CN1246751A - 马达驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种不需要后备电源的马达驱动系统,其是将交流电源变换为直流电源,用该直流电源通过转速控制装置驱动马达的马达驱动系统中,通过DC/DC变换器从上述直流电源对不同于上述转速控制装置的外部机器供给控制用电源,本发明不使用后备电源装置就能够进行瞬时停电补偿或停电补偿,在纤维机械中由于能够进行断电后的旋转系统的减速控制,所以可以防止断丝。

Description

马达驱动系统
本发明涉及一种计算机控制的马达驱动系统，特别是关于不需要后备(バックァップ)电源装置的马达驱动系统。
在纤维机械等机械中，为了驱动旋转系统使用了马达驱动系统，其在交流电源上连接开关式稳压器，将通过该开关式稳压器的直流电源用于对马达驱动用的转速控制装置发出控制指令的计算机中。当交流电源上发生瞬时停电或者因停电引起断电时，计算机停止，转速控制装置失去控制，旋转系统随惯性还将暂时旋转。瞬时停电之后，即使电源已经恢复也会产生控制无法恢复等不良情况。另外，对多个不同旋转系统关联动作的机械中，由于旋转系统的惯性不同，使断电之后的旋转量不同，因此可能发生不良情况。为此在计算机控制的马达驱动系统中就需要瞬时停电补偿或停电补偿。
一般来说，所谓瞬时停电被定义为1/2～1周期(10～20ms)的断电，超过这一时间长度以上为停电。由于在纤维机械中要求对0.5～1s的断电进行补偿，因此下面对这样比较长时间的断电也称为瞬时停电，如果比此时间更长，则称为停电。
在现有的马达驱动系统中的瞬时停电补偿是在交流电源端加无停电电源及开关式稳压器，或者在直流电源端加蓄电池，对瞬时停电过程中的计算机和马达的电源进行后备支持。在该后备支持期间，计算机进行判断停电、控制旋转系统使其减速；对多个旋转系统进行同步减速等处理。
在现有的马达驱动系统中，为了瞬时停电补偿或停电补偿，需要具备无停电电源及蓄电池等后备电源装置。但是，为了对频度不高的瞬时停电及停电进行补偿而备有后备电源将会提高成本。
本发明的目的在于解决上述课题，提供一种不需要后备电源装置的马达驱动系统。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种马达驱动系统，其将交流电源变换为直流电源，用该直流电源通过转速控制装置驱动马达，其特征在于：通过DC/DC变换器从上述直流电源对不同于上述转速控制装置的外部机器供给控制用电源。
所记载的马达驱动系统，其特征在于：具有检测上述交流电源断开的断电检测装置，当检测出断电时，通过对上述马达进行减速控制，对上述直流电源进行电力再生。
所记载的马达驱动系统，其特征在于：在供给上述直流电源的共用直流电源总线上连接多个转速控制装置，上述外部机器是通过通信总线连接在多个转速控制装置上的、从这些转速控制装置时常取入马达状态并进行监控的中央控制装置。
所记载的马达驱动系统，其特征在于：上述外部机器是在马达运转过程中将时常运转信号发送给上述转速控制装置的运转信号发送装置。
所记载的马达驱动系统，其特征在于：上述外部机器是时常取入马达检测转速、以运算速度指令值、并对上述转速控制装置时常发出速度指令信号的速度指令信号发送装置。
本发明在将交流电源变换为直流电源，用该直流电源通过转速控制装置进行马达驱动的马达驱动系统中，通过DC/DC变换器从上述直流电源对不同于上述转速控制装置的外部机器供给控制用电源。
也可以具有检测上述交流电源断开的断电检测装置，当检测出断电时，通过对上述马达进行减速控制，对上述直流电源进行电力再生。
在供给上述直流电源的共同直流电源总线上连接多个转速控制装置，上述外部机器也可以是通过通信总线连接在多个转速控制装置上的、从这些转速控制装置时常取入马达状态并进行监控的中央控制装置。
上述外部机器也可以是在马达运转过程中将时常运转信号发送给上述转速控制装置的运转信号发送装置。
上述外部机器也可以是时常取入马达检测转速、运算速度指令值、向上述转速控制装置时常发出速度指令信号的速度指令信号发送装置。
本发明可以发挥如下的优良效果。
