JP3686995B2 - 電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は低速用巻線と高速用巻線を有する電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置に関する。ここで、低速用巻線とは、電動機巻線の巻き数を多くし、電動機誘起電圧が大きくなるようにした巻線であり、高速用巻線とは、巻き数を少なくし、電動機誘起電圧が小さくなるようにした巻線のことである。
【0002】
【従来の技術】
工作機械の主軸駆動などの用途には、すべり周波数型ベクトル制御によって駆動される誘導電動機が多く用いられている。また、特に広域定出力が必要な工作機の主軸用途には、マグネットスイッチ等により電動機の結線をΔ結線またはY結線に切替え使用する巻線切替用誘導電動機がしばしば使用される。前記Δ結線およびY結線は、巻線切替指令により巻線切替を行なう。従来の巻線切替処理のフローを図4に、タイムチャートを図5に示す。
【0003】
上位コントローラは、速度指令に5000r/mmを設定し(ステップ20)、低速巻線指令(CHW=“0”)を出力する(ステップ21)。次に、速度一致信号NDETが“1”かどうか、すなわち電動機速度が巻線切替速度と一致するかどうか判定する(ステップ22)。最初は低速領域であり、速度一致信号NDETは“0”なので、電動機駆動装置は電動機を加速する(ステップ23)。そして電動機速度が巻線切替速度に一致すると、速度一致信号NDET(=“1”)を出力する(ステップ24,25)。電動機駆動装置は遅れ時間Tdの後、上位コントローラは高速巻線指令(CHW=“1”)を出力する(ステップ26)。次に、CHWE=“1”かどうか、すなわち巻線切替処理が完了したかどうか判定する(ステップ27)。巻線切替処理は完了していないので、電動機駆動装置は高速巻線切替指令に従って電磁接触器などを用いて巻線切替処理を行い(ステップ28)、切替を完了すると、CHWE=“1”にする(ステップ29)。この後高速用巻線にて電動機の加速を始める(ステップ30)。なお、図4中破線内は電動機駆動装置で行なわれる処理である。
【0004】
しかし近年の高加速度化などの要求により、この方法では上位コントローラが速度一致信号NDET(=“1”)を確認して高速巻線切替指令を出すまでの遅れ時間Tdの間に低速用巻線で回せる許容値をΔN超える回転数まで電動機が加速し、同期電動機などの場合は電動機の誘起電圧が上がり電動機駆動装置を破壊するなどの問題が発生してきた。この問題に対しては本出願人の特開平10−248287は、巻線毎に保護レベルを設定し巻線の許容値を超えた速度に達した時は電動機を停止するなどして対応している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特開平10−248287号に開示された方法では電動機駆動装置の保護は可能となったが、電動機の加速度や上位コントローラの処理遅れ時間Tdによっては保護レベルに到達し、電動機が停止すると言う不具合が発生した。
【0006】
本発明の目的は、上位コントローラの処理時間などに影響されずに、低速用巻線の許容値を超える速度になることなくスムーズな巻線切替動作が可能な、電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の、電動機の巻線切替方法は、
電動機の回転速度を検出するステップと、
前記回転速度が巻線切替速度に一致するかどうか判定し、一致していると速度一致信号を出力するステップと、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、入力した速度指令を前記速度制御器に出力するステップと
を有する。
本発明は、低速用巻線が選択されている間は速度指令を、該低速用巻線で運転可能な速度制限値に制限するものである。
【0008】
また、本発明の電動機駆動装置は、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F回路と、
前記I/F回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度制御器に出力する速度指令切替スイッチを有する。
【0009】
本発明の他の電動機駆動装置は、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F回路と、
前記I/F回路に入力された速度指令を入力し、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令を制限して速度制御器に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令をそのまま前記速度制御器に出力する速度指令制限回路を有する。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0011】
図1は本発明の第1の実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。
【0012】
電動機駆動装置4は、上位コントローラ5からの指令に基き、低速用巻線と高速用巻線を有する電動機1を巻線切替器3を介して駆動するもので、速度検出部11と速度一致判定回路12とI/F(インタフェース)回路13と速度指令切替スイッチ14と速度指令制限回路15と速度制御器16とパワー変換部17を含んでいる。
【0013】
速度検出部11は電動機1に接続されたPG(パルスジェネレータ)2の出力から電動機1の回転速度を計算する。速度一致判定回路12は速度検出部11から出力された回転速度を予め設定されている巻線切替速度と比較し、一致すると速度一致信号NDET(=“1”)を出力する。I/F回路13は速度一致信号NDETを上位コントローラ5に出力し、また上位コントローラ5から速度指令と巻線切替指令CHWを入力し、速度指令を速度指令切替スイッチ14に出力し、巻線切替指令CHWを速度指令切替スイッチ14と巻線切替器3に出力する。巻線切替指令CHWは、低速用巻線を選択する指令の場合“0”、高速用巻線を選択する指令の場合“1”である。速度指令切替スイッチ14は巻線切替指令CHWが“0”の場合、速度指令を速度指令制限回路15に出力し、巻線切替指令CHWが“1”の場合、速度指令を速度制御器16に出力する。速度指令制限回路15は巻線切替指令CHWが“0”、つまり低速用巻線選択指令のときの速度指令を、低速用巻線で回すことのできる回転数である、+NLIMIT(正側の回転の場合)、−NLIMIT(負側の回転の場合)に制限する。速度制御器16は速度指令切替スイッチ14または速度指令制限回路15から出力された速度指令と、速度検出部11で計算された速度検出値を比較し、必要なパワーを計算する。パワー変換部17は速度制御器16で計算されたパワーを発生し、巻線切替器3を介して電動機1を駆動する。
