JP5531428B2 - Power saving drive apparatus and method for apparatus having the same load pattern - Google Patents
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Description
本発明は、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法に関する。 The present invention relates to a power saving driving apparatus and method for apparatuses having the same load pattern.
本発明は、インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンで繰り返し運転される装置を対象とする。以下、かかる装置を「同一負荷パターン装置」と呼ぶ。
なお、同一負荷パターン装置は、サーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置を主に想定するが、それらには限定されない。
The present invention is directed to an apparatus that is driven by a motor supplied with power from an inverter and that is repeatedly operated in the same load pattern. Hereinafter, such a device is referred to as a “same load pattern device”.
In addition, although the same load pattern apparatus mainly assumes industrial apparatuses, such as a servo press, the die cushion for a press, a conveying apparatus, and a physical distribution apparatus, it is not limited to them.
上述した同一負荷パターン装置における損失量は、電力変換回路のパラメタ、例えば搬送波周波数やスイッチング波形の電圧変化率dv/dtなどにより変化する。
ここで「損失量」とは、インバータの受電電力とモータ出力との差、すなわち、インバータからモータに到る電気回路(インバータとモータを含む)およびモータ内部の磁気回路において発熱や電磁放射の形で失われる仕事量を意味する。
この損失量を低減する手段として、例えば特許文献1が既に提案されている。また、本発明に関連する技術が、特許文献2と非特許文献1に開示されている。
The amount of loss in the same load pattern device described above varies depending on parameters of the power conversion circuit, such as the carrier wave frequency and the voltage change rate dv / dt of the switching waveform.
Here, the “loss amount” means the difference between the received power of the inverter and the motor output, that is, the form of heat generation or electromagnetic radiation in the electric circuit (including the inverter and motor) from the inverter to the motor and the magnetic circuit inside the motor. Means the amount of work lost in
As means for reducing this loss amount, for example,
特許文献1は、装置の運転条件が変化したとき、電力変換のパラメタ(DC/DCコンバータの搬送波周波数)を変化させて損失量を小さくするものである。
In
特許文献1では、損失量を小さくする搬送波(キャリアと称する)周波数を、(A)エネルギ蓄積手段、スイッチング素子、電動機各相コイルの損失特性を損失特性として用い、或いは(B)予め実験などにより求める手段が提案されている。
しかし、特許文献1の手段を各種装置、特にサーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置に適用しようとすると以下の問題がある。
In
However, if the means of
(A)に対しては、「他の構成要素の損失特性が考慮されていない」という問題がある。
例えば、インバータとモータ間の配線、電磁ノイズ除去用素子(フェライトコアやフィルタ)、モータのロータにおける損失(ロータ内に誘導される電流による損失など)が考慮されていない。
また、産業用装置ではインバータとモータ間の配線が長かったり、電磁ノイズ除去用素子やモータが大型であったりするため、これらの構成要素からの損失量も無視できないことが多い。
As for (A), there is a problem that “loss characteristics of other components are not considered”.
For example, wiring between the inverter and the motor, electromagnetic noise removing elements (ferrite cores and filters), and loss in the rotor of the motor (loss due to current induced in the rotor, etc.) are not considered.
Further, in industrial devices, the wiring between the inverter and the motor is long, or the electromagnetic noise removing element and the motor are large, so the amount of loss from these components is often not negligible.
(B)に対しては、「搬送波周波数を決めるためのデータ(総合的な損失特性)を予め求めておくことが困難である」という問題がある。
この理由は、例えば、次の理由による。
(a)配線作業が現物合わせのため、配線の電気的特性が事前に予測できない。
(b)電磁ノイズ除去用素子が装置設置後に追加されることがある、
(c)モータが故障して交換されることがあるが、モータは一台ごとに特性が異なる。
(d)モータの温度は、装置の起動直後は低く、装置を連続運転していると上昇するが、モータの損失特性は温度によって変化する。
As for (B), there is a problem that “it is difficult to obtain in advance data (total loss characteristics) for determining a carrier frequency”.
This reason is based on the following reason, for example.
(A) Since the wiring work matches the actual product, the electrical characteristics of the wiring cannot be predicted in advance.
(B) An element for removing electromagnetic noise may be added after installation of the device.
(C) Although a motor may fail and be replaced, each motor has different characteristics.
(D) The temperature of the motor is low immediately after the start of the apparatus and rises when the apparatus is continuously operated, but the loss characteristic of the motor varies depending on the temperature.
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to obtain all the characteristics of the wiring characteristics, the presence / absence of an electromagnetic noise removing element, the loss characteristics and temperature changes of each motor, and the like, without acquiring the data of the loss characteristics by conducting experiments in advance. It is an object of the present invention to provide a power-saving drive device and method for a device having the same load pattern that can minimize the amount of loss in consideration of the loss characteristics of elements.
本発明によれば、インバータから電力供給されるモータで駆動され、モータ回転角度指令値又はモータ回転速度指令値が1サイクル内で増減しかつ該サイクルが繰り返される同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置であって、
前記同一負荷パターンにおけるインバータの受電電力量を計算する電力量演算器と、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するパラメタ選択・指令器と、を備え、
選択したパラメタで装置を運転する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置が提供される。
According to the present invention, power saving of an apparatus driven by a motor supplied with power from an inverter, having a same load pattern in which the motor rotation angle command value or the motor rotation speed command value is increased or decreased within one cycle and the cycle is repeated. A driving device comprising:
An electric energy calculator for calculating the electric energy received by the inverter in the same load pattern;
A parameter selection / commander that changes an inverter parameter to a plurality of values, compares the received power amount in each parameter, selects a parameter that minimizes the received power amount, and commands the inverter ;
There is provided a power saving drive device for a device having the same load pattern, characterized in that the device is operated with a selected parameter .
本発明の好ましい実施形態によれば、前記負荷パターンのサイクル開始信号とサイクル終了信号を出力する指令値生成器を備える。 According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a command value generator for outputting a cycle start signal and a cycle end signal of the load pattern.
前記インバータのパラメタは、搬送波周波数及び/又はスイッチング波形の電圧変化率である。 The parameter of the inverter is a carrier frequency and / or a voltage change rate of the switching waveform.
また本発明によれば、インバータから電力供給されるモータで駆動され、モータ回転角度指令値又はモータ回転速度指令値が1サイクル内で増減しかつ該サイクルが繰り返しされる同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法であって、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、
前記各パラメタにおける前記同一負荷パターンによるインバータの受電電力量を計算し、
各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令し、
選択したパラメタで装置を運転する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法が提供される。
Further, according to the present invention, the apparatus is driven by a motor supplied with power from an inverter, the motor rotation angle command value or the motor rotation speed command value is increased or decreased within one cycle, and the apparatus has the same load pattern in which the cycle is repeated . A power saving driving method,
Change the inverter parameters to multiple values,
Calculate the received power amount of the inverter by the same load pattern in each parameter,
Compare the received power amount in each parameter, select a parameter that minimizes the received power amount, and command the inverter ,
There is provided a power saving driving method for a device having the same load pattern, characterized in that the device is operated with a selected parameter .
