JPS63251772A - 圧延設備における電気室内の風量調整制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は鉄・非鉄金属圧延設備の各種電気機器および圧
延機以外の補助機械を駆動する電動機を冷却する誘引フ
ァン群を収納した電気室に外気より取入れた冷却空気を
送風する押込送風機と誘引ファン群の回転数を制御して
電気室内の風量および風圧を補償する圧延設備における
電気室内の風！調整制御装置に関する。

（従来の技術） 鉄・非鉄金属圧延設備においては、運転制御に必要な各
種電気機器および圧延機以外の補助機械を駆動する電動
機を冷却する誘引ファン群が電気室に収納されている。

従って、圧延設備の運転時には各種電気機器から発生す
る熱により室内温度が上昇すると同時に電気機器自身の
熱により機器に使用されている絶縁物を劣化させる要因
となるため、電気室内の収納機器を冷却する必要がある
。因みに電気機器に使用されている絶縁物は温度が低い
場合でも時間の経過と共に劣化が進むが、温度が高くな
ると劣化速度が更に早くなる。

従来このような電気室の各種電気機器を冷却するには屋
外より外気を取入れ、外部と連通ずる電気室開口部に設
けられた押込送風機により電気室へ風を送込んで電気機
器を冷却するようにしている。

第３図は圧延設備の各種電気機器を収納した電気室と押
込送風機による送風経路の概略を示すものである。第３
図に示すように、電気室１内には圧延機を駆動する主電
動機として使用される直流電動機２、エアコンによる冷
暖房設備を備えたコンピユータ室３、交流盤４がそれぞ
れ設置され、また電気室１の地下には変圧器５．リアク
トル６゜しゃ断器７等の電気機器が設置されている。こ
のような電気室１の外壁に複数台の押込送風機８が設け
られ、エアフィルター９を通して導入された外気を電気
室１の地下に送風し、ここで各種の電気機器と熱交換さ
れた空気は電気室１内に導入され、一部は排気用換気扇
１０により外部に排気され、他の一部は排気用換気扇１
１により電気室隣の建屋１２内に排気されるようになっ
ている。また、電気室１の地下に導入された風の一部は
メイクアップフィルター１３を通して主機電動Ｆａ直下
に設けられた熱交換室１４内に導入され、ここで熱交換
された風は主機冷却用ファン１５により直流電動機２内
に導入して整流子部分を冷却した後、整流子用排気換気
扇１６により建屋１２の地下に排気されている。さらに
建屋１２内に設置されている圧延機以外の補助機械を駆
動する補機電動機群１７に対しては電気室１の地下と建
屋１２の地下との仕切壁に取付けられた誘引ファン群１
８により電気室１の地下に導入された風の一部を埋設風
管１９を通して機内に送込んで冷却するようにしている
。

ところで、このような電気室内の各種機器を冷却風によ
り冷却するにあたっては、押込送風機も誘引ファンもそ
の風量は調整されておらず、当初の計画基準である１０
０％実効値（ＲＭＳ）負荷として決定された設備台数を
一定の商用周波数のもとで運転している。まれに電気室
の外気温度を考慮して例えば夏季と冬季に分けて押込送
風機の風量を調節せずに誘引ファンの台数を選択して運
転するだけである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような電気室の各種電気機器を風冷部する
冷却システムでは１０１００９６Ｒ負荷として決定され
た台数骨の押込送風機および誘引ファン群が常時運転さ
れ、電気室の外気温度、主電動機並びに建屋内の補機電
動機群等の冷却風量が変化しても押込送風機の風量が制
御されないので、各種電気機器に対しては一般に過冷却
となる。

従って、消費電力も多くなり、省エネルギの点では全く
考慮されていない。また圧延機以外の補助機械を駆動す
る電動機としては、可変速調整が制御方式を含めて容品
であり、しかも投資効率、設置面積から言って最も効率
的な直流電動機が主に使用されているが、この直流電動
機を前述したような過冷却の雰囲気で使用されると、特
に直流機で保守の面倒な整流部分がチャタリングを起こ
し、カッパドラッキングの原因になる。

