JPH033689A - 直流電動機の速度制御装置 - Google Patents

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】 【産業上の利用分野】

本発明は、広範囲、高精度且つ高応答な速度制御を必要
とする直流電動機に用いるのに好適な、直流電動機の速
度制御装置に関する。

【従来の技術】

電動機には、直流電動機や交流電動様等の各種のものが
あり、その出力や特性に応じて、種々の機械設備の駆動
装置に用いられる。直流電動機は、一般に、速度トルク
の制御性の良さを特徴としている。このため、鉄鋼冷間
タンデム圧延機のような、大容量でトルク（電流）が急
変し、広範囲な速度制御範囲で各スタンドを揃速させて
駆動する必要のあるものにおいては、従来より、直流電
動機が用いられている。 近年、圧延製品の多様化とその品質の向上等の点から、
これら直流電動機には、速度制御の応答性の向上が要求
されている。又、品目によっては、長時間に亘り低速運
転で圧延を行う必要があるものがある。 速度の応答性の向上を図ることは、出側モニタ自動板厚
制御（ＡＧＣ）のアクチュエータとしての応答精度を向
上させることになる。又、加減速時のゲージ変動の抑制
のためにも、各スタンドで速度応答性を向上させて揃速
性を高める必要がある。速度応答性を高くするには、自
動Ｌ７Ｌ！１Ｉ１１１（ＡＳＲ）系の応答周波数ωＣを
高くすればよい。 近年は、交流電動機の大容量可変速制御が可能となって
いる。しかしながら、既存の設備について、制御系のみ
を更新する場合には、制御対象は直流電動機となる。し
かるに、直流電動機の場合、ＡＳＲ系の応答周波数ωＣ
を１５ｒａｄ／ｓ以上にしようとすると、整流火花の発
生という問題が生じるため、速度応答性の向上を図ろう
としても制約を受ける。 即ち、直流電動機においては、トルクを同一方向に維持
するため、電機子電流を周期的に方向の変わる長方形波
交流にする必要があることから、電流方向の切換作業と
して整流子及びブラシで前記整流が行われる。従って、
その構造上、本質的にブラシを用いて整流を行う必要が
あるものであるが、この整流によって速度応答性は制約
を受ける。一般に、高速、大電流で速度制御範囲が広範
囲な直流機となる程、整流は困難となる。現状では、電
力（ｋｗ）　ｘ　（高速時の速度（ｒｏｍ））２／（低
速時の速度ｒｐｍ　）で求められる値が、３〜５Ｘ１０
６程度となる直流電動機が製作範囲と言われている。 又、直流電動機のギャップの磁束密度分布は、無負荷時
（主極磁束のみが存在している時）では対称形であるが
、電機子巻線に負荷電流が流れると、その起磁力の影響
で磁束密度分布に歪みが生じ偏磁する。このような磁束
密度分布を歪ませる作用を電機子反作用といい、電機子
反作用は重負。 荷である程、又、界磁が弱い程著しい。特に、高速度で
重負荷、又は負荷電流の急変する用途の直流電動機にお
いては、主極下面に補償巻線を設け、これを負荷電流で
励磁することで電機子反作用を防止することが行われて
いる。 又、中性軸に補極を設け、この補極で負荷電流で励磁し
て中性軸付近の磁界を整流上都合のよい状態とすること
も行われている。即ち、直流電動機のブラシに火花を発
生させる原因の１つには、電流方向切換による、電流変
化率（高速時）や負荷電流の急激な変化に起因して電機
子巻線中に生じる自己誘導起電力（リアクタンス電圧Ｌ
−ｄｉ／ｄｔ）高応答時）がある。これに対し、前記補
極は、中性軸付近の偏磁作用を是正するだけではなく、
当該リアクタンス電圧を打ち消すような電圧を整流中に
誘起させ整流を改善させる。 又、ミルモータのように広範囲な速度制御を必要とする
場合には、電機子電圧制御の他に界磁弱め制御が行われ
る。界磁弱め制御を行うと、高速時に主極の磁束が弱ま
るため、電機子反作用の影響が一層強くなる。又、速度
応答性の向上は電流変化率ｄｉ／ｄｔを上昇させ、この
ため整流時の火花を増加させる。

【発明が達成しようとする課題】

しかしながら前記のように、補極等を用いて電機子反作
用を改善する従来の技術では、直流電動機の速度応答性
を現状に維持できるのみであり、速度応答性を整流火花
に制約されずに向上させることは困難であるという問題
点があった。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、直流電動機の速度応答性能を、整流火花によって
制約されることなく向上させ得る直流電動機の速度制御
装置を提供することを課題とする。

