JPH0792306B2 - 圧延設備における電気室内の風量調整制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は鉄・非鉄金属圧延設備の各種電気機器および圧
延機以外の補助機械を駆動する電動機を冷却する誘引フ
ァン群を収納した電気室に外気より取入れた冷却空気を
送風する押込送風機と誘引ファン群の回転数を制御して
電気室内の風量および風圧を補償する圧延設備における
電気室内の風量調整制御装置に関する。

（従来の技術） 鉄・非鉄金属圧延設備においては、運転制御に必要な各
種電気機器および圧延機以外の補助機械を駆動する電動
機を冷却する誘引ファン群が電気室に収納されている。
従って、圧延設備の運転時には各種電気機器から発生す
る熱により室内温度が上昇すると同時に電気機器自身の
熱により機器に使用されている絶縁物を劣化させる要因
となるため、電気室内の収納機器を冷却する必要があ
る。因みに電気機器に使用されている絶縁物は温度が低
い場合でも時間の経過と共に劣化が進むが、温度が高く
なると劣化速度が更に早くなる。

従来このような電気室の各種電気機器を冷却するには屋
外より外気を取入れ、外部と連通する電気室開口部に設
けられた押込送風機により電気室へ風を送込んで電気機
器を冷却するようにしている。

第３図は圧延設備の各種電気機器を収納した電気室と押
込送風機による送風経路の概略を示すものである。第３
図に示すように、電気室１内には圧延機を駆動する主電
動機として使用される直流電動機２、エアコンによる冷
暖房設備を備えたコンピュータ室、交流盤４がそれぞれ
設置され、また電気室１の地下には変圧器5,リアクトル
6,しゃ断器７等の電気機器が設置されている。このよう
な電気室１の外壁に複数台の押込送風機８が設けられ、
エアフィルター９を通して導入された外気を電気室１の
地下に送風し、ここで各種の電気機器と熱交換された空
気は電気室１内に導入され、一部は排気用換気扇10によ
り外部に排気され、他の一部は排気用換気扇11により電
気室隣の建屋12内に排気されるようになっている。ま
た、電気室１の地下に導入された風の一部はメイクアッ
プフィルター13を通して主機電動機直下に設けられた熱
交換室14内に導入され、ここで熱交換された風は主機冷
却用ファン15により直流電動機２内に導入して整流子部
分を冷却した後、整流子用排気換気扇16により建屋12の
地下に排気されている。さらに建屋12内に設置されてい
る圧延機以外の補助機械を駆動する補機電動機群17に対
しては電気室１の地下と建屋12の地下との仕切壁に取付
けられた誘引ファン群18により電気室１の地下に導入さ
れた風の一部を埋設風管19を通して機内に送込んで冷却
するようにしている。

ところで、このような前記室内の各種機器を冷却風によ
り冷却するにあたっては、押込送風機も誘引ファンもそ
の風量は調整されておらず、当初の計画基準である100
％実効値（RMS）負荷として決定された設備台数を一定
の商用周波数のもとで運転している。まれに電気室の外
気温度を考慮して例えば夏季と冬季に分けて押込送風機
の風量を調節せずに誘引ファンの台数を選択して運転す
るだけである。

（発明が解決しょうとする問題点） しかし、このような電気室の各種電気機器を風冷却する
冷却システムでは100％RMS負荷として決定された台数分
の押込送風機および誘引ファン群が常時運転され、電気
室の外気温度，主電動機並びに建屋内の補機電動機群等
の冷却風量が変化しても押込送風機の風量が制御されな
いので、各種電気機器に対しては一般に過冷却となる。
従って、消費電力も多くなり、省エネルギの点では全く
考慮されていない。また圧延機以外の補助機械を駆動す
る電動機としては、可変速調整が制御方式を含めて容易
であり、しかも投資効率，設置面積から言って最も効率
的な直流電動機が主に使用されているが、この直流電動
機を前述したような過冷却の雰囲気で使用されると、特
に直流機で保守の面倒な整流部分がチャタリングを起こ
し、カッパドラッキングの原因になる。