そこで、本発明は電気室の各種電気機器を最適状態で運
転できると共に省エネルギ化を図ることができる圧延設
備における電気室内の風量調整制御装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明はかかる目的を達成するため、電気室に設置され
た鉄・非鉄金属圧延設備の主電動機を含む各種電気機器
および電気室隣の建屋に設置された圧延機以外の補助機
械を駆動する電気室隣の建屋側の補機電動機群を冷却す
る誘引ファン群と、外部空気を取込んで前記電気室の各
種電気機器を冷却する複数台の押込送風機とで構成され
た電気室風冷設備において、前記圧延設備の圧延スケジ
ュール、圧延パラメータおよび非圧延素材製品データを
もとに全電動機の実効値負荷容量を推定演算する第１の
演算手段と、この第１の演算手段で求められた各補機電
動機の実効値負荷容量に基き冷却に必要な推定送風量を
演算する第２の演算手段と、前記第１の演算手段で求め
られた全電動機の実効値負荷容量に基き前記電気機器の
発生熱量を求めると共に外気温度により送風量を演算す
る第３の演算手段と、前記第２の演算手段で求められた
推定送風量に基いて各補機電動機を冷却する誘引ファン
群のグループ単位毎に必要な風量を演算すると共に前記
補機電動機群の温度検出値が所要温度上昇限度を越えて
いると判定されると前記風量を補正して補機電動機群を
冷却する誘引ファン群の回転数を制御する第４の演算手
段と、前記第３の演算手段および第４の演算手段の演算
結果から値の大きい方の風足を判定すると共に前記電気
室内の温度検出値から各機器の温度上昇が所要限度を越
えたことを判別すると前記判定風量を補正して電気室押
込送風機の回転数を制御する判定および修正演算手段と
を備えたことを特徴としている。

（作用） したがって、このような圧延設備における電気室の風量
調整制御装置にあっては圧延設備の運転スケジュールか
ら負荷を予測し、且つこの予測値と外気温度の設備計画
との差および制約条件を考慮して押込送風機および誘引
ファン群の風量。

風圧を調整すべく回転数が制御されるので、常に電気室
内の各種電気機器および建屋内の補機電動機群を最適状
態で運転することが可能となり、また省エネルギー化に
大きく寄与することが可能となる。

（実施例） まず、本発明による圧延設備における電気室の風量調整
制御装置の実施例を説明する前に、本発明の基本的な考
え方について述べる。

第３図に示した電気室の風冷却系統をフロー的に表わす
と第２図のようになる。つまり、屋外２１より外気を取
入れてエアフィルタ９により汚れ、塵等を除去した後、
押込送風機８により電気室１へ風を送込み、電気室内の
各種電気機器を冷却して所定の温度上昇内にすると共に
電気室内圧を一定の正圧として外気からの逆流を防いで
いる。

また、電気室１に押込んだ風は主電動機２を冷却するメ
イクアップフィルタ１３、補機電動機１７を冷却するた
めの誘引ファン群１８および電気室１の換気のための排
気用換気扇１０．１１により屋外２１．プラント側建屋
（ミルヤード）１２に排出されている。

したがって、このような風冷却系統おいて、電気室１の
押込送風機８の風足、風圧は下記要因により決定される
。

（１）電気室１の外気温度と電気室１内の各８電気機器
の温度上昇限度、各種電気機器からの発生熱量から決ま
る風量 （２）電気室１より排出する風量 （３）電気室１内の圧力をある一定の正圧とするがあり
、押込送風機の風量は（１）項又は（２）項で計算した
風量の両者の大きい方で決定し、風圧は（２）の結果を
ベースに（３）項を考慮し決定される。

前記風量決定要因の（１）項は電気室１からの排出風、
つまり各ｔＴｆ電気機器の温度上昇限度と外気温度の差
により決り、電気室１内の空気温度が一定値以上に異常
上昇しないように送風量を決定する。ここで、電気室１
内に設置される機器の発生熱は負荷に応じて変わる部分
（電力変換器。

電力機器等）と、一定発生熱の部分（制御電源発生熱等
）とに分けられる。また前記（２）項の電気室１より排
出する風量は補機電動機群の補機冷却送風量が決定要因
であり、その風量は負荷によって決定される。

