特許 6231456 ヒステリシス電動機用ドライブ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231456

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】ヒステリシス電動機用ドライブ装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 5/74 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H02P5/74

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-209759(P2014-209759)

(22)【出願日】2014年10月14日

(65)【公開番号】特開2016-82638(P2016-82638A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2016年11月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107928

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正則

(72)【発明者】

【氏名】土井 信明

【審査官】 ▲桑▼原 恭雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２０４５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１３３６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０２５８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４１４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８８８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３３１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−１５８６９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−２９５８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６３９２３７８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数台のヒステリシス電動機を駆動するためのインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力側に直列接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの出力側に各々開閉器を介して並列接続された複数台のコンデンサと、
前記リアクトルの出力側に並列接続され、前記複数台のヒステリシス電動機を複数のグループに分岐し、ヒステリシス電動機に並列給電する複数台の分岐スイッチと、
前記複数台のコンデンサ用の開閉器及び前記複数台の分岐スイッチの投入、開放指令を出力する負荷／コンデンサ投入制御器と、
前記インバータ装置及び前記負荷／コンデンサ投入制御器の制御を行うインバータ制御装置と
を具備し、
前記インバータ装置が前記複数台のヒステリシス電動機を定常運転中に、前記インバータ装置が故障するか、または前記インバータ装置が主回路停電となったとき、
前記負荷／コンデンサ投入制御器は、
前記複数台のコンデンサ用の開閉器を順次開放し、開放された各々のコンデンサ容量に見合う定格容量の前記分岐スイッチを各々所定の時間経過後開放して全てのコンデンサ用の開閉器及び分岐スイッチを開放するようにしたことを特徴とするヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【請求項2】

複数台のヒステリシス電動機を駆動するためのインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力側に直列接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの出力側に各々開閉器を介して並列接続された複数台のコンデンサと、
前記リアクトルの出力側に並列接続され、前記複数台のヒステリシス電動機を複数のグループに分岐し、ヒステリシス電動機に並列給電する複数台の分岐スイッチと、
前記複数台のコンデンサ用の開閉器及び前記複数台の分岐スイッチの投入、開放指令を出力する負荷／コンデンサ投入制御器と、
前記インバータ装置及び前記負荷／コンデンサ投入制御器の制御を行うインバータ制御装置と
を具備し、
前記インバータ装置が前記複数台のヒステリシス電動機を定常運転中に、前記インバータ制御装置に保守リクエスト信号が与えられたとき、
前記負荷／コンデンサ投入制御器は、
前記複数台のコンデンサ用の開閉器を１台開放し、開放された各々のコンデンサ容量に見合う定格容量の前記分岐スイッチを所定の時間経過後開放し、以下次のコンデンサ用の開閉器を開放し、当該コンデンサ容量に見合う定格容量の分岐スイッチを所定の時間経過後に開放する動作を次々と行うことによって、全てのコンデンサ用の開閉器及び分岐スイッチを開放するようにしたことを特徴とするヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【請求項3】

複数台のヒステリシス電動機を駆動するためのインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力側に直列接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの出力側に各々開閉器を介して並列接続された複数台のコンデンサと、
前記リアクトルの出力側に並列接続され、前記複数台のヒステリシス電動機を複数のグループに分岐し、ヒステリシス電動機に並列給電する複数台の分岐スイッチと、
前記複数台のコンデンサ用の開閉器及び前記複数台の分岐スイッチの投入、開放指令を出力する負荷／コンデンサ投入制御器と、
前記インバータ装置及び前記負荷／コンデンサ投入制御器の制御を行うインバータ制御装置と
前記インバータ装置の出力電流を検出する電流検出器と
を具備し、
前記インバータ装置が前記複数台のヒステリシス電動機を定常運転中に、前記インバータ制御装置に保守リクエスト信号が与えられたとき、
前記負荷／コンデンサ投入制御器は、
前記電流検出器で検出される電流値が所定の閾値以上となるまで前記複数台のコンデンサ用の開閉器を次々と開放し、次に前記電流値が前記所定の閾値未満となるまで前記分岐スイッチを所定の時間経過後次々と開放し、これらを繰り返すことによって全てのコンデンサ用の開閉器及び分岐スイッチを開放するようにしたことを特徴とするヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【請求項4】

