JPH0691757B2 - クレ−ン等産業機械の速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種天井クレーンの巻上下、走行、横行そ
の他誘導電動機を駆動源とする各種産業機械の速度制御
装置に関し、従来の速度制御装置に比べて小形かつ安価
に構成できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

駆動装置に誘導電動機を用いたクレーン等の産業機械に
おける速度制御装置として、従来サイリスタによる位相
制御式一次電圧制御装置があった。これは、誘導電動機
のトルクが一次電圧の二乗に比例することを利用して、
誘導電動機の一次回路にサイリスクを介挿し、これを位
相制御することにより、誘導電動機の一次電圧を制御し
て、すべり‐トルク特性を変化させて、速度制御するよ
うにしたものである。この位相制御式一次電圧制御装置
においては、位相制御のために複雑な回路が必要である
ため、装置が大型化し、高価になる欠点があった。ま
た、位相制御を行なうため、力率が悪く、トライアック
の使用効率も悪かった。また、超低速での制御が困難で
あった。

駆動装置に誘導電動機を用いた産業機械における別の速
度制御装置として、従来インバータ式（周波数制御式）
速度制御装置があった。これは、誘導電動機が電源周波
数に比例して同期速度が変化するのを利用して速度制御
を行なうものである。このインバータ式速度制御装置に
おいては、特別な損失が発生しないので効率がよく、ま
た円滑に速度制御できるのが特徴があるが、専用の電源
を必要とするので電源設備が高価になること、装置が大
型で高価となること、電源回生ができないこと（できる
ものは非常に高価である）、大トルクが出せないこと、
無理がきかないこと等の欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、前記従来の技術における欠点を解決して、
装置を小型かつ安価に構成することができ、力率、効率
が良く、超低速の制御性も良好なクレーン等産業機械の
速度制御装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、交流電源の適宜のサイクル数を１単位とし
て、この１単位を通電サイクと停止サイクルに分割し、
通電サイクルの間前記交流電源を駆動用誘導電動機に印
加し、通電サイクルと停止サイクルの比率を可変できる
ようにしたものである。

〔作 用〕

この発明の前記解決手段によれば、通電サイクルと停止
サイクルの比率を変えることにより、印加電圧の平均レ
ベルを変化させて、速度制御を行なうことができる。例
えば、第２図に示すように交流電源の５サイクルを１単
位とした場合、（ａ）のように通電サイクルが短い場合
は、印加電圧の平均レベルが低くなり、駆動用誘導電動
機は低トルク、低速で運転される。そして、（ｂ）、
（ｃ）と通電サイクルが長くなるに従って、印加電圧の
平均レベルが高くなり、駆動用誘導電動機は高トルク、
高速で運転される。

このような制御によれば、位相制御が不要なので、複雑
な速度制御装置が不要であり、小型で安価に構成でき
る。また、位相制御を行なわないので、力率、効率も改
善される。また、超低速の制御性も良好となる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に示す。これはクレーンの
巻上げ、巻下げにこの発明を適用したものである。第１
図において、三相交流電源は、断路器10および主接触器
12を介して供給される。主トライアック14,16は、設定
された通電サイクル、停止サイクルに従って三相交流電
源をオン、オフスイッチングして駆動用誘導電動機18に
供給する。誘導電動機18には２次抵抗器20が接続されて
いる（ただし、巻線形の場合。かご形の場合は不要であ
る。）。なお、かご形モータを使用する場合は、巻上下
負荷についてはハイスリップカゴモータを使用し、直行
負荷については、ハイスリップカゴモータまたは普通カ
ゴモータを使用する。ブレーキ22は、ブレーキ用接触器
24が開にされると作動して、誘導電動機18にブレーキを
かける。電源回路（安定化電源）26は、三相交流電源を
利用してリレーコイルや各回路に必要な＋12V±15V等の
直流電源を作る。

パルスジェネレータ28は、誘導電動機18の速度を検出
し、速度に応じた周波数のパルス信号を出力する。F/V
コンバータ30は、パルスジェネレータ28の出力パルスを
その周波数に応じた電圧に変換する。方向検出回路32
は、パルスジェネレータ28の出力信号に基づき誘導電動
機18の回転方向（正転または逆転）を検出する。極性切
換回路34は、方向検出回路32による方向検出に基づきF/
Vコンバータ30の出力電圧に極性を付与する。すなわ
ち、正転の場合は、＋を、逆転の場合は−を付与する。
これにより、極性切換回路34からは誘導電動機18の回転
方向および回転速度に応じた極性と電圧値を持つ速度検
出信号が得られる。なお、パルスジェネレータ28の代わ
りにタコジェネレータを用いる場合には、F/Vコンバー
タ回路30、方向検出回路32および極性切換回路34は不要
である。