(1)不使用后备电源装置就能够进行瞬时停电补偿或停电补偿。
(2)在纤维机械中由于能够进行断电后的旋转系统的减速控制，所以可以防止断丝。
本发明的优点和特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中：
图1是表示适用于本发明的第1实施例的倍捻捻线机(ダブルッィスタ)的马达驱动系统电路图。
图2是图1的转速控制装置的内部构成图。
图3是表示图1的各部分动作的时间波形图。
图4是表示适用于本发明的第2实施例的带导丝辊的纺丝卷取系统的马达驱动系统电路图。
下面参照附图对本发明的第一实施例进行详细说明。
此处，本发明的马达驱动系统适用于倍捻捻线机等多重捻线机捻线机。倍捻捻线机具有多个纱锭，在各纱锭上绕丝的同时，通过锭子旋转在该丝道中对丝加捻。对丝绞合的锭子由每个纱锭无刷马达旋转驱动。绕丝的卷筒由多个纱锭共用的感应马达旋转驱动。由感应马达驱动的卷筒旋转系统具有比较小的惯性；而由无刷马达所驱动的锭子旋转系统，旋转速度大，具有比较大的惯性。
如图1所示，倍捻捻线机上的马达驱动系统由以下部分组成：将三相交流电源1变换为马达电力用的高压直流电源2的AC/DC变换器3；对该高压直流电源2进行分配的DC电源总线4；将该DC电源总线4分出的高压直流电源2变换为电子电路用的低压直流电源5的DC/DC变换器6；由电子电路构成的中央控制装置7；及DC电源总线4上连接的卷取用的转速控制装置8；DC电源总线4连接的各纱锭用的转速控制装置9(9-1、9-2、……、9-N)。通过将DC电源总线4上的直流电源变换为适当频率的马达驱动信号，构成马达驱动控制装置的各转速控制装置8、9可以按所希望的旋转速度驱动马达。10为操作部，用于对通过下述的通信总线14向各转速控制装置发送的参数进行设定等。在卷取用的转速控制装置8上连接有使转轴连接在多个纱锭卷筒上的感应马达11，在各纱锭用的转速控制装置9-1、9-2、……、9-N上连接有与各锭相连接起来的无刷马达12(12-1、12-2、……、12-N)。该无刷马达12具有转子传感器，利用该传感器就可以对旋转速度进行检测、控制。为了在运转过程中任意进行驱动、停止，在各纱锭用的转速控制装置9上安装有手动操作用的开关SW13(13-1、13-2、……、13-N)。另外，在中央控制装置7和转速控制装置8、9之间由通信总线14和控制总线15相互联接。控制总线15从中央控制装置7向转速控制装置8、9一齐传输动作的开始、停止的指令。在初始设定时，通信总线14从中央控制装置7向各转速控制装置8、9传输旋转速度、加速时间等参数，从各转速控制装置8、9向中央控制装置7时常传输旋转速度、马达电流值等状态值。
在AC/DC变换器3内装有当交流电源1降低到规定电压以下时判定为断电的断电检测装置，传输该断电检测信号的断电检测信号线16连接在中央控制装置7和各转速控制装置8、9上。转速控制装置8、9在接收到断电检测信号时，以预先设定的减速度对马达进行减速控制。
图2表示转速控制装置的内部构成。转速控制装置用于对三相无刷马达21进行驱动控制，由以下部分构成：在直流电源输入端a、b间安装的用于稳定的电容器22；将马达21的各相线圈分别引向高电位或低电位的加电流用的晶体管23；与各晶体管23并联反向安装的同步惯性二极管24；检测马达21电流值的电源传感器CT25；检测永久磁铁的马达转子位置的霍尔传感器(ホ-ルセンサ)26；对转速控制装置整体进行控制的CPU27；及存储各设定值的非易失性存储器E2PROM28。CPU27具有：从霍尔传感器26、电流传感器25取入数据的输入口；向各晶体管23输出开关信号的输出口；连接到断电检测信号线、通信总线及控制总线上的通信口。另外，通过该CPU27及存储器28等构成对晶体管23进行开关的控制电路，该控制电路也通过图中未示的DC/DC变换器从DC电源总线4供给控制电压。
下面通过图3说明图1的马达驱动系统的动作。
