(57)【要約】    【課題】  複数の駆動対象を電力変換装置で駆動する場合に、従来よりも利便性を向上させた電力変換装置、及びその制御方法を提供することを課題とする。    【解決手段】  上記課題に対して、電力変換装置の順変換部であるコンバータ部で整流された電力を複数の平滑部とそれに接続される逆変換部であるインバータ部に供給し、前記各々の逆変換部は、接続された駆動対象の電動機等を駆動するものである。すなわち、複数の平滑部と逆変換部にて、上記順変換部を共用するものである。【選択図】  図１
2006149135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された交流電力を直流電力に変換する順変換部と、
前記順変換部からの出力が接続される第１の平滑部と、
前記第１の平滑部の出力が接続される第１の逆変換部と、
前記順変換部からの出力が接続される第２の平滑部と、
前記第２の平滑部の出力が接続される第２の逆変換部と
を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
供給された交流を直流電力に変換する順変換部と、
前記順変換部からの出力が接続される平滑部と、
前記平滑部の出力が接続される第１の逆変換部と、
前記平滑部の出力が接続される第２の逆変換部と
を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
第１の逆変換部と第２の逆変換部とが電気的に接続されている電力変換装置の制御方法において、
第１の電動機にて発生した回生電力を前記第１の逆変換部にて直流電力に変換後、前記第２の逆変換部に電力供給し、前記供給された直流電力を前記第２の逆変換部にて第２の電動機を駆動する電力に変換後、前記第２の電動機に供給して、前記第２の電動機を駆動することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項４】
第１の逆変換部と第２の逆変換部とが電気的に接続されている電力変換装置の制御方法において、
第１の電動機を制動する際に、
第１の電動機で発生した回生電力を前記第１の逆変換部にて直流電力に変換後、
前記第２の逆変換部に電力供給し、前記供給された直流電力を前記第２の逆変換部にて第２の電動機を駆動する電力に変換後、
前記第２の電動機に供給して、前記第２の電動機を駆動することによって、
前記第１の電動機を停止することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に電力変換装置についての開示がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６８９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、電力変換装置の順変換装置に回生機能がなくても、交流電動機の回生電力を有効に利用できるものである。
【０００５】
その為に、ナトリウム硫黄電池等の二次電池を設け、当該二次電池に交流電動機の回生電力を充電、回収する構成としている。
【０００６】
従って、二次電池を設けることで、省スペースなどで問題となる場合がある。
【０００７】
上記も踏まえ、本発明は、駆動対象の電動機を電力変換装置で駆動する場合の回生動作等について、従来よりも利便性を向上させた電力変換装置、及びその制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に対して、本発明においては、電力変換装置の順変換部であるコンバータ部で整流された電力を複数の平滑部とそれに接続される逆変換部であるインバータ部に供給し、前記各々の逆変換部は、接続された駆動対象の電動機、モータ等を駆動するものである。すなわち、複数の平滑部と逆変換部にて、上記順変換部を共用するものである。
【０００９】
上記構成において、第１の平滑部、逆変換部、電動機と第２の平滑部、逆変換部、電動機とがある場合には、以下のような制御方法にて制御するものとする。
【００１０】
第１の電動機がフリーランで逆回転している場合に、正回転させるには、先ず、制動して停止させる必要がある。この際に第１の電動機からは回生電力が発生し、第１の逆変換機に流れ、この回生電力は第１の逆変換機で直流電力に変換され、第１の平滑部に供給される。
【００１１】
しかしながら、第１の平滑部に接続され、共用化された順変換部が系統連携機能を持たない単純な整流回路で構成される場合、直流電力を商用電源に逆潮流させることができない。
【００１２】
その結果前記第１の逆変換部からの直流電力は第１および第２の平滑部に蓄電されることとなり、結果として直流電位の上昇が起こり、平滑部および逆変換部の許容電位を超えると、問題となることが予想される。
