JPH02221424A - 紡績装置用モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、精紡機や撚糸機などの紡績機械におけるモー
タ制御装置に係り、特にスピンドルなどを１対ｌに対応
した交流電動機で直結駆動するようにした、いわゆるダ
イレクトドライブ方式の紡績機械に好適なモータ制御装
置に関する。

（従来の技術〕 例えば、精紡機などの紡績機械では、そのスピンドルの
駆動回転速度と、その他の周辺機器の駆動回転速度とは
、常に所定の同期関係を保っていなければならない。

しかして、ダイレクトドライブ方式の精紡機などの紡績
機械では、スピンドル駆動用のモータと、これ以外の周
辺機器駆動用のモータとでは、電源により駆動されてい
るときには、当然のこととして所定の同期回転速度関係
に保たれているが、事故などにより電源からの電力供給
が途絶えた、いわゆる停電になると、各駆動部分が停止
してしまうのは、やむを得ないこととして、この間、正
常な運転状態から停止するまでの間に上記した同期関係
が崩れ、この結果、製品に欠陥を生じたり、糸切れを生
じたりする虞れをもたらす。

そこで、このような停電の発生に際しても、上記した同
期関係が保たれた状態のままで停止（以下、これを停電
時での回転速度協調停止という）させるという技術が、
例えば、特開昭６０−１５５７２９号公報により提案さ
れている。

この従来技術は、第６図に示すように、スピンドル駆動
用の３相交流電動機（以下、ＳＰＭという）４と、周辺
機器駆動用の３相交流電動機（以下、これをＳＤＭとい
う）５を、整流器２６と、それぞれのインバータ２８．
２９で駆動するようになっているもので、このとき、こ
れらのインバータ２８．２９は中間直流回路３０と、制
御部２７を介して結合され、この制御部２７によりイン
バータ２８と２９が制御されて、所定の電圧と周波数の
３相交流電力が各ＳＰＭ４と３０Ｍ５に供給されるよう
になっている。

そして、制御部２７は、Ａ　ＣＰｏｗｅｒ　５ｕｐｐｌ
ｙの電圧などのことにより、停電の発生を監視し、停電
時には、インバータ２７が電力回生状態で動作し、他方
、インバータ２８はそのまま、中間直流回路３０からの
直流電力を交流電力に変換する動作に保たれるように制
御するのである。

一般に、このようなシステムでは、定常運転状態で所有
する慣性エネルギーＣＤｚは、ＳＰＭ４の方が、３０Ｍ
５よりも圧倒的に多い。これは両者の回転速度の差によ
る。

この結果、上記したように、停電発生と同時にインバ―
り２７を電力回生状態にしてやれば、ＳＰＭ４は、それ
が有する大きな慣性エネルギーＧＤ２により発電機動作
となり、これにより発生した電力が３０Ｍ５に供給され
、ＳＰＭ４には発電制動が掛かると共に、３０Ｍ５には
電力供給の継続による回転速度の維持動作が働くため、
ここでインバータ２８と２９の制御を適切行なうことに
より、上記した停電時での回転速度ｌｉＡ調停止を得る
ことができ、かつ、このとき、停止するまでの時間を充
分に短縮することができるのである。

なお、この第６図で、３１はバッテリなどの電力保持装
置で、停電時にも所定の期間中は制御部、２７に電源電
力が与えられ、上記した制御が可能になるようにするた
めのバックアップ機能をはたすものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、上記した停電時での回転速度協調停止
を得るために必要なインバータの適切な制御の具体化に
ついて配慮がされておらず、特にパルス振幅変調方式の
インバータを用いて具体的に精紡機などの制御を行なう
のは困難であるという問題があった。

本発明は、具体的に精紡機などの紡績機械に適用して、
常に確実な停電時での回転速度協調停止制御が可能で、
停電発生などにもかかわらず、高品質の製品を容易に得
ることができる紡績機械のモータ制御装置の提供を目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、複数の直流交流変
換器を結合する直流回路の電圧を制御する手段と、上記
直流交流変換器の少なくとも１をパルス振幅変調方式で
動作させる制御手段とを設け、停電時にこれらの手段に
より制御が遂行されるようにしたものである。

〔作用〕

停電になると、慣性エネルギーを多く持っているスピン
ドルモータなどの電動機から電力が回生され、これによ
り停電時での回転速度協調停止制御が行われるが、この
とき、スピンドルモータなどの慣性エネルギーは刻々低
下してくる。

しかしながら、このとき、上記した手段により直流回路
の電圧が制御できるため、直流交流変換器のパルス振幅
変調動作が円滑に得られ、良好な回転速度協調停止制御
を行なうことができる。

〔実施例〕

以下、本発明による紡績装置用モータ制御装置について
、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の原理的構成図で、ｌはコン
バータ（順変換器）、２．３はパルス振幅変調方式のイ
ンバータ（直流交流変換器）、６は制御部、７は停電検
出器、８は電圧制御器、９は交流電源、ｌＯは無停電電
源装置である。なお、ＳＰＭ４と３０Ｍ５は、既に第６
図で説明した従来技術と同じで、ＳＰＭ４はスピンドル
駆動用の交流電動機、３０Ｍ５は周辺機器駆動用の交流
電動機であり、従って、インバータ２はＳＰＭ４の駆動
用、そして、インバータ３は３０Ｍ５の駆動用となる。

