JPH0446592A - インバータの制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インバータの制御方法に係り、特に複数のモ
ータ駆動形ポンプにより流量制御を行うシステムに好適
なインバータの制御方法及び装置に関する。〔従来の技
術〕 原子力発電プラントの再循環ポンプ等では、ポンプによ
る給水流量の制御を、ポンプ駆動用のモータ（誘導電動
機）に電力を供給するインバータの制御により行ってい
る。このようなインバータ制御装置の従来例には、特開
昭６１−２２３５９６号に記載のもの、があり、インバ
ータはプロセス量（上記の原子カプラントでは再循環流
量）を制御する上位制御系からの速度指令に従って運転
される。瞬時停電等により指令値通りポンプ制御が行え
なくなった場合には、ポンプがコーストダウン（駆動源
がなくなり慣性に従って回転数が減少すること）してし
まうため、インバータは正常動作が可能になり次第、ポ
ンプモータを再駆動しである周波数へ引き込みを行い、
その後光の速度指令に復帰するように制御する。この時
の復帰速度は、早すぎるとプロセス量に変動をもたらす
ため、復帰時の変化率を小さく抑える必要がある。

また特開昭５９−８３５７８号に記載のものでは、電源
電圧が低下したときにその低下によるポンプのコースト
ダウンに合わせてモータ回転数（インバータ出力周波数
）が低下するように制御し、がっ復電時にはモータ回転
数が徐々に上昇するように制御する関数発生する手段を
設け、インバータ出方の周波数と実際のモータ回転数の
す才ｔによる過電流の発生を防いでいる。また特開昭６
２−１２３８４号に記載のものでは、復電時に流れるモ
ータの過電流をその大きさに応じて抑制する手段を設け
、過電流によるインバータ停止を防いでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来技術は、ポンプが１台が、ｉ）るいは複数
台あってもそれらを１つの制御対象としたものであって
、以下に述べるように複数台のポンプが用いられていて
、そのうちの１台のみが速度低下した場合に発生する問
題については配慮がされていなかった。

上記の問題は、複数ポンプの運転中に１台のみが速度低
下した場合、速度低下しているポンプにかかるトルクは
運転中の他のポンプの影響を受け、単独運転の場合と大
きく異なることがら生ずる。

第３図はポンプのトルク特性（同図（イ））、及びポン
プトリップ時のコーストダウン曲線（同図（ロ））を示
すもので、ポンプの単独運転時は第３図（イ）の特性り
、に示すように、トルクは速度の２乗に比例して減少す
るのに対し、他に運転中のポンプがある場合には、特性
Ｌ２のようにトルクがあまり下がらないだけでなく、速
度が低くなると他のポンプにより正転逆流運転にされる
ためトルクはむしろ上昇する。これにともなってボンプ
のコーストダウン特性は第３図（ロ）に示すように、単
独の特性Ｌ３に比して、他に運転中ポンプのある場合の
特性Ｌ４は立下がりが早くなる。−方、ポンプのうちの
１台のみの速度低下が生じる事象としては、信頼性向上
のため二重化された制御系の一方が故障したときがある
。即ち、二重化された制御系（各ポンプごとに制御系は
二重化されている）で作動中の系が故障すると、−旦イ
ンパータ出力を停止して該当するポンプの電源を止め、
次いで他方の制御系へ切換えてポンプモータの位相検出
を行い、ある速度でモータを再駆動するようモータ引き
込みを行う。こうして引き込んだ時のポンプ速度は、前
述のようにポンプコーストダウンがはやいため、がなり
低速度で引き込むことになり、運転中のポンプからの逆
流により、インバータが過負荷になるおそれがあり、速
度復帰による過負荷解消が遅れるとインバータがトリッ
プしてしまう。また、上位制御系はポンプ流量が一定に
なるよう制御するから、１台のポンプ速度が低下すると
他の運転中のポンプの速度を増加させてプロセス量を回
復しようとする。この過程で速度低下したポンプの速度
を急激に戻すとプロセス制御系には通常遅れを伴うため
制御が追従できず、プロセス量の変動が大きくなってし
まうという問題も生じる。

