特開 2022-49489 電力変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022049489

(43)【公開日】2022-03-29

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220322BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20220322BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20220322BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02P27/06

H02M7/48 L

H02M7/48 N

H02J9/06 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020155717

(22)【出願日】2020-09-16

(71)【出願人】

【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】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(72)【発明者】

【氏名】豆 常瀟

【テーマコード（参考）】

5G015

5H505

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G015FA10

5G015FA16

5G015GA06

5G015GA10

5G015JA05

5G015JA27

5H505CC05

5H505DD05

5H505EE41

5H505EE42

5H505EE49

5H505FF01

5H505GG02

5H505GG04

5H505GG06

5H505HA06

5H505HB01

5H505JJ05

5H505LL01

5H505LL22

5H505MM15

5H770BA01

5H770BA15

5H770CA02

5H770EA01

5H770EA27

5H770FA05

5H770HA02Y

5H770HA02Z

5H770HA03Y

5H770HA03Z

5H770HA05Z

5H770HA07Z

5H770JA17Y

5H770LA03Z

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で電動機のソフトスタートと、負荷装置に対する瞬低補償とを実現する。
【解決手段】
電力変換装置と、交流電源を電動機に対して接続又は遮断する第１開閉器と、電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第２開閉器と、交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第３開閉器と、電力変換装置の出力を負荷装置に対して接続又は遮断する第４開閉器と、を備え、第１開閉器が及び第４開いた状態で、第２開閉器及び第３開閉器がとした状態で、電動機を電力変換装置によりソフトスタートさせ、電動機が所定の回転速度に達した後に、第１開閉器及び第４開閉器を閉状態、第２開閉器及び第３開閉器を開状態とし、電力変換装置から負荷装置に電力を供給するように制御する制御部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から受電可能に接続された電力変換装置と、
前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第２開閉器と、
前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第１開閉器と、
前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第３開閉器と、
前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第４開閉器と、
制御部を備え、
前記制御部は前記第２開閉器及び第３開閉器が閉じた状態且つ、前記第１開閉器及び前記第４開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第１開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第２開閉器を遮断し、次に前記第４開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に、前記第３開閉器を遮断し、前記電力変換装置に瞬低補償動作させること
を特徴とする電力変換システム。

【請求項2】

交流電源から受電可能に接続された電力変換装置と、
前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第２開閉器と、
前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第１開閉器と、
前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第３開閉器と、
前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第４開閉器と、
制御部を備え、
前記制御部は前記第２開閉器及び第３開閉器が閉じた状態且つ、前記第１開閉器及び前記第４開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第１開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第４開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に前記第２開閉器と前記第３開閉器を遮断し、前記電力変換装置を瞬低補償動作させること
を特徴とする電力変換システム。

【請求項3】

前記第１開閉器と前記第２開閉器と前記第３開閉器が開状態且つ、前記第４開閉器が閉状態にて前記電力変換装置を瞬低補償動作させ、
前記第３開閉器を閉じた後、前記第４開閉器の遮断と前記電力変換装置の出力側のゲートブロックを行い、
その後、前記第２開閉器を閉してから、前記電力変換装置にて前記電動機の始動を開始することを、
特徴とする
を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の電力変換システム。

【請求項4】

前記制御部は、
直交する２軸の電動機制御用信号を出力する電動機駆動制御部と、
直交する２軸の電圧制御用信号を出力する瞬低補償制御部と、
直交する２軸の信号入力と基準位相信号に基づき３相の電圧制御信号を生成する逆ｄ／ｑ変換部と、
前記電力変換装置の出力電圧の位相を検出する第１位相検出部と、
前記交流電源の電圧の位相を検出する第２位相検出部と、
前記逆ｄ／ｑ変換部の前記直交する２軸の信号入力を、前記直交する２軸の電動機制御用信号又は前記直交する２軸の電圧制御用信号に切り替える第１の切り替え回路と、
前記逆ｄ／ｑ変換部の前記基準位相信号を、前記第１位相検出部の出力位相又は前記第２位相検出部の出力位相に切り替える第２の切り替え回路と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換システム。

