JP5098565B2 - Induction motor excitation voltage control method for power regeneration device and power regeneration device - Google Patents
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Description
本発明は、フライホイールと誘導電動機を用いてなる無停電電源装置の誘導電動機励磁電圧制御方法及び無停電電源装置に関する。 The present invention relates to an induction motor excitation voltage control method and an uninterruptible power supply apparatus for an uninterruptible power supply apparatus using a flywheel and an induction motor.
従来、フライホイールを利用した発電回生装置は、電源から負荷に供給されている給電系統に代わって前記負荷に電力を供給するために発電を行って電力を回生する。例えば、回転子に永久磁石を用いた同期発電機にフライホイールを連結させた発電回生装置が知られている。 Conventionally, a power regeneration device using a flywheel regenerates power by generating power in order to supply power to the load instead of a power supply system that is supplied from a power source to the load. For example, a power regeneration device in which a flywheel is connected to a synchronous generator using a permanent magnet as a rotor is known.
また、下記特許文献1や特許文献2に記載されているような、常時励磁して使用する誘導電動機にフライホイールを連結させた発電回生装置がある。例えば、下記特許文献1では、巻線型誘導機を使用したフライホイール無停電電源装置を提案している。特許文献1の技術は、巻線形誘導機にフライホイールを連結してフライホイール発電機を構成し、巻線形誘導機の一次巻線は負荷側に接続され、その二次巻線は電源からコンバータとインバータを介して電力を供給し、電源の安定時には電源より電力供給を受けてフライホイールに電力を蓄え、電源の電圧低下時には遮断機を遮断して負荷に電力を供給するフライホイール式無停電電源装置において、巻線形誘導機を同期速度より高速に回転させ、その二次巻線にフライホイールの回転速度と系統の周波数で決まる励磁電流を与えて可変速制御するというものである。また、下記特許文献2では、かご型誘導機を使用したフライホイール無停電電源装置を提案している。特許文献2の技術は、フライホイールを結合したかご型誘導電動機に保護すべき負荷を並列に接続し、回転させて待機し、短時間停電・瞬低時には逆流防止スイッチを切ることにより並列コンデンサの磁励現象により、誘導発電機になって、負荷に対して電力を供給するものである。
Moreover, there exists a power generation regeneration apparatus which connected the flywheel to the induction motor always energized and used as described in
また、下記特許文献3では、誘導機を使用した無停電電源装置の電力消費量を低減する運転制御方法を提案している。特許文献3の技術は、フライホイール付ロータを有する三相誘導発電電動機に電力を供給してフライホイールを回転させ、電力遮断時はフライホイールの回転エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を放出するようにした無停電電源装置に所定の駆動電圧を供給してフライホイールの回転数を上昇させた後に駆動電圧を下げて定常運転を行い、電力遮断時は駆動電圧を所定値まで上げるというものである。
また、下記特許文献4では、空気風損低減のためヘリウムガスと置換して摩擦損を減少させる方法を提案している。特許文献4の技術は、縦軸型発電機やフライホイール付き電動発電機等の回転機の損失を低減する目的で機内の冷却ガスを風損が小さく、かつ電気的耐電圧のあるガスで密閉するものである。
ところで、フライホイールと同期発電機を利用した発電回生装置は、同期発電機への通電を中止すると、慣性による自由回転状態において、永久磁石によるコギングトルク損失によりフライホイールの回転数が低下する欠点があった。 By the way, the power regeneration device using the flywheel and the synchronous generator has a drawback that when the energization to the synchronous generator is stopped, the rotational speed of the flywheel is reduced due to the loss of cogging torque by the permanent magnet in the free rotation state due to inertia. there were.
図28は、同期機105とフライホイール106とを用いた発電回生装置(無停電電源装置)100の構成図である。電源101からの例えば三相交流電圧を図示しない整流装置により直流電圧とし、直流バス103を通して図示しない負荷用インバータに供給し、例えば周波数50Hzの交流電圧を作り負荷102に供給する。停電時には、フライホイール106に連結した同期機105を、フライホイール発電機として用い、この発電機によって発電された電力を、経路107に沿って、フライホイール用インバータ104により直流電圧に変換し、直流バス103を介して負荷102に供給している。しかし、同期機105は、コイルと永久磁石を組み合わせた構成であり、回転子に永久磁石を用いており、フライホイール106に連結して空回りさせた状態では、永久磁石との引き合いで、コギングトルクが発生し、それが抵抗となって損失が生じ、フライホイール106の回転数が低下する。
FIG. 28 is a configuration diagram of a power regeneration device (uninterruptible power supply) 100 using the
また、前記特許文献1や特許文献2のように、常時、励磁コイルを励磁している誘導電動機の場合は、コイルを常時励磁して使用しているため、回転数の急激な低下は発生せず発電状態への移行も容易に実施できる利点はあるが、励磁電流による電力損失が大きい欠点があった。
In addition, as in
図29は、常時、励磁コイルを励磁している誘導電動機115にフライホイール116を連結した発電回生装置110の構成図である。電源111からの例えば三相交流電圧を図示しない整流装置により直流電圧とし、直流バス113を通して図示しない負荷用インバータに供給し、例えば周波数50Hzの交流電圧を作り負荷112に供給する。停電時には、フライホイール116に連結した誘導電動機115を、フライホイール発電機として用い、この発電機によって発電された電力を、経路117に沿って、フライホイール用インバータ114により直流電圧に変換し、直流バス113を介して負荷112に供給している。しかし、誘導電動機115には図30に示すように、停電になり回転数が穏やかに下がってきても、破線で示すように常時、一定の励磁電圧がかけられている。つまり、励磁電流による損失が発生する。
FIG. 29 is a configuration diagram of the
また、前記特許文献3(特開2003−11494号公報)では、無停電電源装置の電力消費量を低減する運転制御方法を提案している。これは、待機時に回転数を保っている状態で、損失を防ぐために、電圧を定格電圧よりも低くする方法である。電圧を落としてしまえば、無駄な電流が流れるのが減るので電力消費量を低減できる。例えば、定常時駆動電圧を起動時駆動電圧の0.4倍に設定するものである。定格電圧100Vであれば、電圧ベースで40Vに、また電力ベースで0.16倍にさげる。しかし、低減量には限界があり、0とはならない。 Moreover, the said patent document 3 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-11494) has proposed the operation control method which reduces the power consumption of an uninterruptible power supply. This is a method in which the voltage is made lower than the rated voltage in order to prevent loss while maintaining the rotational speed during standby. If the voltage is lowered, it is possible to reduce power consumption because less wasteful current flows. For example, the steady driving voltage is set to 0.4 times the startup driving voltage. If the rated voltage is 100V, it is reduced to 40V on a voltage basis and 0.16 times on a power basis. However, the amount of reduction has a limit and does not become zero.
また、前記特許文献4(特開2000−358344号公報)では、空気風損低減のためヘリウムガスと置換して摩擦損を減少させる方法を提案しているが、低減量には限界がある。このため、風損を完全に排除するためにフライホイールと誘導発電機を真空中に設置する構造が考えられたが、励磁電流により発熱された熱が逃げにくくなる。空気であれば空冷できたものが真空中にすると、摩擦は減らせるが発熱の除去が困難となり、実現の障害となっていた。 Further, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-358344) proposes a method of reducing friction loss by replacing with helium gas in order to reduce air windage loss, but the amount of reduction is limited. For this reason, a structure in which the flywheel and the induction generator are installed in a vacuum in order to completely eliminate the windage loss has been considered, but the heat generated by the excitation current is difficult to escape. If air can be air-cooled and put into a vacuum, friction can be reduced, but it becomes difficult to remove the heat, which is an obstacle to realization.
そこで、本出願人は、特願2006−80979号において、フライホイールの慣性による自由回転状態において誘導電動機を無励磁状態にし、必要なときに再励磁を短時間に実行できる発電回生装置、その励磁方法及びその発電方法を提案した。この提案によれば、非停電時に誘導電動機を励磁状態にし続けないようにして、励磁電流による損失を抑制することができるようになる。 In view of this, the applicant of the present application disclosed in Japanese Patent Application No. 2006-80979, a power regeneration device capable of de-exciting the induction motor in a free rotation state due to inertia of the flywheel, and performing re-excitation in a short time when necessary, and its excitation A method and its power generation method were proposed. According to this proposal, the loss due to the exciting current can be suppressed by preventing the induction motor from being kept in the excited state at the time of non-power failure.
ところで、非停電時に誘導電流を非励磁状態とする際、励磁電圧の印加を停止した誘導電動機には、残留磁界による残留電圧が生じる。このため、残留電圧が生じている間に誘導電動機を再励磁すると、励磁電圧が残留電圧に加わって誘導電動機に印加されてインバータを流れる突入電流の値が大きくなる。すると、インバータのトリップ値を超える電流がインバータを流れてインバータによる誘導電動機の励磁が行えなくなり、停電時の負荷に対する電源のバックアップを正常に行えなくなる。したがって、誘導電動機に非励磁期間を設けるとなれば、誘導電動機の残留電圧が解消するまでの間、再励磁禁止期間を設ける必要が生じる。 By the way, when the induction current is brought into a non-excited state during a non-power failure, a residual voltage due to a residual magnetic field is generated in the induction motor that has stopped applying the excitation voltage. For this reason, if the induction motor is re-excited while the residual voltage is generated, the excitation voltage is added to the residual voltage and applied to the induction motor to increase the value of the inrush current flowing through the inverter. Then, the current exceeding the trip value of the inverter flows through the inverter, and the induction motor cannot be excited by the inverter, and the power source cannot be normally backed up for the load at the time of power failure. Therefore, if a non-excitation period is provided in the induction motor, it is necessary to provide a re-excitation prohibition period until the residual voltage of the induction motor is eliminated.
この再励磁禁止期間には誘導電動機の発電回生が行えないので、再励磁禁止期間中の停電に対処するためには、再励磁禁止期間に見合った大容量のキャパシタをバックアップとして持つ必要がある。大容量のキャパシタは装置の大型化を招くのでそのような構成はできるだけ採用を避けたいところである。このような訳で、従来の提案には、再励磁禁止期間に関する面でさらなる改良の余地がある。 Since regeneration of the induction motor cannot be performed during this re-excitation prohibition period, it is necessary to have a large-capacity capacitor as a backup corresponding to the re-excitation prohibition period in order to cope with a power failure during the re-excitation prohibition period. Since a large-capacity capacitor leads to an increase in the size of the device, it is desirable to avoid such a configuration as much as possible. For this reason, the conventional proposal has room for further improvement in terms of the reexcitation prohibition period.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、誘導電動機に対する励磁電圧の印加を停止した後にいち早く誘導電動機への励磁電圧の印加を再開することができる発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法と、この方法を実施する際に用いて好適な発電回生装置とを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to generate a power regeneration device capable of resuming the application of the excitation voltage to the induction motor as soon as the application of the excitation voltage to the induction motor is stopped. The present invention provides an induction motor excitation voltage control method and a power generation regenerator suitable for use in carrying out this method.
