JPS58501801A

JPS58501801A - ポンプ等負荷駆動用設備

Info

Publication number: JPS58501801A
Application number: JP57503201A
Authority: JP
Inventors: ト−レク・ヴイルモス; ハルヴアツソ−ン・ペル・ゴ−ラン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1983-10-20
Also published as: FI832286L; WO1983001542A1; FI832286A0; SE8106275L; FI832286A7; SE453549B; EP0091927A1

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】ポンプ等負荷駆動用設備この発明はポンプやファンなどの負荷を駆動するための設備に関するものである。

ポンプやファン等の負荷の大部分は、その設置のときに利用できる外部交流電源に接続された短絡型非同期モータによって駆動される。したがって、その負荷は本質的に一定速度で駆動され、その結果、当該負荷に必要な最大速度を達成できるように、その非同期モータの大きさを決めまたは設計する必要がある。しかし、ポンプやファンのようなこの種の負荷はしばしば次のような状況で用いられる。

すなわち、その負荷を最大速度で駆動する必要のある場合、つまり前記最大スピードに対応したポンプまたはファンからの最大流量が必要な場合は一時的であって、一方、全動作時間の大部分の間は、ファンやポンプから９農の流量がめられるだけである。この種の今日の装置では、全動作時間中の大部分でめられる減少した流量は、最大速度で動作しているファンやポンプによって送られる最大流量を適当に絞り弁で絞ることによって得られている。当然、これはかなりの動力損失となる。パルブ工場や製紙工場のような多数のポンプ駆動系を有する典型的な設備について実施された実験では、これらの損失はその駆動系の全定格入力の５０％にも達することがわかった。これらの損失を除去する１つの方法として、駆動用の非同期モータに供給する電力の周波数を変えることにより、ファンやポンプなどの負荷の速度を変えれるようにすることによって可能であろう。原理的には、非同期モータに供給するそのような可変周波数は、制御された可変周波数変換器によって得ることができる。しかし、実際にはそのような高価な設備は受入れられない。なぜならば、そのような工場や設備において、それぞれ個々の負荷に対して個々の独立した周波数変換器が必要であるからである。

したがって、本発明の目的は、はるかに小さい動力損失で前述のような負荷を短絡型非同期モータで駆動することができ、簡単で経済的に用いられる設備を提供することである。

この目的は以下のような本発明に従って達成される。すなわち、駆動用の非同期モータはその駆動モータのめられる最大速度に対応した第１の周波数を有する第１の交流電源供給回路（通常それは当該設備に利用される外部交流電源）あるいはその代わりに前記第１の周波数より低い第２の周波数を有する第２の交流電力供給回路〈第２の供給回路は第１の供給回路から周波数変換器を通して供給される）に二者択一的に電気的に接続可能である。当然、第２の電力供給回路はただ１つの負荷を駆動する場合のこの用語の通常の回路である必要はない。すなわち、短絡型非同期モータによって駆動される多くの同様な負荷に関係する設備や工場の場合は、低周波数の第２の交流電力供給回路はこれらのすべてのモータに用いることができ、それによってただ１つの周波数変換器がその全設備に対して必要となるだけである。

本発明による設備によって、非同期モータは必要に応じて二者択一的に２つの異なった速度、すなわちめられる最大速度と、低い周波数の第２の電源回路にそのモータを接続することによって得られる低い速度とで駆動することができる。そのモータは、当該負荷のためたの駆動条件が第２の電源の低周波数に対応した速度より速い速度で駆動する必要がなくなると同時にその低周波数の電源回路に切換えられる。この簡単な設備は、それでなくて駆動用モータが最大の一定速度で駆動したならば起こるであろう動力損失を著しく減少させることが明らかになった。典型的な工場や設備について行なわれた実験では、電力損失の５０％が容易に減少させられることがわかった。したがって、最大速度での連続的な運転における動力損失が定格入力全体の約５０％に達する場合、本発明による設備によって定格入力全体の約２５％に相当する値の電力損失を減らすことが可能であり、エネルギ・コストにおいて大きな節約となる。

低周波数と高周波数の間の関係は駆動される負荷の運転状態に依存して適切な値を選択することができる。すなわち、通常は低周波数が高周波数の６０％から８５％の間に選ばれ、多くの場合、その低周波数に関する望ましい値は高周波数の７５％であるっ本発明の特に好ましい実施例によれば、高い周波数の第１の交流電源回路から低い周波数の第２の交流電源回路を提供するための周波数変換手段は、第１の電源回路に接読された１つの巻線と第２の電源回路に接続された第２の巻線とを有するスリップリング型非同期機と、短絡型非同期機とを備え、その短絡型非同期機の回転子はスリップリング型非同期機の回転子に機械的に接続されており、その短絡型非同期機の固定子巻線は第１のまたは第２の交流電源回路のいずれかに接続されている。ここで、２つの周波数の間でのめられる関係は、互いに同じ回転子速度であるが２つの周波数の間のめられる関係を提供するための互いに異なった数の極を備えた変換設備の２つの非同期機を駆動することによって、あるいは互いに同じ数の極を備えているが２つの周波数の間のめられる関係を提供するための速度割合を有するギア手段を介して互いに機械的に接続された２つの非同期機を備えることによって得られる。

