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公開番号2021058072
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019182339
出願日20191002
発明の名称誘導電動機始動システム
出願人東芝三菱電機産業システム株式会社
代理人個人,個人
主分類H02P 1/16 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】始動電流を低減できる誘導電動機始動システムを提供する。
【解決手段】第1誘導電動機M1と第2誘導電動機M2との合計容量は、ポンプ2の負荷容量と同じである。第1誘導電動機M1の容量は、第2誘導電動機M2の容量よりも小さく、かつ、ポンプ2の閉塞運転が可能である。制御装置20は、第5遮断器CB5と第3遮断器CB3を投入し、第1誘導電動機M1をソフトスターター3で駆動させ、第1誘導電動機M1の回転数が交流電源8の規定の回転数と同期した後、第3遮断器CB3を開放し、第1遮断器CB1を投入し、その後、第4遮断器CB4を投入し、ソフトスターター3で第2誘導電動機M2に励磁電流を給電し、第4遮断器CB4を開放し、第2遮断器CB2を投入する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1誘導電動機と、
前記第1誘導電動機の回転子軸と直結する回転子軸を有する第2誘導電動機と、
前記第2誘導電動機の回転子軸に接続する2乗低減トルク負荷であるポンプと、
交流電源と前記第1誘導電動機とを、第1遮断器を介して接続可能な第1経路と、
前記交流電源と前記第2誘導電動機とを、第2遮断器を介して接続可能な第2経路と、
前記交流電源と前記第1誘導電動機とを、直列する第5遮断器、ソフトスターター、第3遮断器を介して接続可能な第3経路と、
前記交流電源と前記第2誘導電動機とを、直列する前記第5遮断器、前記ソフトスターター、第4遮断器を介して接続可能な第4経路と、
制御装置と、を備え、
前記第1誘導電動機と前記第2誘導電動機との合計容量は、前記ポンプを所定流量で駆動可能で、
前記第1誘導電動機の容量は、前記第2誘導電動機の容量よりも小さく、かつ、前記ポンプを閉塞運転可能とし、
前記制御装置は、
前記第5遮断器と前記第3遮断器を投入し、前記第1誘導電動機を前記ソフトスターターで駆動させ、前記ソフトスターターの出力周波数と前記交流電源の周波数との差異が所定値以内となった後、前記第1遮断器を投入し、さらに前記第3遮断器を開放し、
前記第3遮断器を開放した後、前記第4遮断器を投入し、前記ソフトスターターで前記第2誘導電動機に励磁電流を給電し、前記第2遮断器を投入し、その後前記第4遮断器を開放すること、
を特徴とする誘導電動機始動システム。
続きを表示(約 77 文字)【請求項2】
前記第1誘導電動機を前記ソフトスターターで駆動させる際は、前記ポンプを空転運転する、請求項1記載の誘導電動機始動システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、誘導電動機始動システムに関する。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
さまざまな制約から大型電動機1台で構成する代わりに、回転子軸を直結させた2台の誘導電動機により負荷を駆動する構成が知られている。伝達動力確保のため、各電動機は容量に比例して回転子軸を太くする必要があった。また、各電動機には始動時に定格電流の約6.5倍の電流が流れ、設備の交流電源を低下させてしまう可能性があった。
【0003】
始動電流を低減させることに関し、特許文献1は、主電動機に小容量の始動用電動機を直結させた構成が開示している。特許文献1は、上記主電動機の始動に際して、まず上記始動用電動機を起動させて同始動用電動機により上記主電動機の回転子の速度を上昇させてから、上記主電動機を電源に接続する電動機の始動方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開昭64−1490号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1の技術では、主電動機は無励磁状態で加圧されるため、始動突入電流は発生する。バックインピーダンスの大きな電源系統に於いては、突入電流は電源電圧の低下をもたらすので、始動電流のより小さいシステムが望まれる。
【0006】
本発明は、上述の課題を解決するためになされた。本発明の目的は、始動電流を低減できる誘導電動機始動システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る誘導電動機始動システムは、第1誘導電動機と、前記第1誘導電動機の回転子軸と直結する回転子軸を有する第2誘導電動機と、前記第2誘導電動機の回転子軸に接続する2乗低減トルク負荷であるポンプと、交流電源と前記第1誘導電動機とを、第1遮断器を介して接続可能な第1経路と、前記交流電源と前記第2誘導電動機とを、第2遮断器を介して接続可能な第2経路と、前記交流電源と前記第1誘導電動機とを、直列する第5遮断器、ソフトスターター、第3遮断器を介して接続可能な第3経路と、前記交流電源と前記第2誘導電動機とを、直列する前記第5遮断器、前記ソフトスターター、第4遮断器を介して接続可能な第4経路と、制御装置と、を備え、前記第1誘導電動機と前記第2誘導電動機との合計容量は、前記ポンプを所定流量で駆動可能で、前記第1誘導電動機の容量は、前記第2誘導電動機の容量よりも小さく 、かつ、前記ポンプを閉塞運転可能とし、前記制御装置は、前記第5遮断器と前記第3遮断器を投入し、前記第1誘導電動機を前記ソフトスターターで駆動させ、前記ソフトスターターの出力周波数と前記交流電源の周波数との差異が所定値以内となった後、前記第1遮断器を投入し、さらに前記第3遮断器を開放し、前記第3遮断器を開放した後、前記第4遮断器を投入し、前記ソフトスターターで前記第2誘導電動機に励磁電流を給電し、前記第2遮断器を投入し、その後前記第4遮断器を開放すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、第1誘導電動機の誘導電動機の容量を最低限にすることで、始動電流を低減できる。また、各誘導電動機の始動に際し共通のソフトスターターを用いて、更に始動電流を低減できる。また、第1誘導電動機の容量を低減したことにより、不要に回転子軸を太くすることを避けられる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明の実施の形態1に係る誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。
本発明の実施の形態1に係る渦巻きポンプのPQ特性の一例を示すグラフである。
本発明の実施の形態1に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。
本発明の実施の形態1に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。
比較対象である誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。
本発明の実施の形態1に係る制御装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。
本発明の実施の形態2に係る誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。
本発明の実施の形態2に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。
本発明の実施の形態2に係る制御装置による誘導電動機の始動処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0011】
実施の形態1.