上記目的を達成するために、請求項1に記載した本発明の発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法は、電源から供給される電力を用いてインバータが生成した励磁電圧の印加によりモータとして動作させた誘導電動機によって、所定の回転速度まで加速させたフライホイールを、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加解除により、慣性エネルギーが蓄積された遊転状態とし、停電時に外部からの発電指令を受けると、前記遊転状態の前記フライホイールにより回転されている前記誘導電動機を、キャパシタに蓄積された電力を用いて前記インバータが生成した励磁電圧の印加により発電機として動作させ、前記誘導電動機で発電された回生電力を、停電した電源からの電力に代わって、前記インバータを介して負荷に供給する発電回生装置において、前記誘導電動機の励磁電圧を制御する方法であって、コントローラが、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加解除時に、該励磁電圧の印加解除に伴い前記誘導電動機に生じる残留磁界による該誘導電動機の残留電圧の値を前記励磁電圧の値が下回らぬように、前記残留電圧の減少速度に応じた速度で前記励磁電圧の値をランプ状に減少させる励磁解除ステップを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an induction motor excitation voltage control method for a power regeneration device according to the present invention described in
請求項1に記載した本発明の発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法によれば、インバータから誘導電動機への励磁電圧の印加解除時に、残留電圧の減少速度に応じた速度で励磁電圧の値がランプ状に減少されて、励磁電圧の印加解除に伴い誘導電動機に生じる残留磁界による残留電圧の値を下回らない値の励磁電圧が、励磁電圧の値がゼロになるまで減少されながら誘導電動機に印加されることになる。
According to the induction motor excitation voltage control method of the power regeneration device of the present invention described in
これにより、励磁電圧の値がゼロになるまでの間、誘導電動機に生じる残留電圧の電気エネルギーが、励磁電圧の印加のために誘導電動機と電気的に接続されたインバータにおいて熱エネルギー等に変換されて消費される。よって、残留電圧をいち早く解消して誘導電動機を早期に再励磁できる状態にすることができる。 Thereby, until the value of the excitation voltage becomes zero, the electric energy of the residual voltage generated in the induction motor is converted into heat energy or the like in the inverter electrically connected to the induction motor for applying the excitation voltage. Is consumed. Therefore, the residual voltage can be quickly eliminated and the induction motor can be brought into a state where it can be re-excited early.
また、請求項1に記載した本発明の発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法は、前記コントローラが、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加開始時に、前記インバータを流れる突入電流が該インバータのトリップ値を常時下回るパターンで前記励磁電圧の値を増加させる励磁開始ステップと、前記励磁電圧の値の減少中に前記発電指令を受けたときに、前記コントローラが、前記励磁解除ステップによる前記励磁電圧の値が前記励磁開始ステップによる前記励磁電圧の値を上回る値である間は、前記励磁解除ステップにより前記励磁電圧の値を減少させ、前記励磁解除ステップによる前記励磁電圧の値が前記励磁開始ステップによる前記励磁電圧の値と一致した時点以降は、前記励磁開始ステップにより前記励磁電圧の値を増加させる磁界残留時励磁電圧制御ステップとを更に有することを特徴とする。
According to the induction motor excitation voltage control method of the power regeneration device of the present invention described in
また、請求項1に記載した本発明の発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法によれば、励磁解除ステップにより誘導電動機の励磁電圧をランプ状に減少させている途中で発電指令を受けると、その時点の励磁電圧の値によって、励磁解除ステップにより誘導電動機の励磁電圧の値を減少させる制御と、励磁開始ステップにより誘導電動機の励磁電圧の値を増加させる制御とのどちらか一方が、磁界残留時励磁電圧制御ステップにおいて優先して実行される。
Further , according to the induction motor excitation voltage control method of the power regeneration device of the present invention described in
即ち、励磁解除ステップによる誘導電動機の励磁電圧の値が励磁開始ステップによる誘導電動機の励磁電圧の値を上回る値までしか減少していない間は、励磁解除ステップにより誘導電動機の励磁電圧の値を減少させる制御が優先して実行されて、誘導電動機に生じる残留磁界による誘導電動機の残留電圧を解消することが優先される。 That is, while the excitation voltage value of the induction motor in the excitation release step is decreased only to a value exceeding the excitation voltage value of the induction motor in the excitation start step, the excitation voltage value of the induction motor is reduced by the excitation release step. The control to be performed is prioritized and priority is given to eliminating the residual voltage of the induction motor due to the residual magnetic field generated in the induction motor.
一方、励磁解除ステップによる誘導電動機の励磁電圧の値が励磁開始ステップによる誘導電動機の励磁電圧の値と一致した時点以降は、誘導電動機の励磁電圧の値を増加させてもインバータのトリップ値を超える突入電流がインバータを流れることがないものとして、励磁電圧増加制御ステップにより誘導電動機の励磁電圧の値を増加させる制御が優先して実行される。 On the other hand, after the excitation voltage value of the induction motor in the excitation release step coincides with the excitation voltage value of the induction motor in the excitation start step, the trip value of the inverter is exceeded even if the excitation voltage value of the induction motor is increased. Assuming that the inrush current does not flow through the inverter, the control for increasing the value of the excitation voltage of the induction motor in the excitation voltage increase control step is preferentially executed.
これにより、励磁電圧の値の減少中に励磁電圧を増加させる場合においても、励磁電圧の減少により誘導電動機に生じている残留電圧の電気エネルギーをインバータで消費した状態で、かつ、インバータのトリップ値を超える突入電流をインバータに流れさせずに、誘導電動機の励磁電圧をスムーズに減少から増加に転じさせて、誘導電動機に回生電力を早期に発電させて負荷に供給できる状態にすることができる。 As a result, even when the excitation voltage is increased while the value of the excitation voltage is decreasing, the electric energy of the residual voltage generated in the induction motor due to the decrease of the excitation voltage is consumed by the inverter, and the trip value of the inverter Without causing an inrush current exceeding 1 to flow to the inverter, the excitation voltage of the induction motor can be smoothly changed from a decrease to an increase so that the induction motor can quickly generate regenerative power and supply it to the load.
なお、前記励磁開始ステップにおいて前記励磁電圧の値を増加させる際の前記パターンは、請求項2に記載した本発明の発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法のように、前記誘導電動機の定格電圧よりも低く、かつ、前記インバータを流れる突入電流が該インバータのトリップ値を下回る所定値まで、前記励磁電圧の値をステップ状に増加させると共に、前記所定値から前記定格電圧まで前記励磁電圧の値をランプ状に増加させるパターンとすることができる。
In addition, the said pattern at the time of increasing the value of the said excitation voltage in the said excitation start step is the rated voltage of the said induction motor like the induction motor excitation voltage control method of the electric power regeneration apparatus of this invention described in
請求項2に記載した本発明の発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法によれば、励磁開始ステップにおいて、インバータを流れる突入電流がインバータのトリップ値を下回る範囲内となるように誘導電動機の励磁電圧を効率よく増加させる際に、その増加パターンを簡略なものとして、その制御乃至処理を容易なものとすることができる。
According to the induction motor excitation voltage control method of the power regeneration device of the present invention described in
上記目的を達成するために、請求項3に記載した本発明の発電回生装置は、電源から供給される電力を用いてインバータが生成した励磁電圧の印加によりモータとして動作させた誘導電動機によって、所定の回転速度まで加速させたフライホイールを、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加解除により、慣性エネルギーが蓄積された遊転状態とし、停電時に外部からの発電指令を受けると、前記遊転状態の前記フライホイールにより回転されている前記誘導電動機を、キャパシタに蓄積された電力を用いて前記インバータが生成した励磁電圧の印加により発電機として動作させ、前記誘導電動機で発電された回生電力を、停電した電源からの電力に代わって、前記インバータを介して負荷に供給する発電回生装置において、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加解除時に、該励磁電圧の印加解除に伴い前記誘導電動機に生じる残留磁界による該誘導電動機の残留電圧の値を前記励磁電圧の値が下回らぬように、前記残留電圧の減少速度に応じた速度で前記励磁電圧の値をランプ状に減少させるように制御する励磁停止時電圧制御手段を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power regeneration device according to a third aspect of the present invention is provided by an induction motor operated as a motor by applying an excitation voltage generated by an inverter using electric power supplied from a power source. When the flywheel accelerated to the rotational speed of the inverter is turned into an idle state in which inertial energy is accumulated by releasing the application of the excitation voltage from the inverter to the induction motor, and when receiving a power generation command from the outside during a power failure, The regenerative power generated by the induction motor is operated by causing the induction motor rotated by the idle flywheel to operate as a generator by applying the excitation voltage generated by the inverter using the electric power stored in the capacitor. In a power regeneration device that supplies power to the load via the inverter instead of power from the power source that has failed. When the excitation voltage is released from the inverter to the induction motor, the value of the excitation voltage does not fall below the value of the residual voltage of the induction motor due to the residual magnetic field generated in the induction motor when the excitation voltage is released. As described above, excitation stop voltage control means is provided for controlling the value of the excitation voltage to decrease in a ramp shape at a rate corresponding to the rate of decrease of the residual voltage.
請求項3に記載した本発明の発電回生装置によれば、インバータから誘導電動機への励磁電圧の印加解除時に、励磁停止時電圧制御手段の制御によって、残留電圧の減少速度に応じた速度で励磁電圧の値がランプ状に減少されて、励磁電圧の印加解除に伴い誘導電動機に生じる残留磁界による残留電圧の値を下回らない値の励磁電圧が、励磁電圧の値がゼロになるまで減少されながら誘導電動機に印加されることになる。
According to the power regeneration device of the present invention as set forth in
これにより、励磁電圧の値がゼロになるまでの間、誘導電動機に生じる残留電圧の電気エネルギーが、励磁電圧の印加のために誘導電動機と電気的に接続されたインバータにおいて熱エネルギー等に変換されて消費される。よって、残留電圧をいち早く解消して誘導電動機を早期に再励磁できる状態にすることができる。 Thereby, until the value of the excitation voltage becomes zero, the electric energy of the residual voltage generated in the induction motor is converted into heat energy or the like in the inverter electrically connected to the induction motor for applying the excitation voltage. Is consumed. Therefore, the residual voltage can be quickly eliminated and the induction motor can be brought into a state where it can be re-excited early.
