CN100426648C - 感应电动机的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
一种感应电动机的驱动方法,是在通过从可变电压可变频率变换装置输出对应于运转速度而决定的输出频率的交流电压、驱动多相感应电动机旋转的感应电动机的驱动装置中,执行第1步骤和第2步骤,其中,在第1步骤中,在稳定运转中,在对输出频率从第1频率设定值向比第1频率设定值设定得更高的第2频率设定值进行切换、加速该感应电动机时,该变换装置,在使输出频率向第2频率设定值增大时,将输出电压增大到与通常相比的过电压状态输出;在第2步骤中,其后把输出频率保持在对应于所述第2频率设定值的值并使输出电压返回通常状态。由此,在使已经起动且处于稳定运转状态的感应电动机从当前的转速向比此更高的转速加速时,可缩短加速所需的时间。
Description
技术领域
本发明涉及使用供给感应电动机交流电压的可变电压可变频率变换装置的感应电动机驱动技术,尤其涉及一种使已经起动处于旋转状态的感应电动机、从现在的转速向比现在更高的速度加速时缩短加速所需的时间的技术。
背景技术
在一般的生产机械中,感应电动机被广泛应用在主轴驱动上。例如,纤维机械,特别是在织机中,由于对应投纬速度和织物规格,需要设定织机的转数(也就是织机的转速),所以通过改变被连接在工频电源的感应电动机输出轴上的带轮外径,进行速度设定,但是,近年来,代替工频电源,使用可变电压可变频率变换装置(以下简称变换装置)作为驱动电源,根据转速并通过调节输出频率,进行感应电动机的转速调节。(例如参照专利文献1)另外,对于这样用于织机的变换装置,能够简单地根据预先设定的输出频率和输出电压的比率(所谓V/f比),对应织机的转数,决定要指定的输出频率和输出电压,根据输出的交流电压来调节感应电动机的转速。
但是,在织机的主轴上,连接着打纬装置和经纱开口装置等,织机的主轴的旋转运动,通过运动变换机构变换为打纬运动或经纱开口运动等的摇动运动和往复运动。另一方面,织物有时需要根据织物规格,周期地变换织物组织来进行纺织,根据经纱开口装置的开口运动状态(表示投纬每1次投梭规定的各综框的运动方向的开口模样)或织机的转数,有时会产生很大的振动。为了避免这样的振动,对应织物组织的切换、即经纱开口模样的变化,需要改变输出电动机的速度指令值,改变织机的转数(例如,参照专利文献2)。
另外,在流体喷射式织机中,将乘载于从投纬喷嘴喷射出的喷气中的纬纱、投纬到经纱开口内,但根据织物规格,要对应投纬的投梭数,进行周期地切换纬纱纱种的多色投纬,例如,像毛圈织物那样,有时对应于织物部分(毛圈织物和土布),进行对容易飞动纬纱和与此相反的不易飞动的纬纱之间实行切换投纬的多色投纬。与上述先行技术同样,用具有感应电动机和供给其交流电压的变换装置的主轴驱动部所驱动的流体喷射式织机,可以进一步提高织布生产性,因此,在进行易飞动纬纱的投纬时,通过选择高速度指令(即,高输出频率),使织机主轴以高转速旋转,而在进行不易飞动纬纱的投纬时,为了得到更宽的经纱飞动期间,通过选择能投纬的低速度指令值(即,低输出频率),使其降低到低的转速(例如,参照专利文献3)。
专利文献1:实开昭61-90877号公报(全文说明书第1页~第8页、第1图);
专利文献2:特开平1-229848号公报(第2页~第6页、第1图);
专利文献3:特开平5-78955号公报(第2页~第5页、第1图~第8图)。
在织机中,因为这些情况,按照织物组织和选择纬纱等织造条件的切换,需要对织机的转数进行快速切换,但是在织机的主轴上,连接着打纬装置和经纱开口装置等,具有非常大惯性。因此,例如即使要把织机转数切换到高转数、将输出频率从当前的低值切换到更高值,但还供给的是对应于已变换了输出频率的通常状态的输出电压,在这样的以往的做法中,不能得到充分的加速转矩,存在达到最终的目标转数之前需要很长时间(实际是需要几次投梭)的问题。这样,在转数的变化上需要时间时,对应转数变化过渡期间的织造条件(例如,投纬条件)需要专门设定,象这样的过渡期间的织造条件的设定,实际中会多出现试行错误,难以达到最佳调整。这样的问题,被认为不仅是织机这样的纤维机械,在对使用感应电动机驱动的稳定运转中的转数、需要快速加速的一般产业机械中,同样也存在。
发明内容
本发明的目的,是使已经起动处于稳定运转状态的感应电动机,在从现在的运转速度向比现在更高的转速加速时,把加速所需的时间缩得更短。
因此,作为第1要点,本发明的感应电动机的驱动方法,是在将感应电动机的转速在第1设定转速和比该第1设定转速高的第2设定转速之间进行切换驱动的装置中,即在通过从可变电压可变频率的变换装置向感应电动机的初级绕组输出对应于运转速度而决定的输出频率的交流电压、驱动感应电动机旋转的感应电动机的驱动装置中,执行第1步骤和第2步骤,其中,在第1步骤中,在感应电动机起动并到达所述第1设定转速后的稳定运转中,在对输出频率从与第1设定转速对应的第1频率设定值向比第1频率设定值设定得更高的与第2设定转速对应的第2频率设定值进行切换时,该变换装置,在使输出频率向第2频率设定值增大的同时,将输出电压从在此之前输出的所述初级绕组的星形连接时相应的通常状态增大到三角形连接时相应的过电压状态;在第2步骤中,其后,把输出频率保持在对应于所述第2频率设定值的值,并使输出电压返回星形连接时相应的通常状态。