【0014】
次に、本実施形態の動作例を図2のタイミングチャートを使って説明する。
【0015】
本例は停止状態で5000rpmの速度指令を与え、予め設定された巻線切替速度NCHW未満の回転速度では低速用巻線を使用し、巻線切替速度NCHW以上の回転数では高速用巻線を使用する。
【0016】
停止状態からの加速の指令を行うため上位コントローラ5は速度指令に5000r/minの値を設定し、巻線切替指令(CHW=“0”)を電動機駆動装置4へ出力する。電動機駆動装置4では巻線切替指令CHWが低速巻線指令(CHW=“0”)に設定されているため速度指令切替スイッチ14は速度指令制限回路15側に接続され、速度制御器16に与えられる内部速度指令は正側の回転の場合は+NLIMIT、負側の回転の場合は−NLIMITに制限される。本実施形態においては正側制限値+NLIMITと巻線切替速度NCHWは同じ値として説明する。そこで電動機駆動装置4は内部速度指令+NLIMITを目標にして電動機1を加速するパワーを電動機1に与える。…図2のA〜B区間
速度検出部11で計算された回転速度が巻線切替速度NCHWと一致すると、速度一致判定回路12が速度一致信号(NDET=“1”)を出力し、I/F回路13を通じて上位コントローラ5へ渡される。…図2のB点
上位コントローラ5は速度一致信号(NDET=“1”)を受け取りシーケンサなどで生じる時間遅れTd後に巻線切替信号CHWとして高速巻線指令(CHW=“1”)を出力する。電動機駆動装置4では巻線切替信号CHWが高速巻線指令(CHW=“1”)になったことを受けて、速度指令切替スイッチ14が速度指令制限回路15をバイパスする側に接続され、上位コントローラ5から与えられた速度指令がそのまま内部速度指令として速度制御器16に与えられ、同時に電動機1の巻線を低速用巻線から高速用巻線に変更するために巻線切替器3に対して切替指令を出力する。この時、巻線切替器3は電動機1の巻線を一旦切離して接続を変更するため電動機駆動装置4は電流を遮断する。このため速度指令が切替わっても電動機1は加速しない。…図2のB〜C区間
巻線切替器3は切替動作が完了すると巻線切替完了信号(CHWE=“1”)を電動機駆動装置4へ出力する。…図2のC点
ここでは、巻線切替器3が低速用巻線に繋がっている状態がCHWE=“0”、高速用巻線に繋がっている状態でCHWE=“1”を出力することにしている。そしてCHWE=“1”になったことを確認すると電動機駆動装置4は上位コントローラ5から与えられた速度指令を目標に電動機1を加速するように電動機1を制御する。
【0017】
図3は本発明の他の実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。本実施形態は、図1の実施形態の速度指令制限回路15の前段部の速度指令切替スイッチ14をなくし、上位コントローラ5からの巻線切替指令CHWを受け取り、巻線切替指令CHWに応じて速度制限回路18の制限値を予め設定された、各巻線で回転可能な制限値に切替える。図中Nlimit1は高速用巻線時の速度制限値、Nlimit2は低速用巻線時の速度制限値を示し、巻線切替指令CHWに応じて各制限値を速度指令制限回路18に設定する。電動機駆動装置4はこの速度指令制限回路18で制限された速度指令を速度制御器16の入力として用いて速度の制御を行う。
【0018】
本実施形態は、一般に速度指令に過大な入力があった場合に機械や電動機を壊さないために速度指令の入力部に設けられた速度制限回路を流用し、低速巻線指令がきた時には制限値を通常の制限値(高速用巻線時)から低速巻線用の制限値に切替えることで、第1の実施の形態と同様の動作を実現しようとするものである。
【0019】
なお、本発明に用いる電動機としては、誘導電動機だけでなく、回転子表面または回転子鉄心内部に永久磁石を持つ永久磁石形同期電動機を用いることができる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上位の巻線切替シーケンス処理などに遅れがあっても、低速巻線状態で速度指令に制限がかかり、低速巻線の許容値を超える速度になることなくスムーズな巻線切替えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。
【図2】巻線切替処理のタイミングチャートである。
【図3】本発明の他の実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。
【図4】従来の巻線切替処理のフローチャートである。
【図5】従来の巻線切替処理のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 電動機
2 PG
3 巻線切替器
4 電動機駆動装置
5 上位コントローラ
11 速度検出部
12 速度一致判定回路
13 I/F回路
14 速度切替スイッチ
15,18 速度指令制限回路
16 速度制御器
17 パワー変換部
20〜30 ステップ
Claims (3)
- 低速用巻線と高速用巻線を有する電動機の巻線切替方法において、
前記電動機の回転速度を検出するステップと、
前記回転速度が巻線切替速度に一致するかどうか判定し、一致していると速度一致信号を出力するステップと、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、入力した速度指令を前記速度制御器に出力するステップとを有することを特徴とする、電動機の巻線切替方法。 - 低速用巻線と高速用巻線を有する電動機を駆動する電動機駆動装置において、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F回路と、
前記I/F回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度制御器に出力する速度指令切替スイッチを有することを特徴とする電動機駆動装置。 - 低速用巻線と高速用巻線を有する電動機を駆動する電動機駆動装置において、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F回路と、
前記I/F回路に入力された速度指令を入力し、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令を制限して速度制御器に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令をそのまま前記速度制御器に出力する速度指令制限回路を有することを特徴とする電動機駆動装置。
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