JP2008148376A - Variable speed drive controller of motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、力行運転及び回生運転する複数の電動機をその一部に備えた電動機の可変速駆動制御装置に関するものである。 The present invention relates to a variable speed drive control device for an electric motor provided with a plurality of electric motors for power running operation and regenerative operation.
複数の電動機の速度制御が必要なものに、例えば、鉄鋼圧延設備がある。この鉄鋼圧延設備では、鋼材を搬送するテーブルロールや鋼材を切断するシャー設備に、正転力行、正転制動、逆転力行、逆転制動の4象限運転を繰り返す複数の電動機が備えられ、各電動機が速度制御装置によってそれぞれ独立に速度制御されている。そして、これらの速度制御装置では、IGBT素子のような自己消弧形のパワー半導体素子を用いたPWMインバータを用いて、各電動機をそれぞれ速度制御する方式が広く適用されている。 For example, steel rolling equipment is required for speed control of a plurality of electric motors. In this steel rolling facility, a table roll that transports steel materials and a shear facility that cuts steel materials are equipped with a plurality of motors that repeat four-quadrant operations of forward rotation, forward braking, reverse power running, and reverse braking. The speed is controlled independently by the speed control device. In these speed control apparatuses, a method of controlling the speed of each electric motor using a PWM inverter using a self-extinguishing power semiconductor element such as an IGBT element is widely applied.
また、上記各インバータ装置としては、主として、設備の簡略化及び設備コストの低下といった観点から、各電動機をそれぞれ速度制御する複数のPWMインバータに対して共通の直流電源装置を設けることにより、共通直流母線を介して各PWMインバータに直流電源を供給する、いわゆる共通コンバータ方式の装置が広く採用されている。なお、上記共通直流母線にはコンデンサが並列に接続されており、上記共通直流母線は、各PWMインバータに対して、一定の直流電圧を発生する電圧元として作用する。 Moreover, as each said inverter apparatus, mainly from a viewpoint of the simplification of an installation, and the fall of an installation cost, by providing a common direct-current power supply device with respect to the several PWM inverter which carries out speed control of each electric motor, respectively, A so-called common converter type device that supplies DC power to each PWM inverter via a bus is widely used. A capacitor is connected in parallel to the common DC bus, and the common DC bus acts as a voltage source that generates a constant DC voltage for each PWM inverter.
また、複数の電動機の速度制御を行う可変速駆動制御装置の従来技術として、力行運転及び回生運転する複数の電動機を速度制御する各インバータ装置からの回生エネルギーを共通直流母線へ再配分するとともに、余剰の回生エネルギーが発生した場合に、共通ブレーキ回路を上記共通直流母線に接続して、上記余剰の回生エネルギーを抵抗にて消費させるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as a prior art of a variable speed drive control device that performs speed control of a plurality of electric motors, the regenerative energy from each inverter device that performs speed control of a plurality of electric motors that perform power running operation and regenerative operation is redistributed to a common DC bus, When surplus regenerative energy is generated, there has been proposed one in which a common brake circuit is connected to the common DC bus and the surplus regenerative energy is consumed by resistance (see, for example, Patent Document 1).
従来では、共通直流電源に接続された各電動機負荷の回生エネルギーの総量が、同じ共通直流電源に接続された各電動機負荷の力行エネルギーの総量を超えた場合、各電動機の速度を正確に制御するためには、余剰に発生した回生エネルギーを、特許文献1記載のもののように抵抗によって消費させたり、或いは、共通直流電源に回生装置を追加することによって余剰の回生エネルギーを交流電源に回生したりする必要があった。
Conventionally, when the total amount of regenerative energy of each motor load connected to the common DC power source exceeds the total amount of powering energy of each motor load connected to the same common DC power source, the speed of each motor is accurately controlled. For this purpose, excessively generated regenerative energy is consumed by resistance as described in
例えば、特許文献1記載のもののように、余剰の回生エネルギーを処理するために、共通直流母線にスイッチング素子を経由して抵抗器を接続し、共通直流母線電圧が上昇した際に回生エネルギーを上記抵抗器で消費させるシステムを追加したような場合には、回生エネルギーを抵抗で消費させることになるため、システム全体の効率が悪化するといった問題があった。特に、頻繁に加減速を繰り返す負荷がある場合には、繰り返しのサイクルごとに回生エネルギーを無駄に消費することになるため、システム全体の効率が極端に悪化する恐れがあった。
For example, in order to process surplus regenerative energy as described in
一方、余剰の回生エネルギーを交流電源側に回生するためには、直流電圧を制御できる逆並列サイリスタブリッジや、IGBT素子を採用したPMW制御方式の共通直流電源を採用する必要があった。ここで、共通直流電源として逆並列サイリスタコンバータを採用した場合、余剰な回生エネルギーが交流電源に回生されるため、システム効率の悪化を防止することは可能となる。しかし、逆並列サイリスタコンバータを採用した場合には、例えば、ダイオードコンバータを採用した場合よりも電源効率が悪くなるとともに、交流電源側の条件によっては、サイリスタ電源から発生する遅れ無効電力の対策が必要となり、進相コンデンサ装置等の追加を要する場合があった。 On the other hand, in order to regenerate surplus regenerative energy to the AC power supply side, it is necessary to employ an antiparallel thyristor bridge capable of controlling a DC voltage or a PMW control type common DC power supply employing an IGBT element. Here, when an antiparallel thyristor converter is employed as the common DC power supply, excess regenerative energy is regenerated to the AC power supply, so that it is possible to prevent deterioration of system efficiency. However, when an antiparallel thyristor converter is used, the power supply efficiency is worse than when a diode converter is used, for example, and depending on the conditions on the AC power supply side, countermeasures against delayed reactive power generated from the thyristor power supply are required. In some cases, it was necessary to add a phase advance capacitor device or the like.
