JP3050610B2

JP3050610B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3050610B2
Application number: JP2405828A
Authority: JP
Inventors: 利幸 ▲高▼橋; 政司杉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JPH04222497A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力電源で駆動される
駆動電動機（Ｍ）と該駆動電動機にて駆動される発電機
（Ｇ）とから成るＭＧセットの出力電力を可変周波数電
力に変換して負荷に供給する電源装置に係り、特に、Ｍ
Ｇセットの入力電源が瞬間的に停電（以下、瞬停とい
う。）し復電したときＭＧセットを再始動させるのに好
適な電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータは、負荷電動機に可変周波数
の交流電力を供給してその速度制御を行うものであり、
半導体スイッチング素子を用いた静止形のものが多くな
っている。このインバータの上位電源系としてＭＧセッ
トが用いられるのは、電源母線からの入力電力が瞬停し
たとき、負荷電動機への供給電力が低下し負荷電動機で
駆動される系（ポンプ等）へ影響が現れるのを回避する
ためである。つまり、電源母線からの入力電力で駆動さ
れる電動機と、これに機械的に直結され該電動機にて駆
動される発電機とでＭＧセットを構成し、発電機の出力
をインバータへの入力とすることで、電源母線等の上位
電源系で瞬停が発生したとしても、ＭＧセット（通常、
フライホイールを備える。）の慣性により発電機の回転
つまり発電が持続され、これによってインバータへの入
力電力が維持され、負荷への影響を軽減している。尚、
従来技術に関連するものとして、特開平１−２０３９９
７号がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、上位
電源系の瞬停時間が長くなった場合、復電時にＭＧセッ
トの電動機がトルク不足となり、その再加速ができなく
なるという問題がある。この再加速に失敗すると、イン
バータが停止してしまう。また、ＭＧセットが再加速せ
ずにそのまま減速し続け、電動機速度と同期速度とが大
きく離れた状態になると、電動機に大きな始動電流が流
れる。この始動電流が流れ続けると、電動機保護が働い
てＭＧセットがトリップしてしまう。斯かる問題は、慣
性の大きなＭＧセットを使用することで、少しくらい長
い時間瞬停しても慣性力で発電機を回転させ続けること
で回避することができる。しかし、ＭＧセットが大形化
するので、スペース的，経済的に不利になるという問題
がある。

【０００４】本発明の目的は、大形のＭＧセットを用い
ることなく、比較的長い瞬停が発生したときでも、復電
後のＭＧセットの再加速を容易にする電源装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、電力を供給
するための電源母線と、前記電源母線から供給される電
力によって駆動される駆動電動機及び前記駆動電動機に
より駆動されて発電する発電機を有するＭＧセットと、
前記発電機から供給される電力を周波数指令に応じた周
波数の交流電力に変換して負荷電動機に供給するインバ
ータと、前記発電機の回転数を検出する回転数検出手段
と、前記回転数検出手段により検出された前記発電機の
回転数が設定された回転数以下になったときに前記駆動
電動機の負荷トルクが出力トルクを下回るように前記イ
ンバータを制御して前記負荷電動機の回転数を低下させ
る回転数低下手段とを備えたことにより達成される。

【０００６】

【作用】ＭＧセットに電力を供給する電源母線で瞬停が
発生すると、この瞬停はＭＧセットの発電機の回転数低
下により検出することができる。この回転数低下検出時
に、インバータを制御して負荷電動機の回転数を低下さ
せると、ＭＧセットの電動機の負荷トルクが減少し、復
電後のＭＧセットの再加速が容易となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る電源装置の
ブロック構成図であり、インバータ装置２Ａは、ＭＧセ
ット発電機３から電力の供給を受け、負荷電動機１を可
変速駆動する。ＭＧセット駆動電動機４は、電源母線６
より遮断器５を介して電源の供給を受け、ＭＧセット発
電機３を駆動する。インバータ装置２Ａは、入力電圧を
インバータ素子に最適な電圧に降圧するための入力変圧
器１１と、交流を直流に変換するとともに直流電圧を制
御する整流器１２と、平滑回路１３と、直流をスイッチ
ングして所定周波数の交流に変換する逆変換器１４と、
逆変換器１４の出力電圧を負荷電動機１に合った電圧に
昇圧するための出力変圧器１５より成る。インバータ装
置２Ａへの周波数指令ｆは、低値優先回路（ＬＶＧ）２
４，上下限制限器２３，変化率制限器２２を経てインバ
ータ周波数／電圧制御器２１に与えられ、インバータ周
波数／電圧制御器２１は、与えられた周波数指令に見合
う出力電圧及び周波数が負荷電動機１へ出力されるよう
に、整流器１２及び逆変換器１４へのゲートパルスを制
御する。前記の低値優先回路２４のもう一方の入力端子
には、ＭＧセット回転軸に取り付けられた回転計３１か
らのＭＧセット回転数Ｎを示す信号が、信号変換器３２
を通して与えられている。

