JPH0988871A

JPH0988871A - 回転機械制御装置及びその制御方法

Info

Publication number: JPH0988871A
Application number: JP7238789A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 幸一佐藤; Takayuki Oshiga; 孝幸押賀; Koji Ono; 浩二大野; Hiroshi Fujii; 洋藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】インバータの速度指令入力端子を省略し、複
雑な周辺回路を設けなくても、インバータ自身が負荷状
態に合った最適な運転を行えるようにした回転機械制御
装置を提供すること。【構成】インバータＩＮＶが負荷状態に応じて、どん
な速度で運転するかを、予めコンソールＣＯＮＳから設
定すると、マイクロコンピュータＭＣＵ内のメモリに
は、この設定したデータが格納されると共に、運転プロ
グラムが格納されている。インバータの負荷状態は、電
流検出手段ＣＴ１、ＣＴ２により検出されマイクロコン
ピュータＭＣＵに取り込まれる。また、インバータに
は、運転指令入力端子としてＦＷ、ＣＯＭ端子が設けて
あり、これに信号が入力されることにより、運転が開始
される。【効果】どのようなパターンで運転するかを、負荷状
態に応じてインバータ自身が行うので、起動指令端子Ｆ
Ｗ、ＣＯＭ端子に、外部の運転指令手段を接続するだけ
で、全自動運転ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボ形ポンプ、ター
ボ形送風機などの回転機械を駆動する電動機をインバー
タにより制御するようにした装置及びその制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ターボ形ポンプ、ターボ形送風機などの
回転機械では、その給水量、風量は運転速度に比例し、
給水圧、風圧は運転速度の２乗に比例し、出力は運転速
度の３乗に比例する。このことは、負荷量が低下した
ら、運転速度を低下させても良いことを示しており、こ
れにより省エネルギーを図ることができるなどのメリッ
トがある。そこで、上記回転機械をインバータで駆動し
てやれば、回転速度が制御できるため、給水量、給水
圧、風量、風圧などを、負荷変動に応じて容易に制御で
きることになり、このため、今後、ますますインバータ
による速度制御が増えてくるものと考えられる。

【０００３】そこで、これらのうち、回転機械として給
水装置のポンプを対象とし、これの運転にインバータを
使用した例を、図８〜図１０により説明する。図８は給
水装置全体の構成を示したもので、この給水装置は、吸
込管１、ポンプ３、モータ４、給水管６、圧力タンク
７、仕切弁２−１、２−２、急閉式逆止め弁５、圧力セ
ンサ８、流量センサ１０、それに圧力計９と、更に図示
されてないが、図１０に示す制御装置とで構成されてい
る。

【０００４】図９は、この給水装置の運転特性を、縦軸
に圧力Ｈ、横軸に水量Ｑを取って示したもので、曲線Ａ
はポンプの運転速度がＮ_AのときのＱ−Ｈ特性曲線であ
り、曲線Ｂ、Ｃはそれぞれ運転速度がＮ_B、Ｎ_Cのときの
Ｑ−Ｈ特性曲線である。ここで、Ｈ₀は最大給水流量Ｑ_A
を出した場合に、最高位水栓でも十分に水を使用するこ
とができるようにするのに必要な最低圧力(全揚程)であ
り、従って、ポンプ３としては、吐出圧力Ｈ₀のもと
で、流量Ｑ_Aが可能な容量のポンプが必要である。な
お、実際のポンプの運転速度は無段階であるが、これら
の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは便宜上、段階的な速度での性能を示
したものである。ポンプ３は、図９に於いて、使用水量
がＱ_A→Ｑ_B→Ｏと変化した場合、イ(運転速度Ｎ_A)、ロ
(運転速度Ｎ_B)、ハ(運転速度Ｎ_C)の各点で、一定の吐出
圧力Ｈ₀を保って運転されるようになっている。

【０００５】図１０は、前述した制御装置を示したもの
で、ＰＷは電源、ＥＬＢは漏電しゃ断器、ＩＮＶはイン
バータである。ＣＯＮＳはコンソールで、インバータＩ
ＮＶの制御定数(例えば加減速時間、Ｖ／Ｆ特性など)の
設定部及び表示部である。次に、ＩＭはポンプ駆動用の
電動機で、図８に示されているモータ４に対応する。そ
して、ＳＳは起動用スイッチ、ＳＴＸはリレー、ＣＵは
制御ユニットである。また、制御ユニットＣＵは、マイ
クロプロセッサＣＰＵ、メモリＭ、入出力ポートＰＩＯ
−１、ＰＩＯ−２、ＰＩＯ−３、安定化電源ＡＶＲ、デ
ジタル・アナログ変換器Ｄ／Ａ、アナログ・デジタル変
換器Ａ／Ｄ、それに定数設定部ＳＷを備えている。