另外,作为第2要点,本发明感应电动机驱动的另一个方法,是在将感应电动机的转速在第1设定转速和比该第1设定转速高的第2设定转速之间进行切换驱动的装置中,即在通过从可变电压可变频率的变换装置向感应电动机的初级绕组输出对应于运转速度而决定的输出频率的交流电压、驱动感应电动机旋转的感应电动机的驱动装置中,执行第1步骤和第3步骤,其中,在第1步骤中,在感应电动机起动并到达所述第1设定转速后的稳定运转中,在对输出频率从与第1设定转速对应的第1频率设定值向比第1频率设定值设定得更高的与第2设定转速对应的第2频率设定值进行切换时,该变换装置,使输出频率从第1频率设定值向所述第2频率设定值随时间增大,并且,在输出频率到达设定在所述第1频率设定值和所述第2频率设定值之间的值的第3频率设定值之前的期间,将输出电压从在此之前输出的所述初级绕组的星形连接时相应的通常状态增大到三角形连接时相应的过电压状态;在第3步骤中,其后将输出电压返回与所述第2频率设定值所对应的星形连接时相应的通常状态。
在这里,所谓通常状态的输出电压,应该是使作为对象的机械(也就是感应电动机)连续地稳定运转时所供给的电压,在可变电压可变频率变换装置中,这样的输出电压,对于输出频率的比例,例如用V/f比的形式决定。过电压状态的输出电压,被设定为超过对应于输出频率的通常状态的值。
根据上述第1要点和第2要点,在把稳定运转中输出频率从第1频率设定值向设定得比其高的第2频率设定值切换时,该变换装置,在把输出频率增大到第2频率设定值时,把输出电压增大到与通常相比的过电压状态,这样,感应电动机可以产生更大的输出力矩,因此,感应电动机能够快速达到对应于第2频率设定值的速度,但是,因为然后输出电压返回到通常状态的输出电压,所以能使感应电动机以节能模式连续地运转。
对于以上述过压状态进行输出的可变电压可变频率变换装置(以下作为变换装置),除了如V/f比等、根据对应于输出频率的电压指令值输出电压的形式之外,可以考虑根据矢量控制输出电压形式。
对上述第1要点,关于把输出频率从上述第1频率设定值切换到上述第2频率设定值的具体变换方法,可以把输出频率从第1频率设定值在瞬间切换到第2频率设定值。优选的是,在该变换装置中,将对应于上述第2频率指令值的输出电压指令值预先设定为过电压状态,该变换装置,在上述第1步骤时,把输出频率从上述第1频率设定值向所述第2频率设定值进行切换,另外,把输出电压根据对应于所述第2频率设定值的输出电压指令值、切换到过电压状态并输出。
另外,对上述第1和第2要点,关于把输出频率从上述第1频率设定值切换到上述第2频率设定值的另一个变换方法,是能够将输出频率从第1频率设定值按时间变化向第2频率设定值增大。关于此时的以过电压状态进行输出的方式,和上述同样,也可以对应频率的增大而增大电压输出,也可以用取代它的方式,也可以在频率增大期间,按照超过通常状态的输出电压那样,根据一定的比率或者按时间变化增减比率,并根据所决定的输出电压指令值输出。最好是在该变换装置中,预先决定使上述第1步骤时的输出电压指令值、根据上述被增大的输出频率而成为与通常相比的过电压状态的值,该变换装置,在所述第1步骤时,使输出频率从第1频率设定值向第2频率设定值随时间增大,另外,将输出电压根据上述输出电压指令值向过电压状态增大。
所谓矢量控制的变换装置,更具体地说,把输出频率从第1频率设定值向第2频率设定值经时地增大,同时,根据上述感应电动机的矢量控制,可以进行感应电动机的转差补偿和初级电压补偿。如果这样做,与用上述V/F比输出电压的变换装置相比,能够对应感应电动机的运转速度,控制输出频率和输出电压和电流,因此可以实现更稳定地加速。
关于上述第1和第2要点,对于把输出电压从过上述电压状态返回到通常状态的第2步骤和第3步骤来说,在对应于上述第2频率设定值或者上述第3频率设定值中的任意一个过电压状态的输出电压被输出之后,经过规定的期间,可以移到第2步骤或者第3步骤。如果这样做,则能够根据预先考虑机械负载的大小,决定期间长度,在频率设定值的切换时得到稳定的加速力矩。也可以取代它,通过使感应电动机的运转速度达到对应于频率设定值的速度或者其附近的值,转移到上述第2步骤或者上述第3步骤。如果这样做,与感应电动机的负载状况(负荷大小)无关,能够把供给过电压的期间按照所检测到的转速恰当地设定,因此,能够进一步减少感应电动机的发热和功率损耗。另外,根据输出频率的增大,感应电动机的转速的上升中,不会产生很大的延迟,因此取代上述情况,可以根据输出频率达到上述第2频率设定值,移到第2步骤或者第3步骤。另外,对于上述感应电动机的转速,可以使用实测值,或考虑对应于转速的信息,例如将也可以感应电动机的输出电流值和励磁电流之间的关系而求出的该感应电动机的转差频率作为上述运转速度。