【００１３】
一般的には、この様な事態を想定して、回生回路を設け、前記第１の逆変換部で発生した直流電力を回生抵抗により熱等に変換、消費することで、平滑部の電位が許容電位を超えないようにすることが知られている。但し、前記回生抵抗は、装置の価格上昇、大型化を招く要因となるので、不都合である。
【００１４】
そこで、上記場合には、第１の逆変換部からの直流電力を第１の平滑部を介し、第２の平滑部、逆変換部、電動機に供給することとする。こうすると、供給された第１の逆変換部からの直流電力は、第２の逆変換部にて第２の電動機を駆動する駆動電力に変換され、第２の電動機を駆動することによって、消費される。従って、第１の平滑部の電位上昇等の問題にも対応可能となる。
【００１５】
また、上記構成、制御方法とすることよって、第１の電動機の制動の際に、前記第１の電動機で発生した回生電力は、第２の逆変換部を経て、第２の電動機を駆動することで消費されるように出来る。よって、従来のような回生抵抗等を用いなくても、前記第１の電動機を制動、停止することが可能となる。
【００１６】
なお、第１の電動機からの回生電力が第１の逆変換部で直流電力に変換され、平滑部に供給されると直流部の電位が上昇し、共用化される順変換部の電位よりも高くなると、共用化される順変換部からは電力が流れ込まなくなるので、共用化される順変換部と前記第１の平滑部、第２の平滑部が接続されていても、問題ない。
【００１７】
従って、上記制御方法を実施するにあたって、第１の電動機の回生電力にて、第２の電動機を駆動させる際に、上記順変換部と前記第１の平滑部、第２の平滑部との接続を切断するスイッチを設けなくても良い。若しくは、上記順変換部と前記第１の平滑部、第２の平滑部との接続を切断する処理、制御を行わなくても良い。
【００１８】
但し、上記順変換部と前記第１の平滑部、第２の平滑部との接続を切断する処理、制御を行うこと、上記切断するスイッチを設けることを、上記制御方法の実施において否定するものではない。  また、他の構成として、第１の逆変換部からの直流電力を第２の逆変換部に供給する接続線を設けるものとする。前記接続線を設けることによって、第１の電動機にて生じた回生電力は第１の逆変換部から第２の逆変換部を介し、第２の電動機にて消費することが可能となる。
【００１９】
また、上記にて、第１の平滑部と第２の平滑部も共用化するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来よりも利便性を向上させた電力変換装置、及びその制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図１〜図4を用いて詳細に説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。
【００２２】
図１は本発明の実施例による電力変換装置の構成、図２はクリーンルームのファンフィルタユニットに本発明の実施例による電力変換装置および制御方法用いたときの構成、図３は本発明の実施例による全モータが逆転側に外力によってフリーラン状態で回されているときに回生回路なしで、全てのモータを正転側に起動する制御方法のフローチャートを示す。
【００２３】
図１において、商用電源５０は整流ダイオードを搭載する順変換部４０(図示のようにノイズフィルタを有するものであっても良い)に接続され交流電力を供給している。順変換部４０で直流に整流された電力はケーブル４１によって第１の平滑部１１と第１の逆変換部１２および第１のモータ制御回路１３を搭載するコントローラ１０に供給される。
【００２４】
更に、順変換部４０で直流に整流された電力はケーブル４１によって、第２の平滑部２１と第２の逆変換部２２および第２のモータ制御回路２３を搭載するコントローラ２０に供給される。
【００２５】
上位コントローラ６０の指示により、それぞれのコントローラ１０，２０は直流電力を逆変換部１２，２２から第１および第２のモータ１４、モータ２４に供給、駆動する。
【００２６】
ここで、上記順変換部４０に対して接続できるコントローラの数は２台以上であってもよく、その場合には、上記順変換部４０に接続されるコントローラの必要電力の総和を供給できる容量の整流ダイオードを上記順変換部４０が搭載する必要がある。
【００２７】
図１の特徴は順変換部４０に複数のコントローラ１０，２０を整流後の直流部で接続したことにある。コントローラ１０ではモータ１４を安定して駆動できるようにするため平滑部１１は逆変換部１２とモータ制御回路１３にできるだけ近接して配置している。
【００２８】
また、平滑部１１は、逆変換部１２の動作による直流部の電圧変動を吸収し、他のコントローラ２０への相互影響を抑える構成としている。さらに順変換部４０とコントローラとの距離が長くなった場合でも、ケーブル４１のインダクタンスによる電圧の跳ね上がりを平滑部１１は抑制する効果もある。勿論、平滑部２１も同様の働きをするものである。