そこで、本発明では負荷の予測を圧延スケジュールより
求め、また押込送風機および誘引ファンの必要風量を負
荷に応じて次のような演算により決定される。

押込送風機の必要送風量ＱＡは外気温度Ｔ。

との間に（１）式のような関係がある。

ここで、ＱＡ：必要冷却風量（ｍ３／ｍ１ｎ）Ｗ：電気
室内の機器発生ロス（ｋｗ）、ｒ：空気比重量（ｋｇ／
ｍ３）　、Ｃｐ　：空気の低圧比熱（ｋｃａ　１／ｋｇ
・’　Ｃ）　、ＴＩ：屋外温度、Ｔｏ：排出温度である
。

また、電気室内の機器発生ロスＷは負荷に応じた発生ロ
スｗｆと固定ロスｗｇとに表わせる。

Ｗ■ｗ　ｆ　＋　ｗ　ｇ　　　　　　　　・・・・・・
（２）次に誘引ファンの必要風ｍは補機電動機の負荷に
より決定され、また風圧は補機電動機より要求される必
要風圧にファンまでの途中配管による圧力ロスおよび余
裕を見て捕機電動機群を何台かのグループに分けて冷却
している。また補機電動機の負荷は拐料を加工および搬
送する機械、つまり負荷が圧延スケジュールにより変わ
るものと機械を所定の位置に移動させるもの、つまり負
荷一定のものとに分けられ、補機冷却送風量ＱＨは圧延
スケジュールによって決定される風ｍ　Ｑ　ｓと固定部
分の風ｆｎＱｆとに分けられ、各グループＣド位の誘引
ファンの必要風量を決定することができる。

次に−Ｆ記した本発明の基本的な考えに基く一実施例に
ついて第１図を参照して説明する。第１図に示すように
電気室の風ｍ調整制御装置は、第１の演算手段３１、第
２の演算手段３２、第３の演算手段３３、第４の演算手
段３４、判定および條正演算手段３５から構成される。

第１の演算手段３１は製品データ（板厚、板幅、板長さ
）４０．素材データ（板厚、板幅、仮長さ）４１．圧延
スケジュール（速度、圧下量、材種）４２．圧延パラメ
ータ（板温度、圧延ピッチ、サイクル）４３を入力情報
として全電動機のＲＭＳ負荷容量を算出するものである
。つまり、各電動機のＲＭＳ負荷ＲＭＳｉは ＲＭＳｉ＝ｆ　（Ｗｌ、Ｗ□、を工、ｔ□。