优选的是,在上述第2步骤时或者上述第3步骤时中任意一个时候的输出的电压指令值,以按时间以规定的比率变化的方式设定。更好的是,预先决定在上述第1步骤结束时的输出电压指令值,使其成为比对应于上述第2频率设定值的通常状态高的值,且在上述第2步骤时或上述第3步骤时的任意一个时候输出的电压指令值、从上述高值向上述通常状态的值、以规定的减少率降低。最好的是把规定的减少率设定为基于上述感应电动机的二次时间常数的值。感应电动机的二次时间常数,是与电动机的响应性相关的固有的值,因此,能够抑制伴随第2步骤时的输出电压的降低而引起的冲击。另外,在实行上述第2步骤或者上述第3步骤中的任意一个的时候,在使输出电压返回到对应于上述第2频率设定值的通常状态的输出电压时,也可以把输出电压切换到对应于上述第2频率设定值的通常状态的输出电压。
另外,优选在进行过电压状态输出的第1步骤或者其后的第2或第3步骤时,该变换装置,为了把输出电流设定在预先决定的上限值以下,进行限制感应电动机输出力矩的控制。这样做,因为节约了变换装置的输出电流,所以变换装置的容量很小就能满足要求,可以采用更低成本的变换装置。
关于上述感应电机的驱动技术,可以广泛适用在一般的生产机械上,更好的是可以应用在纤维机械、特别是织机上。例如,在织机中,可以在织机运转中切换织布的织造条件,进行所谓的变换纺织。对此,为了进一步提高织布的生产率,需要切换织造条件,同时,改变织机的转速。即使对于这样的机械,通过更迅速地变化转数,与以往的缓慢地变化转数时相比,织机的运转更稳定。
附图说明:
图1是表示应用本发明的感应电动机驱动装置的织机整体构成图。
图2是表示本发明的感应电动机的驱动装置的整体构成图。
图3是表示构成本发明驱动装置第1实施例的控制电路的内部方块图。
图4是表示设定在图3的控制电路中的F/V输出电压图形概念图。
图5是表示本发明驱动装置第1实施例的输出频率和电压输出形式的时序图。
图6是表示本发明驱动装置第1实施例的另一输出频率和电压输出形式的时序图。
图7是表示本发明的驱动装置第1实施例的另一输出频率和电压输出形式的时序图。
图8是表示本发明的驱动装置第1实施例的另一输出频率和电压输出形式的时序图。
图9是表示本发明的驱动装置第1实施例的另一输出频率和电压输出形式的时序图。
图10是表示本发明的驱动装置第1实施例的另一输出频率和电压输出形式的时序图。
图11是表示构成本发明的驱动装置第2实施例的控制电路的内部方块图。
图12是表示构成本发明的驱动装置第1实施例的另一控制电路的内部方块图。
图13是表示在本发明驱动装置的变换装置中主电路的另一构成例方块图。
图中:10-织机,11-纬纱,12-喂纱体,13-纬纱测长装置,14-止动销,15-主喷嘴,16-子喷嘴,17-电磁开关阀,18-调压装置,19-流体供给源,20-织机主轴,21-筘,22-喂纱切断器,23-角度检测器,24-驱动机构,25-设定器,26-选择信号发生器,30-主轴驱动部,31-感应电动机,32-频率指令部,35-可变频率可变电压变换装置(变换装置),36-工频电源,37-变换主电路,38-电流检测器,39-电磁开闭器,40-控制电路,41-加减速运算器,42-积分器,43-F/V变换器,44-电压指令运算器,45-脉冲宽度调制(PWM)运算器,46-比例/积分运算器(P-I运算器),47-设定器,48-指令值控制电路,50-控制电路,51-坐标变换器,52-矢量运算器,53-频率到达检测器,54-加法运算点,55-比较器,56-速度检测器,57-设定器,60-变换装置,61-主电路,62-电抗器,θ-主轴角度信号,θ1-相位角设定值,ω1*、ω1**、1***-频率指令值,ωS-转差频率信号,ωS0-阀值,S0~S5-信号,VL-限制设定值,VC-信号,iL-电流限制值。
具体实施方式
(第1实施例)
以下,对本发明的具体实施方式用附图进行说明。图1是表示纤维机械中的一种织机,更详细地是表示对应投纬投梭数、在进行一种织造条件的纬纱纱种的切换的同时、进行织机的转数切换的多色投纬喷气织机。
在织机10中,具有供给纬纱11的喂纱体12、纬纱测长装置13、设置在其上的止动销14,进而,还具有把纬纱11通过空气喷射进行投纬的主喷嘴15和被配置在纬纱飞动途中的经纱开口内并对飞动的纬纱11用空气喷射辅助的多个子喷嘴16。主喷嘴15,经由电磁开关阀17、未图示的空气罐,连接在例如由电空比例阀等构成的调压装置18上。另外,纬纱飞动的路线内的各子喷嘴16,向着投纬方向分别进行分组,其每个分组经由电磁开关阀17、未图示的空气罐,分别连接在所对应的调压装置18上。各调压装置18、18…,被连接在可以供给压缩空气的共同设置的流体供给源19上。另外,未图示的经纱开口装置、筘21、喂纱切断器22等织机各装置,通过未图示的运动变换机构,连接在织机10的主轴20上。
关于纬纱测长装置13,出示了这样的装置,例如使导纱器旋转并在其鼓轮圆周面上缠绕积存纬纱11,被缠绕的纬纱,通过处于伸出状态的止动销14进行止动。在经纱开口时,根据后面所述的投纬驱动机构24,使止动销14为退回状态,被缠绕的纬纱呈舒解开的状态,另一方面,对各电磁开关阀17、17…进行开闭驱动,从主喷嘴15及各子喷嘴16…16等投纬喷嘴交替喷射出压缩空气,其结果,纬纱11从纬纱测长装置13上舒解开并进行投纬。而且在纬纱11被舒解开规定的圈数时,由投纬驱动装置24,使止动销14为伸出状态,纬纱11被止动,如图所示结束投纬。不久经过了投纬的纬纱11由筘21实行打纬,被喂纱切断器22切断。这样,纬纱11被顺序地织入。而且,在织机1每旋转1圈、根据预先设定的投纬模样、择纬纱进行投纬的多色投纬织机中,纬纱喂纱体12、纬纱测长装置13~止动销14等测长部件,以及主喷嘴15和控制该喷射的电磁开关阀17和调压装置18,按本来的每一个纬纱纱种设置多个,但在图中省略了图示。
