WO2020039587A1 - 電力変換装置、ポンプ駆動装置、圧送装置、及び圧送装置の制御方法 - Google Patents

電力変換装置、ポンプ駆動装置、圧送装置、及び圧送装置の制御方法 Download PDF

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WO2020039587A1
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pump
lower limit
motor
power conversion
speed
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PCT/JP2018/031405
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竜平 橋本
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株式会社安川電機
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/10—Other safety measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, a pump driving device, a pumping device, and a method of controlling the pumping device.
  • the motor current output to the motor for driving the pump decreases and reaches a preset motor no-load current value, and the motor current does not increase even after a preset time has elapsed.
  • an inverter device which includes a means for promptly stopping the inverter device and outputting an alarm.
  • the present disclosure provides an apparatus that is effective for simplifying a configuration for detecting idling of a pump.
  • a power conversion device includes a power conversion unit that outputs drive power to a motor for driving a pump that pumps a liquid, and a power conversion unit such that the drive speed of the pump follows a target speed.
  • a speed control unit for outputting the driving power, a lower limit line for setting a lower limit value smaller than the driving force of the pump during the steady operation for each driving speed, a storage unit for storing a standby time, and insufficient filling of the liquid in the pump. After detecting the elapse of the standby time from the start of the motor without detecting the driving force, and detecting an insufficient filling of the liquid in the pump when the driving force is smaller than the lower limit line.
  • a pump driving device includes the power conversion device, a motor, and an electric device holding unit fixed to the motor and holding the power conversion device.
  • a pumping device includes the power conversion device, a pump, and a motor.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the power conversion device. It is a graph which illustrates a lower limit line. 5 is a graph illustrating a change over time of a rotation speed and a torque. 5 is a graph illustrating a change over time of a rotation speed and a torque. 5 is a graph illustrating a change over time of a rotation speed and a torque. It is a hardware block diagram of a power converter. It is a flowchart which shows the setting procedure of a lower limit line. It is a flowchart which shows the registration procedure of a waiting time. It is a flowchart which shows a driving
  • the pumping device 1 shown in FIG. 1 includes a pump 20 for pumping a liquid, a pump driving device 10 for driving the pump 20, and a unit base 2 for integrally holding the pumps.
  • the pump 20 is a non-volume rotary pump.
  • the pump 20 is a centrifugal pump such as a centrifugal pump, and has an impeller 21 that pumps liquid by centrifugal force.
  • the pump 20 may be a positive displacement pump or a reciprocating pump such as a diaphragm type or a bellows type.
  • the pump 20 may be any pump as long as the relationship between the driving speed and the driving force during steady operation is determined.
  • the pump driving device 10 includes a motor 11, a power conversion device 100, and an electrical component holding unit 13.
  • the motor 11 is a power source for driving the pump 20.
  • Specific examples of the motor 11 include a rotary synchronous motor or an induction motor.
  • the power conversion device 100 generates AC power for causing the rotation speed of the motor 11 to follow the frequency command (speed command) received from the host controller 300.
  • the power conversion device 100 may generate a frequency command by internal calculation instead of receiving from the upper controller 300, or may hold a preset frequency command internally. The configuration of the power conversion device 100 will be described later in detail.
  • the electrical component holding unit 13 is fixed to the motor 11 and holds the power converter 100.
  • the electrical component holding unit 13 is a case fixed to the outer periphery of the frame of the motor 11 and holds the power converter 100 therein.
  • the power conversion device 100 includes a power conversion unit 111, a speed control unit 112, a current control unit 113, and a current detection unit as functional configurations (hereinafter, referred to as “functional modules”). 114, a determination condition storage unit 121, a speed data acquisition unit 122, a torque data acquisition unit 123, an idling detection unit 124, a standby processing unit 125, a pump abnormality detection unit 126, an input data acquisition unit 131, A lower limit line setting unit 132.
  • the power converter 111 outputs drive power to the motor 11.
  • the power converter 111 outputs to the motor 11 an AC voltage having a voltage amplitude according to the voltage command and a frequency that can follow the magnetic poles of the motor 11.
  • the power converter 111 generates the AC voltage by a PWM (Pulse Width Modulation) method.
  • the power conversion unit 111 may be an inverter that converts the DC power of the DC bus into AC power to generate drive power, or may be a bidirectional switch between the AC power on the AC power supply side and the AC power on the motor 11 side. May be a matrix converter that performs the power conversion.
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to output the driving power so that the driving speed of the pump 20 follows the target speed.
  • the target speed is, for example, a frequency command received from the host controller 300.
  • the target speed may be a frequency command generated by an internal calculation of power conversion device 100 or a frequency command that is set in advance and held inside power conversion device 100.
  • the speed control unit 112 calculates a current command (torque command) for reducing the speed deviation.
  • the current control unit 113 calculates a voltage command for reducing a deviation between the current command calculated by the speed control unit 112 and a current being output to the motor 11 (hereinafter, referred to as “output current”), and Output to conversion section 111.
  • output current a current being output to the motor 11
  • the power converter 111 outputs to the motor 11 the driving power that causes the driving speed of the pump 20 to follow the target speed.
  • Current detection section 114 detects an output current from power conversion section 111 to motor 11.
  • the determination condition storage unit 121 stores conditions for determining whether or not an abnormality has occurred in the operation of the pump 20.
  • the determination condition storage unit 121 stores a lower limit line for detecting insufficient filling of the liquid in the pump 20, a standby time and an idling determination time, and a force fluctuation reference for detecting an abnormality of the pump 20.
  • the lower limit line is a line that defines a lower limit smaller than the driving force (for example, the driving torque) of the pump 20 during the steady operation for each driving speed (for example, the rotation speed).
  • the steady operation refers to an operation state in which the liquid to be pumped (hereinafter, simply referred to as “liquid”) is filled in the pump 20 and the driving speed of the pump 20 matches the target speed.
  • the state in which the liquid is filled in the pump 20 also includes a state in which bubbles are present in the pump 20 to such an extent that the driving force of the pump 20 is not substantially affected.
  • the operation state in which the drive speed of the pump 20 matches the target speed includes a state in which a substantially negligible error occurs between the target speed and the drive speed.
  • the determination condition storage unit 121 may store the lower limit line as data of a point sequence arranged on the line, or may store the lower limit line as a function.
  • the lower limit line may be a line that defines a lower limit value greater than the driving force of the pump 20 in a state where no liquid exists in the pump 20 for each driving speed.
  • the lower limit line L1 is a line between a steady characteristic line L2 representing the relationship between the driving speed and the driving force of the pump 20 during the steady operation, and the driving speed and the driving force of the pump 20 during the complete idling.
  • a line representing the relationship between the driving speed and the lower limit of the driving force between the idling characteristic line L3 indicating the relationship may be used.
  • idling means insufficient filling of the liquid in the pump 20.
  • the time of complete idling means a time when no liquid exists in the pump 20.
  • the case where there is no liquid in the pump 20 also includes the case where droplets are present in the pump 20 to such an extent that the driving force of the pump 20 is not substantially affected.
