JPWO2005002035A1

JPWO2005002035A1 - インバータ装置における省電力効果表示装置

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Publication number: JPWO2005002035A1
Application number: JP2005503209A
Authority: JP
Inventors: 康裕白石
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP4450792B2; DE10393403T5; US20050154543A1; TWI227325B; CN1682427A; GB0502801D0; GB2407389B; CN100521487C; TW200408812A; WO2005002035A1; GB2407389A; US7043377B2

Abstract

インバータ装置自体を利用してモニタリングやサンプリングを行うようにししかも対象設備に環境変化や経年変化が生じ、あるいはインバータ装置の負荷変動が生じた場合でも誤差を少なくした。このため、出力電圧計算手段（４２）と電流検出手段（２１）との電圧と電流とに基づき消費電力を演算する消費電力計算手段（５１）、及びこの消費電力に基づき省電力効果を得る省電力効果生成手段（５２）を備え、消費電力計算手段（５１）で計算されたインバータ運転時の瞬時の消費電力と、商用運転時と比較した場合の電力持性データとから、商用運転に対するインバータ運転時の瞬時の省電力効果及び省電力効果の積算値を表示器（７０）にて表示可能とした。

Description

本発明は、省エネルギ運転が可能なインバータ装置にあって、インバータ装置自体に備えた省電力効果表示装置に関するものである。

地球温暖化対策の一環として最近では、種々のエネルギ節約が叫ばれ、省電力のためにインバータ装置の使用が普及しつつある。そして、このような傾向に則した関連技術も出現しており、例えば特開２００１−１５５０８３号公報には、消費電力を求めるために対象の設備に電流計、電圧計などの計測装置を備え、またこの計測装置にて検出された値を収集及び処理するための稼動状況データ収集システムを備え、予めインバータ導入前の消費電力を風量に応じたデータとして収集しておくと共に、インバータ導入後に同様に計測を実施してデータを収集し、これら収集したデータを断続的に稼動状況データ収集システムに転送し、インバータ導入前後の消費電力の差分を求める。すなわち、インバータを用いない場合の既設装置での消費電力と、インバータ使用時の消費電力の差分を求め、省電力の寄与に役立てている。
この場合、この消費電力の差分をモニタリングするについては、対象の設備や既設装置とは別に表示装置等を付加して省電力効果表示を行っている。すなわち、省電力効果表示を行うため従来では、インバータ装置の外に電力測定のための周辺機器やデータ処理等のために計算機が別途必要になり、また対象設備から計算機へのデータ転送手段を用意する必要も生じ、省電力効果表示の実現のためにはコストがかかるという欠点がある。また、計算機との通信時間を区切って通信する必要がある場合には、消費電力のサンプリングが粗くなり、積分誤差が大きくなるという欠点がある。
ここで、消費電力の差分つまり省電力効果をモニタリングするにつけては、インバータ装置自体、厳密にはインバータ制御回路内の検出電流値や電圧値を利用してモニタリングできれば極めて都合がよい。またインバータ装置のＣＰＵにてサンプリングできれば問題はなくなる。
また、インバータ装置あるいはその対象設備に環境変化や経年変化が生じ、あるいはインバータ装置の負荷変動が生じた場合でも、その変化に追従するモニタリングができれば誤差が少なくて済む。しかしながら、インバータ装置を用いない商用時のデータは、あらかじめ実測したデータのみを用いしかも消費電力を風量に応じて記憶しているデータであるため、環境の変化等によって生じた電流値の変化分が考慮されず現実の状態に対して大きな誤差となって現れる。また、例えば２２ｋＷの負荷をみこして２２ｋＷのモータを使用していた場合、このモータに対して１１ｋＷ相当の負荷を使用していた場合には、省電力量も本来１１ｋＷの負荷に対して１１ｋＷのインバータ制御となるべきところ、２２ｋＷの負荷に対して１１ｋＷのインバータ制御となり、第５図に示すように商用時のデータが不要に大きくなるため省電力の誤差が増加するという欠点があった。
特開２００１−４６７７号公報

特開平１１−２０６１８８号公報
特開２００１−３５５５７７号公報
従って、本発明は、インバータ装置自体を利用してモニタリングやサンプリングを行うようにししかも対象設備に環境変化や経年変化が生じ、あるいはインバータ装置の負荷変動が生じた場合でも誤差の少ないインバータ装置における省電力効果表示装置提供することを目的としている。