そこで、本発明は電気室の各種電気機器を最適状態で運
転できると共に省エネルギ化を図ることができる圧延設
備における電気室内の風量調整制御装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明はかかる目的を達成するため、電気室に設置され
た鉄・非鉄金属圧延設備の主電動機を含む各種電気機器
および電気室隣の建屋に設置された圧延機以外の補助機
械を駆動する電気室隣の建屋側の補機電動機群を冷却す
る誘引ファン群と、外部空気を取込んで前記電気室の各
種電気機器を冷却する複数台の押込送風機とで構成され
た電気室風冷設備において、前記圧延設備の圧延スケジ
ュール，圧延パラメータおよび非圧延素材製品データを
もとに全電動機の実効値負荷容量を推定演算する第１の
演算手段と、この第１の演算手段で求められた各補機電
動機の実効値負荷容量に基き冷却に必要な推定送風量を
演算する第２の演算手段と、前記第１の演算手段で求め
られた全電動機の実効値負荷容量に基き前記電気機器の
発生熱量を求めると共に外気温度により送風量を演算す
る第３の演算手段と、前記第２の演算手段で求められた
推定送風量に基いて各補機電動機を冷却する誘引ファン
群のグループ単位毎に必要な風量を演算すると共に前記
補機電動機群の温度検出値が所要温度上昇限度を越えて
いると判定されると前記風量を補正して補機電動機群を
冷却する誘引ファン群の回転数を制御する第４の演算手
段と、前記第３の演算手段および第４の演算手段の演算
結果から値の大きい方の風量を判定すると共に前記電気
室内の温度検出値から各機器の温度上昇が所要限度を越
えたことを判別すると前記判定風量を補正して電気室押
込送風機の回転数を制御する判定および修正演算手段と
を備えたことを特徴としている。

（作用） したがって、このような圧延設備における電気室の風量
調整制御装置にあっては圧延設備の運転スケジュールか
ら負荷を予測し、且つこの予測値と外気温度の設備計画
との差および制約条件を考慮して押込送風機および誘引
ファン群の風量，風圧を調整すべく回転数が制御される
ので、常に電気室内の各種電気機器および建屋内の補機
電動機群を最適状態で運転することが可能となり、また
省エネルギー化に大きく寄与することが可能となる。

（実施例） まず、本発明による圧延設備における電気室の風量調整
制御装置の実施例を説明する前に、本発明の基本的な考
え方について述べる。

第３図に示した電気室の風冷却系統をフロー的に表わす
と第２図のようになる。つまり、屋外21より外気を取入
れてエアフィルタ９により汚れ、塵等を除去した後、押
込送風機８により電気室１へ風を送込み、電気室内の各
種電気機器を冷却して所定の温度上昇内にすると共に電
気室内圧を一定の正圧として外気からの逆流を防いでい
る。また、前記室１に押込んだ風は主電動機２を冷却す
るメイクアップフィルタ13、補機電動機17を冷却するた
めの誘引ファン群18および電気室１の換気のための排気
用換気扇10,11により屋外21,プラント側建屋（ミルヤー
ド）12に排出されている。

したがって、このような風冷却系統おいて、電気室１の
押込送風機８の風量，風圧は下記要因により決定され
る。

（１）前記室１の外気温度と電気室１内の各種電気機器
の温度上昇限度、各種電気機器からの発生熱量から決ま
る風量 （２）電気室１より排出する風量 （３）電気室１内の圧力をある一定の正圧とするがあ
り、押込送風機の風量は（１）項又は（２）項で計算し
た風量の両者の大きい方で決定し、風圧は（２）の結果
をベースに（３）項を考慮し決定される。

前記風量決定要因の（１）項は電気室１からの排出風，
つまり各種電気機器の温度上昇限度と外気温度の差によ
り決り、電気室１内の空気温度が一定値以上に異常上昇
しないように送風量を決定する。ここで、電気室１内に
設置される機器の発生熱は負荷に応じて変わる部分（電
力変換器，電力機器等）と、一定発生熱の部分（制御電
源発生熱等）とに分けられる。また前記（２）項の電気
室１より排出する風量は補機電動機群の補機冷却送風量
が決定要因であり、その風量は負荷によって決定され
る。

そこで、本発明では負荷の予測を圧延スケジュールより
求め、また押込送風機および誘引ファンの必要風量を負
荷に応じて次のような演算により決定される。

押込送風機の必要送風量Q_Aは外気温度T_Iとの間に（１）
式のような関係がある。

ここで、Q_A:必要冷却風量（m³/min）W:電気室内の機器
発生ロス（kw）、r:空気比重量（kg/m³）、C_P:空気の低
圧比熱（kcal/kg・℃）、T_I:屋外温度、T₀:排出温度で
ある。