【００２９】
コントローラ１０に搭載する平滑部１１の容量はモータ１４の駆動およびモータ制御回路１３に必要な容量を設定している。つまり直流部を共有して接続するコントローラの数が増えれば、その増えたのに対応して、必要な容量の平滑部が確保される。
【００３０】
一方、商用電源側へ流出する高調波の抑制、または商用電源から侵入する雷サージノイズなどは商用電源と接続する一箇所で集中して対策することがコスト、若しくは効果の面から望ましい。従って、これらをまとめて実施すべく、図１に示す順変換部４０の構成としている。
【００３１】
順変換部４０と平滑部１１、平滑部２１との間の直流部を接続したことにより、第１のモータ１４を回生した場合に発生する回生電力を第２のモータ２４の駆動電力として利用することが可能になる。当然その逆も可能である。
【００３２】
具体的には商用電源が２００Ｖの場合、順変換部で整流された直流電圧はＤＣ288Ｖ程度になる。モータ１４およびモータ２４がともに定格負荷で運転しているときに、モータ１４に制動をかけると慣性が大きいときなど負荷の状況によっては、回生電力が発生し、これは直流部の電圧を288Ｖ以上に上昇させる方向に働く。
【００３３】
商用電源からは順変換部の整流ダイオードで整流された電圧が上昇した直流部より高くなったときのみ平滑部に流れるので、回生電力が大きい時、すなわち直流部の直流電圧が高いときには流れない。このときモータ２４の駆動に必要な電力は全てモータ１４の回生電力で賄う状態になる。
【００３４】
つまりコントローラ１０とコントローラ２０とは、どちらかの回生電力をもう一方へ供給することができるとともに、不足する電力分のみが順変換部より供給される。
【００３５】
但し、この場合直流部を共有する全てのモータを制動する場合は、回生電力を消費することができない為、過電圧異常を発生する。これに対する対応方法は後述するファンフィルタユニットの運転方式にて説明する。
【００３６】
図２は半導体製造工場等のクリーンルーム２００の構造と、そこに設置されるファンフィルタユニット２１０，２２０，２３０の設置状態を示す。ファンフィルタユニットはクリーンルームの天井全面に設置される為、大規模なものでは１つのシステムに数百台から数千台の規模となる。
【００３７】
ファンフィルタユニットは通常数台から数十台を１セットとして上位コントローラ２７０により管理されている。それぞれのファンフィルタユニットにファンモータ２１２，２２２，２３２があり、それらはコントローラ２１１，２２１，２３１によって可変速制御されている。
【００３８】
通常の稼動状態では、全てのファンは天井裏ダクト２０１の空気をファンフィルタユニット下部のフィルタ２０２を通して、塵埃を除去してクリーンルーム内の天井から吹き出し、天井から床に向かって流れるダウンフロー２０３を発生させて室内の塵埃と共に床のスリット２０４へ吸い込まれる。床下のダクト２０５は空調機２０６を経由して、また天井裏へつながれており、常時循環している。
【００３９】
ここで、メンテナンス等の理由により一台のファンモータ２１２の駆動を停止すると、天井裏とクリーンルーム内の気圧差によって、停止したファンは逆回転方向にフリーランの状態で回される。
【００４０】
通常、クリーンルームには、天井裏からファンによって、空気が吹き出している。従って、天井裏とクリーンルーム内との気圧差は、天井裏よりもクリーンルームの方が、程度の違いはあるものの気圧が高いこととなる。この場合には、駆動電力が供給されなくなり、フリーラン状態となったファンは、上記気圧差に基づき、クリーンルームから天井裏に空気が逆に流れる為に、逆向きに回転することとなる。
【００４１】
この状態から再度起動しようとすると、ファンの慣性と気圧差による逆回転トルク打ち勝ってモータを制動し一度逆回転を停止させてから正回転方向へ起動する必要がある。
【００４２】
このとき逆回転のフリーランを制動停止させる際に、回生電力が発生するため、直流部の電圧が上昇し一般的なコントローラでは過電圧異常によって、制動できなくなることがある。
【００４３】
この場合は機械的なブレーキまたは回生回路等により強制的にファンを停止させるか、または、気圧差を減少させる為、他の全てのファン２２３，２３３を低速運転することが必要になる。
【００４４】
これらの方法では、いずれもモータ２１２を制動させるために機械ブレーキや回生回路などの装置を新たに設けるか、または空気循環量の低下によるクリーンルームの清浄度低下の危険を生じるため望ましくない。
【００４５】
