JP3551623B2

JP3551623B2 - Inverter system

Info

Publication number: JP3551623B2
Application number: JP15469696A
Authority: JP
Inventors: 勝之渡邉
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-06-17
Also published as: JPH1014288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共通の直流電源を持つ複数台の電圧形インバータで複数台のモータを運転するインバータシステムに係り、特に瞬時停電が発生したときの制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数台のインバータによってそれぞれ１台又は複数台のモータを運転するにおいて、設備の効率化のために、１台の直流電源を各インバータの共通の直流電源とするシステム構成が採られることがある。
【０００３】
このシステムの直流電源は、一般に交流電力を整流によって所期の電圧で所期の電流容量を持つ直流電力に変換する。
【０００４】
システムの運転中において、直流電源の電源になる交流電源（例えば商用電源）に停電が発生した場合、従来の制御方式は、直流電源の出力電圧がインバータの動作が可能な最低レベルになるまではそれまでの運転状態を継続し、この間に復電しないで直流出力電圧が最低レベルよりも低くなった場合にはインバータの運転を中断し、モータをフリーラン状態として自然に減速・停止させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の停電対策は、各インバータに接続されたモータ及びモータ負荷（機械系）の慣性モーメントや負荷トルク、回転角速度が同じになるシステムでは有効である。
【０００６】
しかしながら、モータや機械負荷の大きさが運転状態によって異なり、モータのフリーラン状態での減速時間にバラツキを生じるため、各モータの協調した減速・停止が得られない。
【０００７】
このため、例えば、生産ラインの工程に設けられる複数台のモータをそれぞれインバータで運転するシステムでは、各モータの減速・停止のバラツキが生産ライン上の製品の渋滞や破損を起こす恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、停電発生時に各モータの減速・停止をバランスさせる制御方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、停電発生時に各モータの回転数を同じ比率で減速させることにより慣性や回転角速度の大きなモータ及びその負荷から慣性エネルギーを電気エネルギーとして回収（電力回生）し、この回生で慣性や回転角速度の小さなモータへ直流電源を介して供給することで直流電源電圧を一定にしながら各モータをバランスさせた運転及び減速・停止を得るものであり、
共通の直流電源を持つ複数台の電圧形インバータで複数台のモータを運転し、前記直流電源に停電が発生したとき、前記各モータ及びその負荷の慣性エネルギーを前記各インバータを通した前記直流電源への回生によって該直流電源の電圧を一定にする制御状態で各モータの速度を同じ比率で減速させる停電制御手段を備えたインバータシステムにおいて、
前記停電制御手段は、停電発生時に制御周期毎の前記直流電源の電圧と設定電圧の偏差ＥＶ及び該偏差の変化量ΔＥＶに応じて前記各インバータの周波数指令の減速補正信号Δｆをファジイ推論で求め、この補正信号Δｆを積分した値Ｋ _f を減速係数として該周波数指令を乗算補正することを特徴とする。
【００１１】
また、前記停電制御手段は、前記偏差ＥＶ及び変化量ΔＥＶに応じた前記減速補正信号Δｆを予めファジイ推論で求めて二次元テーブル化しておき、この二次元テーブルから前記偏差ＥＶ及び変化量ΔＥＶの状態に応じて前記減速補正信号Δｆを求めることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示すシステム構成図である。Ｎ台のＰＷＭインバータは、主回路１_１〜１_ＮとＶ／Ｆ一定制御の制御回路２_１〜２_Ｎで構成され、共通の直流電源になる整流器３に得る直流電力をＰＷＭ波形の交流電力に変換してモータ（誘導機又は同期機）４_１〜４_Ｎを駆動する。
