JP3568283B2

JP3568283B2 - インバータ駆動ポンプの運転制御システム

Info

Publication number: JP3568283B2
Application number: JP18341595A
Authority: JP
Inventors: 紹鈞鄭; 慎司大住
Original assignee: 株式会社荏原電産
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JPH0919150A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、商用交流電源に接続されるインバータの運転制御システムに係り、特に、インバータ出力によって駆動されるポンプやファン、送風機などの運転状態を直流電力線に搬送信号を重畳して搬送させることによって監視制御することができるインバータの運転制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置は、負荷として接続されるモーターやポンプ、ファン、コンプレッサなどの各種の負荷機器に対して、所望の周波数の交流電力を損失少なく円滑に制御して供給できることから、多くの省エネルギー機器や家電品、産業機器などで広く利用されている。すなわち、インバータ装置の入力部に供給される商用交流電力は、インバータ装置の内部で一旦、直流電力に変換され、その直流電力がＰＷＭスイッチング制御されるなどにより、所望の周波数の交流電力に再度、変換され、インバータ装置に接続する負荷機器に供給される。
【０００３】
しかし、商用交流電源にインバータ装置を接続すると、商用交流電源から入力する正弦波状の交流入力電圧波形に比べて交流入力電流波形が歪み、入力力率を低下させ、商用交流電源に高調波ノイズを流すことが最近では重大な問題になっている。商用交流電源に高調波ノイズが流れ込むと、その商用交流電源系統に接続される他の電子機器、例えば、コンピュータやＯＡ機器などにも高調波ノイズが流れ込み、これらの電子機器を誤動作させてしまうだけでなく、受電用設備のリアクトルなどにも過度な負担を与え、火災などを発生させる恐れがあるからである。
【０００４】
これに対して、商用交流電力が入力するインバータ装置の前段に、チョークコイルやコンデンサなどにより構成されるパッシブフィルターを設けることもできるが、一般に大型で重いチョークコイルが必要になり、パッシブフィルター自体が過度に大型化してしまうので実用的ではない。これに対して、最近では、インバータ装置の内部で整流した整流出力を数百ＫＨｚの周波数でチョッパ制御するアクティブフィルターを用いることにより、入力力率の改善や高調波ノイズの低減を図る試みが種々に検討されてはいる。しかし、依然、多くのインバータ装置から高調波ノイズが商用交流電源に流れ込んでいるのが現状である。
【０００５】
一方、電力線に搬送信号を重畳し、電力配電網に分散配置された機器を遠隔制御する試みや、自動検針、あるいは、ホームオートメーションなどを実現する技術として、電力線搬送が種々検討されている。そして、かかる電力線搬送では、電力線に混入するノイズに対する対策が最大の課題になっている。電力線にノイズが混入すると、例えば搬送信号成分とノイズ成分の弁別が困難になり、搬送信号の受信障害を生じて安定な通信が困難になるからである。
【０００６】
これに対して、例えば、電力線に搬送する搬送信号を周波数偏移変調したり、位相偏移変調するなどの高級なデジタル変調手段が最近では検討されている（特開平５−２６８１２６号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術によれば、商用交流電源に接続された電力線を用いて電力線搬送を行うためには、高級な変復調を含む複雑な信号処理回路が必要である。特に、電力線の負荷にインバータ装置を接続して電力搬送を行う場合には、入力力率の改善と電力線への高調波ノイズの流出防止を図る必要がある。ところが、上記のようにパッシブフィルターは大型で重く、実用性に欠ける。また、アクティブフィルターは数百ＫＨｚの高周波ノイズを発生するので、同程度の周波数信号を搬送信号として用いる電力線搬送においては、通信障害の原因になるので不向きであるという欠点があった。
【０００８】