【請求項5】

前記瞬低補償制御部は、前記２軸の電圧制御用信号の基準となる基準電圧回路部を備え、
前記基準電圧回路部は非保持状態では、前記交流電源の振幅に、前記基準電圧回路部の出力が追従し、
前記基準電圧回路部は保持状態では、直前保持状態になる直前の前記交流電源の振幅に追従した、前記基準電圧回路部の出力値を保持して出力し、
前記基準電圧回路部は、前記第３開閉器が遮断された後に基準電圧を保持状態となり、
前記第３開閉器が遮断された後に基準電圧は非保持状態となることを、
を特徴とする請求項４に記載の電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

プラントなどにおいて、雷などに対する瞬時停電対策として、最近では電力用半導体を用いた無停電電源装置（ＵＰＳ）が適用されること多くなっている。また、近年では電力変換装置を用いて大形交流電動機をソフトスタートさせる場合が増加している。

【0003】

例えば、特許文献１には、常時商用給電方式の無停電電源装置における復電時の位相同期処理が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２７３２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来は、同じ商用電源から電動機と重要負荷に電力を供給するシステムでは、電動機の起動に対してソフトスタート用の電力変換装置が使用され、その後、商用電源から直接電力を供給し、重要負荷には瞬低対策として無停電電源装置経由で電力を供給する場合では、電動機を商用電源に同期併入後は、電力変換装置は活用されていなかった。

【0006】

本発明は、簡易な構成で電動機のソフトスタートと、負荷装置に対する瞬低補償とを実現することができる電力変換システム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】

本発明の一態様にかかる電力変換システムは、交流電源から受電可能に接続された電力変換装置と、前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第２開閉器と、前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第１開閉器と、前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第３開閉器と、前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第４開閉器と、制御部を備え、前記制御部は前記第２開閉器及び第３開閉器が閉じた状態且つ、前記第１開閉器及び前記第４開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第１開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第２開閉器を遮断し、次に前記第４開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に、前記第３開閉器を遮断し、前記電力変換装置に瞬低補償動作させることを特徴とする。

【0008】

また、本発明の一態様にかかる電力変換システムは、交流電源から受電可能に接続された電力変換装置と、前記電力変換装置の出力を電動機に対して接続又は遮断する第２開閉器と、前記交流電源を前記電動機に対して接続又は遮断する第１開閉器と、前記交流電源を負荷装置に対して接続又は遮断する第３開閉器と、前記電力変換装置の出力を前記負荷装置に対して接続又は遮断する第４開閉器と、制御部を備え、前記制御部は前記第２開閉器及び第３開閉器が閉じた状態且つ、前記第１開閉器及び前記第４開閉器が開いた状態で、前記電動機に前記電力変換装置から電力を供給し、前記電動機を始動させ、前記電動機が所定の速度に達した後に、前記第１開閉器を閉じて前記電動機を前記交流電源と接続し、前記電動機が前記交流電源から直接電力供給を受電可能とし、その後、前記第４開閉器を閉じて前記負荷装置に前記電力変換装置から電力を供給し、次に前記第２開閉器と前記第３開閉器を遮断し、前記電力変換装置を瞬低補償動作させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、簡易な構成で電動機の始動（ソフトスタート）と、重要負荷に対する瞬低補償とを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態にかかる電力変換システム及びその周辺を例示する図である。

【図2】インバータ制御部の構成例を示す図である。

【図3】一実施形態にかかる電力変換システムの第１動作例を示すタイミングチャートである。

【図4】一実施形態にかかる電力変換システムの第１動作例を示すフローチャートである。

【図5】一実施形態にかかる力変換システムの第２動作例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態にかかる電力変換システムについて説明する。図１は、一実施形態にかかる電力変換システム１及びその周辺を例示する図である。電力変換システム１は、３相の交流電源（商用電源）２から、電動機（Ｍ）３と重要負荷である負荷装置４に電力を供給する。

【0012】

変圧器５の一次側は、電力変換システム１内の後述する第４開閉器４０及び第５開閉器５０と接続されている。変圧器５の二次側は負荷装置４と接続されている。変圧器５は一次側から入力される電力を所定の電圧に変圧し、負荷装置４に供給する。

【0013】

電力変換システム１は、例えば図１に示すように、電力変換装置６、開閉器制御装置７、第１開閉器１０～第５開閉器５０、第１電圧検出部１００、第２電圧検出部２００、第１電流検出部３００及び第２電流検出部４００を有するシステムである。

