JP3669831B2

JP3669831B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP3669831B2
Application number: JP01790098A
Authority: JP
Inventors: 薫中島; 元保佐藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JPH11206188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相交流電動機等の電源周波数を変化させることにより、電動機の回転速度を変化させ、電動機の省エネルギ運転等に好適なインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から三相交流電動機の運転周波数を変化させることで、電動機の回転速度を変化させるインバータ装置が知られている。インバータ装置は様々な三相交流電動機を用いる装置に応用されて、例えば、水を圧送するポンプ等に用いられる。一般にポンプ装置の設置現場においては、想定される最大負荷に合わせてその容量が選定されるので、過剰なポンプ能力が設置される場合が多く、通常運転時には過剰なポンプ能力のままで運転される場合が多い。
【０００３】
これらの場合には、多くの場合ポンプ吐出側のバルブを絞って水量を調整して使用される。しかしながら、水量をバルブで絞る場合は、ポンプは最大回転速度（定格回転速度）で運転されるため、見かけ上の配管抵抗が増大するだけであり、ポンプ動力はバルブ全開の場合とあまり変化はなく、省エネルギにならない。このようなポンプ装置にインバータ装置を用いた場合、ポンプの回転速度を下げて水量を調整できる。この場合には、動力（電力）は回転速度の３乗に比例して減少するため、省エネルギ効果が著しい。
【０００４】
工場設備等の既設ポンプ設備の一次電源側にインバータ装置を取り付け、回転数を下げることにより電力を減らし、省エネルギ化する方法が知られている。一般に既設ポンプ設備では、配管の径年変化や安全率を見るため過剰な容量のポンプが設置されていることが多い。このため、回転速度を下げても支障のない場合が多く、インバータ装置を取り付けることが省エネルギには効果的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータ装置には、電流、電圧、周波数等の表示機能を有する機器は一般的であるが、電流値、電圧値からは、実際の有効電力を知ることはできない。このため、ポンプを運転管理する運転管理者が省エネルギの度合いを実感することはできなかった。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、電力、積算電力量、電力料金等を把握することができるインバータ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ装置は、三相交流電動機の運転周波数を変化させ電動機の回転速度を変化させるインバータ装置において、前記電動機に供給する電力の検出手段と、該検出された電力の表示手段とを備えたことを特徴とする。これにより三相交流電動機の運転周波数を変化させることにより、回転速度の３乗に比例して電力が変化するが、運転管理者はその低減の様子を実感として直接的に把握することができる。従って、省エネルギ効果の測定が容易に行える。
【０００８】
更に、インバータ装置は検出された電力の積算手段を備え、その積算された電力量を表示できることを特徴とする。これにより、積算電力量を把握することができるので、例えば１時間当たりの電力量、或いは一日当たりの電力量を把握することができる。
【０００９】
更に、インバータ装置は単位電力量当たりの電力料金を設定する手段と、積算された電力量に単位電力量当たりの電力料金を乗算する手段とを備えることを特徴とする。これにより単位電力量当たりの電力料金を入力することで、例えば１時間当たり、或いは１日当たりの三相交流電動機等の電力料金を把握することができる。従って、一層省エネルギ効果を感覚的に把握することができ、工場等のエネルギ管理が容易となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態のインバータ装置を示す。インバータ装置１２は、その入力側は例えば三相２００Ｖの５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電源に接続され、その出力側は三相交流電動機１１に接続され、任意の交流周波数及び電圧の電力を供給する。インバータ装置１２は、三相商用交流電源を整流して直流電力に変換するコンバータ部１２ａと、直流電力を蓄積する平滑コンデンサ１２ｂと、直流電力から任意の周波数及び電圧の交流電力に逆変換するインバータ部１２ｃとから主に構成されている。
【００１２】
インバータの２次側電力線には、Ｕ相及びＷ相の電流を検出する電流計１３ａと、ＵＶ相の相間電圧、ＶＷ相の相間電圧を検出する電圧計１３ｂとが接続されており、これらの信号出力が電力検出器１３に入力される。電力検出器１３は、これらの相電流及び相間電圧からインバータ１２がその負荷である三相交流電動機１１に供給する有効電力の電力値を出力する。出力された電力値は、インバータ装置１２内のＣＰＵ１４にＡ／Ｄ変換器等を通して入力され、記憶装置に記憶される。そしてインバータ装置１２は、例えば液晶パネル等の表示部１５を備え、電力検出器１３で検出された電力値を表示する。
【００１３】
図２は、デジタルサンプリング方式による有効電力の測定原理を示す。電圧計１３ｂの出力値から電圧波形のサンプリング結果が図２（ａ）に示すように得られる。同様に電流計１３ａの出力値から電流波形のサンプリング結果が図２（ｂ）に示すように得られる。一般に有効電力は、電圧と電流の瞬時値の積である瞬時電力を積分し、一周期Ｔで平均したものとして次式で表される。
【００１４】
【数１】