コントローラ36は、誘導電動機18の速度を指令するもの
で、操作方向および操作量に応じた極性（正転の場合は
−、逆転の場合＋）と電圧値を持つ速度指令信号を出力
する。ソフトスタート・ソフトストップ回路38は、速度
指令信号の立上りおよび立下りを緩やかにして、ソフト
スタート特性およびソフトストップ特性を付与する。た
だし、ソフトスタート特性を効かすとインチング（寸き
ざみ）動作が鈍くなるので、コントローラ36の操作量を
微分した信号をソフトスタート特性に重畳することによ
り、インチング動作を確保している。

前記速度指令信号と速度検出信号は、加算点44でそれら
の偏差が取られる。巻上時および巻下時の速度指令値と
速度検出値の関係は第３図（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示
すように変化する。すなわち、巻上時における加速およ
び定常運転の場合は、指令値より検出値の方が小さくな
り、減速の場合は指令値の方が小さくなる。また、巻下
時における加速の場合は指令値の方が大きくなり、定常
運転および減速の場合は検出値の方が大きくなる。

加算点44から出力される偏差信号は、速度制御回路（反
転増幅器）40で増幅される。速度制御回路40の出力電圧
の極性は運転状況によって次のように変化する。

（１） 巻上時 （ａ） 加速の場合:|指令値−｜＞｜検出値＋｜となり
（−電圧となる）、速度制御回路40で反転されて＋出力
となる。

（ｂ） 定常運転の場合:|指令値−｜＞｜検出値＋｜と
なり、反転されて＋出力となる。

（ｃ） 減速の場合:|指令値−｜＜｜検出値＋｜とな
り、反転されて−出力となる。

（２） 巻下時 （ａ） 加速の場合:|指令値＋｜＞｜検出値−｜とな
り、反転されて−出力となる。

（ｂ） 定常運転の場合:|指令値＋｜＜｜検出値−｜と
なり、反転されて＋出力となる。

（ｃ） 減速の場合:|指令値＋｜＜｜検出値−｜とな
り、反転されて＋出力となる。

以上のように変化する速度制御回路40の出力で誘導電動
機18を制御することにより、指令に応じた動作が実現さ
れる。すなわち、巻上時は、第４図（ａ）に示すように
＋方向に誘導電動機機18を駆動することにより加速およ
び定常運転状態が得られ、第４図（ｂ）に示すように−
方向に誘導電動機18を駆動することにより、上方向のト
ルクを止めようとする力が作用し、減速状態が得られ
る。また、巻下時は、第４図（ｃ）に示するように−方
向に誘導電動機18を駆動することにより加速状態が得ら
れ、第４図（ｄ）に示すように＋方向に誘導電動機18を
駆動することにより自重により巻下がろうとする荷にブ
レーキをかける方向のトルクが作用し、定常運転および
減速状態が得られる。

速度制御回路40の出力信号は、電流制御回路42を介して
デューティ比可変回路46に入力される。デューティ比可
変回路46は、予め設定された１単位の時間幅における通
電サイクルと停止サイクルの比率を、入力される偏差信
号の大きさによって変化させて、パルス信号（通電サイ
クルで“1"、停止サイクルで“0"となるパルス幅変調信
号）として出力する。すなわち、偏差信号が小さいとき
は通電サイクルを短く、停止サイクルを長くし、偏差信
号が大きいときは通電サイクルを長く、停止サイクルを
短くする。なお、デューティ比可変回路46には、１単位
の長さ（交流電源のサイクル数）を設定する回路が組み
込まれている。１単位の長さは、例えば交流電源（50Hz
または60Hz）の３〜120サイクルの長さに設定する。ま
た、デューティ比可変回路46には、通電サイクルの最小
単位の長さ（例えば交流電源の1/2サイクル）を設定す
る回路が組み込まれている。

点弧回路48は、デューティ比可変回路46から出力された
パルス信号によりフォトカプラ（図示せず）を点弧す
る。フォトカプラの出力は、電気的に絶縁された出力と
なり、補助トライアック50,52をトリガする。補助トラ
イアック50,52の出力は、リレースイッチ54,56により選
択された一方の出力がトライアック14または16のゲート
に入力されてこれを点弧する。

なお、電流制御回路42は変流器64により誘導電動機18の
電流を検出し、マイナーループでフィードバック制御し
て電流を制御するものである。これにより、異常過電流
を押え、定格の電流となるように出力を制限している。