【０００６】この図８と図１０の給水装置は、まず、仕
切弁２−２だけを閉じて、漏電しゃ断器ＥＬＢを投入
し、スイッチＳＳを閉じると、インバータＩＮＶの主電
源Ｒ、Ｓ、Ｔ端子に電力が供給され、リレーＳＴＸの接
点が閉じ、同インバータＩＮＶのＦＷ端子とＣＯＭ端子
が短絡され、さらに安定化電源ＡＶＲから制御ユニット
ＣＵへ電源が供給されて運転準備が完了する。

【０００７】次に、この状態から仕切弁２−２が開か
れ、或いは未端需要家側で水が使用されていると、給水
圧力が低下するので、これが圧力センサ８で検出され
る。そして、この圧力センサ８が検出した圧力信号は、
変換器Ａ／Ｄを介して入出力ポートＰＩＯ−２からＣＰ
Ｕのレジスタに読込まれ、メモリＭに格納される。

【０００８】そして、この圧力が、予め定数設定部ＳＷ
により設定されメモリＭに格納してある始動圧力より低
い場合には、ＣＰＵは、例えば図９に示す運転速度Ｎ_C
を表わす信号を入出力ポートＰＩＯ−１より変換器Ｄ／
Ａを介してインバータＩＮＶの速度入力端子Ｏ、Ｌに出
力する。そこで、インバータＩＮＶは、この運転速度Ｎ
_Cの信号に対応した所定の周波数で所定の電圧を有する
３相交流電力をモータＩＭに出力し、ポンプ３を駆動す
る。こうして、ポンプ３は、運転速度Ｎ_Cで運転され
る。

【０００９】この後、使用水量が変動して、給水圧力が
変動すると、前記したように圧力センサ８がこれを検出
し、これと、予め定数設定部ＳＷにより設定し、メモリ
に格納してある吐出し目標圧力Ｈ₀とがＣＰＵで比較さ
れ、両者が等しくなるようＣＰＵはインバータＩＮＶに
加減速指令を行い、これにより給水圧力をＨ₀に一定に
保ってゆくものである。

【００１０】なお、このような装置の従来例には、特公
昭５９−５４７９７号、特公昭５７−１１３９９２号、
特公昭５９−６５５９１号の各公報がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、回転
機械の制御にインバータを使用するのは、圧力、風圧な
どの制御と、省エネルギー化のためであるが、このた
め、インバータは、どのような出力周波数と出力電圧で
運転されなければならないかを、外部からの指令により
決めなければならない。そこで、従来技術では、上記し
たように、制御ユニットＣＵを備えた制御装置を用い、
負荷状態に応じて、インバータＩＮＶを制御するように
なっている。

【００１２】しかして、この結果、従来技術では、マイ
コンを使用した高価な制御装置が必要であり、且つ、イ
ンバータとして速度入力端子Ｏ、Ｌを有するものが必要
になり、構成が複雑化して高価になってしまう。また、
負荷状態を検出する手段として、例えば、上記した給水
装置では、圧力センサや流量センサを用い、それらを配
管に取付けているが、これらは高価であり、それによる
取付作業工数の増加も製品コストを高めている。最近で
は、このような回転機械の小形化、装置全体のコストダ
ウンが強く要求される。

【００１３】本発明の目的は、以下の通りである。

【００１４】１) インバータ速度指令入力端子Ｏ、Ｌを
省略し、複雑な周辺回路を設けなくても、インバータ自
身が負荷状態に合った最適な運転を行えるようにする。

【００１５】２) 周辺の制御回路を不要にし、簡単な回
路構成で、小形軽量、低コスト化を図る。

【００１６】３) インバータの起動指令端子ＦＷ、ＣＯ
Ｍ端子に、外部の運転指令手段を接続するだけで、全自
動運転ができるようにする。

【００１７】４) 負荷状態の検出と、どのようなパタ
ーンで運転するかをインバータ自身で行えるようにす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では、インバータ
を具備し、該インバータにより回転機械駆動用の電動機
を可変速制御する回転機械制御装置において、前記イン
バータの出力電流に対する出力周波数の関係を前記回転
機械の運転特性に合わせて記憶した記憶手段と、前記イ
ンバータの出力電流を検出する電流検出手段とを設け、
該電流検出手段により検出した電流値に対応した周波数
を前記記憶手段から読出して前記インバータの出力周波
数を制御するように構成したものである。

【００１９】従って、本発明は、好ましい実施態様によ
れば、次のようになる。インバータに対する外部からの
速度指令を不要とするため、内部に設けた記憶手段に、
予め速度指令のアルゴリズムを記憶しておき、これに基
いて速度指令を作成する。

【００２０】ここで言う速度指令のアルゴリズムとは、
予め負荷状態(インバータの内部状態量)に対応してイン
バータの速度を決定しておき、この関係に基いて、負荷
状態とインバータ速度を設定するコンソールがあり、こ
の設定したデータを格納する記憶手段があり、インバー
タ内部に負荷状態を検出する手段があって、記憶手段に
格納している負荷状態とインバータ速度との関係が検出
手段が検出した実際の負荷状態と実速度との関係が経時
変化とともに一致することを意味するものである。