  • the slip characteristic line itself may be the lower limit line.
  • the standby time may be set to be equal to or longer than the time until the pump 20 is filled with the liquid when the pump 20 is normally started.
  • Normal startup refers to startup in a situation where there is no abnormality in the pump 20 itself, there is no leakage, clogging, blockage, or the like in the flow path in which the pump 20 is arranged, and the liquid volume in the liquid source is sufficient.
  • the speed data acquisition unit 122 acquires data indicating the drive speed of the pump 20 by the motor 11 from the speed control unit 112. For example, the speed data acquisition unit 122 acquires a target speed (for example, the frequency command) as data indicating a drive speed.
  • a target speed for example, the frequency command
  • the torque data acquisition unit 123 acquires data indicating the driving force of the pump 20 by the motor 11 from the current control unit 113. For example, the torque data acquisition unit 123 acquires torque data based on the current value detected by the current detection unit 114.
  • the idling detection unit 124 detects an insufficient filling of the liquid in the pump 20 and notifies the host controller 300 of the detection. In addition, instead of notifying the host controller 300 of the insufficient filling, the idling detecting unit 124 may display that the insufficient filling has been detected on a display unit (not shown) provided in the power conversion device 100. . For example, the idling detection unit 124 derives a lower limit value corresponding to the current driving speed based on the lower limit line, and detects an insufficient filling of the liquid in the pump 20 when the current driving force is smaller than the lower limit value.
  • the current drive speed is data acquired by the speed data acquisition unit 122 immediately before the processing by the idling detection unit 124, for example.
  • the current driving force is, for example, data acquired by the torque data acquisition unit 123 immediately before the processing by the idling detection unit 124. If the duration of the state where the driving force is smaller than the lower limit line is shorter than the above-mentioned idling determination time, the idling detection unit 124 does not detect the idling and continues the duration of the state where the driving force is smaller than the lower limit line. If it is longer than the time, the idling may be detected.
  • the standby processing unit 125 prohibits the idle detection unit 124 from detecting the idle rotation until the standby time elapses from the start of the motor 11. For this reason, the idling detection unit 124 waits for the elapse of the standby time from the start of the motor 11 without detecting idling, and then fills the pump 20 with the liquid when the driving force is smaller than the lower limit line. Detect shortage.
  • detection of idling means detection of idling that is a notification target (for example, a notification target to the user or the upper controller 300) as an abnormal state. That is, simply detecting that the driving force is smaller than the lower limit line without notifying as an abnormal state does not correspond to “idling detection”.
  • the standby processing unit 125 may prohibit the idling detection unit 124 from detecting the idling until the drive speed reaches the target speed after the standby time elapses from the start of the motor 11. In this case, the idling detection unit 124 waits for the drive speed to reach the target speed without detecting the idling, after the standby time elapses from the start of the motor 11. That is, the idling detection unit 124 may wait for the operating state of the motor 11 after startup to shift to the steady operation. Note that “the standby time has elapsed and the drive speed reaches the target speed” does not limit the temporal relationship between the elapse of the standby time and the drive speed reaching the target speed.
  • the standby time has elapsed and the drive speed reaches the target speed means that the standby time has elapsed and the drive speed has reached the target speed after that, and the drive speed has reached the target speed and And when the waiting time elapses.
  • the upper graph of FIG. 4 shows a temporal change of the driving speed after the motor 11 is started.
  • the lower graph of FIG. 4 shows a temporal change of the driving force after the start of the motor 11.
  • the drive speed of the pump 20 by the motor 11 has reached the target speed Vr at time t11.
  • the elapsed time from the start of the motor 11 has reached the standby time T1 at time t12.
  • time t12 is later than time t11. For this reason, the idling detection unit 124 does not detect idling until time t12.
  • the driving force exceeds the lower limit LL1 based on the lower limit line.
  • the driving force is smaller than the lower limit value LL1 even at time t12 due to a shortage of liquid in the liquid source or the like.
  • the idling detection unit 124 detects the idling at the time t13.
  • the drive speed of the pump 20 by the motor 11 has reached the target speed Vr at time t14, which is later than time t12. For this reason, the idling detection unit 124 does not detect idling until time t14.
  • the driving force is smaller than the lower limit LL1 even at time t14 due to a shortage of liquid in the liquid source and the like. After that, the state in which the driving force is smaller than the lower limit value LL1 continues, and the duration from time t14 has reached the idling determination time T2 at time t15. For this reason, the slip detection unit 124 detects the slip at the time t15.
  • the standby processing unit 125 may be configured to prohibit the idling detection unit 124 from detecting the idling even when the driving speed has not reached the idling determination reference speed different from the target speed Vr. .
  • the idling detection unit 124 waits for the drive speed to reach both the target speed and the idling determination reference speed after the standby time elapses from the start of the motor 11 without detecting idling.
  • the slip detection unit 124 does not detect the slip if the target speed Vr is lower than the slip determination reference speed.
  • the idling determination reference speed may be a speed higher than the minimum speed required for pumping the liquid.
  • the pump abnormality detecting unit 126 detects an abnormality of the pump 20 and changes the driving force of the pump 20 when the fluctuation that satisfies the above-mentioned force fluctuation criterion (the force fluctuation criterion stored in the determination condition storage unit 121) occurs. Notify 300. In addition, instead of notifying the host controller 300 of the abnormality of the pump 20, the idling detection unit 124 displays that the abnormality of the pump 20 is detected on a display unit (not shown) provided in the power conversion device 100. May be. Specific examples of the abnormality of the pump 20 include a defect of the impeller 21 and attachment of foreign matter to the impeller 21.
  • the force fluctuation reference includes a reference value of a fluctuation width (difference between a maximum value and a minimum value) within a predetermined sampling period.
  • the pump abnormality detection unit 126 detects an abnormality of the pump 20 when the fluctuation width within the sampling period T3 is larger than the reference value E1 (see FIG. 6).
  • the above-described idling determination time T2 may be set longer than the sampling period T3. In this case, even when the driving force falls below the lower limit value LL1 due to the fluctuation satisfying the force fluctuation criterion, the erroneous detection of the idling is suppressed.
  • the input data acquisition unit 131 acquires input data (hereinafter, referred to as “lower limit input data”) that specifies one drive speed and a lower limit value corresponding to the drive speed.
  • the input data acquisition unit 131 may be configured to acquire a plurality (for example, three or more) of input data having different driving speeds.
  • the input data acquisition unit 131 may be configured to limit the range of drive speeds that can be input. For example, the input data acquisition unit 131 may limit the range of the drive speed that can be input to be equal to or higher than the above-described idling determination reference speed.
  • the input data acquisition unit 131 may be configured to further acquire the input data specifying the standby time. Further, the input data obtaining unit 131 may be configured to further obtain input data specifying the slippage determination time or configured to further obtain input data specifying the force fluctuation reference. Is also good.
  • the input data acquisition unit 131 acquires input data from, for example, the setting computer 200 and registers the input data in the determination condition storage unit 121.