【００１３】
制御回路２_１〜２_Ｎは、あらかじめＶ／Ｆパターンを設定しておき、システムコントローラ５からの周波数指令ｆ_１〜ｆ_ｎによってＶ／Ｆ一定のＰＷＭ波形信号を得る。
【００１４】
システムコントローラ５は、制御回路２_１〜２_Ｎへの周波数指令ｆ_１〜ｆ_ｎを周波数指令発生部６により周波数指令ｆ_１０〜ｆ_ｎ０として発生する。また、システムコントローラ５は、停電発生時に各モータの周波数指令ｆ_１０〜ｆ_ｎ０をファジイ推論で補正する停電制御部７を設ける。
【００１５】
停電制御部７は、整流器３の交流電源の停電を検出する停電検出器８からの停電検出信号で停電制御を開始し、ファジイ推論によって直流電源電圧を一定にしながら各モータをバランスさせた運転及び減速・停止を得るための周波数補正制御を行う。
【００１６】
このため、停電制御部７は、制御周期毎に整流器３の直流電圧Ｖ_ｄｅｔを取り込み、この電圧Ｖ_ｄｅｔと直流電圧設定値Ｖ_ｓｅｔとの偏差ＥＶを比較部７_１で求め、この偏差ＥＶと１制御周期前の偏差ＥＶとの差分演算を行う比較部７_２で制御周期毎の変化量ΔＥＶを求める。
【００１７】
そして、これら比較部７_１及び７_２からの偏差ＥＶ及び変化量ΔＥＶをファジイ推論演算部７_３に取り込み、ファジイ推論演算部７_３のファジイ推論によって直流電圧を一定に維持するために必要な周波数低減量になる減速補正信号Δｆを制御周期毎に得る。
【００１８】
ファジイ推論演算部７_３からの減速補正信号Δｆは、積算部７_４によって制御周期毎に積算する。この積算部７_４に得る積分値Ｋ_ｆを掛算部７_５によってそれぞれの周波数指令ｆ_１０〜ｆ_ｎ０に乗算して制御回路２_１〜２_Ｎへの周波数指令ｆ_１〜ｆ_ｎとする。
【００１９】
これにより、停電制御部７は、停電発生時にモータや機械負荷の大きさにバラツキがある運転状態にあっても、慣性や回転角速度の大きなモータ及びその負荷から慣性エネルギーを電気エネルギーとして電力回生し、この回生で慣性や回転角速度の小さなモータへ直流電源を介して供給することで直流電圧を一定にするために必要な各モータの減速補正信号Δｆをファジイ推論により得、その積分値Ｋ_ｆにしたがって各インバータへの周波数指令を同じ比率で低減させ、各モータ４_１〜４_Ｎの速度をバランスさせながら低下させ、最終的には速度をバランスさせた状態で停止させる。
【００２０】
また、停電によるバランスさせた減速途中で復電した場合にはファジイ推論により直流電圧を一定にするために必要な各モータの減速補正信号Δｆを得、同じ比率で周波数指令を上昇させ、各速度をバランスさせながら正規の速度になる運転状態に戻す。
【００２１】
上記のファジイ推論演算部７_３によるファジイ推論は、予め設定されるメンバーシップ関数とファジイルールに基づいて制御周期毎の周波数補正信号Δｆを荷重平均で求めるもので、この推論方法を以下に詳細に説明する。
【００２２】
図２の（ａ）及び（ｂ）は、２つの入力信号ＥＶ及びΔＥＶに対する前件部メンバーシップ関数を示し、ＮＢ，ＮＳ，ＺＲ，ＰＳ，ＰＢの５つのグレードへの評価の度合い（メンバーシップ値）として０．０〜１．０の三角形型で表現した関数である。なお、後に示すものを含めた７つのグレードＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＲ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢの意味は、以下の通りである。
【００２３】
ＮＢ：負に大きい、ｎｅｇａｔｉｖｅｂｉｇ
ＮＭ：負に中くらい、ｎｅｇａｔｉｖｅｍｅｄｉｕｍ
ＮＳ：負に小さい、ｎｅｇａｔｉｖｅｓｍａｌｌ
ＺＲ：ほぼ零、ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｉｙｚｅｒｏ
ＰＳ：正に小さい、ｐｏｓｉｔｉｖｅｓｍａｌｌ
ＰＭ：正に中くらい、ｐｏｓｉｔｉｖｅｍｅｄｉｕｍ
ＰＢ：正に大きい、ｐｏｓｉｔｉｖｅｂｉｇ
また、各グレードへのメンバーシップ値は、以下の変数で表す。
【００２４】
ＥＶのメンバーシップ値：ＨＮＢ，ＨＮＳ，ＨＺＲ，ＨＰＳ，ＨＰＢ
ΔＥＶのメンバーシップ値：ＱＮＢ，ＱＮＳ，ＱＺＲ，ＱＰＳ，ＱＰＢ
下記表は、ファジイルールを示し、２つの入力信号ＥＶとΔＥＶの状態に応じて周波数補正信号Δｆをどのように変化させるかを決定する。
【００２５】
【表１】