上記本発明の装置及び方法によれば、電力量演算器とパラメタ選択・指令器とを備え、インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける同一負荷パターンによるインバータの受電電力量を計算して比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するので、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる。 According to the apparatus and method of the present invention, the electric energy calculator and the parameter selector / commander are provided, the inverter parameters are changed to a plurality of values, and the received electric energy of the inverter with the same load pattern in each parameter is calculated. In comparison, the parameter that minimizes the amount of received power is selected and the inverter is commanded. Therefore, the electrical characteristics of the wiring, the presence or absence of an electromagnetic noise removing element, the loss characteristics and temperature changes for each motor, etc. The loss amount can be minimized in consideration of the loss characteristics of all the constituent elements without obtaining the loss characteristic data by conducting experiments in advance.
サーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置が同一負荷パターンで繰り返し運転される場合、それぞれのサイクルにおいてモータの出力は同じである。
そのため、インバータのパラメタが例えば搬送波周波数である場合、あるサイクルでは搬送波周波数f1で、別のサイクルでは搬送波周波数f2で運転し、それぞれのサイクルにおけるインバータの受電電力量の測定値をE1およびE2とすると、損失量はインバータの受電電力量とモータ出力の積算値の差であるから、もしE1<E2であれば搬送波周波数f1のほうが損失量が小さく、もしE1>E2であれば搬送波周波数f2のほうが損失量が小さい。
従って、インバータのパラメタ(例えば搬送波周波数)を変えてサイクルにおけるインバータの受電電力量を測定し比較することにより、損失量をもっとも小さくするパラメタを探しだすことができるので、そのパラメタで装置を運転することにより、損失量を最小化することができる。
When industrial devices such as a servo press, a press die cushion, a transport device, and a physical distribution device are repeatedly operated with the same load pattern, the motor output is the same in each cycle.
Therefore, when the parameter of the inverter is, for example, the carrier frequency, the operation is performed at the carrier frequency f1 in one cycle and the carrier frequency f2 in another cycle, and the measured values of the received electric energy of the inverter in each cycle are E1 and E2. The amount of loss is the difference between the amount of power received by the inverter and the integrated value of the motor output. Therefore, if E1 <E2, the carrier frequency f1 is smaller, and if E1> E2, the carrier frequency f2 is greater. Loss is small.
Therefore, by changing the inverter parameters (for example, carrier wave frequency) and measuring and comparing the amount of power received by the inverter in the cycle, the parameter that minimizes the amount of loss can be found, and the device is operated with that parameter. As a result, the amount of loss can be minimized.
従って、上記本発明の装置及び方法によれば、以下の効果が得られる。
(1)予め実験して損失特性のデータを取得する手間・時間なしに、損失の小さくなる搬送波周波数を探し出して損失の小さい運転が可能である。
(2)装置の運転においてモータが力行のみでなく回生も行う場合、さらには回生のみ行うような場合にも適用可能である。
(3)配線の変更やモータの交換や温度変化などの外部状況の変化に対して、装置の運転を継続した状態のまま、自動的に、損失の小さくなる搬送波周波数を探し出して損失の小さい運転を行う構成も可能である。
(4)損失に影響する搬送波周波数以外のパラメタ、たとえばスイッチング波形の電圧変化率dv/dtを自動調整して損失の小さい運転を行うことも可能である。
Therefore, according to the apparatus and method of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) It is possible to operate with a small loss by searching for a carrier frequency with a small loss, without the effort and time to obtain the loss characteristic data by experimenting in advance.
(2) The present invention can be applied to the case where the motor performs not only power running but also regeneration in the operation of the apparatus, and further to only regeneration.
(3) In response to changes in external conditions such as wiring changes, motor replacement, and temperature changes, the system automatically searches for a carrier frequency with low loss while maintaining the operation of the device, and operates with low loss. A configuration for performing the above is also possible.
(4) It is also possible to perform an operation with a small loss by automatically adjusting a parameter other than the carrier frequency affecting the loss, for example, the voltage change rate dv / dt of the switching waveform.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明による省電力駆動装置の第1実施形態を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a power-saving drive device according to the present invention.
この図において、11は外部電源であり、電力会社から供給される電源や、自家発電装置である。外部電源11は、この実施形態では3相交流を供給すると仮定するが、単相交流など他の形態の電源でもよい。
13はコンバータであり、外部電源1から供給される電力を直流に変換して直流バス15に供給する。コンバータ13は、この実施形態ではダイオードブリッジを仮定するが、位相制御により電圧可変なサイリスタブリッジや、パワーMOSFETやIGBTなどの電力制御素子を用いた回生可能なブリッジでもよい。
15は直流バスであり、コンバータ13とインバータ19を電気的に接続する。図中で、上方に示されているのが直流バス15のプラス側(+)、下方に示されているのが直流バス15のマイナス側(−)である。
17はキャパシタであり、直流バス15の電圧を平滑化する。キャパシタ17は、アルミ電解コンデンサが使用されることが多いが、他の種類のコンデンサや電気二重層キャパシタを用いてもよい。
In this figure, 11 is an external power source, which is a power source supplied from an electric power company or a private power generator. The
A
19はインバータであり、直流バス15からモータ21へ流れる電流・電圧を制御し、モータ21が所望のトルクを発生するようにする。インバータ19は、この実施形態では電圧型インバータを仮定するが、電流型インバータでもよい。電流型インバータの場合、キャパシタ17の代わりにリアクトルを用いる。
また、インバータ19は、この実施形態では、モータ21の正逆回転、力行・回生が可能な4象限駆動のインバータを仮定するが、機械負荷23(同一負荷パターン装置)の特性および動作によっては、回転方向が一方向のみ、もしくは力行のみが可能なインバータでもよい。
Further, in this embodiment, the
21はモータであり、インバータ19とモータ21の組み合わせにより、制御器27から入力されるトルク指令値に追従してモータ21がトルクを発生する。
モータ21は、この実施形態では、3相誘導モータないし3相永久磁石同期モータを仮定するが、インバータとの組み合わせでトルク・回転速度が可変であれば、他の形式のモータでもよい。
In this embodiment, the
23は機械負荷、すなわち同一負荷パターン装置であり、モータ21により駆動される。
25はモータエンコーダであり、モータ21の回転位置(角度)を測定する。モータエンコーダ25として、光学式や磁気式のロータリーエンコーダやレゾルバが用いられる。なお、制御器27が速度制御を行う場合には、モータ21の回転速度(角速度)を測定すればよい。この場合、ロータリーエンコーダやレゾルバで測定した回転位置を時間微分してもよいし、タコメータのように回転速度を直接測定してもよい。
27は制御器であり、インバータ19、モータ21、モータエンコーダ25、制御器27でフィードバックループを構成し、モータ21が指令値生成器29からの指令値に追随するよう制御する。
制御器27は、この実施形態では、位置制御を仮定するが、速度制御でもよい。制御器内部の演算手法としては、PID制御やI−PD制御などが多く用いられるが、その他の制御手法を用いてもよい。制御性を改善するためのフィードフォワード演算を組み合わせてもよい。制御器27は、DSPやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくはアナログ回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。
The
29は指令値生成器であり、それぞれの時刻において、モータ21が追随すべきモータ回転角度指令値Acを制御器27へ出力する。モータ回転角度指令値Acの伝送には、90度位相がずれた2相パルス列による伝送や、各種通信ネットワークによる伝送が用いられる。モータ21の回転角と機械負荷23は機械的に連動しているので、モータ21の回転角度を指令することは、機械負荷23の位置を指令することと同じ意味である。
A
図2は、本発明が対象としている同一負荷パターン装置の作動説明図である。
本発明は同一負荷パターンで繰り返し運転される装置(同一負荷パターン装置)を対象としているので、この実施形態において、図2に示すように、モータ回転角度指令値Acはサイクル(繰り返される同一パターン)を有し、サイクルの開始時点と終了時点において、指令値生成器29はサイクル開始信号Csとサイクル終了信号Ceをそれぞれ出力するものとする。図2において、C1、C2、C3がそれぞれサイクルを示している。サイクルとサイクルの間では、任意の指令値、たとえば機械負荷23を停止させておくような指令値や機械負荷23を手動操作にしたがって動作させるための指令値を出力してかまわないが、本発明の動作には関係しないので、以下の説明においては単純化のため、サイクルとサイクルの間では機械負荷23を停止させておくような指令値を出力するものとする。なお、図2ではサイクル開始信号Cs、サイクル終了信号Ceはパルス信号としたが、サイクル開始を信号の立上がりエッジで、サイクル終了を信号の立下りエッジで示すようにするなど、他の信号波形でもよい。
なお、制御器27が速度制御を行う場合には、指令値生成器29はモータ回転速度指令値を出力するようにすればよい。
FIG. 2 is an operation explanatory view of the same load pattern device targeted by the present invention.