故障または主回路停電が発生してから全てのコンデンサ用の開閉器及び分岐スイッチを開放するまでの処理時間を所定の閾値以内としたことを特徴とする請求項１に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【請求項5】

保守リクエスト信号が与えられてから全てのコンデンサ用の開閉器及び分岐スイッチを開放するまでの処理時間を所定の閾値以内としたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【請求項6】

前記コンデンサ用の開閉器を開放する前に前記インバータ装置の出力電圧を絞るようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【請求項7】

前記所定の時間は、全ての前記コンデンサ用の開閉器及び前記分岐スイッチの動作バラツキ時間を超える値としたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のヒステリシス電動機用ドライブ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、複数台のヒステリシス電動機を並列駆動するヒステリシス電動機用ドライブ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数台のヒステリシス電動機を負荷として駆動するヒステリシス電動機用ドライブ装置においては、リアクトルとコンデンサとから成る力率改善用のフィルタ装置を設けることが普通である。この理由は、ヒステリシス電動機の運転時の力率が極端に悪いためである。フィルタ装置を設けることによってドライブ装置に用いられるインバータの出力力率が改善され、インバータの容量が大幅に低減される。また、力率改善用のフィルタ装置によって出力の電圧波形が改善される効果もある。このような力率改善用のフィルタ装置を備えたヒステリシス電動機用ドライブ装置において、停電再起動時に不安定現象を生じさせないようにする手法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−８８８６３号公報（全体）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に示されたドライブ装置においては、主回路電源が復電したときの停電再起動時にヒステリシス電動機の力率が改善し、そのために力率改善用のフィルタ装置のコンデンサ容量が過補償となる点が指摘され、この対策が示されている。

【0005】

この停電再起動の場合、あるいはドライブ装置に用いるインバータの故障時若しくは保守時にはヒステリシス電動機がフィルタ装置用のコンデンサに接続された状態で切離されてフリーランとなる事象が生じる。このようなとき、フリーラン状態のヒステリシス電動機がコンデンサによって励磁され、端子電圧が急激に上昇する所謂過励磁現象が生ずる恐れがある。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みて為されたもので、主回路停電を含むインバータの異常時若しくは保守時に、ドライブ装置の負荷が切り離されても、過励磁現象を抑制することが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明のヒステリシス電動機用ドライブ装置は、複数台のヒステリシス電動機を駆動するためのインバータ装置と、前記インバータ装置の出力側に直列接続されたリアクトルと、前記リアクトルの出力側に各々開閉器を介して並列接続された複数台のコンデンサと、前記リアクトルの出力側に並列接続され、前記複数台のヒステリシス電動機を複数のグループに分岐し、ヒステリシス電動機に並列給電する複数台の分岐スイッチと、前記複数台のコンデンサ用の開閉器及び前記複数台の分岐スイッチの投入、開放指令を出力する負荷／コンデンサ投入制御器と、前記インバータ装置及び前記負荷／コンデンサ投入制御器の制御を行うインバータ制御装置とを具備し、前記インバータ装置が前記複数台のヒステリシス電動機を定常運転中に、前記インバータ装置が故障するか、または前記インバータ装置が主回路停電となったとき、前記負荷／コンデンサ投入制御器は、前記複数台のコンデンサ用の開閉器を順次開放し、開放された各々のコンデンサ容量に見合う定格容量の前記分岐スイッチを各々所定の時間経過後開放して全てのコンデンサ用の開閉器及び分岐スイッチを開放するようにしたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、インバータの異常時若しくは保守時にドライブ装置の負荷が切り離されても、過励磁現象を抑制することが可能なヒステリシス電動機用ドライブ装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例１に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置のシステム構成図。

【図2】本発明の実施例１に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の動作フローチャート。

【図3】本発明の実施例２に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の動作フローチャート。

【図4】本発明の実施例２の変形例に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の動作フローチャート。

【図5】本発明の実施例３に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の動作フローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