【０００８】図２は、信号変換器３２への入力となるＭ
Ｇセット回転数Ｎと、その出力である周波数制限指令ｆ
Lとの関係の一例を示すグラフである。図２に例示する
特性では、予め設定された制限開始回転数ＮSになるま
では、周波数制限指令ｆLはＭＧセット回転数Ｎに比例
して増大するが、制限開始回転数ＮSを越えると一定値
（これを１００％とする）となる。

【０００９】図３及び図４は、電源母線６で瞬停が発生
した場合の動作説明図である。図３はＭＧセット回転数
Ｎに対する駆動電動機４の出力トルク特性ＴＭ及びＭＧ
セットの負荷トルク特性ＴＬを示しており、図４はＭＧ
セット入力電源電圧Ｖ、ＭＧセット回転数Ｎ、インバー
タ出力周波数ｆ0の時間変化を示している。

【００１０】本発明実施例での電源装置の動作を従来と
比較するために、先ず、これらの図３，図４を用いて従
来装置の動作を説明する。ＭＧセットの電動機４は誘導
電動機であり、この出力トルク特性は特性曲線ＴＭ１で
示すように同期速度に近いところで極大値を取り、通常
時にはこの極大値の右側の電動機出力ＴＭ１と負荷トル
クＴＬ１とが釣合うＡ点に相当する回転数でＭＧセット
は運転される。入力電源に瞬停が発生しＭＧセットの入
力電源が喪失すると、ＭＧセットはその慣性に従って減
速する。一方、従来装置では、インバータ装置２に周波
数指令ｆが引続き与えられたままとなるので、この周波
数指令に従って出力電圧及び周波数が制御され、ＭＧセ
ット発電機３の出力は一定となる。つまり、ＭＧセット
回転数Ｎが低下した分、ＭＧセットの負荷トルクＴＬ１
は上昇してゆく。更に、復電後には電動機再始動電流に
よってＭＧセットの入力電圧Ｖが低下し、トルク特性も
全体として下がって特性曲線ＴＭ２となる。このため、
ある時点にてＭＧセットへの入力電源が復帰しても、負
荷トルクＴＬ１が電動機の出力トルクＴＭ２を上回って
しまうため、ＭＧセットは再加速が行えず、そのまま減
速し続ける。

【００１１】本実施例では、この従来装置の問題が生じ
ず、復電時のＭＧセットの再加速が容易である。何故な
らば、図１に示す周波数指令の低値優先回路２４が周波
数指令を自動的に小さい値に変化させるからである。即
ち、ＭＧセット回転数Ｎが制限開始回転数ＮS以下に低
下すると、図１における信号変換器３２は図２に示す関
係に従って低値優先回路２４に１００％より小さな周波
数制限指令ｆLを出力するようになる。従って、低値優
先回路２４は信号変換器３２からの制限指令ｆLの方を
選択し、インバータ出力周波数ｆ0はＭＧセット回転数
Ｎの低下に従って下げられる。このため、図３のよう
に、Ｎ＜ＮSではＭＧセットの負荷トルクは特性ＴＬ１
ではなく特性ＴＬ２のように変化し、ＭＧセット回転数
Ｎの減少につれて減少してゆく。ＭＧセット入力電源電
圧Ｖが復電すると、再始動電流による電圧低下で電動機
のトルク特性はＴＭ２のように下がるが、ＭＧセットの
負荷トルクＴＬ２はこの電動機出力トルクＴＭ２よりも
下回っているので、ＭＧセットは再加速を開始する。Ｍ
Ｇセット回転数Ｎが回復するに従い、インバータ出力周
波数ｆ0も回復し、ＭＧセット回転数Ｎが制限開始回転
数ＮSを上回ると、低値優先回路２４は再び周波数指令
ｆを優先するようになり、インバータ出力周波数ｆ0は
復帰する。こうして、ＭＧセット，インバータともに通
常運転状態に正常に復帰する。本実施例によれば、ＭＧ
セットの回転数復帰時間はやや長くなるものの、インバ
ータ出力周波数ｆ0の低下が少なくて済むという効果が
ある。

