JP4337329B2 - 同期電動機の界磁制御方法 - Google Patents
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- Control Of Metal Rolling (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼の熱間圧延機等に適用する同期電動機（以下、単に電動機ともよぶ。）の運転制御方法に関し、特に、噛み込みトルクの大きい粗圧延機や仕上げ圧延機前段の圧延機に好適に適用し、省エネルギ（以下、 単に省エネともいう。）を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延ラインでは、圧延対象材（材料ともよぶ。）を間欠的に圧延処理する。そのため、圧延機は、材料を圧延する負荷運転と、空転状態となる無負荷運転を間欠的に繰り返している。
図３（ａ）に示すように、圧延機ロールは、無負荷時にもある固定値となるロール周速で回転しており、噛み込み直前に加速して噛み込み速度まで増速し噛み込み完了後加速され、その後、定速に移行し、尻抜けで再び無負荷時の固定値となるロール周速に戻るサイクルを繰り返している。このとき、トルクは、（ｂ）に示すように変動する。
【０００３】
本圧延機に適用する同期電動機では、速度、トルク制御を実施しており、負荷運転時は高トルクとし、無負荷運転時はメカロス分に相当する低トルクとすることから運転中に大きな負荷トルク変動が発生する。同期電動機のトルクは、内部相差角、電機子電流トルク方向成分、磁束にほぼ比例する。また、磁束は界磁電流にほぼ比例する。
【０００４】
従来は、材料が噛み込む際の負荷増大時に電機子電流が増大し、過電流、脱調といった現象が発生することを回避し、界磁省エネルギ制御を行なうため、材料の噛み込み前にあらかじめ界磁電流を増加させておき、噛み込み時の電機子電流増加分を抑止する制御方法が採用されてきている。
もっとも簡単な方式は、負荷の有無、速度に関わらず、常に一定の界磁電流を印加しておく方式である（図３（ｃ）の従来例１参照）。
【０００５】
また、特許文献１に開示のように、無負荷時の界磁電流を固定値（例えば、負荷時の１／２相当）としておき、材料の噛み込み前にあらかじめ負荷時の界磁電流に増加させておくようにする方式（図３（ｄ）の従来例２参照）も知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭55-33832号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の界磁省エネルギ制御は、トルクを必要としない、すなわち、無負荷時で、ロール周速一定の場合にのみ界磁の出力を落としているため、低負荷時や、低負荷時の加減速を行なう際のあまり高トルクを必要としない段階から界磁省エネルギ制御を中止して負荷時に相当する界磁を行なうことから、省エネルギ効果が得にくいのが実情であった。また、圧延ラインの稼動ピッチがあがると、無負荷時の時間間隔が短くなり、省エネルギ効果はますます小さくなってしまう。
【０００８】
本発明は、界磁省エネルギ制御を可能な限り適用することを可能とし、省エネルギを実現してなる同期電動機の界磁制御方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同期電動機のトルクを実時間で計算し、省エネの継続が可能かどうかを実時間で判断して界磁省エネルギ制御を行なうものである。そして、界磁電流値を可変として最適な界磁省エネルギを達成し、省エネルギ効果を増大させるものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、同期電動機の回転数と電機子電流に基づき、必要トルクを実時間で算出する工程と、該必要トルクに基づき、最低限必要とする界磁電流値を決定する工程と、を有し、決定された界磁電流値に実時間で制御する同期電動機の界磁制御方法において、該同期電動機は熱間圧延機駆動用であり、該必要トルクは材料の熱間圧延に要するものであり、該界磁電流値が該必要トルクに比例する界磁電流値の制御を、材料の噛み込み直前に無負荷時の固定値からいったん一定値に増加させてから戻し、噛み込みと同時に所定の一定値に増加させてホールドし、噛み込み完了後の材料加速時に該加速に応じて再び増加させ、加速完了後の定速時には対応する負荷に応じた所定値にホールドし、さらに材料の尻抜け開始時に一定値に低減し、尻抜け完了時に無負荷時の固定値に戻すように行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、図２に基づき、本発明の同期電動機の界磁制御方法を適用する制御システムについて説明する。