当交流电源1正常工作时，通过AC/DC变换器3的动作，在DC电源总线4上正确供给高压直流电源2。通过DC/DC变换器6的动作，在中央控制装置7上正确供给电子电路用的低压直流电源5(图3中的正常动作31)。这时，卷取用的转速控制装置8以规定的旋转速度使感应马达11旋转，使连接在转轴上的多个纱锭的卷筒旋转。另一方面，各纱锭的转速控制装置9-1、9-2、……、9-N分别以所需的旋转速度使无刷电动机12-1、12-2、……、12-N旋转，使各纱锭的锭子旋转。这样就可以在各纱锭上卷取纺丝的同时，在该丝道中对纺丝加捻。
另外，交流电源1在正常工作期间，中央控制装置7通过通信总线14向各转速控制装置8、9通知断电时的感应马达11、无刷马达12的减速度，各转速控制装置8、9接受该通知后设定减速控制的比率。
当交流电源1断或者降低到规定电压以下时(图3中断电32)，断电检测装置立即输出断电检测信号16。各纱锭用的转速控制装置9当接收到断电检测信号16时立即以上述设定的比率开始减速控制。这样使无刷马达12开始减速。这时的减速度(图3中的33)比转速控制装置在无控制时的惯性旋转引起的减速度还要大，从而锭子的旋转系统被制动。该制动的能量以无刷马达12作为发电机被变换为电能，通过同步惯性二极管再生为高压直流电源。
如图3所示，高压直流电源不论交流电源的电压是否降低都从锭子的旋转系统得到再生电力而维持电压。锭子的旋转系统惯性比较大，而且例如进行2万转的高速旋转，而且由于台数多，所以可以取得足够的再生电力。同时，在接受高压直流电源供给的DC/DC变换器6上也能维持电子电路用的低压直流电源的电压。从而，中央控制装置7可以继续进行监控马达状态等的动作。
另一方面，卷取用的感应马达11由于卷筒的旋转系统的惯性比较小，所以如果转速控制装置无控制，则旋转速度急速下降。为此对于卷筒未卷取状态的纺丝，锭子过度加捻，将发生断丝。但是，如上所述，由于仍维持高压直流电源及低压直流电源，所以卷取用的转速控制装置8当接收断电检测信号时，立即以上述设定的比率开始进行减速控制。这样，感应马达11被控制减速。这时的减速度(图3中的34)可以比由上述惯性所引起的速度降低还要平缓。在此进行了同步设定，以便锭子的加捻速度和卷筒上的纺丝速度相匹配。此后，锭子的旋转系统停止之后不久，高压直流电源也停止，但是在此期间由于锭子的旋转系统和卷筒的旋转系统是同步减速的，所以可以避免纺丝过度加捻的情况，防止断丝。
例如，经过1秒电源电压也未恢复时，则以完全停电将停止系统，但当1秒以内恢复时，再度开始正常的马达驱动。在本实施例中，由于通过DC/DC变换器6由DC电源总线4供给中央控制装置7的控制用电源，所以在瞬间停电期间也可以连续进行上述马达的状态值监控。
根据本发明的构成，即使发生瞬间停电，不仅转速控制装置，而且可以不使用后备电源就能确保外部机器的控制用电源。上述外部机器包括从转速控制装置时常取入马达状态信号(旋转速度信号等)进行监控的装置，和使转速控制装置正常动作所必需的运转信号及速度指令信号时常发送的装置。另外，转速控制装置至少包括将直流变为交流的变换器部分及对该变换器部分的开关元件进行开关的控制电路。
另外，当检测出断电时，通过对马达减速控制，对直流电源使电力再生，所以AC/DC变换器不必大型化就能进行0.5～1秒的瞬间停电补偿。
下面参照附图详细说明本发明的第2实施例。
在此，本发明的马达驱动系统适用于带导丝辊的纺丝卷取系统。该系统具有多个纱锭，在各纱锭上进行纺丝卷取的同时，在该丝道中通过导丝辊使纺丝延伸。导丝辊通过卷丝送出的多个辊的转速比，对纺丝加以规定的张力。另外，也有在导丝辊内装有加热器，对卷取的纺丝进行加热的情况。
如图4所示，带导丝辊的纺丝卷取系统中的马达驱动系统，分别安装在控制导丝辊的GR控制盘40和络筒机控制盘50中。在GR控制盘40中安装有：以三相交流电源60作为输入的用于驱动控制第一罗拉和第二罗拉的马达45、46的转速控制装置41、42；通过运转信号线61将时常运转信号传送给各转速控制装置41、42的序列发生器(シ-ケンサ)PLC(运转信号输出装置)43；及将从转速控制装置42内的AC/DC变换部42a取出的直流电源变换为电子电路用直流电源DC/DC的变换器44。在转速控制装置41内设置有AC/DC变换部41a。