  • the lower limit line setting unit 132 sets a lower limit line so as to interpolate between a plurality of lower limit input data acquired by the input data acquisition unit 131.
  • the lower-limit line setting unit 132 may convert a plurality of lower-limit input data into a function using a linear function, a polynomial function, a spline function, or the like. You may supplement the columns.
  • the lower limit line setting unit 132 may extrapolate outside the range of the plurality of lower limit input data using a linear function, a polynomial function, a spline function, or the like. The extrapolation means that a function within a range of a plurality of lower limit input data is extended to be a function, or a point sequence is supplemented by using the extended function.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the power conversion device 100. As shown in FIG. 7, the power conversion device 100 includes a control circuit 190, a switching circuit 181, and a current sensor 182.
  • the control circuit 190 includes one or more processors 191, a memory 192, a storage 193, an input / output port 194, and a communication port 195.
  • the storage 193 has a computer-readable storage medium such as a nonvolatile semiconductor memory.
  • the storage medium stores a program for configuring each functional module of the power conversion device 100.
  • the memory 192 temporarily stores the program loaded from the storage medium of the storage 193 and the calculation result by the processor 191.
  • the processor 191 configures each functional module of the power conversion device 100 by executing the above program in cooperation with the memory 192.
  • the input / output port 194 inputs and outputs an electric signal between the switching circuit 181 and the current sensor 182 according to a command from the processor 191.
  • the communication port 195 performs information communication between the setting computer 200 and the host controller 300 according to a command from the processor 191.
  • control circuit 190 is not necessarily limited to one that configures each function by a program.
  • control circuit 190 may be configured with at least a part of the function by a dedicated logic circuit or an ASIC (Application / Specific / Integrated / Circuit) in which the logic is integrated.
  • ASIC Application / Specific / Integrated / Circuit
  • the switching circuit 181 operates according to a command from the control circuit 190 (for example, an electric signal from the input / output port 194), and functions as the power conversion unit 111.
  • the switching circuit 181 outputs the drive power to the motor 11 by switching on and off of a plurality of switching elements according to an electric signal (for example, a gate signal) from the input / output port 194.
  • the switching element is a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), for example.
  • the current sensor 182 operates in accordance with a command from the control circuit 190 (for example, an electric signal from the input / output port 194), and functions as the above-described current detection unit 114.
  • Current sensor 182 detects an output current from switching circuit 181 to motor 11.
  • control procedure executed by the power conversion device 100 will be described as an example of a control method of the pumping device.
  • the control procedure is to output drive power to the drive motor 11 of the pump 20 so that the drive speed of the pump 20 follows the target speed, and to perform insufficient filling of the liquid in the pump 20 after the start of the motor 11. Without detecting a predetermined standby time, and when the driving force is smaller than a lower limit line that determines a lower limit value smaller than the driving force of the pump 20 at the time of steady operation for each driving speed. Detecting insufficient filling of the liquid in the pump 20.
  • the control procedure will be described in detail by dividing it into a lower limit line setting procedure, a standby time registration procedure, and an operating state monitoring procedure.
  • step S01 the input data acquisition unit 131 causes the setting computer 200 to display a screen for acquiring the lower limit input data (hereinafter, referred to as a “lower limit input screen”).
  • step S02 the input data acquisition unit 131 waits for an instruction to register the lower limit input data input on the lower limit input screen.
  • the registration instruction is input, for example, by operating a button on the lower limit input screen (for example, clicking or tapping) on the setting computer 200.
  • step S03 the input data acquisition unit 131 acquires the lower limit input data input to the lower limit input screen from the setting computer 200.
  • step S05 the input data acquisition unit 131 registers the lower limit input data in the determination condition storage unit 121.
  • step S07 the lower limit line setting unit 132 confirms whether the lower limit input data required for setting the lower limit line has been acquired.
  • step S07 when it is determined that the lower limit input data required for setting the lower limit line has not been acquired, the power conversion device 100 returns the process to step S01. Thereafter, the acquisition of the lower limit input data by the input data acquisition unit 131 is repeated until the lower limit input data required for setting the lower limit line is acquired.
  • step S07 when it is determined that the lower limit input data required for setting the lower limit line has been obtained, the power converter 100 executes step S08.
  • step S08 the lower limit line setting unit 132 sets a lower limit line so as to interpolate between the plurality of lower limit input data obtained by the input data obtaining unit 131, and registers the set lower limit line in the determination condition storage unit 121. I do. Thus, the procedure for setting the lower limit line is completed.
  • step S11 the input data acquisition unit 131 causes the setting computer 200 to display a screen for acquiring the standby time (hereinafter, referred to as a “standby time input screen”).
  • step S12 the input data acquisition unit 131 waits for a standby time registration instruction input on the standby time input screen.
  • the registration instruction is input, for example, by operating a button (for example, clicking or tapping) on the standby time input screen in the setting computer 200.
  • step S13 the input data acquisition unit 131 acquires the standby time input on the standby time input screen from the setting computer 200, and registers the standby time in the determination condition storage unit 121. Thus, the procedure for registering the standby time is completed.
  • step S21 the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to start the motor 11 in response to a command or the like from the host controller 300.
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to start outputting drive power to the motor 11.
  • the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to output the driving power so that the driving speed of the pump 20 follows the target speed.
  • step S22 the standby processing unit 125 waits for the elapse of the standby time from the start of the motor 11.
  • step S23 the standby processing unit 125 waits until the drive speed of the pump 20 after the activation of the motor 11 reaches the target speed. During this time, the standby processing unit 125 prohibits the idling detection unit 124 from detecting idling. Note that the execution order of steps S22 and S23 can be reversed.
  • step S24 the idling detection unit 124 checks whether the driving force is smaller than the lower limit line. For example, the idling detection unit 124 derives a lower limit value corresponding to the current driving speed based on the lower limit line, and checks whether the current driving force is smaller than the lower limit value.
  • the current drive speed is data acquired by the speed data acquisition unit 122 immediately before step S24.
  • the current driving force is data obtained by the torque data obtaining unit 123 immediately before step S24.
  • step S24 If it is determined in step S24 that the driving force is smaller than the lower limit line, power conversion device 100 executes step S25.
  • step S25 the idling detection unit 124 checks whether or not the duration of the state where the driving force is smaller than the lower limit line (hereinafter, referred to as “driving force reduced state”) has reached the idling determination time.
  • step S25 when it is determined that the duration of the driving force reduction state has not reached the idling determination time, the power conversion device 100 returns the process to step S24. Thereafter, as long as the driving force reduction state continues, the comparison between the driving force and the lower limit line is repeated until the duration reaches the idling determination time.
  • step S25 when it is determined that the duration of the driving force reduction state has reached the idling determination time, the power conversion device 100 executes steps S26 and S27.
  • step S26 the idling detection unit 124 detects insufficient filling of the liquid in the pump 20.
  • step S27 the idling detection unit 124 notifies the host controller 300 and the like of the insufficient filling of the liquid in the pump 20.
  • the speed control unit 112 may cause the power conversion unit 111 to stop the motor 11 and end the operation state monitoring procedure.
