JPS6020785A - 誘導電動機の有効負荷電流検出装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、連続圧−機を駆動する誘導電動機をフリーテ
ンション制御する場合などに、加減速トルクを除いた有
効な負荷トルク１ど対応する誘導電動機の有効負荷電流
を検出する装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

直流電動機で駆動される２スタンドのタンデム圧延機に
適用したフリーテンション制御（以下ＦＴＣと呼ぶ）の
−例を第１図に示す。

第１図において、圧延ロール１，２はそれぞれ直流電動
機３．４で駆動され、電動機３，４は、それぞれ速度制
御装置７，８により目標の速度に制御されている。

両スタンドの速度基準はスタンド相互の速度比を決定す
る速度比設定器１１　、１２とライン速度を設定する主
速度設定器１３によって与えられ、スタンド１において
は基準速度ω、１と電動機３の回転速度を検出する速度
検出器５の出力ωｒ、とを加算器９で比較し、その差が
零になるよう速度制御装置７は電動機３の速度を制御す
る。

同様にスタンド２においては、速度基準ωｒ２と速度検
出器６の出力ωｒ２とを加算器１０で比較し、その差が
零になるよう速度制御、装置８は、電動機４の速度を制
御する。

１７はＦＴＣ装置であり、圧延荷重検出器１４で検出し
た、スタンド１の圧延荷重Ｐ１、電流検出器１５にて検
出した電動機３の電流子電流１１、電圧検出器１６にて
検出した電動機３の端子電圧Ｖ８、および速度検出器５
で検出した電動機３の速度ωｒ’１を用い、速度修正量
△ω７．を加算器９に出力し、電動機３の速度を操作す
ることにより、スタンド１とスタンド２間の張力を制御
する。　゛このＦＴＣの原理を以下に説明する。

一般に鋼板等の圧延において、圧延荷重Ｐと圧延トルク
Ｇの間には（１）式の関係がある。

丁−ａ　・・・・・・・・・（１） ここでａはトルクアームと呼ばれ、材料の変形抵抗の変
化にかかわらず一定である。

また拐料を加熱して圧延するいわゆる熱間圧延において
は、利料に印加される張力の変化に対する圧延荷重の変
化は、圧延トルクの変化に比べ非常に小さいことは周知
の事実であり、これらの関係を用いＦＴＣが行なわれて
いる。　・第１図において、材料１８がスタンド１にか
み込み、スタンド２に到達する迄−の無張力状態におけ
るスタンド１の圧延荷重をＰｏｌ、圧延トルクをＧｏｔ
とする０ またスタンド２に材料がかみ込んだ後の圧延荷重、圧延
トルクをそれぞれＰｌ、Ｇ□とすると、スタンド１とス
タンド２間に発生している張力によるトルク△Ｇｔ１は
（２）式で表わされる。

ここでＰｌは圧延荷重検出器１４で検出された値であり
、圧延トルクＧ、は（３）式で計算することが出来る。

ここでに１は定数、Ｒ□は電機子抵抗である。

上記（２）式でめられる張力トルク△Ｇｔ、を、ある目
標の張力トルクＧｔａｘになるようスタンド１の速度を
修正する。

この速度修正量Δωｒ１　は下記（４）式でネめること
か出来る。

△ωｎ””ｇ＋（△Ｇｔ□−Ｇｔｏ１）　−−−−−−
−−−（４）ここで、ｇｘは定数、ＧｔＯはスタンド１
〜スタンド２間の目標張力トルクである。

いま、ある定常圧延状態において、張力の変動が生じ、
（４）式によって得られたスタンド１速度修正量△ωｒ
ｌ　が加算器９に与えられると、電動Ｗ４３の速度が変
わる。この時、電動機３には加減速電流が流れる。

この加減速電流が流れている状態において、（３）式よ
りめたトルクＧ、を（２）式に代入して得た△Ｇｔ□は
、正しい張力トルクを表わしてない。

また、第１図のように、主速度設定器１３によりライン
速度の変更が自由に行なわれるタンデム圧延機において
は、同様に加減速電流が含まれた工１を用いてめた△Ｇ
ｔ、は正しい張力トルクではない。

このようにＦＴＣにおける最大の問題点は、加減速時の
制御に存在する。

ところで電機子回路部は、一般に下記（５）式で表わさ
れる。

Ｉ　＝　ＩＢ十Ｉ３　・・・・・・・・・（５）ここで
ＩＲは有効負荷電＆、Ｉａは加減速電流である。

圧延トルクを計算するのに必要なのは、（５）式におい
て負荷トルクに対応した有効負荷電流ＩＲである。

直流電動機の有効負荷電流Ｉ、を検出する方法として、
無負荷状態の電動機を模擬し、これに流れる電機子電流
ｌａを実際の電動機の電流子亀流Ｉから差し引く方法が
提案されている。