【0014】

電力変換装置６の入力側は、第５開閉器５０を介して交流電源２と接続されている。電動機３は、第１開閉器１０を介して交流電源２と接続されているとともに、第２開閉器２０を介して電力変換装置６の出力側と接続されている。すなわち、電動機３は、交流電源２から電力の供給を受けることが出来るとともに、電力変換装置６から電力の供給を受けることが出来る。変圧器５の一次側は、第３開閉器３０を介して交流電源２と接続されているとともに、第４開閉器４０を介して電力変換装置６の出力側と接続されている。すなわち、負荷装置４は、変圧器５を介して、交流電源２から電力の供給を受けることが出来るとともに、電力変換装置６から電力の供給を受けることが出来る。

【0015】

電力変換装置６は、コンバータ回路（ＲＥＣ）６０、コンデンサ６１、インバータ回路６２、及びインバータ制御部８を有す。コンバータ回路６０は、入力された交流電力を直流電力に変換し、直流回路のコンデンサ６１に対して出力する。コンデンサ６１は、コンバータ回路６０から入力された直流を平滑化し、インバータ回路６２に対して出力する。インバータ回路６２は、コンデンサ６１から入力された直流電力を所定の電圧及び所定の周波数の交流に変換して出力する。インバータ制御部８は、電力変換装置６を構成する各部を制御するとともに、開閉器制御装置７に対し、制御用の信号を出力する。

【0016】

開閉器制御装置７は、第１開閉器１０～第５開閉器５０を制御するとともに、インバータ制御部８に対し、制御用の信号を出力する。

【0017】

第１電圧検出部１００は、交流電源２の電圧を検出する。

【0018】

第２電圧検出部２００は、電力変換装置６の出力電圧を検出する。

【0019】

第１電流検出部３００は、第１開閉器１０の電動機３側に設置され、第１開閉器１０を介して電動機３に流れる電流を検出する。

【0020】

第２電流検出部４００は、第３開閉器３０の変圧器５側に設置され、第３開閉器３０を介して、変圧器５に流れる電流を検出する。

【0021】

例えば、開閉器制御装置７は、電動機３を始動（ソフトスタート）させるときには、第１開閉器１０及び第４開閉器４０が開いた状態で、第２開閉器２０、第３開閉器３０及び第５開閉器５０を閉じている。負荷装置４には第３開閉器３０及び変圧器５経由で電力が供給されている。この状態で電動機３の加速を開始する。

【0022】

そして、開閉器制御装置７は、電動機３が所定の回転速度に達した後に、第４開閉器４０を閉じて、第３開閉器３０を開くように制御する。いわゆる電動機３を交流電源２に同期併入を行う。このとき、第１電圧検出部１００の検出結果及び第２電圧検出部２００の検出結果に基づき同期をとるように制御する。

【0023】

また、開閉器制御装置７は、第１開閉器１０を閉じた後、第１電流検出部３００の検出結果が所定条件を満たしていることを確認して、第２開閉器２０を開き、また、第４開閉器４０を閉じた後、第２電流検出部４００の検出結果が所定条件を満たしていることを確認して、第３開閉器３０を開くように制御する。

【0024】

なお、開閉器制御装置７は、インバータ制御部８と相互に、又はインバータ制御部８と協業して上述の制御を行ってもよい。

【0025】

次に、インバータ制御部８の具体例について説明する。図２は、インバータ制御部８の構成例を示す図である。図２に示すように、インバータ制御部８は、電動機駆動部８０、位相同期部８１、瞬低補償部８２、逆ｄ／ｑ変換部８３、及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）部８４等を有し、電力変換装置６を構成する各部などを制御する。なお、ｄ／ｑ変換回路とは位相信号を基準にして、入力された３相の交流信号を基準とした位相信号と同相な成分とそれに直効する成分の２軸の成分に変換して出力する回路である。また、逆ｄ／ｑ変換回路は入力された位相信号を基準にして、その逆変換すなわち、２軸の信号を３相の交流信号に逆変換する回路である。