  • step S28 If it is determined in step S24 that the driving force is equal to or greater than the lower limit line, power conversion device 100 executes step S28.
  • step S28 the idling detection unit 124 resets (returns to zero) the duration of the driving force reduction state.
  • step S31 the pump abnormality detection unit 126 confirms whether or not a variation (hereinafter, referred to as “abnormal variation”) has occurred in the driving force of the pump 20 that satisfies the force variation criterion.
  • step S32 the pump abnormality detection unit 126 detects an abnormality of the pump 20.
  • step S33 the pump abnormality detection unit 126 notifies the abnormality of the pump 20 to the host controller 300 and the like.
  • the speed control unit 112 may cause the power conversion unit 111 to stop the motor 11 and end the operation state monitoring procedure.
  • step S34 the power conversion device 100 executes step S34. If it is determined in step S31 that the driving force of the pump 20 has not undergone abnormal fluctuation, the power conversion device 100 executes step S34 without executing steps S32 and S33. In step S34, the speed control unit 112 checks whether there is a command to stop the motor 11 from the host controller 300 or the like.
  • step S34 If it is determined in step S34 that there is no stop command, power conversion device 100 returns the process to step S24. Thereafter, until there is a command to stop the motor 11, the monitoring of the insufficient filling of the liquid in the pump 20 and the monitoring of the abnormality of the pump 20 are continued.
  • the execution order of the monitoring of the insufficient filling of the liquid in the pump 20 (steps S24 to S28) and the monitoring of the abnormality of the pump 20 can be reversed.
  • step S35 the speed control unit 112 causes the power conversion unit 111 to stop the motor 11. For example, the speed control unit 112 stops the output of the driving power from the power conversion unit 111 to the motor 11. Thus, the operation state monitoring procedure is completed.
  • the power conversion device 100 includes the power conversion unit 111 that outputs driving power to the motor 11 for driving the pump 20 that pumps the fluid, and the driving speed of the pump 20 by the motor 11 following the target speed.
  • a lower limit line that determines a lower limit value smaller than the driving force of the pump during the steady operation for each driving speed, and a standby time are stored.
  • the determination condition storage unit 121 does not detect the shortage of the liquid in the pump 20 and waits for the elapse of the standby time from the start of the motor 11.
  • an idling detection unit 124 that detects insufficient filling of the liquid.
  • the idling of the pump 20 is detected simply by comparing the driving force with the lower limit line, the idling may be detected even in a state where the pump 20 is waiting for the filling of the liquid into the pump 20 at startup. Becomes
  • the idling detection unit 124 waits for a predetermined standby time to elapse from the start of the motor 11 without detecting the shortage of the liquid in the pump 20. As a result, detection of idling during startup is suppressed. For this reason, the idling of the pump 20 can be detected with high reliability based on the information obtained in the power conversion unit 111. Therefore, the configuration for detecting idling of the pump 20 can be simplified by effectively utilizing the information obtained in the power conversion unit 111.
  • the determination condition storage unit 121 may store a lower limit line that defines a lower limit larger than the driving force of the pump 20 in a situation where no liquid exists in the pump 20 for each driving speed. In this case, shortage of the liquid in the pump 20 can be detected at an early stage.
  • the determination condition storage unit 121 may store a standby time that is set to be equal to or longer than the time until the pump 20 is filled with the liquid when the pump 20 is normally started. In this case, it is possible to further suppress the detection of idling during startup.