另外,在织机10中,为了有选择地投入纬纱,设置了选择信号发生器26以及投纬驱动机构24。这些都连接在设定器25上,另一方面,从被连接在织机主轴20上的角度检测器23输入主轴角度信号θ。另外,在选择信号发生器26及投纬驱动机构24中,通过设定器25,设定投纬条件和用于产生织机每旋转一次的纬纱选择信号S1的选择图形。因此,选择信号发生器26,按照所设定的模样,每当所输入的主轴角度信号θ经过规定的角度时,把纬纱选择信号输出到投纬驱动机构24中。对此,在投纬驱动机构24中,预先设定了与纬纱纱种和织机转速所对应的投纬条件,投纬驱动机构24,根据纬纱选择信号S1,选择与选择纬纱相对应的投纬条件的控制数据,在主轴角度θ到达规定时间时,把对应于选择纬纱的驱动信号输出到止动销14和各电磁开关阀17、17…,这样,能够在纱种所对应的条件基础上进行投纬。
图2是本发明的主要部分,出示的是构成感应电动机的驱动装置的主轴驱动部30。主轴驱动部30,大致地说,具有:发生频率选择信号S0的频率指令部32和可变频率可变电压变换装置35,其中,变换装置35,把对应于频率选择信号的输出频率的交流电,供给到其输出轴被连接在织机主轴20上的三相感应电动机31中。
频率指令部32,具有上述选择信号发生器26和与其相连接的设定器25,选择信号发生器26,被设置为例如兼作把纬纱选择信号S1输入到上述投纬驱动机构24中的装置。选择信号发生器26,通过与其相连接的设定器25,决定对应于投纬投梭计数值的频率的选择信息并设定频率选择图形。因此,当织机主轴20旋转一圈并达到规定的角度时,选择信号发生器26,根据选择图形,发生对应投梭计数值的频率选择信号S0,并输出到后面所述的控制电路40中。
变换装置35,包括变换主电路37、电流检测器38和变换控制电路40,其中,变换主电路37,由将用二极管整流器和平滑电容器把工频电源36的交流电压变换为直流电压并把该直流电压变换为交流电压的晶体管和二极管的反相并联电路以桥式连接而构成;电流检测器38,由检测该变换主电路37的输出电流的分流电阻等构成;变换控制电路40,具有:对上述晶体管,例如根据PWM控制而产生能通断的基本驱动信号,以此从变换主电路37输出所期望的电压、频率的交流电压的控制功能,和当超过预先决定的电流检测器38的检测值的上限值(例如,变换主电路37的额定电流值的大约150%)时、为了输出该上限值以下的电流而把变换主电路37的输出电压引出的限流功能;以上,构成所谓可变电压可变频率变换装置。另外,变换装置35的输出,通过导通状态的电磁开闭器39,与初级绕组、例如三角形连接的三相感应电动机31连接。
图3是表示图2所示的变换控制装置35中的变换控制电路40的内部的方块图。
控制电路40,具有加减速运算器41、积分器42及接受F/V变换器43的输出的电压指令运算器44、PWM运算器45、比例/积分运算器(P-I运算器)46、指令值控制电路48以及与它们连接的设定器47。
指令值控制电路48,是对被连接的各控制器输出控制数据、或对应频率切换而输出各种指令的单元。加减速运算器41,具有以下功能,即,对于从指令值控制电路48设定的、供给感应电动机31的频率指令值ω1 *,根据预先决定的频率增加率或频率减少率进行增减,最终输出和频率指令值ω1 *相等的频率指令值ω1 **,同时,在后面所述的稳定运转中的感应电动机31的加速时,以电流检测器38的检测值不超过从指令值控制电路48输出的电流限制值(上限值)iL、由比例/积分(P-I)运算器46导出加速时间τ’并输出对应于该加速时间τ’的增加率的频率指令值ω1 **。从该加减速运算器41输出的频率指令值ω1 **,被输入到积分器42及F/V变换器43中。积分器42,把对所输入的频率指令值ω1 **进行时间积分而求出的相位角设定值θ1、输出到电压指令运算器44中,另外,F/V变换器43,将按照输入的频率指令值ω1 **和预先决定的V/f比(V/f图形)确定的电压设定值|V|输出到电压指令运算器44中。电压指令运算器44,把输入的这些相位角设定值θ1和电压设定值|V|变换为感应电动机31的各相电压指令值V*,从脉冲宽度调制(PWM)运算器45,把对应于各相电压指令V*的通·断驱动信号作为基本驱动信号,供给组成变换主电路37的各个晶体管。
另外,在设定器47中,对于在感应电动机31在起动时和停止时又再起动后的稳定运行期间,输入用于输出频率或输出电压控制的所需的控制数据。作为起动时的控制数据,例如有起动时输出频率的增加率或停止时输出频率的减少率等,作为起动后稳定运行期间的控制数据,可设定例如将对应于由机械选择的运转速度(转速)所决定的多个频率设定值、输出电压、从上述切换指令发生时起以过电压状态输出的第1期间长度(d1、d2),和然后用于返回通常状态的第2期间长度(d3),除此之外,还可设定将经过第1期间的作为输出电压指令值的电压限制值VL设定为过电压状态而形成的第1输出电压图形,或将经过第2期间的作为输出电压指令的电压限制值VL、以从上述过电压状态的值降到通常状态的值那样设定而构成的第2输出电压图形。