【0026】

なお、インバータ制御部８は、切り替えスイッチＳＷ１ａとＳＷ２ａを備えており、切り替えスイッチＳＷ１ａとＳＷ２ａはそれぞれＡ端子入力と、Ｂ端子入力を備え、それぞれＡ端子入力が選択されている場合はＡ端子入力からの信号を出力し、それぞれＢ端子入力が選択されている場合はＢ端子入力からの信号を出力する。ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａのＡ端子入力側が選択されている場合は電動機駆動モード（電動機のソフトスタートモード）、Ｂ端子入力が選択されている場合は瞬低補償モード（重要負荷にたいする瞬低補償）と、切替えることができるようにされている。

【0027】

また、インバータ制御部８はスイッチＳＷ３ａとスイッチＳＷ４ａが設けられている、スイッチＳＷ３ａとスイッチＳＷ４ａは開状態では値０を出力するが、閉状態ではスイッチＳＷ３ａは速度補正値Δω、スイッチＳＷ４ａは周波数補正値Δｆを出力する。

【0028】

電動機駆動部８０は、電動機３のソフトスタート時に、電動機を駆動するための電圧制御信号を発生する回路である。インバータ制御部８は、電動機駆動部８０において、図示されていない装置から送信される速度基準と、図示されないポジションセンサ、角度センサあるいは速度センサから得られる電動機３の速度帰還ωｒを用いて差分信号を演算し、電動機の回転速度（速度帰還ωｒ）が、速度基準とスイッチＳＷ３ａの出力の和の値に、追従するように速度制御回路８０１から電流制御信号を出力する。

【0029】

また、電動機駆動部８０はインバータ回路６２の出力電流を、図示されない電流センサで検出し、その出力を電流帰還として後述する第１基準位相信号θｅを用いてｄ／ｑ変換回路８０２にてｄ／ｑ返還を行い、その出力と、速度制御回路８０１の出力と差分を行い、電流制御回路８０６に出力して、インバータ回路６２の出力電流が速度制御回路８０１の出力に追従するように信号を出力する。電流制御回路８０６の出力は電動機駆動モードにおける電圧制御信号であり、直交する２軸の電動機制御用信号である。そして、直交する２軸の電動機制御用信号は、切り替えスイッチＳＷ１ａのＡ端子入力に入力される。

【0030】

なお、電動機駆動部８０は、電動機３の速度帰還ωｒに対し、速度制御回路８０１の出力である電流制御信号にすべり演算器８０３の演算結果を加算器で加算し、電気周波数ωｅを求め、電気周波数ωｅを積分回路８０８にて積分した結果を電動機駆動モードにおける電気位相角信号θｅ１として、切り替えスイッチＳＷ２ａのＡ端子入力に出力される。また、電動機駆動部８０は、速度レベル検出回路により、電動機３が交流電源２に同期併入可能な回転速度になったことを検出し、その結果も開閉器制御装置７に対して出力する。また、ＳＷ３ａは、電動機３の同期併入時の位相調整に用いられる。すべり演算器８０３、加算器及び積分回路等で第１位相検出部を構成している。

【0031】

位相同期部８１は、第１電圧検出部１００が検出した電源電圧に対し、ＰＬＬ（phase locked loop）を用いて位相を検出し、各ｄ／ｑ変換回路や逆ｄ／ｑ変換回路への位相信号を出力し、また開閉器制御装置７に対し、開閉器の同期投入のタイミング信号を出力する。同期検出部は第２位相検出部の一例である。例えば、位相検出回路ＰＬＬ１Ａ、ＰＬＬ２Ａは、第１電圧検出部１００の入力がある場合、交流電源２に同期した各々第１電源位相信号θｅ２及び第２電源位相信号θｓを出力する。第１電源位相信号θｅ２は切り替えスイッチＳＷ２ａのＢ端子入力に接続されている。

【0032】

また、ＳＷ４ａは、瞬低補償モードから交流電源２の併入に変わるときの位相調整に用いられる。例えば、位相検出回路ＰＬＬ１Ａは、ＳＷ４ａがオンしている状態では、第１電圧検出部１００から入力信号がある場合、交流電源２に対し、補正周波数△ｆだけ加算された周波数に同期した第１電源位相信号θｅ２を出力する。