  • the idling detection unit 124 may wait for the drive speed to reach the target speed after the standby time elapses from the start of the motor 11 without detecting insufficient filling of the liquid in the pump 20. In this case, it is possible to further suppress the detection of idling during startup.
  • the power conversion device 100 includes an input data acquisition unit 131 that acquires input data specifying one drive speed and a lower limit value corresponding to the drive speed, and a plurality of input data acquired by the input data acquisition unit. And a lower-limit line setting unit 132 that sets a lower-limit line so as to interpolate. In this case, the lower limit line can be easily set.

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Abstract

電力変換装置（１００）は、流体を圧送するポンプ（２０）の駆動用のモータ（１１）に駆動電力を出力する電力変換部（１１１）と、モータ（１１）によるポンプ（２０）の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部（１１１）に駆動電力を出力させる速度制御部（１１２）と、定常運転時における前記ポンプの駆動力よりも小さい下限値を前記駆動速度ごとに定める下限ラインと、待機時間とを記憶する判定条件記憶部（１２１）と、ポンプ（２０）内の液体の不足を検出することなく、モータ（１１）の起動時から待機時間が経過するのを待機した後、駆動力が下限ラインより小さい場合にポンプ（２０）内の液体の充填不足を検出する空転検出部（１２４）と、を備える。

Description

電力変換装置、ポンプ駆動装置、圧送装置、及び圧送装置の制御方法
　本開示は、電力変換装置、ポンプ駆動装置、圧送装置、及び圧送装置の制御方法に関する。
　特許文献１には、ポンプの駆動用の電動機に出力する電動機電流が、あらかじめ設定した電動機無負荷電流値に低下して到達し、かつ、あらかじめ設定した時間が経過しても電動機電流が増加しない場合には、速やかにインバータ装置を停止させると共に、警報を出力する手段を備えるインバータ装置が開示されている。
特開平６－１６５５２１号公報
　本開示は、ポンプの空転を検出するための構成の簡素化に有効な装置を提供する。
　本開示の一側面に係る電力変換装置は、液体を圧送するポンプの駆動用のモータに駆動電力を出力する電力変換部と、ポンプの駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部に駆動電力を出力させる速度制御部と、定常運転時におけるポンプの駆動力よりも小さい下限値を駆動速度ごとに定める下限ラインと、待機時間とを記憶する記憶部と、ポンプ内の液体の充填不足を検出することなく、モータの起動時から待機時間が経過するのを待機した後、駆動力が下限ラインより小さい場合にポンプ内の液体の充填不足を検出する空転検出部と、を備える。
　本開示の他の側面に係るポンプ駆動装置は、上記電力変換装置と、モータと、モータに固定され、電力変換装置を保持する電装保持部と、を備える。
　本開示の更に他の側面に係る圧送装置は、上記電力変換装置と、ポンプと、モータと、を備える。
　本開示によれば、ポンプの空転を検出するための構成の簡素化に有効な装置を提供することができる。
圧送装置の側面図である。 電力変換装置の機能的な構成を示すブロック図である。 下限ラインを例示するグラフである。 回転速度及びトルクの経時変化を例示するグラフである。 回転速度及びトルクの経時変化を例示するグラフである。 回転速度及びトルクの経時変化を例示するグラフである。 電力変換装置のハードウェア構成図である。 下限ラインの設定手順を示すフローチャートである。 待機時間の登録手順を示すフローチャートである。 運転状態監視手順を示すフローチャートである。
　以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
〔圧送装置〕
（全体構成）
　図１に示す圧送装置１は、液体を圧送するポンプ２０と、ポンプ２０を駆動するポンプ駆動装置１０と、これらを一体的に保持するユニットベース２とを備える。
　ポンプ２０は、非容積型の回転式ポンプである。例えばポンプ２０は、渦巻ポンプ等の遠心ポンプであり、遠心力により液体を圧送するインペラ２１を有する。なお、ポンプ２０は、容積型のポンプであってもよいし、ダイヤフラム式又はベローズ式等の往復式ポンプであってもよい。ポンプ２０は、定常運転時における駆動速度と駆動力との関係が定まるものであればいかなるポンプであってもよい。
　ポンプ駆動装置１０は、モータ１１と、電力変換装置１００と、電装保持部１３とを有する。モータ１１は、ポンプ２０の駆動用の動力源である。モータ１１の具体例としては、回転型の同期電動機又は誘導電動機等が挙げられる。
　電力変換装置１００は、上位コントローラ３００から受信した周波数指令（速度指令）にモータ１１の回転速度を追従させるための交流電力を生成する。なお、電力変換装置１００は、上位コントローラ３００からの受信に代えて周波数指令を内部演算で生成してもよいし、予め設定された周波数指令を内部に保持していてもよい。電力変換装置１００の構成については後に詳述する。
　電装保持部１３は、モータ１１に固定され、電力変換装置１００を保持する。例えば電装保持部１３は、モータ１１のフレーム外周に固定されたケースであり、その内部に電力変換装置１００を保持する。
（電力変換装置）
　続いて、電力変換装置１００の構成を詳細に説明する。図２に示すように、電力変換装置１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、電力変換部１１１と、速度制御部１１２と、電流制御部１１３と、電流検出部１１４と、判定条件記憶部１２１と、速度データ取得部１２２と、トルクデータ取得部１２３と、空転検出部１２４と、待機処理部１２５と、ポンプ異常検出部１２６と、入力データ取得部１３１と、下限ライン設定部１３２とを有する。
　電力変換部１１１は、モータ１１に駆動電力を出力する。例えば電力変換部１１１は、電圧指令に応じた電圧振幅にて、モータ１１の磁極に追従可能な周波数の交流電圧をモータ１１に出力する。例えば電力変換部１１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により上記交流電圧を生成する。電力変換部１１１は、直流母線の直流電力を交流電力に変換して駆動電力を生成するインバータであってもよいし、交流電源側の交流電力とモータ１１側の交流電力との間で双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータであってもよい。
　速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。目標速度は、例えば上位コントローラ３００から受信した周波数指令である。目標速度は、電力変換装置１００の内部演算により生成された周波数指令であってもよいし、予め設定され電力変換装置１００の内部に保持された周波数指令であってもよい。速度制御部１１２は、速度偏差を縮小するための電流指令（トルク指令）を算出する。
　電流制御部１１３は、速度制御部１１２により算出された電流指令と、モータ１１に出力中の電流（以下、「出力電流」という。）との偏差を縮小するための電圧指令を算出し、電力変換部１１１に出力する。これにより、電力変換部１１１は、ポンプ２０の駆動速度を目標速度に追従させる駆動電力をモータ１１に出力する。電流検出部１１４は、電力変換部１１１からモータ１１への出力電流を検出する。
　判定条件記憶部１２１（記憶部）は、ポンプ２０の動作に異常が生じているか否かを判定するための条件を記憶する。例えば判定条件記憶部１２１は、ポンプ２０内の液体の充填不足を検出するための下限ラインと、待機時間及び空転判定時間と、ポンプ２０の異常を検出するための力変動基準とを記憶する。