この発明は、上記従来の課題を解決して、インバータを電力線の負荷に用いる場合にも、インバータやインバータに接続されるポンプやファンなどの運転状態を電力線搬送により確実に監視制御することができるインバータの運転制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明のインバータ駆動ポンプの運転制御システムは、商用交流電源に接続される整流濾波手段と、該整流濾波手段に直流電力線を介して接続されるインバータと、該インバータにより駆動されるポンプと、前記インバータおよびポンプの運転状態を検出する検出手段と、該検出手段により検出された運転状態信号から搬送信号を生成して、前記直流電力線に重畳する搬送信号結合手段と、前記直流電力線に結合されて前記搬送信号を受信する受信手段とを備え、前記搬送信号は、前記インバータのクロックパルスをポンプの運転状態信号の種類に対応した周波数の搬送信号として前記直流電力線に重畳し、受信手段で前記搬送信号を受信して、前記搬送信号の周波数から前記運転状態信号の種類を特定することを特徴とするものである。
また、前記搬送信号は、前記インバータのクロックパルスを分周して生成することができる。
また、整流濾波手段は、アクティブフィルターを備える構成にすることもできる。
すなわち、この発明のインバータ装置は、基本的に、従来のインバータ装置が一体として備えていた商用交流入力電力を直流電力に変換する整流濾波手段と、該直流電力を所望の周波数の交流出力電力に変換するインバータとを分離し、これらの間を直流電力線で接続し、該直流電力線にポンプの運転状態信号を搬送信号として重畳させる構成としたものである。
【００１０】
【作用】
この発明のインバータ装置の構成によれば、搬送信号結合手段から生成されるインバータおよび／またはインバータの負荷として接続されるポンプの運転状態に基づいて生成される搬送信号は、直流電力線経由で受信手段に搬送され、該搬送信号は受信手段により受信されてインバータおよび／またはポンプの運転状態に関する情報が受信手段から外部に供給される。
【００１１】
【実施例】
以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の実施例の説明では、同一要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。図１は、この発明のインバータ装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【００１２】
この実施例のインバータ装置は、商用交流電源１に接続された整流濾波手段２と、整流濾波手段２に接続する直流電力線３と、該電力線３に接続されるインバータ４とを備え、インバータ４には負荷としてのポンプ４１が接続されている。そして、インバータ４には、直流電力線３にも結合する搬送信号結合手段５が接続されている。さらに、直流電力線３の商用交流電源１側には受信手段６が結合されており、受信手段６には、図示されぬ外部の監視制御手段が接続されている。なお、上記搬送信号結合手段５と直流電力線３との結合、および、受信手段６と直流電力線３との結合は、図示されぬ結合コンデンサと結合トランスにより電磁的に行われている。また、これらのインバータ４、搬送信号結合手段５、受信手段６には、商用交流電源１あるいは直流電力線３が電気的に接続されており、電力が供給されている。
【００１３】
上記の構成によれば、商用交流電源１の交流電力は、整流濾波手段２に入力して整流されるとともに、整流濾波手段２に含まれるフィルター回路により、商用交流電源に含まれる商用周波数の逓倍高調波成分を含む商用周波数成分と不要なノイズ成分が除去され、直流電力に変換されて直流電力線３に供給される。直流電力線３の直流電力はインバータ４に供給され、インバータ４の内部でクロックパルスに基づいたＰＷＭ制御方式により所望の周波数と電力値の交流電力に変換されてポンプ４１に供給され、この交流電力によりポンプ４１は駆動される。なお、上記ＰＷＭ制御によれば、ポンプ４１の回転数や吸込・吐出量などの各種制御対象変数に応じて負荷に最適な交流出力を供給するようにインバータの運転状態を制御する。さらに、この実施例の構成によれば、インバータ４のクロックパルスは搬送信号結合手段５に供給され、搬送信号結合手段５により搬送信号に変換されて直流電力線３に結合重畳される。そして、搬送信号は直流電力線３により受信手段６に伝播して受信される。
【００１４】
このとき、上記クロックパルスは、インバータ４が直流電力線３から直流電力を受けると内部で発生し、直流電力の供給が遮断した場合にはクロックパルスが停止する。搬送信号結合手段５はインバータの運転状態を反映するクロックパルスの有無に基づいて搬送信号を生成・停止するので、受信信号６を介して搬送信号の受信有無を検知することにより、インバータ４への直流電力の供給有無を遠隔監視することができる。
【００１５】
なお、上記実施例の説明では、インバータ４のクロックパルスを搬送信号結合手段５に供給するとしたが、これに限られず、インバータ４のＰＷＭ制御信号や、インバータ４のクロックパルスの分周信号を搬送信号結合手段５に供給する構成にしてもよい。いづれにせよ、搬送信号には、インバータやポンプの運転状態に関する情報を含ませることができる。
【００１６】
