JP3916418B2 - スクリュ圧縮機の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ圧縮機の制御方法に関し、詳しくは、指定圧力以上の吐出圧力を維持しながら、圧縮空気の広範な吐出圧力、吐出量の制御を可能ならしめるようにしたスクリュ圧縮機の制御方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ・ＰＩＤ制御により圧縮機の駆動を制御するようにした圧縮機の制御方法としては、例えば、圧縮機を使用状態に合わせて最も効率的、省エネルギ的の状態で運転し得るようにした、特開平７−２６９４８６号公報に開示されてなる「インバータ・ＰＩＤ制御による圧縮機の駆動方法」が公知である。
以下、この従来例に係る「インバータ・ＰＩＤ制御による圧縮機の駆動方法」の概要を説明する。
【０００３】
以下、その全体構成を示すブロック図の図３を参照しながら、同公報に記載されている同一名称ならびに同一符号を持って説明すると、使用側３で使用中の圧縮空気の圧縮圧力Ｐ1、空気量Ｑ1が検出手段により求められる。インバータ・ＰＩＤ制御部４には、圧縮空気の各種の圧縮圧力ごとに所要馬力と空気量とのインバータ・ＰＩＤ制御される目標値(定格馬力におけるＰ0、Ｑ0、Ｑｍａｘ)が入力される。そして、インバータ・ＰＩＤ制御の基本動作として、圧縮空気の空気量をＱｍａｘまで増大させる回転数制御が行われる。即ち、使用側３の圧縮空気の空気量Ｑ1と、定格馬力における圧縮空気の圧縮圧力Ｐ0における１００％空気量Ｑ0との量の大小が比較される。
【０００４】
そして、Ｑ1＞Ｑ0の場合には、使用側３の圧縮空気圧力Ｐ1は普通、圧縮圧力Ｐ0より下回る。ここで、インバータ・ＰＩＤ制御が作用し、圧縮機２を駆動する駆動モータ１の回転数制御が行われ、圧縮機２から吐出される空気量Ｑ2はＱ1に指向して増大されると共に、Ｑｍａｘまで増大される。これに伴って、圧縮機２から吐出される圧縮圧力Ｐ2はＰ1より高圧のＰ0に指向すべく増大する。 これにより、圧縮圧力Ｐ2≒Ｐ0およびＱｍａｘの圧縮空気を吐出することができる状態となり、使用側３では最も効率的で、省エネルギ的な状態で圧縮空気が使用される。
【０００５】
一方、Ｑ1≦Ｑ0の場合には、Ｑ2はＱ1のままで、圧縮機２から吐出される圧縮圧力Ｐ2がＰ0＜Ｐ1に指向し、Ｐ0、Ｑ1の圧縮空気が圧縮機２から吐出可能な状態になり、同じく使用側３は最も効率的で、省エネルギ的な状態で圧縮空気が使用される。つまり、回転数制御により１００％以上のＱｍａｘまで吐出空気量を増大させるように駆動モータ１の回転数が制御され、かつその状態における定格馬力に見合う圧縮圧力の圧縮空気が吐出されるように自動制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に係る「インバータ・ＰＩＤ制御による圧縮機の駆動方法」によれば、常に圧縮機の定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘまで吐出空気量を調整しようとする制御が行われる。そのため、この従来例に係る「インバータ・ＰＩＤ制御による圧縮機の駆動方法」には、後述するような経済上、および機能上の問題がある。
【０００７】
吐出空気量を検出するために、通常の圧縮機では装備する必要がない、高価な流量センサを用意する必要があるから、圧縮機制御装置のイニシャルコストに関して経済的に不利になる。
【０００８】
インバータ・ＰＩＤ制御部に、各種の圧縮圧力ごとに所要馬力と空気量とのインバータ・ＰＩＤ制御される目標値が入力されるが、(吐出圧力を下げれば、Ｑｍａｘの値が変わる。逆に、Ｑｍａｘを大きくとれば、吐出圧力が定格圧力よりもかなり低くなる。)定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘを求める方法がなく、精度良く制御することが難しい。
【０００９】
また、定格馬力を基に、毎回吐出空気量アップを行っている。つまり、使用量に応じた空気量を吐出すればよいにもかかわらず、常に、吐出空気量アップを行うことは省エネルギにはならない。
【００１０】
この従来例では、吐出空気量Ｑ2をユーザの使用空気量Ｑ1になるように制御しているが、このときの吐出圧力Ｐ2を定格圧力Ｐ0になるようにもしている。 吐出圧力Ｐ2≒定格圧力Ｐ0、かつ吐出空気量Ｑ2＝Ｑｍａｘになれば、定格圧力Ｐ0・定格馬力の１００％空気量Ｑ0からオーバロードしてＱｍａｘが実現されることになる。つまり、定格より多量の空気量を吐出するためには、それなりの動力が必要であるから矛盾する。この場合、駆動モータをオーバロードさせないためにはＱｍａｘ＝Ｑ0とならなければならないのであるから、省エネルギ効果がないことになる。
【００１１】