下面,对图3所示的方块构成的动作,一边参照图4所示波形图一边进行如下说明。本实施例出示的是使用一边对不易飞动的纬纱C1进行投纬、一边以低转速R1旋转的多色投纬织机,把纬纱切换成易飞动的纬纱C2,同时,将感应电动机的转速(换句话说是织机主轴的转速)变换到比R1高的转速R2的过程,更详细地说,是进行第1步骤和第2步骤的例子,在第1步骤中,将变换装置的输出频率,从对应于转速R1的第1频率设定值f1向对应于转速R2的第2频率设定值f2、以规定的增加率按时间缓慢增大,另外,进行将输出电压以高于通常的过电压状态缓慢增大并输出;然后,在第2步骤中,把输出频率维持在第2频率设定值f2,同时将输出电压、以规定的减少率向通常状态的输出电压缓慢地降低。
在图4中出示了首先在选择不易飞动的纬纱C1的状态下、不进行频率选择信号切换的状态。该状态下,织机为了对不易飞动的纬纱C1进行投纬,则需要更长的投纬时间,频率选择信号S0以OFF状态从频率指令部32输出,另外,变换装置35,以对应于频率选择信号S0的OFF输出的低转速R1所对应的输出频率f1,且为了输出通常状态的电压,如后面所述的图5所示那样,根据预先决定的V/f图形P2,输出电压为V1n的交流电压。
而且,在织机中,如果纬纱C1进行了规定的投梭次数的投纬,则选择信号发生器26应该根据所储存的选择图形,发出向易飞动的纬纱C2切换和向转速R2切换指令,在t1时刻,把纬纱选择信号S1作为所对应的输出,另一方面,把频率选择信号S0输出为ON。于是,指令值控制电路48,把作为切换后的频率指令值的第2频率设定值f2作为频率指令值ω1 *,输出到加减速运算器41,另一方面,按照应该把输出电压以过电压状态输出的预先设定的输出电压图形PT1,把输出电压的限制设定值VL,从对应于第1频率设定值f1的通常状态的值V1n随时间向过电压状态的值V20增大。由于用比例/积分(P-I)运算器46导出使检测变换装置35的输出电流的电流检测器38的检测值、不超过从指令值控制电路48输出的电流限制值iL的加速时间τ’,所以,加减速运算器41,以对应于该加速时间的增加率,将频率指令值ω1 **经过第1期间d1并增大和输出,这样,使变换装置35的输出频率和输出电压,按照上述规定的增加率慢慢增大,使感应电动机加速。
而且,当变换装置35的输出频率达到切换后的第2频率设定值f2时(t3时刻),加减速运算器41,中止以后的频率指令值ω1 **的增大,另外,指令值控制电路48,根据输出电压图形PT1中止限制设定值VL的增大。这样,实行了从时刻t1到时刻t4的第1步骤。而且,在从时刻t3经过若干时间的时刻t4到时刻t5的期间d3,给感应电动机31供电的变换装置35,其输出频率保持在上述第2频率设定值f2,同时按照输出电压图形PT1,根据只把输出电压从指令值控制电路48输出的限制设定值VL,如图所示,从过电压状态的值V20慢慢地向通常状态的值V2n降低。如上述那样,经过从时刻t4到时刻t5的期间d3,实行第2步骤。以后感应电动机31处于节能方式的运行状态。
这样,从第1期间d1、d2到第2期间d3,预先通过设定器47来设定被使用的输出电压图形PT1,使得作为输出电压指令值的限制设定值VL,在期间d1,从第1频率设定值f1以一定的增加率增加到第2频率设定值f2,另外,使得在期间d2维持值V20,还使得在以后的期间d3从值V20向值V2N以规定的减少率降低。也可以根据期间长度d1、d3来决定增加率和减少率,也可以根据电机二次时间常数等感应电动机的特性来决定的增加率和减少率,并以此决定期间长度d1、d2、d3,输出电压的图形就不用具体地说了。另外,在上述例子中,是根据作出的输出电压图形、使输出电压指令值变化的例子,也可以考虑例如使用时间函数而不依赖图形的指令值输出。
另外,图示的期间长度d1和d2,只要与实际的转速的达到状况相一致地进行调整既可。另外,对于输出电压图形,代替图示的图形PT1,也可以用从频率增大的起始点,以过电压输出方式的图形设定(图示点线PT2)。更详细地说,在指令值控制电路48中,如图5所示,预先设定的两个V/f图形,即,对应于通常状态的V/f图形P2和对应于过电压状态的图形P3,根据随着选择信号S0的发生而选择的图形P3,通过输出限制设定值VL可以实现。如果这样,则能够在频率切换的同时,可设定过电压状态,这样能够得到更高的加速力矩。但是,按照这样的设定,相反地,通过变换的输出电流达到预定的电流限制值,在输出频率和输出电压的增大量被限制的时候,可避免这样设定,按照前面所述的图5实线所示那样,从通常状态的值V1n开始增大是理想的。