本発明にかかるインバータ装置における省電力効果表示装置にあっては、三相交流電動機の運転周波数を変化させるインバータ装置において、
出力周波数と母線電圧から出力電圧計算手段で計算した出力電圧とインバータの出力電流とに基づき消費電力を演算する消費電力計算手段と、この消費電力計算手段で計算されたインバータ運転時の瞬時の消費電力と、商用運転時と比較した場合の電力持性データとから、商用運転に対するインバータ運転時の瞬時の省電力効果を得る省電力効果生成手段と、を備えたことを特徴とする。
つぎの発明にかかるインバータ装置における省電力効果表示装置にあっては、省電力効果生成手段では省電力効果積算値を得ることを特徴とする。
つぎの発明にかかるにインバータ装置における省電力効果表示装置あっては、省電力効果生成手段にて得られた省電力効果または省電力効果の積算値を表示可能としたことを特徴とする。
つぎの発明にかかるインバータ装置における省電力効果表示装置にあっては、三相交流電動機の運転周波数を変化させるインバータ装置において、出力電圧計算手段と電流検出手段との電圧と電流とに基づき消費電力を演算する消費電力計算手段、及びこの消費電力に基づき省電力効果を得る省電力効果生成手段を備え、消費電力計算手段で計算されたインバータ運転時の瞬時の消費電力と、商用運転時と比較した場合の電力特性データとから、商用運転に対するインバータ運転時の省電力効果を表示し、商用運転時と比較した場合の電力特性データは、一般的なダンパ制御とインバータ運転時の電力特性との比率とし、サンプリング周期毎に計算されるインバータ運転時の消費電力を一般的なインバータ運転時の電力特性に対する比率として乗算することで省電力効果を算出することを特徴とする。

第１図は本発明にかかる実施の形態を示すブロック図であり、第２図は電力特性データの一例を示す特性線図であり、第３図は電力特性データの他の例を示す特性線図であり、第４図は実施の形態を示すフローチャートであり、第５図は省電力の誤差を示す特性線図である。