また、請求項3に記載した本発明の発電回生装置は、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加開始時に、前記インバータを流れる突入電流が該インバータのトリップ値を常時下回るパターンで前記励磁電圧の値を増加させるように制御する励磁開始時電圧制御手段と、前記励磁停止時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値の減少中に前記発電指令を受けたときに、前記励磁電圧の値を制御する磁界残留時電圧制御手段とをさらに備えており、該磁界残留時電圧制御手段は、前記励磁停止時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値が、前記励磁開始時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値を上回る値である間は、前記励磁停止時電圧制御手段の制御を優先させ該励磁開始時電圧制御手段の制御により前記励磁電圧の値を減少させると共に、前記励磁停止時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値が、前記励磁開始時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値と一致した時点以降は、前記励磁開始時電圧制御手段の制御を優先させ該励磁開始時電圧制御手段の制御により前記励磁電圧の値を増加させることを特徴とする。 Further, in the power regeneration device according to the third aspect of the present invention, the inrush current flowing through the inverter is always less than the trip value of the inverter at the start of application of the excitation voltage from the inverter to the induction motor. An excitation start voltage control means for controlling the excitation voltage value to increase, and the excitation voltage when the power generation command is received while the excitation voltage value is decreasing by the control of the excitation stop voltage control means. And a magnetic field residual voltage control means for controlling the value of the magnetic field, the magnetic field residual voltage control means, wherein the excitation voltage value controlled by the excitation stop voltage control means is the excitation start voltage control While the value exceeds the value of the excitation voltage by the control of the means, priority is given to the control of the excitation stop voltage control means, and the excitation start voltage control means controls the excitation. The excitation value is reduced after the time when the excitation voltage value controlled by the excitation stop voltage control means coincides with the excitation voltage value controlled by the excitation start voltage control means. The control of the hour voltage control means is prioritized, and the value of the excitation voltage is increased by the control of the excitation start time voltage control means.
また、請求項3に記載した本発明の発電回生装置によれば、励磁停止時電圧制御手段により誘導電動機の励磁電圧をランプ状に減少させている途中で発電指令を受けると、その時点の励磁電圧の値によって、励磁停止時電圧制御手段により誘導電動機の励磁電圧の値を減少させる制御と、励磁開始時電圧制御手段により誘導電動機の励磁電圧の値を増加させる制御とのどちらか一方が、磁界残留時電圧制御手段において優先して実行される。
According to the power regeneration device of the present invention described in
即ち、励磁停止時電圧制御手段による誘導電動機の励磁電圧の値が励磁開始時電圧制御手段による誘導電動機の励磁電圧の値を上回る値までしか減少していない間は、励磁停止時電圧制御手段により誘導電動機の励磁電圧の値を減少させる制御が優先して実行されて、誘導電動機に生じる残留磁界による誘導電動機の残留電圧を解消することが優先される。 That is, while the excitation voltage value of the induction motor by the excitation stop voltage control means is reduced only to a value exceeding the excitation voltage value of the induction motor by the excitation start voltage control means, the excitation stop voltage control means Control that reduces the value of the excitation voltage of the induction motor is preferentially executed, and priority is given to eliminating the residual voltage of the induction motor due to the residual magnetic field generated in the induction motor.
一方、励磁停止時電圧制御手段による誘導電動機の励磁電圧の値が励磁開始時電圧制御手段による誘導電動機の励磁電圧の値と一致した時点以降は、誘導電動機の励磁電圧の値を増加させてもインバータのトリップ値を超える突入電流がインバータを流れることがないものとして、励磁開始時電圧制御手段により誘導電動機の励磁電圧の値を増加させる制御が優先して実行される。 On the other hand, after the time when the excitation voltage value of the induction motor by the excitation stop voltage control means coincides with the excitation voltage value of the induction motor by the excitation start voltage control means, even if the excitation voltage value of the induction motor is increased. Assuming that an inrush current exceeding the trip value of the inverter does not flow through the inverter, control for increasing the value of the excitation voltage of the induction motor by the excitation start voltage control means is preferentially executed.
これにより、励磁電圧の値の減少中に励磁電圧を増加させる場合においても、励磁電圧の減少により誘導電動機に生じている残留電圧の電気エネルギーをインバータで消費した状態で、かつ、インバータのトリップ値を超える突入電流をインバータに流れさせずに、誘導電動機の励磁電圧をスムーズに減少から増加に転じさせて、誘導電動機に回生電力を早期に発電させて負荷に供給できる状態にすることができる。 As a result, even when the excitation voltage is increased while the value of the excitation voltage is decreasing, the electric energy of the residual voltage generated in the induction motor due to the decrease of the excitation voltage is consumed by the inverter, and the trip value of the inverter Without causing an inrush current exceeding 1 to flow to the inverter, the excitation voltage of the induction motor can be smoothly changed from a decrease to an increase so that the induction motor can quickly generate regenerative power and supply it to the load.
なお、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加開始時に、前記励磁開始時電圧制御手段は、請求項4に記載した本発明の発電回生装置のように、前記誘導電動機の定格電圧よりも低く、かつ、前記インバータを流れる突入電流が該インバータのトリップ値を下回る所定値まで、前記励磁電圧の値をステップ状に増加させるように制御すると共に、前記所定値から前記定格電圧まで前記励磁電圧の値をランプ状に増加させるように制御することができる。
In addition, at the start of application of the excitation voltage from the inverter to the induction motor, the excitation start voltage control means is based on the rated voltage of the induction motor as in the power regeneration device of the present invention described in
請求項4に記載した本発明の発電回生装置によれば、インバータを流れる突入電流がインバータのトリップ値を下回る範囲内となるように誘導電動機の励磁電圧を効率よく増加させるための、励磁開始時電圧制御手段による誘導電動機の励磁電圧の増加パターンを簡略なものとして、励磁開始時電圧制御手段の制御乃至処理を容易なものとし、ひいては、励磁開始時電圧制御手段の構成を簡略なものとすることができる。
According to the power regeneration device of the present invention as set forth in
本発明に係る発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法及び発電回生装置によれば、誘導電動機に生じる残留磁界による誘導電動機の残留電圧の電気エネルギーをインバータで熱エネルギー等に変換して消費しながら、誘導電動機の励磁電圧をゼロに減少させて行くので、励磁電圧がゼロになり次第誘導電動機を再励磁できるように、残留電圧をいち早く解消して誘導電動機を早期に再励磁できる状態にすることができる。 According to the induction motor excitation voltage control method and the power regeneration device according to the present invention, the electric energy of the residual voltage of the induction motor due to the residual magnetic field generated in the induction motor is converted into heat energy or the like by the inverter and consumed. Since the excitation voltage of the induction motor is reduced to zero, the residual voltage must be eliminated quickly so that the induction motor can be re-excited quickly so that the induction motor can be re-excited as soon as the excitation voltage becomes zero. Can do.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の発電回生装置の実施の形態となる無停電電源装置1を、電源2による通常時の給電系統(経路)3の直流バス4に、停電時の給電系(経路)5を接続した構成として示す図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an
無停電電源装置1は、詳細については後述するが、かご型誘導電動機10を採用し、慣性による回転状態においてフライホイール9に連結している誘導電動機10を無励磁とすることにより、励磁電流による損失を無くし、回転損失も少なくし、フライホイール9および誘導電動機10を完全な空転状態とすることを可能とした。
Although details will be described later, the
前記空転状態においてかご型誘導電動機10は励磁されていないため、これを発電回生運転させるには高速で回転する誘導機10に対し短時間に励磁電流を流す必要がある。
Since the squirrel-
そこで、無停電電源装置1は、突入電流によるインバータトリップを防止しつつ短時間の内に誘導電動機10の励磁コイルを励磁し、かつ発電を開始する。なお、本実施の形態は後に述べる発電回生のための高速励磁だけでなく、力行のための高速励磁にも利用可能である。
Therefore, the
図1にあって、通常時の給電系(経路)3は、電源2からの例えば三相交流電圧を整流装置6により直流電圧とし、直流バス4を通して負荷用インバータ7に供給している。負荷用インバータ7は、例えば周波数50Hzの交流電圧を作り、負荷8に供給する。
In FIG. 1, a normal power supply system (path) 3 converts, for example, a three-phase AC voltage from a
停電時の給電系(経路)5では、フライホイール9にかご型誘導電動機10を連結し、フライホイール発電機として用い、この発電機によって発電された電力を、フライホイール用インバータ11により直流電圧に変換し、前記直流バス4に供給している。
In a power supply system (path) 5 at the time of a power failure, a squirrel-
かご型誘導電動機10は、巻き線型の回転子及び固定子を用いてなる電動機であり、モータになったり、あるいは発電機になる。モータとして動作するときは、フライホイール9を所定の速度まで加速する。発電機として動作するときは、フライホイール9の慣性エネルギーに基づいた回転力に応じて発電する。
The squirrel-
フライホイール9は、慣性を持ち、かつ質量を持った円盤である。ベアリングや、磁気軸受け上に回転している。磁気軸受けを使うことにより、無接触とし、摩擦による損失を防ぐことができる。前記誘導電動機10がモータとして動作するときには、コマのように高速に回転される。空回りしているときには、回転エネルギーという形でエネルギーを保持している。フライホイール9の回転数は回転数計12により周波数[Hz]として計測される。
The
かご型誘導電動機10とフライホイール用インバータ11との間には、電流計13が設けられ、フライホイール用インバータ11によって生成される励磁電圧によって流れる励磁電流値を計測する。
An
フライホイール用インバータ11は、フライホイール9の回転力に基づいて発電機として動作する前記誘導電動機10からの交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流バス4に供給する。このとき、直流電圧計14によって直流電圧値が測定される。また、フライホイール用インバータ11は、誘導電動機10に励磁電圧、励磁電流を供給する。