【００１５】
上式の右側の近似式から、有効電力はサンプル周期Δｔの幅をもつｋ（＝Ｔ／Δｔ）個の瞬時電力の短冊の総和（１周期分）を周期Ｔで平均化することにより得られる。このような式の内容をＣＰＵ１４によりほぼそのまま実行することで、デジタルサンプリング方式による電力の計測が可能である。実際には、波形測定時間は測定精度を上げるため１周期分より長く設定される場合が多い。また、Δｔは数十μｓ程度が一般的で、その逆数がサンプリング周波数になる。また、上式は一相当たりの電力であるので、三相の場合は３倍になる。
【００１６】
図３は、総和平均方式による有効電力の測定原理を示す。電流計１３ａ及び電圧計１３ｂの出力である電圧入力波形及び電流入力波形は図３（ａ）に示すようになる。有効電力は次式に示すように、電圧と電流の瞬時値の積を１周期（あるいはｎ周期）の時間で積分して周期で割ったものである。
【００１７】
【数２】

【００１８】
そこで、電圧及び電流の入力波形の１周期分（あるいはｎ周期分）を正確にサンプリングする必要がある。この方式では、図３（ｂ）に示すように電流入力波形を基準としたゼロクロス信号を用いて電圧、電流の入力波形の周期とサンプリング期間を同期させることによって実現している。有効サンプル期間内の電圧と電流の瞬時値の積を上式の近似式を用いて平均化することによって、有効電力が求められる。サンプリングによる近似式を以下に示す。尚、電流入力信号が小さいときは電圧波形のゼロクロス信号が基準になる。
【００１９】
【数３】

【００２０】
ＣＰＵ１４は、逐次記憶される電力値を一定時間ごとに積算し、単位時間の積算値を算出することにより、単位時間当たりの積算された電力量（ｋｗｈ）を算出することができる。そしてこれを表示装置１５に出力して表示することで、単位時間当たりの電力量（ｋｗｈ）を表示することができる。
【００２１】
又、ＣＰＵ１４は例えばテンキー等の入力装置１７に接続され、単位電力量当たりの電力料金の設定が可能である。図４に示すように、ＣＰＵ１４の内部には乗算器１４ａを備え、単位電力量当たりの電力料金と積算電力量との積を演算することができ、これにより電力料金を算出することができる。そしてこれを表示装置１５で表示することにより、使用電力量料金を表示することができる。電力料金の演算は、基本料金や夜間料金等の差がある場合には、ＣＰＵ１４内の時計機能を利用して、夜間と昼間の積算電力量を別々に記憶しておき、それぞれの時間帯別の料金に合わせた電力料金を算出することが可能である。
【００２２】
インバータ装置は、一般に電流検出手段や電圧検出手段を備えていることが多い。これは、例えば定格電流又は定格電圧に対して、実際の使用電流や使用電圧を表示する必要があるからである。従って、上述した有効電力の測定においても、インバータ装置に既存の電流検出手段や電圧検出手段を、そのまま利用して行うことができる。また、同様にインバータ装置はＣＰＵを備えていることが多い。これは、例えばインバータ装置の発振周波数の生成に、パルス幅変調による制御等が用いられるためである。従って、上述した電力測定、積算電力量の測定、電力料金の算定においても、既設のＣＰＵのプログラムの変更で対応が可能である。このように、上記本発明は、インバータ装置に既存の構成部品を活用して、容易に且つ安価に実施することが可能である。
【００２３】
尚、上記実施の形態においては、有効電力の算出は、デジタルサンプリング方式を用いているが、アナログ的な電力計を用いて、この出力をＣＰＵに取り込むようにしてもよい。又、この実施形態においてはポンプの省エネルギ運転の例について説明したが、ポンプに限らず送風機、排風機、圧縮機、等の各種の回転機械に広く利用できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、インバータ装置の電力、電力量、電力料金等の表示が可能となる。これによりポンプ等の運転管理をする運転管理者が、インバータ装置を用いた最適な回転速度により、省エネルギ効果の度合いを直感的に把握することが可能となる。これにより工場設備等の省エネルギ診断が容易となり、工場設備等の省エネルギ化に資することができる。更に省エネルギ化の推進により、ＣＯ₂等の環境汚染の防止にも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のインバータ装置の概略を示す説明図。
【図２】デジタルサンプリング方式の有効電力の算出についての説明図。
【図３】総和平均方式による有効電力の算出の説明図。
【図４】電力料金の算出に関するブロック図。
【符号の説明】
１１三相交流電動機
１２インバータ装置
１３電力検出器
１４ＣＰＵ
１５表示部
１７入力装置

Claims

三相交流電動機の運転周波数を変化させ電動機の回転速度を変化させるインバータ装置において、前記電動機に供給する電力の電流検出手段及び電圧検出手段と、表示手段とを備え、パルス幅変調の制御を行うＣＰＵを用いて前記電流検出手段及び電圧検出手段によって検出された電流と電圧の瞬時値に基づいて電力測定及び電力積算を行い、該積算された電力を前記表示手段に表示することを特徴とするインバータ装置。
前記電流検出手段及び電圧検出手段はインバータの２次側電力線に接続されていることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
三相交流電動機の運転周波数を変化させ電動機の回転速度を変化させるインバータ装置において、前記電動機に供給する電力の検出手段と、該検出された電力の積算手段と、該積算された電力量に単位電力量当たりの電力料金を乗算する手段と、表示手段とを備え、時間帯別の電力料金にあわせた電力料金を算出し、該算出された電力料金を前記表示手段に表示できることを特徴とするインバータ装置。