第２図にその制御ブロック図を示す。

第２図において、２０は速度制御部、２１は電流制御部
、２２は電動機の電機子回路部、２３．２５のφはトル
ク係数および逆起電力係数、２４のＪは電動機軸換算の
慣性モーメン）、２６．２７は信号変換部である。

簀 またωｒは速度基準、ωｒは速度のフィードバック化分
、Ｖは電動機端子電圧、ＶＣは電動機の逆起電力、工は
電機子電流、Ｒは電機子抵抗、Ｔａは電機子回路の時定
数、Ｇは電動機発生トルク、ＧＢは負荷トルク、Ｓはラ
プラス演算子である。

とこで前述のように、電機子回路部には負荷ト骨 ルクＧｔに対応する有効負荷電流Ｉ、と、速度基準ωｒ
の変化に伴なう加減速電流Ｉａが含まれている。′丑た
破線２９内は、上記速度制御系の電動機部の模擬回路で
、電動機の電機子回路部の２２′、トルク係数および逆
起電力係数の２３’　＋　２５’　、並びに慣性モーメ
ントを模擬した２４′より構成されている。

この模擬回路と実際の電動機部と異なるのは、負荷ｌル
クＧＢが無いことである。すなわち、この模擬回路は実
際の電動機部の無負荷状態を模擬している。

この模擬回路に、実際の電動機端子電圧に等しい４Ｆ４
号ＶＭを印加すると、模擬回路における電機子電流は実
際の電動機の加減速トルクに対応した加減速電流となる
。

この電流Ｉａを実際の電機子電流Ｉから加算器２８にて
差し引けば。その出力は有効負荷電流ＩＲとなるので、
これによっていかなる負荷状態の変化、速度基準の変化
に対して尾、常に有効負荷電流が正確に検出出来る。

上記は圧延ロール駆動に直流電動機を用いた場合を示し
ているが、最近はベクトル制御された誘導電動機を圧延
機駆動に用いることが行なわれて来ており、このため誘
導電動機においても有効負荷電流の検出が要望されて来
た。

〔発明の目的〕

本発明は、慣性を有する負荷を駆動する誘導電動機のト
ルク電流成分のうち、電動機自身を含む負荷の慣性を加
減速する加減速トルク電流成分を除いた正味の有効な駆
動トルク電流成分を検出する誘導電動機の有効負荷電流
検出装置を提供することを目的としている。

し発明の概要〕 本発明は、負荷の慣性を含む誘導電動機の無負荷加減速
特性を模擬する無負荷模擬回路と、上記模擬回路に誘導
電動機の制御回路から取出した二次磁束および誘導電動
機の回転速度または端子電圧を入力して算出した加減速
トルク電流成分と上記制御回路から取出した誘導電動機
のトルク電流成分との差を取出す加算器を備え、この加
算器の出力によって加減速電流を除いた有効な負荷トル
ク電流を検出する誘導電動機の有効負荷電流検出装置で
ある。

し発明の実施例〕 先ず、誘導電動機のトルク電流成分と磁束電流成分とを
分離して制御するベクトル制御の一般的な考え方につい
て説明する。

一般に誘導電動機の固定子および回転子における電圧方
程式は、電制、電流および磁束を空間ベクトルで表わす
と、次の式であたえられる。

定子および回転子の電流ベクトル、φ１．φ２は固定子
および回転子に鎖交する磁束ベクトル、ｒ、、ｒ２は固
定子および回転子抵抗、ω、は回転子角速度、ωには座
標軸回転角速度であり、上記はωにで回転する座標軸か
ら見た電圧方程式である。

また、それぞれの磁束は φ、　＝Ｌ、Ｉ、　＋　Ｍ　Ｉ　−−−−（８）φ２＝
Ｍ１１＋Ｌ２工　・・・・・・・・・（９）であたえら
れる。とこにり、、Ｌ２．Ｍはそれぞれ固定子インダク
タンス、回転子インダクタンス、相互インダクタンスで
ある。