本発明の目的は、複数ポンプをもつシステムでそのうち
の１台の速度が低下した場合にも、インバータの過負荷
によるトリップが発生せずかつ復帰時のプロセス量変動
を安定に保つことのできるインバータの制御方法及び装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本願発明においては、よ
り大きな制限値をもつものとそれより小さい制限値をも
つ２個の速度変化率の制限器を設け、二重化制御系の一
方の故障時の切換えの後に、まずインバータ出力周波数
（速度指令値に相当）をより大きな速度変化率の制限値
をもつ制限器で制限しながら設定した速度まで上昇させ
、それからより小さな速度変化率の制限値をもつ制限器
で制限しながらゆっくりと速度復帰させるようにし、あ
るいはインバータ制御器に速度指令の補償器を設け、上
記切換えの後にはインバータ出力周波数が最初は早くか
つ次第にゆっくりと上昇するように上記補償器により連
続的に速度変化率を変化させ、あるいは上記切換えの後
は復帰中のポンプ速度は大きな変化率で一定とし他の正
常運転中のポンプ速度を復帰中のポンプ速度に応じた速
度に制御することによってプロセス量の変動を抑えるよ
うにした。

〔作　用〕

速度変化率制限器あるいは補償器により制御切換え後の
初期に早い変化率で速度を上昇させることにより、イン
バータが過負荷となる低速の速度領域をインバータの過
負荷耐量から見て十分小さい時間の内に脱出できるので
、インバータ過負荷によるトリップが防止でき、またイ
ンバータが過負荷となる低速の領域を脱出した後はゆっ
くりとした速度変化率でもって速度を上昇させることに
よりプロセス量の変動は小さく抑えられ、安定な制御が
行える。また、制御系の切換えられたポンプ速度を大き
な速度で上昇させかつ他ポンプをこの速度上昇に合わせ
て制御することにより、インバータ過負荷の早期解消を
行いかつプロセス量を全体として一定になるように制御
できるから、復帰時の変動が抑えられる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。第１図は本発明
の方法の一実施例を示すもので、インバータ制御系とプ
ロセス制御系の構成を示しており、第２図はその動作を
示すものである、第１図において、インバータ族！５２
は、電源母線１より遮断器２を介して得た電源を入力変
圧器３でサイリスタ素子構成に合った電圧に変圧し、整
流器４及び直流リアク１〜ル５．平滑コンデンサ６で所
定電圧の直流に変換した後、逆変換器７で所定の周波数
の交流に逆変換し、出力変圧器８でモータ電圧に昇圧し
、ポンプモータ９に供給する。整流器４及び逆変換器７
のゲート信号は、二重化されたインバータ制御器５］ａ
、　５１ｂの出力の一方が切換スイッチ２５により選択
され、ゲート制御器１９を介して与えられる。

プロセス制御装置ｉ５３では、主制御器１１の出力と流
量信号との偏差が加算器１２で算出され、流量制御器１
３を経て各ポンプの制御器に分配される。この指令は、
通常は切換スイッチ２１．２２はａ接点側に接続されて
いるので、手動／自動操作器１４、変化率制限器１５を
経てインバータ５２への周波数指令ｆとして出力される
。これは、インバータ５２内の二重化された制御器５１
ａ及び５１ｂに渡される。切換スイッチ２３．２４は通
常時はａ接点側に接続されているので、各制御器では上
下限制限器１６、変化率制限器１７を経てインバータ制
御回路１８にて整流器４及び逆変換器７へのゲート指令
信号に変換される。