以下に、本発明にかかるインバータ装置における省電力効果表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態
第１図にて本実施形態の全体のブロックを示す。第１図においては、電源側が商用電源（図示省略）に接続され負荷側が例えば誘導電動機（図示省略）に接続されたインバータ主回路１と、このインバータ主回路１内のインバータ部１３のスイッチング素子をオン／オフ制御するインバータ制御回路２とからなる。インバータ主回路１は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１１、直流電圧を平滑するコンデンサ１２、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子であるトランジスタとダイオードによって構成されるインバータ部１３によって構成される。
インバータ部１３のスイッチング素子を制御するインバータ制御回路２は、マイクロコンピュータ（以下ＣＰＵという）２０、このＣＰＵ２０に接続される不揮発性メモリ６０および表示器７０を有している。また、ＣＰＵ２０は、あらかじめソフトウェアにて構成されている各手段を格納し、インバータ部１３にＰＷＭ波形情報を出力する機能を有している。
このＣＰＵ２０に格納された各手段は、次のようなものである。インバータ主回路１のインバータ部１３の出力電流すなわちインバータ部の出力であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相各々の出力電流を検出する出力電流検出手段２１、この出力電流検出手段２１で得た三相電流を位相に応じて二相電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する二相電流生成手段２２を有し、また、外部からアナログ値あるいはデジタル値で入力された周波数指令値を検出する周波数指令値入力手段３１、周波数指令値入力手段３１で検出された周波数指令値と加減速時間から出力周波数を計算する出力周波数計算手段３２、出力周波数計算手段３２で計算された出力周波数からソフトウェアの処理時間に応じて位相角を計算する出力位相計算手段３３を有し、インバータ主回路１のコンデンサ１２の両端の電圧を検出する母線電圧検出手段４１、母線電圧検出手段４１で検出した母線電圧の値に応じて出力電圧を補正する機能を有すると共に出力周波数計算手段３２で計算された出力周波数に対応した出力電圧Ｖｄ、Ｖｑを計算する出力電圧計算手段４２を有し、出力位相計算手段３３で求められた位相と出力電圧計算手殴４２で求められた電圧とからインバータの出力であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相各々に出力する３相電圧を生成する３相電圧生成手段４３、３相電圧生成手段４３で求められた３相電圧を各々三角波と比較しインバータ部１３のトランジスタをオン／オフするための３相のスイッチング信号を作成しインバータ部１３に出力するＰＷＭ波形出力手段４４を有する。
更に、二相電流生成手段２２で得たＩｄ，Ｉｑと出力電圧計算手段４２で得たＶｄ、Ｖｑから消費電力を求める消費電力計算手段５１、インバータ運転と商用運転とを比較した場合の電力特性データを格納し、消費電力計算手段５１で得た消費電力から省電力効果を求める省電力効果生成手段５２を有し、この省電力効果生成手段５２にて求められた省電力効果を表示器７０にて表示しおよび不揮発性メモリ６０にて記憶するための表示通信手段７１およびメモリ交信手段６１を有する。この場合、メモリ交信手段６１は、不揮発性メモリ６０のデータを読み出しまたは書き込むためのものである。
次に第１図のブロックについて動作を説明する。ＣＰＵ２０にて周波数指令値入力手段３１によって出力すべき周波数が入力されると、周波数指令値入力手段３１では、外部から得た周波数指令値情報をＣＰＵ２０内部で取り扱う周波数設定値のデータ形式に変換し、出力周波数計算手段３２に受け渡す。出力周波数計算手段３２は、周波数設定値と、あらかじめ不揮発性メモリ６０に保存されている加減速時間情報とから、加速中、定速中、減速中などの内部状態に応じて現在の出力周波数を計算する。出力位相計算手段３３では、出力周波数のデータをもとにＣＰＵ２０の演算周期に応じて出力位相を進める。
一方、母線電圧検出手段４１では常にインバータ主回路１の母線電圧を検出しており、検出した値をＣＰＵ２０内部で取り扱う電圧データの形式に変換し、出力電圧計算手段４２に受け渡す。出力電圧計算手段４２は予め不揮発性メモリ６０に保存されている出力周波数／出力電圧の関係式にもとづき、出力周波数計算手段３２で計算された出力周波数対応した出力電圧に対し、母線電圧検出手段４１から得た母線電圧に応じた補正を行い、出力電圧Ｖｄ、Ｖｑを決定する。
現在の出力位相と出力電圧とが決まれば、両データを用いて、３相電圧生成手段４３にて２相／３相変換により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各々に出力する３相電圧が生成される。ここで求められた３相電圧はＰＷＭ波形出力手段４４に受け渡され、各々三角波と比較され、インバータ部１３のトランジスタをオン／オフするための３相のスイッチング信号としてインバータ部１３に出力される。
一方、出力電流検出手段２１で検出した３相出力電流は、二相電流生成手段２２に受け渡され、位相に応じて二相電流Ｉｄ、Ｉｑに変換される。その後、Ｉｄ、Ｉｑは消費電力計算手段５１に受け渡され、この消費電力計算手段５１では、二相電流生成手段２２で得たＩｄ、Ｉｑと、出力電圧計算手段４２で得たＶｄ、Ｖｑから次式（１）のようにしてインバータ装置運転時の消費電力を得る。すなわち、瞬時消費電力Ｐ’は次のようになる。
Ｐ’＝Ｋ＊｜Ｖｑ＊Ｉｑ＋Ｖｄ＊Ｉｄ｜・・・（１）
ここでＫは、インバータでのロス分を示す係数である。こうして消費電力計算手段５１では、インバータ装置運転時の瞬時消費電力Ｐ’が得られることになる。
次に省電力効果生成手段５２について述べる。第２図は一般的に知られる商用運転での吐出側ダンパ制御時及びインバータ運転時の、風量に対する消費電力Ｐ２およびＰ１の特性を示しており、第３図は商用運転での吸込側ダンパ制御時及びインバータ運転時の、風量に対する消費電力Ｐ３およびＰ１の特性を示している。また、第２図、第３図において、Ｐ４，Ｐ５は、風量に対する各々商用運転でのダンパ制御時とインバータ運転時との消費電力の差分を示し、Ｐ４とＰ５とは次のようになる。
インバータ運転時の吐出側ダンパと比較した場合の消費電力の差分；
Ｐ４＝Ｐ２−Ｐ１・・・（２）
インバータ運転時の吸込側ダンパと比較した場合の消費電力の差分；
Ｐ５＝Ｐ３−Ｐ１・・・（３）
省電力効果生成手段５２は、内部に上述の消費電力の差分Ｐ４，Ｐ５のデータを有しており、演算に際し吐出側ダンパとの差分Ｐ４を採用するか、吸込側ダンパとの差分Ｐ５を採用するかは選択可能である。そして、省電力効果生成手段５２ではインバータの出力周波数に応じて消費電力の差分Ｐ４，Ｐ５の値を求め、次式（４）の省電力効果ΔＰを算出する。
ΔＰ＝Ｐ４＊Ｐ’／Ｐ１あるいはＰ５＊Ｐ’／Ｐ１・・・（４）
この式の省電力効果は、特性としての消費電力の差分を現在のインバータ運転に換算させた省電力量である。従って、現在のインバータ運転における消費電力の差分となる。
また、省電力効果ΔＰは一定間隔で累積され、例えば一定期間の省電力量を得るための省電力効果積算値はΣΔＰとして次式（５）のように計算される。
ΣΔＰ＝ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３＋…ΔＰｎ＋… ・・・（５）
第４図は、本実施形態にかかる省電力効果のフローチャートである。第４図にて、ステップ５０１では消費電力計算手段５１にて瞬時消費電力Ｐ’を求め、ステップ５０２にて現在の出力周波数に応じてインバータ制御の消費電力Ｐ１を得て、ステップ５０３にて商用運転の比較対象は吐出側か吸込側かを判定し、ステップ５０４にて吐出側の場合差分Ｐ４を推定し、ステップ５０５にて省電力効果ΔＰを演算する。また、ステップ５０６にて吸込側の場合差分Ｐ５を推定し、ステップ５０７にて省電力効果ΔＰを演算する。そして、ステップ５０８にて省電力積算値を得る。
以上の結果、瞬時消費電力Ｐ’を求め、電力特性データにてＰ４，Ｐ５を推定し、省電力効果ΔＰを求め、そして省電力効果積算値ΣΔＰを求めることは、特別な測定装置等の周辺機器を必要とせず、インバータ制御回路のみで演算することができる。また、この演算はＣＰＵでのサンプリングによるものであるので、従来のようなサンプリングの粗さも問題とならない。
また、上記省電力効果ΔＰは実際に変化する電力（電流）を加味して計算されるため、外力や装置の経年劣化や環境変化等による負荷の変化に応じた正確な値が算出可能である。
更に、上記省電力効果積算値ΣΔＰはインバータ装置内部で時系列的に累積されるため、加減速時の過渡的な状態も正確に積算値に反映することができる。
このようにして得られた省電力効果ΔＰ、及び省電力効果積算値ΣΔＰは、表示器通信手段７１を通じて、ＣＰＵ２０に接続された表示器７０に表示される。また、殊に省電力効果積算値は、継続的な省電力効果を見ることから不揮発性メモリ６０に蓄積する。
上述のようにインバータ装置に省電力効果の表示を設けたことにより、計算機や他の電力測定装置を用いることなく省電力効果の表示が可能であり、また、インバータ内部で、加減速等の実運転パターンに即した瞬時の消費電力が求められるため、より誤差の少ない省電力効果の積算値が得られるという効果がある。更に、一般的なダンパ制御とインバータ運転時の電力特性データを備え、インバータ運転時の消費電力を乗算して省電力効果を計算することにより、実際の負荷に応じて正確に省電力効果を得ることができるという効果がある。
なお、上記の実施の形態では、表示器７０をインバータ制御回路２に備えた例で説明したが、インバータ制御回路２の外部に設けるようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置における省電力効果表示装置は、現実に即した正確な省電力を得ることができ省電力に寄与するインバータ装置に適している。