【００２１】負荷の運転開始が何を契機としているか
を、給水装置の場合には、圧力や流量の変化とし、これ
を外部からインバータに入力し、インバータは、この信
号の存在により運転を行い、信号がなければ停止するよ
うになっている。

【００２２】回転機械の負荷特性は、負荷の増大に伴っ
て右上りの曲線で表わされ、このことは回転数を変えて
も同じである。そこで、予め、運転負荷パターンとイン
バータ負荷電流変化(インバータ内部電流の変化に対応)
との関係を求めておき、これとインバータの速度(周波
数)とを関係付け、且つ、これに基いてアルゴリズム化
するのである。

【００２３】

【作用】インバータ外部の状態量と速度との関係に代え
て、インバータ内部の状態量と速度との関係を記憶する
記憶手段をインバータの内部に持ち、インバータの出力
電流に基づいてインバータの内部で速度指令が作成され
る。これによりインバータの外部からの速度指令が不要
になる。

【００２４】また好ましい実施態様では、インバータが
負荷状態に応じて、どんな速度で運転するかを、予めコ
ンソールから設定する。インバータ内部の記憶手段に
は、この設定したデータが格納されると共に、運転プロ
グラムが格納されている。インバータの負荷状態は、電
流検出手段により検出される。

【００２５】また、インバータには、運転指令入力端子
としてＦＷ、ＣＯＭ端子が設けてあり、これに信号が入
力されることにより、前述の設定条件に基いて運転が開
始される。回転機械を駆動する際には、前述したＦＷ、
ＣＯＭ入力端子に圧力、流量などのセンサからの信号を
入力する。これにより回転機械の負荷状態と、これによ
って予め決めておいた速度に従った運転が得られる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明について、図示の実施例により
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例で、例えば図
８に示した給水装置のモータ４を駆動するに好適な、イ
ンバータ装置１００を構成したもので、図において、
Ｒ、Ｓ、Ｔは交流電源入力端子で、Ｕ、Ｖ、Ｗは出力端
子であり、この出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには、負荷となるモ
ータ４が接続されるものである。次に、インバータの主
回路は、商用交流電源からの電力を直流に変換するＣＮ
Ｖ(コンバータ回路)と、直流電力を任意の周波数で任意
の電圧の交流電力に変換するＩＮＶ(インバータ回路)と
で構成されている。なお、主回路の直流回路に接続され
ているＳＨは、電流検出用のシャントである。

【００２７】つぎに、ＲＳは電源投入時の突入電流抑制
用の抵抗、ＣＢは平滑用のコンデンサ、ＣＴ１、ＣＴ２
は負荷電流を検出する電流検出手段で、負荷側のＵ及び
Ｖ相の電流を検出し、インバータの出力電流を表わす電
圧信号ＳＶ'を出力する働きをする。なお、ＣＴは、カ
レントトランス(電流変成器)の略称であり、これにより
検出された電流の大きさを表わす電圧信号ＳＶ'は、変
換器Ａ／Ｄによりディジタルデータに変換され、後で述
べるＭＣＵに読込まれる。

【００２８】ＩＮＶはトランジスタモジュールなどで構
成され、後で述べる点弧回路と電流制御回路Ｇからの指
令により変換動作を行い、ＣＮＶからの直流電力を、所
望の周波数で所望の電圧の交流電力に変換し、モータ４
に供給する働きをする。ＭＣＵはインバータ装置を監
視、制御するためのマイクロコンピュータで、例えばワ
ンチップマイコンなどで構成されている。次に、ＡＶＲ
は安定な直流制御電源を供給するための安定化電源、Ｃ
ＯＮＳはコンソール、ＬＣＤは表示回路であり、ここ
で、コンソールＣＯＮＳは、負荷特性を設定したり、イ
ンバータの加減速時間、Ｖ／Ｆ特性(インバータの出力
電圧と周波数の関係比)などを設定するのに使用され、
ＬＣＤは、入力操作の指示や入力すべきデータ、或いは
出力データなどを表示する働きをする。

【００２９】なお、ＦＷ及びＣＯＭは、上記したように
運転指令端子で、これら端子間が短絡されることによ
り、フォトカプラＦＴＣ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ダイオード
Ｄ１、Ｄ２、それにコンデンサＣ１などからなる入力回
路を介してＭＣＵに信号が入力されるようになってい
る。

【００３０】図１から明らかなように、まず、ＭＣＵ
は、Ａ／Ｄを介して、負荷電流検出手段ＣＴ１、ＣＴ２
からのインバータの出力電流を表わす電圧信号データ
を、信号端子ＣＮ₀とＣＮ₁から読込む。一方、ＭＣＵに
対する運転指令信号は、上記したように、端子ＦＷ、Ｃ
ＯＭ間が短絡されたことにより与えられ、これによりフ
ォトカプラＦＴＣがＯＮされると、抵抗Ｒ２の下端の電
位レベルがＨからＬになり、これが信号端子ＰＮ５から
読込まれるようになっている。