（９）式は下記α０）式に変形できる。

ωに＝ω１（ω１は固定子磁束角速度）とすると、（９
式と（１０）式から回転磁束を座標軸とした下記（１υ
式が得られる。

ただし、ω８はω、−ω、であり、すべり周波数に相当
する。

ｉＭを励磁電流ベクトルとすると、 １、＝Ｉ、＋Ｉ、　・・・・・・・・・　（１２１る。

さらにＩｔｄ　を１１のがと同方向成分、塙を同じく直
角方向成分とすると、第３図に示すベクトル図が得られ
る。

また各座標軸の関係を第４図に示す。

α−β軸ｙｄ　Ｑ軸はそれぞれ固定子および固定子周波
数に固定された座標軸である。

↓２をａ−ｑ軸のｄ軸に固定された成゛分として選ぶと
スカラー量として取扱うことができるのでφ２ ＋ＩＱ−ω８・Ｔ、・−・・・・・曲ａ荀となる。ここ
にＴ、＝６”’　（二次時定数）である。

２ 固定子側から見た軸を基準にして（へ）、ｕ４）式に従
って固定子電流を制御すれば回転子磁束φ２を一定１＋
ＱをＩＩｑに比例させることができる。

従って一層電流成分ｉ＋ｑを独立に制御すると直流機と
同様なトルク制御が可能となる。

第５図に本発明の一実施例を誘導電動機駆動系、を含む
ブロック図として示す。

第５図において、誘導電動機の電圧ｖ１電流工、。

ｔ２および角速度ωｒの関係は（６）式、（７）式でω
に＝ｏとおいて得られる下記固定子座標から見たベクト
ル方程式α９．α６）であたえられる。

１／’＝−（ｒ、＋Ｌ、！！−）Ｉ、＋Ｍ−５１！−Ｉ
２　−−−−−−−＝−・・−＝（Ｊ５１ｄｔ　ｄｉ Ｏ＝（Ｍ　’！−−ｊ＊ｒＭ）　ｉ、＋（ｒ、＋Ｌ、　
！−−ｊｏｒＬ、）　Ｉｔ　・−ｆＪ６）ｄｉ　ｄｉ ２０は速度制御回路であり、速度基準ω、と検出速度ω
ｒとの差を演算増巾してトルク基準♂を出力する。

また３０は検出速度ωｒを入力して磁束信号φ２を出力
する界磁弱め制御回路、３１，３２，３３．３４は電動
機定数、３５はトルク基準♂を磁束信号φ；で除算して
トルク電流基準１１Ｑを出力する割算器である。

オた３６はφ；を微分してフォーシング電流を演算する
微分回路であり、−充電流の磁束電流基準量１ｄは励磁
分とフォーシング分との和であたえられる。

３７はベクトル演算回路であり、上記トルク電流基準ｉ
、ｑ”と磁束電流基準ｉ、ｄ＋から固定子磁束軸に対す
る画法電流基準Ｉ７の位相差θ諜□とＩ７の振巾１■１
１を算出する。

またすべり周波数ω６は割算器３８を介して上記トルク
電流基準１．ｃＬを二次磁束φ２で除算してめられる。

すべり周波数０日と検出速度ω、とは加算されて固定子
磁束周波数ω。をあたえる。

Ｏ）。は積分回路３９で積分されて界磁磁束の位相角θ
。に変換され、ベクトル演算回路３７で算出された電流
基準工１　の位相角θ。Ｉと加算されて一次電流ベクト
ルの固定７に固定された位相指令θがイ（ｆられる。

４１は一層電流ベクトルｉＩを振巾成分１工！１と位相
角成分θに分離する変換回路であり、演算増巾回路４０
は上記位相角θと位相指令θ”を比較演算して位相角θ
Ｖを出力する。

また、演ｑニ増巾器４２は１月とｌ１１１とを比較演算
して電圧振巾１％”ｌを出力し、上記ＩＶ”ｌとθＶと
を変換回路４３でベクトル合成して電圧指令ベクトルＶ
が得られる。電力変換器４４は上記Ｖに応じた電圧Ｑを
発生して誘導電動機３人に印加し、Ｑ５）。

（１０式に応じた一次電流１１．二次電流１２を流す。

これによって誘導電動機３人の出力トルクＧはＧ＝Ｍφ
２１．ｑ、＝φ２１２ｑ−’ｍ　（ＭＩ＋　・Ｉ２　）
　−・−（１７）２ であたえられる。

４６は上記αυの演算を行なうトルク変換機能である。

電動機トルクＧと負荷トルクＧＲとの差Ｇ人＝Ｇ−Ｇ几
は電動機を含む負荷の慣性モーメントＪを加速して電動
機速度ω、をあたえる。

以上の制御によって、誘導電動機の一次電流のトルク電
流成分１ｔｑと二次磁束Φ２は、’Ｉｑ””Ｉｑ＋Φ２
−Φ、の関係によって直交関係が保たれる。

またＩＩｑは負荷トルクＧλに対応する有効負荷電流ｉ
と慣性モーメン）Ｊを加減速する加減速電流１人との和
である６ 第５図における破線２９Ａ内は、加減速電流基準、　餐 １人　を算出するための模擬回路である。

