停電：電源が落ちたときにドライブは何をしますか？
公共の電力供給は一般的に信頼できますが、妨害を受けます。 UPSやバックアップ発電機などのバックアップ電源が接続されていない限り、明らかに電源が完全に失われると、すべての電気機器が停止します。電源が戻ると、機器は、起動するように設計された方法でオフ状態から再起動します。ただし、動作がそれほど明白ではない場合、短い中断または電圧低下の形をとる障害のクラスがあります。
短い電圧ディップは珍しいことではありません。これらは、落雷や樹木などの落下物によって引き起こされるライン障害によって引き起こされる可能性があります。公共電力システムで障害が発生するたびに、システム全体の障害点から電圧ディップが伝播します。電力会社の保護装置は、200ミリ秒の範囲のタイムスケールで障害のある回路をトリップします。その後、ほとんどの消費者は、回路ブレーカーの自動再閉路を何度か試みた後、電力が回復します。ただし、この間、電力消費者は、障害からの電気的距離に応じて、さまざまな深さの電圧低下を経験します。重工業では、大型モーターをオンラインで直接始動するときにも電圧低下が発生します。
見落とされがちな問題である、ディップまたは中断中およびディップ後の電気機器が正しく動作することが重要です。短いまたは浅いディップを通過する必要があります。これが不可能な場合、正しい動作はアプリケーションによって異なります。一部のアプリケーションでは、予期しない起動による危険を回避するために手動で、または自動的に複数のモーターの調整制御下で、機器を停止して再起動するのを待つ必要があります。他のアプリケーションでは、制御された方法で、電源が戻ったときに機器を自動的に再起動する必要があります。正しく再起動しないと、製造工場での生産が失われたり、エレベーターに人が立ち往生したり、空調システムが作動したり、あらゆる種類の電子機器をリセットするために高額なサービス訪問が必要になるなどの緊急事態が発生する可能性があります。
ディップと中断
最短のディップと中断は、通常、持続時間で約10ミリ秒、つまりメインの半サイクルです。約10秒を超えるものは、電力損失と見なされます。動作を詳しく調べる必要がある期間の範囲は、主に10ミリ秒から約500ミリ秒です。この範囲では、設計エラーにより、プロセッサがハングしたりクラッシュしたり、データが破損したりするなど、誤った動作が発生する可能性があります。
三相システムでは、雷や落下物が1つの相にしか影響しないことが多いため、障害は1つの相にのみ影響を与えることがよくあります。ただし、障害は3つすべてに広がる可能性があります。高電圧送電システムの単相地絡故障は、デルタスター変圧器の後、低電圧配電システムの線間故障として表示されます。モーター始動からのディップは、3つのフェーズすべてに影響します。
エネルギー貯蔵とライドスルー
一般的な主電源の電子回路では、整流された電圧を平滑化するために内部DC供給ラインにかなり大きなコンデンサが接続されており、通常、回路を約10ミリ秒から20ミリ秒実行し続けるのに十分なエネルギーを蓄えます。より短いディップまたは中断の場合、それは正常に動作し続け、低電圧を検出する電力監視回路が存在する可能性があります。次に、短いルーチンを実行して、いくつかの重要なデータを不揮発性メモリに保存し、システムを既知の状態にします。この状態から、電源装置が戻ったら再起動できます。最大約100ミリ秒のライドスルーが必要な場合は、容量を追加することでこれを実現できます。これを超えると、何らかのバッテリーまたはUPSが必要になります。
一般的な可変速ドライブでは、電力スループットが高いため、コンデンサは10ミリ秒でも定格負荷電力を供給するのに十分なエネルギーを蓄えません。その時点で負荷電力が非常に低い場合を除いて、コンデンサに蓄積されたエネルギーを使用して簡単な方法でディップを乗り切る現実的な可能性はありません。一部の特殊なアプリケーションでは、ライドスルーを確保するために追加の外部コンデンサ、スーパーキャパシタ、またはバッテリがDCバスに接続されていますが、これは通常高すぎます。
一方、モーターの慣性に機械的に蓄えられたいくつかの有用なエネルギーがあるかもしれません。アプリケーションによっては、このエネルギーの一部を使用して、電源が戻ったときにドライブを実行可能な状態に保つことができる場合があります。
ドライブのライドスルー
図1に、ACドライブの主な電源コンポーネントを示します。チョークはオプションであり、ライドスルーにはほとんど影響しません。
図1：ACVSDの主電源コンポーネント
整流器は単方向であり、電力はAC電源からDCバスにのみ通過できます。インバーターとモーターは双方向であるため、モーターを磁化し続けるのに十分なエネルギーがあれば、モーターからドライブDCバスにエネルギーを戻すことができます。
ドライブコントローラはDCバス電圧を測定するため、電圧の低下を検出できます。コンデンサが放電するとDC電圧が低下するため、AC電源を短時間遮断するとディップと同じ効果があります。考えられる状況はいくつかあり、詳細な動作は使用されているモーター制御モードによって異なります。基本的な固定V/f比の単純な開ループ制御を考えてみましょう。
供給損失検出レベルに達する前に電圧が回復した場合は、通常の動作が継続されます。ソフト充電回路の恩恵を受けずにコンデンサが再充電されると、入力電流が短時間サージします。ドライブはこのサージに害を及ぼすことなく耐えるように設計されていますが、特に多数のドライブが同じブレーカーから給電される場合、回路ブレーカーがこの状況で動作することが知られています。