　下限ラインは、定常運転時におけるポンプ２０の駆動力（例えば駆動トルク）よりも小さい下限値を駆動速度（例えば回転速度）ごとに定めるラインである。定常運転とは、圧送対象の液体（以下、単に「液体」という。）がポンプ２０内に充填され、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に一致した運転状態を意味する。液体がポンプ２０内に充填された状態は、ポンプ２０の駆動力に実質的に影響しない程度の気泡がポンプ２０内に存在する状態も含む。また、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に一致した運転状態は、目標速度と駆動速度と間に実質的に無視可能な誤差が生じている状態も含む。
　判定条件記憶部１２１は、下限ラインを当該ライン上に並ぶ点列のデータとして記憶していてもよく、下限ラインを関数として記憶していてもよい。下限ラインは、ポンプ２０内に液体が存在しない状況におけるポンプ２０の駆動力よりも大きい下限値を駆動速度ごとに定めるラインであってもよい。
　例えば図３に示すように、下限ラインＬ１は、定常運転時におけるポンプ２０の駆動速度と駆動力との関係を表す定常特性ラインＬ２と、完全空転時におけるポンプ２０の駆動速度と駆動力との関係を示す空転特性ラインＬ３との間において駆動速度と駆動力の下限値との関係を表すラインであってもよい。なお、空転とは、ポンプ２０内の液体の充填不足を意味する。また、完全空転時とは、ポンプ２０内に液体が存在しない時を意味する。ポンプ２０内に液体が存在しない時は、ポンプ２０の駆動力に実質的に影響しない程度の液滴がポンプ２０内に存在している時も含む。なお、空転特性ライン自体が下限ラインとされていてもよい。
　上記待機時間は、ポンプ２０の正常起動において当該ポンプ２０内に液体が充填されるまでの時間以上に設定されていてもよい。正常起動とは、ポンプ２０自体に異常がなく、ポンプ２０が配置される流路にも漏れ、詰まり、閉塞等がなく、液源における液量が十分である状況における起動を意味する。
　速度データ取得部１２２は、モータ１１によるポンプ２０の駆動速度を示すデータを速度制御部１１２から取得する。例えば速度データ取得部１２２は、駆動速度を示すデータとして目標速度（例えば上記周波数指令）を取得する。
　トルクデータ取得部１２３は、モータ１１によるポンプ２０の駆動力を示すデータを電流制御部１１３から取得する。例えばトルクデータ取得部１２３は、電流検出部１１４により検出される電流値に基づくトルクデータを取得する。
　空転検出部１２４は、駆動力が上記下限ラインより小さい場合にポンプ２０内の液体の充填不足を検出し、上位コントローラ３００に報知する。なお、空転検出部１２４は、充填不足を上位コントローラ３００に報知するのに代えて、電力変換装置１００に設けられた表示部（不図示）に、充填不足を検出したことを表示してもよい。例えば空転検出部１２４は、現在の駆動速度に対応する下限値を下限ラインに基づいて導出し、現在の駆動力が当該下限値よりも小さい場合にポンプ２０内の液体の充填不足を検出する。なお、現在の駆動速度とは、例えば空転検出部１２４による処理の直前に速度データ取得部１２２により取得されるデータである。現在の駆動力とは、例えば空転検出部１２４による処理の直前にトルクデータ取得部１２３により取得されるデータである。空転検出部１２４は、駆動力が上記下限ラインより小さい状態の継続時間が上記空転判定時間より短い場合には空転を検出せずに、駆動力が下限ラインより小さい状態の継続時間が上記空転判定時間以上である場合に空転を検出してもよい。
　待機処理部１２５は、モータ１１の起動時から上記待機時間が経過するまでは、空転検出部１２４による空転の検出を禁止する。このため、空転検出部１２４は、空転を検出することなくモータ１１の起動時から上記待機時間が経過するのを待機した後、駆動力が上記下限ラインより小さい場合にポンプ２０内の液体の充填不足を検出する。なお、ここでの「空転の検出」とは、異常状態としての報知対象（例えばユーザ又は上位コントローラ３００への報知対象）となる空転の検出を意味する。すなわち、異常状態としての報知を伴わずに、単に駆動力が下限ラインよりも小さいことを検出することは、「空転の検出」に該当しない。
　待機処理部１２５は、モータ１１の起動時から上記待機時間が経過し、駆動速度が目標速度に到達するまで空転検出部１２４による空転の検出を禁止してもよい。この場合、空転検出部１２４は、空転を検出することなく、モータ１１の起動時から上記待機時間が経過し、駆動速度が目標速度に到達するのを待機する。すなわち空転検出部１２４は、起動後のモータ１１の運転状態が上記定常運転に移行するのを待機してもよい。なお、「待機時間が経過し、駆動速度が目標速度に到達する」とは、待機時間が経過することと、駆動速度が目標速度に到達することとの時間的な前後関係を限定しない。すなわち、「待機時間が経過し、駆動速度が目標速度に到達する」とは、待機時間が経過し、その後に駆動速度が目標速度に到達する場合と、駆動速度が目標速度に到達し、その後に待機時間が経過する場合との両方を含む。
　図４の上のグラフは、モータ１１の起動以降における駆動速度の経時的推移を示している。図４の下のグラフは、モータ１１の起動以降における駆動力の経時的推移を示している。モータ１１によるポンプ２０の駆動速度は、時刻ｔ１１において目標速度Ｖｒに到達している。モータ１１の起動時からの経過時間は時刻ｔ１２において待機時間Ｔ１に達している。図４においては、時刻ｔ１２の方が時刻ｔ１１よりも後である。このため、空転検出部１２４は、時刻ｔ１２までは空転の検出を行わない。
　モータ１１が正常起動される場合、駆動力は、上記下限ラインに基づく下限値ＬＬ１を超える。図４においては、液源における液体の不足等に起因して、時刻ｔ１２においても駆動力が下限値ＬＬ１よりも小さい。その後も、駆動力が下限値ＬＬ１よりも小さい状態が継続し、時刻ｔ１２からの継続時間は時刻ｔ１３において空転判定時間Ｔ２に達している。このため、空転検出部１２４は時刻ｔ１３において空転を検出する。
　図５においては、モータ１１によるポンプ２０の駆動速度が、時刻ｔ１２よりも後の時刻ｔ１４において目標速度Ｖｒに到達している。このため、空転検出部１２４は、時刻ｔ１４までは空転の検出を行わない。図５においても、液源における液体の不足等に起因して、時刻ｔ１４においても駆動力が下限値ＬＬ１よりも小さい。その後も、駆動力が下限値ＬＬ１よりも小さい状態が継続し、時刻ｔ１４からの継続時間は時刻ｔ１５において空転判定時間Ｔ２に達している。このため、空転検出部１２４は時刻ｔ１５において空転を検出する。
　なお、待機処理部１２５は、駆動速度が目標速度Ｖｒとは別の空転判定基準速度に到達していない場合にも、空転検出部１２４による空転の検出を禁止するように構成されていてもよい。この場合、空転検出部１２４は、空転を検出することなく、モータ１１の起動時から上記待機時間が経過し、駆動速度が目標速度及び空転判定基準速度の両方に到達するのを待機する。すなわち空転検出部１２４は、仮に駆動速度が目標速度Ｖｒに到達していても、目標速度Ｖｒが空転判定基準速度より小さい場合には空転の検出を行わない。空転判定基準速度は、液体の圧送に最低限必要とされる速度以上の速度であってもよい。
　ポンプ異常検出部１２６は、ポンプ２０の駆動力に、上記力変動基準（判定条件記憶部１２１が記憶する力変動基準）を満たす変動が生じた場合に、ポンプ２０の異常を検出して上位コントローラ３００に報知する。なお、空転検出部１２４は、ポンプ２０の異常を上位コントローラ３００に報知するのに代えて、電力変換装置１００に設けられた表示部（不図示）に、ポンプ２０の異常を検出したことを表示してもよい。ポンプ２０の異常の具体例としては、インペラ２１の欠損、インペラ２１への異物の付着等が挙げられる。例えば力変動基準は、所定のサンプリング周期内における変動幅（最大値と最小値との差）の基準値を含む。ポンプ異常検出部１２６は、サンプリング周期Ｔ３内での変動幅が基準値Ｅ１より大きい場合に、ポンプ２０の異常を検出する（図６参照）。
　上述した空転判定時間Ｔ２は、サンプリング周期Ｔ３よりも長く設定されていてもよい。この場合、力変動基準を満たす変動に起因して駆動力が下限値ＬＬ１を下回る場合であっても、空転の誤検出が抑制される。
　入力データ取得部１３１は、一つの駆動速度と、当該駆動速度に対応する下限値とを指定する入力データ（以下、「下限入力データ」という。）を取得する。入力データ取得部１３１は、互いに駆動速度の異なる複数（例えば三つ以上）の入力データを取得するように構成されていてもよい。入力データ取得部１３１は、入力可能な駆動速度の範囲を制限するように構成されていてもよい。例えば入力データ取得部１３１は、入力可能な駆動速度の範囲を上記空転判定基準速度以上に制限してもよい。
　入力データ取得部１３１は、上記待機時間を指定する入力データを更に取得するように構成されていてもよい。更に入力データ取得部１３１は、上記空転判定時間を指定する入力データを更に取得するように構成されていてもよいし、上記力変動基準を指定する入力データを更に取得するように構成されていてもよい。入力データ取得部１３１は、例えば設定用コンピュータ２００から入力データを取得し、判定条件記憶部１２１に登録する。