本来、要求圧力以上の吐出圧力が維持できれば、必ずしも空気量がＱｍａｘになるまで回転数を上昇させる必要がなく、吐出圧力に応じた最高回転数に制御すれば足りる。また、現在あらゆるメーカのインバータ駆動圧縮機が、「ユーザの仕様に合った吐出圧力を一定に制御する」というインバータ駆動機の特徴的な機能を売り物にしているが、従来例には、インバータ駆動機としての特徴的な機能がない。従来例では、定格圧力付近で吐出空気量をいかに多くするかという点に主眼をおいているが、定格圧力付近での吐出空気量増はほとんどない。
【００１２】
つまり、定格圧力、かつ同出力で吐出される空気量が増大するようなことはあり得ないから、従来例では、定格圧力以上に運転する場合には仕様圧力ランクが上の圧縮機を選定し、仕様圧力以下で運転する場合には仕様圧力ランクを下げた圧縮機を選定し、さらに下の圧力で運転する場合には最低圧力仕様の圧縮機を選択していた。
【００１３】
従って、本発明の目的は、指定圧力以上の吐出圧力を維持しながら、圧縮空気の広範な吐出圧力、吐出量の制御を可能ならしめるスクリュ圧縮機を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
圧縮空気の吐出圧力の如何を問わず、モータの動力を一定に制御するようにすれば、例えば圧縮空気の吐出圧力が低圧になれば所要動力が低下するため、モータの回転数が自動的に上昇して圧縮空気の吐出量が多くなるから、圧縮空気の広範な圧力、吐出量の制御が可能になると考えて本発明をなしたものである。
【００１５】
従って、上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るスクリュ圧縮機の制御方法が採用した手段は、圧縮機本体のスクリュロータを駆動する駆動モータの回転数を制御するスクリュ圧縮機の制御方法において、前記圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出圧力を検出し、検出された吐出圧力に応じて駆動モータの動力を一定とする第１回転数を求め、予め指定された指定圧力と吐出圧力との偏差を減少化させる、ＰＩＤ演算に基づいて決定される駆動モータの第２回転数を求めると共に、前記第１回転数と前記第２回転数との大小を比較し、前記第２回転数が前記第１回転数より小回転数であるときには第２回転数になるように、それ以外であるときには第１回転数になるように、前記駆動モータの回転数を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るスクリュ圧縮機の制御方法を実現するスクリュ圧縮機を、制御系を含むそのブロック図の図１を参照しながら説明する。
【００１７】
即ち、本実施の形態に係るスクリュ圧縮機は、吸込フィルタ１、空気入口２１を介して大気中の空気を吸込む圧縮機本体２、この圧縮機本体２の吐出口２２から吐出された圧縮空気を図示しない空気供給先側に供給する圧縮空気供給路３を備えている。この圧縮空気供給路３には、前記吐出口２２から吐出された油分を含む圧縮空気から油分を除去し、油分が除去された圧縮空気を空気供給先側に送り出す一方、オイルフィルタエレメントにより圧縮空気から分離され、下部の油溜まり部に溜められている油を、油供給路を介して前記圧縮機本体２に送り出す、図示しない油分離回収器が介装されている。この油分離回収器から圧縮機本体２に送られた油分は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータと、これらを収容するケーシングとの間に形成された圧縮空間、ロータ軸を支持する軸受部、およびロータ軸をシールする軸封部に供給されるようになっている。
【００１８】
前記圧縮機本体２の、図示しないスクリュロータは、カップリングを介して、駆動モータ６により回転されるようになっている。この駆動モ−タ６の回転、つまり圧縮機本体２の運転は、後述する機能を有するコントローラ１１と、このコントローラ１１から回転数指令が入力され、入力された回転数指令に基づいた回転数になるように前記駆動モータ６を回転させるインバータ１２とからなるモータ制御部１０により行われるように構成されている。なお、符号７は、前記インバータ１２に、駆動モータ６を回転数指令に基づいた回転数で回転させる電力を供給する電源である。
【００１９】
前記モータ制御部１０のコントローラ１１には、前記圧縮空気供給路３の前記圧縮機本体２と油分離回収器との間に設けられ、圧縮機本体２の圧縮空間で圧縮され、この圧縮機本体２の吐出口２２から吐出される圧縮空気の吐出圧力を検出する圧力検出センサ１３から吐出圧力が入力されるようになっている。
【００２０】
前記コントローラ１１は前記圧力検出センサ１３で検出されると共に、この圧力検出センサ１３から入力される圧縮空気の吐出圧力Ｐｄから、動力が一定となる駆動モータ６の、運転可能な最高の回転数Ｎｍａｘ(第１回転数)の値を演算し、ＰＩＤ演算により、ユーザが指定する指定圧力(予め設定された設定圧力)Ｐｃと圧縮機本体２から吐出される圧縮空気の吐出圧力Ｐｄとの偏差を０にしようとする回転数ＮＰＩＤ(第２回転数)を演算する機能を有している。
【００２１】