ここで本発明の実施例による図１と同様の構成で複数のファンモータ２１２，２２２，２３２の直流部を共用した構成とすると、制動させるモータ２１２が発生する回生電力を正回転中のモータ２２２，２３２の駆動用電力として消費することができる為、直流部の電圧上昇を効果的に抑制することができ、確実に逆回転しているモータ２１２を制動することができる。
【００４６】
尚、全てのモータを同時に停止する場合は、商用電源の供給を停止すれば良い。
【００４７】
また、この構成で直流部を共用した全てのファンモータ２１２，２２２，２３２が気圧差により逆回転させられていた場合、単純にモータを制動すると回生電力が消費できずに過電圧異常を発生してしまう。
【００４８】
この場合は、一台のモータ２１２を制動するのに必要な回生電力を他の直流部を共用したモータ２２２，２３２で消費するように、必要とする回生電力を他のモータ２２２，２３２の台数（本実施例では２台）で割り、その電力を消費するよう他のモータ２２２，２３２全てを逆回転側にさらに増速運転させれば良い。
【００４９】
これにより１台のモータ２１２の制動は短時間で完了するので、停止後直ちにこの一台２１２を正転方向に駆動すると同時に他のモータ２２２，２３２の逆回転駆動は止めてフリーランの状態にする。
【００５０】
この状態で直流部を共有した複数のモータの中で、一台のモータが正転方向に力行しているので、次のモータ（２２２または２３２）を逆転から制動停止させるための回生電力はこのモータ２１２の運転で消費することができる。
【００５１】
モータの台数が多い場合でも、同様の手順により、正転運転中のモータ駆動電力の総和に見合う回生電力の消費が可能になるので、順次制動するモータ台数を増やしていきながら、本手順を繰り返すことによって、全てのモータを逆転フリーランの状態から正転力行状態へ起動させることが可能となる。
【００５２】
図３に上位指令装置から逆転フリーラン中のモータを起動させる手順のフローチャートを示す。
【００５３】
図１及び図２に示される上位指令装置はまず、直流部を共有する全てのモータの運転状況を確認する(ステップ３０１)。ここで全てのモータが逆回転でフリーラン中の場合はステップ３２１からステップ３２６の処理を追加する。一部のモータが正転力行中の場合はステップ３１１からステップ３１５の処理の繰返しで、全てのモータを正転方向へ起動する。
【００５４】
まず全てのモータが逆回転でフリーラン中の場合について以下説明する。
【００５５】
上位制御装置は最初に制動停止させる任意の１台を選択する(ステップ３２１)。
このモータを制動させると同時に他の全てのモータに対し、現在の逆回転フリーランの回転数よりもさらに逆回転数方向に力行させる(ステップ３２２)。このとき制動させるモータの制動トルクと他の逆転方向に力行させる全てのモータの力行トルクは、その回生電力と逆転力行電力の総和が等しくなるよう設定することで、直流電圧の上昇を抑制する(ステップ３２３)。
【００５６】
制動中のモータが停止するまでの間ステップ３２３の状態を維持する。
【００５７】
モータが停止すると、すぐにこれを正転側に起動すると同時に他の逆回転中モータの力行を停止する。
【００５８】
これで１台のモータが正転力行中で他のモータが逆回転フリーラン中の状態になる(ステップ３２６)。この後はステップ３０２の判定以後の処理と同様となる。
【００５９】
直流部を共用化している複数のモータの内、一部のモータが正転側に力行している場合は、正転力行中の総電力をＰｔ、これから制動しようとするモータの総回生電力をＰｇとすると、Ｐｔ≧Ｐｇとなるよう制動するモータの台数を決める(ステップ３１１)。
【００６０】
このとき制動させる全てのモータの制動トルクは、その回生電力の総和が正転力行電力の総和とバランスするよう設定することで、直流電圧の上昇を抑制する(ステップ３１２)。
【００６１】
制動して停止したモータは直ちに正転力行を開始させる(ステップ３１４)。
【００６２】
ここで上位制御装置は全てのモータ正転運転中であるかを確認しステップ３１５、まだ正転力行していないものがある場合は、再びステップ３１１からの処理を繰り返す。
【００６３】
この方法によれば直流部を共有するモータの台数には制限がなく、最終的に全てのモータを回生回路等の手段を用いることなく逆回転フリーラン状態から制動して正転力行運転とすることができる。
【００６４】
次に屋外に設置する大型の熱交換器の例を図４にて説明する。
【００６５】
熱交換器４１０の筐体内部には熱交換器４０４と排気ファン４０２，４０３があり、通常の運転では排気ファンにより外気を吸気ダクト４０５から内部に導入し、熱交換器を経由して排気ダクト４０１から排気することにより、熱交換をおこなっている。
【００６６】
ここで熱交換器の運転を停止しているときには風の向きによって、排気ダクト４０１から風が内部に入りファンモータ４０２及び４０３を逆回転させ、熱交換器を逆方向に通って、風が吸気ダクト４０５から抜けることがある。特に台風等の場合は風速が数十ｍにも達する為、上述の現象が生ずることがある。