　下限ライン設定部１３２は、入力データ取得部１３１により取得された複数の下限入力データの間を補間するように下限ラインを設定する。例えば下限ライン設定部１３２は、複数の下限入力データ同士の間を、線形関数、多項式関数、又はスプライン関数等により関数化してもよいし、これらの関数を用いて下限入力データ同士の間に点列を補ってもよい。また、下限ライン設定部１３２は、複数の下限入力データの範囲外を、線形関数、多項式関数、又はスプライン関数等により外挿してもよい。外挿とは、複数の下限入力データの範囲内の関数を拡張して関数化するか、拡張した関数を用いて点列を補うことを意味する。
　図７は、電力変換装置１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図７に示すように、電力変換装置１００は、制御回路１９０と、スイッチング回路１８１と、電流センサ１８２とを有する。
　制御回路１９０は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、通信ポート１９５とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。記憶媒体は、電力変換装置１００の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、電力変換装置１００の各機能モジュールを構成する。入出力ポート１９４は、プロセッサ１９１からの指令に従って、スイッチング回路１８１及び電流センサ１８２との間で電気信号の入出力を行う。通信ポート１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、設定用コンピュータ２００及び上位コントローラ３００との間で情報通信を行う。
　なお、制御回路１９０は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１９０は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。
　スイッチング回路１８１は、制御回路１９０からの指令（例えば入出力ポート１９４からの電気信号）に従って動作し、上記電力変換部１１１として機能する。例えばスイッチング回路１８１は、入出力ポート１９４からの電気信号（例えばゲート信号）に従って複数のスイッチング素子のオン、オフを切り替えることにより、上記駆動電力をモータ１１に出力する。スイッチング素子は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等である。
　電流センサ１８２は、制御回路１９０からの指令（例えば入出力ポート１９４からの電気信号）に従って動作し、上述した電流検出部１１４として機能する。電流センサ１８２は、スイッチング回路１８１からモータ１１への出力電流を検出する。
〔圧送装置の制御方法〕
　続いて、圧送装置の制御方法の一例として、電力変換装置１００が実行する制御手順を例示する。この制御手順は、ポンプ２０の駆動用のモータ１１に、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように駆動電力を出力することと、モータ１１の起動後に、ポンプ２０内の液体の充填不足を検出することなく、予め設定された待機時間の経過を待機することと、定常運転時におけるポンプ２０の駆動力よりも小さい下限値を駆動速度ごとに定める下限ラインよりも駆動力が小さい場合にポンプ２０内の液体の充填不足を検出することと、を含む。以下、この制御手順を、下限ラインの設定手順と、待機時間の登録手順と、運転状態監視手順とに分けて詳細に例示する。
（下限ラインの設定手順）
　図８に示すように、電力変換装置１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３を実行する。ステップＳ０１では、入力データ取得部１３１が、上記下限入力データの取得用の画面（以下、「下限入力画面」という。）を設定用コンピュータ２００に表示させる。ステップＳ０２では、入力データ取得部１３１が、下限入力画面に入力された下限入力データの登録指示を待機する。この登録指示は、例えば設定用コンピュータ２００において、下限入力画面のボタンの操作（例えばクリック又はタップ）により入力される。ステップＳ０３では、入力データ取得部１３１が、下限入力画面に入力された下限入力データを設定用コンピュータ２００から取得する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、当該下限入力データを入力データ取得部１３１が判定条件記憶部１２１に登録する。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ０７を実行する。ステップＳ０７では、下限ラインの設定に必要な数の下限入力データが取得されたか否かを下限ライン設定部１３２が確認する。
　ステップＳ０７において、下限ラインの設定に必要な数の下限入力データは取得されていないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ０１に戻す。以後、下限ラインの設定に必要な数の下限入力データが取得されるまで、入力データ取得部１３１による下限入力データの取得が繰り返される。
　ステップＳ０７において、下限ラインの設定に必要な数の下限入力データが取得されたと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ０８を実行する。ステップＳ０８では、下限ライン設定部１３２が、入力データ取得部１３１により取得された複数の下限入力データの間を補間するように下限ラインを設定し、設定した下限ラインを判定条件記憶部１２１に登録する。以上で下限ラインの設定手順が完了する。
（待機時間の登録手順）
　図９に示すように、電力変換装置１００は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を実行する。ステップＳ１１では、入力データ取得部１３１が、上記待機時間の取得用の画面（以下、「待機時間入力画面」という。）を設定用コンピュータ２００に表示させる。ステップＳ１２では、入力データ取得部１３１が、待機時間入力画面に入力された待機時間の登録指示を待機する。この登録指示は、例えば設定用コンピュータ２００において、待機時間入力画面のボタンの操作（例えばクリック又はタップ）により入力される。ステップＳ１３では、入力データ取得部１３１が、待機時間入力画面に入力された待機時間を設定用コンピュータ２００から取得し、判定条件記憶部１２１に登録する。以上で待機時間の登録手順が完了する。
（運転状態監視手順）
　図１０に示すように、電力変換装置１００は、まずステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する。ステップＳ２１では、速度制御部１１２が、上位コントローラ３００からの指令等に応じて電力変換部１１１にモータ１１を起動させる。例えば速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を開始させる。以後、速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。ステップＳ２２では、待機処理部１２５が、モータ１１の起動時から上記待機時間が経過するのを待機する。この間、待機処理部１２５は、空転検出部１２４による空転の検出を禁止する。ステップＳ２３では、待機処理部１２５が、モータ１１の起動後のポンプ２０の駆動速度が目標速度に到達するのを待機する。この間も、待機処理部１２５は、空転検出部１２４による空転の検出を禁止する。なお、ステップＳ２２，Ｓ２３の実行順序は逆転可能である。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ２４を実行する。ステップＳ２４では、駆動力が上記下限ラインより小さいか否かを空転検出部１２４が確認する。例えば空転検出部１２４は、現在の駆動速度に対応する下限値を下限ラインに基づいて導出し、現在の駆動力が当該下限値よりも小さいか否かを確認する。なお、現在の駆動速度とは、ステップＳ２４の直前に速度データ取得部１２２により取得されたデータである。現在の駆動力とは、ステップＳ２４の直前にトルクデータ取得部１２３により取得されたデータである。
　ステップＳ２４において、駆動力が下限ラインより小さいと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ２５を実行する。ステップＳ２５では、駆動力が下限ラインより小さい状態（以下、「駆動力低下状態」という。）の継続時間が上記空転判定時間に到達したか否かを空転検出部１２４が確認する。
　ステップＳ２５において、駆動力低下状態の継続時間が上記空転判定時間に到達していないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ２４に戻す。以後、駆動力低下状態が継続する限り、その継続時間が空転判定時間に到達するまでは駆動力と下限ラインとの比較が繰り返される。
　ステップＳ２５において、駆動力低下状態の継続時間が空転判定時間に到達したと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ２６，Ｓ２７を実行する。ステップＳ２６では、空転検出部１２４がポンプ２０内の液体の充填不足を検出する。ステップＳ２７では、空転検出部１２４がポンプ２０内の液体の充填不足を上位コントローラ３００等に報知する。なお、ステップＳ２７の実行に加え、速度制御部１１２は、電力変換部１１１にモータ１１を停止させて運転状態監視手順を終了させてもよい。