【００２６】
ファジイ推論演算部７_３は、２つの入力信号ＥＶとΔＥＶに対する２５通りのファジイルールから７つのグレードへのメンバーシップ値ＺＮＢ，ＺＮＭ，ＺＮＳ，ＺＺＲ，ＺＰＳ，ＺＰＭ，ＺＰＢを以下の演算から求める。
【００２７】
【数１】
ＺＮＢ＝ＱＮＢ＊（ＨＮＢ＋ＨＮＳ）＋ＱＮＳ＊ＨＮＢ
ＺＮＭ＝ＱＮＢ＊（ＨＺＲ＋ＨＰＳ＋ＨＰＢ）＋ＱＮＳ＊ＨＮＳ＋ＱＺＲ＊ＨＮＢ
ＺＮＳ＝ＱＺＲ＊ＨＮＳ＋ＱＮＳ＊（ＨＺＲ＋ＨＰＳ＋ＨＰＢ）
ＺＺＲ＝ＱＺＲ＊ＨＺＲ
ＺＰＳ＝ＱＺＲ＊ＨＰＳ＋ＱＰＳ＊（ＨＺＲ＋ＨＮＳ＋ＨＮＢ）
ＺＰＭ＝ＱＰＢ＊（ＨＺＲ＋ＨＮＳ＋ＨＮＢ）＋ＱＰＳ＊ＨＰＳ＋ＱＺＲ＊ＨＰＢ
ＺＰＢ＝ＱＰＢ＊（ＨＰＳ＋ＨＰＢ）＋ＱＰＳ＊ＨＰＢ
さらに、ファジイ推論演算部７_３は、これらメンバーシップ値の荷重平均から周波数補正信号Δｆを確定するため、図３の後件部メンバーシップ関数に従って以下の演算を行う。
【００２８】
【数２】