The
キャパシタ15は、電源が停電等によって落ちたときに、フライホイール用インバータ11を動作させるための最小限の電力エネルギーと、停電発生時からかご型誘導電動機10により発電が開始されるまでの期間に負荷8が必要とする電力エネルギーとを蓄積する。即ち、停電発生時における負荷8への電力供給は、かご型誘導電動機10により発電が開始されればその発電エネルギーを使うことができるが、発電するまではキャパシタ15からの電力を使う。もしも負荷8が、瞬時の停電状態に置かれることを許容する性質のものであれば、停電発生時からかご型誘導電動機10が励磁されて発電を開始するまでの短期間、負荷用インバータ7を停止させておき、キャパシタ15の電力が負荷8に供給されることを防止することで、キャパシタ15の容量を最小限に止めておくことが可能である。なお、フライホイール用インバータ11によって変換された直流電力は、キャパシタ(コンデンサ)15には供給されない。
The
このような構成の無停電電源装置1にあって、給電経路5中のかご型誘導電動機10は、通常時、モータとして動作し、フライホイール9を加速する。フライホイール9の回転数が十分上がったところで、かご型誘導電動機10の励磁を止め、フライホイール9を空回しの状態にしておく。フライホイール9とかご型誘導電動機10は連結されているので、かご型誘導電動機10の回転子は回転を続けている。
In the
フライホイール9には、前述したように慣性エネルギーが蓄積された状態となる。このような状態で、例えば停電が発生した場合、フライホイール用インバータ11はかご型誘導電動機10を今度はフライホイール9の回転力を基に発電機として動作させる。このかご型誘導電動機10で発電された交流のエネルギーは、フライホイール用インバータ11に供給される。そして、フライホイール用インバータ11で交流から直流に変換された直流の電圧が直流電圧計14で計測されながら、直流バス4に供給される。負荷用インバータ7は、直流バス4に供給された前記発電された電力を、前述の通り50Hzの交流とし、負荷8に供給する。
As described above, the
このように、無停電電源装置1は、負荷8に対して、通常時の給電経路3では、整流装置6からの電力に基づいた負荷用インバータ7からの電力を、また停電時の給電経路5では、誘導電動機10により発電された電力を供給することができる。
In this way, the
特に、無停電電源装置1は、以下の原理に基づいて動作する。まず、通常時に、フライホイール9に連結したかご型誘導電動機10を、フライホイール9が所定の速度に達したら、無励磁とした状態にし、フライホイール9をそのまま高速で回転させておく。この状態、つまりかご型誘導電動機10を無励磁とし、フライホイール9を所定の高速度で空回りさせる状態を遊転状態という。
In particular, the
この遊転状態ではフライホイール9に慣性運動エネルギーが蓄積されている。この状態から、フライホイール用インバータ11の制御により、かご型誘導電動機10を励磁し、回転数(すべり)制御を行うことによって運動エネルギーにより発電を行う。
In this idle state, inertial kinetic energy is accumulated in the
このように、本実施の形態は前記原理を応用した無停電電源装置1であり、遊転状態から発電状態に至るまでの高速な励磁方法と、短時間の内に発電エネルギーを発生させる発電方法とを実行し、停電時間の短縮やキャパシタの低容量化、励磁電流損失の排除による待機電力の最小化を実現するものである。
Thus, the present embodiment is an
以下、無停電電源装置1によって実行される誘導電動機10の励磁方法、誘導電動機10の発電方法について詳細に説明する。
Hereinafter, the excitation method of the
前記遊転状態にあって、かご型誘導電動機10は、励磁されていないため、発電回生運転させるには、発電状態に持っていかなければならない。そこで、先ず、高速で回転するかご型誘導電動機10に対して、フライホイール用インバータ11から短時間で励磁電流を流す必要がある。
In the idle state, the squirrel-
従来、常時励磁状態にした誘導電動機は、以下に示す、すべり量−トルク特性にあって、横軸のすべり量を短時間で後述の領域(3)に入れることにより発電状態に入れることができた。図2はすべり量−トルク特性図である。ここでいうすべり量とは、従来の誘導電動機の励磁コイルに流す電気的な交流の周波数[Hz]と、機械的な誘導電動機の回転数との差である。 Conventionally, induction motors that are always in an excited state have the following slip amount-torque characteristics, and can be put into a power generation state by putting the slip amount of the horizontal axis in a region (3) described later in a short time. It was. FIG. 2 is a slip amount-torque characteristic diagram. The slip amount referred to here is the difference between the frequency [Hz] of electrical alternating current that flows through the exciting coil of the conventional induction motor and the rotational speed of the mechanical induction motor.
通常、前記交流の周波数と前記従来の誘導電動機の回転数とが一致し、その差が0である場合(1)には、すべり量は0である。これに対して、前記従来の誘導電動機の回転数の方が、前記交流の周波数よりも遅い場合(2)、つまり「交流の周波数>誘導電動機の回転数」のときには、前記従来の誘導電動機にはモータとしてのパワーが発生し、力行と呼ばれるトルクが生じる。そのトルクと摩擦、負荷等がバランスしたところで、誘導電動機の回転数が落ち着く。また、前記従来の誘導電動機の回転数の方が、前記交流の周波数よりも速くなる場合(3)、つまり「交流の周波数<誘導電動機の回転数」のときには、従来の誘導電動機は、回生となり、発電機として動作する。 Usually, when the AC frequency matches the rotational speed of the conventional induction motor and the difference is zero (1), the slip amount is zero. On the other hand, when the rotational speed of the conventional induction motor is slower than the alternating current frequency (2), that is, when “the alternating current frequency> the rotational speed of the induction motor”, the conventional induction motor is Generates power as a motor and generates torque called power running. When the torque, friction, load, etc. are balanced, the rotational speed of the induction motor settles. Further, when the rotational speed of the conventional induction motor is faster than the AC frequency (3), that is, when “AC frequency <the rotational speed of the induction motor”, the conventional induction motor is regenerated. Operates as a generator.
このように、誘導電動機を、交流磁界よりも速く回してやると、発電機として動作する。発電されたエネルギーが電力系統に入ってくる。通常は、前記交流の周波数と誘導電動機の回転数とが一致しているとき(1)消費電力が少ない。実際にはちょっと摩擦分があるのでずっと励磁をかけておくと、摩擦分を打ち消して一定回転で回すので、(4)の辺りで動く。たとえば、誘導電動機を一定回転で回していて、励磁も供給しておくという状態にあるとする。誘導電動機には励磁がかかっている状態から、停電などによりいざ発電しなさいという指令がきたときには、すべり量s1を(3)の領域方にもってくる。これは、フライホイール用インバータを備えた無停電電源装置であれば、インバータの周波数を変えてやれば、簡単にできる。誘導電動機の回転数が交流の周波数を追い越せば発電のエネルギーが得られる。このように従来の誘導電動機を用いた場合に、図2に示したようなすべり量の制御をいれれば、短時間のうちに発電エネルギーを得られる。しかし、この従来の誘導電動機によれば、待機状態にあってもいつも励磁用に電力を消費していることになるので損失が大である。 Thus, when the induction motor is rotated faster than the AC magnetic field, it operates as a generator. The generated energy enters the power system. Normally, when the AC frequency and the rotation speed of the induction motor match (1), power consumption is low. Actually, there is a little friction, so if you keep applying excitation for a long time, it will move around (4) because the friction will be canceled out and rotated at a constant rotation. For example, it is assumed that the induction motor is rotated at a constant rotation and excitation is also supplied. When an instruction to generate electricity due to a power failure or the like comes from a state in which the induction motor is energized, the slip amount s1 is brought toward the region (3). If this is an uninterruptible power supply equipped with a flywheel inverter, it can be easily done by changing the frequency of the inverter. If the number of revolutions of the induction motor exceeds the frequency of the alternating current, the energy of power generation can be obtained. As described above, when the conventional induction motor is used, if the slip amount control as shown in FIG. 2 is performed, the generated energy can be obtained in a short time. However, according to this conventional induction motor, since power is always consumed for excitation even in the standby state, the loss is large.
そこで、本実施の形態の無停電電源装置1では、前記損失をなくすために、誘導電動機10を励磁せず、無励磁にして空回りにする。その状態から停電等が起こったときには、誘導電動機10を発電モードにまで持っていかなければならない。まず、誘導電動機10に対して励磁電流をかけて、磁界を作ってやらなければならない。しかし、一般的には空回ししている状態から励磁電流をかけて励磁するには時間がかかる。そこで、従来までの励磁方法よりも短時間で励磁する励磁方法が必要とされる。
Therefore, in the
しかし、無励磁の状態からある時点で定格電圧をかけると、励磁電流の突入電流が大きくなってしまう。図3は、横軸に時間、縦軸に電圧をとり、無励磁から時間t1で定格電圧を得るまでに、突入電流が流れてしまうことを示す比較のための図である。インバータの場合トリップしてしまう。 However, if the rated voltage is applied at a certain point in the non-excited state, the inrush current of the exciting current becomes large. FIG. 3 is a comparative diagram showing that inrush current flows from the time when no voltage is excited to the time when the rated voltage is obtained at time t1 with time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis. The inverter trips.
また、図4には、スター結線とデルタ結線とを使い分けた例を比較例として示す。スター結線は、抵抗が電気回路上3倍となるので、時間t1で定格電圧V1を得ても破線で示すように励磁電流は一度に流れない。すなわち、抵抗が大きいので電流を抑えることができる。ある程度の時間、スター結線で励磁した後、デルタ結線に励磁コイルを切り替える。これにより、突入電流を抑えることができる。これは、インバータを使わない構成で用いられていた。 Moreover, in FIG. 4, the example which used the star connection and the delta connection properly is shown as a comparative example. In the star connection, the resistance is tripled on the electric circuit, so that even when the rated voltage V1 is obtained at time t1, the exciting current does not flow at once as shown by the broken line. That is, since the resistance is large, the current can be suppressed. After exciting with star connection for a certain time, switch the excitation coil to delta connection. Thereby, inrush current can be suppressed. This was used in a configuration that does not use an inverter.
図5には、インバータを用いて、自由に電圧を制御し、あるレートで励磁電圧を徐々に上げ、励磁電流の突入電流を抑える比較例の特性を示す。時間t1で励磁しはじめてから時間t2で定格電圧V1になるまでに、破線でしめす励磁電流は突入電流となることはないが、一般的な400V数百kW級の誘導機の例では、数百ミリ秒以上の時間を要してしまう。 FIG. 5 shows the characteristics of a comparative example in which the voltage is freely controlled using an inverter, the excitation voltage is gradually increased at a certain rate, and the inrush current of the excitation current is suppressed. The excitation current shown by the broken line does not become an inrush current from the start of excitation at time t1 until the rated voltage V1 is reached at time t2, but in an example of a general 400V several hundred kW class induction machine, several hundreds It takes more than milliseconds.