　ステップＳ２４において、駆動力が下限ライン以上であると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ２８を実行する。ステップＳ２８では、空転検出部１２４が、駆動力低下状態の継続時間をリセットする（ゼロに戻す）。
　ステップＳ２７又はステップＳ２８の実行後に、電力変換装置１００はステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、ポンプ異常検出部１２６が、ポンプ２０の駆動力に上記力変動基準を満たす変動（以下、「異常変動」という。）が生じているか否かを確認する。
　ポンプ２０の駆動力に異常変動が生じていると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ３２，Ｓ３３を実行する。ステップＳ３２では、ポンプ異常検出部１２６がポンプ２０の異常を検出する。ステップＳ３３では、ポンプ異常検出部１２６がポンプ２０の異常を上位コントローラ３００等に報知する。なお、ステップＳ３３の実行に加え、速度制御部１１２は、電力変換部１１１にモータ１１を停止させて運転状態監視手順を終了させてもよい。
　次に、電力変換装置１００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３１においてポンプ２０の駆動力に異常変動が生じていないと判定した場合、電力変換装置１００は、ステップＳ３２，Ｓ３３を実行することなくステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、上位コントローラ３００等からのモータ１１の停止指令があるか否かを速度制御部１１２が確認する。
　ステップＳ３４において停止指令はないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ２４に戻す。以後、モータ１１の停止指令があるまでは、ポンプ２０内の液体の充填不足の監視と、ポンプ２０の異常の監視とが継続される。なお、ポンプ２０内の液体の充填不足の監視（ステップＳ２４～Ｓ２８）と、ポンプ２０の異常の監視（ステップＳ３１～Ｓ３３）との実行順序は逆転可能である。
　ステップＳ３４において停止指令があると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、速度制御部１１２が電力変換部１１１にモータ１１を停止させる。例えば速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を停止させる。以上で運転状態監視手順が完了する。
〔本実施形態の効果〕
　以上に説明したように、電力変換装置１００は、流体を圧送するポンプ２０の駆動用のモータ１１に駆動電力を出力する電力変換部１１１と、モータ１１によるポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる速度制御部１１２と、定常運転時における前記ポンプの駆動力よりも小さい下限値を前記駆動速度ごとに定める下限ラインと、待機時間とを記憶する判定条件記憶部１２１と、ポンプ２０内の液体の不足を検出することなく、モータ１１の起動時から待機時間が経過するのを待機した後、駆動力が下限ラインより小さい場合にポンプ２０内の液体の充填不足を検出する空転検出部１２４と、を備える。
　ポンプ２０内の液体が不足すると、定常運転時に比較して駆動力が大きく低下する。そこで、定常運転時におけるポンプ２０の駆動力よりも小さい下限値を駆動速度ごとに定める下限ラインを予め設定しておき、駆動力と下限ラインとを比較することで、ポンプ２０内の液体の充填不足（以下、これを「ポンプ２０の空転」という。）を検出することが可能となる。但し、ポンプ２０の起動時にはポンプ２０内に液体が到達していない場合もあり得る。このため、単に駆動力と下限ラインとを比較するのみでポンプ２０の空転を検出してしまうと、起動時にポンプ２０内への液体の充填を待機している状況でも空転を検出してしまうこととなる。
　これに対し、空転検出部１２４は、ポンプ２０内の液体の不足を検出することなく、モータ１１の起動時から所定の待機時間が経過するのを待機する。これにより、起動中における空転の検出が抑制される。このため、電力変換部１１１において得られる情報に基づいて、高い信頼性でポンプ２０の空転を検出することができる。従って、電力変換部１１１において得られる情報を有効に活用することで、ポンプ２０の空転を検出するための構成の簡素化を図ることができる。
　判定条件記憶部１２１は、ポンプ２０内に液体が存在しない状況におけるポンプ２０の駆動力よりも大きい下限値を駆動速度ごとに定める下限ラインを記憶してもよい。この場合、ポンプ２０内の液体の不足を早期に検出することができる。
　判定条件記憶部１２１は、ポンプ２０の正常起動において当該ポンプ２０内に液体が充填されるまでの時間以上に設定された待機時間を記憶してもよい。この場合、起動中における空転の検出を更に抑制することができる。
　空転検出部１２４は、ポンプ２０内の液体の充填不足を検出することなく、モータ１１の起動時から待機時間が経過し、駆動速度が目標速度に到達するのを待機してもよい。この場合、起動中における空転の検出を更に抑制することができる。
　電力変換装置１００は、一つの駆動速度と、当該駆動速度に対応する下限値とを指定する入力データを取得する入力データ取得部１３１と、入力データ取得部により取得された複数の入力データの間を補間するように下限ラインを設定する下限ライン設定部１３２とを更に備えていてもよい。この場合、下限ラインを容易に設定することができる。
　以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
　１…圧送装置、１０…ポンプ駆動装置、１１…モータ、１３…電装保持部、２０…ポンプ、１００…電力変換装置、１１１…電力変換部、１１２…速度制御部、１２１…判定条件記憶部（記憶部）、１２４…空転検出部、１３１…入力データ取得部、１３２…下限ライン設定部。

Claims (9)

  1. 　液体を圧送するポンプの駆動用のモータに駆動電力を出力する電力変換部と、
    　前記ポンプの駆動速度が目標速度に追従するように、前記電力変換部に前記駆動電力を出力させる速度制御部と、
    　定常運転時における前記ポンプの駆動力よりも小さい下限値を前記駆動速度ごとに定める下限ラインと、待機時間とを記憶する記憶部と、
    　前記ポンプ内の前記液体の充填不足を検出することなく、前記モータの起動時から前記待機時間が経過するのを待機した後、前記駆動力が前記下限ラインより小さい場合に前記ポンプ内の前記液体の充填不足を検出する空転検出部と、を備える電力変換装置。
  2. 　前記記憶部は、前記ポンプ内に前記液体が存在しない状況における前記ポンプの駆動力よりも大きい前記下限値を前記駆動速度ごとに定める前記下限ラインを記憶する、請求項１記載の電力変換装置。
  3. 　前記記憶部は、前記ポンプの正常起動において当該ポンプ内に前記液体が充填されるまでの時間以上に設定された前記待機時間を記憶する、請求項１又は２記載の電力変換装置。
  4. 　前記空転検出部は、前記ポンプ内の前記液体の充填不足を検出することなく、前記モータの起動時から前記待機時間が経過し、前記駆動速度が前記目標速度に到達するのを待機する、請求項１～３のいずれか一項記載の電力変換装置。
  5. 　一つの前記駆動速度と、当該駆動速度に対応する前記下限値とを指定する入力データを取得する入力データ取得部と、
    　前記入力データ取得部により取得された複数の前記入力データの間を補間するように前記下限ラインを設定する下限ライン設定部とを更に備える、請求項１～４のいずれか一項記載の電力変換装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置と、
    　前記モータと、
    　前記モータに固定され、前記電力変換装置を保持する電装保持部と、を備えるポンプ駆動装置。
  7. 　請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置と、
    　前記ポンプと、
    　前記モータと、を備える圧送装置。
  8. 　前記モータに固定され、前記電力変換装置を保持する電装保持部を更に備える、請求項７記載の圧送装置。
  9. 　液体を圧送するポンプの駆動用のモータに、前記ポンプの駆動速度が目標速度に追従するように駆動電力を出力することと、
    　前記モータの起動後に、前記ポンプ内の前記液体の充填不足を検出することなく、予め設定された待機時間の経過を待機することと、
    　定常運転時における前記ポンプの駆動力よりも小さい下限値を前記駆動速度ごとに定める下限ラインよりも前記駆動力が小さい場合に前記ポンプ内の前記液体の充填不足を検出することと、を含む圧送装置の制御方法。
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