Since the present invention is intended for a device that is repeatedly operated with the same load pattern (same load pattern device), in this embodiment, as shown in FIG. 2, the motor rotation angle command value Ac is a cycle (same repeated pattern). The
When the
指令値生成器29は、半導体メモリのような記憶装置を有するDSPやマイコンを用いたプログラマブル装置により実現可能である。
The
インバータ19は、以下の要素から構成され、パラメタ選択・指令器83が出力する搬送波周波数指令値Fにしたがった周波数の搬送波Cwを用いてPWM変調が行われる。
インバータの構成・動作例の詳細は例えば、非特許文献1に示されている。また、可変な搬送波周波数によりPWM変調を行う方法の例は、特許文献2に示されている。なお特許文献2では、搬送波はキャリアと呼ばれている。
The
Details of the configuration and operation example of the inverter are shown in
41は電力制御部であり、ゲート信号により導通状態が変化する電力制御素子により、直流バス15からモータ21への電圧・電流を制御する。電力制御部41は、この実施形態ではパワーMOSFETやIGBTなどのゲート信号をオフすることにより消弧可能な電力制御素子を用いることを仮定するが、GTOなど他の種類の電力制御素子を電力制御素子に応じた適当なゲート駆動回路と組み合わせて用いてもよい。
43はモータ電流測定器であり、電力制御部41からモータ21へのUVW各相の電流を測定する。モータ電流測定器43は、電流にともなって電線の周囲に発生する磁場を測定する非接触方式の装置や、回路に抵抗を挿入し電流にともなって抵抗の両端に発生する電位差を測定する装置などである。電流測定器63の実現方法も同様である。
A motor
45は指令演算器であり、制御器27からのトルク指令値Tcに追随してモータ21がトルクを発生するよう、PWM変調器47へUVWの各相に対する変調波Mwを出力する。指令演算器45として、ベクトル演算により計算した各相への電流指令をモータ電流測定器43の測定値と比較して各相の変調波を求める装置が可能であるが、他の装置でもよい。指令演算器45は、DSPやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくは電子回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。なお、状態推定等の手法を用いて、必要なモータ電流測定器43の個数を減らす構成も可能である。
A
47はPWM変調器であり、変調波Mwを搬送波Cwで変調し、電力制御素子の導通・非導通を決めるノッチ波Nwを出力する。PWM変調器47は、この実施形態では三角搬送波を用い、変調波Mwと搬送波Cwの大小比較でノッチ波Nwのオンオフを決める手段を想定する。PWM変調器47は、アナログ電子回路(コンパレータ)もしくはDSPやマイコンのプログラムで実現可能である。
A
49は搬送波発振器であり、PWM変調のための搬送波Cwを発振する。搬送波発振器49は、搬送波周波数指令値Fにしたがって発振周波数が可変となるよう構成する。
搬送波発振器49は、2つの値M1,M2の間でカウントアップ・ダウンを繰り返すアップダウンカウンタを電子回路やDSPやマイコンのプログラムで構成して三角搬送波を発振し、搬送波周波数指令値Fに応じてM1,M2の値を適切に変えることにより発振周波数を変える構成が可能であるが、アナログ電子回路による発振回路など他の方法で構成してもよい。
49 is a carrier wave oscillator, which oscillates a carrier wave Cw for PWM modulation. The
The
51はゲート駆動回路であり、ノッチ波Nwを絶縁、レベル変換又は増幅して、電力制御素子のゲートを駆動するゲート信号を出力する。ゲート駆動回路51は、絶縁型電源・フォトカプラ等を用いた電子回路により実現できる。
A
61は電圧測定器であり、63は電流測定器である。電圧測定器61と電流測定器63は、直流バス15(キャパシタ17を含む)からインバータ19へ流入する電力量Wを計算するため、それぞれ電圧と電流を測定し、電圧測定値V(t)と電流測定値I(t)を電力量演算器81へ出力する。電圧測定値V(t)、電流測定値I(t)の伝送には、電圧振幅や電流振幅としてアナログ伝送する手段や、各種通信ネットワークを用いてデジタル伝送することが可能である。
電圧測定器61で測定される時刻tにおける直流バス15のマイナス側に対するプラス側の電圧をV(t)と記す。また電流測定器63で測定される時刻tにおける直流バスのプラス側を図中で左から右へ流れる電流をI(t)と記す。電流測定値が負の値の場合、電流が図中で右から左へ流れることを示す。
61 is a voltage measuring device, and 63 is a current measuring device. The
The voltage on the plus side with respect to the minus side of the
81は電力量演算器であり、1サイクルの電力量Wを演算する。すなわち、電圧測定値V(t)と電流測定値I(t)を乗算した値を、サイクル開始信号Csが入力された時点からサイクル終了信号Ceが入力される時間まで時間積分して出力する。1サイクルの電力量Wの伝送には、電圧振幅や電流振幅としてアナログ伝送する手段や、各種通信ネットワークを用いてデジタル伝送することが可能である。
電力量演算器81は、DSPやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくはアナログ電子回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。
電力量演算器81は、以下のような演算を行う。
時刻tにおける電力P(t)は電圧と電流の積であり、式(1)であらわされる。ここで、P(t)が正の値であれば電力が図中の左から右へ、P(t)が負の値であれば電力が図中の右から左へ流れることを示す。
P(t)=V(t)×I(t)・・・(1)
1サイクルの電力量Wは、電力の時間積分なので、そのサイクルに対するサイクル開始信号の時刻をT1、サイクル終了信号の時刻をT2と書けば、数1の式(2)であらわされる。
81 is an electric energy calculator, and calculates electric energy W of 1 cycle. That is, a value obtained by multiplying the voltage measurement value V (t) and the current measurement value I (t) is time-integrated from the time when the cycle start signal Cs is input to the time when the cycle end signal Ce is input, and then output. For the transmission of the electric energy W in one cycle, it is possible to perform digital transmission using means for analog transmission as voltage amplitude and current amplitude, and various communication networks.