図6は、本実施の形態の無停電電源装置1にあって実行される励磁方法によって、高速に定格電圧V1まで励磁したときの特性図である。この励磁方法では、まず、誘導電動機10の定格電圧V1よりも低く、かつ、フライホイール用インバータ11を流れる突入電流がフライホイール用インバータ11のトリップ値を下回る所定値まで、励磁電圧の値をステップ状に増加させるように制御する。これに続いて、この所定値から誘導電動機10の定格電圧V1まで、励磁電圧の値をランプ状に増加させる。ここで言う所定値は、誘導電動機10やフライホイール用インバータ11の特性に応じて、計算又は実験により求めて設定することができる。
FIG. 6 is a characteristic diagram when the rated voltage V1 is excited at a high speed by the excitation method executed in the
また、図7は、本実施の形態の無停電電源装置1にあって実行される他の励磁方法によって、高速に定格電圧V1まで励磁したときの特性図である。無励磁の状態から、励磁を行って、定格電圧V1を得るまでには、一般的な400V数百kW級の誘導機の例でも数十ミリ秒ほどで済む。
FIG. 7 is a characteristic diagram when excitation is performed to the rated voltage V1 at high speed by another excitation method executed in the
これは、後述するように電流のフィードバック制御、あるいは、予め実験等により決定した励磁電圧上昇波形パターンにより励磁電圧の上昇速度を決めるという励磁方法により、インバータにてトリップしないぎりぎりの速さで、無励磁から高速に励磁することで実現できる。 As will be described later, this can be achieved by an excitation method that determines the rate of increase of the excitation voltage based on current feedback control or an excitation voltage increase waveform pattern determined in advance through experiments or the like. This can be realized by exciting at high speed.
そして、本実施の形態の無停電電源装置1における、フライホイール用インバータ11による誘導電動機10の励磁電圧の制御は、図1に示すコントローラ16によって実行される。このコントローラ16は、誘導電動機10の励磁電圧の他、キャパシタ15のフライホイール用インバータ11に対する電気的な接断等の制御も行う。このコントローラ16は、制御プログラムの実行により処理を行うマイクロコンピュータや、V/f変換回路(電圧−周波数変換回路)を含む各種のドライバ等によって構成することができる。
And control of the excitation voltage of the
図8は、無停電電源装置1のコントローラ16が制御プログラムの実行により行う処理の手順を示すフローチャートである。この図8を参照して、本発明にかかる発電回生装置における誘導電動機の励磁方法を含んだ全体的な処理の説明を行う。
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of processing performed by the
先ず、コントローラ16は、ステップS1(ア)にて、フライホイール9に接続されたかご型誘導電動機10を、V/f制御に基づいてフライホイール用インバータ11にて駆動し、定格回転数まで加速する。
First, in step S1 (a), the
図9はV/f制御特性図である。この図は、誘導電動機を回すうえでの制御特性を示している。横軸は誘導電動機10の回転数f[Hz]であり、フライホイール用インバータ11の周波数を変えることによって制御できる。縦軸は誘導電圧機の電圧V[V]を示す。フライホイール用インバータ11により、フライホイール9に接続されたかご型誘導電動機10を駆動し、定格回転数f0まで加速する。回転数に応じて電圧を決めることができる。はじめは、回転数が0で、電圧も0であるが、フライホイール用インバータ11にて回転数をあげていって定格回転数f0のところで、定格電圧V0にするという運転を行う。
FIG. 9 is a V / f control characteristic diagram. This figure shows the control characteristics for turning the induction motor. The horizontal axis represents the rotational speed f [Hz] of the
さらに、図10乃至図12を参照してV/f制御について説明する。V/f制御はすべりの状態を利用するが、これはインバータが持っている特性である。この特性は、インバータに設定するが、誘導電動機に対して、V1という電圧で、f1という周波数をかけると、誘導電動機はそれに引っ張られて回転する。摩擦がない状態なら、完全にf1に一致するが、実際には損失があるのでf1までいかず、少し手前でバランスしてしまう。 Further, the V / f control will be described with reference to FIGS. V / f control uses a slip state, which is a characteristic of an inverter. This characteristic is set in the inverter. When the frequency of f1 is applied to the induction motor at a voltage of V1, the induction motor is pulled and rotated. If there is no friction, it completely coincides with f1, but in reality there is a loss, so f1 is not reached, and the balance is slightly ahead.
摩擦の大きさ、フライホイールのモーメント、大きさによって加速の速さは変わってくる。その間は、すべった状態となる。交流の磁界の回転数はf1のままであるが、モータの方はゆっくりあがってきて、あるところでバランスする。あとは回転数を変えたいときは、交流の周波数を変える。 The speed of acceleration varies depending on the magnitude of friction, the moment of the flywheel, and the magnitude. In the meantime, it becomes slippery. The rotational speed of the alternating magnetic field remains f1, but the motor slowly rises and balances at some point. When you want to change the rotation speed, change the AC frequency.
モータの方もあるすべりをもって、完全に一致することはないが、追いついてくる。完全に一定することはない。そのときの周波数fに対して電圧Vをどのように設定するかということになる。 The motor also catches up with a certain slip, although it doesn't match perfectly. It is not completely constant. This is how the voltage V is set with respect to the frequency f at that time.
モータの発生トルクから見ると、図11に示すように周波数に対して電圧が一定の傾きで伸びているときには、発生トルクが破線で示すように一定となる。図12に示すように、周波数に対して電圧が一定値になると、発生トルクが破線のように減ってくる。 When viewed from the generated torque of the motor, as shown in FIG. 11, when the voltage extends with a constant slope with respect to the frequency, the generated torque becomes constant as shown by the broken line. As shown in FIG. 12, when the voltage becomes a constant value with respect to the frequency, the generated torque decreases as shown by a broken line.
よって、図10に示すようなV/f制御特性のときに、電圧が周波数に対して一定の傾きで伸びている状態では発生トルクは一定であるが、周波数に対して電圧が一定値になると、発生トルクは減ってくる。 Therefore, in the V / f control characteristic as shown in FIG. 10, the generated torque is constant when the voltage extends with a constant slope with respect to the frequency, but when the voltage becomes a constant value with respect to the frequency. The generated torque decreases.
回転数は図1に示した回転数計12により測定される。フライホイールの運転状態によって回転数がいまどこにあるのかがわからない。励磁もしていないので、いざ励磁をかけようとするときには、回転数を回転数計12により計測する。すると、図9の特性から電圧値がどの当たりかがわかる。
The rotational speed is measured by the
このようなV/f制御に基づいて、前記ステップS1(ア)でコントローラ16は、フライホイール9に接続された誘導電動機10をフライホイール用インバータ11にて駆動し、定格回転数まで加速する。周波数をあげながら、電圧も上げる。回転数をかえながら、電圧も変える。所望のトルクの特性も得られる。
Based on such V / f control, in step S1 (a), the
図8に戻り、コントローラ16は、ステップS2にて定格回転数に達したか否かを判定する。定格回転数f0に達していれば(YES)、ステップS3(イ)に進んで、本発明の方法にしたがって誘導電動機10を無励磁とする。
Returning to FIG. 8, the
図13(a),(b)は横軸に時間を、縦軸に誘導電動機10の励磁電圧をとった、誘導電動機10の励磁停止時の励磁解除パターンを示す説明図である。図13(a)に示すように、フライホイール用インバータ11から誘導電動機10への励磁電圧の印加解除時には、この励磁電圧の印加解除に伴い誘導電動機10に生じる残留磁界による誘導電動機10の残留電圧の値を励磁電圧の値が下回らないように、残留電圧の減少速度に応じた速度で励磁電圧の値をランプ状に減少させる。
FIGS. 13A and 13B are explanatory diagrams showing an excitation release pattern when excitation of the
例えば、図13(b)に示すように、励磁電圧の定格電圧V1が400V数百kW級である誘導電動機10に対する励磁電圧をいきなりステップ状にゼロボルトとして印加解除する場合には、残留磁界による誘導電動機10の残留電圧が解消するまでに数秒かかってしまう。
For example, as shown in FIG. 13B, when the excitation voltage for the
これに対し、励磁電圧を図13(a)に示す直線特性による減少パターンで、数百ミリ秒の時間をかけてランプ状に減少させると、誘導電動機10に発生した残留磁界による残留電圧が、励磁電圧をゼロボルトまで減少させている間にフライホイール用インバータ11で熱エネルギー等に変換されて消費されるので、励磁電圧がゼロボルトに下がった時点では既に、残留磁界による誘導電動機10の残留電圧は解消された状態になる。
On the other hand, when the excitation voltage is reduced in a ramp shape over a time of several hundred milliseconds in the reduction pattern due to the linear characteristic shown in FIG. 13A, the residual voltage due to the residual magnetic field generated in the
したがって、励磁電圧の印加をいきなりステップ状にゼロボルトとして印加解除するよりも、数百ミリ秒の時間をかけてランプ状に励磁電圧を減少させて印加解除させる方が、誘導電動機10を再励磁できる残留電圧ゼロの時点を結果的に早く迎えることができるようになる。
Accordingly, the
なお、誘導電動機10の残留磁界による残留電圧は、誘導電動機10や無停電電源装置1全体のスペックによって変化するので、誘導電動機10の励磁電圧をランプ状に減少させる際の減少速度(図13(a)に示す直線特性の傾き)は、それらのスペックに基づいた計算又は実験的に求めることが好ましい。誘導電動機10を無励磁とすると、それ以後、フライホイール9と誘導電動機10は慣性による自由回転状態を得て、フライホイール9の慣性エネルギーを長時間持続する。
Since the residual voltage due to the residual magnetic field of the
図14(a),(b)は横軸に時間を、縦軸に回転数をとった回転数の特性図であり、回転数の時間軸上での変化を示す図である。図14(a)に示すように、前記ステップS1の(ア)にて回転数はUのように上昇し定格回転数f0とされる。その後、ステップS3の(イ)にて無励磁として、遊転状態とした。このとき、回転数はD1のように下がる。ただし、前述の同期機よりはコギングトルクが発生しない分だけ減少率は低い。 FIGS. 14A and 14B are characteristic diagrams of the rotational speed with time on the horizontal axis and rotational speed on the vertical axis, and are diagrams showing changes in the rotational speed on the time axis. As shown in FIG. 14 (a), at step S1 (a), the rotational speed increases like U and is set to the rated rotational speed f0. After that, in step S3 (A), no-excitation was performed, and the spinning state was set. At this time, the number of revolutions decreases as D1. However, the rate of decrease is lower than that of the above-described synchronous machine by the amount that cogging torque is not generated.
