H09275699A
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frequency conversion
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Yoshihiko Saijo
美彦 西條
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の独立運転可能な電源ユニットより構成さ
れる可変速電源装置において、一部のユニットに故障を
生じた場合、残存ユニットにより出力可能な範囲で可変
速度運転機能を維持できる装置を提供する。 【解決手段】複数の可変周波数変換ユニットより構成さ
れ、それらの出力によって電動機を駆動する可変速電源
装置において、複数の可変周波数変換ユニットの運転状
態の監視,制御を行う統括制御回路と、各可変周波数変
換ユニットの入力側または出力側に回路開閉器を設け、
統括制御回路は複数の可変周波数変換ユニットの一部に
故障が発生した場合、不具合ユニットを切り放す信号を
回路開閉器に出力し、電動機に接続された負荷の故障発
生前の状態を推定し、推定された負荷状態に基づいて残
存ユニットの運転条件を運転継続を図るための最適値に
変更する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電動機用の可変速電
源装置、特に系統の運転継続性を重視する公共用途ある
いは発電設備ボイラ用送風機等、連続運転中に不具合が
生じた場合、商用電源バックアップ回路に切り替える
か、あるいは必要最小限であってもある程度の時間運転
継続を図らなければならない用途に用いられる可変速電
源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、複数台の電力変換ユニットを並列
駆動し、その出力を合成することにより大出力化を図っ
たものは、変換器故障時の運転継続性が重視される用途
においては、図4に示すように可変周波数電源系統と並
列に商用電源駆動回路を設け、不具合発生時に回路を切
り替え、運転継続を図る方法がとられる。この場合、電
動機は全電圧直入れ始動となるため、電動機始動時の大
電流により、電源系統は悪影響を受ける。この悪影響を
緩和するため、始動電流抑制のため始動用リアクトル1
4を併用する例もある。また電力変換ユニット故障時
に、人為的操作なしにバックアップ電源系統に切り替え
るため、ユニットの故障信号を検出し、回路切り替えの
ショックを緩和するように、ある程度の時間遅れをもっ
て商用電源に切り替える方法が採用される例もある。し
かしながらこのような方式においては、次のような問題
がある。
【0003】(1)商用電源バイパス回路を設けるため
主回路が複雑となる。
【0004】(2)始動時の大電流により、受電電圧変
動等の系統への影響が大である。
【0005】(3)一般的にはリアクトル等の何らかの
始動回路を必要とする。
【0006】(4)駆動装置全体の寸法,重量,価格が
増加する。
【0007】(5)商用電源駆動においては、電動機は
その最高回転数で運転されることになる。従って、負荷
条件によっては、出力過大となるため、ダンパ等により
出力制限を行う必要がある。
【0008】(6)運転回路を切り替える際、大きなシ
ョック,負荷変動を伴うことが多い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、負
荷機械の運転状態に関係なく、電力変換ユニットの故障
時には固定の周波数(回転数)に強制的に切り替えるた
め、電源系統への悪影響や負荷機械へのショック等を生
ずるとともに、ダンパ等による出力の制限を必要とす
る。また駆動装置全体の寸法,コストも増加する。
【0010】本発明の目的は、複数の独立運転可能な電
源ユニットより構成される可変速電源装置において、一
部のユニットに故障を生じた場合、残存のユニットによ
り出力可能な範囲において可変速度運転機能を維持する
ことが可能な可変速電源装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電力変換ユ
ニット群を統括監視,制御を行う制御回路を設け、常に
負荷状態を監視するとともに、電力変換ユニットの一部
に故障が発生した場合、不具合ユニットのみに停止信号
を送るとともに、回路開閉器により不具合ユニットのみ
を切り放し、推定した負荷条件を基に残存のユニットの
運転条件を最適値に変更することにより達成される。
【0012】インバータ電源等の可変速電源においては
出力周波数を等価的に変換し、負荷機械の制御を行い、
また変換器自身の保護と負荷機械の保護のため、常に出
力電流を監視している。従って、制御対象に印加される
周波数と電流との関係より、かなり良い精度にて負荷状
態を推定可能である。また可変速電源が複数の電力変換
ユニットより構成される場合、ユニットの一部に不具合
を生じた場合でも不具合箇所を電気的に切り放し、残存