The
The
The power P (t) at time t is the product of voltage and current, and is expressed by equation (1). Here, when P (t) is a positive value, power flows from left to right in the figure, and when P (t) is a negative value, power flows from right to left in the figure.
P (t) = V (t) × I (t) (1)
Since the power amount W of one cycle is a time integral of the power, if the time of the cycle start signal for the cycle is written as T1, and the time of the cycle end signal is written as T2, it is expressed by Equation (2) of
電力量演算器81での演算が時間ΔT周期で行われるとすれば、式(2)を差分化し、時刻T1から時刻T2までV(t)×I(t)×ΔTを積算すれば、1サイクルの電力量Wとなる。すなわち、サイクル終了時点において、そのサイクルに対する1サイクルの電力量を出力可能である。
以上の説明のように、電流測定値と電力に負の値も許容することにより、1サイクル中で力行と回生が混在している場合にも本発明は適用可能となる。すなわち、電力の正、負が、それぞれ力行、回生に相当する。
If the calculation by the
As described above, the present invention is applicable even when power running and regeneration are mixed in one cycle by allowing negative values for the current measurement value and power. That is, positive and negative power corresponds to power running and regeneration, respectively.
83はパラメタ選択・指令器であり、損失量に影響するパラメタの値を指令するとともに、各サイクルにおける1サイクルの電力量にもとづいて、適切なパラメタの値を選択する。この実施形態では、パラメタは搬送波Cwの周波数であり、パラメタ選択・指令器83は、搬送波周波数指令値Fを搬送波発信器49へ出力する。パラメタ選択・指令器83は、DSPやマイコンをもちいたプログラマブル装置により実現可能である。
図3は、パラメタ選択・指令器83の作動説明図である。
パラメタ選択・指令器83により、損失を小さくするパラメタを探索・決定するための手順は以下のようになる。
パラメタ選択・指令器83は、1サイクルごとに異なる搬送波周波数指令値Fを出力する。サイクル終了時点において、電力量演算器81から各サイクルに対する1サイクルの電力量Wが出力されるので、パラメタ選択・指令器83の内部に記憶しておく。パラメタ選択・指令器83は、記憶した1サイクルの電力量Wを比較し、もっとも電力量が小さくなる搬送波周波数指令値Fを、以降の搬送波周波数指令値Fとして出力する。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the parameter selection /
The procedure for searching and determining a parameter for reducing the loss by the parameter selector /
The parameter selector /
例として、図3に示すように、5サイクル(図中、C1、C2、C3、C4、C5)のそれぞれに対して搬送波周波数指令値FをF1、F2、F3、F4、F5に変化させたとし、それぞれのサイクルにおける1サイクルの電力量がW1、W2、W3、W4、W5であったとする。W1、W2、W3、W4、W5を記憶しておき、サイクル5(図中、C5)が終了した時点で比較し、W4がもっとも小さかったとすると、W4に対応する搬送波周波数指令値F4がもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかる。そこで、パラメタ選択・指令器83は、以降、搬送波周波数指令値としてF4を出力し続ける。
As an example, as shown in FIG. 3, the carrier frequency command value F is changed to F1, F2, F3, F4, and F5 for each of five cycles (C1, C2, C3, C4, and C5 in the figure). Assume that the power amount of one cycle in each cycle is W1, W2, W3, W4, and W5. W1, W2, W3, W4, W5 are stored and compared at the end of cycle 5 (C5 in the figure). If W4 is the smallest, the carrier frequency command value F4 corresponding to W4 is the most lossy. It can be seen that this is a carrier frequency command value for reducing the frequency. Therefore, the parameter selector /
なお、図3に示す例では、搬送波周波数指令値FをF1〜F5の5通りに変化させ、パラメタ(搬送波周波数指令値)の探索・決定にC1〜C5の5サイクルを要するものとしたが、搬送波周波数指令値Fを変化させる数は5に限らず、2以上の数Qでよい。この場合、パラメタ(搬送波周波数指令値)の探索・決定にQサイクル要することになる。図4、図5に示す例でも同様である。 In the example shown in FIG. 3, the carrier frequency command value F is changed in five ways, F1 to F5, and five cycles of C1 to C5 are required for searching and determining the parameter (carrier frequency command value). The number for changing the carrier wave frequency command value F is not limited to 5, and may be a number Q of 2 or more. In this case, Q cycles are required for searching and determining the parameter (carrier frequency command value). The same applies to the examples shown in FIGS.
パラメタの探索・決定を行うタイミングとしては、たとえば以下の(1)〜(3)が考えられる。
(1)インバータからモータへ到る配線へのノイズフィルタの追加、モータの交換、機械負荷の改造など、損失に影響を与えるハードウェア的な変更が行われた直後にパラメタの探索・決定を行う。たとえば、パラメタ選択・指令器83に押しボタン(図示せず)を接続し、ハードウェア的な変更が行われたら人間が押しボタンを押す。パラメタ選択・指令器は押しボタンが押された後、最初に行われるサイクル(本例では最初の5サイクル)においてパラメタ(本例では搬送波周波数指令値)の探索・決定を行い、以降、決定された搬送波周波数指令値を出力し続ける。
For example, the following (1) to (3) are conceivable as timings for searching and determining parameters.
(1) Search and determine parameters immediately after a hardware change that affects loss, such as adding a noise filter to the wiring from the inverter to the motor, replacing the motor, or modifying the mechanical load. . For example, a push button (not shown) is connected to the parameter selection /
(2)装置を運転して一定のサイクル数もしくは一定時間が経過したら、パラメタの探索・決定をやり直す。たとえば、サイクル開始信号もしくはサイクル終了信号の発生回数をカウントするカウンタもしくは経過時間を計測するタイマをパラメタ選択・指令器内に設け、カウンタの値もしくはタイマの値が一定値に達したらパラメタの探索・決定をやり直す。同時にカウンタもしくはタイマをリセットしてサイクル数のカウントもしくは経過時間の計測を再スタートする。 (2) When a certain number of cycles or a certain period of time has elapsed after the device is operated, the parameter search / determination is performed again. For example, a counter that counts the number of occurrences of the cycle start signal or cycle end signal or a timer that measures the elapsed time is provided in the parameter selection / commander, and when the counter value or timer value reaches a certain value, the parameter search / Redo the decision. At the same time, reset the counter or timer to restart the cycle count or elapsed time measurement.