励磁を続けると回転数は一定に保たれるが、本実施の形態では無励磁にするので極小量づつ回転数が落ちてくる。ただし、フライホイール9の軸受けを磁気軸受けとし、真空状態にすれば、1分間4000回転の場合、4、5回転落ちるのに15分を要する程でしかない。よって、回転損失はほとんど0としてもよい。もちろん、フライホイール9の軸受けをベアリングにし、空気中で回転させれば損失はもう少し増えるが、それでも前記同期機よりは少ない。
If the excitation is continued, the rotation speed is kept constant, but in this embodiment, since the excitation is not performed, the rotation speed decreases by a minimum amount. However, if the bearing of the
次に、コントローラ16は、図8のステップS4にて電源の遮断など、外部から任意のタイミングで発電指令を受けたと判定する(YES)とステップS5(ウ)に進み、キャパシタ15に蓄積した電荷を使用して高速再励磁を行う。このとき、キャパシタ15の電圧は放電により多少低下する。また、キャパシタ15の電荷を使用して負荷8に対して電力を供給するのであれば、さらに電圧が低下する。図14(a)では無励磁から励磁の状態になるので回転数はN特性のように減少しない。この高速再励磁方法については図15を参照して後述する。
Next, the
また、図8のステップS4にて発電指令を受けていないと判定する(NO)とステップS9(オ)に進み、遊転状態における回転数低下によって、フライホイール9がある回転数D4に到達したかどうかを判定する。D4まで回転数が低下したと判定する(YES)とステップS1に戻り、図14(b)に示すように、再び定格回転数D0までフライホイール9を加速する。
Moreover, when it determines with not receiving the electric power generation instruction | command in step S4 of FIG. 8 (NO), it progresses to step S9 (e), and the
コントローラ16は、ステップS5(ウ)にて高速再励磁が終わると、ステップS6(エ)に進んで本発明の方法にしたがって発電回生を行う。発電状態では回転数をD3のように落としながら発電する。このステップS6の発電方法についても後述する。
When the high-speed reexcitation ends in step S5 (c), the
次に、コントローラ16は、ステップS7にて、発電状態にあって、直流バスの電圧を、発電開始時の電圧値と同じ一定値に維持するためフライホイール用インバータ11により誘導電動機10の回転数を監視しながらすべり量を制御する。ここで、直流バスの電圧、即ち、キャパシタ15の電圧は、停電発生前の充電完了待機時に比べて、放電によって多少減少している。しかし、誘導電動機10の発電によってキャパシタ15の電圧を、発電開始時における電圧値と同じ一定値に保つようにすることによって、誘導電動機10による発電エネルギーが、キャパシタ15の再充電に使用されることなく負荷8に対して全て供給される。
Next, in step S7, the
次に、コントローラ16は、ステップS8にて、直流バスを通じて、電源2または誘導発電機10からの回生電力の供給を受ける負荷用インバータ7による負荷電圧の制御を継続し、負荷8に電力を供給する。
Next, the
以下に、コントローラ16が実行するステップS5の励磁方法の詳細について、図15及び図16を参照して説明する。図15は励磁方法の処理手順を示すフローチャートであり、図16は高速な励磁方法を説明するための励磁電圧/電流特性図である。
Details of the excitation method in step S5 executed by the
図15のステップS51において、コントローラ16は、回転数計12により無励磁状態にある誘導電動機10の現在の回転数を計測する。
In step S51 of FIG. 15, the
次に、コントローラ16は、ステップS52にて、予め設定したすべり値の初期値s1を用いて現在の回転数に対する励磁周波数f1を決定する。発電状態にするので、予めそれに見合ったすべり値を設定しておく。前記図2を参照したように、発電にするときはすべり値s1は(3)の領域に入れる。例えば、誘導電動機10が50Hzで回っているのであれば、51Hzの励磁をかければ発電する。よってすべりの初期値s1を+1Hzとする。それを勘案して回転数から励磁周波数f1を決定する。但し、すべりの初期値s1が大きすぎると励磁時の突入電流が大きくなるため、すべりの初期値s1は、誘導電動機10の特性を踏まえて決定するか、あるいは、ゼロとしておく。
Next, in step S52, the
ステップS53では、コントローラ16は、図9に示したV/f制御特性からf1に対応した励磁目標電圧Vを決定する。つまり、f1が決まると励磁すべき励磁電圧Vがわかる。
In step S53, the
ステップS54では、コントローラ16は、フライホイール用インバータ11を励磁周波数f1で駆動し励磁を開始する。このとき励磁電圧は0または、図16に示すように定格電圧V1より低い電圧V2から開始する。このときV2は突入電流がインバータのトリップ電流値を超えない最大値に設定するのが望ましい。
In step S54, the
ステップS55では、コントローラ16は、励磁電圧を0またはV2からV1に向けて上昇していく。このときも励磁電圧の増加に伴う電流の増加がインバータのトリップ値を超えない範囲で上昇速度を設定する。
In step S55, the
図17は励磁電圧制御回路の具体例30の構成図である。これは、コントローラ16を構成するマイクロコンピュータやドライバによって実現されるいわば等価回路である。励磁解除パターンメモリ36aには、誘導電動機10の励磁停止時における励磁解除パターン(図13参照)を示すテーブルが格納されている。
FIG. 17 is a configuration diagram of a specific example 30 of the excitation voltage control circuit. This is an equivalent circuit realized by a microcomputer and a driver constituting the
図18はこの励磁解除パターンテーブルを示す説明図である。励磁解除パターンテーブルは、これに対応する図17のタイマ37aによって計測される誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tと、その経過時間Tに対応する誘導電動機10の励磁電圧と、その励磁電圧まで誘導電動機10の励磁電圧をゼロボルトから増加させるのに必要とする増加所要時間(励磁開始時点からの経過時間T´)とを対応付けて構成されている。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing this excitation release pattern table. In the excitation release pattern table, the elapsed time T from the excitation release point of the
なお、誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tに対応する誘導電動機10の励磁電圧は、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージで設定されている。また、上述した増加所要時間(励磁開始時点からの経過時間T´)は、図6に示す誘導電動機10の励磁開始時における励磁開始パターンにしたがって、誘導電動機10の励磁電圧をゼロボルトから増加させるのに必要な所要時間である。
The excitation voltage of the
また、図17に示す回路の励磁開始パターンメモリ36bには、誘導電動機10の励磁開始時における励磁開始パターン(図6参照)を示すテーブルが格納されている。
In addition, the excitation
図19はこの励磁開始パターンテーブルを示す説明図である。励磁開始パターンテーブルは、これに対応する図17のタイマ37bによって計測される誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´と、その経過時間T´に対応する誘導電動機10の励磁電圧とを対応付けて構成されている。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing this excitation start pattern table. In the excitation start pattern table, the elapsed time T ′ from the excitation start time of the
なお、誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´に対応する誘導電動機10の励磁電圧は、図18の励磁解除パターンテーブルにおける誘導電動機10の励磁電圧と同様に、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージで設定されている。図19では経過時間T´が0〜38msecまでの範囲について、対応する誘導電動機10の励磁電圧が記載されているが、38msec以降の経過時間T´には、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージが100%の励磁電圧が対応付けられている。
The excitation voltage of the
更に、図17に示す回路の切り替えスイッチ38は、コントローラ16が誘導電動機10の励磁電圧のコントロールに用いるパターンテーブルを、図18の励磁解除パターンテーブルと図19の励磁開始パターンテーブルとの一方から他方に切り替えるものである。
Further, the
例えば、励磁解除に伴う励磁電圧の減少中に外部からの励磁開始の指令が発生して、コントローラ16が、図18の励磁解除パターンテーブルから図19の励磁開始パターンテーブルに切り替える場合は、その切り換え時点において図17のタイマ37aによって計測されている誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tに対応する、図18の励磁解除パターンテーブル上の増加所要時間(励磁開始時点からの経過時間T´)が、図17のタイマ37bにセットされる。したがって、タイマ37bは、図18の励磁解除パターンテーブルから図19の励磁開始パターンテーブルへの切り替え時点から、セットされた励磁開始時点からの経過時間T´以降の経過時間を計測することになる。
For example, if an external excitation start command is generated while the excitation voltage is decreasing due to excitation cancellation, and the
また、図17に示す回路の低値選択回路39は、スイッチ38によって選択されているパターンテーブルに対応するタイマ37a,37bによって計測されている経過時間T,T´に対応して、スイッチ38によって選択されているパターンテーブルにおいて定義されている誘導電動機10の励磁電圧と、誘導電動機10の定格電圧V1とのうち、値の低い方を選択し、フライホイール用インバータ11に対して誘導電動機10の励磁電圧として出力するものである。
Further, the low
したがって、励磁解除の指令発生に伴い図18の励磁解除パターンテーブルの励磁解除パターンにより励磁電圧が減少されている途中で、外部からの励磁開始の指令が発生すると、その励磁開始の指令発生時点から、図19の励磁開始パターンテーブルの励磁開始パターンにより励磁電圧が増加されることになる。 Therefore, when an excitation start command is generated from the outside while the excitation voltage is being reduced by the excitation release pattern of the excitation release pattern table of FIG. The excitation voltage is increased by the excitation start pattern in the excitation start pattern table of FIG.