【実施例1】

【0011】

以下，本発明の実施例１に係る電動機用ドライブ装置を図１及び図２に基づいて説明する。

【0012】

図１は本発明の実施例１に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置のシステム構成図である。インバータ装置２は交流電源１から供給される交流電圧をコンバータ２１で直流に変換し、インバータ２２で再び交流に変換して出力する。インバータ２２の出力は切替開閉器３を介してリアクトル４とコンデンサバンク５から成るフィルタ装置が接続されている。コンデンサバンク５はＮ台の開閉器５１１、５１２、・・・、５１Ｎとこれらの開閉器に夫々直列に接続されたＮ台のコンデンサ５２１、５２２、・・・、５２Ｎとから構成されている。そしてコンデンサバンク５の出力側に分岐スイッチ６１、６２、・・・、６Ｎが並列に接続されている。分岐スイッチ６１の出力にはヒステリシス電動機７１１、・・・、７１Ｍが夫々接続されている。同様に分岐スイッチ６２の出力にはヒステリシス電動機７２１・・・、７２Ｍが夫々接続され、分岐スイッチ６Ｎの出力にはヒステリシス電動機７３１、・・・、７ＮＭが夫々接続されている。個々のヒステリシス電動機７３１、・・・、７ＮＭの入力にスイッチが設けられる場合もあるがここでは図示していない。

【0013】

また、切替開閉器３の他方の入力は交流電源１Ａから給電されたインバータ装置２Ａの出力が接続されている。インバータ装置２Ａは基本的にインバータ装置２と同様の内部構成であり、インバータ装置２のバックアップ装置として機能している。尚、交流電源１Ａは交流電源１と同一であっても良い。

【0014】

リアクトル４に流れる電流すなわちインバータ装置２または２Ａの出力電流は電流検出器３１で検出され、インバータ制御装置８に与えられる。インバータ制御装置８には上記のインバータ２２の出力電流の他、インバータ２２の出力電圧等が入力されているがそれらの図示は省略している。インバータ制御装置８はインバータ装置２の制御用であるが、このインバータ制御装置８によってインバータ装置２Ａも同時に制御するように構成しても良い。インバータ制御装置８は、負荷／コンデンサ投入制御器９に対して投入／解放指令を与える。負荷／コンデンサ投入制御器９は与えられた指令に従って分岐スイッチ６１、６２、・・・、６Ｎ及び開閉器５１１、５１２、・・・、５１Ｎの開閉制御を行う。

【0015】

図２は本発明の実施例１に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の異常処理に関する動作フローチャートである。この異常処理は、インバータ制御装置８が処理内容を決め、負荷／コンデンサ投入制御器９を動作させることによって行われる。以下、図２に従って異常処理の内容を説明する。

【0016】

ステップＳ１０でインバータ装置２が全てのヒステリシス電動機７を定常運転しているとき、ステップＳ１１でインバータ装置２が異常となった場合を考える。インバータ装置２の異常とは、故障または主回路停電の何れかとする。尚、主回路停電とはインバータ装置の主回路に給電している電源が停電するなど給電が途切れることを意味する。故障または主回路停電が発生すると、ステップＳ１２でコンデンサの一部または全部を開放する。すなわち、開閉器５１１、５１２、・・・、５１Ｎの一部または全部に開放指令を与える。そしてステップＳ１３において、Ｓ１２で開放されたコンデンサ容量に見合う負荷を切り離す。すなわち分岐スイッチ６１、６２、・・・、６Ｎのうち、上記に見合う一部または全部に開放指令を与える。ここで重要なことは、ステップＳ１２を実施後、所定の時間ΔＴ経過後にステップＳ１３を実行することである。この理由は、コンデンサ用の開閉器５１の動作遅れによって、コンデンサ用開閉器５１が接続された状態で負荷を切り離すことを防止するためである。このΔＴは、開閉器５１１、５１２、・・・、５１Ｎ間の動作遅れ時間のバラツキ及び分岐スイッチ６１、６２、・・・、６Ｎの動作遅れ時間のバラツキ、更に開閉器５１及び分岐スイッチ６１の型式の違いによる動作遅れ時間のバラツキの総和の動作バラツキ時間より大きい値とする。これらの開閉器には通常電磁接触器が用いられるが、上記動作バラツキ時間は長くても１００ｍｓのオーダーであるので、例えばΔＴ＝１０００ｍｓとしておけば充分である。