Ｌｌ、Ｌｇ、ｖ、Ｒｅｄ、Ｇ。

ＴＳ、Ｐ、Ｃｙ）　　　　・・・・・・（３）で表わす
ことができる。

但し、Ｗｌ：素材重量、　Ｗｏ　＝製品荷重。

ｔＩ：素材厚又は入側厚、ｔｏ：製品厚又は出側厚、Ｌ
Ｉ　二素材長、Ｌｇ：製品長、■＝圧延速度。

Ｒｅｄ：圧下率（ｔｔ　　ｔｏ）／ｌ！、Ｇ：材種。

７Ｓ、板温度、Ｐ：圧延ピッチ、ＣＭ：サイクルここで
、上記（３）式はＲＭＳｉを一般的な影響因子で表わし
たものであるが、その具体的な例を示すと次の通りであ
る。

例えば主電動機の必要動力りは Ｌ−Ａ／η争Ｇｖ／Ｒ で表わすことができる。但し、η：機械効率。

Ｇ：圧延トルク、ｖ：圧延速度、Ｒ：圧延ロール半径で
ある。

また、Ｇは　Ｇ−ａＦ（ａ：）ルク係数。

Ｆ：圧延荷重）である。

さらに、Ｆは Ｆ＝ｋｆｍｂ　　Ｒ’　　（ＴＩ−Ｔｏ　　Ｑｐである
。

ここで、Ｑｐ、ｋｆｍは圧延理論で使われる記号で、実
用に供されている近似解としては下記のようなものが一
般式の例として示されている。

Ｑｐ−Ａ＋ＢＲｅｄ＋ＣｆｒＴゴ ＋ＢＲｅｄ＊Ｊ］＝１１− 但し、Ａ、Ｂ、Ｃは定数である。

また、ｋ　ｆｍ−Ｆｅ　εＤｅ’　ε 但し、ε：ひずみ、ε″：ひずみ速度である。

Ｆｃ−ｅｘｐ　　［）、１２６−１．７５Ｃ＋０．５９
４Ｃ２＋　（２，８５１＋ ２．９６８Ｃ−１，１２０Ｃ２）／Ｔｓｌここで、Ｃは
材種の要因で炭素含有量をベースにしたものであり、鉄
の熱間圧延機の変形抵抗が簡易式の一例である。尚、Ｒ
゛はロール偏平半径であり、ここでは直接関係がないの
で省略する。

上記で加減速時のトルク　ＧＤ２ｄＮ／ｄ　ｔ×２（加
減速を同じとして）　で決定される加減速パワーをＬａ
ｃｃ／ＤＥＣ，加減速に要する時間をｔ　ａ　ｃ　ｃ　
／　Ｄ　Ｅ　Ｃとし、また圧延時間を圧延材ＬＩ、圧延
速度Ｖで定常時に圧延されたときの圧延ピッチをＰとす
ると、主電動機のＲＭＳ負荷ＲＭＳｉは となる。

上記では第１の演算手段３１において、主電動機に対す
るＲＭＳ負荷を演算する場合について述べたが、他の各
電動機に対しても前述同様にＲＭＳ負荷を演算するもの
である。

第２の演算手段３２は第１の演算手段３１で求められた
全電動機のＲＭＳ負荷容量うち各補機電動機のＲＭＳ負
荷に基いて各補機電動機の必要冷却量を演算するもので
ある。即ち、補機電動機１７は圧延材を加工するものと
搬送するもの、機械を移動するものの３ケースに分けら
れ、前者の２ケースは（１）式に示される内容により第
１の演算手段３１で求められるＲＭＳ値が変化し、後者
のケースは固定負荷となる。したがって、第２の演算手
段３２では固定負荷に対しては固定負荷テーブルに各電
動機毎に必要風量を記憶しておき、変動負荷に対しては
第１の演算手段３１により（１）式をもとに算出された
各補機電動機のＲＭＳ負荷容量により各電動機毎に用意
されたＲ　Ｍ　Ｓ　ｎ対必要風量データ特性から必要特
性風量を抽出する。

第３の演算手段３３は第１の演算手段３１で演算された
全電動機のＲＭＳ負荷容量に基き電気室内の各収納機器
の構成要素毎に該当する機器の熱ロスを演算し、その余
熱ロスと外気温度検出器４４で検出された外気温度から
冷却風量を算出するものである。この場合、熱ロスを算
出するに際しては対象とする駆動機器が固定ＲＭＳ負荷
のものおよび制御電源構成機器の如く一定負荷で運転さ
れるものは固定熱ロスｗｇ　（ｋｗ）として算出し、ま
たＲＭＳ負荷リンク分の収納機器に対してはその構成機
器（変圧器、リアクトル、交流盤。

電力変換器等）毎に熱ロスを計算してそのトータル熱ロ
スｗｆ　（ｋｗ）を算出（この変動ＲＭＳの中には電気
室押込送風機の熱ロスも含まれる）する。そして、この
ように算出された固定熱ロスｗｇ、ＲＭＳリンク分熱ロ
スｗｆおよび外気温度検出器４４で検出された外気温度
ＴＩ、収納機器の温度上昇限度Ｔｏより前記（１）式に
基いて電気室収納機器の必要冷却風量ＱＡを算出する。