【００３１】そして、ＭＣＵは、信号端子ＳＧ１を介し
て点弧回路にインバータ周波数を指令し、さらに、信号
端子ＳＧ２を介して電流制御回路Ｇを駆動し、インバー
タ出力電圧を制御する。

【００３２】この図１の実施例によるインバータ装置１
００を、上記したように、給水装置に適用した場合に
は、図２に示すようになり、運転指令手段として、圧力
検出手段の接点ＰＳと、流量検出手段の接点ＦＳをイン
バータ装置１００のＦＷ端子とＣＯＭ端子の間に接続す
るだけで済み、極めて簡単な回路構成となっている。

【００３３】圧力検出手段は所定の圧力で動作するスイ
ッチでよく、その接点ＰＳはＮＯ接点、つまり常開接点
であり、給水装置の給水圧力が所定値、例えばＨ₀以下
になったときに閉じるものである。次に、流量検出手段
は、所定の流量で動作するスイッチでよく、その接点Ｆ
ＳはＮＣ接点、つまり常閉接点で、ポンプから送り出さ
れる水の流量が所定値以上になったときに開くものであ
る。なお、上記したように、ＥＬＢは漏電しゃ断器で、
このＥＬＢが投入されることにより、給水装置は運転可
能な状態にされる。

【００３４】従って、この実施例では、ＥＬＢが投入さ
れた後、給水圧力Ｈ₀以下になっていれば、ポンプの運
転が開始され、給水圧力Ｈ₀を越えると停止されること
になる。そして、何らかの理由により、給水量が異常に
増加したときには、ポンプの運転は直ちに停止されるよ
うになっている。

【００３５】図３は、本発明の実施例が適用対象とする
ことができるポンプ装置の代表的モデルについての性能
曲線図であるが、これに、インバータの出力電流を表わ
す電圧値ＳＶを縦軸にとり、これをポンプの負荷状態を
示すものとして示したものである。なお、同図に於い
て、図９と同一符号で示すものは同じものであるから説
明を省くことにする。

【００３６】この図３に於いて、Ｑ１は、このポンプに
よる給水系で所望される最大使用水量で、同様にＨＴ
は、この最大使用水量Ｑ１を流すの必要な揚程であり、
図中にイ点で示すように、実揚程Ｈａと所要未端圧力Ｈ
ｐ、それに配管損失Ｈｆを含んでいる。従って、ポンプ
としては、運転速度Ｎ１(通常は最高速度)のもとで、最
大使用水量Ｑ１、全揚程ＨＴを満足するＱ−Ｈ性能曲線
Ａを有するものを選定する必要がある。

【００３７】次に、Ｌ１は、この給水系に水を流した場
合の配管損失曲線(ロード曲線)であり、負荷状態を圧力
Ｈと水量Ｑで示したものである。このロード曲線Ｌ１
は、以下のようにして描ける。まず、使用水量Ｑ３(水
量０)のときは、配管損失Ｈｆは０であるから、座標ハ
が定まり、次に使用水量Ｑ２では、必要な全揚程はＨ１
(配管損失Ｈｆ＝Ｈ１−(Ｈp＋Ｈa))になるので、座標ロ
が定まる。従って、これらの座標ハ、ロ、イを結ぶこと
により、図示のように、ロード曲線Ｌ１が求まるのであ
る。

【００３８】そして、ポンプは、使用水量(負荷)がＱ１
→Ｑ２→Ｑ３と変化した場合、その運転状態は、ロード
曲線Ｌ１上をイ(Ｑ１、Ｈ０)点→ロ(Ｑ２、Ｈ１)点→ハ
(Ｑ３、Ｈ２)点と移動する。

【００３９】ところで、このようなポンプの負荷状態の
変化に伴い、当然、インバータの負荷状態も変化し、出
力電流が変化するので、電流検出手段ＣＴ１、ＣＴ２か
ら検出されてくる実電流検出電圧ＳＶ'も変化する。そ
こで、この電圧ＳＶの変化を、ロード曲線Ｌ１と関連付
けて示したのが図３のロード曲線Ｌ２である。

【００４０】このロード曲線Ｌ２は、上記したように、
インバータの出力電流を表わす電圧ＳＶを縦軸に取って
示したもので、曲線Ｄはポンプの運転速度をＮ１に固定
した状態で使用水量をＱ１→Ｑ２→Ｑ３と変化させた場
合のＱ−ＳＶ曲線を示し、同様に、曲線Ｅ、Ｆは、それ
ぞれポンプの運転速度をＮ２、Ｎ３に固定した状態で、
使用水量を同様に変化させた場合のＱ−ＳＶ曲線であ
る。

【００４１】従って、このロード曲線Ｌ２は、座標ニ、
ホ、ヘを結ぶことにより求まるが、このとき、ロード曲
線Ｌ１上の座標イに対して、ロード曲線Ｌ２上の座標ニ
が対応しており、同様に座標ロに対しては座標ホが、そ
して座標ハに対しては座標ヘがそれぞれ対応している。