另外,上述例子,是将变换装置35的输出电流限制在电流限制值iL的电路构成例,但电流限制值也可以任意设定,另外,作为限制值,也可以是设计的规定的值。在图4中,作为参考用点划线表示在以往进行频率切换时、与增大的频率相对应、以通常状态输出的变换输出电压和此时的感应电动机转速之间的关系。如图所示,即使假设以相同的加速率增大频率,达到目标转速R2的时间,在以往技术中,也是如图示期间C2那样长,但根据本发明,因为供给过电压,更加提高了感应电动机的输出力矩,其结果,更缩短为图示期间C1。
在作为纤维机械的一种的织机中,为了消除随着运转开始时的打纬转矩不足的厚薄段,更快地达到感应电动机的转速,采用将感应电动机的初级线圈开始时作为三角形连接,稳定运转时作为星形连接进行运转的感应电动机。对于这样的感应电动机,在对输出频率进行上述切换时,虽然最好把过电压状态的限制电压值VL设为通常状态的电压值的倍,但在超过1倍且在电动机的发热影响等不发生范围内,可以任意设定。另外,在这样的织机起动时,虽然最好采用本申请人已经申请的专利特願2002-267779号的技术,但在需要设定对应于织物规格的织机运转速度(感应电动机的转速)的时候,当然可以并用本发明的技术。
对于上述实施例,例如,在从第1频率设定值向比它更高的第2频率设定值切换时,输出频率和输出电压随时间而增大,对于使其增大方法可以考虑各种形式。
对于上述第2步骤的开始时期,在上述图4中,在经过同时进行频率的增大和输出电压的增大的期间d1、频率和输出电压一起被维持的期间d2之后,把输出电压降低,但只要转速跟踪输出频率的增大而迅速使转速增大到超过旋转速度R2的状态,就能够缩短这样的期间d2。例如,如图6所示,如果输出频率增大完毕,也可以使输出电压立刻降低。而且,还可以比这个更快,例如,如图7所示,从到达设定在第1频率设定值f1和第2频率设定值f2之间的第3频率设定值f3时刻开始,就可以开始使输出电压从过电压状态返回通常状态的动作。这样的第3频率设定值f3,可以是f1和f2的平均值以上的值,最好是不到f2的、在其附近的值。
对于在上述第1步骤中输出频率的增大状态,在图4中,经过期间d1以一定的增加率而增大,但也可以在频率选择信号S0发生的同时,从第1频率设定值f1向第2频率设定值f2切换。这时的输出电压增大的方法,可以考虑例如图9所示,在切换输出频率的同时,把输出电压在过电压状态下的值V20在一定期间输出的形式,或如图8所示从切换时开始,以一定的增加率把输出电压向过电压状态的值V20增大输出的方式。相反,如图10所示,使输出频率经过期间d1慢慢增大,另外,也可以把输出电压切换到过电压状态V20输出。另外,象这样的过电压状态的值V20,只要是比通常状态的值V2N大即可。
而且,在图示的实施例中,使频率的增加率随时间以一定的增加率增大,但也可以例如使频率的增加率慢慢地增大,使增加率随时间变化。另外,象图示的实施例那样,也可以取代使输出电压(限制设定值)随时间以一定的减少率减少,采用慢慢地增大减少率或者在最初把减少率设定为较大、再使其随时间减少的形式等,设为随时间变化的减少率。另外,对于上述频率的增大或减少以及输出电压的增大或降低,也可以取代使其随时间连续地增大或减少,而以阶段性地增大或减少。另外,在第1步骤结束后,按照上述那样,取代使输出电压按时间以规定的比率变化,也可以切换到对应于第2频率设定值f2的通常状态的值输出。
另外,对第2步骤的开始时期,由自选择信号输出ON之后的时间进行控制,但也可以由主轴角度信号进行控制。更较好的是,根据检测出感应电动机转速的到达,开始降低输出电压。对于这样的例子,例如如图12所示,在指令值控制电路48中,另设比较器55。比较器55,把从连接在感应电动机31的输出轴上的速度检测器56的输入的速度信号S3,与第2频率设定值f2相对应,并通过与设定在设定器47中的阀值S4进行比较,产生逻辑信号S5。也可以这样根据逻辑信号S5的产生来检测转速的到达。对于转速的检测方法不局限于速度的实测,也可以使用转速和能够当作实质的运算值(后面所述的转差频率)。
(第2实施例)
对于变换装置,除了通过所谓的V/f来控制输出电压的形式的装置之外,也可以使用通过矢量运算来进行控制型的装置。图11出示了使用了这样的变换装置的控制电路50内部方块图,更详细地说,出示的是作为感应电动机31的转速,检测出转差频率ωS,并通过使转差频率ωS对应于变化后的频率设定值并超过所决定的规定值ωS0,可返回通常状态电压的电路。而且相对于图3,追加了矢量运算器52、坐标变换器51、以及具有和上述比较器55同样功能的转差频率到达检测器53,对于除此以外部分,因为和图3所示的部分的功能相同,所以附与相同的符号并省略说明。
在控制电路50中,相对于图3,还具有坐标变换器51、矢量运算器52和转差频率到达检测器53,其中,坐标变换器51,对电流检测器38的检测值进行根据由积分器42生成的相位角设定值θ1的坐标变换,分解出与感应电动机31的励磁电流同相位的电流成分id和与力矩电流同相位的电流成分iq;矢量运算器52,根据该励磁电流成分id和力矩电流成分iq和上述输入的电压设定值|V|以及预先通过设定器47输入的感应电动机31的电气常数,用众所周知的技术,计算出转差频率ωS;转差频率到达检测器53,把转差频率ωS与从指令值控制电路48送出的稳定运行时的转速所对应的阀值ωS0进行比较,在转差频率ωS达到阀值ωS0时,把速度到达信号S2输出到指令值控制电路48。