当然、これら２通りの手段を組合わせ−て適用することも可能であるっ本発明とさらにそれによって生じる利点９よ、本発明の実施のいくつかの例として示した添付図面を参照して、以下により詳しく述べる。

第１図は本発明による駆動系を示す概略図である。

第２図は本発明による設備における周波数変換器の第１の実施例の回路概略図である。

第３図は本発明による装置における周波数変換器の第２の実施例の回路概略図である。

第１図はポンプやファンのような負荷１を概略的に図示しでおり、それらの負荷は短絡型非同期駆動モータ２によって駆動される。本発明によれば、駆動モータ２は周波数１１の第１の交流電源回路Ｎ１と周波数ｔ２の第２の交流電源回路Ｎ２に二者択一的に、適当な制御手段４を介して動作するスイッチ３によって接続され得る。第１電源回路Ｎ１はその設備に利用できる外部交流電源が適当で、その電源は５０　Ｈｚの周波数「１を有している。非同期駆動モータ２は電源回路１＼１に接続されているとき、その負荷がめられる最大速度で働くよう設計されている。第２の電源回路Ｎ２は、駆動モータ２がその第２の電源回路Ｎ２に接続されているときにその負荷がそれに対応する低い速度で駆動されるように、回路Ｎ１の周波数ｆ１より低い周波数［２を有している。たとえば、周波数ｔ２が０．７５ｆ、の場合、その負荷１は最大速度またはこの最大速度の７５％の速度で択一的に駆動され得る。回路Ｎ２は周波数変換器５をヂｔして電源回路Ｎ１から供給される。当然、多数の負荷１のために多数の駆動モータ２が２つの電源回路Ｎ１とＮ２にそれぞれのスイッチ３を介して接続され得る。

周波数変換器５（それを介して回路Ｎ２が電源回路Ｎ１から供給される）は多くの異なった形態をとり得る。本発明による周波数変換器５の簡単で安価で都合の良い１つの実施例が第２図に示されている。図解された周波数変換器は、スリップリング型非同期１！１６を含み、その固定子巻線は図解された実施例において交流電源回路Ｎ１に接続されており、その回転子巻線は回路Ｎ２に接続されている。代わりに、機械６のこれら２つの巻線はその２つの回路にあべこべに接続されてもよい。機械６の回転子はギア手段８を介して短絡型非同期機７の回転子に機械的に接続されている。その短絡型非同期機７の固定子巻線は電源回路Ｎ１に接続されている。その２つの非同期１１６と７が同じ数の極を持ちかつ図面に示されているようにギア手段８が１゛４のギア比または速度比を有するとき機械７は機械６の４倍の大きさの速度で回転し、回路Ｎ２の周波数ｆ２は０゜７５ｆ、になることがわかる。２つの非同期機６と７の回転子が同じ速度で回転するように連結してがっ機械７に機械６の４倍の数の極を与えることにより、同じ結果が得られることもわかるであろう。２つの機械６と７の他の速度比を用いることによりまたはその２つの機械に他の割合の数の極を与えることにより他の比率の２つの周波数ｆ２とｆ、が得られることもわかるである）。２つの機械の異なった速度とそれらの機械の異な−〕だ極の数の組合わせを用いることも可能であることが明らかであろう。

第２図に示された周波数変換手段を用いるとき、回路Ｎ２への出力は理論上回路Ｎ１がら機械６の供給される電力の７５％であろう。前記電力の差２５％は機械７を介しで、回路Ｎ１へ返される。したがって機械６は比較的不十分に利用されている。周波数変換手段が第３図に示された形態にとき、この問題は大幅に改善される。

第３図に示された周波数変換手段もまた、固定子巻線が回路Ｎ１に接続され、回転子巻線が回路Ｎ２に接続され、その回転子がギア手段８を介して短絡型非同期１７の回転子に１械的に接続されているスリップリング型非同期機６を含んでいるっしかし第３図の実施例において、短絡型非同期機７の固定子巻線は回路Ｎ２に接続されているっこの場合、ギア手段８が図示されているように１：３のギア比または速度比を持ち、機械７の速度が機械６の速度の３倍であり、かつその２つの機械が同じ数の極を備えているならば、回路Ｎ２の周波数１．は０．７５ｆ　、になることがわかるであろう。しかしこの場合、回路Ｎ２は理論的に回路［喝１から機械６に供給される電力のすべてを供給される。