第４の演算手段３４はグループ別誘引ファン風量算出手
段３４ａ、風量目標値演算手段３４ｂを備えており、グ
ループ別誘引ファン風量算出手段３４ａは第２の演算手
段３２から得られる各補機電動機の必要風量固定負荷相
当分Ｑ　’ｆ　ｎおよびＲＭＳ負荷負荷９脅２ 各誘引ファンの風量Ｑｕｎを算出し、風量目標値演算手
段３４ｂはグループ別誘引ファン風量算出手段３４ａで
算出された各誘引ファンの風量Ｑｏｎをもとに誘引ファ
ン１８の特性データから風量，風圧を満足する特性を判
断して風量目標値を算出し、この風量目標値を誘引ファ
ン１８の駆動電動機１８ａを制御するＶＶＶＦ制御装置
４６に回転数基準信号として与える。この場合、グルー
プ別誘引ファン風量算出手段３４ａで各誘引ファンの風
ＷＱｕ　ｎを算出するにあたっては、補機電動機群温度
監視装置３４ｃに補機電動機温度検出器４５で検出され
た温度検出信号を入力して補機電動機群の温度を監視し
、該当電動機が温度許容限度を越えないように補正手段
３４ｄにより補正量（１＋α）を求めてグループ別誘引
ファン風量算出手段３４ａに与え、各誘引ファンの風量
Ｑｏｎを（１＋α）倍にしている。

判定および修正演算手段３５は判定手段３５ａで第３の
演算手段３３により算出された電気室収納機器冷却のた
めの必要風ｆａ　Ｑ　ｐ，と第４の演算手段３４により
算出されたグループ別誘引ファン風Ｑ　Ｑ　ｏとを比較
判定し、その値の大きい方を押込送風機目標値設定手段
３５ｂに与えて押込送風機の目標値としている。この場
合、目標値を設定するにあたっては電気室温度監視装置
３５ｃに電気室温度検出器４７で検出された温度検出信
号を入力して電気室内の温度を監視し、電気室内の温度
が許容限度を越えないように補正手段３５ｄにより求め
られた補正ｆｆ１（１＋β）を押込送風機目標値設定手
段３５ｂに与えて目標値を（１＋β）倍にしている。そ
して、この目標値設定手段３５ｂで設定された目標値を
もとに内圧判゛定手段３５ｅにより電気室内圧が一定値
か否かを（４）式によりチェックし、内圧一定であれば
押込送風機８の駆動電動機８ａを制御するＶＶＶＦ制御
装置４８に押込送風機８の特性データより風量、風圧を
満足する特性を判断して回転数基準出力を与える。。

ここで、電気室内圧は ΔｐＥ　Ｐ−ｐ−ΔＰ、−ΔＰ　Ｌ　　−−（４）但し
、　　Ｐ：送風機風圧（ｍｍＡｇ）ΔＰＦ：フィルタお
よびフィルタ前 ルーバ損失（ＩＩｎＡｇ） ΔＰＬ二通気抵抗 このように本実施例では第１の演算手段３１により製品
データ、素材データ、圧延スケジュールおよび圧延パラ
メータをもとに全電動機のＲＭＳ負荷容量を求め、また
第２の演算手段３２により各補機電動機の必要冷却量を
固定負荷に対しては予め用意されたテーブルから抽出し
、変動負荷に対しては第１の演算手段３１で求められた
補機電動機群のＲＭＳ負荷容量をもとに各電動機毎に定
められたＲＭＳｎ対必要風量データ特性により必要冷却
風量を抽出し、さらに第３の演算手段３３により第１の
演算手段３１で求められた全電動機のＲＭＳ負荷容量を
もとに電気室内の各収納機器の熱ロスを固定負荷と変動
負荷に分けてそれぞれ算出し、これら固定熱ロスとＲＭ
Ｓリンク分熱ロスおよび外気温度、収納機器の温度上昇
限度をもとに（１）式により電気室収納機器の必要冷却
風量を算出する。そして、第４の演算手段３４では第２
の演算手段３２で算出された各補機電動機の必要風量を
もとにグループ別に各誘引ファン１８の風量を算出する
と共に誘引ファン１８の特性データにより風量、風圧を
満足する風量目標値を算出して誘引ファン１８の回転数
を制御し、誘引ファン１８から所定風量が得られるよう
にしている。また、判定および修正演算手段３５では第
３の演算手段３３により算出された電気室冷却のための
必要風量と第４の演算手段３４で求められたグループ別
誘引ファン風量とを比較して大きい値の方を押込送風機
の目標値とすると同時にこの目標値が電気室内圧が一定
値であるか否かをチェックして内圧一定であれば押込送
風機８の回転数を制御し、押込送風機８から所定風量が
得られるようにしている。