在加减速运算器41和积分器42以及F/V变换器之间,设置加法运算点54。在加法运算点54的一方的输入端子上输入从加减速运算器41输出的频率指令值ω1 *,在另一方的端子上输入从矢量运算器52输出的转差频率信号ωS,加法运算点54,把这些相加结果作为ω1 ***输出到积分器42和F/V变换器43。这样,根据转差频率ωS的增加,频率指令值ω1 ***增大,另外,将根据矢量运算求得的信号Vc,供给F/V变换器43,其结果,控制电路50,对应于感应电动机转速的状态,进行控制输出频率和输出电压的众所周知的矢量控制。而且,在进行矢量控制的基础上,最好再进行一次电压补偿,或者转差频率修正。这样,感应电动机的转速能够设定控制在更高精度。
另外,在转差频率到达检测器53中,除了选择信号S0以外,还要输入在矢量运算器52中计算出的转差频率ωS和指令值控制电路48输出的用于比较的阀值ωS0,把该比较结果作为信号S2输出到指令值控制电路48中。因此,从产生信号S0之后,在感应电动机的转速所对应的转差频率ωS达到考虑第2频率设定值f2而设定阀值ωS0时,转差频率到达检测器53,把该目的的逻辑信号S2输出到指令值控制电路48,所以指令值控制电路48,把转速作为达到目标阀值,之后开始把限制设定值VL从过电压状态的值V20向通常状态的值V2n按时间降低的动作。这样,就可以实行根据感应电动机的转速的到达,输出电压返回通常状态值的第2步骤。
这样,根据检测感应电动机的转速、实行第2步骤,例如,可以把图4所示的转速的超调量做到很小。这样,对于和转速相对应进行第2步骤的装置,不限于如第2实施例那样、把矢量控制作为前提的变换装置,也可应用根据上述第1实施例所示的由V/f比控制形式的变换装置。更具体地说,在这样装置的控制电路内,也可以构成第2实施例的检测转差频率装置。另外,对于这样的转速的阀值,可以设定与第2频率设定值f2对应的值或者其附近的值。
关于上述实施例,可以进行以下变形。关于频率指令信号的输出形式,在上述实施例中,是以两个转速切换为例,但设定转速可以是3个以上。另外,在使转速向加速方向变化时,对应该转速的变化量,可以考虑应用本发明,也可以只在转速的变化量大的时候,输出上述过电压的电压。这样更节能。
另外,对于频率指令部32的频率指令形式,虽然输出频率选择信号,但也可以取代频率选择信号输出,例如输出模拟量或者数字量信号的频率指令值,这时也可以对在变换装置35侧、频率指令值随时间的变化程度进行解析,判别向加速方向的变更,实现相应的过电压输出,不详细限定从频率指令部32输出的指令形式。
在上述实施例中,例举的是把感应电动机31的初级线圈作为三角形连接、接在变换装置35上的例子,但是也可以把初级线圈构成星形连接。例如,在感应电动机的起动时,对初级线圈过电压供电时,需要供给比工频电源电压的峰值高的电压,这时,将变换装置,例如可以按照图13那样构成。如图13所示,变换装置60的主电路61,通过电抗器62,从图示的二极管向电容器供电,这样,单相工频电源36的峰值电压被升压到2倍并输出到电容器,构成所谓的倍压电路。关于供电的工频电源,不局限于单相,也可以用三相等多相电源构成。另外,取代上述构成的主电路61、电抗器62,也可以考虑,或者使用公知的断续开关电路产生高电压。另外并不局限于这样方法,还可以考虑例如或者将变换装置35、60的输入额定电压设定为工频电源的几倍,或者把供给变换装置35、60的电压通过未图示的变压器升压,供给图示的电容器等各种方法。
对于上述变换装置的控制方式,一般,除了控制流入感应电动机的电流方式、即被称为电流型的方式外,还可考虑控制外加在感应电动机上的电压的方式、即被称为电压型的方式这两个中的任一种。在上述电压型方式的时候,可以是使直流电压可变的方式的PAM方式、晶体管的开关脉冲宽度可调的PWM方式中的任一个,对于后者是更合适的方式,作为平均电压更接近正旋波地使晶体管的开关脉冲宽度可变的方式的疑似正旋波PWM方式。无论对那种情况,本发明的输出电压,被断续开关输出的电压不是指所谓的峰值,而是指平均值(有效值)。
如上述图3,如图11所示,控制电路40、50,可以是由按各功能分开的多个控制器(例如,加减速运算器41、积分器42、…)构成,将这些功能由软件统一处理,例如,用由存储器、微处理器等构成的、一个以上控制器进行处理。
另外,本发明是以纤维机械织机为前提,围绕纬纱纱种切换作为织造条件的切换进行的,但也可以适用对应除此之外的织造条件等的转速切换条件。对于这样的织造条件来说,除了根据纬纱到达时序快慢与变换织机转速等的投纬相关之外,还可以考虑根据经纱开口装置的开口运动状态变换转速条件等。而且在调整运转中,因进行转数变换的运转频率设定值在从低值到高值变换时,也可以实行上述输出电压为过电压状态的本发明。
本发明在不脱离上述宗旨的范围内,可以进行各种变形。不局限于纤维机械,在一般的感应电动机驱动的产业机械中,可以广泛适用于需要使作为机械起动后驱动源的感应电动机的转速快速变化的情况。
Claims (10)