同期電動機１は、電機子1aと界磁コイル1bから構成され、電機子駆動装置2b、界磁駆動装置2c、および、それらを制御する制御部2aからなる同期電動機制御装置２で制御される。この同期電動機制御装置２には、省エネ制御装置３が接続され、省エネルギ運転を行なわせる。
【００１２】
同期電動機制御装置２から省エネ制御装置３には、界磁電流、電圧、電機子電流・電圧、回転数等の情報が伝達され、 一方、 省エネ制御装置３から同期電動機制御装置２には、速度指令、 界磁出力量指令、 界磁省エネ指令等が指令される。また、トラッキング装置４からは、材料のトラッキング信号が出力され、材料の噛み込み、尻抜け等のタイミングを省エネ制御装置３に通知している。
【００１３】
省エネ制御装置３では、同期電動機の回転数と電機子電流に基づき、同期電動機が必要とする必要トルクを実時間で算出し、この必要トルクに基づき、最低限必要とする界磁電流値を決定する。そして、同期電動機制御装置２を介して同期電動機１の省エネ制御を実施する。
本発明では、負荷の変動や、圧延速度の変更等により必要トルクが変動する場合においても、 必要トルクを実時間で計算し、 界磁出力を変化させることで界磁省エネを中止することなく省エネを継続できることを特徴とし、例えば、熱間圧延機駆動用の同期電動機に好適に適用する。
【００１４】
本発明によって、 図１（ｂ）に例示する必要トルクの変動に対し比例するようにして、 図１（ｃ）に示すように界磁電流を制御する。すなわち、図１（ｃ）に示すように界磁電流を、まず、材料の噛み込み直前に一定値としてロール周速を加速して噛み込みに備え、噛み込みと同時に所定の一定値に増加させてホールドし、噛み込み完了後の材料の加速時に、該加速に応じて再び増加させ、定速時には、対応する負荷時の所定値にホールドし、さらに、材料の尻抜け開始時に一定値に低減し、尻抜け完了時に無負荷時の固定値に戻るようにする。こうすることで、最大効率の省エネを達成できるのである。
【００１５】
【実施例】
本発明の同期電動機の界磁制御方法を熱間圧延ラインの粗圧延機に適用し、従来の同期電動機の界磁制御方法との比較検討を実施した。
本発明例としては、図１（ｃ）に示す界磁パターンに基づく同期電動機の制御を実施した。
【００１６】
一方、従来の同期電動機の界磁制御方法としては、図３（ｃ）に示す界磁パターンとする従来例１と、図３（ｄ）に示す界磁パターンとする従来例２を採用した。
以上の、本発明例、従来例１、従来例２のそれぞれに基づく操業を実施し、それぞれの比較検討を実施した。
【００１７】
その結果、表１に示す結果を得た。
【００１８】
【表１】
【００１９】
すなわち、本発明例では、従来例１、従来例２にまして界磁電力損失を低減した省エネ運転を実現することができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によって、同期電動機における界磁省エネ運転を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期電動機の界磁制御方法を説明するタイムチャートである。
【図２】同期電動機の界磁制御を行なう制御システムの模式図である。
【図３】従来例１、従来例２の同期電動機の界磁制御方法を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 同期電動機
1a 電機子
1b 界磁コイル
２ 同期電動機制御装置
2a 制御部
2b 電機子駆動装置
2c 界磁駆動装置
３ 省エネ制御装置
４ トラッキング装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼の熱間圧延機等に適用する同期電動機（以下、単に電動機ともよぶ。）の運転制御方法に関し、特に、噛み込みトルクの大きい粗圧延機や仕上げ圧延機前段の圧延機に好適に適用し、省エネルギ（以下、 単に省エネともいう。）を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延ラインでは、圧延対象材（材料ともよぶ。）を間欠的に圧延処理する。そのため、圧延機は、材料を圧延する負荷運転と、空転状態となる無負荷運転を間欠的に繰り返している。
図３（ａ）に示すように、圧延機ロールは、無負荷時にもある固定値となるロール周速で回転しており、噛み込み直前に加速して噛み込み速度まで増速し噛み込み完了後加速され、その後、定速に移行し、尻抜けで再び無負荷時の固定値となるロール周速に戻るサイクルを繰り返している。このとき、トルクは、（ｂ）に示すように変動する。
【０００３】
本圧延機に適用する同期電動機では、速度、トルク制御を実施しており、負荷運転時は高トルクとし、無負荷運転時はメカロス分に相当する低トルクとすることから運転中に大きな負荷トルク変動が発生する。同期電動機のトルクは、内部相差角、電機子電流トルク方向成分、磁束にほぼ比例する。また、磁束は界磁電流にほぼ比例する。