【0033】

なお、位相検出回路ＰＬＬ１Ａ、ＰＬＬ２Ａは、第１電圧検出部１００の入力がない場合には、すなわち、交流電源２で瞬低を発生している場合は、予め設定された自走周波数で位相信号を出力する。望ましくは、自走周波数は、交流電源２の周波数あるいは、その近傍の値である。また、望ましくは、位相検出回路ＰＬＬ１Ａは入力信号に対し、自走周波数からの同期引き込み時定数が長くしておき、交流電源２が瞬低から復電したときに、交流電源２の位相と位相検出回路ＰＬＬ１Ａの自走周波数による位相が１８０相違していいても、位相検出回路ＰＬＬ１Ａの出力位相が急変しない様に設定する。急変の許容値は例えば負荷装置４の許容位相変化値や位相変化時の許容過電流から決定する。ここでは位相検出回路ＰＬＬ２Ａは位相検出回路ＰＬＬ１Ａより引き込み時定数（応答速度）が早いものとする。ここでは位相検出回路ＰＬＬ１Ａの出力を第１電源位相信号θｅ２とし、位相検出回路ＰＬＬ２Ａの出力を第２電源位相信号θｓとする。

【0034】

位相同期部８１では、第１電圧検出部１００が検出した交流電源２の電圧を、位相検出回路ＰＬＬ２Ａの出力である第２電源位相信号θｓを基準として、ｄ／ｑ変換回路８１１にてｄ／ｑ変換し、交流電源２の直交した２軸の振幅成分を抽出される。そして、瞬低補償部８２の基準電圧回路８２１に入力される。位相同期部８１では、位相検出回路ＰＬＬ２Ａの出力である第２電源位相信号θｓと、切り替えスイッチＳＷ２ａの出力である第１基準位相信号θｅとを位相比較回路８１２で比較し、両者の差が所定値以下の場合、同期併入時の遮断器を投入するタイミング信号を開閉器制御装置７へ出力する。

【0035】

瞬低補償部８２では、第２電圧検出部２００で検出した電力変換装置６の出力電圧を、第１基準位相信号θｅを基準としてｄ／ｑ変換回路８２２にてｄ／ｑ変換し、基準電圧回路８２１の出力との差分を電圧制御回路８２３に入力する。電圧制御回路８２３の出力は直交する２軸の電圧制御用信号であり、切り替えスイッチＳＷ１ａのＢ端子入力に接続されている。これにより、瞬低補償モードにおいては、切り替えスイッチＳＷ１ａの出力としてＢ端子入力が選択されるので、電圧制御回路は電力変換装置６の出力電圧が基準電圧回路８２１の出力に追従するように、電圧制御回路の出力を制御する。

【0036】

なお、基準電圧回路８２１は入力信号の保持機能を有しており、非保持状態では入力信号に応じた出力を行い、保持状態では保持状態直前の出力を保持し出力し続ける。基準電圧回路８２１は後述の様に、第３開閉器が開となった後の時刻ｔ８Ａに保持状態となり、第３開閉器投入前の時刻ｔ９以降及び時刻ｔ８Ａ以前は非保持状態である。すなわち瞬低が発生している期間は瞬低発生前の値を保持し出力し、それ以外の期間は入力に応じ出力する様に構成される。よって、瞬低期間中も安定した電力を負荷装置４に供給可能である。なお、保持の状態から非保持の状態に移行する場合に、出力電圧の急変を防止するため、何らかの一次遅れ要素（フィルタ）を電圧制御回路の出力側に設けてもよい。

【0037】

逆ｄ／ｑ変換部８３は切り替えスイッチＳＷ１ａからの出力である電圧制御信号を入力とし、スイッチＳＷ２ａからの出力である第１基準位相信号θｅを基準として、逆ｄ／ｑ変換を行い３相の電圧指令信号を生成し、ＰＷＭ部８４へ出力する。ＰＷＭ部８４は電圧指令信号を所定のキャリア信号を用いてＰＷＭ変調し、ゲート信号として、インバータ回路６２を構成するスイッチング素子を駆動する。この構成によりインバータ回路６２は所定の交流電力を出力することができる。

【0038】

なお、図２は電動機３が誘導電動機の場合でセンサ付きベクトル制御の場合の電動機駆動部８０の構成を示しているが、センサレスベクトル制御の構成としてもよい。さらに、電動機３が同期電動機でも、電動機駆動部８０を類似の構成で実現可能である。