【課題を達成するための手段１ 本発明は、直流電動機の速度制御装置において、前記速
度制御系の応答周波数を高速時には低く、低速時には高
く設定するための手段を備えたことにより、前記課題を
達成したものである。 〔作用］ 直流電動機においては、整流限界は電流変化率ｄｉ／ｄ
ｔによって決まるため、高速、大電流になるほど整流が
困難となるが、低速時の限界は高いと考えられる。そこ
で、本発明では、直流電動機の速度制御系の応答周波数
を、低速時には高く、高速時には低くなるように設定し
て、低速時の速度応答性を高くしている。 従って、直流７４ａＮの低速域での速度応答性能を整流
火花によって制約されることな”く、向上させることが
できる。 【実施例】 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 この実施例は、鉄鋼冷間圧延工程のタンデム圧延１１（
５スタンド）の駆動を制御するための、第１図に示すよ
うな、直流電動様１０の速度制御装置において、その応
答周波数ωＣを低速時と高速時とで変えて、低速域では
整流が問題とならない程度まで後記速度制御（ＡＳＲ）
回路２４のゲインを高めて低速時の応答周波数を向上さ
せるようにしたものである。 この速度制御装置には、第１図に示すように、オペレー
タがライン速度（主幹速度）を、ＣＲＴ１２に表示され
る加工状況を確認しつつプルビット操作卓上で設定する
ための速度設定器１４と、設定されたライン速度ＭＲＨ
から、各スタンド毎のスケジュールに応じた直流電動灘
１０の速度指令、及び応答周波数ωＣを求めるための速
度指令部１６と、求められた速度指令により各スタンド
の速度、即ち直流電動機１０の速度制御を行う速度制御
部１８とを主に備える。 前記速度指令部１６には、設定されたライン速度ＭＲＨ
から応答周波数ωＣを算出するための応答周波数設定器
２０と、前記ライン速度ＭＲＨから、スケジュール従っ
て各スタンドの速度指令５ＳＲＨＩ〜５ＳＲＨ５を算出
するためのスタンド速度指令器２２Ａ〜２２Ｅとが備え
られる。 前記速度制御部１８には、設定されたスタンド速度５Ｓ
ＲＨＩ〜５ＳＲＨ５に応じて、当該スタンドの直流電動
機１０の速度を制御するための速度制御０（ＡＳＲ）回
路２４と、設定された応答周波数ωＣから前記速度制御
回路２４の応答周波数を変更するための応答周波数変更
器２６と、設定された速度制御指令５ＳＲＨ１〜５ＳＲ
Ｈ５に応じて、前記直流電動１１０の界磁電流を制御す
るための界磁制御回路２８とが備えられる。なお、この
速度制御部１８は、各スタンド（Ｎｏ、１〜Ｎ０．５）
毎に設けられている。 前記直流電動機１０には、その電源部にサイリスタ変換
装置３０が設けられており、前記速度制御回路２４によ
り入力電力、周波数等が制御される。当該直流電動機１
０には、その回転速度を検出して前記速度制御回路２４
に入力するためのパルスジェネレータ（ＰＬＧ）３２、
界磁磁束を発生する界磁巻線３３が設けられている。 なお、前記直流電動１１０には、例えば容伍５０００（
ｋＷ）のものを用いることができる。 前記速度指令部１６と速度制御部１８との間には、応答
波数、速度指令の信号を伝達するデータ伝送器３４、デ
ータ伝送路３６が設けられている。 この伝送路３６には、例えば、光ファイバからなる光リ
ンク伝送路を用いることができる。 前記速度指令部１６には、例えば演算周期２０ｍ５の制
御用計算様（ダイレクトデジタルコントローラ：ＤＤＣ
）を用いることができる。又、前記速度制御回路２４に
は、例えば演算周期が４ｍｓのものを用いることができ
る。 以下、実施例の作用を説明する。 この実施例においては、各スタンドの速度を制ｍ＋する
べく、まず速度設定器１４でライン速度ＭＲＨを設定す
る。速度指令部１６においては、設定されたライン速度
ＭＲＨに応じて、応答周波数設定器２０で指令すべき応
答周波数ωＣを算出すると共に、各スタンド速度指令器
２２Ａ〜２２Ｅで各スタンド毎に、そのスケジュールに
応じた速度指令１ｉ１ＳＳＲＨ１〜５ＳＲＨ５を算出し
、設定する。この際、算出する応答周波数ωＣは、ライ
ン速度に応じて可変とする。例えば、第２図に示すよう
に、応答周波数ωＣを、ライン速度が基本（ｂａｓｅ）
速度１９７（ｒｐｆｉｔ）に達するまでは２５ｒａｄ／
ｓとして変化させず、当該１９７　ｒｏｍを超えて最高
（ｔｏｐ）速度５９１　ｒｐｍに至るまで１５ｒａｄ／