ユニットの運転条件を推定した負荷状態を基に最適化す
ることにより、過電流,過負荷等によりシステム全体が
停止することなく運転継続が可能となる。また稼働ユニ
ット数に対し出力が小さい場合において一部ユニットを
休止し、稼働ユニットの利用率を向上させることにより
駆動装置全体としての効率,力率の向上が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。
【0014】(実施例1)図1は本発明になる可変速電
源装置の第1の実施例の構成を示す。図1において、1
a,1bは電力変換ユニット(たとえばトランジスタイ
ンバータユニット)、2は電力変換ユニット群の全体制
御を行うとともに、運転状態を常に監視する統括制御回
路、3は2巻線電動機、4a,4bは各ユニットの制御
回路、5a,5bは入力側回路開閉器、6a,6bは順
変換回路、7a,7bは逆変換回路、8a,8bは出力
側回路開閉器である。
【0015】次にその動作について説明する。
【0016】一方のユニットに故障が発生した場合、従
来の機器では機器全体への被害拡大を防ぐため全ての機
器を停止していた。これに対し、本発明では各ユニット
の出力合成を多重巻き線電動機により行っており、各電
源ユニットは電気的に独立している。このため、不具合
駆動ユニットを切り放すこと自体は比較的容易に行うこ
とが可能である。しかしながら負荷機械が定格速度近傍
にて運転されている状態で片方のユニットを切り放し、
負荷機械の回転数をそのまま維持し運転を行った場合、
健全なユニットの出力のみでは出力が足りず、結果的に
過負荷保護機能が働いて停止し、機器全体が停止する。
そこで残存ユニットのみで運転継続が可能となるよう出
力を低減する必要を生ずる。
【0017】一般的に過変速電源をファン,ポンプ等の
流体機械の運転制御に使用する場合、その機械的出力は
回転数の3乗に比例する。また、電力変換器により回転
数制御を行う場合、変換器自身の損失による総合効率低
下を考慮して、最高速度近傍での連続運転はあまり行わ
れない。以上の点を考慮し2台のインバータユニットを
用い、流体負荷機械を駆動した場合を想定し、機器動作
を説明する。
【0018】図5に機器動作のフロー図を示す。図1に
おいてインバータユニット1bに故障が発生した場合、
統括制御回路2はインバータユニット1bのユニット制
御回路4bに停止信号を送るとともに回路開閉器5b,
8bを開きユニット1bを電気的に切り放す。故障前の
負荷の状態は、回転数,出力とも100%であったと仮
定する。故障発生後、電力変換器側出力が半分となるた
め、そのまま同一回転数で運転すると過負荷となり、最
終的に機器全体が停止することとなる。しかしながら機
械的出力は回転数の3乗に比例する関係より、出力が5
0%ですむ回転数を求めると約80%回転数(0.5≒
0.83)となる。そこで統括制御回路からユニット1a
への回転数指令を80%に下げる様に指令値を変更する
ことにより、減定格運転しながらも故障発生後も運転継
続が可能となる。また、故障発生直前の回転数が75%
であった場合、機械出力は約42%(0.42≒0.7
3)であるため2台で42%ずつ負担していた出力を
1台のユニットにて負担することとなる。従って1台あ
たりの出力は84%と、この出力に対応した回転数は9
4%(0.84≒0.943)である。従ってユニット1a
に対する回転数指令を75%→95%に増加させること
により片側ユニットの故障発生にも関わらず、機械的出
力を低減することなしに可変速電源装置による運転継続
が可能となる。
【0019】(実施例2)実施例1においては機械的出
力を可変速電源装置の回転数指令信号より推定している
が、一般的に誘導電動機にて負荷機械を駆動する場合、
電動機の滑りにより実際の負荷機械回転数はやや低下す
る。また電動機と負荷機械の接続方法によっても回転数
の誤差を生じ、最終的に負荷推定に誤差を生ずる原因と
なる。そこで図2に示す電源装置の構成図において、図
6に示す機器動作フロー図(故障検出後は、図5のA以
降の動作を行う)に従い、速度検出器10により実際の
負荷機械の回転数を検出し、負荷回転数と機械出力との
関係より負荷状態を推定し、回路変更後の運転状態を決
定することが可能となる。
【0020】(実施例3)電力変換器側からみた場合、
故障発生前後にてもっとも問題となるのは、各変換器の
出力電流(電動機電流)であり、各変換器には不具合回
路切り放しの前後において、変換器群からの電気的出力
の総和が等しくなるよう制御するのが望ましい。そこ
で、図3に示す構成の電源装置において、図7に示す機
器動作フロー図(故障検出後は、図5のA以降の動作を
行う)に従い、各電力変換ユニットの出力側に設けた変
流器11により、出力電流を検出し、負荷電流と出力周
波数との関係より負荷状態を推定し、回路変更後の運転
状態を決定することが可能となる。
【0021】(実施例4)以上は可変速駆動装置に何ら
かの故障を生じ、不具合ユニットを切り放す場合につい
て述べてきたが、本発明の回路構成において、連続運転