【0039】

次に、図３と図４を用いて電力変換システム１の第１動作例について説明する。図３は、電力変換システム１の第１動作例を示すタイミングチャートである。図４は、電力変換システム１の第１動作例を示すフローチャートである。図３に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ６までを電動機駆動モードと呼び、時刻ｔ６から時刻ｔ８Ａを移行モード１と呼び、時刻ｔ８Ａから時刻ｔ９を瞬低補償モードと呼び、時刻ｔ９～時刻ｔ１２を移行モード２と呼ぶ。時刻ｔ１以前では、電力変換システム１は、例えば第３開閉器３０が閉じられて負荷装置４に電源が供給され、第１開閉器１０、第２開閉器２０、第４開閉器４０及び第５開閉器５０が開放され、電動機３の回転速度は０、インバータ制御部８はゲートブロック状態、切り替えスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂはＡ端子入力選択され、スイッチＳＷ３ａ及びＳＷ４ｂは開状態、基準電圧回路８２１は非保持状態を、初期状態として説明を行う。この時刻ｔ１以前のインバータ制御部８の初期状態設定が図４のステップＳ１００に相当する。なお、以降の説明ではフローチャートの各ステップのステップという表記を省略（例えば、ステップＳ１００であれば単にＳ１００と表記する）して説明する。

【0040】

開閉器制御装置７は、Ｓ１０２にて電動機３を始動するか否かを判定する。電動機３を始動させる判定した場合（Ｓ１０２のＹｅｓ）にはＳ１０４の処理に進み、電動機３を始動しないと判定した場合（Ｓ１０２のＮｏ）には処理を継続する。

【0041】

時刻ｔ１に電動機３を始動させる判定した場合、開閉器制御装置７は、Ｓ１０４に進み、第５開閉器５０を閉じ、交流電源２から電力変換装置６に電力を供給する。時刻ｔ２に、開閉器制御装置７は、Ｓ１０６に進み、第２開閉器２０を閉じて、電力変換装置６から電動機３に電力を供給可能な状態とする。

【0042】

次に、時刻ｔ３にて、Ｓ１０８にて、インバータ制御部８がゲートをデブロックさせると、電動機３は、回転速度を徐々に上げるソフトスタートを開始する。

【0043】

Ｓ１１０にてインバータ制御部８は、電動機３から帰還した回転速度ωｒが所定の設定値よりも大きいか（定格回転速度に達したか）否かを判定し、大きいと判定した場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）にはＳ１１２の処理に進み、その他の場合（Ｓ１１０のＮｏ）には処理を継続する。時刻ｔ４にて、電動機３の回転数が定格回転数に達すると、インバータ制御部８は、電動機３の同期併入操作を行うために、Ｓ１１２に進み、時刻ｔ４ＡにＳＷ３ａをオンとして僅かに周波数を交流電源２の周波数とずらして位相調整（いわゆる揃速制御）を行う。

【0044】

次に、Ｓ１１４にてインバータ制御部８は第２電源位相信号θｓと第１基準位相信号θｅの差が所定値以内であるか否かを判定する。インバータ制御部８は、所定値以内であると判定した場合（Ｓ１１４のＹｅｓ）にはＳ１１６の処理に進み、所定値以内でないと判定した場合（Ｓ１１４のＮｏ）には処理を継続する。時刻ｔ５にて、第２電源位相信号θｓと第１基準位相信号θｅの差が所定値以内となると、インバータ制御部８はＳ１１６に進み、開閉器制御装置７を経由して、第１開閉器１０を閉じる投入指令を行い、第１開閉器１０は閉じられ、第１開閉器１０を閉じて交流電源２から電動機３への電力供給が開始される。さらに、スイッチＳＷ３ａをオフとする。

【0045】

次に、開閉器制御装置７はＳ１１８にて、第１開閉器１０の補助接点信号等のアンサーバックと第１電流検出部３００の出力にて通電電流の有無を判定する。開閉器制御装置７は、アンサーバックと通電電流があると判定した場合（Ｓ１１８のＹｅｓ）にはＳ１２０の処理に進み、アンサーバックと通電電流がないと判定した場合（Ｓ１１８のＮｏ）には処理を継続する。時刻ｔ６にて、開閉器制御装置７が、アンサーバックと通電電流があると判定されると、Ｓ１２０に進み第２開閉器２０の開放指令を出力し、第２開閉器２０が開となり、電力変換装置６から電動機３への給電を停止させる。