在络筒机控制盘50中设置有：以三相交流电源60作为输入的对4个马达分别进行驱动控制的转速控制装置51；进行报警处理及络筒机的动作控制等的序列发生器PLC52；通过速度指令信号线63向时常转速控制装置51输出速度指令信号的速度控制装置(速度指令信号输出装置)53；从转速控制装置内的AC/DC变换部51a取出的高压直流电源变换为序列发生器PLC52及速度控制装置53的电子电路用直流电源的DC/DC变换器54。4个马达由横动马达55、接触轴驱动用马达56、主轴马达57、58组成。各马达上安装有转速传感器59，转速传感器59的信号输入到速度控制装置53中。
PLC 43和PLC52通过报警信号/驱动停止信号线62相互连接。
下面说明该马达驱动系统正常时的动作。从三相交流电源60输出的电压供给各转速控制装置41、42、51。各转速控制装置41、42、51全部内装有AC/DC变换部41a、42a、51a，还装有将该AC/DC变换的高压直流电源进一步变换为控制用的低压直流电源的DC/DC变换器。通过该控制用低压直流电源驱动内部的控制电路(为开关用的电路)。速度控制装置53通过各马达上安装的转速传感器59输出的信号，检测各马达的旋转速度，将这些旋转速度与预先设定的目标值相比较，运算出速度指令值。然后，通过速度指令信号线63时常将该速度指令信号输出给转速控制装置51。在图4的例中，各转速控制装置41、42、51内全部装有AC/DC变换部41a、42a、51a。但是也可以像图1的例子那样，在一个AC/DC变换部的直流总线上全部连接各转速控制装置41、42、51。
另一方面，各转速控制装置41、42、51内部分别安装有断电检测装置，时常对断电进行监控，也可以在一个地方检测断电，将断电检测信号传输给各转速控制装置41、42、51。下面说明检测出断电时的动作。
该马达驱动系统在瞬间停电时使卷取动作不停止，继续进行，而在停电时使动作停止。首先，当瞬时停电时，交流电源断开或低于规定电压时，由各转速控制装置41、42、51内安装的断电检测装置检出后，使各马达减速到比预先设定的比正常值更低的旋转速度继续运转。例如当交流电源在1秒以内恢复时，恢复到时常的旋转速度继续运转。当不能恢复时，系统就此全体停止。这样，当检测出断电时，由于对各马达减速，在直流电源上使电力再生。所以不必使AC/DC变换部大型化就能进行0.5～1秒的停电补偿。由于通过GR控制盘40和络筒机控制盘50的控制，各马达同步、减速，所以在瞬时停电过程中加在纺丝上的张力可适当维持。另外，通过各马达的减速，转速控制装置内的AC/DC变换部42a、51a上能量得到再生。因此序列发生器43、52可以得到足够的电力继续动作。
本实施例中，即使发生瞬时停电也可以连续进行速度控制装置53上的速度指令值的运算及对转速控制装置51发出速度指令信号。也可以连续进行由序列发生器52进行的报警处理及络筒机的动作控制。

Claims (5)

1、一种马达驱动系统，其将交流电源变换为直流电源，用该直流电源通过转速控制装置驱动马达，其特征在于：通过DC/DC变换器从上述直流电源对不同于上述转速控制装置的外部机器供给控制用电源。
2、如权利要求1所记载的马达驱动系统，其特征在于：具有检测上述交流电源断开的断电检测装置，当检测出断电时，通过对上述马达进行减速控制，对上述直流电源进行电力再生。
3、如权利要求1所记载的马达驱动系统，其特征在于：在供给上述直流电源的共用直流电源总线上连接多个转速控制装置，上述外部机器是通过通信总线连接在多个转速控制装置上的、从这些转速控制装置时常取入马达状态并进行监控的中央控制装置。
4、如权利要求1所记载的马达驱动系统，其特征在于：上述外部机器是在马达运转过程中将时常运转信号发送给上述转速控制装置的运转信号发送装置。
5、如权利要求1所记载的马达驱动系统，其特征在于：上述外部机器是时常取入马达检测转速以运算速度指令值，并对上述转速控制装置时常发出速度指令信号的速度指令信号发送装置。
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