一方、共通直流電源としてIGBT素子等のパワー半導体素子を用いたPWMコンバータを採用した場合には、逆並列サイリスタコンバータを採用した場合における上記技術的な問題点を解決することが可能となる。しかし、PWMコンバータは、例えば、ダイオードコンバータと比較して非常に高価であり、システムのコスト高を招来する要因となってしまう。特に、各電動機からの回生負荷が重畳されて、短時間で大きな余剰回生エネルギーを処理する可能性があるシステムの場合には、その余剰回生エネルギーを処理できる大きな容量のPWMコンバータが必要となり、経済的な負担からPWMコンバータの採用が困難になる場合が多かった。 On the other hand, when a PWM converter using a power semiconductor element such as an IGBT element is employed as the common DC power source, the above technical problem in the case of employing an antiparallel thyristor converter can be solved. However, the PWM converter is very expensive as compared with, for example, a diode converter, which causes a high system cost. In particular, in the case of a system in which the regenerative load from each motor is superimposed and there is a possibility of processing a large excess regenerative energy in a short time, a large-capacity PWM converter capable of processing the surplus regenerative energy is required. In many cases, it was difficult to adopt the PWM converter due to the burden of the system.
なお、図3は従来の電動機の可変速駆動制御装置を示す構成図であり、鉄鋼圧延設備に適応されたものを示している。図3において、1は鋼材を搬送するテーブルロール、2は鋼材を切断するシャー設備、3は上記テーブルロール1やシャー設備2を駆動及び制動する誘導電動機、4は誘導電動機3をそれぞれ独立に可変速制御するIGBTインバータ装置である。ここで、鉄鋼圧延設備では、シャー設備2の慣性モーメントが大きいため、切断速度への加速や切断後に切断刃を定位置に停止させる際の正転制動時に、テーブルローラ1で消費される力行エネルギーよりも大きな回生エネルギー、即ち、余剰の回生エネルギーが発生する。したがって、従来の鉄鋼圧延設備に適用される電動機の可変速駆動制御装置では、IGBTインバータ装置4に対する共通の直流電源装置として、正転制動時の回生エネルギーを交流電源6に回生する能力を備えたPWMコンバータ装置13を採用しなければならなかった。
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional variable speed drive control device for an electric motor, which is applied to a steel rolling facility. In FIG. 3, 1 is a table roll for conveying steel materials, 2 is a shear equipment for cutting steel materials, 3 is an induction motor for driving and braking the
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、力行運転及び回生運転する複数の交流電動機をその一部に備えるとともに、安価な構成で、且つ、高効率及び高力率を得ることができる電動機の可変速駆動制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a plurality of AC motors for power running operation and regenerative operation in a part thereof, an inexpensive configuration, and high efficiency. And it is providing the variable speed drive control apparatus of the electric motor which can obtain a high power factor.