図4は、100サイクルごとにパラメタの探索・決定をやり直す例を示す図である。
この例では、図4に示すように搬送波周波数指令値を変化させる。最初の5サイクル(図中、C1、C2、C3、C4,C5)のそれぞれに対して搬送波周波数指令値FをF1、F2、F3、F4、F5に変化させ、それぞれのサイクルにおける1サイクルの電力量がW1、W2、W3、W4、W5であったとする。W1、W2、W3、W4、W5を記憶しておき、サイクル5(図中、C5)が終了した時点で比較し、W4がもっとも小さかったとすると、W4に対応する搬送波周波数指令値F4がこの時点においてもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかるので、パラメタ選択・指令器83は、以降、100サイクルが経過するまで(すなわち、サイクルC6〜C100に対して)搬送波周波数指令値としてF4を出力し続ける。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of redoing the parameter search / determination every 100 cycles.
In this example, the carrier frequency command value is changed as shown in FIG. The carrier frequency command value F is changed to F1, F2, F3, F4, and F5 for each of the first five cycles (C1, C2, C3, C4, and C5 in the figure), and one cycle of power in each cycle Assume that the amounts are W1, W2, W3, W4, and W5. W1, W2, W3, W4, W5 are stored and compared when cycle 5 (C5 in the figure) ends. If W4 is the smallest, the carrier frequency command value F4 corresponding to W4 is Therefore, the parameter selector /
100サイクル経過後、ふたたび、5サイクル(図中、C101、C102、C103、C104、C105)のそれぞれに対して搬送波周波数指令値FをF1、F2、F3、F4、F5に変化させ、それぞれのサイクルにおける1サイクルの電力量がW1’、W2’、W3’、W4’、W5’であったとする。W1’、W2’、W3’、W4’、W5’を記憶しておき、サイクル105(図中、C105)が終了した時点で比較し、W3’がもっとも小さかったとすると、W3’に対応する搬送波周波数指令値F3がこの時点においてもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかるので、パラメタ選択・指令器83は、以降、100サイクルが経過するまで(すなわち、サイクルC106〜C200に対して)搬送波周波数指令値としてF3を出力し続ける。
以降、100サイクルごとに以上の動作を繰り返す。なおこの図4は最初の201サイクル(図中、C1〜C201)を示している。
After 100 cycles, the carrier frequency command value F is changed to F1, F2, F3, F4, and F5 for each of 5 cycles (C101, C102, C103, C104, and C105 in the figure). Assume that the amount of power in one cycle in W1 ′, W2 ′, W3 ′, W4 ′, and W5 ′. W1 ′, W2 ′, W3 ′, W4 ′, W5 ′ are stored and compared at the end of the cycle 105 (C105 in the figure). If W3 ′ is the smallest, the carrier wave corresponding to W3 ′ Since it can be seen that the frequency command value F3 is the carrier frequency command value that minimizes the loss at this time, the parameter selector /
Thereafter, the above operation is repeated every 100 cycles. FIG. 4 shows the first 201 cycles (C1 to C201 in the figure).
装置の運転を継続していると、電気部品(モータ、インバータ、配線、フィルタなど)や機械部品(ベアリングなど)の温度が上昇し、パラメタと損失の関係が変化する可能性があるが、そのような場合に常に損失を最小とするパラメタで運転することができる。 If the device continues to operate, the temperature of electrical components (motors, inverters, wiring, filters, etc.) and mechanical components (bearings, etc.) may rise, and the relationship between parameters and losses may change. In such a case, it is always possible to operate with a parameter that minimizes the loss.
図5は、複数の動作パターンを有する装置において、パラメタの探索・決定をやり直す例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of performing parameter search / determination again in an apparatus having a plurality of operation patterns.
パターン1で運転する最初の5サイクル(図中、C1、C2、C3、C4,C5)のそれぞれに対して搬送波周波数指令値FをF1、F2、F3、F4、F5に変化させ、それぞれのサイクルにおける1サイクルの電力量がW1、W2、W3、W4、W5であったとする。W1、W2、W3、W4、W5を記憶しておき、サイクル5(図中、C5)が終了した時点で比較し、W1がもっとも小さかったとすると、W1に対応する搬送波周波数指令値F1がパターン1に対してもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかるので、パラメタ選択・指令器83は、以降、パターン1で運転している間、搬送波周波数指令値としてF1を出力し続ける。
The carrier frequency command value F is changed to F1, F2, F3, F4, and F5 for each of the first five cycles (C1, C2, C3, C4, and C5 in the figure) operated in the
動作パターンがパターン2に切替わったら、パターン2で運転する最初の5サイクル(図中、C1、C2、C3、C4,C5)のそれぞれに対して搬送波周波数指令値FをF1、F2、F3、F4、F5に変化させ、それぞれのサイクルにおける1サイクルの電力量がW1’、W2’、W3’、W4’、W5’であったとする。W1’、W2’、W3’、W4’、W5’を記憶しておき、サイクル5(図中、C5)が終了した時点で比較し、W5’がもっとも小さかったとすると、W5’に対応する搬送波周波数指令値F5がパターン2に対してもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかるので、パラメタ選択・指令器83は、以降、パターン2で運転している間、搬送波周波数指令値としてF5を出力し続ける。
When the operation pattern is switched to pattern 2, the carrier frequency command value F is set to F1, F2, F3 for each of the first five cycles (C1, C2, C3, C4, C5 in the figure) operated in pattern 2. Assume that the electric energy in one cycle in each cycle is W1 ′, W2 ′, W3 ′, W4 ′, and W5 ′. W1 ′, W2 ′, W3 ′, W4 ′, and W5 ′ are stored and compared at the end of cycle 5 (C5 in the figure). If W5 ′ is the smallest, the carrier wave corresponding to W5 ′ Since it can be seen that the frequency command value F5 is the carrier frequency command value that minimizes the loss with respect to the pattern 2, the parameter selector /
(3)複数の動作パターンを有する装置(たとえば、複数の金型を取り付けられるサーボプレスで、それぞれの金型ごとに動きが異なる場合)に本発明を適用する場合には、動作パターンが切り替えられた直後にパラメタの探索・決定を行う。たとえば、動作パターンの切り替えを指示する制御器(図示せず)からパラメタ選択・指令器へ動作パターンの切り替えを通知するように構成し、動作パターンの切り替えが通知されたらパラメタの探索・決定を行う。 (3) When the present invention is applied to an apparatus having a plurality of operation patterns (for example, a servo press to which a plurality of molds can be attached and each of the molds moves differently), the operation patterns are switched. Immediately after that, search and determine parameters. For example, a controller (not shown) instructing switching of the operation pattern is configured to notify the parameter selection / commander of the switching of the operation pattern, and when the switching of the operation pattern is notified, the parameter is searched and determined. .