【００４２】換言すると、使用水量Ｑ１のとき、インバ
ータの出力周波数が運転速度Ｎ１に対応した値で、イン
バータの電流検出電圧ＳＶ'が目標値ＳＶ１になってい
れば、給水系が要求している所望の圧力ＨＴが満足され
ていることを意味している。

【００４３】同様に、使用水量がＱ２のときは、インバ
ータによるポンプの運転速度がＮ２で、電流検出手段の
電流検出電圧ＳＶ'が目標値ＳＶ２になるように運転す
れば、給水系が要求している所望の圧力Ｈ１が満足され
ており、さらに使用水量Ｑ３、運転速度Ｎ３、電流検出
手段の電圧ＳＶ'が目標値ＳＶ３であれば、給水圧力Ｈ
２が満足されていることになる。

【００４４】そこで、電圧ＳＶと運転速度Ｎとの関係
が、このロード曲線Ｌ２に一致するように、電流検出手
段で検出した実電流検出電圧ＳＶ'に対応してインバー
タの運転速度Ｎ、つまり出力周波数を制御してやれば、
インバータ装置１００の外部から、給水圧力Ｈや、給水
量Ｑを入力することなく、ポンプの運転状態をロード曲
線Ｌ１に沿って制御することができることになる。

【００４５】そこで、この実施例では、コンソールＣＯ
ＮＳを用い、このロード曲線Ｌ２に合わせて、電流目標
値ＳＶと運転速度Ｎとの関係を関数として、或いはテー
ブルとして、予めインバータ装置１００のＭＣＵ内のメ
モリに設定記憶しておき、電流検出手段で検出した実電
流検出電圧ＳＶ'が、記憶してある電流目標値ＳＶに一
致するように、インバータの運転速度Ｎ、すなわち出力
周波数を制御するようになっており、この結果、インバ
ータ装置１００の外部から、給水圧力Ｈや、給水量Ｑを
入力することなく、ポンプの運転状態がロード曲線Ｌ１
に沿って制御されるようにしてある。

【００４６】例えば、図３において、いま、実電流検出
電圧ＳＶ'＝目標値ＳＶ３であったら、このときは、ポ
ンプの運転速度Ｎ＝Ｎ３になるように、インバータの出
力周波数を制御し、以下、同様に、電圧ＳＶ'＝目標値
ＳＶ２のときは運転速度Ｎ＝Ｎ２になるように、そして
電圧ＳＶ'＝目標値ＳＶ３なら運転速度Ｎ＝Ｎ２になる
ように、それぞれインバータの出力周波数を制御してや
るのである。

【００４７】ところで、これらの特性は、ポンプ特有の
性能であり、個々のポンプにより異なる。そこで、この
実施例では、予めそれぞれのポンプについて、使用水量
に応じた所望圧力との関係(配管抵抗曲線Ｌ１)に対応し
て、運転速度Ｎとインバータの負荷電流の検出電圧ＳＶ
との関係(ロード曲線Ｌ２)を求めておき、このロード曲
線Ｌ２に基いて、ポンプをどのように運転させるかを、
コンソールＣＯＮＳを用いて決定しておき、インバータ
装置１００のＭＣＵ内のメモリに設定記憶しておくので
ある。

【００４８】このときの設定結果の例を表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】この表１は、予めモデルＡ、Ｂ、Ｃ…の各
ポンプについて、前述のように、図１に示すコンソール
ＣＯＮＳにより設定したデータの例を示したものであ
る。なお、この例では、給水量を３点で捉えたデータと
なっているが、更に多くデータ数を任意に選んで記憶す
れば、より細かな制御が得られるので、実際には、もっ
と多くの点でデータを用意しておく方が望ましく、従っ
て、３点に限定されるものではない。

【００５１】ここで、モデルＡを例にとって説明する
と、流量Ｑ１、圧力Ｈ０のとき、速度Ｎ１に対しては速
度ＮＡ１が、そして電圧ＳＶ１に対しては電圧ＳＶＡ１
が、それぞれ記憶される。以下、同様に、流量Ｑ２、圧
力Ｈ２のとき、速度Ｎ２にはＮＡ２、電圧ＳＶ２にはＳ
ＶＡ２が記憶され、流量Ｑ３、圧力Ｈ３のとき、速度Ｎ
３にはＮＡ３、電圧ＳＶ２にはＳＶ３が記憶されるので
ある。

【００５２】次に、図４は、本発明の実施例における制
御のアルゴリズムを説明するため、代表的モデルについ
て、図３に示した特性図を拡大して示したもので、い
ま、便宜上、ポンプの運転状態が、使用水量Ｑ１、所要
圧力Ｈ０１、運転速度Ｎ１で、ロード曲線Ｌ１上の座標
１(Ｑ１、Ｈ０１)にあるものとする。このとき、ロード
曲線Ｌ２上では、当然、インバータの運転速度Ｎ１、負
荷電流値電圧ＳＶ１で座標６(Ｎ１、ＳＶ１)で運転され
ていることになる。