【００２９】
以上までの実施形態において、ファジイ推論演算部７_３による制御周期毎の推論演算は、２つの入力ＥＶとΔＥＶに対して出力すべき周波数補正信号Δｆの値を二次元テーブルでファームウェア化しておき、推論演算のための演算処理を簡単にすることができる。なお、二次元テーブルは、前記のファジイ推論演算をオフラインで実施することでデータを収集する。
【００３０】
また、図１の実施形態において、直流電源３にインバータ主回路１_１〜１_Ｎ以外の負荷（例えば、コンピュータ）９が接続され、この負荷９の消費エネルギーがモータ４_１〜４_Ｎの慣性エネルギーより低いものであれば、停電発生時の減速制御で回生した電力を該負荷９の消費電力として利用することでその運転継続時間を延ばすことができる。この場合、負荷９がコンピュータなど、バックアップを行うことが要求される場合には、停電検出器８の検出信号を利用して運転継続時間中にそのバックアップを行い、信頼性の高いシステムを実現できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、停電発生時に各モータの回転数を同じ比率で減速させることにより慣性や回転角速度の大きなモータ及びその負荷から慣性エネルギーを電気エネルギーとして電力回生し、この回生で慣性や回転角速度の小さなモータへ直流電源を介して供給することで直流電源電圧を一定にしながら各モータをバランスさせた運転及び減速・停止制御を行うため、停電発生時に各モータの負荷状態のバラツキに対してもバランスさせた運転及び減速・停止ができる。
【００３２】
また、インバータの直流電源にコンピュータなどの他の負荷が接続されるシステムでは、停電発生時の動作可能な時間を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム構成図。
【図２】実施形態におけるファジイ推論のためのメンバーシップ関数。
【図３】実施形態におけるファジイ推論のためのメンバーシップ関数。
【符号の説明】
１_１、１_Ｎ…インバータの主回路
２_１、２_Ｎ…制御回路
３…直流電源
４_１、４_Ｎ…モータ
５…システムコントローラ
６…周波数指令発生部
７…停電制御部
７_３…ファジイ推論演算部
８…停電検出器
９…他の負荷[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter system in which a plurality of motors are driven by a plurality of voltage-source inverters having a common DC power supply, and more particularly to a control method when an instantaneous power failure occurs.
[0002]
[Prior art]
When one or more motors are operated by a plurality of inverters, a system configuration may be adopted in which one DC power supply is used as a common DC power supply for each inverter in order to increase the efficiency of equipment.
[0003]
The DC power supply of this system generally converts AC power by rectification into DC power having a desired current capacity at a desired voltage.
[0004]
When a power failure occurs in an AC power supply (for example, a commercial power supply) serving as a DC power supply during the operation of the system, the conventional control method employs a method in which the output voltage of the DC power supply becomes a minimum level at which the inverter can operate. If the DC output voltage becomes lower than the minimum level without restoring power during this period, the inverter operation is suspended and the motor is naturally decelerated and stopped in the free-run state. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional measures against power failure are effective in a system in which the motor connected to each inverter and the motor load (mechanical system) have the same inertia moment, load torque, and rotational angular velocity.
[0006]
However, the magnitudes of the motors and the mechanical loads differ depending on the operation state, and the deceleration time of the motors in the free-run state varies, so that the coordinated deceleration and stop of each motor cannot be obtained.
[0007]
Therefore, for example, in a system in which a plurality of motors provided in a process of a production line are operated by inverters, variations in deceleration / stop of each motor may cause traffic jams or breakage of products on the production line.
[0008]
An object of the present invention is to provide a control method for balancing deceleration and stop of each motor when a power failure occurs.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention recovers inertia energy as electric energy (electric power regeneration) from a motor having a large inertia or rotational angular velocity and its load by decelerating the rotation speed of each motor at the same ratio when a power failure occurs. By supplying a motor with a small angular velocity via a DC power supply to achieve a balanced operation and deceleration / stop of each motor while keeping the DC power supply voltage constant,
A plurality of motors are operated by a plurality of voltage source inverters having a common DC power supply, and when a power failure occurs in the DC power supply, the inertial energy of each motor and its load is transferred to the DC power supply through each inverter. In the inverter system including a power failure control means for reducing the speed of each motor at the same rate in a control state in which the voltage of the DC power supply is kept constant by regeneration to
The power failure control means obtains a deceleration correction signal Δf of a frequency command of each of the inverters by fuzzy inference according to a deviation EV between the voltage of the DC power supply and a set voltage and a variation ΔEV of the deviation at each control cycle when a power failure occurs. characterized in that the multiplying correcting the frequency command value K _f obtained by integrating the compensation signal Δf as the deceleration factor.
[0011]
Further, the power failure control means obtains the deceleration correction signal Δf corresponding to the deviation EV and the variation ΔEV by fuzzy inference in advance and forms a two-dimensional table, and calculates the deviation EV and the variation ΔEV from the two-dimensional table. The deceleration correction signal Δf is obtained according to a state.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of the present invention. N number of PWM inverter is composed of a main circuit ₁ 1 to 1 _N and V / F constant control the control circuit ₂ 1 to 2 _N, AC power of DC power PWM waveforms to obtain the rectifier 3 becomes a common DC power supply It is converted to a motor (induction motor or synchronous _motor) for driving the 4 1 to 4 _N.
[0013]
The control circuit ₂ 1 to 2 _N is set in advance V / F pattern, obtaining a constant V / F of the PWM waveform signal by frequency command _f 1 ~f _n from the system controller 5.
[0014]
The system controller 5 generates a frequency instruction _f 1 ~f _n to the control circuit ₂ 1 to 2 _N as the frequency instruction _f 10 _{~f n0} by the frequency instruction generator 6. The system controller 5 is provided with a power failure control section 7 for correcting the frequency instruction f ₁₀ ~f _n0 of each motor in fuzzy inference in the event of a power failure occurs.
[0015]
The power failure control unit 7 starts the power failure control with the power failure detection signal from the power failure detector 8 that detects the power failure of the AC power supply of the rectifier 3, and performs the operation of balancing each motor while keeping the DC power supply voltage constant by fuzzy inference. Performs frequency correction control to obtain deceleration / stop.
[0016]
Therefore, the power failure control section 7 takes in the DC voltage _{V det} of the rectifier 3 for each control cycle, a deviation EV of the voltage _{V det} and the DC voltage setting value _{V set} in the comparison section _71, and the deviation EV 1 obtains the variation ΔEV in each control cycle by the comparator 7 ₂ for difference calculation between the control cycle prior to the deviation EV.
[0017]
Then, it captures the deviation EV and variation ΔEV from these