<システム構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係る誘導電動機始動システムの構成を説明するための構成図である。
【0012】
誘導電動機始動システム1は、例えば、火力発電プラントのボイラーシステムの一部であり、補機機械を運転させるためのシステムである。
【0013】
誘導電動機始動システム1は、第1誘導電動機M1、第2誘導電動機M2、ポンプ2a、ポンプ2b、複数の遮断器(CB1〜CB5)、ソフトスターター3を備える。以下ポンプ2aとポンプ2bをまとめてポンプ2と呼称することがある。
【0014】
第1誘導電動機M1および第2誘導電動機M2は、固定子の作る回転磁界により、電気伝導体の回転子に誘導電流が発生し、滑りに対応した回転トルクを発生させる。第2誘導電動機M2は、カップリング4により、第1誘導電動機M1の回転子軸と直結する回転子軸を有する。
【0015】
ポンプ2aは、第1誘導電動機M1の回転子軸に接続する2乗低減トルク負荷である。ポンプ2aは、例えば渦巻きポンプである。ポンプ2aはその上流側にバルブ41を備え、とその下流側に開閉状態に応じて出側流量を変更可能なバルブ42を備える。ポンプ2bは、第2誘導電動機M2の回転子軸に接続する2乗低減トルク負荷である。ポンプ2bは、例えば渦巻きポンプである。ポンプ2bはその上流側にバルブ43を備え、その下流側に開閉状態に応じて出側流量を変更可能なバルブ44を備える。例えばポンプ2aはBooster Pump(BP)であり、ポンプ2bはBoiler Feed Pump(BFP)である。
【0016】
ポンプ2bは、ボイラー給水ポンプである。ポンプ2bは、タービン発電機を回転させるために必要な蒸気を生成するため、ボイラーに水を送り込むためのポンプである。ポンプ2bは、カップリング15、ギヤ5およびカップリング6を介して第2誘導電動機M2に接続する。
【0017】
ポンプ2aは、ポンプ2bの回転数が高い場合に、効率低下を防ぐために用いられるポンプである。ポンプ2aは、カップリング7を介して第1誘導電動機M1に接続する。ここで、ポンプ2bはポンプ2aより通常運用(定格運転)時の軸動力が大きいものとする。
【0018】
第1誘導電動機M1は、第1経路11または第3経路13により交流電源8に接続可能である。交流電源8は商用電源である。また交流電源8には図示されない電圧検出器38が設けられ、交流電源8の電圧を検出し、その出力は制御装置20に入力される。
【0019】
第1経路11は、交流電源8と第1誘導電動機M1とを、第1遮断器CB1を介して接続可能である。具体的には、第1遮断器CB1の一端は、第1誘導電動機M1と第3遮断器CB3との間の電線に接続する。第1遮断器CB1の他端は、交流電源8に接続する。また第1経路11には図示されない電圧検出器31が設けられ、第1経路11の電圧を検出し、その出力は制御装置20に入力される。
【0020】
第3経路13は、交流電源8と第1誘導電動機M1とを、直列する第5遮断器CB5、ソフトスターター3、第3遮断器CB3を介して接続可能である。具体的には、第3遮断器CB3の一端は第1誘導電動機M1に接続する。第3遮断器CB3の他端はソフトスターター3の一端に接続する。ソフトスターター3の他端は第5遮断器CB5の一端に接続する。第5遮断器CB5の他端は交流電源8に接続する。
【0021】
第2誘導電動機M2は、第2経路12または第4経路14により交流電源8に接続可能である。
【0022】
第2経路12は、交流電源8と第2誘導電動機M2とを、第2遮断器CB2を介して接続可能である。具体的には、第2遮断器CB2の一端は、第2誘導電動機M2と第4遮断器CB4との間の電線に接続する。第2遮断器CB2の他端は、交流電源8に接続する。また第2経路12には図示されない電圧検出器32が設けられ、第2経路12の電圧を検出し、その出力は制御装置20に入力される。尚、第1経路11および第2経路12にそれぞれ電圧検出器31、電圧検出器32を設ける代わりにソフトスターター3の出力に電圧検出器33を設けてもよい。