【0046】

そして、時刻ｔ６ＡにＳ１２２に進み、インバータ制御部８は切り替えスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ２ａの出力選択をＡ端子入力からＢ端子入力に切り替える。これにより、逆ｄ／ｑ変換部８３の入力信号である電圧制御信号は、電動機駆動部８０からの信号から瞬低補償部からの信号に切り替わる。さらに、逆ｄ／ｑ変換部８３の第１基準位相信号θｅも電動機駆動部８０からの速度帰還に基づく信号から、交流電源２の位相に基づく信号に切り替わる。従って、電力変換装置６は交流電源２の電圧と位相に追従するように、その出力電圧は制御されることになる。

【0047】

時刻ｔ７にＳ１２６に進み、開閉器制御装置７は、第４開閉器４０を閉じる投入指令を行い、第４開閉器４０は閉となり、電力変換装置６の出力が負荷装置４に対し、変圧器５を介して接続される。

【0048】

次に、Ｓ１２８にて、開閉器制御装置７は第４開閉器４０が閉じられたことのアンサーバックとインバータ回路６２の出力電流（通電電流）があるか否かを判定し、あると判定した場合（Ｓ１２８のＮｏ）にはＳ１３０の処理に進み、ないと判定した場合（Ｓ１２８のＮｏ）には処理を継続する。時刻ｔ８にて、アンサーバックとインバータ回路６２の出力電流があると判定されると、Ｓ１３０に進み、開閉器制御装置７が第３開閉器３０を開く開放指令を行い、第３開閉器３０が開となると、負荷装置４には電力変換装置６のみから電力が供給される。

【0049】

第４開閉器４０の投入や第３開閉器の開放に伴う交流電源２の過渡現象が終了し電圧が収まった時刻ｔ８ＡにＳ１３２に進み、基準電圧回路８２１は時刻ｔ８ａの値に出力電圧を一定にする保持動作となり、電力変換システム１は、瞬低補償モードの運転となる。すなわち、瞬低補償モードの運転では、基準電圧回路８２１の出力電圧が一定であるため、交流電源２に瞬低が発生しても、電力変換装置６の出力電圧は一定に保たれ、負荷装置４には安定した電力が供給される。

【0050】

電力変換システム１は、瞬低補償モードから商用電源の併入に変わるときに、時刻ｔ９にて、基準電圧回路８２１は出力電圧の値を保持から非保持に切り替える。これにて、電力変換装置６の出力電圧は、交流電源２の電圧に追従するようになる。時刻ｔ９ＡにてＳＷ４ａをオンにして位相調整を行い、時刻ｔ９Ｂにて、位相差が所定の範囲内となったら、第３開閉器３０を閉とし、ＳＷ４ａをオフする。そして、時刻ｔ１０にて、第３開閉器３０のアンサーバック信号と第２電流検出部４００で電流を検出したら、インバータ回路６２のゲートブロックを行い、さらに第４開閉器４０を開放する。そして、時刻ｔ１１にて、切り替えスイッチＳＷ１ａとＳＷ２ａの出力をＡ端子入力側の選択に切り替える。そして、時刻ｔ１２に第２開閉器２０を閉じて、電力変換装置６から電動機３に電力を供給可能な状態とする。

【0051】

時刻ｔ１２以降は電動機駆動モードであり時刻ｔ２～ｔ６までと同様であるので説明は省略する。

【0052】

なお、位相検出回路ＰＬＬ１Ａの引き込み時定数に比べ、瞬低回復後に移行モード２までの時間が十分長くできるシステムの場合は、移行モード２の開始時点で第１電源位相信号θｅ２と、第２電源位相信号θｓはほぼ一致しているので、ＳＷ４ａを省略してよい。さらに、位相検出回路ＰＬＬ２Ａを省略し、第２電源位相信号θｓの代りに第１電源位相信号θｅ２を使用するようにしてもよい。