すなわち、図１において破線で示したように、搬送信号結合手段５に異常検出手段５５を設け、ポンプ４１の運転状態に関する情報として、水位の過不足、軸受けの損耗、巻線の温度上昇、浸水の有無、欠相、逆相、漏電などの運転状態信号Ｓ_１，Ｓ_２，・・・Ｓ_ｎを異常検出手段５５から搬送信号結合手段５に供給し、搬送信号結合手段５は、これらの信号から搬送信号を生成して直流電力線３に重畳して搬送させることもできる。
【００１７】
図２は、搬送信号結合手段５の要部の構成の一具体例を示す回路図であり、搬送信号結合手段５の要部は、クロックパルスＣで供給される分周回路５１と、分周されたクロックパルスｆ_１，ｆ_２，・・・ｆ_ｎと上記運転状態信号Ｓ_１，Ｓ_２，・・・Ｓ_ｎが入力部に接続されるゲート５２_１，５２_２，・・・５２_ｎと、これらのゲート出力に接続する結合回路５３とにより構成されており、ポンプ４１の運転状態を示す信号Ｓ_１，Ｓ_２，・・・Ｓ_ｎとクロックパルスＣに基づいて搬送信号結合手段５からは搬送信号Ｐが生成され、この搬送信号Ｐが直流電力線に多重重畳される。
【００１８】
上記の構成によれば、ポンプ４１の運転状態に関する変数の種類に応じてクロックパルスＣを多種に分周することにより、運転状態信号Ｓ_１，Ｓ_２，・・・Ｓ_ｎに基づいて、夫々の分周周波数での搬送信号Ｐを受信検出することにより、ポンプ４１の運転状態を特定して受信信号６から知ることも可能になる。
【００１９】
なお、上記実施例の説明では、インバータ４の負荷をポンプとして説明したが、ファンや送風機、コンプレッサ、ヒータなどをインバータ４の負荷としても用いることができることはもちろんである。
【００２０】
また、この発明の構成において、整流濾波手段２の直流出力側に昇圧チョッパなどにより構成されたアクティブフィルターを設けることができる。この構成によれば、商用交流電源１から入力する商用交流電流の波形を入力電圧波形に近づけることができ、入力力率を大幅に改善でき、しかも、整流濾波手段２から商用交流電源１側への高調波ノイズの流出を押さえることができる。なお、上記のアクティブフィルターから直流電力線３に漏れる高周波ノイズは、通常の濾波回路により濾波することが好適である。
【００２１】
なお、この発明によれば、上記説明以外にも、特に、水中ポンプや屋上冷却塔などで、インバータとポンプを商用交流電源から遠く離して配置している場合には、電源から遠隔位置のインバータとポンプを電力線搬送により運転監視あるいは制御できるので、時々刻々変化する多様な運転状態情報を確実に検知でき、安全対策上からも、この発明は極めて有用である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のインバータの運転制御システムによれば、商用交流電源を整流濾波する整流濾波手段とインバータを分離して直流電力線により接続し、直流電力線にはインバータの運転状態に基づく搬送信号を搬送させるようにしたものである。従って、インバータを電力線に負荷として接続する場合にも、商用交流電源のノイズや周波数変化、あるいは、インバータ装置からの高調波ノイズにかかわらず、簡単な構成によってインバータの運転状態を確実に電力線搬送でき、インバータの運転状態を監視制御できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のインバータ装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の搬送信号結合手段の要部の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１商用交流電源
２整流濾波手段
３直流電力線
４インバータ
４１ポンプ
５搬送信号結合手段
６受信手段

Claims

商用交流電源に接続される整流濾波手段と、
該整流濾波手段に直流電力線を介して接続されるインバータと、
該インバータにより駆動されるポンプと、
前記インバータおよびポンプの運転状態を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された運転状態信号から搬送信号を生成して、前記直流電力線に重畳する搬送信号結合手段と、
前記直流電力線に結合されて前記搬送信号を受信する受信手段とを備え、
前記搬送信号は、前記インバータのクロックパルスをポンプの運転状態信号の種類に対応した周波数の搬送信号として前記直流電力線に重畳し、受信手段で前記搬送信号を受信して、前記搬送信号の周波数から前記運転状態信号の種類を特定することを特徴とするインバータ駆動ポンプの運転制御システム。
前記搬送信号は、前記インバータのクロックパルスを分周して生成することを特徴とする請求項１記載のインバータ駆動ポンプの運転制御システム。
整流濾波手段には、アクティブフィルターを備えたことを特徴とする請求項１記載のインバータ駆動ポンプの運転制御システム。