また、電気室内の機器発生ロスｗは負荷に応じた発生ロ
スwfと固定ロスwgとに表わせる。

ｗ＝wf＋wg ……（２） 次に誘引ファンの必要風量は補機電動機の負荷により決
定され、また風圧は補機電動機より要求される必要風圧
にファンまでの途中配管による圧力ロスおよび余裕を見
て補機電動機群を何台かのグループに分けて冷却してい
る。また補機電動機の負荷は材料を加工および搬送する
機械，つまり負荷が圧延スケジュールにより変わるもの
と機械を所定の位置に移動させるもの，つまり負荷一定
のものとに分けられ、補機冷却送風量Q_Hは圧延スケジュ
ールによって決定される風量Q_Sと固定部分の風量Qfとに
分けられ、各グループ単位の誘引ファンの必要風量を決
定することができる。

次に上記した本発明の基本的な考えに基く一実施例につ
いて第１図を参照して説明する。第１図に示すように電
気室の風量調整制御装置は、第１の演算手段31、第２の
演算手段32、第３の演算手段33、第４の演算手段34、判
定および修正演算手段35から構成される。

第１の演算手段31は製品データ（板厚、板幅、板長さ）
40,素材データ（板厚、板幅、板長さ）41,圧延スケジュ
ール（速度，圧下量、材種）42,圧延パラメータ（板温
度，圧延ピッチ，サイクル）43を入力情報として全電動
機のRMS負荷容量を算出するものである。つまり、各電
動機のRMS負荷RMSiは RMSi＝ｆ（W_I,W₀,t_I,t₀,L_I,L₀,v,Red,G,T^S,P,C_Y） ……
（３） で表わすことができる。

但し、W_I:素材重量,W₀:製品荷重,t_I:素材厚又は入側厚,
t₀:製品厚又は出側厚,L_I:素材長,L₀:製品長,v:圧延速
度,Red:圧下率（t_I−t₀）/t_I,G:材種,T^S:板温度,P:圧延
ピッチ,C_Y:サイクル ここで、上記（３）式はRMSiを一般的な影響因子で表わ
したものであるが、その具体的な例を示すと次の通りで
ある。

例えば主電動機の必要動力Ｌは Ｌ＝A/η・Gv/R で表わすことができる。但し、η：機械効率,G:圧延ト
ルク,v:圧延速度,R:圧延ロール半径である。

また、Ｇは Ｇ＝aF（a:トルク係数,F:圧延荷重）であ
る。

さらに、Ｆは ここで、Q_P,kfmは圧延理論で使われる記号で、実用に供
されている近似解としては下記のようなものが一般式の
例として示されている。

但し、A,B,Cは定数である。

また、kfm＝Feε^Ｄε′^Ｅ 但し、ε：ひずみ、ε′^E:ひずみ速度である。

Fe＝exp｛0.126−1.75C＋0.594C² ＋（2.851＋2.968C−1.120C²）/Ts｝ ここで、Ｃは材種の要因で炭素含有量をベースにしたも
のであり、鉄の熱間圧延機の変形抵抗が簡易式の一例で
ある。尚、Ｒ′はロール偏平半径であり、ここでは直接
関係がないので省略する。

上記で加減速時のトルク GD²dN/dt×２（加減速を同じ
として） で決定される加減速パワーをLacc/DEC、加減
速に要する時間をtacc/DECとし、また圧延時間を圧延材
L_I,圧延速度ｖで定常時に圧延されたときの圧延ピッチ
をＰとすると、主電動機のRMS負荷RMSiは となる。

上記では第１の演算手段31において、主電動機に対する
RMS負荷を演算する場合について述べたが、他の各電動
機に対しても前述同様にRMS負荷を演算するものであ
る。

第２の演算手段32は第１の演算手段31で求められた全電
動機のRMS負荷容量うち各補機電動機のRMS負荷に基いて
各補機電動機の必要冷却量を演算するものである。即
ち、補機電動機17は圧延材を加工するものと搬送するも
の、機械を移動するものの３ケースに分けられ、前者の
２ケースは（１）式に示される内容により第１の演算手
段31で求められるRMS値が変化し、後者のケースは固定
負荷となる。したがって、第２の演算手段32では固定負
荷に対しては固定負荷テーブルに各電動機毎に必要風量
を記憶しておき、変動負荷に対しては第１の演算手段31
により（１）式をもとに算出された各補機電動機のRMS
負荷容量により各電動機毎に用意されたRMSn対必要風量
データ特性から必要特性風量を抽出する。