このような制御システムで、今インバータ制御装置５　
Ｉ　ｂが制御を行っていて故障を発生しく第２図時刻１
＋）、制御切換検出器３５がこれを検知して制御系の切
換スイッチ２５を動作させ、待機側インバータ制御器５
１ａに切換えたとする。このとき第３図を用いて説明し
たようにモータ９の回転速度がコーストダウンにより低
下しているから、インバータ制御器５１ａは電圧変成器
４１を介して周波数検出器４２にて残留電圧波形よりモ
ータ９の低下している回転数を判定し、引き込み周波数
設定器４３で再運転すべき周波数ｆＰを決定する。この
再運転準備が完了すると引き込み制御器３４にて切換ス
イッチ２４をｂ側に切換え、引き込み周波数ｆｐをイン
バータ制御回路１８に与えてインバータ再運転を開始す
る（時刻ｔ２）。同時に引き込み制御器３４は変化率制
限器１７の出力を引き込み周波数でリセットし、引き込
みの完了に十分な時間経過後、切換スイッチ２４をａ側
に戻す（時刻１＋）。一方、インバータ制御回路】８よ
り出力される出力周波数ｆＯとプロセス制御装置５３か
らの周波数指令値６１の周波数ｆは切換制御器３３にて
比較されており、両者の周波数偏差が大きいと切換スイ
ッチ２３がｂ側に切換えられる。切換スイッチ２３のｂ
側には、指令周波数ｆと予め定められた設定器４６の設
定値ｆ１との低い方の値が低値優先ゲート４５により選
択され、さらにこれと引き込み周波数ｆＰの大きい方が
高値優先ゲート４４により選択され与えられている。す
なわち周波数ｆ１より高い周波数で運転していて、かつ
引き込み周波数ｆｐが設定値ｆ。

を下回った場合には上下限制限器１６の入力に設定器４
６で定められた周波数指令ｆ１が与えられるため、イン
バータ制御回路１８への入力は、引き込み周波数ｆＰよ
り設定器４６で定められた周波数ｆ１にむかって変化率
制限器１７で制限される変化率で上昇しく第２図時刻ｔ
３〜１４）、設定周波数ｆ１で一定周波数運転となる。

この上昇期間（第２図時刻ｔ４〜ｔＳ）の速度変化率は
制限器１７で制限されるが、この値をインバータ過負荷
がインバータトリップ前に解消されるような大きい値に
設定することで、インバータの過負荷によるトリップが
防止される。

一方、プロセス制御装置５３側では、切換制御器３２が
インバータ出力周波数ｆＯと周波数指令値ｆとを比較し
ており、両者の偏差が一定以上になると切換スイッチ２
２をｂ側とし、インバータ出力周波数ｆｏを変化率制限
器１５に与え、周波数指令値ｆが出力周波数ｆＯに一致
するようにする（タイバツク）。これが一致するとイン
バータ５２側では切換制御器３３が切換スイッチ２３を
ａ側に戻し、またプロセス制御装置５３側では切換制御
器３２が切換スイッチ２２をａ側に戻す。これによりイ
ンバータは再びプロセス制御器Ｗ５３からの周波数指令
値ｆに従って動作する。このときプロセス制御装置５３
では、自動／手動操作器１４の出力と、周波数指令値ｆ
の偏差を監視し、これが一定以上大きくなると切換制御
器３１により切換スイッチ２１をｂ側に切換えて変化率
制限器３６を挿入する。この変化率制限器３６の制限変
化率は変化率制限器１５及び１７よりも低く設定されて
いるため、切換スイッチ２２がａ側に戻った後はこの変
化率でシステムの周波数指令値ｆｓ（流量制御器１３８
力）に向かってインバータ５２への周波数指令値ｆを変
化させる（第２図時刻ｔ５以降）。周波数指令値ｆがシ
ステムの周波数指令値ｆｓに一致すると切換制御器３１
は切換スイッチ２１を再びａ側にし、システム全体の制
御が通常状態に復帰する（時刻ｔ６）。このように小さ
い変化率で速度復帰を行うことにより、プロセス流量が
乱されることがない。

一方、運転中の他のポンプ（図示せず）の制御器構成も
同様の構成であるが、これらには−時的な出力周波数の
低下は起こらないため、流量制御器１３の出力するシス
テムの周波数指令ｆｓに従って運転されている。第１図
のインバータ制御器５１ａ、　５１ｂの制御切換発生中
は、速度制御器１３はプロセス流量が低下するため主制
御器１１の指令に従い、運転中のポンプの速度を上昇さ
せ、流量を増加させるようシステム周波数指令ｆｓを上
昇させる。制御切換したインバータ５２の駆動するポン
プが前述したような動作で復帰するに従い、プロセス流
量は元の流量に徐々に復帰するため、流量制御器１３の
出力ｆｓはこれに従って元の出力に復帰する。