さらに、演算により得られたそれぞれの回転数の大小を比較演算すると共に、それらの比較結果に基づいて、駆動モータ６の回転数を制御するインバータ１２に対して回転数指令を出力する機能を有している。なお、駆動モータ６の運転可能な最高の回転数Ｎｍａｘは、圧縮機本体２から吐出される圧縮空気圧力と、圧縮機本体２の回転数の関係から求められるものである。
【００２２】
次に、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法を、その制御フロ−図の図２を参照しながら以下に説明する。
【００２３】
コントローラ１１にユーザが指定する指定圧力Ｐｃが入力されると、このコントローラ１１は、入力された指定圧力Ｐｃを認識するが、指定圧力Ｐｃに変更がなければ、従前に入力されている指定圧力を指定圧力Ｐｃとして認識する。
【００２４】
指定圧力Ｐｃの入力と併行して、コントローラ１１に圧力検出センサ１３で検出された圧縮空気の吐出圧力Ｐｄが入力される。
【００２５】
前記コントローラ１１は、圧力検出センサ１３から入力された吐出圧力Ｐｄと、認識した指定圧力Ｐｃとを基に、それぞれ下記の演算を行うと共に、圧縮機本体２を駆動する駆動モータ６の回転数を制御するインバータ１２に対して、後述する回転数指令Ｎを出力する。
ａ．先ず、ステップ１において、吐出圧力Ｐｄから、動力が一定となる電動モータ６の運転可能な最高の回転数Ｎｍａｘ(第１回転数)を演算する。
ｂ．同じくステップ１において、最高の回転数Ｎｍａｘの演算と併行して、ユーザが指定する指定圧力Ｐｃと、前記吐出圧力Ｐｄとの偏差を０にするため、ＰＩＤ演算により、回転数ＮＰＩＤ(第２回転数)を演算する。
ｃ．そして、ステップ２において、前記回転数ＮＰＩＤが前記最高の回転数Ｎｍａｘより小であるか否かを判定する。つまり、ステップ２において、回転数ＮＰＩＤ＜回転数ＮｍａｘであってＹｅｓの場合には、圧縮機本体２を駆動する駆動モータ６の回転数を制御するインバータ１２に対して、回転数指令Ｎとして回転数ＮＰＩＤを出力する。
【００２６】
一方、同じくステップ２において、前記回転数ＮＰＩＤが前記回転数Ｎｍａｘより大であってＮｏの場合には、圧縮機本体２を駆動する駆動モータ６の回転数を制御するインバータ１２に対して、回転数指令Ｎとして回転数Ｎｍａｘを出力する。このとき、インバータ１２に対して、回転数指令Ｎとして回転数Ｎｍａｘを出力することなく、回転数ＮＰＩＤを出力したとすると、駆動モータ６の回転数が一定運転可能な最高の回転数Ｎｍａｘを超えてしまうために、この駆動モータ６がオーバロードになる。
【００２７】
前記インバータ１２は、回転数指令Ｎとしてコントローラ１１から出力される回転数ＮＰＩＤまたは回転数Ｎｍａｘに基づいて、駆動モータ６の回転数が回転数ＮＰＩＤまたは回転数Ｎｍａｘになるように制御する。そのため、この駆動モータ６で駆動される圧縮機本体２から、ユーザが必要とする圧力、量の圧縮空気が吐出される。そして、圧縮空気供給路３から吐出される圧縮空気の吐出圧力が圧力センサ１３で検出され、再びコントローラ１１に入力されるというように、以上のことが繰り返されることとなる。
【００２８】
本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法によれば、上記のとおり、通常設けられる圧力センサだけで良く、またユーザは指定圧力Ｐｃだけを指定すれば良い。
従って、従来例に係る圧縮機の駆動方法のように、高価な流量センサを設ける必要がないから、スクリュ圧縮機の設備に係るイニシャルコストに関して経済的に有利になる。そして、従来例に係る圧縮機の駆動方法のように、求めることが困難な定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘを求める必要がないから、精度良く吐出空気の圧力と空気量とを制御することができる。
【００２９】
また、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法によれば、従来例のように、常に最大の空気量Ｑｍａｘにするのではなく、ユーザの使用量に見合った量の圧縮空気を供給するものであり、そして定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘまで吐出空気量を調整しようとする制御を行うものでないから、省エネルギに関して従来例に係る圧縮機の駆動方法よりも優れている。
【００３０】
従来例に係る圧縮機の駆動方法によれば、使用量に応じた空気量を吐出すればよいにもかかわらず、圧縮機の定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘまで吐出空気量を調整しようとする制御が行われる。これに対して、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法によれば、圧縮空気の使用量が圧縮空気の吐出量より少ない場合には、回転数ＮＰＩＤにより圧縮機本体２の回転数が制御されるため、使用量に応じた指定圧力Ｐｃの圧縮空気が吐出されるから、省エネルギに関しても、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法の方が従来例よりも優れている。