なお以上のタイミングの組み合わせでパラメタの探索・決定を行うタイミングを決めてもよい。また以上は例であり、パラメタの探索・決定のタイミングはこれらに限定されるものではない。 Note that the timing for searching and determining parameters may be determined by a combination of the above timings. Moreover, the above is an example, and the timing of parameter search / determination is not limited to these.
図6は、本発明による省電力駆動装置の第2実施形態を示す図である。
この第2実施形態は、パラメタとして、搬送波周波数に加えスイッチング波形の電圧変化率dv/dtを用いる例である。
以下、図1の第1実施形態との相違のみ示す。
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the power-saving drive device according to the present invention.
The second embodiment is an example in which the voltage change rate dv / dt of the switching waveform is used as a parameter in addition to the carrier frequency.
Only the differences from the first embodiment of FIG. 1 will be described below.
51aはゲート駆動回路であり、第1実施形態のゲート駆動回路51に加え、電圧変化率の指令値Gに応じてゲート電圧とゲート電流を制御し、スイッチング波形の電圧変化率dv/dtを電圧変化率の指令値Gに抑制するソフトゲート駆動機能を有する。ソフトゲート駆動方式の例は、非特許文献1に示されている。
83aはパラメタ選択・指令器であり、第1実施形態のパラメタ選択・指令器83に加え電圧変化率の指令値Gをゲート駆動回路51aへ出力する機能を有する。
第1実施形態と同様に、パラメタ選択・指令器83aが出力する搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gを変化させて1サイクルの電力量Wを記憶・比較し、もっとも電力量Wが小さくなる搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gを、以降の搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gとして出力する。
この実施形態では、電圧変化率の指令値Gも変化させることにより、第1実施形態よりもさらに損失を小さくすることが可能となる。
As in the first embodiment, the carrier wave frequency command value F output from the parameter selector /
In this embodiment, the loss can be further reduced as compared with the first embodiment by changing the command value G of the voltage change rate.
図7は、複数のパラメタを探索・決定する方法の説明図である。
損失を小さくする複数のパラメタ(搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値G)を探索・決定する方法としてはたとえば以下の方法がある。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for searching and determining a plurality of parameters.
As a method for searching and determining a plurality of parameters (carrier frequency command value F and voltage change rate command value G) for reducing the loss, for example, there are the following methods.
搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gのすべての組み合わせに対して1サイクルの電力量を記憶・比較する。たとえば、搬送波周波数指令値FがF1,F2,F3,F4,F5の5通り、電圧変化率の指令値GがG1,G2,G3の3通りの場合、図7に示すように5×3=15サイクル(図中、C1〜C15)に対し、1サイクルの電力量(図中、W1〜W15)を記憶・比較して、搬送波周波数指令値F・電圧変化率の指令値Gを選択する。図7では、W1〜W15の中で、W3が一番小さい場合の例を示しており、W3に対応する搬送波周波数指令値F1と電圧変化率の指令値G3の組み合わせがもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値と電圧変化率の指令値の組み合わせいうことがわかるので、パラメタ選択・指令器83aは、サイクル15終了以降(すなわち、図中のサイクルC16以降)、搬送波周波数指令値としてF1を、電圧変化率の指令値としてG3を出力し続ける。
The amount of power for one cycle is stored and compared for all combinations of the carrier frequency command value F and the voltage change rate command value G. For example, when there are five carrier frequency command values F1, F2, F3, F4, and F5, and three voltage change rate command values G1, G2, and G3, as shown in FIG. For 15 cycles (C1 to C15 in the figure), one cycle of electric energy (W1 to W15 in the figure) is stored and compared, and the carrier frequency command value F and the voltage change rate command value G are selected. FIG. 7 shows an example in which W3 is the smallest among W1 to W15, and the combination of the carrier frequency command value F1 and the voltage change rate command value G3 corresponding to W3 has the smallest loss. Since it can be understood that this is a combination of the frequency command value and the voltage change rate command value, the parameter selector /
なお、図7に示す例では、搬送波周波数指令値FをF1〜F5の5通り、電圧変化率の指令値GをG1〜G3の3通りに変化させ、パラメタ(搬送波周波数指令値と電圧変化率の指令値)の探索・決定に5×3=15サイクル(図中、C1〜C15)を要するものとしたが、搬送波周波数指令値Fを変化させる数、電圧変化率の指令値Gを変化させる数はそれぞれ5、3に限らず、2以上の数Q、Rでよい。この場合、パラメタ(搬送波周波数指令値と電圧変化率の指令値)の探索・決定にQ×Rサイクル要することになる。 In the example shown in FIG. 7, the carrier frequency command value F is changed in five ways F1 to F5, and the voltage change rate command value G is changed in three ways G1 to G3, and parameters (carrier frequency command value and voltage change rate are changed). 5 × 3 = 15 cycles (C1 to C15 in the figure) are required to search and determine the command value), but the number to change the carrier frequency command value F and the command value G of the voltage change rate are changed. The numbers are not limited to 5 and 3, respectively, and may be 2 or more. In this case, Q × R cycles are required for searching and determining parameters (carrier frequency command value and voltage change rate command value).
以上の方法ではパラメタの値の組み合わせ数(以上の例では15通り)が多くなりすぎ、パラメタの探索・決定に要するサイクル数が多数となりすぎる場合には、パラメタの組み合わせの中から乱数や遺伝的アルゴリズムにより選択した組み合わせのみ用いてもよい。実験計画法にもとづく他の方法を用いてもよい。 In the above method, if the number of parameter value combinations (15 in the above example) becomes too large and the number of cycles required for parameter search / determination becomes too large, random numbers or genetics are selected from the parameter combinations. Only combinations selected by an algorithm may be used. Other methods based on the experimental design may be used.
図8は、本発明による省電力駆動装置の第3実施形態を示す図である。
この例は、インバータとモータが複数台で、それぞれが独立の動きをする場合である。たとえば、搬送装置でx軸、y軸、z軸を有しており、それぞれを独立の軌跡で動かして3次元空間内の任意の位置へ移動させるような場合である。
第2実施形態でインバータとモータを複数台とした場合の例を示すが、電圧変化率の指令値Gを省略すれば第1実施形態でインバータとモータを複数台とした場合に相当する。図はインバータとモータが3台の場合を示すが、2台もしくは4台以上の場合も同様である。図において、インバータ19A、19B、19Cの内部の構成は第2実施形態と同じなので、インバータ内部の構成は図示を省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a third embodiment of the power-saving drive device according to the present invention.
In this example, there are a plurality of inverters and motors, each of which moves independently. For example, the transport apparatus has an x-axis, a y-axis, and a z-axis, and each of them is moved along an independent locus and moved to an arbitrary position in the three-dimensional space.