第３の演算手段33は第１の演算手段31で演算された全電
動機のRMS負荷容量に基き電気室内の各収納機器の構成
要素毎に該当する機器の熱ロスを演算し、その全熱ロス
と外気温度検出器44で検出された外気温度から冷却風量
を算出するものである。この場合、熱ロスを算出するに
際しては対象とする駆動機器が固定RMS負荷のものおよ
び制御電源構成機器の如き一定負荷で運転されるものは
固定熱ロスwg（kw）として算出し、またRMS負荷リング
分の収納機器に対してはその構成機器（変圧器，リアク
トル，交流盤，電力変換器等）毎に熱ロスを計算しその
トータル熱ロスwf（kw）を算出（この変動RMSの中には
電気室押込送風機の熱ロスも含まれる）する。そして、
このように算出された固定熱ロスwg,RMSリンク分熱ロス
wfおよび外気温度検出器44で検出された外気温度T_I,収
納機器の温度上昇限度T₀より前記（１）式に基いて電気
室収納機器の必要冷却風量Q_Aを算出する。

第４の演算手段34はグループ別誘引ファン風量算出手段
34a,風量目標値演算手段34bを備えており、グループ別
誘引ファン風量算出手段34aは第２の演算手段32から得
られる各補機電動機の必要風量固定負荷相当分Qfnおよ
びRMS負荷リンク分Qsnに基いてグループ別に各誘引ファ
ンの風量Q_Hnを算出し、風量目標値演算手段34bはグルー
プ別誘引ファン風量算出手段34aで算出された各誘引フ
ァンの風量Q_Hnをもとに誘引ファン18の特性データから
風量，風圧を満足する特性を判断して風量目標値を算出
し、この風量目標値を誘引ファン18の駆動電動機18aを
制御するVVVF制御装置46に回転数基準信号として与え
る。この場合、グループ別誘引ファン風量算出手段34a
で各誘引ファンの風量Q_Hnを算出するにあたっては、補
機電動機群温度監視装置34cに補機電動機温度検出器45
で検出された温度検出信号を入力して補器電動機群の温
度を監視し、該当電動機が温度許容限度を越えないよう
に補正手段34dにより補正量（１＋α）を求めてグルー
プ別誘引ファン風量算出手段34aに与え、各誘引ファン
の風量Q_Hnを（１＋α）倍にしている。

判定および修正演算手段35は判定手段35aで第３の演算
手段33により算出された電気室収納機器冷却のための必
要風量Q_Aと第４の演算手段34により算出されたグループ
別誘引ファン風量Q_Hとを比較判定し、その値の大きい方
を押込送風機目標値設定手段35bに与えて押込送風機の
目標値としている。この場合、目標値を設定するたにあ
っては電気室温度監視装置35cに電気室温度検出器47で
検出された温度検出信号を入力して電気室内の温度を監
視し、電気室内の温度が許容限度を越えないように補正
手段35dにより求められた補正量（１＋β）を押込送風
機目標値設定手段35bに与えて目標値を（１＋β）倍に
している。そして、この目標値設定手段35bで設定され
た目標値をもとに内圧判定手段35eにより電気室内圧が
一定値か否かを（４）式によりチェックし、内圧一定で
あれば押込送風機８の駆動電動機8aを制御するVVVF制御
装置48に押込送風機８の特性データより風量，風圧を満
足する特性を判断して回転数基準出力を与える。

ここで、電気室内圧は ΔP_EP＝Ｐ−ΔP_F−ΔP_L ……（４） 但し、P:送風機風圧（mmAg） ΔP_F:フィルタおよびフィルタ前ルーバ損失（mmAg） ΔP_L:通気抵抗 このように本実施例では第１の演算手段31により製品デ
ータ，素材データ，圧延スケジュールおよび圧延パラメ
ータをもとに全電動機のRMS負荷容量を求め、また第２
の演算手段32により各補機電動機の必要冷却量を固定負
荷に対しては予め用意されたテーブルから抽出し、変動
負荷に対しては第１の演算手段31で求められた補機電動
機群のRMS負荷容量をもとに各電動機毎に定められたRMS
n対必要風量データ特性により必要冷却風量を抽出し、
さらに第３の演算手段33により第１の演算手段31で求め
られた全電動機のRMS負荷容量をもとに電気室内の各収
納機器の熱ロスを固定負荷と変動負荷に分けてそれぞれ
算出し、これら固定熱ロスとRMSリンク分熱ロスおよび
外気温度，収納機器の温度上昇限度をもとに（１）式に
より電気収納機器の必要冷却風量を算出する。そして、
第４の演算手段34では第２の演算手段32で算出された各
補機電動機の必要風量をもとにグループ別に各誘引ファ
ン18の風量を算出すると共に誘引ファン18の特性データ
により風量，風圧を満足する風量目標値を算出して誘引
ファン18の回転数を制御し、誘引ファン18から所定風量
が得られるようにしている。また、判定および修正演算
手段35では第３の演算手段33により算出された電気室冷
却のための必要風量と第４の演算手段34で求められたグ
ループ別誘引ファン風量とを比較して大きい値の方を押
込送風機の目標値とすると同時にこの目標値が電気室内
圧が一定値であるか否かをチェックして内圧一定であれ
ば押込送風機８の回転数を制御し、押込送風機８から所
定風量が得られるようにしている。