【0017】

すなわち、この実施例１によれば、インバータ装置２が異常となったとき、全てのコンデンサを切り離し、各々のコンデンサに対応した分岐スイッチを所定時間ΔＴ以上経過後に開放するようにする。ここでΔＴは、全てのコンデンサ用開閉器及び分岐スイッチの動作バラツキ時間（最大の遅れ時間−最小の遅れ時間）を超える値とする。

【0018】

ステップＳ１３終了後未開放のコンデンサがある場合は、ステップＳ１４において残りのコンデンサ及び対応分岐スイッチを上記考え方に基づいて開放する。尚、ステップＳ１４終了後、インバータ装置２の故障の場合はインバータ装置２Ａによるバックアップ運転を、また主回路停電が復電した場合は、インバータ装置２またはインバータ装置２Ａによる停電再起動を行うことになるが、図２にはそれらの処理内容を図示していない。前者の場合、インバータ装置２Ａによって交流電動機７１を順次再接続したとき、インバータ装置２Ａには定常時の電流以上の電流が所定の時間継続して流れることになる。この過負荷時間は図２において一連の処理が終了するまでの時間に略比例する。また、後者の場合も同じ議論が成立する。従って、図２においてステップＳ１１でインバータ装置２が異常となってからステップＳ１４で全てのコンデンサ及び負荷が切り離されるまでの処理時間を所定の閾値以内とし、インバータ装置２Ａまたはインバータ装置２が過負荷トリップしないようにする必要がある。

【実施例2】

【0019】

図３は本発明の実施例２に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の異常処理に関する動作フローチャートである。

【0020】

ステップＳ１０でインバータ装置２が全てのヒステリシス電動機７を定常運転しているとき、ステップＳ１１Ａでインバータ制御装置８に対し保守リクエスト信号が外部から発せられた場合を考える。この場合、インバータ装置２を即時停止して実施例１で示す図２のフローチャートに従って異常処理を行うことも可能である。しかしながら、この場合はインバータ装置２は正常であり、主回路停電も発生していないので、インバータ装置２を動作させたままソフトにインバータ装置２を停止させることが可能となる。以下その内容について説明する。

【0021】

ステップＳ１５において、ｋの初期値を１と設定する。そしてステップＳ１２Ａにおいて開閉器５１ｋを開放することによってコンデンサ５２ｋを開放する。そして時間ΔＴ経過後、分岐スイッチ６ｋを開放する。そしてステップＳ１６で引数ｋに１を加え、ステップＳ１７でｋ＝ＮになるまでステップＳ１２Ａ、Ｓ１３Ａ、Ｓ１６を繰り返す。ステップＳ１７でｋ＝Ｎになれば全ての開閉器５１及び分岐スイッチ６が開放される。そこでステップＳ１８でインバータ装置２を停止する。ステップＳ１８でインバータ装置２を停止したあと、切替開閉器３をバックアップ電源であるインバータ装置２Ａ側に切り替えればインバータ装置２の保守作業が可能となる。このときインバータ装置２Ａを運転した状態で開閉器５２及び分岐スイッチ６を順次投入して再接続することになるがこれらのフローチャート図３上での図示は省略している。

【0022】

尚、この実施例２の場合も、図３において保守リクエスト信号が与えられてからインバータ装置２が停止するまでの処理時間を所定の閾値以内とし、インバータ装置２Ａが過負荷トリップしないようにする必要がある。

【0023】

図４は実施例２の変形例に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の異常処理に関する動作フローチャートである。

【0024】

図４の図３との違いは、ステップＳ１２Ａのコンデンサ５１ｋ開放動作の前にステップＳ１２Ｂとしてインバータ装置２の電圧絞りを挿入した点である。この変形例のように、コンデンサの開放動作の前にインバータ装置２の出力電圧を短時間絞って電圧を下げた状態でコンデンサを開放するようにすれば、コンデンサ開放による過渡擾乱を緩和でき、よりソフトな異常処理を行うことが可能となる。