1、一种感应电动机的驱动方法,是在将感应电动机的转速在第1设定转速和比该第1设定转速高的第2设定转速之间进行切换驱动的装置中,即在通过从可变电压可变频率变换装置向感应电动机的初级绕组输出对应于运转速度而决定的输出频率的交流电压、驱动感应电动机旋转的感应电动机的驱动装置中,其特征在于:
执行第1步骤和第2步骤,其中,在第1步骤中,在感应电动机起动并到达所述第1设定转速后的稳定运转中,在对输出频率从与第1设定转速对应的第1频率设定值向比第1频率设定值设定得更高的与第2设定转速对应的第2频率设定值进行切换时,该变换装置,在使输出频率向第2频率设定值增大的同时,将输出电压从在此之前输出的所述初级绕组的星形连接时相应的通常状态增大到三角形连接时相应的过电压状态;在第2步骤中,其后把输出频率保持在对应于所述第2频率设定值的值,并使输出电压返回星形连接时相应的通常状态。
2、根据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,在该变换装置中,将对应于所述第2频率设定值的输出电压指令值即与所述被增大的输出频率对应的所述初级绕组的三角形连接时相应的值预先设定为过电压状态的值,该变换装置,在所述第1步骤时,把输出频率从所述第1频率设定值向所述第2频率设定值进行切换,另外,把输出电压根据对应于所述第2频率设定值的输出电压指令值、切换到过电压状态并输出。
3、根据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,在该变换装置中,将所述第1步骤时的输出电压指令值即与所述被增大的输出频率对应的所述初级绕组的三角形连接时相应的值预先设定为过电压状态的值,该变换装置,在所述第1步骤时,使输出频率从第1频率设定值向第2频率设定值随时间增大,另外,将输出电压根据所述输出电压指令值向过电压状态增大。
4、根据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,在所述第1步骤时,该变换装置,使输出频率从所述第1频率设定值向第2频率设定值随时间增大,同时根据所述感应电动机的矢量控制,进行感应电动机的转差补偿和初级电压补偿。
5、根据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,该变换装置,在输出对应于所述第2频率设定值的过电压状态的输出电压之后,根据经过规定的期间,转入所述第2步骤。
6、据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,该变换装置,在输出对应于所述第2频率设定值的过电压状态的输出电压之后,根据感应电动机的转速到达对应于所述第2频率设定值的速度或者其附近值,转入所述第2步骤。
7、根据权利要求6所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,在所述第1步骤的实行中,将从向感应电动机的输出的电流值和励磁电流之间的关系而求出的该感应电动机的转差频率,作为对应于感应电动机的所述转速的值进行检测。
8、根据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,该变换装置,根据输出频率到达所述第2频率设定值,转入所述第2步骤。
9、根据权利要求1所述的感应电动机的驱动方法,其特征在于,预先决定为,所述第2步骤开始时的输出电压指令值作为与所述第1步骤结束时的输出电压指令值即第2值相同的值即第3值,另外,所述第2步骤结束时的输出电压指令值作为对应于所述第2频率设定值的所述初级绕组的星形连接时相应的第4值,且在所述第2步骤时,将输出频率维持为所述第2频率设定值且使输出电压指令值从第3值向第4值随时间以规定的减少率降低。
10、一种感应电动机的驱动方法,是在将感应电动机的转速在第1设定转速和比该第1设定转速高的第2设定转速之间进行切换驱动的装置中,即在通过从可变电压可变频率变换装置向感应电动机的初级绕组输出对应于运转速度而决定的输出频率的交流电压、驱动感应电动机旋转的感应电动机的驱动装置中,其特征在于:
执行第1步骤和第3步骤,其中,在第1步骤中,在感应电动机起动并到达所述第1设定转速后的稳定运转中,在对输出频率从与第1设定转速对应的第1频率设定值向比第1频率设定值设定得更高的与第2设定转速对应的第2频率设定值进行切换时,该变换装置,使输出频率从第1频率设定值向所述第2频率设定值随时间而增大,并且,在输出频率到达设定在所述第1频率设定值和所述第2频率设定值之间的值的第3频率设定值之前的期间,将输出电压从在此之前输出的所述初级绕组的星形连接时相应的通常状态增大到三角形连接时相应的过电压状态;在第3步骤中,其后将输出电压返回与所述第2频率设定值所对应的星形连接时相应的通常状态。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081015 Termination date: 20151008 |
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EXPY | Termination of patent right or utility model |