JP2016025720A

JP2016025720A - インバータシステム

Info

Publication number: JP2016025720A
Application number: JP2014147734A
Authority: JP
Inventors: 靖幸原; Yasuyuki Hara
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-02-08

Abstract

【課題】ある任意の相の単相インバータ装置が故障して減相運転となった場合でも、多相負荷に対して平衡交流出力を供給できるインバータシステムを提供する。【解決手段】単相インバータ１１を複数台備え、これら複数台の単相インバータ１１−１〜１１−６出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷１２に供給するインバータシステム１０であって、複数台の単相インバータ１１−１〜１１−６のいずれかが運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により多相負荷１２の減相運転が可能かを制御装置１５の判断部２１で判断する。減相運転が可能な場合、位相計算部２２により、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための各出力電圧指令値の、各インバータ間の位相差を再計算し、各単相インバータの出力電圧指令値の位相を決定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、直流電源をもとに単相交流を出力する単相インバータを複数台備え、これら複数台の単相インバータ出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷に供給するインバータシステムに関する。

多相電動機などの多相負荷に対して多相交流を供給する電源装置として、個別に運転制御可能な単相インバータ装置を複数台備え、これらの単相インバータ装置の交流出力から多相の平衡交流出力を作り出して多相負荷に供給するインバータシステムが用いられている。

例えば、単相インバータ装置を少なくとも４台備え、少なくとも４相の多相電動機を駆動するインバータシステムがある。このようなインバータシステムにおいて、ある任意の相の単相インバータ装置で故障が発生して運転不可となった場合、故障許容台数を超えない限り、残りの単相インバータ装置により、負荷である多相電動機を減相したまま継続運転させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２３２６１７号公報

このように、従来のシステムは、ある任意の相の単相インバータが故障停止した場合、残りの単相インバータにより減相運転をする。この減相運転状態になった場合、故障停止したインバータの出力電圧が欠落するため欠相状態となり、多相電動機を駆動する出力電圧が不平衡になる。このため、電動機の振動が大きくなる問題点があった。

この発明が解決しようとする課題は、ある任意の相の単相インバータ装置が故障して減相運転となった場合でも、多相負荷に対して平衡交流出力を供給できるインバータシステムを提供することにある。

本発明の実施の形態に係るインバータシステムは、直流電源をもとに単相交流を出力する単相インバータを複数台備え、これら複数台の単相インバータ出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷に供給するインバータシステムであって、前記複数台の単相インバータのいずれかが運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により前記多相負荷の減相運転が可能かを判断する判断部と、前記減相運転が可能な場合、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための各単相インバータの出力電圧指令値の、各単相インバータ間の位相差を再計算し、前記運転可能な単相インバータのうち、任意の１台の出力電圧指令値の位相を基準とし、残りの運転可能な単相インバータの出力電圧指令値の位相を、前記再計算された位相差に基づいて決定する位相計算部とを備えたことを特徴とする。

この発明の実施形態によれば、ある相の単相インバータが故障し減相運転の状態において、多相負荷に対して平衡交流電圧を供給でき、多相負荷の減相運転時における振動発生などの不具合を防止できる。

本発明の一実施形態に係るインバータシステムの構成図である。図１で示した制御装置の機能を説明するブロック図である。本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。１台の単相インバータの運転停止に伴う欠相状態の出力波形を示す波形図である。本発明の一実施形態による、減相運転時おける平衡交流出力の波形を示す波形図である。

以下、この発明の実施の形態を図１、図２に基づいて説明する。

図１はこの実施の形態に係るインバータシステムの概略構成図である。このインバータシステム１０は、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６により６相の平衡交流出力を発生する。多相負荷１２としては、相数６相の多相電動機を例示している。勿論、４相以上の任意総数の場合でも同様に適用可能である。

図１において、インバータシステム１０は直流電源１３からの直流電力をもとに、それぞれ単相交流を出力する複数台（この例では、上述のように６相用として６台）の単相インバータ１１−１〜１１−６を備えている。これら６台の単相インバータ１１−１〜１１−６は、制御装置１５により電圧指令値の位相が制御され、インバータシステム１０として、６相の平衡交流出力を作り出し、これを多相負荷である６相の多相電動機１２に供給して駆動する。

この発明の実施形態に係るインバータシステム１０では、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のいずれかが故障等により運転不可となり、多相負荷である多相電動機を減相運転する際、減相状態における平衡交流出力を作り出すことにより、欠相運転に伴う振動発生などの不具合を防止することを課題としている。そのために、制御装置１５は、図２で示すように、減相運転が可能かを判断する判断部２１、及び減相運転時における残りの単相インバータの電圧指令値の位相7を再計算する位相計算部２２を有する。

判断部２１は、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のいずれかが故障等により運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により多相負荷１２の減相運転が可能かを判断する。すなわち、判断部２１は、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６から運転状態信号を入力してその運転状態を監視しており、故障発生などにより運転不可となった単相インバータの有無を検出する。この判断部２１には多相負荷１２を減相運転可能な相数（単相インバータの停止許容台数でもある）が設定されている。したがって、運転不可となった単相インバータ（ここでは１１−４とする）が生じた場合、残りの運転可能な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６による減相運転が可能か否かを、上述した設定値（停止許容台数）との比較により判断する。

位相計算部２２は、上述した減相運転が可能な場合、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための運転可能な各単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の出力電圧指令値の、各単相インバータ間の位相差を再計算する。そして、運転可能な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６のうち、任意の１台（ここでは１１-１とする）の出力電圧指令値の位相を基準とし、残りの運転可能な単相インバータ１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の出力電圧指令値の位相を、再計算された位相差に基づいて決定する。