【００５３】次に、この状態で、使用水量がＱ１からＱ
５に減少した場合のアルゴリズムを考えてみる。初期値図４から、運転速度Ｎ１のときの負荷電流目標値はＳＶ
１、運転速度Ｎ２のときの負荷電流目標値はＳＶ２、運
転速度Ｎ３のときの負荷電流目標値はＳＶ３となるよう
に、それぞれＮ１とＳＶ１、Ｎ２とＳＶ２、Ｎ３とＳＶ
３を対応させて記憶する(表１に相当するテーブルを記
憶する)。或いは、ロード曲線Ｌ２の関数として、ＳＶ＝ｆ(Ｎ)…………(1) を前述したＭＣＵのメモリに格納しておく。

【００５４】使用水量Ｑ１→Ｑ５に変化運転速度がＮ１であるから、図４のポンプ特性曲線Ａ上
の座標１は座標２に移動し、これに伴い、インバータ負
荷実電流が曲線Ｄ上の座標６(Ｎ１、ＳＶ１)から座標７
(Ｎ１、ＳＶ１')に移動する。そこで、インバータ負荷
実電流検出電圧ＳＶ１'を検出する。目標値であるＳＶ１と、検出したＳＶ１'とを比較この結果は、ＳＶ１＞ＳＶ１'であるから、現在の速度
ＮからΔＮ(速度制御の最小分解能、例えば１bit)だけ
減速する。しかして、ＳＶ１＝ＳＶ１'であれば現在の
速度Ｎをそのまま維持し、他方、ＳＶ１＞ＳＶ１'であ
れば、現在の速度ＮからΔＮだけ増速するのである。

【００５５】この状態では、運転速度はＮ４(Ｎ１−Δ
Ｎ→Ｎ４)となるので、ポンプの性能曲線はＡ'に移り、
座標は２から３に移動する。また、運転速度Ｎと負荷電
流電圧ＳＶの特性曲線はＤからＤ'に移り、座標は７(Ｎ
１、ＳＶ１')から８(Ｎ４、ＳＶ４')に移動する。

【００５６】この運転速度Ｎ４に於ける負荷電流目標値
は、前述の(1)式から、ＳＶ＝ｆ(Ｎ４)≡ＳＶ４が得られる。ここで、併せて実負荷実電流検出電圧ＳＶ
４'を検出する。

【００５７】目標値である電圧ＳＶ４と、検出した
電圧ＳＶ４'と比較この結果は、ＳＶ４＞ＳＶ４'であるから、さらに現在
の速度からΔＮだけ減じる。これにより、運転速度はＮ
５(Ｎ４−ΔＮ→Ｎ５)となるので、ポンプ性能曲線は
Ａ”となり、座標は曲線Ａ”上の４へ移動し、Ｎ−ＳＶ
曲線はＤ”となり、座標８(Ｎ４、ＳＶ４')から座標９
(Ｎ５、ＳＶ５')に移動する。

【００５８】そして、この運転速度Ｎ４に於ける目標負
荷電流は、(1)式から、ＳＶ＝ｆ(Ｎ５)≡ＳＶ５として得られる。ここでも、併せて負荷実電流電圧ＳＶ
５'を検出する。

【００５９】再び目標値であるＳＶ５と、検出した
ＳＶ５'と比較この結果はＳＶ５＞ＳＶ５'であり、詳細な説明は省く
が、前述の要領により、ΔＮだけ減速し、配管抵抗曲線
Ｌ１上では座標５に、負荷ロード曲線Ｌ２上では座標１
０に収束する。

【００６０】この結果、運転速度はＮ６となり、目標電
圧はＳＶ６(ｆ＝(Ｎ６))となって、検出した負荷実電流
電圧ＳＶ６'と一致する。よって、ＳＶ６'＝ＳＶ６とな
り、この使用量Ｑ５の状態では、運転速度Ｎ６で安定す
る。

【００６１】図５、図６、それに図７は、前述のアルゴ
リズムを具現化するためのフローチャートで、上記実施
例では、これに基づいたプログラムが、予め制御装置１
００のＭＣＵ内のメモリに記憶してある。まず、図５に
於いて、ステップ１００で前述したアルゴリズムの初期
設定を実行する。この後、ステップ１０１で割込み待処
理を実行する。

【００６２】割込みが掛ると、図６に示す処理を実行す
る。この割込み処理は、制御装置１００内の表示回路Ｌ
ＣＤに対する表示処理で、例えばタイマ割込み等で実施
されるもので、まず、ステップ２０１で、コンソールＣ
ＯＮＳのモード確認を行い、ステップ２０２〜２０４で
は、何れの表示モードにされているか判定し、この判定
結果に基いて、例えばステップ２０５では、負荷実電流
表示、ステップ２０６で出力電圧表示、ステップ２０７
では周波数表示を行う。