すなわち、機械６から直接的に７５％が与えられ機械７を介して２５％が与えられる。第３図に示された設備を用いるとき、２つの機械６と７の回転子が等速で回転するように互いに直結される代わりに、機械６よりも多い数の惰を有する機械７を用いてもよいことがわかるであろう〜２つの機械の速度差とそれぞれの機械における互いに異なった数の極の組合わせが用いられてもよいことが明らかであろう。

第２図と第３図に示されたような前述の設備においては、すなわら蓄電器９がない場合、第２の回路Ｎ２に伝達される実効電力はどこにおいてもスリップリング型非同期機６の定格出力に対応した暗に近くはない。この理由は、第２の回路Ｎ２に接続されたポンプのモータの無効電力の条件と、第２図の設備における短絡型非同期機７の無効電力条件とも、結果としてかなりの力率の減少を伴う機械６の固定子と回転子の両巻線を介して供給されなければならないということである。し、かじ、この問題に関して回路Ｎ２に適当な容量の蓄電器９を接続することにより根本的に改善することができる。このようにして、機械６の負荷容量を大幅に改善することが可能であるとわかった。第２図（こ示された設備において、蓄電器９によって約１．６倍に機械の負荷容量を増加させることが可能である。

しかし、第３図に示した設備では、さらに良い結果が得られる。なぜならば芸械６の負荷容量が蓄電器９によって約２侶に増加することが可能であるからであるユしたがって、第３図に示した形態の周波数変換器とそれに蓄電器が与えられたものが断熱有利であることがわかる。

この設計の周波数変換手段は比較的簡単で安価であり、さらに動作時において信頼できるものである。

本発明による設備は既に存在ＩＪでいる工場や施設においても容易に取付けることができ、ポンプやファンなどのような負荷を動作させるときの電力損失を大幅に減することができるのが明らかであろう。

Claims

【特許請求の範囲】（１〉　短絡型非同１°１５幼ヒータ２を備えて、ポンプのような負荷１を駆動するための設備であって、前記短絡型非同期駆動モータ２がその駆動モータ２のめられる最大速度に対応する第１　（＋、＞周波数「、を有する第１の交流電源回路Ｎ１と、前記第１の周波数ｆ、より低い第２の周波数ｆ２を有する第２の交流′Ｒ８ｉ回路Ｎ２とに二音択−的に電気的に接続することがて・ぎ、前記第２の回路Ｎ２が周波数変換手段５を介して第１の回路Ｎ１から供給されていることを特徴とする設備。（２）　前記第２の周波数［２が前記第１の周波数ｒ。の６０％から８５％の間にあり、好ましくは約７５゛拓であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の設備。（３）　周波数変換手段５が、固定子巻線と回転子巻線を有するスリップリング型非同期機６を含み、前記巻線の１つが前記第１の回路Ｎ１に接続されており、前記巻線の他の１つが前記第２の回路Ｎ２に接続されており、かつ短絡型非同期機７を含み、その機械７の回転子が前記スリップリング型非同期機６に機械的に接続されており、前記機械７の固定子巻線か前記第１の回路Ｎ１に接続されていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の設備。く４）　前記周波数変換手段５か、固定子巻線と回転子さ線を有するスリップリング型非同期機６を含み、前記巻線の１つが前記第１の回路Ｎ１に接続されており、前記巻線の他の１つが前記第２の回路Ｎ２に接続されており、かつ短絡型非同期機７を含み、前記機械７の回転子が前記スリップリング型非同期機６に機械的に接続されており、前記機械７の固定子巻線が前記第２の回路Ｎ２に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の設備。（５）　蓄電器９が前記第２の回路Ｎ２に接続されていることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項記載の設備。ｔ６　＞　前記スリップリング型非同期機６と前記短絡型非同期機７が互いに同じ数の極を有し、前記機械６と７の回転子が速度デア手段８を介して接続されており、前記ギア５段が、前記２つの回路Ｎ４　、　Ｎ２の前記２つの周波数ｆ、、ｆ２間の差の周波数と前記短絡型非同期機７が接続されている回路の周波数との割合に相当する速度比を有することを特徴とする請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかの項に記載された設備。ｆ７）　前記スリップリング型非同期機６と短絡型非同期機７が等速度で回転するよう接続されてちり、前記短絡型非同期機７が、前記２つの回路Ｎ１．Ｎ２の周波数ｔ、。ｆ２門の差の川波数と前記短絡型非同期機７が接続されている回路の周波数とのｖ１合（：、対応して、前記スリップリング型機械６よりも数の多い壜を有している請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかの項に記載された設備。（８）　前記スリップリング型非同期機６と前記短絡型非同期！！Ｉ７が速度ギア手段を介して接続されておりかつ互いに異なった数の極を有しており、前記速度比と前記ポールの数の違いが、前記２つの回路Ｎｌ、Ｎ２の周波数［、。１２間の差と前記短絡型非同期機７が接続されている回路の周波数との割合に共同して対応するように選択されていることを特徴とする請求の範凹第３項ないし第３項ないし第５項のいずれかに記載された設備。