したがって、押込送風機８の風量および誘引ファン１８
の風量が電気室内の各収納機器の発生熱ロスおよび各駆
動機の負荷に応じて制御されるので、対象冷却機器が常
に快適な状態で運転することができ、また各送風機の動
力が風量の３乗に比例することから大幅な省エネルギー
化を図ることができる。

さらに、押込送風機８の送風量および誘引ファン１８の
送風量は第１の演算手段３１の圧延スケシュ・−ルに基
いて求めているが、誘引ファン１８の送風量に対しては
補機電動機群の温度を監視して許容限度を越えないよう
に補正しており、また押込送風機８の送風量に対しても
電気室内の温度を監視して許容限度を越えないように補
正しているので、実圧延時の実負荷にマツチした風量制
御が可能となる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、圧延設備の運転スケ
ジュールから負荷を予測し、且つこの予測値と外気温度
の設備計画との差および制約条件を考慮して押込送風機
および誘引ファン群の風量、風圧を調整すべく回転数を
制御するようにしたので、常に電気室内の各種電気機器
および建屋内の補機電動機群を最適状態で運転すること
ができ、ると共に省エネルギ化を図ることができる圧延
設備における電気室内の風量調整制御装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧延設備における電気室内の風量
調整制御装置の一実施例を示すブロック構成図、第２図
は本発明を説明するための電気室の風冷部系統図、第３
図は圧延設備における電気室内の各種電気機器を風冷部
するための具体例を示すシステム構成図である。 ８・・・押込送風機、１８・・・誘引ファン、３１・・
・第１の演算手段、３２・・・第２の演算手段、３３・
・・第３の演算手段、３４・・・第４の演算手段、３４
ａ・・・グループ別誘引ファン風量算出手段、３４ｂ・
・・風量目標値演算手段、３４ｃ・・・補機電動機群温
度監視装置、３４ｄ・・・補正手段、３５・・・判定お
よび修正演算手段、３５ａ・・・判定手段、３５ｂ・・
・押込送風機目標値設定手段、３５ｃ・・・電気室温度
監視装置、３５ｄ・・・補正手段、３５ｅ・・・内圧判
定手段。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気室に設置された鉄・非鉄金属圧延設備の主電動機を
   含む各種電気機器および電気室隣の建屋に設置された圧
   延機以外の補助機械を駆動する電気室隣の建屋側の補機
   電動機群を冷却する誘引ファン群と、外部空気を取込ん
   で前記電気室の各種電気機器を冷却する複数台の押込送
   風機とで構成された電気室風冷設備において、前記圧延
   設備の圧延スケジュール、圧延パラメータおよび非圧延
   素材製品データをもとに全電動機の実効値負荷容量を推
   定演算する第１の演算手段と、この第１の演算手段で求
   められた各補機電動機の実効値負荷容量に基き冷却に必
   要な推定送風量を演算する第２の演算手段と、前記第１
   の演算手段で求められた全電動機の実効値負荷容量に基
   き前記電気機器の発生熱量を求めると共に外気温度によ
   り送風量を演算する第３の演算手段と、前記第２の演算
   手段で求められた推定送風量に基いて各補機電動機を冷
   却する誘引ファン群のグループ単位毎に必要な風量を演
   算すると共に前記補機電動機群の温度検出値が所要温度
   上昇限度を越えていると判定されると前記風量を補正し
   て補機電動機群を冷却する誘引ファン群の回転数を制御
   する第４の演算手段と、前記第３の演算手段および第４
   の演算手段の演算結果から値の大きい方の風量を判定す
   ると共に前記電気室内の温度検出値から各機器の温度上
   昇が所要限度を越えたことを判別すると前記判定風量を
   補正して電気室押込送風機の回転数を制御する判定およ
   び修正演算手段とを備えたことを特徴とする圧延設備に
   おける電気室内の風量調整制御装置。