【０００４】
従来は、材料が噛み込む際の負荷増大時に電機子電流が増大し、過電流、脱調といった現象が発生することを回避し、界磁省エネルギ制御を行なうため、材料の噛み込み前にあらかじめ界磁電流を増加させておき、噛み込み時の電機子電流増加分を抑止する制御方法が採用されてきている。
もっとも簡単な方式は、負荷の有無、速度に関わらず、常に一定の界磁電流を印加しておく方式である（図３（ｃ）の従来例１参照）。
【０００５】
また、特許文献１に開示のように、無負荷時の界磁電流を固定値（例えば、負荷時の１／２相当）としておき、材料の噛み込み前にあらかじめ負荷時の界磁電流に増加させておくようにする方式（図３（ｄ）の従来例２参照）も知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭55-33832号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の界磁省エネルギ制御は、トルクを必要としない、すなわち、無負荷時で、ロール周速一定の場合にのみ界磁の出力を落としているため、低負荷時や、低負荷時の加減速を行なう際のあまり高トルクを必要としない段階から界磁省エネルギ制御を中止して負荷時に相当する界磁を行なうことから、省エネルギ効果が得にくいのが実情であった。また、圧延ラインの稼動ピッチがあがると、無負荷時の時間間隔が短くなり、省エネルギ効果はますます小さくなってしまう。
【０００８】
本発明は、界磁省エネルギ制御を可能な限り適用することを可能とし、省エネルギを実現してなる同期電動機の界磁制御方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同期電動機のトルクを実時間で計算し、省エネの継続が可能かどうかを実時間で判断して界磁省エネルギ制御を行なうものである。そして、界磁電流値を可変として最適な界磁省エネルギを達成し、省エネルギ効果を増大させるものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、同期電動機の回転数と電機子電流に基づき、必要トルクを実時間で算出する工程と、該必要トルクに基づき、最低限必要とする界磁電流値を決定する工程と、を有し、決定された界磁電流値に実時間で制御する同期電動機の界磁制御方法において、該同期電動機は熱間圧延機駆動用であり、該必要トルクは材料の熱間圧延に要するものであり、該界磁電流値が該必要トルクに比例する界磁電流値の制御を、材料の噛み込み直前に無負荷時の固定値からいったん一定値に増加させてから戻し、噛み込みと同時に所定の一定値に増加させてホールドし、噛み込み完了後の材料加速時に該加速に応じて再び増加させ、加速完了後の定速時には対応する負荷に応じた所定値にホールドし、さらに材料の尻抜け開始時に一定値に低減し、尻抜け完了時に無負荷時の固定値に戻すように行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、図２に基づき、本発明の同期電動機の界磁制御方法を適用する制御システムについて説明する。
同期電動機１は、電機子1aと界磁コイル1bから構成され、電機子駆動装置2b、界磁駆動装置2c、および、それらを制御する制御部2aからなる同期電動機制御装置２で制御される。この同期電動機制御装置２には、省エネ制御装置３が接続され、省エネルギ運転を行なわせる。
【００１２】
同期電動機制御装置２から省エネ制御装置３には、界磁電流、電圧、電機子電流・電圧、回転数等の情報が伝達され、 一方、 省エネ制御装置３から同期電動機制御装置２には、速度指令、 界磁出力量指令、 界磁省エネ指令等が指令される。また、トラッキング装置４からは、材料のトラッキング信号が出力され、材料の噛み込み、尻抜け等のタイミングを省エネ制御装置３に通知している。
【００１３】
省エネ制御装置３では、同期電動機の回転数と電機子電流に基づき、同期電動機が必要とする必要トルクを実時間で算出し、この必要トルクに基づき、最低限必要とする界磁電流値を決定する。そして、同期電動機制御装置２を介して同期電動機１の省エネ制御を実施する。
本発明では、負荷の変動や、圧延速度の変更等により必要トルクが変動する場合においても、 必要トルクを実時間で計算し、 界磁出力を変化させることで界磁省エネを中止することなく省エネを継続できることを特徴とし、例えば、熱間圧延機駆動用の同期電動機に好適に適用する。
【００１４】