【００３１】
さらに、従来例に係る圧縮機の駆動方法によれば、吐出空気量Ｑ2をユーザの使用空気量Ｑ1になるように制御しているが、このときの吐出圧力Ｐ2を定格圧力Ｐ0になるようにもしている関係上、吐出圧力Ｐ2≒定格圧力Ｐ0、かつ吐出空気量Ｑ2＝Ｑｍａｘになれば、定格圧力Ｐ0・定格馬力の１００％空気量Ｑ0からオーバロードしてＱｍａｘが実現されることになるため、オーバロードする恐れがあった。しかしながら、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法によれば、吐出圧力によって運転可能な最高回転数が決まるため、駆動モータ６がオーバロードになるような恐れがない。
【００３２】
なお、以上の実施の形態においては、スクリュ圧縮機が油冷式である場合を例として説明したが、本発明の技術的思想を空冷式のスクリュ圧縮機に対しても適用することができるので、油冷式のスクリュ圧縮機に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法によれば、従来例のように、高価な流量センサを設ける必要がなく、通常設けられる圧力検出センサだけで良いから、油冷式スクリュ圧縮機の設備に係るイニシャルコストに関して経済的に有利になる。そして、従来例のように、求めることが困難な定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘを求める必要がないから、精度良く吐出空気の圧力と空気量とを制御することができる。
【００３４】
また、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法では、従来例のように、常に最大の空気量Ｑｍａｘにするのではなく、ユーザの使用量に見合った量の圧縮空気を供給するものであり、そして定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘまで吐出空気量を調整しようとする制御を行うものでないから、省エネルギに関して従来例より優れている。
【００３５】
従来例では、使用量に応じた空気量を吐出すればよいにもかかわらず、圧縮機の定格馬力内における最大の空気量Ｑｍａｘまで吐出空気量を調整しようとする制御が行われるのに対して、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法によれば、圧縮空気の使用量が圧縮空気の吐出量よりも少ない場合には、回転数ＮＰＩＤにより圧縮機本体の回転数が制御されるため、使用量に応じた指定圧力Ｐｃの圧縮空気が吐出されるから、省エネルギに関しても、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法の方が従来例よりも優れている。
【００３６】
さらに、従来例では、吐出空気量Ｑ2をユーザの使用空気量Ｑ1になるように制御するとき、吐出圧力Ｐ2を定格圧力Ｐ0になるようにもしている関係上、吐出圧力Ｐ2≒定格圧力Ｐ0、かつ吐出空気量Ｑ2＝Ｑｍａｘになれば、定格圧力Ｐ0・定格馬力の１００％空気量Ｑ0からオーバロードしてＱｍａｘが実現されることになるため、オーバロードする恐れがあったが、本発明に係るスクリュ圧縮機の制御方法では、吐出圧力で運転可能な最高回転数が決まるため、駆動モータがオーバロードになるような恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係り、制御系を含むスクリュ圧縮機のブロック図である。
【図２】本実施の形態に係り、スクリュ圧縮機の制御フロ−図である。
【図３】従来例に係り、インバータ・ＰＩＤ制御による圧縮機の駆動方法の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…吸込フィルタ
２…圧縮機本体、２１…空気入口、２２…吐出口
３…圧縮空気供給路
６…駆動モータ
７…電源
１０…モータ制御部、１１…コントローラ、１２…インバータ、１３…圧力検出センサ

Claims (1)

1. 圧縮機本体のスクリュロータを駆動する駆動モータの回転数を制御するスクリュ圧縮機の制御方法において、前記圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出圧力を検出し、検出された吐出圧力に応じて駆動モータの動力を一定とする第１回転数を求め、予め指定された指定圧力と吐出圧力との偏差を減少化させる、ＰＩＤ演算に基づいて決定される駆動モータの第２回転数を求めると共に、前記第１回転数と前記第２回転数との大小を比較し、前記第２回転数が前記第１回転数より小回転数であるときには第２回転数になるように、それ以外であるときには第１回転数になるように、前記駆動モータの回転数を制御することを特徴とするスクリュ圧縮機の制御方法。

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