【００６３】ステップ２０２で判定した結果、表示モー
ドでなかったときはステップ２０８へ進み、ここで、定
数設定モードか否か判定し、定数設定モードであればス
テップ２０９へ進み、表１に基いて、運転速度と負荷電
流との関係を、例えばＮ１＝ＳＶ１、Ｎ３＝ＳＶ３など
の各種データとして設定し、関数ＳＶ＝ｆ(Ｎ)((１)式)
を求めてメモリに記憶しておく。また、このとき、他の
定数として、インバータの運転上必要なデータ、すなわ
ち、最低速度(最低周波数)、最高速度(最高周波数)、Ｖ
／Ｆ特性、インバータ加速時間(周波数増加速度)、減速
時間(周波数低下速度)等を設定する。そして、設定が終
了したら、フラグＳＥＴ＝ＯＦＦＨと設定する。これが
終了したらステップ２１０で、割込みから復帰され、図
５のステップ１０１へ戻る。

【００６４】次に、ステップ１０１からステップ１０２
へ進み、ここでフラグＳＥＴ＝ＯＦＦＨであるか判定
し、ＯＦＦＨでなければ、定数設定が終了するまで、ス
テップ１０１をループする。そして、このループの実行
中に、図７に示すＩＮＴ１の割込み処理を実行する。

【００６５】いま、例えば図２のＥＬＢが投入されるな
どの操作により、外部から運転指令がなされた後、図２
に示す圧力検出手段の接点ＰＳと、流量検出手段の接点
ＦＳが閉路されたとするとすると、始動条件が確立し、
インバータ装置１００の端子ＦＷとＣＯＭが短絡され、
図１に示すフォトカプラＦＴＣがＯＮして、ＭＣＵの端
子ＰＮ５が“Ｌ”となる。

【００６６】そこで、図７の処理において、ステップ２
１３でのＰＮ５のビットチェック実行結果、２１５ステ
ップへ進み、ここで運転可能状態を示すＳＴＡＲＴ＝Ｏ
ＦＦＨを実行する。そうでなければステップ２１４でＳ
ＴＡＲＴ＝００Ｈを実行し、ステップ２１６でこのルー
プを抜け、図５のステップ１０２に戻る。

【００６７】図５に戻ったら、次に、ステップ１０３で
ＳＴＡＲＴ＝ＯＦＦＨを判定し、００Ｈであれば、判定
結果がＯＦＦＨとなるまでステップ１０３→ステップ１
０１→ステップ１０２→ステップ１０３を実行する。そ
して、ステップ１０３でＯＦＦＨとなったら、ここで始
動条件が確立したものと見做し、ステップ１０４に進
み、ここで初期速度、例えばＮ＝Ｎ５で運転を始め、こ
のときの負荷電流目標値ＳＶ＝ＳＶ１と設定し、メモリ
に格納する。

【００６８】次にステップ１０５で、電流検出手段ＣＴ
１、ＣＴ２から負荷電流の取り込みを行い、ＣＴ１、Ｃ
Ｔ２の平均した検出結果を実電流電圧ＳＶ'とする。続
いて、次の１０６ステップで、目標値であるＳＶと、い
ま検出した値ＳＶ'とを比較し、比較した結果、次の条
件ジャンプを実行する。

【００６９】ＳＶ＞ＳＶ’→ステップ１０７にジャンプＳＶ＝ＳＶ’→ステップ１１１にジャンプＳＶ＜ＳＶ’→ステップ１０９にジャンプまず、ステップ１０７では、前述したアルゴリズムの通
り、現在の運転速度よりΔＮ(最小分解能)だけ減じて
(Ｎ−ΔＮ→Ｎ)にする減速処理を実行する。他方、ステ
ップ１０８では、変速後の運転速度に基いて、次の目標
値となる負荷電流を、(1)式により求め、新しい値に更
新する処理、すなわち、ＳＶ＝ｆ(Ｎ−ΔＮ)→新しい負荷電流目標値ＳＶにする処理を実行し、次のステップ１１１へ進む。ま
た、ステップ１０９では、ステップ１０７での処理とは
反対に、ΔＮによる増速処理(Ｎ＋ΔＮ→Ｎ)を実行し、
続くステップ１１０で、この増速処理後の運転速度から
ＳＶ＝ｆ(Ｎ＋ΔＮ)による目標値の更新、すなわち、ＳＶ＝ｆ(Ｎ＋ΔＮ)→新しい負荷電流目標値ＳＶにする処理を実行する。

【００７０】ステップ１１１では、制御系の安定に必要
な所定時間Δｔの待ち時間処理を実行後、ステップ１１
２でＳＴＡＲＴ＝００Ｈか否か判定し、００Ｈならばス
テップ１１３で停止処理を実行してからステップ１０２
へ進み、００Ｈでなければステップ１０５に戻り、これ
以降の処理を実行するのである。以上により、アルゴリ
ズムで説明したように、所定値に収束する動作が得られ
る。