comparator

7 ₁ and 7 ₂ fuzzy inference operation unit 7 _3, the frequency required to maintain the DC voltage constant by fuzzy inference fuzzy inference operation unit 7 ₃ A deceleration correction signal Δf that becomes a reduction amount is obtained for each control cycle.
[0018]
Deceleration correction signal Δf from fuzzy inference operation unit 7 ₃ integrates each control cycle by the integrating portion 7 _4. The integrating portion ₇ by multiplying the integral value _{K f} obtained in ₄ by multiplication section _{7 5} to each of the frequency instruction _f 10 _{~f n0} and frequency instruction _f 1 ~f _n to the control circuit ₂ 1 to 2 _N.
[0019]
Thus, even when the power failure occurs, the power failure control unit 7 regenerates the inertia energy as electric energy from the motor having a large inertia and the rotational angular velocity and the load even in an operation state in which the magnitude of the motor or the mechanical load varies when the power failure occurs. the deceleration correction signal Δf of the motors needed to a constant DC voltage by supplying via a DC power supply to the small motor inertia and the rotational angular velocity regenerative obtained by fuzzy inference, on the integrated value K _f Thus reducing the frequency command to the inverters at the same rate, the speed of the motors 4 ₁ to 4 _N reduces while balancing and eventually stops in a state of balance the speed.
[0020]
If the power is restored during the deceleration that has been balanced due to the power failure, the deceleration correction signal Δf of each motor required to keep the DC voltage constant by fuzzy inference is obtained, and the frequency command is increased at the same ratio, Is returned to the operating state where the speed becomes the regular speed while balancing.
[0021]
Fuzzy inference by the fuzzy inference operation unit 7 ₃ above, and requests the frequency correction signal Δf in each control cycle by the load average based on the membership functions and fuzzy rules are set in advance, in detail the reasoning method below explain.
[0022]
FIGS. 2A and 2B show the antecedent membership functions for the two input signals EV and ΔEV, and show the degree of evaluation (membership) for five grades of NB, NS, ZR, PS, and PB. Value) is a function expressed as a triangle of 0.0 to 1.0. The meanings of the seven grades NB, NM, NS, ZR, PS, PM, and PB, including those described below, are as follows.
[0023]
NB: Negative big, negative big
NM: Negative medium, negative medium
NS: negative small, negative small
ZR: almost zero, approximatey zero
PS: positive small, positive small
PM: Just medium, positive medium
PB: Positive big, positive big
The membership value for each grade is represented by the following variables.
[0024]
EV membership value: HNB, HNS, HZR, HPS, HPB
Membership value of ΔEV: QNB, QNS, QZR, QPS, QPB
The following table shows the fuzzy rule and determines how to change the frequency correction signal Δf according to the state of the two input signals EV and ΔEV.
[0025]
[Table 1]