なお、外部からの励磁開始の指令が発生した時点で、誘導電動機10の励磁電圧が既に、図19の励磁開始パターンテーブルの励磁開始パターンにおける、励磁電圧の増加パターンをステップ状からランプ状に切り替える図6の特性図上の所定値を下回っている場合は、励磁開始の指令発生時点において、誘導電動機10の励磁電圧が所定値までステップ状に増加された後、定格電圧V1までランプ状に増加されることになる。
When the excitation start command from the outside is generated, the excitation voltage of the
図20は励磁電圧制御回路の他の具体例30Aの構成図である。これも、図17の励磁電圧制御回路と同様に、コントローラ16を構成するマイクロコンピュータやドライバによって実現されるいわば等価回路である。励磁解除パターンメモリ36cには、誘導電動機10の励磁停止時における励磁解除パターン(図13参照)を示すテーブルが格納されている。
FIG. 20 is a configuration diagram of another specific example 30A of the excitation voltage control circuit. Similarly to the excitation voltage control circuit of FIG. 17, this is an equivalent circuit realized by a microcomputer and a driver constituting the
図21はこの励磁解除パターンテーブルを示す説明図である。励磁解除パターンテーブルは、これに対応する図20のタイマ37cによって計測される誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tと、その経過時間Tに対応する誘導電動機10の励磁電圧とを対応付けて構成されている。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing this excitation release pattern table. The excitation release pattern table associates the elapsed time T from the excitation release time of the
なお、誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tに対応する誘導電動機10の励磁電圧は、図18の励磁解除パターンテーブルと同様に、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージで設定されている。
The excitation voltage of the
また、図20に示す回路の励磁開始パターンメモリ36dには、誘導電動機10の励磁開始時における励磁開始パターン(図6参照)を示すテーブルが格納されている。
In addition, the excitation
図22はこの励磁開始パターンテーブルを示す説明図である。励磁開始パターンテーブルは、これに対応する図20のタイマ37dによって計測される誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´と、その経過時間T´に対応する誘導電動機10の励磁電圧とを対応付けて構成されている。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing this excitation start pattern table. In the excitation start pattern table, the elapsed time T ′ from the excitation start time of the
なお、誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´に対応する誘導電動機10の励磁電圧は、図20の励磁開始パターンテーブルにおける誘導電動機10の励磁電圧と同様に、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージで設定されている。図22では経過時間T´が0〜38msecまでの範囲について、対応する誘導電動機10の励磁電圧が記載されているが、38msec以降の経過時間T´には、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージが100%の励磁電圧が対応付けられている。
The excitation voltage of the
図20に示す回路では、外部からの励磁解除の指令が発生すると、コントローラ16の制御により、図21の励磁解除パターンテーブル上の、タイマ37cが計測する誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tに対応する励磁電圧が、励磁解除パターンメモリ36cから高値選択回路39aに逐次入力される。誘導電動機10の励磁解除の指令が発生せずタイマ37cが経過時間Tを計測していない時点では、図21の励磁解除パターンテーブル上の経過時間T=0に対応する、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージが100%である励磁電圧が、励磁解除パターンメモリ36cから高値選択回路39aに入力される。
In the circuit shown in FIG. 20, when an excitation release command is generated from the outside, the elapsed time from the excitation release point of the
また、図20に示す回路では、外部からの励磁開始の指令が発生すると、コントローラ16の制御により、図22の励磁開始パターンテーブル上の、タイマ37dが計測する誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´に対応する励磁電圧が、励磁開始パターンメモリ36dから高値選択回路39aに逐次入力される。誘導電動機10の励磁開始の指令が発生せずタイマ37cが経過時間T´を計測していない時点では、図22の励磁開始パターンテーブル上の経過時間T´=0に対応する、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージが0%の励磁電圧が、励磁開始パターンメモリ36dから高値選択回路39aに入力される。
In the circuit shown in FIG. 20, when an external excitation start command is generated, the
高値選択回路39aは、励磁解除パターンメモリ36cから入力される誘導電動機10の励磁電圧と励磁開始パターンメモリ36dから入力される誘導電動機10の励磁電圧とのうち、値の高い方を選択し、低値選択回路39bに出力するものである。低値選択回路39bは、高値選択回路39aから入力された値の高い方の励磁電圧と、誘導電動機10の定格電圧V1とのうち、値の低い方を選択し、フライホイール用インバータ11に対して誘導電動機10の励磁電圧を示す電圧指令値として出力するものである。
The high
したがって、外部からの励磁解除の指令が発生した場合には、コントローラ16が、励磁開始パターンメモリ36dから高値選択回路39aに入力される、図22の励磁開始パターンテーブル上の経過時間T´=0に対応する、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージが0%の励磁電圧よりも値が高い、励磁解除パターンメモリ36cから高値選択回路39aに入力される、図21の励磁解除パターンテーブル上の、タイマ37cが計測する誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tに対応する励磁電圧を、高値選択回路39a乃至低値選択回路39bからフライホイール用インバータ11に対して、誘導電動機10の励磁電圧として出力させる。
Accordingly, when an external excitation release command is generated, the
すると、前述した図13に示すように、誘導電動機10の励磁電圧がランプ状に減少される。
Then, as shown in FIG. 13 described above, the excitation voltage of the
また、外部からの励磁開始の指令が発生した場合には、コントローラ16が、励磁解除パターンメモリ36cから高値選択回路39aに入力される、図22の励磁開始パターンテーブル上の経過時間T´=0に対応する、誘導電動機10の定格電圧V1に対するパーセンテージが0%の励磁電圧よりも値が高い、励磁開始パターンメモリ36dから高値選択回路39aに入力される、図22の励磁開始パターンテーブル上の、タイマ37dが計測する誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´に対応する励磁電圧を、高値選択回路39a乃至低値選択回路39bからフライホイール用インバータ11に対して、誘導電動機10の励磁電圧として出力させる。
Further, when an external excitation start command is generated, the
すると、前述した図6に示すように、誘導電動機10の励磁電圧が所定値まではステップ状に増加され、所定値から誘導電動機10の定格電圧V1まではランプ状に増加される。
Then, as shown in FIG. 6 described above, the excitation voltage of the
更に、励磁解除に伴う励磁電圧の減少中に外部からの励磁開始の指令が発生した場合には、コントローラ16が、励磁解除パターンメモリ36cから高値選択回路39aに入力される、図21の励磁解除パターンテーブル上の、タイマ37cが計測する誘導電動機10の励磁解除時点からの経過時間Tに対応する励磁電圧と、励磁開始パターンメモリ36dから高値選択回路39aに入力される、図22の励磁開始パターンテーブル上の、タイマ37dが計測する誘導電動機10の励磁開始時点からの経過時間T´に対応する励磁電圧とのうち、値が高い方を、高値選択回路39aから低値選択回路39bに出力させ、高値選択回路39aから入力された値の高い方の励磁電圧と、誘導電動機10の定格電圧V1とのうち、値の低い方を、フライホイール用インバータ11に対して、誘導電動機10の励磁電圧として出力させる。
Further, when an external excitation start command is generated while the excitation voltage is decreasing due to excitation cancellation, the
したがって、励磁解除の指令発生に伴い図21の励磁解除パターンテーブルの励磁解除パターンにより励磁電圧が減少されている途中で、外部からの励磁開始の指令が発生すると、励磁解除の指令発生時点からの経過時間Tに対応する励磁電圧が、励磁開始の指令発生時点からの経過時間T´に対応する励磁電圧と等しい値に減少するまでは、引き続き、図21の励磁解除パターンテーブルの励磁解除パターンにより励磁電圧が減少され、それ以降は、図19の励磁開始パターンテーブルの励磁開始パターンにより励磁電圧が増加されることになる。 Accordingly, when an excitation start command is generated from the outside while the excitation voltage is being reduced by the excitation release pattern in the excitation release pattern table of FIG. Until the excitation voltage corresponding to the elapsed time T decreases to a value equal to the excitation voltage corresponding to the elapsed time T ′ from the time when the excitation start command is generated, the excitation release pattern in the excitation release pattern table of FIG. The excitation voltage is decreased, and thereafter, the excitation voltage is increased by the excitation start pattern of the excitation start pattern table of FIG.
図23は励磁電圧制御回路の更に他の具体例30Bの構成図である。これも、図17や図20の励磁電圧制御回路と同様に、コントローラ16を構成するマイクロコンピュータやドライバによって実現されるいわば等価回路である。コントローラ16は、タイマ31によって計時される電圧に対する時間の関数Fxを関数算出器32により算出する。また、コントローラ16は、電流計13により測定される励磁電流の最大電流設定値との差をデルタ算出器33により算出してからフィードバックによるPID 制御などの補償器34に供給して補償する。そして、コントローラ16は、Σ加算器35にて前記関数Fxと前記補償値とを合計する。すると前述した図7のような速さとなる。
FIG. 23 is a configuration diagram of still another specific example 30B of the excitation voltage control circuit. This is also an equivalent circuit realized by a microcomputer and a driver constituting the
次に、コントローラ16は、ステップS56にて励磁電圧がV1に到達したか否かをチェックし、到達したと判定したら高速励磁は完了となる。
Next, the
以下には、ステップS6の発電方法の詳細について図24及び図25を参照して説明する。図24は発電方法の処理手順を示すフローチャートであり、図25は発電方法を説明するための時間−回転数特性図である。 Below, the detail of the electric power generation method of step S6 is demonstrated with reference to FIG.24 and FIG.25. FIG. 24 is a flowchart showing a processing procedure of the power generation method, and FIG. 25 is a time-rotation speed characteristic diagram for explaining the power generation method.
コントローラ16は、図24のステップS61において、前記ステップS56から引き続きV/f制御にて励磁電圧を決定する。
In step S61 of FIG. 24, the
次に、コントローラ16は、ステップS62にて、励磁周波数fを、f1またはs1を初期値とし、現在の回転数による先行指令と直流バス電圧のフィードバック制御(PID 制御など)によって決定する。
Next, in step S62, the
次に、コントローラ16は、ステップS63にて、発電による回転数の低下や負荷電力の消費に対し、励磁周波数またはすべりを適切に制御する。これにより、負荷による電力消費に見合った回生電力が得られる。
Next, in Step S63, the
図25の特性図にあって、発電開始時間t2は、図16に示した励磁完了時間t2と時間的に同一時点である。発電開始の以前はf1という励磁周波数でまわっている。図25にあって縦軸は回転数又は周波数であり、横軸は時間である。実線はモータの実回転数であり、一点鎖線が励磁周波数Hzである。励磁周波数はモータの実回転数よりも少し低いところに設定する。発電開始しはじめると、回転数を制御しながら発電していくことになる。 In the characteristic diagram of FIG. 25, the power generation start time t2 is temporally the same as the excitation completion time t2 shown in FIG. Before the start of power generation, the frequency is f1. In FIG. 25, the vertical axis represents the rotation speed or frequency, and the horizontal axis represents time. The solid line is the actual rotational speed of the motor, and the alternate long and short dash line is the excitation frequency Hz. The excitation frequency is set to be slightly lower than the actual motor speed. When power generation starts, power generation is performed while controlling the rotation speed.
図26は、励磁周波数を制御する回路の具体例20の構成図である。これも、図17や図20、図23の励磁電圧制御回路と同様に、コントローラ16を構成するマイクロコンピュータやドライバによって実現されるいわば等価回路である。回転数計12によって測定した誘導電動機の回転数[Hz]から関数計算機21により関数Fxを計算し、Σ加算器24に供給する。一方、直流電圧計14で測定された直流電圧値はデルタ算出器22にて直流電圧設定値との差がとられ、その差を基に補償器23が電圧値を補償し、Σ加算器24に供給する。Σ加算器24は、前記補償値に関数Fxの計算結果を合計して励磁周波数を算出する。
FIG. 26 is a configuration diagram of a specific example 20 of the circuit for controlling the excitation frequency. This is also an equivalent circuit realized by a microcomputer and a driver constituting the
図27は励磁周波数制御の原理を説明するための図である。通常は電源2から負荷用インバータ7を介して負荷8に電力が供給される。電源側の系統が停電したとする。すると、無停電電源装置1はフライホイール用インバータ11から電力を回生する。
FIG. 27 is a diagram for explaining the principle of excitation frequency control. Usually, power is supplied from the
負荷がPL(KW)の電力を消費していた場合、フライホイール発電機はPL(Kw)を発電しなければいけない。つまり、PF(Kw)という発電した分が負荷のPL(Kw)をまかなえばバランスがとれた状態となる。 If the load is consuming PL (KW), the flywheel generator must generate PL (Kw). That is, a balanced state is obtained if the generated power of PF (Kw) covers the load PL (Kw).