正逆コンパレータ58は、第５図に示すように、速度制御
回路40の出力を非反転入力に入力する正転コンパレータ
80と、速度制御回路40の出力を反転アンプ82を介して非
反転入力に入力する逆転コンパレータ84を具え、速度制
御回路40の出力電圧が基準電圧Vrより高い場合は正転コ
ンパレータ80から正転信号を出力し、速度制御回路40の
出力電圧が基準電圧−Vrより低い場合は逆転コンパレー
タ84から逆転信号を出力する。

正逆投入ロジック60は、第６図に示すように構成されて
いる。すなわち、コントローラ36からの正転指令とゼロ
速度信号をオア回路86に入力し、オア回路86の出力と正
側コンパレータ80からの正転信号をアンド回路88に入力
して、アンド回路88から正側投入信号を出力している。
正側投入信号が出されると、第１図の正転リレースイッ
チ54がオンされ、誘導電動機18は正方向に駆動される。
また、コントローラ36からの逆転指令とゼロ速度信号を
オア回路90に入力し、オア回路90の出力と逆転コンパレ
ータ84からの逆転信号をアンド回路92に入力して、アン
ド回路92から逆転投入信号を出力している。逆転投入信
号が出力されると、第１図の逆転リレースイッチ56がオ
ンされ、誘導電動機18は逆方向に駆動される。

なお、ゼロ速度信号はゼロ速度検出回路62から出力され
る信号で、コントローラ36がゼロノッチに戻されても、
誘導電動機18の速度がゼロ速度近く（例えば２％速度）
になるまでこの発明による速度制御を生かしておくため
の信号で、設定されたゼロ速度以上のとき“1"となり、
それ以下のとき“0"となる。

以上の構成により、正逆投入ロジック60は、誘導電動機
18が停止状態でかつコントローラ36がゼロノッチの時は
正側投入信号も逆側投入信号も出力しない。そして、コ
ントローラ36を正（または逆）に投入すると、コントロ
ーラ36からの正転指令（または逆転指令）と正側コンパ
レータ80（または逆側コンパレータ84）からの正転信号
（または逆転信号）とによりアンド回路88（またはアン
ド回路92）がオンして、正側投入信号（または逆側投入
信号）が出力され、正転リレースイッチ54（または逆転
リレースイッチ56）がオンされ、誘導電動機18が正転
（または逆転）される。

コントローラ36をゼロノッチとしても、速度がゼロ速近
くになるまではゼロ速度信号が出力され続けるので制御
が生き続ける。すなわち、これにより、誘導電動機18に
逆トルクが与えられて減速し、ゼロ速近くになって初め
て制御が切られる。

ブレーキ速度検出回路66は、誘導電動機18の速度がブレ
ーキをかける速度（例えば５％速度）以下に下がったこ
とを判断し、ブレーキ速度検出信号を出力する回路であ
る。ブレーキ作動判断用ロジック68は、ブレーキ速度検
出信号と正逆投入ロジック60の出力信号を入力し、誘導
電動機18の速度がブレーキをかける速度以下に下がり、
かつコントローラ36が０ノッチの場合にブレーキ作動リ
レー70をしゃ断してリレースイッチ24を開にしてブレー
キ22を作動させる。

オーバースピード検出回路72は速度検出信号に基づきオ
ーバースピード状態を検出して、主接触器12をオフして
誘導電動機18の駆動を停止する。

強制点弧回路74は、コントローラ36をフルノッチにした
場合にこの発明による速度制御を停止させ、強制的に正
転リレースイッチ54または逆転リレースイッチ56をオン
するものである。

第１図の速度制御装置の動作を第７図に示す。第７図に
おいて（ａ）は低速、（ｂ）は中速、（ｃ）は高速の場
合である。ここでは、交流電源の６サイクルを１単位と
し、通電サイクルの最小単位を交流電源の1/2サイクル
としている。デューティ比可変回路46からは通電サイク
ルの長さに対応したパルス幅を持つパルス信号が出力さ
れる。点弧回路48はこのパルス信号が立上がっている区
間においてトライアック14または16を点弧する。これに
より、誘導電動機18はデューティ比可変回路46の出力が
立上がっている間通電されるようになる。そして、通電
サイクルが短かければ速度は低速になり、通電サイクル
が長ければ速度は高速になる。

なお、第７図の例では通電サイクル、停止サイクルの開
始、終了位置が交流電源のゼロクロス位置となっている
が、これに限らず、任意の位置角でよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、交流電源の適
宜のサイクル数を１単位として、この１単位を通電サイ
クと停止サイクルに分割し、通電サイクルの間前記交流
電源を駆動用誘導電動機に印加し、通電サイクルと停止
サイクルの比率を可変できるようにして印加電圧の平均
レベルを制御して速度制御を行なうようにしたので、次
のような様々な効果が得られる。