【実施例3】

【0025】

図５は本発明の実施例３に係るヒステリシス電動機用ドライブ装置の異常処理に関する動作フローチャートである。

【0026】

実施例２の場合と同様、ステップＳ１０でインバータ装置２が全てのヒステリシス電動機７を定常運転しているとき、ステップＳ１１Ａでインバータ制御装置８に対し保守リクエスト信号が外部から発せられた場合を考える。

【0027】

この実施例３の場合は、まず例えば開閉器５１１を開放することによってコンデンサ５２１を開放する。この場合、開放するコンデンサは何れか１台であるのでステップ１２Ｃにコンデンサ１台開放と記してある。そして、ステップＳ１９において、電流検出器３１によって得られる電流が所定値以上になったかどうかチェックする。すなわち、コンデンサを１台開放することによって、インバータ装置２から見た負荷力率が悪くなり出力電流は増大する。この電流の増大が定められた所定の閾値に達したかどうかチェックする。そして、所定の閾値未満であれば再びステップＳ１２Ｃに戻って更に１台、例えば開閉器５１２を開放する。そしてステップＳ１９で電流検出器３１によって得られる電流が所定値以上になったとき、ステップＳ１３Ｂで分岐スイッチ１台、例えば分岐スイッチ６１を開放する。このとき、コンデンサ５１２を開放して時間ΔＴ経過後とする。次にステップＳ２０で全てのコンデンサ用開閉器５１及び分岐スイッチ６が開放されたかをチェックする。ステップＳ２０でＮＯの場合はステップＳ１９に戻り、出力電流をチェックし、依然として出力電流が所定値以上であれば更にステップＳ１３Ｂで分岐スイッチを１台開放し、Ｓ１９で出力電流が減少して所定値満となった場合にはステップＳ１２Ｃに戻ってコンデンサを１台開放する。このように所定の電流閾値を基準としてコンデンサ開放を優先し、電流が閾値を超えたとき負荷を開放することを繰り返すことによって最終的にはステップＳ２０で全てのコンデンサ及び負荷が開放され、ステップＳ１８でインバータ装置２を停止させる。

【0028】

この実施例３の場合も、実施例１、２と同様、図４において保守リクエスト信号が与えられてからインバータ装置２が停止するまでの処理時間を所定の閾値以内とし、インバータ装置２Ａが過負荷トリップしないようにする必要がある。

【0029】

また、この実施例３の場合も、実施例２の変形例と同様、コンデンサ開放の前にインバータ装置２の出力電圧を絞るようにすれば、コンデンサ開放による過渡擾乱を緩和でき、よりソフトな異常処理を行うことが可能となることは明らかである。

【0030】

以上、いくつかの実施例について説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0031】

例えば、図１はコンデンサ用開閉器５１及び分岐スイッチ６がと共にＮ個の場合であるが、必ずしも同一である必要はない。また、各々の分岐スイッチ８で分割されたグループに接続されるヒステリシス電動機の数は同一のＭ台としたが、これも必ずしも同一数である必要はない。

【0032】

また、図１ではコンデンサ５２を分岐スイッチ６の入力側に配置しているが、これを出力側に配置しても良い。

【0033】

また、負荷／コンデンサ投入制御器９はインバータ制御装置８の内部に設ける構成としても良い。

【符号の説明】

【0034】

１、１Ａ 交流電源
２、２Ａ インバータ装置
２１ コンバータ
２２ インバータ
３ 切換開閉器
３１ 電流検出器
４ リアクトル
５ コンデンサバンク
５１、５１１、・・・、５１Ｎ 開閉器
５２、５２１、・・・、５２Ｎ コンデンサ
６、６１、・・・、６Ｎ 分岐スイッチ
７、７１１、・・・、７１Ｍ、７２１、・・・、７２Ｍ、７３１、・・・７ＮＭ ヒステリシス電動機
８ インバータ制御装置
９ 負荷／コンデンサ投入制御器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】