しかし、負荷で消費するよりもフライホイール発電機にて発電した電力のほうが大きいと、電力供給過多となる。これは、直流電圧に現れる。つまり、PF>PL→直流電圧上昇する。これは直流電圧計14によって測定される。
However, if the power generated by the flywheel generator is larger than that consumed by the load, the power supply becomes excessive. This appears in the DC voltage. That is, PF> PL → DC voltage rises. This is measured by a
また、負荷で消費する電力のほうがフライホイール発電機が発電する電力より大きいと、エネルギーが逃げていくので、DC電圧が下がる。つまり、PF<PL→DC電圧が下がる。また、PF=PL→DC電圧一定となる。 Also, if the power consumed by the load is greater than the power generated by the flywheel generator, the energy escapes and the DC voltage drops. That is, PF <PL → DC voltage decreases. Further, PF = PL → DC voltage is constant.
これはDC電圧が発電分と消費分の差の積分で決まってくるためである。バランスがとれたら一定となる。入ってくる分が大きくて、出ていく分が小さければ、蓄積される。 This is because the DC voltage is determined by the integration of the difference between power generation and consumption. It becomes constant when balanced. If the incoming amount is large and the outgoing amount is small, it is accumulated.
負荷側はその状態に応じて、電力を消費している。変動は、直流電圧計14での直流電圧の測定値にでる。DC電圧が一定になるように、発電量PF(Kw)を決めてやれば、結果的にPFと消費電力PLがバランスする。フライホイール発電機からの電圧は、すべり量を調整することで制御することができる。
The load side consumes electric power according to the state. The fluctuation appears in the measured value of the DC voltage at the
すべり量が小さいと発電エネルギーが小さくなる。すべり量が大きいと発電エネルギーが大きくなる。これは力行と逆である。力行は、すべり量が小さいと、パワーが小さい。すべり量が大きいと、パワーが大きい。発電のときもすべり量を制御すれば、発電量を制御できる。すベり=回転周波数−モータの回転数であるので、モータの回転数が例えば50Hzで、すべりが1Hzなら回転周波数を49Hzにする。すると、1Hz分の出力が出てきている。発電するとモータの回転数は落ちてくる。インバータはそれよりもいつも1Hz下のところなければ、連続して安定に発電が得られない。回転数が下がってくると、それを見ながら、いつも下に制御する必要がある。そこで、回転数を基に励磁周波数を決めている。微調整はDC電圧をみながら周波数を制御することにより行われる。 If the slip amount is small, the power generation energy is small. If the amount of slip is large, the power generation energy increases. This is the opposite of power running. In power running, if the amount of slip is small, the power is small. The greater the slip, the greater the power. The amount of power generation can be controlled by controlling the slip amount during power generation. Since slip = rotation frequency−rotation speed of the motor, if the rotation speed of the motor is 50 Hz, for example, and the slip is 1 Hz, the rotation frequency is 49 Hz. Then, the output for 1 Hz has come out. When power is generated, the motor speed decreases. If the inverter is not always below 1 Hz, it will not be possible to generate power continuously and stably. When the number of rotations decreases, it is necessary to always control it downward while watching it. Therefore, the excitation frequency is determined based on the rotation speed. Fine adjustment is performed by controlling the frequency while observing the DC voltage.
このように、本実施の形態の無停電電源装置1によれば、フライホイール用インバータ11から誘導電動機10への励磁電圧の印加を解除する際に、この励磁電圧の印加解除に伴い誘導電動機10に生じる残留磁界による誘導電動機10の残留電圧の値を励磁電圧の値が下回らないように、残留電圧の減少速度に応じた速度で励磁電圧の値をランプ状に減少させるものとした。
As described above, according to the
このため、誘導電動機10に対する励磁電圧をいきなりステップ状にゼロボルトとして印加解除するよりも短い時間で、残留磁界による誘導電動機10の残留電圧を解消し、誘導電動機10を再励磁できる残留電圧ゼロの時点を結果的に早く迎えられるようにすることができる。
For this reason, the time when the residual voltage is zero when the residual voltage of the
これにより、誘導電動機10の励磁を解除した後の再励磁禁止期間を短くすることができる。よって、再励磁禁止期間に停電が発生した場合に再励磁禁止期間が過ぎて誘導電動機10による発電が可能な状態になるまでの間、負荷8にバックアップ用の電力を供給するためにキャパシタ15に確保する必要のある静電容量を、少なくてすむようにすることができる。即ち、キャパシタ15の小型化を可能とし、ひいては、装置の小型化を可能にすることができる。
Thereby, the re-excitation prohibition period after canceling the excitation of the
1・・・無停電電源装置(発電回生装置)
2・・・電源
3・・・通常時の給電経路
4・・・直流バス
5・・・停電時の給電経路
6・・・整流装置
7・・・負荷用インバータ
8・・・負荷
9・・・フライホイール
10・・・誘導電動機
11・・・フライホイール用インバータ
12・・・回転数計
13・・・電流計
14・・・直流電圧計
15・・・キャパシタ
16・・・コントローラ
20・・・励磁周波数制御回路
30,30A,30B・・・励磁電圧制御回路
36a,36c・・・励磁解除パターンメモリ
36b,36d・・・励磁開始パターンメモリ
31,37a,37b,37c,37d・・・タイマ
21,32・・・関数算出器
22,33・・・デルタ算出器
23,34・・・補償器
24,35・・・Σ加算器
38・・・切り替えスイッチ
39,39b・・・低値選択回路
39a・・・高値選択回路
1 ... Uninterruptible power supply (power regeneration device)
2 ...
Claims (4)
コントローラが、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加解除時に、該励磁電圧の印加解除に伴い前記誘導電動機に生じる残留磁界による該誘導電動機の残留電圧の値を前記励磁電圧の値が下回らぬように、前記残留電圧の減少速度に応じた速度で前記励磁電圧の値をランプ状に減少させる励磁解除ステップと、
前記コントローラが、前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加開始時に、前記インバータを流れる突入電流が該インバータのトリップ値を常時下回るパターンで前記励磁電圧の値を増加させる励磁開始ステップと、
前記励磁電圧の値の減少中に前記発電指令を受けたときに、前記コントローラが、前記励磁解除ステップによる前記励磁電圧の値が前記励磁開始ステップによる前記励磁電圧の値を上回る値である間は、前記励磁解除ステップにより前記励磁電圧の値を減少させ、前記励磁解除ステップによる前記励磁電圧の値が前記励磁開始ステップによる前記励磁電圧の値と一致した時点以降は、前記励磁開始ステップにより前記励磁電圧の値を増加させる磁界残留時励磁電圧制御ステップとを有する、
ことを特徴とする発電回生装置の誘導電動機励磁電圧制御方法。 The excitation voltage from the inverter to the induction motor is a flywheel accelerated to a predetermined rotational speed by an induction motor operated as a motor by applying an excitation voltage generated by the inverter using power supplied from a power source. When the power application is received from the outside during a power failure, the induction motor rotated by the flywheel in the idle state is accumulated in the capacitor. Operate as a generator by applying an excitation voltage generated by the inverter using electric power, and supply the regenerative power generated by the induction motor to the load via the inverter instead of the power from the power failure In a power regeneration device, a method for controlling the excitation voltage of the induction motor,
When the controller cancels the application of the excitation voltage from the inverter to the induction motor, the value of the excitation voltage indicates the value of the residual voltage of the induction motor due to the residual magnetic field generated in the induction motor when the application of the excitation voltage is canceled. so as not to fall below the excitation releasing steps to reduce the value of the excitation voltage at a speed corresponding to the reduction rate of the residual voltage in a ramp form,
An excitation start step for increasing the value of the excitation voltage in a pattern in which an inrush current flowing through the inverter is always lower than a trip value of the inverter when the controller starts applying the excitation voltage from the inverter to the induction motor;
When the controller receives the power generation command while the excitation voltage value is decreasing, the controller is in a state where the excitation voltage value in the excitation release step is greater than the excitation voltage value in the excitation start step. The excitation voltage value is decreased by the excitation release step, and after the time when the excitation voltage value by the excitation release step coincides with the excitation voltage value by the excitation start step, the excitation start step An excitation voltage control step when the magnetic field remains to increase the voltage value ,
An induction motor excitation voltage control method for a power regeneration device characterized by that.
前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加解除時に、該励磁電圧の印加解除に伴い前記誘導電動機に生じる残留磁界による該誘導電動機の残留電圧の値を前記励磁電圧の値が下回らぬように、前記残留電圧の減少速度に応じた速度で前記励磁電圧の値をランプ状に減少させるように制御する励磁停止時電圧制御手段と、When the application of the excitation voltage from the inverter to the induction motor is canceled, the value of the excitation voltage does not fall below the value of the residual voltage of the induction motor due to the residual magnetic field generated in the induction motor due to the cancellation of the application of the excitation voltage. In addition, the excitation stop time voltage control means for controlling the value of the excitation voltage to decrease in a ramp shape at a speed according to the decrease speed of the residual voltage,
前記インバータから前記誘導電動機への前記励磁電圧の印加開始時に、前記インバータを流れる突入電流が該インバータのトリップ値を常時下回るパターンで前記励磁電圧の値を増加させるように制御する励磁開始時電圧制御手段と、Excitation start voltage control for controlling the inrush current flowing through the inverter to increase the value of the excitation voltage in a pattern that always falls below the trip value of the inverter at the start of application of the excitation voltage from the inverter to the induction motor Means,
前記励磁停止時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値の減少中に前記発電指令を受けたときに、前記励磁電圧の値を制御する磁界残留時電圧制御手段とを備えており、A magnetic field residual voltage control means for controlling the value of the excitation voltage when the power generation command is received during the decrease of the value of the excitation voltage by the control of the excitation stop voltage control means,
前記磁界残留時電圧制御手段は、前記励磁停止時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値が、前記励磁開始時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値を上回る値である間は、前記励磁停止時電圧制御手段の制御を優先させ該励磁開始時電圧制御手段の制御により前記励磁電圧の値を減少させると共に、前記励磁停止時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値が、前記励磁開始時電圧制御手段の制御による前記励磁電圧の値と一致した時点以降は、前記励磁開始時電圧制御手段の制御を優先させ該励磁開始時電圧制御手段の制御により前記励磁電圧の値を増加させる、While the magnetic field residual voltage control means is in a state where the value of the excitation voltage controlled by the excitation stop voltage control means exceeds the value of the excitation voltage controlled by the excitation start voltage control means, Prioritize the control of the voltage control means at the time of excitation stop and decrease the value of the excitation voltage by the control of the voltage control means at the time of excitation start, and the value of the excitation voltage by the control of the voltage control means at the time of excitation stop After the time point when the excitation voltage value coincides with the value of the excitation voltage control means, the control of the excitation start voltage control means is prioritized and the excitation voltage value is increased by the control of the excitation start voltage control means. ,
ことを特徴とする発電回生装置。A power regeneration device characterized by that.
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