[0026]
Fuzzy inference operation unit _{7 3,} membership values from the fuzzy rule of 25 types for two input signals EV and ΔEV to seven grades ZNB, determined ZNM, ZNS, ZZR, ZPS, ZPM, the following operations a ZpB.
[0027]
(Equation 1)
ZNB = QNB * (HNB + HNS) + QNS * HNB
ZNM = QNB * (HZR + HPS + HPB) + QNS * HNS + QZR * HNB
ZNS = QZR * HNS + QNS * (HZR + HPS + HPB)
ZZR = QZR * HZR
ZPS = QZR * HPS + QPS * (HZR + HNS + HNB)
ZPM = QPB * (HZR + HNS + HNB) + QPS * HPS + QZR * HPB
ZPB = QPB * (HPS + HPB) + QPS * HPB
Additionally, fuzzy inference operation unit 7 ₃ in order to determine the frequency correction signal Δf from the load average of these membership values, performs the following operation in accordance with the consequent membership functions of FIG.
[0028]
(Equation 2)

[0029]
In the embodiment described so far, inference operations in each control cycle by the fuzzy inference operation unit 7 ₃ leave the firmware of the value of the frequency correction signal Δf to be output to the two inputs EV and ΔEV in two-dimensional table, The arithmetic processing for the inference operation can be simplified. The two-dimensional table collects data by performing the fuzzy inference operation offline.
[0030]
Further, in the embodiment of FIG. 1, a DC power source 3 to the inverter main circuit ₁ 1 other than to 1 _N load (e.g., a computer) 9 is connected, the inertia energy of the load 9 consumes energy motor ₄ 1 to 4 _N of If it is lower, the operation continuation time can be extended by using the power regenerated by the deceleration control at the time of the occurrence of the power failure as the power consumption of the load 9. In this case, when the load 9 is required to perform backup such as a computer, the backup is performed during the operation continuation time by using the detection signal of the power failure detector 8, and a highly reliable system can be realized. .
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a power failure occurs, the rotational speed of each motor is reduced at the same ratio, thereby regenerating electric power from the motor having a large inertia and rotational angular velocity and its load as electric energy by inertia energy. By supplying the motor with low inertia and rotational angular velocity via the DC power supply, the DC power supply voltage is kept constant, and the operation of each motor is balanced and the deceleration / stop control is performed. The operation, deceleration and stop can be performed in a balanced manner.
[0032]
Further, in a system in which another load such as a computer is connected to the DC power supply of the inverter, the operable time when a power failure occurs can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a membership function for fuzzy inference in an embodiment.
FIG. 3 is a membership function for fuzzy inference in an embodiment.
[Explanation of symbols]
1 _1, 1 N _... main circuit _{2 first} inverter, 2 N _... control circuit 3 ... DC power supply _{4 1,} 4 N _... motor 5 ... system controller 6 ... frequency command generating section 7 ... blackout controller _{7 3} ... fuzzy inference operation Part 8: Power failure detector 9: Other loads

Claims

A plurality of motors are operated by a plurality of voltage source inverters having a common DC power supply, and when a power failure occurs in the DC power supply, the inertial energy of each motor and its load is transferred to the DC power supply through each inverter. In the inverter system including a power failure control means for reducing the speed of each motor at the same rate in a control state in which the voltage of the DC power supply is kept constant by regeneration to
The power failure control means obtains a deceleration correction signal Δf of a frequency command of each of the inverters by fuzzy inference according to a deviation EV between the voltage of the DC power supply and a set voltage and a variation ΔEV of the deviation at each control cycle when a power failure occurs. , inverter system, characterized by multiplying correcting the frequency command value K _f obtained by integrating the compensation signal Δf as the deceleration factor.

The power failure control means obtains the deceleration correction signal Δf corresponding to the deviation EV and the change amount ΔEV in advance by fuzzy inference and forms a two-dimensional table, and changes the two-dimensional table to the state of the deviation EV and the change amount ΔEV. The inverter system according to claim 1, wherein the deceleration correction signal Δf is obtained in response to the request .