したがって、押込送風機８の風量および誘引ファン18の
風量が電気室内の各収納機器の発生熱ロスおよび各駆動
機の負荷に応じて制御されるので、対象冷却機器が常に
快適な状態で運転することができ、また各送風機の動力
が風量の３乗に比例することから大幅な省エネルギー化
を図ることができる。

さらに、押込送風機８の送風量および誘引ファン18の送
風量は第１の演算手段31の圧延スケジュールに基いて求
めているが、誘引ファン18の送風量に対しては補機電動
機群の温度を監視して許容限度を越えないように補正し
ており、また押込送風機８の送風量に対しても電気室内
の温度を監視して許容限度を越えないように補正してい
るので、実圧延時の実負荷にマッチした風量制御が可能
となる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、圧延設備の運転スケ
ジュールから負荷を予測し、且つこの予測値と外気温度
の設備計画との差および制約条件を考慮して押込送風機
および誘引ファン群の風量，風圧を調整すべく回転数を
制御するようにしたので、常に電気室内の各種電気機器
および建屋内の補機電動機群を最適状態で運転すること
ができると共に省エネルギ化を図ることができる圧延設
備における電気室内の風量調整制御装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧延設備における電気室内の風量
調整制御装置の一実施例を示すブロック構成図、第２図
は本発明を説明するための電気室の風冷却系統図、第３
図は圧延設備における電気室内の各種電気機器を風冷却
するための具体例を示すシステム構成図である。 ８……押込送風機、18……誘引ファン、31……第１の演
算手段、32……第２の演算手段、33……第３の演算手
段、34……第４の演算手段、34a……グループ別誘引フ
ァン風量算出手段、34b……風量目標値演算手段、34c…
…補機電動機群温度監視装置、34d……補正手段、35…
…判定および修正演算手段、35a……判定手段、35b……
押込送風機目標値設定手段、35c……電気室温度監視装
置、35d……補正手段、35e……内圧判定手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松盛 澄男 兵庫県姫路市広畑区富士町１ 新日本製鐵 株式会社広畑製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭61−225567（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気室に設置された鉄・非鉄金属圧延設備
   の主電動機を含む各種電気機器および電気室隣の建屋に
   設置された圧延機以外の補助機械を駆動する電気室隣の
   建屋側の補機電動機群を冷却する誘引ファン群と、外部
   空気を取込んで前記電気室の各種電気機器を冷却する複
   数台の押込送風機とで構成された電気室風冷設備におい
   て、前記圧延設備の圧延スケジュール，圧延パラメータ
   および非圧延素材製品データをもとに全電動機の実効値
   負荷容量を推定演算する第１の演算手段と、この第１の
   演算手段で求められた各補機電動機の実効値負荷容量に
   基き冷却に必要な推定送風量を演算する第２の演算手段
   と、前記第１の演算手段で求められた全電動機の実効値
   負荷容量に基き前記電気機器の発生熱量を求めると共に
   外気温度により送風量を演算する第３の演算手段と、前
   記第２の演算手段で求められた推定送風量に基いて各補
   機電動機を冷却する誘引ファン群のグループ単位毎に必
   要な風量を演算すると共に前記補機電動機群の温度検出
   値が所要温度上昇限度を越えていると判定されると前記
   風量を補正して補機電動機群を冷却する誘引ファン群の
   回転数を制御する第４の演算手段と、前記第３の演算手
   段および第４の演算手段の演算結果から値の大きい方の
   風量を判定すると共に前記電気室内の温度検出値から各
   機器の温度上昇が所要限度を越えたことを判別すると前
   記判定風量を補正して電気室押込送風機の回転数を制御
   する判定および修正演算手段とを備えたことを特徴とす
   る圧延設備における電気室内の風量調整制御装置。