加減速トルクＧＡは であたえられる。ｋは定数である。

模擬回路２９Ａは、誘導電動機の無負荷状態を模擬して
おり、電動機−次局波数ω。と電動機速度ω畠の差、す
なわちすべり周波数ω８ａと二次磁束Φｈが掛算器５１
で乗算されて二次すべり電圧６２ａ　となり、さらにＲ
１で除算して加減速電流基準１人　が得られる。

１人　は掛算器５３で二次磁束Φ、と掛算されて加速ト
ルクＧ人を出力し、さらに２４で積分されて電動機速度
ωｒａをあたえる。

これによって加減速電流基準ＩＡ　が斜出されるので、
これを電動機のトルク電流基準１１ｑ　から減算すると
有効負荷電流ｉＢが得られる。

これによって、負荷状態および速度変化にかかわらず正
確な有効負荷電流ｉＲが検出できる。

次に本発明の他の一実施例を第６図に示す。

第６図は第５図における模擬回路、２９Ａを一部変更し
て２９Ｂとしたもので、電動機端子電圧Ｑから演算回路
５４を介して二次誘起電圧ｅ、をめ、電動機速度ωｒａ
と二次磁束Φ２　を掛算器５５で乗算して得た電圧ｅ、
／との差ｅ、−ｅ、／を二次すべり電圧ｅ！ａとして加
減速トルク　を算出している。他は第５図と同じである
。

次に本発明をＦＴＣ装置に適用した場合の一例を第７図
に示す。

第７図において、スタンド１の圧延ロール駆動用誘導電
動機３人は制御装置６０を介して電力変換器４４で駆動
される。

電動機速度ωｒは速度検出器５で検出され、制御装置６
０によって速度基準ω−に応じて制御される。

一方、制御装置６０から取出された二次磁束Φ。

および電動機の端子電圧Ｖは電動機無負荷模擬回路２９
Ｂに入力され、第６図に示す回路の動作によって加減速
電流１人が出力される。

上記加減速電流ｉムは別途制御装置６０から取出された
トルク電流成分ｉ、ｑから引算され、その差ｉＲが有効
負荷電流としてＦＴＣ装置１７に入力される。

ＦＴＣ装置１７には、荷重検出器１４から信号変換器６
１を介して圧延荷重Ｐが入力され、さらに速度検出器５
から信号変換器６２を介して速度信号ωｒが入力されて
速度修正量Δωｒを演算し、これによって有効負荷電流
ｉ几が圧延負荷に比例するように制御され、フリーテン
ション制御が行なわれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば誘導電動機のベク
トル制御によって速度制御するとき、トルク電流成分の
うち加減速トルク分を除いた有効な負荷トルクに対応す
るトルク電流成分を検出する誘導電動機の有効負荷電流
検出装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続圧延におけるフリーテンション制御の一例
を示す系統図、第２図は直流電動機駆動における有効負
荷電流検出装置の一例を示すブロック図、第３図および
第４図は本発明の詳細な説明するだめのベクトル図、第
５図は本発明の一実施例を示すブロック図、第６図は本
発明の他の実施例を示すブロック図、第７図は第６図を
フリーテンション制御に適用した場合の系統図である。 １．２　圧延スタンド ３人　誘導電動機 ５　速度検出器 １４　荷重検出器 １７　Ｆ１’Ｃ装置 ２０　速度制御回路 ２９Ａ、　２９Ｂ　無負荷模擬回路 ３０　自動界磁弱め回路 ３７．４１．４３　ベクトル変換回路 ４６　電流−トルク変換回路 （８７３３）　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃　（ほ
か１名）第　１　図 第　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷の慣性を含む誘導電動機の無負荷加減速特性を模擬
   する無負荷模擬回路と、上記模擬回路に誘導電動機の制
   御回路から取出した二次磁束および誘導電動機の回転速
   度または端子電圧を入力してａ、出した加減速トルク電
   流成分と上記制御回路から取出した誘導電動機のトルク
   電流成分との差を取出す加算器を備え、この加算器の出
   力によって加減速電流を除いた有効な負荷トルク電流を
   検出することを特徴とする誘導電動機の有効負荷電流検
   出装置？４ｊ　。