【００７１】従って、以上に説明した実施例によれば、
以下に列挙する効果が得られる。インバータの外部から
の速度指令入力端子及び、速度指令に必要な回路が省略
できるので、周辺の複雑な制御回路が不要となり、低コ
スト化、小形軽量化が実現でき、回路簡略化による大き
な信頼性の向上が得られる。

【００７２】予めポンプとインバータ特性の関係に基い
て、運転負荷状態に対応したロード曲線を決定してお
き、コンソールにより、インバータに直接設定して記憶
し、実際の負荷状態はインバータの負荷電流検出手段に
より検出し、この検出した負荷実電流と前記した設定し
た負荷状態(ロード曲線)とが一致するように制御するの
で、回転機械に最適な運転が可能となる。そして、これ
らの結果、簡単な運転指令手段で全自動運転が可能にな
る。

【００７３】また、この回転機械を冷却水用等の補機と
して使用した場合には、主機との連動運転となるので、
主機から運転指令信号を貰うようにでき、センサレスの
極めて簡単な装置にすることができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ外部の状態
量と速度との関係に代えて、インバータ内部の状態量と
速度との関係を記憶する記憶手段をインバータの内部に
持ち、インバータ内部の状態量に基づいてインバータの
内部で速度指令が作成されるので、これによりインバー
タの外部からの速度指令が不要になる。

【００７５】従って、次のような効果がある。 (1) インバータの速度指令入力端子を省略し、複雑な周
辺回路を除いても、インバータ自身が負荷状態に合った
最適な運転を行えるようにすることができる。

【００７６】(2) 周辺制御回路をなくし、簡単な回路構
成で、小形軽量、低コスト化を図ることができる。

【００７７】(3) インバータの起動指令端子端子に、外
部の運転指令手段を接続するだけで全自動運転を行うこ
とができる。

【００７８】(4) 負荷状態の検出と、どのようなパター
ンで運転するかをインバータ自身で行えるようにするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の一実施例を給水装置に適用した場合の
構成図である。

【図３】本発明をポンプの駆動に適用した場合の特性曲
線図である。

【図４】本発明の一実施例によるアルゴリズムに従って
ポンプを運転した際のロード曲線を示した特性図であ
る。

【図５】本発明の一実施例によるアルゴリズム及び運転
のプログラムを示すフローチャートである。

【図６】本発明の一実施例によるアルゴリズム及び運転
のプログラムを示すフローチャートである。

【図７】本発明の一実施例によるアルゴリズム及び運転
のプログラムを示すフローチャートである。

【図８】ポンプを用いた給水装置の一例を示す構成図で
ある。

【図９】ポンプの運転特性の一例を示す特性図である。

【図１０】回転機械制御装置の従来例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１吸込管２−１仕切弁２−２仕切弁３ポンプ４モータ５急閉式逆止め弁６給水管７圧力タンク８圧力センサ９圧力計ＥＬＢ漏電しゃ断器ＩＮＶインバータＡＶＲ安定化電源ユニットＣＮＶコンバータＣＴ１、ＣＴ２電流検出手段ＣＰＵマイクロプロセッサＭＣＵマイクロコンピュータＣＯＮＳコンソールＬＣＤ表示回路ＦＴＣフォトカプラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井洋千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータを具備し、該インバータによ
り回転機械駆動用の電動機を可変速制御する回転機械制
御装置において、前記インバータの出力電流に対する出力周波数の関係を
前記回転機械の運転特性に合わせて記憶した記憶手段
と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段とを
設け、該電流検出手段により検出した電流値に対応した周波数
を前記記憶手段から読出して前記インバータの出力周波
数を制御するように構成したことを特徴とする回転機械
制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、前記回転機械が給水装置のポンプであり、前記回転機械の運転特性が、該ポンプの流量に対する吐
出圧力特性であることを特徴とする回転機械制御装置。
【請求項３】インバータを具備し、該インバータによ
り回転機械駆動用の電動機を可変速制御する回転機械に
おいて、前記回転機械の運転速度Ｎと、電流検出手段により検出
した前記インバータの出力電流を表わす電圧ＳＶとの関
係から求めた負荷ロード曲線を記憶するステップと、前記回転機械がある任意の状態で運転しているときの運
転速度Ｎと、前記負荷ロード曲線に基づいて次に目標値
となる前記インバータの出力電流を表わす電圧ＳＶを求
めるステップと、該目標値となる前記インバータの出力電流を表わす電圧
ＳＶと、前記電流検出手段により求めた実電流を表わす
電圧ＳＶ’とを比較し、運転速度の最小分解能をΔＮと
して、ＳＶ＞ＳＶ’なら、Ｎの値をＮ−ΔＮ、ＳＶ＝ＳＶ’なら、Ｎの値をそのまま保持、ＳＶ＜ＳＶ’なら、Ｎの値をＮ＋ΔＮ、とするステップと、以後、この運転速度Ｎと前記負荷ロード曲線に基づい
て、次に目標値となる前記インバータの内部電流を表わ
す電圧ＳＶを更新するステップと、を備えたことを特徴
とする回転機械制御装置の制御方法。