【0053】

なお、Ｓ１１８及びＳ１２８では各開閉器のアンサーバック信号と通電電流の両方を確認しているが、必要によりいずれか一方あるいは両方とも省略してもよい。

【0054】

次に、電力変換システム１の第２動作例について説明する。図５は、電力変換システム１の第２動作例を示すタイミングチャートである。図５ではインバータ回路６２のゲートブロック及びデブロックのタイミング及び切り替えスイッチＳＷ１ａ，ＳＷ２ａ、スイッチＳＷ３ａ,ＳＷ４ａの動作タイミングは図３と同様であるので記述を省略する。図５に示すように、電力変換システム１は、例えば第３開閉器３０が閉じられて負荷装置４に電源が供給されている状態から、電動機３のソフトスタートを開始させる。

【0055】

まず、電力変換システム１は、時刻ｔ１’に第５開閉器５０を閉じ、時刻ｔ２’に第２開閉器２０を閉じて、電動機３に電力を供給可能な状態とする。

【0056】

時刻ｔ３’に電力変換システム１のインバータ制御部８がインバータ回路６２のゲートをデブロックさせると、電動機３は、回転数を徐々に上げるソフトスタートを開始する。

【0057】

時刻ｔ４’にて電力変換システム１は、電動機３の回転数が定格回転数に達すると、前述の図５と同様に揃速制御を実施し、位相差が所定の範囲内となると、時刻ｔ５’に第１開閉器１０を閉じて交流電源２から電動機３への電源供給を開始する。

【0058】

次に、時刻ｔ６’にて、電力変換システム１は、第４開閉器４０を閉じて電力変換装置６の出力を負荷装置４に対して接続し、さらに時刻ｔ７’にて、第２開閉器２０を開いて電力変換装置６から電動機３への給電を停止させる。

【0059】

その後、時刻ｔ８’にて、電力変換システム１は、第３開閉器３０を開いて交流電源２から負荷装置４へ直接給電することを止める瞬低補償モードとなる。

【0060】

つまり、電力変換システム１の第２動作例では、第２開閉器２０を閉じたままで、第４開閉器４０を閉じるので、第１動作例よりも、遮断器の開閉による交流電源２の電圧動揺を減らすことができる。

【0061】

このように、一実施形態にかかる電力変換システム１は、電動機駆動モードと、瞬低補償モードとを切替えることができ、簡易な構成で電動機のソフトスタートと、負荷装置に対する瞬低補償とを実現することができる。

【0062】

つまり、電力変換システム１は、電動機３のソフトスタート後に電力変換装置６を有効に活用し、系統瞬時停電時においても無停電電源装置無しで瞬低・瞬停を補償し、電気機器に電源の安定供給を行うことができる。

【0063】

なお、インバータ制御部８は、その機能の一部又はすべてを開閉器制御装置７に含めてもよく、開閉器制御装置７は、その機能の一部又はすべてをインバータ制御部８に含めてもよい。さらに、瞬低補償期間を長くするために、直流回路のコンデンサ６１と並列に蓄電池などを設けてもよい。また、瞬低補償部８２の電圧制御にマイナーループ電流制御を追加してもよく、基準電圧に対しての、第２電圧検出部２００からのフィードバックを省略して、オープンループ制御としてもよい。また、基準電圧回路８２１は瞬低検出回路と連動し、瞬低発生直前の電圧を保持するように構成し、瞬低から回復後、非保持状態となる様に構成してもよい。

【符号の説明】

【0064】

１・・・電力変換システム、２・・・交流電源、３・・・電動機、４・・・負荷装置、５・・・変圧器、６・・・電力変換装置、７・・・開閉器制御装置、８・・・インバータ制御部、１０・・・第１開閉器、２０・・・第２開閉器、３０・・・第３開閉器、４０・・・第４開閉器、５０・・・第５開閉器、６０・・・コンバータ回路、６１・・・コンデンサ、６２・・・インバータ回路、８０・・・電動機駆動部、８１・・・位相同期部、８２・・・瞬低補償部、８３・・・逆ｄ／ｑ変換部、８４・・・ＰＷＭ部、１００・・・第１電圧検出部、２００・・・第２電圧検出部、３００・・・第１電流検出部、４００・・・第２電流検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】