【0023】
第4経路14は、交流電源8と第2誘導電動機M2とを、直列する第5遮断器CB5、ソフトスターター3、第4遮断器CB4を介して接続可能である。具体的には、第4遮断器CB4の一端は第2誘導電動機M2に接続する。第4遮断器CB4の他端は、第3遮断器CB3とソフトスターター3との間の電線に接続する。
【0024】
ポンプ2aの必要な最大軸動力をPpm1とし、ポンプ2bの必要な最大軸動力をPpm2とすると、ポンプ2の必要な最大軸動力Ppmは式(1)である。
Ppm=Ppm1+Ppm2 (1)
さらに、第1誘導電動機M1と第2誘導電動機M2の動力をポンプ2に伝達する際のギヤ5等の損失をPs、余裕Paとし、さらに第1誘導電動機の定格出力をPr1、第2誘導電動機の定格出力をPr2とすると式(2)の関係になる。
Pr1+Pr2=Ppm+Ps+Pa (2)
【0025】
<電動機の容量>
図1および図2を参照して、第1誘導電動機M1と第2誘導電動機M2の定格容量について説明する。図2は、ポンプ2の吐出量と軸出力の関係(以下PQ特性と称する)の一例を示すグラフである。横軸は定格値で規格化したポンプの吐出量(流量)であり、縦軸は定格値で規格化した軸動力である。単純化のため定格値に対する割合で表したPQ特性はポンプ2aもポンプ2bも同じとする。
【0026】
図2より、閉塞運転(すなわちバルブ42及びバルブ44が閉状態でポンプ2を動作させ吐出流量0の時)における軸動力[W]は定格(バルブ42およびバルブ44の全開)のk倍(A点)である。kは1以下の正の値である。
よって、ギヤ5を噛み合わせた状態で、ポンプ2a及びポンプ2bを閉塞運転で、第1誘導電動機M1にて第2誘導電動機M2を回転させるためには、第1誘導電動機M1に最低限必要な容量P1は、式(3)となる。
P1=k×Ppm+Ps+Pa (3)
よって、第1誘導電動機M1の定格容量Pr1はP1以上であればよい。
そこでPr1=P1とすれば、第2誘導電動機M2の定格容量Pr2は式(4)となる。
Pr2=Ppm+Ps+Pa−Pr1
=(1−k)Ppm (4)
2乗低減トルク負荷であるポンプでは、一般的にkは約0.3である。
ここで、
Ppm=16.5MW、
Pross+Pmar=0.05MW
k=0.3
とすると
Pr1=0.3×16.5MW+0.05MW=5MW
Pr2=(1−0.3)×16.5MW=11.55MW
となる。
【0027】
すなわち、第1誘導電動機M1は、第1誘導電動機M1のみでポンプ2を閉塞運転可能な容量で構成し、第1誘導電動機M1と第2誘導電動機M2の両者で駆動したときに、ポンプ2がシステム上の定格流量を吐出可能になるように、第2誘導電動機M2の容量を構成する。
【0028】
図1に戻り説明を続ける。誘導電動機始動システム1は制御装置20を備える。制御装置20は、第1遮断器CB1〜第5遮断器CB5、ソフトスターター3に接続する(図示省略)。ここで、ソフトスターター3の容量は以下の(ア)または(イ)のいずれも可能な容量とする。すなわち、(ア)または(イ)のいずれかで決まる容量のうち、大きい方以上となる。
(ア)ギヤ5が噛み合わせのない状態で、ソフトスターター3により、第1誘導電動機M1に定格周波数および定格電圧を印加し、ポンプ2aを閉塞運転可能
(イ)ソフトスターター3により、第2誘導電動機M2に定格周波数および定格電圧にて、励磁電流を供給可能
【0029】
<電動機の制御フロー>
図3Aおよび図3Bは、誘導電動機を始動させるために制御装置20が実行する処理を説明するためのフローチャートである。始動処理前において、全てのカップリングは結合状態であり、さらにすべての遮断器は開放されている。ギヤ5も噛み合わせの無い状態とする。
【0030】
まず、制御装置20は第1誘導電動機M1に関する始動時制御を実行する。
(【0031】以降は省略されています)

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