中の電力変換ユニットの個数の最適化を図ることによ
り、変換器全体としての効率の向上を図ることも期待さ
れる。
【0022】具体的には、個々のユニット単体でみた場
合、負荷率が定格値に近いほど機器効率,力率ともに良
くなると言う特性がある。そこで、N台のユニットより
構成される可変速駆動装置において、定常運転時その電
源装置全体の電気的出力が最大定格の(N−M)/N倍
以下となる場合,M台のユニットを停止させたとして
も、残存のユニットにより運転継続が可能であり、一部
のユニットを停止することにより、稼働しているユニッ
トの負荷率を向上させ、装置全体としての力率,効率を
向上させることが可能となる。
【0023】図8はM=2,N=1の場合の機器動作フ
ロー図である。No.1ユニット及びNo.2ユニットの動
作中において負荷率50%以下の場合、No.2ユニット
を停止させ、No.1ユニットの出力を増加させ、装置全
体としての力率,効率を向上を図る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば複
数台の電力変換ユニットの一部に故障が発生した場合、
不具合ユニットを電気的に切り放し、残存ユニットの運
転条件を、負荷状態を推定し、最適化することにより、
過電流,過負荷等によりシステム全体が停止することな
く運転継続が可能となる。
【0025】また稼働ユニット数に対し出力が小さい場
合において一部ユニットを休止し、稼働ユニットの利用
率を向上させることにより駆動装置全体としての効率,
力率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の全体構成図。
【図2】本発明の第2の実施例の全体構成図。
【図3】本発明の第3の実施例の全体構成図。
【図4】従来技術の機器構成図。
【図5】本発明の第1の実施例の動作フロー図。
【図6】本発明の第2の実施例の動作フロー図の一部。
【図7】本発明の第3の実施例の動作フロー図の一部。
【図8】本発明の第1の実施例の動作フロー図。
【符号の説明】
1a,1b…電力変換ユニット(たとえばトランジスタ
インバータユニット)、2…統括制御回路、3…2巻線
電動機、4a,4b…各ユニットの制御回路、5a,5
b…入力側回路開閉器、6a,6b…順変換回路、7
a,7b…逆変換回路、8a,8b…出力側回路開閉
器、9…負荷機械、10…速度検出器、11…変流器、
12…回路切替開閉器、13…電力変換ユニット、14
…始動用リアクトル、15…リアクトル短絡回路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数台の可変周波数変換ユニットより構成
    され、それらの出力によって電動機を駆動する可変速電
    源装置において、 前記複数台の可変周波数変換ユニットの運転状態の監
    視,制御を行う統括制御回路と、前記複数台の可変周波
    数変換ユニットの各々の入力側または出力側に回路開閉
    器を設け、 前記統括制御回路は、前記複数台の可変周波数変換ユニ
    ットの一部に故障が発生した場合、不具合ユニットを切
    り放す信号を前記回路開閉器に出力し、前記電動機に接
    続された負荷の故障発生前の状態を推定し、推定された
    負荷状態に基づいて残存ユニットの運転条件を運転継続
    を図るための最適値に変更することを特徴とする可変速
    電源装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記統括制御回路は、
    電源出力周波数を基に前記負荷状態を推定することを特
    徴とする可変速電源装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記の負荷の速度を検
    出する速度検出器を設け、前記統括制御回路は、前記速
    度検出器が出力する速度信号を基に前記負荷状態を推定
    することを特徴とする可変速電源装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記統括制御回路は、
    前記複数台の可変周波数変換ユニットの各出力電流を基
    に前記負荷状態を推定することを特徴とする可変速電源
    装置。
  5. 【請求項5】複数台の可変周波数変換ユニットより構成
    され、それらの出力によって電動機を駆動する可変速電
    源装置において、 前記複数台の可変周波数変換ユニットの運転状態の監
    視,制御を行う統括制御回路と、前記複数台の可変周波
    数変換ユニットの各々の入力側または出力側に回路開閉
    器を設け、 前記統括制御回路は、前記電動機に接続された負荷の状
    態により、変換器全体としての効率及び力率の向上を図
    るよう、運転する可変周波数変換ユニットの個数の最適
    化することを特徴とする電源装置。
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