本実施例の場合は、制御系切換後のポンプ速度復帰をプ
ロセス全体を監視するプロセス制御装置の制御により確
実に行えるという利点がある。

第４図及び第５図は本発明の別の実施例を示すブロック
図及び動作を示す図である。第４図において、第１の実
施例と異なるのは、インバータ５２の切換スイッチ２３
のｂ側に、ゲート４４．４５及び設定器４６に代わって
、周波数指令値ｆと出力周波数ｆｏを入力とする補償器
４７を設けたことと、プロセス制御器ｆｉ５３において
手動／自動操作器１４の出力を変化率制限器１５を経て
直接インバータ５２に与えるようにした点にある。イン
バータ制御器切換えが発生すると、第１図の場合と同様
の動作で弓き込みを完了した後、切換スイッチ制御器３
３により切換スイッチ２３がｂ側に入れられ、インバー
タの周波数指令は補償器４７から与えられる構成となる
。補償器４７は周波数指令値ｆと出力周波数ｆＯの偏差
を判定し、その偏差に応じた変化率の出力を与えるもの
で、偏差が大きい程変化率が大きく、偏差が小さい程変
化率を小さくする働きをする。

従って第５図に示すようにポンプの復帰は、初めは早い
変化率で、プロセス制御装置！５３の周波数指令ｆｓに
近づく程ゆっくりとした変化率で行われる。インバータ
の出力周波数ｆｏと周波数指令ｆｓとの偏差が一定以下
になると、切換制御器３３により切換スイッチ２３がａ
側に戻され、制御の復帰が完了する。

本実施例によれば、インバータ過負荷トリップ防止とプ
ロセス量制御の安定性が第１図の場合と同様に実現でき
、かつインバータ内に設けた補償器のみで本発明の目的
を達せられるという利点がある。

第６図及び第７図は本発明の第３の実施例を示すブロッ
ク図及びその動作を示す図である。本実施例ではインバ
ータ５２側には特別な指令切換手段等を設けず、プロセ
ス制御器Ｗ５３の流量制御器１３の出口に切換スイッチ
２６を設け、かつインバータ出力周波数ｆＯを入力とす
る速度制御器４８を設けている。速度制御器４８は、各
インバータの出力周波数を監視し、−室以上のアンバラ
ンスが生した際に、切換スイッチ２６をｂ側としてシス
テムの周波数指令ｆｓが速度制御器４８の出力となるよ
う切換える。速度制御器４８は各インバータの出力周波
数ｆｏを調べ、プロセスの全流量変化が最小となるよう
な出力指令を出す。こうして全インバータの出力周波数
が一定偏差内になると切換スイッチ２６を再びａ側とし
制御をもとに戻す。この間、制御切換が発生したインバ
ータは変化率制御器１７で定まる変化率で復帰し、他の
インバータは速度制御器４８の出力指令に従って運転さ
れる。