図４及び図５は、インバータシステム１０からの多相交流出力の波形図であり、図４は６台の単相インバータによる６相の交流出力のうち、１台の単相インバータ（上述のように１１−４とする）が運転不可になったことにより、破線で示す１相が欠けた状態での出力波形を表している。また、図５は残りの５台の運転可能な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６による、位相再計算後の５相（減相状態）での平衡交流出力波形を表している。

次に、この実施の形態の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートにおいて、図１及び図２で示した制御装置１５は、図示しない運転指令判断部により外部からの運転指令の有無を判断する（３０１）。その結果、運転指令中で無いと判断した場合（３０１：Ｎ）、全ての単相インバータ１１−１〜１１−６を停止させる（３０２）。

これに対し、運転指令中（３０１：Ｙ）であれば、図２で示した判断部２１は、各単相インバータ１１−１〜１１−６から運転状態信号を入力してその運転状態を監視し、故障発生などにより運転不可となった単相インバータの有無を判断する（３０３）。その結果、その結果、運転不可となった台数が０の場合（３０３：Ｙ）、全ての単相インバータ１１−１〜１１−６への運転指令を継続する（３０４）。

これに対し、運転不可となった台数が０でない場合（３０３：Ｎ）、運転不可となった台数が、停止許容台数より少ないか、（言い換えると多相負荷１２の減相運転が可能な台数か）を判断する（３０５）。その結果、停止許容台数より少ない（減相運転が可能）場合（３０５：Ｙ）、その後の減相運転時における基準インバータを選定する（３０６）。その後、減相運転時における各単相インバータの電圧指令値位相を再計算し（３０７）、その結果に従って運転可能な単相インバータへの運転指令を出力する（３０８）。

これに対し、停止許容台数より多い（減相運転が不可）場合（３０５：Ｎ）、全単相インバータ１１−１〜１１−６の運転を停止させ（３０９）、処理を終了する。

ここで、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のうち、故障などにより運転不可になった単相インバータは、前述のように１１−４とする。判断ステップ３０５では、運転不可の台数が１台であるから、停止許容台数より少ないものと判断し、多相負荷１２を減相運転することとする。

６台の単相インバータ１１−１〜１１−６が健全であれば、それらの電圧指令値の、各インバータ間の位相差は、３６０°／６＝６０°であり、６相の平衡交流出力が得られる。しかし、１台の単相インバータ１１−４が停止した場合、図４の破線で示したように、その交流出力に対応する相が欠相となる。このため、そのまま減相運転を行うと、電圧不平衡状態となり、多相負荷１２である電動機の振動が大きくなる。

そこで、この発明の実施の形態では、減相運転時においても平衡交流出力を供給して多相負荷１２である電動機の振動増加などの不具合発生を防止している。すなわち、減相運転を行うに当たって、先ず、処理ステップ３０６にて、減相運転時における基準となる単相インバータを、運転可能な残りの単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の中から任意に選定する。基準となる単相インバータとは、各単相インバータに対す電圧指令値の位相の基準となることであり、ここでは、前述のように１１−１とする。

前述のように６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のうち、１台の単相インバータ１１−４が停止したので、残りの単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６による５相の減相運転となる。この場合、各単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の電圧指令値の、各インバータ間の位相差は、３６０°／５＝７２°となる。したがって、単相インバータ１１−１の電圧指令値の位相を基準として、他の単相インバータの電圧指令値の位相を、上述した７２°位相差でそれぞれ決定する。そして、処理ステップ３０８で、各単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６への運転指令を出力することにより、図５で示す５相の平衡交流出力を発生させる。

このように、停止台数が０で無いと判断されると、停止台数が停止許容台数を満足するか判定し、停止許容台数を満たす場合、健全な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６のうち１台（１１−１）を選定して、健全なほかの単相インバータの位相を、インバータシステム１０全体で出力する電圧が平衡交流となるように再計算を行なう。その後、健全な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６に対して運転指令を与えることにより、インバータシステム１０が多相負荷１２へ供給する電圧を平衡交流にすることができる。

すなわち、従来の多相負荷１２の減相運転時の制御は、欠相時に図４のように電圧不平衡を引き起こしていたが、本発明の実施形態によれば、運転不可となった単相インバータを除き、正常な１台の単相インバータの電圧指令値の位相を基準とし、残りの正常な単相インバータの出力電圧指令値の位相を再計算することにより、全体の相数から欠相分を引いた相数で、図５で示す平衡交流を作り出す。このため、欠相運転に伴う振動発生などの不具合を防止することができる。

１０…インバータシステム
１１−１〜１１−６…単相インバータ
１２…多相負荷
１３…直流電源
１５…制御装置
２１…判断部
２２…位相計算部

Claims

直流電源をもとに単相交流を出力する単相インバータを複数台備え、これら複数台の単相インバータ出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷に供給するインバータシステムであって、
前記複数台の単相インバータのいずれかが運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により前記多相負荷の減相運転が可能かを判断する判断部と、
前記減相運転が可能な場合、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための各単相インバータの出力電圧指令値の、各単相インバータ間の位相差を再計算し、前記運転可能な単相インバータのうち、任意の１台の出力電圧指令値の位相を基準とし、残りの運転可能な単相インバータの出力電圧指令値の位相を、前記再計算された位相差に基づいて決定する位相計算部と、
を備えたことを特徴とするインバータシステム。
前記単相インバータは少なくとも４台備え、多相負荷として少なくとも４相の多相電動機を駆動することを特徴とする請求項１に記載のインバータシステム。