供給損失ルーチン：
アプリケーションのニーズに合わせて選択できる3つのアクションを選択できる、ユーザーが選択可能なモードパラメータがあります。
- アクションなし（供給損失関数が無効）
- ランプを停止する
- ライドスルー
オプション1 モーターは惰性で停止します。電圧が電源損失検出レベルを下回った場合、ドライブはアクションを実行しません。電圧が低電圧検出レベルを下回り続けると、ドライブは無効になり、モーターは惰走停止します。電源が戻った場合、ドライブへの有効化コマンドと実行コマンドがまだ存在していれば、ドライブは自動再起動を実行します。
オプション2 通常、アプリケーションが複数の調整された動きを必要とし、ドライブが独立したアクションを試みないことが重要である場合に選択されます。電圧が電源損失検出レベルを下回ると、モーターはランプ停止します。ドライブがモーターを減速しているときに電源が戻った場合、ドライブはモーターを停止し続けます。それ以外の場合、ドライブは低電圧状態になり、シャットダウンします。
供給が戻った場合にドライブが停止すると、一部のControlTechniques製品間で詳細な動作に違いがあります。
- Unidrive M700および関連製品の場合：モーターが停止すると、ドライブは無効状態になり、再度実行する前に有効信号を切り替える必要があります。
- Unidrive M100〜M400および関連製品の場合：モーターが停止すると、enableコマンドとrunコマンドが存在する限り、ドライブが再起動し、モーター速度が速度基準に戻ります。
オプション3 通常、アプリケーションがドライブを可能な限り独立した動作で継続する必要がある場合に選択されます。ドライブは、制御された方法でモーター速度設定を下げ、モーターの磁束が維持され、速度が低下すると、モーターと負荷に機械的に蓄積されたエネルギーがドライブに戻されます。エネルギーは、モーターの磁化電流を維持し、ドライブの制御回路に電力を供給するために使用されます。エネルギーがなくなる前に電力が戻った場合、ドライブはモーターを加速して設定速度に戻します。
ライドスルーが成功する可能性は、その時点での機械的負荷と、モーターとその負荷の特定の慣性に明らかに依存します。
電圧ディップが三相電源の1相のみで発生する場合、回収されたエネルギーは、欠落した相の電圧間隔中に整流器の「ギャップを埋める」だけでよく、三相よりもはるかに少ないエネルギーで済みます。ディップし、ライドスルーが成功する可能性が最も高いです。
自動リセットの試行回数に制限
これは、希望の数または無制限に設定できます。
回転モーターの再起動：
これらすべてのオプションで、自動再起動が選択されている場合は、「回転するモーターをキャッチする」ルーチンが必要かどうかを考慮する必要があります。ドライブがモーターの制御を維持している場合、つまりランプまたはライドスルー状態の場合、これは必要ありません。ただし、低電圧トリップが発生すると、モーターは制御されなくなります。慣性および/またはファン内の空気の流れなどの外部要因の結果として、回転し続ける場合があります。その場合、回転モーターアルゴリズムが有効になっていないと、再起動が失敗する可能性があります。
パワーディップ、割り込み、ライドスルーの基準と要件
電力の低下や中断に対する電気製品の耐性については、国際的およびEUで統一された基準があります。 EUでは、これはEMC指令によって法的にカバーされています。その他の地域では、一般的に、EMC法ではなく、製品の品質の問題と見なされています。フェーズあたり16A未満の定格の機器の場合、テスト標準はIEC 61000-4-11（EUではEN 61000-4-11）ですが、この標準は幅広いオプションのテストレベルを提供し、合格/不合格の基準はありません。正確な要件を見つけるには、製品規格を参照する必要があります。一般的な要件は、産業機器の一般的なイミュニティ規格であるIEC61000-6-2から取得できます。
機器は、ディップ中およびその後に指定されたとおりに動作する必要があり、保存されたデータの損失または破損が発生してはなりません。これは、定格出力電力を供給し続けるという意味で、文字通りのライドスルーを必要とせず、意図したとおりに動作するだけであることに注意してください。テストの目的は、ディップ/中断後のハング状態や破損した保存データなどのエラーまたはバグを見つけることです。ドライブを組み込んだマシンにテストを適用する場合は、ディップ中およびディップ後にマシン全体が意図したとおりに動作することを確認するために、ドライブを正しく構成する必要があります。
フェーズあたり16Aを超える定格の機器には、別のテスト規格IEC61000-4-34があります。テスト機器の難しさとコストのため、この規格はほとんど使用されていません。高出力ドライブの動作は、シミュレーションと低出力モデルからのスケーリングによって確実に予測できます。
電力障害のもう1つの基準は、米国の情報技術工業協議会（ITIC）からのものであり、IT機器に指定されることもあります。これは、テスト方法を定義するのではなく、端子電圧の動作のみを定義します。 ITIC曲線（以前のCBEMA曲線）は、最大20ミリ秒の中断に対する継続的な動作を示しています。単相電源にのみ適用され、3相には容易に適応しません。
前の説明から、特に三相電源で負荷を減速することによって十分な蓄積エネルギーを回収できれば、ドライブはライドスルーモードでこれを達成できる可能性があることがわかります。
図2：ITIC（以前のCBEMA）曲線
産業技術