本実施例によれば、切換えが発生したポンプは制限器１
７で定まる大きな変化率で復帰するから、インバータ過
負荷トリップが防止され、また遅れ要素の少ないポンプ
速度を直接用いてアンバランス時の制御を行うことによ
り、インバータの復帰速度が大きいままでもプロセス量
の変動を小さく抑えることができるという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御系故障後の制御切換により１台の
ポンプが速度低下した場合でも、低い速度では復帰速度
変化率を大きくすることにより、インバータの過負荷ト
リップを防止することができる効果があり、さらに他の
運転中のポンプとの速度整定をゆっくりした変化率で行
う、あるいは運転中ポンプの速度制御を復帰中のポンプ
速度に応じて行うことによりプロセス量の変動を抑制で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すブロック図
及びその動作を示す図、第３図は単独ポンプ時と複数台
ポンプ時のトルク特性及びコーストダウン特性を示す図
、第４図及び第５図は本発明の第２の実施例を示すブロ
ック図及びその動作を示す図、第６図及び第７図は本発
明の第３の実施例を示すブロック図及びその動作を示す
図である。 ４・・・整流器、７・・・逆変換器、９・・・ポンプモ
ータ、１７、３６・・・変化率制限器、３２．３３・・
・切換スイッチ制御器、２１〜２６・・・切換スイッチ
、４４．４５・・・ゲート、４６・・・速度設定器、４
７・・・補償器、４８・・・速度制御器、５１ａ、　５
１ｂ・・・インバータ制御器、５３・・・プロセス制御
装置。 第 図 Ｊｒ、°ング浦ν虻 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二重化された制御手段により制御されるインバータ
   と該インバータにより駆動されるモータ駆動形ポンプと
   から成るポンプ系の複数台に全流量の制御信号を与えて
   各ポンプの合計流量を制御するようにしたシステムにお
   けるインバータの制御方法において、上記ポンプ系の１
   つで制御実行中の制御手段が故障して予備系の制御手段
   への切換えが行われている間に当該ポンプ系のポンプの
   速度が低下した場合に、上記予備系の制御手段は上記速
   度低下したポンプの速度が低いときほど早く高いときほ
   ど遅く当該速度を回復させるように当該インバータを制
   御することを特徴とするインバータの制御方法。 ２、二重化された制御手段により制御されるインバータ
   と該インバータにより駆動されるモータ駆動形ポンプと
   から成るポンプ系の複数台に全流量の制御信号を与えて
   各ポンプの合計流量を制御するようにしたシステムにお
   けるインバータの制御装置において、上記ポンプ系の１
   つで制御実行中の制御手段が故障して予備系の制御手段
   への切換えが行われている間に当該ポンプ系のポンプの
   速度が低下した場合に、上記予備系の制御手段は上記速
   度低下したポンプの速度が低いときほど早く高いときほ
   ど遅く当該速度を回復させるように当該インバータを制
   御することを特徴とするインバータの制御装置。 ３、速度設定手段と、速度を第１の変化率以下に制限す
   る第１の制御手段と、上記第１の変化率よりも小さい第
   ２の変化率で速度を制限する第２の制限手段とを設ける
   とともに、前記予備系の制御手段は、前記速度低下した
   ポンプの速度が上記速度設定手段に設定された速度より
   小さいときは上記第１の制限手段により、大きいときは
   上記第２の制限手段により上記ポンプの速度上昇率を制
   限して速度回復を行うことを特徴とする請求項２記載の
   インバータの制御装置。 ４、正常時の速度目標値とその時点の速度指令値との差
   が大きい程大きな変化率で連続的に変化する速度指令値
   を出力するところの補助指令手段を設けるとともに、前
   記予備系の制御手段は、前記速度低下したポンプの速度
   が正常値に回復するまでの間上記補助指令手段の出力に
   より上記ポンプのインバータを制御することを特徴とす
   る請求項２記載のインバータの制御装置。 ５、二重化された制御手段により制御されるインバータ
   と該インバータにより駆動されるモータ駆動形ポンプと
   から成るポンプ系の複数台に全流量の制御信号を与えて
   各ポンプの合計流量を制御するようにしたシステムにお
   けるインバータの制御装置において、上記全流量の制御
   信号調整手段を設けるとともに、上記ポンプ系の１つで
   制御実行中の制御手段が故障して予備系の制御手段への
   切換えが行われている間に当該ポンプ系のポンプの速度
   が低下した場合に、上記予備系の制御手段は上記速度低
   下したポンプの速度が予め定められた一定の変化率で上
   昇するように当該インバータを制御し、かつ上記制御信
   号調整手段は、上記各ポンプ系の制御手段から当該イン
   バータへ出力されている速度指令にもとづいて各ポンプ
   の合計流量が一定となるように上記全流量の制御信号を
   調整するようにしたことを特徴とするインバータの制御
   装置。