従来のように複雑な位相制御や周波数制御が不要と
なり、回路構成を簡略化して、小型かつ安価に構成する
ことができる。特に、電力素子に実施例で示したように
トライアックを用いれば、超小型、大容量の無接点制御
が可能である。

位相制御では不可能な超低速の運転も可能である。
例えば、１単位のサイクル数を60サイクルとし、通電サ
イクルの最小単位を とすると、常時通電状態とした場合に比べて出力電圧は 出力電力は となり、超低速での運転が可能となる（この場合、オ
ン、オフの脈動を減らすためにはフライホイールを取付
ければよい。）。従ってプラス負荷、マイナス負荷を問
わず、安定した低速が得られ、操作性、安全性が向上す
る。

位相制御のように力率に影響する部分が１単位中で
１回しか発生しないため、力率の低下はほとんどない。

１単位中のフル点弧の割合が大きいので、位相制御
のようにサイクルごとに制御するものに比べ、トライア
ックの内部損失が少なく、効率が大で小形のトライアッ
クで大きな出力が取り出せる。

力率、効率が良いので省エネルギーとなる。

電力素子にトライアックを使用して無接点化し、ま
たカゴモータを使用すればメンテナンスフリーとなる。

また、この発明によれば、ゼロ検出回路および正逆投入
ロジックの作用により、コントローラがゼロノッチに戻
されても駆動用誘導電動機の速度がゼロ速度近くになる
まで駆動方向の切換制御を生かした状態でソフトスター
ト・ソフトストップをかけることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図であ
る。 第２図は、この発明の速度制御回路40による制御の概要
を示す波形図で、誘導電動機一次電圧の通電時間の変化
状況を示したものである。 第３図は、各運転状況における速度指令値と速度検出値
の関係を示す図である。 第４図は、第３図の各運転状況における誘導電動機18の
駆動方向を示す図である。 第５図は、第１図における正逆切替コンパレータ58の詳
細例を示す回路図である。 第６図は、第１図における正逆投入ロジック60の詳細例
を示す回路図である。 第７図は、第１図の装置の動作を示す波形図である。 18……駆動用誘導電動機、22……ブレーキ、28……パル
スジェネレータ、54……正転リレースイッチ、56……逆
転リレースイッチ、14……正転用サイリスタ、16……逆
転用サイリスタ、36……コントローラ、38……ソフトス
タート・ソフトストップ回路、28,30,32,34……速度検
出手段、44……偏差検出手段、46……デューティ比可変
回路、48……点弧回路、62……ゼロ速度検出回路、60…
…正逆投入ロジック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源から供給される交流電圧を正転用
   サイリスタまたは逆転用サイリスタを介して駆動用誘導
   電動機に印加する駆動用電源路と、 操作者の操作により指示される前記駆動用誘導電動機の
   動作方向および動作速度に応じた値の速度指令信号を出
   力するコントローラと、 前記速度指令信号の立上りおよび立下りを緩やかにする
   ソフトスタート・ソフトストップ回路と、 前記駆動用誘導電動機の動作方向および動作速度を検出
   して当該動作方向および動作速度に応じた値の速度検出
   信号を出力する速度検出手段と、 前記速度指令信号と前記速度検出信号の偏差を検出する
   偏差検出手段と、 交流電源の適宜のサイクル数を１単位として、この１単
   位を前記検出された偏差に応じて通電サイクルと停止サ
   イクルに分割する状態を指示するデューティ比可変回路
   と、 前記デューティ比可変回路によって指示される前記通電
   サイクルの間前記正転用サイリスタまたは前記逆転用サ
   イリスタを持続的に通電させる点弧信号を出力する点弧
   回路と、 前記誘導電動機の速度がゼロ速度近くの所定値以上であ
   るか当該所定値以下であるかを検出するゼロ速度検出回
   路と、 前記コントローラが正転方向の動作を指示しまたは前記
   ゼロ速度検出回路が前記誘導電動機の速度が前記所定値
   以上であることを検出している時であってかつ前記偏差
   検出手段で検出される偏差の方向が前記正転用サイリス
   タを駆動すべき方向である時は前記点弧信号を前記正転
   用サイリスタに供給し、前記コントローラが逆転方向の
   動作を指示しまたは前記ゼロ速度検出回路が前記誘導電
   動機の速度が前記所定値以上であることを検出している
   時であってかつ前記偏差検出手段で検出される偏差の方
   向が前記逆転用サイリスタを駆動すべき方向である時は
   前記点弧信号を前記逆転用サイリスタに供給する制御を
   行なう正逆投入ロジックと を具備してなるクレーン等産業機械の速度制御装置。