本発明によって、 図１（ｂ）に例示する必要トルクの変動に対し比例するようにして、 図１（ｃ）に示すように界磁電流を制御する。すなわち、図１（ｃ）に示すように界磁電流を、まず、材料の噛み込み直前に一定値としてロール周速を加速して噛み込みに備え、噛み込みと同時に所定の一定値に増加させてホールドし、噛み込み完了後の材料の加速時に、該加速に応じて再び増加させ、定速時には、対応する負荷時の所定値にホールドし、さらに、材料の尻抜け開始時に一定値に低減し、尻抜け完了時に無負荷時の固定値に戻るようにする。こうすることで、最大効率の省エネを達成できるのである。
【００１５】
【実施例】
本発明の同期電動機の界磁制御方法を熱間圧延ラインの粗圧延機に適用し、従来の同期電動機の界磁制御方法との比較検討を実施した。
本発明例としては、図１（ｃ）に示す界磁パターンに基づく同期電動機の制御を実施した。
【００１６】
一方、従来の同期電動機の界磁制御方法としては、図３（ｃ）に示す界磁パターンとする従来例１と、図３（ｄ）に示す界磁パターンとする従来例２を採用した。
以上の、本発明例、従来例１、従来例２のそれぞれに基づく操業を実施し、それぞれの比較検討を実施した。
【００１７】
その結果、表１に示す結果を得た。
【００１８】
【表１】
すなわち、本発明例では、従来例１、従来例２にまして界磁電力損失を低減した省エネ運転を実現することができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によって、同期電動機における界磁省エネ運転を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期電動機の界磁制御方法を説明するタイムチャートである。
【図２】同期電動機の界磁制御を行なう制御システムの模式図である。
【図３】従来例１、従来例２の同期電動機の界磁制御方法を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 同期電動機
1a 電機子
1b 界磁コイル
２ 同期電動機制御装置
2a 制御部
2b 電機子駆動装置
2c 界磁駆動装置
３ 省エネ制御装置
４ トラッキング装置
Claims (1)
- 同期電動機の回転数と電機子電流に基づき、必要トルクを実時間で算出する工程と、該必要トルクに基づき、最低限必要とする界磁電流値を決定する工程と、を有し、決定された界磁電流値に実時間で制御する同期電動機の界磁制御方法において、該同期電動機は熱間圧延機駆動用であり、該必要トルクは材料の熱間圧延に要するものであり、該界磁電流値が該必要トルクに比例する界磁電流値の制御を、材料の噛み込み直前に無負荷時の固定値からいったん一定値に増加させてから戻し、噛み込みと同時に所定の一定値に増加させてホールドし、噛み込み完了後の材料加速時に該加速に応じて再び増加させ、加速完了後の定速時には対応する負荷に応じた所定値にホールドし、さらに材料の尻抜け開始時に一定値に低減し、尻抜け完了時に無負荷時の固定値に戻すように行うことを特徴とする同期電動機の界磁制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002323286A JP4337329B2 (ja) | 2002-11-07 | 2002-11-07 | 同期電動機の界磁制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002323286A JP4337329B2 (ja) | 2002-11-07 | 2002-11-07 | 同期電動機の界磁制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004159438A JP2004159438A (ja) | 2004-06-03 |
| JP4337329B2 true JP4337329B2 (ja) | 2009-09-30 |
Family
ID=32803183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002323286A Expired - Fee Related JP4337329B2 (ja) | 2002-11-07 | 2002-11-07 | 同期電動機の界磁制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4337329B2 (ja) |
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2002
- 2002-11-07 JP JP2002323286A patent/JP4337329B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2004159438A (ja) | 2004-06-03 |
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