【００６７】
この状態で熱交換器の運転を開始する場合、排気ダクトから侵入する風によって、逆回転フリーラン状態となっているモータ４１２及び４１３を制動して停止させた後に、正転方向に運転させる必要がある。このとき前述したファンフィルタユニットと同様に回生電力の消費手段が必要となる。
【００６８】
ここで本発明の実施例による図１の直流部をモータ４１２と４１３で共用する構成にした場合、これらのファンモータを制御する上位制御装置４２０は運転前に２台のモータが共に逆転方向にフリーランで回されていることを認識すると、一方のモータ、たとえばモータ４１２に対しては、さらに逆転方向へ力行運転させると同時に他方のモータ４１３に対しては制動を開始する。
【００６９】
このとき逆回転の指令回転数はモータの誘起電圧が制御できる範囲とする。すなわち、既に制御範囲を超えて逆回転している場合は異常な強風と判定して安全のため起動すべきではない。
【００７０】
モータ４１２の逆転力行により排気ダクト内部の圧力Ｐｏｕｔ４３１は引き下げられるとともに、排気ファンダクト内部の圧力Ｐｏ４３２はファン４０２の押し込み圧力により上がる方向となる。これはファン４０３の逆転を制動する方向に働くことからモータ４１３の制動を助ける方向に働く。
【００７１】
したがって短時間でモータ４１３の制動が完了し、正転方向への力行を開始することができる。1台が正転方向に力行していれば、その消費電力で他方の回生電力を消費することができるので、モータ４１２を制動することが可能となる。
【００７２】
よって本制御方式によれば排気ダクトから強風が侵入する状態であっても回生回路等を設ける等の手段を用いずにモータを制動停止しして、正転方向へ起動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例による直流部を共用した電力変換装置の構成図。
【図２】本発明の実施例を適用したファンフィルタユニットシステムの運転を説明する図。
【図３】本発明の実施例による電力変換装置の制御方法を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例を適用した熱交換器の運転方法を説明する図。
【符号の説明】
【００７４】
１０…第１のコントローラ、１１…第１の平滑部、１２…第１の逆変換部、１３…第１のモータ制御回路部、１４…第１のモータ、２０…第２のコントローラ、２１…第２の平滑部、２２…第２の逆変換部、２３…第２のモータ制御回路部、２４…第２のモータ、４０…順変換部、４１…ケーブル、５０…商用電源、６０…上位制御装置、２００…クリーンルーム、２０１…天井裏ダクト、２０２…フィルタ、２０３…ダウンフロー、２０４…床スリット、２０５…床下ダクト、２０６…空調機、２０７…半導体製造装置等、２１０…第１のファンフィルタユニット、２１１…第１のファンモータ用コントローラ、２１２…第１のファン駆動用モータ、２１３…第１のファン、２１０…第１のファンフィルタユニット、２１１…第１のファンモータ用コントローラ、２１２…第１のファン駆動用モータ、２１３…第１のファン、２２０…第２のファンフィルタユニット、２２１…第２のファンモータ用コントローラ、２２２…第２のファン駆動用モータ、２２３…第２のファン、２３０…第３のファンフィルタユニット、２３１…第３のファンモータ用コントローラ、２３２…第３のファン駆動用モータ、２３３…第３のファン、２７０…ファンフィルタユニットシステム上位制御装置、２７１…運転指令用ケーブル、３０１〜３２６…フローチャート、４０１…排気ダクト、４０２…第１の排気ファン、４０３…第２の排気ファン、４０４…熱交換器、４０５…吸気ダクト、４１０…熱交換器筐体、４１２…第１のファン駆動用モータ、４１３…第２のファン駆動用モータ、４２０…熱交換器本体制御装置、４３０…第１のファン逆転駆動時の空気の流れ、４３１…排気ダクト内圧、４３２…熱交換器２次側内圧、４３３…熱交換器１次側内圧。
【図１】
2006149135.tif 000003
【図２】
2006149135.tif 000004
【図３】
2006149135.tif 000005
【図４】
2006149135.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月24日(2005.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006149135.tif 000007
【図２】
2006149135.tif 000008
【図３】
2006149135.tif 000009
【図４】
2006149135.tif 000010