Ｓを目標として漸次減少させることができる。 それら設定された応答周波数ωＣとスタンド速度指令値
５ＳＲＨＩ〜５ＳＲＨ５は、データ伝送路３４を介して
速度制御部１８に入力される。 当該速度制御部１８においては、伝送された応答周波数
ωＣのデータを元にして、応答周波数変更器２６で速度
制御回路２４のゲインを変える。 又、入力された速度指令５ＳＲＨＩ〜５ＳＲＨ５は、該
速度制御回路２４及び界磁制御回路２８に伝達される。 該速度制御回路２４は、この速度指令５ＳＲＨＩ〜５Ｓ
ＲＨ５とＰＬＧ３２で検出した実速度とを比較して、直
流電動Ｒ１０が速度指令５ＳＲＨ１〜５ＳＲＨ５に応じ
た速度になるように、サイリスタ変換部３０に電流指令
を出力する。該サイリスタ変換部３０は、この電流指令
により供給電流を制御すると共に、界磁制御回路２８で
は、前記指令５ＳＲＨＩ〜５ＳＲＨ５に応じて界磁電流
を制御する〈例えば弱める）。このようにして各スタン
ドの直流電動Ｒ１０の速度を制御する（速める）。 ところで、直流電動機１０の整流限界は電流変化率ｄｉ
／ｄｔによって決まるため、高速、大電流時に限界が生
じるが、低速時の限界は高いと考えられる。 そこで、この実施例では、速度制御回路２４のゲインを
低速（例えばベース速度時）時と高速（例えばトップ速
度）時とで切換えるようにし、低速時では整流が問題に
ならない程度まで速度制御ゲインを高めるため、第２図
に示すように応答周波数ωＣを低速時には高くし、高速
時には低くしている。 又、応答周波数ωＣの可変制御において考慮すべき問題
は、モータ速度と速度制御回路２４のゲインとをどう対
応づけるかである。各スタンド毎の速度制御回路２４内
で速度に一々ゲインを対応づけると、速度指令５ＳＲＨ
Ｉ〜５ＳＲＨ５の違いによって、各スタンド毎に応答が
ばらつく不具合が生じる。 そこで、速度制御回路１８へは、速度指令部１６より応
答周波数ωＣに応じたゲインを設定し、速度制御演算に
用いるゲインを変更する。速度指令部１６の演算周期は
２０ＩｌｌＳであり、加減速時間は０−ＴＯＰ速度（最
高速度）で１５秒である。 又、ゲインの変更範囲は低速時に速度２５　ｒａｄ　／
Ｓ１高速時に１５ｒａｄ／ｓであるため、ゲインの変更
を十分円滑に行える。 この結果、全速度領域において直流電動機のブラシに火
花の発生はなく、且つ、低速時の応答周波数を高めるこ
とにより低速時の速度応答性が向上した。 又、本発明を実施した速度制御装置でタンデム圧延機を
制御し高速で圧延した。この際、比較のため、従来速度
制御装置（速度応答周波数は全速度領域一定で１５ｒａ
ｄ　／ｓ　）でタンデム圧延機を制御して圧延したとこ
ろ、板厚変動が目標板厚に対して平均１．０％であった
。これに対して、本発明制御装置（低速時２５ｒａｄ／
ｓ）で制御されたタンデム圧延機では、板厚変動は０．
９５％に改善された。又、その際には、速度応答性の向
上により火花の発生や電流性能の悪化の場合影響が生じ
なかった。 なお、前記実施例においては、鉄鋼の冷間タンデム圧延
機に本発明を実施した例を説明していたが、本発明が実
施される直流電動機の速度制御装置はこのような構成に
限定されず、他の、揃速性を要求される大容山直流電動
機の制御にも適用することができる。

【効果】

以上説明した通り、本発明によれば、直流電動機の速度
応答性が整流火花によって制約されることなく、速度制
御ができ、且つ、低速時の速度応答性を高くすることが
できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る速度制御装置の全体構
成を示すブロック図、 第２図は、前記実施例の作用を説明するための、ライン
速度に対する応答周波数特性の例を示す線図である。 １０・・・直流電動機、　　１４・・・速度設定器、１
６・・・速度指令部、　　１８・・・速度制御部、２０
・・・応答周波数指令器、 ωＣ・・・応答周波数、 ２２Ａ〜２２Ｅ・・・スタンド速度指令器、２４・！Ｉ
ｆ制御Ｍ！（ＡＳＲ＞１！、２６・・・応答周波数変更
器、 ２８・・・界磁制御回路、　３０・・・サイリスタ変換
器、３２・−Ｐ　Ｌ　Ｇ　、　　　　　３４・・・デー
タ伝送路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電動機の速度制御系の応答周波数を、高速時
   には低く、低速時には高く設定するための手段を備えた
   ことを特徴とする直流電動機の速度制御装置。