【００１２】次に、本発明の第２実施例を、図５及び図
６を用いて説明する。図５は第２実施例に係る電源装置
のブロック構成図であり、図６はその動作を説明するタ
イムチャートである。図５のインバータ装置２Ｂにおい
ては、図１における低値優先回路２４の代わりに、切替
回路２５ａ，２５ｂと、最低周波数指令をセットした信
号設定器３４と、切替回路２５ａ，２５ｂを制御する判
定器３３が設けられている。判定器３３は、ＭＧセット
回転計３１により得られるＭＧセット回転数Ｎを監視
し、予め設定された制限開始回転数ＮS以上では切替回
路２５ａをＯＦＦ，２５ｂをＯＮとし、それ未満では切
替回路２５ａをＯＮ，２５ｂをＯＦＦにする。

【００１３】ＭＧセット入力電源に瞬停が発生すると、
ＭＧセット回転数Ｎが低下する。回転数Ｎが低下して制
限開始回転数ＮSに達すると、判定器３３により切替ス
イッチ２５ａがＯＮ，２５ｂがＯＦＦとなり、信号設定
器３４に設定された最低周波数指令ｆMが上下限制限器
２３，変化率制限器２２を介してインバータ周波数／電
圧制限器２１に与えられる。しかし、変化率制限器２２
があるため、インバータ出力周波数ｆ0は、ステップ状
ではなく、制限器２２の制限変化率に従って直線的に降
下する。ＭＧセット入力電源復電後は、インバータ出力
周波数ｆ0の低下によりＭＧセット負荷トルクは減少し
ているので、ＭＧセット駆動電動機４の出力トルクの方
が大きくなり、ＭＧセットは再加速を開始する。そし
て、ＭＧセット回転数Ｎが再び制限開始回転数ＮSを越
えると、切替回路２５ａがＯＦＦ，２５ｂがＯＮとなっ
て再び周波数指令ｆが与えられるようになり、インバー
タ出力周波数ｆ0はこれに向かって復帰する。

【００１４】本実施例によれば、復電の時点において負
荷トルクが電動機出力トルクを上回っていても、出力周
波数ｆ0が下がり続けて必ず再加速ができるので、制限
開始回転数ＮSを低く設定できるとともに、ＭＧセット
の加速トルクを第１実施例よりも大きく取れるので、Ｍ
Ｇセット回転数の復帰時間を短くできるという効果があ
る。

【００１５】次に、本発明の第３実施例を、図７及び図
８を参照して説明する。図７は第３実施例に係る電源装
置のブロック構成図であり、図８はその動作を説明する
タイムチャートである。図７のインバータ装置２Ｃで
は、周波数指令ｆはそのまま上下限制限器２３及び変化
率制限器２２を介してインバータ周波数／電圧制御器２
１に与えられている。しかし、これとは別に、計器用変
成器４１と、停電検出器４２と、判定器３３と、信号発
生器３５と、ＯＲ回路２７と、瞬停始動制御器２６が設
けられている。これらは、停電時あるいはＭＧセット回
転数Ｎが制限開始回転数ＮS以下となったとき、インバ
ータ周波数／電圧制御器２１を一時停止させるためのも
のである。

【００１６】以下、図８を用いて本実施例の動作を述べ
る。図８において、停電後にＭＧセット回転数Ｎが制限
開始回転数ＮS以下になると、判定器３３がこれを検出
し、その出力によって信号発生器３５は瞬停信号を出力
する。また、停電によりＭＧセットの出力電圧が低下
し、これが停電検出器４２で検出されたときも、瞬停信
号が出力される。いずれかの瞬停信号がＯＲ回路２７に
入力すると、ＯＲ回路２７は瞬停信号を瞬停再始動制御
器２６に出力し、この瞬停信号を受けた制御器２６は、
インバータ動作を一旦停止させる。これにより、インバ
ータ出力周波数ｆ0は、負荷電動機１の慣性で定まる自
然降速曲線に従って減少し、ＭＧセットの負荷トルクが
次第に小さくなる。こうして図５の実施例と同様、復電
後に負荷トルクが電動機４の出力トルクより小さくなっ
たところで再加速が始まり、Ｎ＞ＮSになると、周波数
指令ｆ0による通常の運転へと復帰する。

【００１７】本実施例によれば、インバータの出力周波
数を電動機の自然降下速度に従って急速に低下できるた
め、第２実施例よりも更に制限開始回転数ＮSを低くで
き、かつＭＧセット回転数Ｎの復帰速度を早くできると
いう効果がある。