この発明に係る電動機の可変速駆動制御装置は、力行運転及び回生運転する複数の第一交流電動機と、各第一交流電動機にそれぞれ対応して設けられ、第一交流電動機をそれぞれ独立に可変速制御する複数の第一インバータ装置と、常時力行運転する複数の第二交流電動機と、各第二交流電動機にそれぞれ対応して設けられ、第二交流電動機をそれぞれ独立に速度制御する複数の第二インバータ装置と、各第一インバータ装置及び各第二インバータ装置に接続された共通直流母線と、共通直流母線に接続され、共通直流母線を介して、各第一インバータ装置及び各第二インバータ装置に直流電源を供給する共通ダイオードブリッジコンバータ装置と、を備え、第二交流電動機は、第一交流電動機の回生運転時に発生し得る回生エネルギーを、力行運転で全て消費できる負荷容量を有するものである。 A variable speed drive control device for an electric motor according to the present invention is provided corresponding to each of a plurality of first AC motors that perform power running operation and regenerative operation, and each of the first AC motors. A plurality of first inverter devices to be controlled, a plurality of second AC motors that are always in power running, and a plurality of second AC motors that are provided corresponding to the respective second AC motors and independently control the speed of the second AC motors. An inverter device, a common DC bus connected to each first inverter device and each second inverter device, and connected to the common DC bus, via the common DC bus, to each first inverter device and each second inverter device A common diode bridge converter device that supplies a DC power supply, and the second AC electric motor generates regenerative energy that can be generated during the regenerative operation of the first AC electric motor, And it has a load capacity that can be consumed in the line driver.
この発明によれば、力行運転及び回生運転する複数の交流電動機をその一部に備えるとともに、安価な構成で、且つ、高効率及び高力率な電動機の可変速駆動制御装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a variable speed drive control device for a motor having a plurality of AC motors for power running operation and regenerative operation in a part thereof and having a low-cost configuration and high efficiency and high power factor. .
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。 In order to explain the present invention in more detail, it will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における電動機の可変速駆動制御装置を示す構成図であり、鉄鋼圧延設備に適用されたものを示している。図1において、1は鋼材を搬送するテーブルロール、2は鋼材を切断するシャー設備、3は上記各テーブルロール1やシャー設備2に対応して設けられ、力行運転及び回生運転する複数の誘導電動機(第一交流電動機)である。ここで、上記テーブルロール1やシャー設備2は、誘導電動機3により駆動及び制動される。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a variable speed drive control device for an electric motor according to
4は上記各誘導電動機3にそれぞれ対応して設けられ、テーブルロール1等に要求される各動作に合わせて、各誘導電動機3をそれぞれ独立に可変速制御する複数のIGBTインバータ装置、5は各IGBTインバータ装置4に接続された共通直流母線、6は共通直流母線5に接続され、上記共通直流母線5を介して各IGBTインバータ装置4に直流電源を供給する1台の共通ダイオードブリッジコンバータ装置、7は共通ダイオードブリッジコンバータ装置6に接続された商用交流電源である。
4 is provided corresponding to each of the
また、8はポンプやファン等のように、システムの稼動中は常時付勢される負荷設備、9は各負荷設備8に対応して設けられ、負荷設備8を駆動することによって常時力行運転する複数の誘導電動機(第二交流電動機)、10は上記各誘導電動機9にそれぞれ対応して設けられ、ポンプやファン等に要求される各動作に合わせて、各誘導電動機9をそれぞれ独立に速度制御する複数のIGBTインバータ装置である。
Also, 8 is a load facility that is always energized during operation of the system, such as a pump or a fan, and 9 is provided corresponding to each
そして、各IGBTインバータ装置10は、上記共通直流母線5に接続されることにより、共通直流母線5を介して共通ダイオードブリッジコンバータ装置6から直流電源が供給されるように構成されている。また、上記負荷設備8は、力行運転時、全体として、テーブルロール1やシャー設備2で発生し得る最大の回生容量よりも大きな容量を必要とするように構成されている。即ち、上記誘導電動機9は、誘導電動機3の回生運転時に発生し得る回生エネルギーを、力行運転で全て消費できる負荷容量を有している。
Each
上記構成を有する電動機の可変速駆動制御装置では、テーブルロール1やシャー設備2は、鋼材の搬送に合わせて運転及び停止を繰り返す。そして、誘導電動機3に必要とされる出力は、所定の速度への加速や停止までに要する時間、機械の慣性モーメント等により決定されるが、シャー設備2のように慣性モーメントが大きい機械設備を最高速度で運転している状態から停止させる場合には、特に大きな制動エネルギーが必要となる。そして、この時発生する回生エネルギーは、共通直流母線5を経由して、力行運転する電動機負荷として誘導電動機3及び9で全て消費される。
In the variable speed drive control device for an electric motor having the above-described configuration, the
なお、一般の鉄鋼圧延設備の交流可変速駆動システムでは、鋼材の搬送に合わせて加速や減速を行うことが多い。このため、大きな回生エネルギーを消費させることができるだけの力行運転負荷が誘導電動機3の中に常時存在しているとは限らない。また、従来では、ポンプやファン等といった常時力行運転される負荷設備8は、図3に示すようにモータコントロールセンター11にて商用運転されるか、独立した回生制動能力を持たないインバータ装置(図示せず)によって運転されていた。このため、上記構成を有する電動機の可変速駆動制御装置のように、ポンプやファン等の常時力行運転する負荷設備8をIGBTインバータ装置10を介して共通直流母線5に接続することにより、回生エネルギーの一部を誘導電動機9でも消費することができ、従来のように回生エネルギーを抵抗器等で無駄に消費させることもなく、高効率なシステムを構築することが可能となる。
Note that in an AC variable speed drive system of a general steel rolling facility, acceleration and deceleration are often performed in accordance with the conveyance of the steel material. For this reason, a power running load that can consume a large amount of regenerative energy is not always present in the
また、常時力行運転される誘導電動機9は、誘導電動機3の回生運転時に発生し得る回生エネルギーを、力行運転で全て消費できる負荷容量を有している。即ち、上記構成の可変速駆動制御装置においては、余剰の回生エネルギーが発生することはなく、共通の直流電源装置として、安価で高力率のダイオードブリッジコンバータを採用することが可能となる。
In addition, the
実施の形態2.