An example in which a plurality of inverters and motors are provided in the second embodiment is shown, but if the command value G for the voltage change rate is omitted, this corresponds to a case in which a plurality of inverters and motors are provided in the first embodiment. Although the figure shows the case where there are three inverters and motors, the same applies to the case where there are two or four or more motors. In the figure, since the internal configuration of the
以下の構成要素が各インバータとモータごとにあるので、末尾にA、B、Cをつけて識別する。各要素の構成は第2実施形態と同じである。
19A、19B、19C インバータ
21A、21B、21C モータ
23A、23B、23C 機械負荷
25A、25B、25C モータエンコーダ
27A、27B、27C 制御器
29A、29B、29C 指令値生成器
61A、61B、61C 電圧測定器
63A、63B、63C 電流測定器
81A、81B、81C 電力量演算器
83aA、83aB、83aC パラメタ選択・指令器
Since the following components are provided for each inverter and motor, they are identified by adding A, B, and C at the end. The configuration of each element is the same as in the second embodiment.
19A, 19B,
末尾にA、B、Cを付した3組が完全に独立に動作するので、それぞれの組が第2実施形態と同じ動作をすることにより、それぞれの組に対するパラメタ(搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値G)が探索・決定され、それぞれの組の損失を小さくすることができる。 Since the three sets with A, B, and C at the end operate completely independently, each set performs the same operation as in the second embodiment, so that the parameters (carrier frequency command value F and voltage for each set) are set. The change rate command value G) is searched and determined, and the loss of each set can be reduced.
図9は、本発明による省電力駆動装置の第4実施形態を示す図である。
この例は、インバータとモータが複数台で、すべてが同じ動きをする場合である。たとえば、モータのサイズが制限されるため、一体の機械負荷を複数台のモータで分担して駆動するような場合である。
第2実施形態でインバータとモータを複数台とした場合の例を示すが、電圧変化率の指令値Gを省略すれば第1実施形態でインバータとモータを複数台とした場合に相当する。図はインバータとモータが3台の場合を示すが、2台もしくは4台以上の場合も同様である。図において、インバータ内部の構成は第2実施形態と同じなので、インバータ内部の構成は図示を省略する。
FIG. 9 is a diagram showing a fourth embodiment of the power saving drive device according to the present invention.
In this example, there are a plurality of inverters and motors, all of which move in the same manner. For example, since the size of the motor is limited, the integrated mechanical load is driven by a plurality of motors.
An example in which a plurality of inverters and motors are provided in the second embodiment is shown, but if the command value G for the voltage change rate is omitted, this corresponds to a case in which a plurality of inverters and motors are provided in the first embodiment. Although the figure shows the case where there are three inverters and motors, the same applies to the case where there are two or four or more motors. In the figure, since the internal configuration of the inverter is the same as that of the second embodiment, the internal configuration of the inverter is not shown.
以下の構成要素が各インバータとモータごとにあるので、末尾にA、B、Cをつけて識別する。各要素の構成は第2実施形態と同じである。
19A、19B、19C インバータ
21A、21B、21C モータ
23A、23B、23C 機械負荷
25A、25B、25C モータエンコーダ
27A、27B、27C 制御器
Since the following components are provided for each inverter and motor, they are identified by adding A, B, and C at the end. The configuration of each element is the same as in the second embodiment.
19A, 19B,
末尾にA、B、Cを付した3組が完全に同一の動作をするので、パラメタ選択・指令器は1台のみであり、それぞれの組に対するパラメタ(搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値G)は常に同一になるようにする。3組の総計の電力量を計測するように電圧・電流測定器が接続されているので、第2実施形態と同じ電力量演算、パラメタ探索・決定動作をすることにより、3組の総計の損失を小さくするようにパラメタ(搬送波周波数指令値、電圧変化率の指令値G)が探索・決定される。 Since the three sets with A, B, and C at the end operate in exactly the same way, there is only one parameter selector / commander, and the parameters (carrier frequency command value F and voltage change rate) for each set The command value G) is always the same. Since the voltage / current measuring device is connected so as to measure the power consumption of the three sets of totals, the same amount of power calculation, parameter search / determination operation as in the second embodiment is performed, so that the loss of the three sets of totals is lost. The parameters (the carrier wave frequency command value and the voltage change rate command value G) are searched and determined so as to reduce.
上述した本発明のサイクルは装置が同一の動きをする区間であればよく、本発明が適用される装置の運転サイクルと厳密に一致する必要はない。たとえば、装置の動きが激しくモータに大きい電流が流れる区間のみを本発明でのサイクルとして扱ってもよい。 The above-described cycle of the present invention only needs to be a section in which the apparatus moves in the same manner, and does not have to exactly coincide with the operation cycle of the apparatus to which the present invention is applied. For example, only a section in which the apparatus moves strongly and a large current flows through the motor may be treated as a cycle in the present invention.
電圧測定器61と電流測定器63を入れ替えて、図中で、電流測定器を左側に持ってきてもよい。
The
上述した各実施形態に示す構成は機能で分割したものであり、物理的な構成は異なっていてもよい。たとえば、インバータ内部にあるDSP(デジタルシグナルプロセッサ)やマイコンを用いたプログラマブル装置により、指令演算器だけでなく、電力量演算器、パラメタ選択・指令器を実現するようにしてもよい。また、電圧測定器、電流測定器(ただし、第1、2、3実施形態のみ)の一方もしくは双方がインバータ内部に構成されていてもよい。 The configuration shown in each embodiment described above is divided by function, and the physical configuration may be different. For example, a programmable device using a DSP (digital signal processor) or microcomputer inside the inverter may be used to realize not only a command calculator but also an electric energy calculator and a parameter selector / commander. One or both of the voltage measuring device and the current measuring device (however, only the first, second, and third embodiments) may be configured inside the inverter.
図10は、電圧測定器と電流測定器の別の構成図である。
上述した第1、2、4実施形態において、電圧測定器と電流測定器で直流バスの電圧と電流を測定する代わりに、図10に示すように、外部電源11とコンバータ13の間で3相交流の各相の電圧(中性点に対し)と電流を測定して電力量演算器への入力とし、各相の電圧と電流の積を3相にわたって加算して電力を求め時間積分して1サイクルの電力量としてもよい。すなわち、各相に対する電圧測定値をV1(t)、V2(t)、V3(t)とし、電流測定値をI1(t)、I2(t)、I3(t)とすれば、P(t)は式(1)のかわりに式(3)で表現される。
FIG. 10 is another configuration diagram of the voltage measuring device and the current measuring device.
In the first, second and fourth embodiments described above, instead of measuring the voltage and current of the DC bus with the voltage measuring device and the current measuring device, as shown in FIG. Measure the voltage (relative to the neutral point) and current of each phase of AC and use it as an input to the energy calculator, add the product of the voltage and current of each phase over three phases, find the power, and integrate the time It is good also as electric energy of 1 cycle. That is, if the measured voltage values for each phase are V1 (t), V2 (t), V3 (t) and the measured current values are I1 (t), I2 (t), I3 (t), then P (t ) Is expressed by equation (3) instead of equation (1).