Claims

三相交流電動機の運転周波数を変化させるインバータ装置において、
出力周波数と母線電圧から出力電圧計算手段で計算した出力電圧とインバータの出力電流とに基づき消費電力を演算する消費電力計算手段と、この消費電力計算手段で計算されたインバータ運転時の瞬時の消費電力と、商用運転時と比較した場合の電力持性データとから、商用運転に対するインバータ運転時の瞬時の省電力効果を得る省電力効果生成手段と、を備えたことを特徴とするインバータ装置における省電力効果表示装置。
さらに、省電力効果生成手段では省電力効果積算値を得ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のインバータ装置における省電力効果表示装置。
さらに、省電力効果生成手段にて得られた省電力効果または省電力効果の積算値を表示可能としたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のインバータ装置における省電力効果表示装置。
さらに、省電力効果生成手段にて得られた省電力効果または省電力効果の積算値を表示可能としたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のインバータ装置における省電力効果表示装置。
さらに、三相交流電動機の運転周波数を変化させるインバータ装置において、
出力電圧計算手段と電流検出手段との電圧と電流とに基づき消費電力を演算する、消費電力計算手段、及びこの消費電力に基づき省電力効果を得る省電力効果生成手段を備え、消費電力計算手段で計算されたインバータ運転時の瞬時の消費電力と、商用運転時と比較した場合の電力特性データとから、商用運転に対するインバータ運転時の省電力効果を表示し、商用運転時と比較した場合の電力特性データは、一般的なダンパ制御とインバータ運転時の電力特性との比率とし、サンプリング周期毎に計算されるインバータ運転時の消費電力を一般的なインバータ運転時の電力特性に対する比率として乗算することで省電力効果を算出することを特徴とするインバータ装置における省電力効果表示装置。