図2はこの発明の実施の形態2における電動機の可変速駆動制御装置を示す構成図であり、図1の場合と同様に、鉄鋼圧延設備に適用されたものを示している。図2において、12は常時力行運転するIGBTインバータ装置10の駆動状態を監視し、その駆動状態に基づいてテーブルロール1やシャー設備2の運転可否を決定する監視手段であり、例えば、PLC等で構成される。即ち、上記監視手段12は、常時力行運転する負荷容量の合計が、最大回生容量値以下でないことを確認した上で、回生運転のあるテーブルロール1やシャー設備2を運転可能とする。言い換えれば、上記監視手段12は、誘導電動機3の回生運転時に発生し得る最大回生エネルギーが、常時力行運転する誘導電動機9の全負荷容量を超えた場合に、上記誘導電動機3の運転を阻止するように構成される。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a variable speed drive control apparatus for an electric motor according to Embodiment 2 of the present invention, and shows a configuration applied to a steel rolling facility, as in FIG. In FIG. 2, 12 is a monitoring means that monitors the driving state of the
かかる構成を有することにより、共通直流母線5の電圧異常上昇といった事象を確実に防止することが可能となり、安定的な駆動システムを提供することが可能となる。
By having such a configuration, it is possible to reliably prevent an event such as an abnormal voltage rise in the
1 テーブルロール
2 シャー設備
3 誘導電動機
4 IGBTインバータ装置
5 共通直流母線
6 共通ダイオードブリッジコンバータ装置
7 商用交流電源
8 負荷設備
9 誘導電動機
10 IGBTインバータ装置
11 モータコントロールセンター
12 監視手段
13 PWMコンバータ装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記各第一交流電動機にそれぞれ対応して設けられ、前記第一交流電動機をそれぞれ独立に可変速制御する複数の第一インバータ装置と、
常時力行運転する複数の第二交流電動機と、
前記各第二交流電動機にそれぞれ対応して設けられ、前記第二交流電動機をそれぞれ独立に速度制御する複数の第二インバータ装置と、
前記各第一インバータ装置及び前記各第二インバータ装置に接続された共通直流母線と、
前記共通直流母線に接続され、前記共通直流母線を介して、前記各第一インバータ装置及び前記各第二インバータ装置に直流電源を供給する共通ダイオードブリッジコンバータ装置と、
を備え、
前記第二交流電動機は、前記第一交流電動機の回生運転時に発生し得る回生エネルギーを、力行運転で全て消費できる負荷容量を有することを特徴とする電動機の可変速駆動制御装置。 A plurality of first AC motors for power running and regenerative operation;
A plurality of first inverter devices provided corresponding to each of the first AC motors, each independently controlling the first AC motor at a variable speed;
A plurality of second AC motors that are always in power running,
A plurality of second inverter devices that are provided corresponding to the respective second AC motors and independently control the speed of the second AC motors;
A common DC bus connected to each first inverter device and each second inverter device;
A common diode bridge converter device connected to the common DC bus and supplying a DC power to the first inverter device and the second inverter device via the common DC bus;
With
2. The variable speed drive control device for an electric motor according to claim 1, wherein the second AC motor has a load capacity capable of consuming all the regenerative energy that can be generated during the regenerative operation of the first AC motor in the power running operation.
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電動機の可変速駆動制御装置。 When the regenerative energy that can be generated during the regenerative operation of the first AC motor exceeds the full load capacity of the second AC motor that is always in power running, monitoring means for preventing the operation of the first AC motor;
The variable speed drive control device for an electric motor according to claim 1, comprising:
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2006
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