P(t)=V1(t)×I1(t)+V2(t)×I2(t)+V3(t)×I3(t)・・・(3)
この式(3)を式(2)に代入した式を電力量演算器で計算すればよい。
P (t) = V1 (t) × I1 (t) + V2 (t) × I2 (t) + V3 (t) × I3 (t) (3)
What is necessary is just to calculate the formula which substituted this formula (3) for formula (2) with an electric energy calculator.
測定誤差を低減するため、パラメタの探索・決定において、1サイクルごとにパラメタの値を変えるのではなく、Nサイクル(Nは2以上)ごとにパラメタの値を変えるようにし、Nサイクルのそれぞれに対して測定した1サイクルの電力量をNサイクルにわたって平均化してもよい。 In order to reduce the measurement error, instead of changing the parameter value every cycle in parameter search / determination, the parameter value is changed every N cycles (N is 2 or more). Alternatively, one cycle of measured energy may be averaged over N cycles.
上述した実施形態では電圧型インバータを用いているが、電力制御素子のスイッチングによりモータへ供給する電圧もしくは電流を制御する方式であれば本発明が適用可能である。たとえば、電流型インバータ、電圧型ないし電流型のマルチレベルインバータ、コンバータとインバータを一体化したマトリクスコンバータ、マルチレベルマトリクスコンバータなどに適用可能である。マトリクスコンバータを用いる場合には直流バスが無いので、電圧・電流測定は図10に示すように外部電源11の直後の3相交流に対して行えばよい。
Although the voltage type inverter is used in the above-described embodiment, the present invention can be applied to any system that controls the voltage or current supplied to the motor by switching the power control element. For example, the present invention can be applied to a current type inverter, a voltage type or current type multilevel inverter, a matrix converter in which a converter and an inverter are integrated, a multilevel matrix converter, and the like. When a matrix converter is used, since there is no DC bus, voltage / current measurement may be performed for three-phase AC immediately after the
モータ21は、回転モータのかわりにリニアモータでもよい。
モータエンコーダのかわりに、機械負荷の位置・速度を直接検知するロータリーエンコーダやリニアエンコーダを用いてもよい。
外部電源とコンバータの組み合わせの代わりに、直流電源(直流発電機、燃料電池、バッテリーなど)から直接直流バスに電力供給してもよい。
三相誘導ないし同期モータでセンサレスベクトル制御する例を示したが、三相誘導モータで回転速度検出センサを用いるベクトル制御もしくは三相同期モータで回転角度検出センサを用いるベクトル制御でもよい。
外部電源は非接触給電装置でもよい。非接触給電装置がコンバータを含んでいてもよい。
The
Instead of the motor encoder, a rotary encoder or linear encoder that directly detects the position / speed of the mechanical load may be used.
Instead of a combination of an external power source and a converter, power may be directly supplied to the DC bus from a DC power source (DC generator, fuel cell, battery, etc.).
Although an example of sensorless vector control using a three-phase induction or synchronous motor has been shown, vector control using a rotation speed detection sensor with a three-phase induction motor or vector control using a rotation angle detection sensor with a three-phase synchronous motor may be used.
The external power supply may be a non-contact power supply device. The non-contact power feeding device may include a converter.
上述した実施形態では、PWM変調器において変調波と搬送波の大小比較でノッチ波のオンオフを決める方法を仮定したが、非特許文献1に例示されている瞬時空間ベクトルの概念を用いた変調法を採用する場合には、例えば、搬送波を方形波とし搬送波の立ち上がりエッジのタイミングにおいてPWM変調器を構成するDSPやマイコンに割り込みをかけることにより、搬送波の1周期あたり1回のベクトル演算が行われるように構成すればよい。
In the above-described embodiment, the method of determining on / off of the notch wave by comparing the magnitude of the modulated wave and the carrier wave in the PWM modulator is assumed. However, the modulation method using the concept of the instantaneous space vector exemplified in
上述した本発明の装置及び方法によれば、電力量演算器81とパラメタ選択・指令器83とを備え、インバータ19のパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける同一負荷パターンによるインバータの受電電力量Wを計算して比較し、該受電電力量Wを最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するので、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる。
According to the apparatus and method of the present invention described above, the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
11 外部電源、13 コンバータ、15 直流バス、
17 キャパシタ、19、19A、19B、19C インバータ、
21、21A、21B、21C モータ、
23、23A、23B、23C 機械負荷(同一負荷パターン装置)、
25、25A、25B、25C モータエンコーダ、
27、27A、27B、27C 制御器、
29、29A、29B、29C 指令値生成器、
41 電力制御部、43 モータ電流測定器、
45 指令演算器、47 PWM変調器、49 搬送波発振器、
51、51a ゲート駆動回路、
61、61A、61B、61C 電圧測定器、
63、63A、63B、63C 電流測定器、
81、81A、81B、81C 電力量演算器、
83、83a、83aA、83aB、83aC パラメタ選択・指令器
11 external power supply, 13 converter, 15 DC bus,
17 capacitor, 19, 19A, 19B, 19C inverter,
21, 21A, 21B, 21C motor,
23, 23A, 23B, 23C Mechanical load (same load pattern device),
25, 25A, 25B, 25C motor encoder,
27, 27A, 27B, 27C controller,
29, 29A, 29B, 29C command value generator,
41 power control unit, 43 motor current measuring device,
45 command calculator, 47 PWM modulator, 49 carrier oscillator,
51, 51a Gate drive circuit,
61, 61A, 61B, 61C Voltage measuring device,
63, 63A, 63B, 63C Current measuring instrument,
81, 81A, 81B, 81C electric energy calculator,
83, 83a, 83aA, 83aB, 83aC Parameter selection / commander
Claims (4)
前記同一負荷パターンにおけるインバータの受電電力量を計算する電力量演算器と、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するパラメタ選択・指令器と、を備え、
選択したパラメタで装置を運転する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置。 A power-saving drive device of a device driven by a motor supplied with power from an inverter, having a same load pattern in which the motor rotation angle command value or the motor rotation speed command value is increased or decreased within one cycle, and the cycle is repeated ,
An electric energy calculator for calculating the electric energy received by the inverter in the same load pattern;
A parameter selection / commander that changes an inverter parameter to a plurality of values, compares the received power amount in each parameter, selects a parameter that minimizes the received power amount, and commands the inverter ;
A power-saving drive device for a device having the same load pattern , wherein the device is operated with a selected parameter .
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、
前記各パラメタにおける前記同一負荷パターンによるインバータの受電電力量を計算し、
各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令し、
選択したパラメタで装置を運転する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法。
A power-saving driving method for a device driven by a motor supplied with power from an inverter and having the same load pattern in which the motor rotation angle command value or the motor rotation speed command value is increased or decreased within one cycle and the cycle is repeated. ,
Change the inverter parameters to multiple values,
Calculate the received power amount of the inverter by the same load pattern in each parameter,
Compare the received power amount in each parameter, select a parameter that minimizes the received power amount, and command the inverter ,
A power saving driving method for a device having the same load pattern, characterized in that the device is operated with a selected parameter .
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