【００１８】図９は、本発明の第４実施例に係る電源装
置のブロック構成図である。本実施例のインバータ装置
２Ｄにおいては、図５のＭＧセット回転計３１の代わり
に計器用変成器４１と周波数検出器３６を用い、ＭＧセ
ット回転数Ｎを検出するようにしている。周波数検出器
３６で検出されるインバータ入力周波数は、ＭＧセット
回転数Ｎと等価であるため、本実施例における動作は図
５の第２実施例のものとまったく同一である。尚、図９
は図５の変形例として示しているが、図１あるいは図７
の構成でも同様に、回転計３１を計器用変成器４１及び
周波数検出器３６と置き換えることができる。本実施例
によれば、信号の検出をインバータ内部で処理できるた
め、外部配線量が少なくて済むという効果がある。

【００１９】図１０は本発明の第５実施例に係る電源装
置の構成図である。本実施例のインバータ装置２Ｅで
は、図９における周波数検出器３６の代わりに、インバ
ータ入力電圧を検出する電圧検出器３８と、この電圧を
判定する判定器３９を設けている。ＭＧセットの出力電
圧は、その周波数との比が一定になるように制御されて
いるので、インバータ入力電圧はＭＧセット回転数Ｎと
比例しており、回転数Ｎの検出と等価である。従って、
本実施例は図５の変形例となっており、動作は全く同じ
である。また図９の実施例と同様に、本実施例の回転数
検出方法を、図１あるいは図７の実施例にも用いること
ができる。本実施例によれば、電圧を用いているため、
検出速度が早いという効果がある。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、ＭＧセットの入力電源
に比較的長い瞬停が発生した時でも、大形のＭＧセット
を用いることなく、復電後のＭＧセットの再加速を容易
に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】ＭＧセット回転数Ｎとその出力である周波数制
限指令ｆLとの関係の一例を示すグラフである。

【図３】ＭＧセット回転数に対するＭＧセット駆動電動
機出力トルク及びＭＧセット負荷トルクの特性を示す図
である。

【図４】図１の実施例の動作説明のためのタイムチャー
トである。

【図５】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】図５の第２実施例の動作を示すタイムチャート
である。

【図７】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】図７の第３実施例の動作を示すタイムチャート
である。

【図９】本発明の第４実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図１０】本発明の第５実施例の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１…電動機、２Ａ〜２Ｅ…インバータ装置、３…ＭＧセ
ット発電機、２４…低値優先回路、２５ａ，２５ｂ…切
替回路、２６…瞬停再始動制御器、２７…ＯＲ回路、３
１…ＭＧセット回転計、３２…信号変換器、３３，３
７，３９…判定器、３４…信号設定器、３５…信号発生
器、３６…周波数検出器、３８…電圧検出器、４１…計
器用変成器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−216491（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−139891（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−26496（ＪＰ，Ａ) 特開平１−243884（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−210891（ＪＰ，Ａ) 特開平１−203997（ＪＰ，Ａ) 特開平２−77693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電力を供給するための電源母線と、前記電
源母線から供給される電力によって駆動される駆動電動
機及び前記駆動電動機により駆動されて発電する発電機
を有するＭＧセットと、前記発電機から供給される電力
を周波数指令に応じた周波数の交流電力に変換して負荷
電動機に供給するインバータと、前記発電機の回転数を
検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により
検出された前記発電機の回転数が設定された回転数以下
になったときに前記駆動電動機の負荷トルクが出力トル
クを下回るように前記インバータを制御して前記負荷電
動機の回転数を低下させる回転数低下手段とを備えたこ
とを特徴とする電源装置。
【請求項２】電力を供給するための電源母線と、前記電
源母線から供給される電力によって駆動される駆動電動
機及び前記駆動電動機により駆動されて発電する発電機
を有するＭＧセットと、前記発電機から供給される電力
を周波数指令に応じた周波数の交流電力に変換して負荷
電動機に供給するインバータと、前記発電機の回転数を
検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により
検出された前記発電機の回転数が定格回転数以下で、か
つ前記定格回転数より小さな値に設定された制限開始回
転数を超える場合は前記周波数指令に応じて前記インバ
ータを制御し、前記発電機の回転数が前記制限開始回転
数以下の場合は前記駆動電動機の負荷トルクが出力トル
クを下回るように前記インバータを制御して前記負荷電
動機の回転数を低下させる回転数低下手段とを備えたこ
とを特徴とする電源装置。