に、ときとしては１本のスピンドルしか設けられていな
い場合も、無きにしもあらずではあるが、通例は多数本
、それも例えば５００本にも達する多数本のスピンドル
などを有し、他方、このとき、ＳＤＭとしても、ときに
は１台の場合もあるが、−船釣には複数台が用いられる
のが通例である。

従って、これらのＳＰＭ４と３０Ｍ５は、第１図では１
台づつが示されているが、これらは、それぞれ少なくと
も１台がそれぞれのインバータ２．３により駆動される
ようになっているのが通例であり、このため、この明細
書では、これらは少なくとも１台という意味で、交流電
動機群と呼ぶことにする。

さて、交流電源９から供給される３相交流電力は、コン
バータ１により所定の電圧の直流電力に変換され、イン
バータ２．３の直流側に入力される。そして、これらの
インバータ２．３で、それぞれの負荷であるＳＰＭ４と
３０Ｍ５の運転定格に合わせて、所定の周波数と所定の
電圧の３相交流電力に変換された上で、各ＳＰＭ４と３
０Ｍ５に供給され、ダイレクトドライブ方式の精紡機、
撚紡機などの紡績装置に必要な、所定の回転速度での運
転が得られることになる。

そして、このとき、上記した動作に必要なコンバータ１
とインバータ２．３に対する制御は、制御部６により遂
行され、コンバータ１には、その直流出力電圧■。、を
所定値に保つための電圧指令が、そしてインバータ２、
γには各ＳＰＭ４と３０Ｍ５の回転速度を所定値にする
のに必要な周波数指令がそれぞれ制御部６から供給され
、この結果、ＳＰＭ’４と３０Ｍ５の回転速度が所定の
比例関係を保つようにされる制御が遂行されて行くこと
になる。

一方、この間、交流電源９からの交流電力の供給状態は
、常時、停電検出器７により監視されており、この結果
、いま、成る時点で停電が検出されたとすると、ここで
、この停電検出器７から停電信号が制御部６に供給され
る。なお、この停電の検出は、例えば交流電源９からの
電圧が所定値以下に低下したか否かの判断によればよい
。

このとき、制御部６は、たとえ停電しても、引き続き動
作の継続が可能なように、無停電電源装置１０による電
源電力の供給が確保されているから、ここで、停電信号
を受けると、予め設定されている所定の変化率で、イン
バータ２と３のインバータ周波数を低下させてゆく。

ここで、上記したように、ＳＰＭ４とＳ　Ｄ　Ｍ　５．
　。

とでは、通常運転時での回転速度が大きく異なるなどの
理由により、停電発生時でのそれぞれが有する慣性エネ
ルギーが大きく異なり、ＳＰＭ４の方が３０Ｍ５よりも
、−船釣にかなり大きな慣性エネルギーを持っている。

そこで、制御部６は、インバータ２に対しては、このと
き惰性で回転を継続しているＳＰＭ４の回転速度に関し
て負のすべり周波数となるような周波数指令を供給し、
これによりインバータ２は回生モードで動作するように
制御し、他方、インバータ３に対しては、３０Ｍ５の回
転速度がＳＰＭ４の回転速度に対して所定の比例関係を
保つような周波数指令を出力するのである。

この結果、３２Ｍ４の慣性エネルギーによる回生電力に
より３０Ｍ５の慣性エネルギーが補なわれ、上記した停
電時での回転速度協調停止制御が与えられ、所定の回転
速度比を保った停止動作が得られることになる。

また、このとき、３２Ｍ４は、上記した回生動作により
慣性エネルギーが強制的に放出されるため、いわゆる発
電制動状態になるので、全体が停止するまでの時間を短
縮することができる。

ところで、この間、電圧制御器８は、直流電圧■、を監
視し、それが所定値を超えるごとに制御部６に変速停止
信号を供給し、所定以下になったら再変速信号を供給す
るように動作している。そして、制御部６は、変速停止
信号が入力されたときには、上記した、所定の変化率で
インバータ２と３のインバータ周波数を低下させてゆく
動作を一時停止させ、その後、再変速信号が入力される
まで、この停止状態を保つように動作するのである。

このようにして、インバータ周波数を低下させてゆくの
を停止させてやると、この間にも３２Ｍ４と３０Ｍ５の
回転速度の低下は続いているため、Ｓ　Ｐ　Ｍ　４から
のエネルギーの回生量が減り、この結果、インバータ２
の直流電圧ＶＯＣは低下する。

そして、再びインバータ周波数の低下を開始すると、こ
の直流電圧ｖｅｃの低下の割合は小さくなるので、結局
、この電圧制御器８の働きにより、３２Ｍ４が、このと
きに持っていたであろう慣性エネルギーの如何を問わず
、常に、確実に、直流電圧■、が所定値以上になるのを
防止することができ、この直流電圧ＶＯＣの異常な上昇
により３０Ｍ５が過励磁になるのを有効に抑えることが
できるなどの作用効果が得られることになる。

次に、第２図は本発明の他の一実施例で、１１は電圧調
整器であり、その他は第１図の実施例と同じである。

”電圧調整器１１は、停電時にインバータ２から回生さ
れてくる直流電力の電圧Ｖ。Ｃを、制御部６からの電圧
指令により、所定値ＶＩＮに電圧調整してインバータ３
に供給する働きをする。

従って、この実施例では、停電発生時から３２Ｍ４が停
止するまでの期間、インバータ２の回生動作により出力
されてくる直流電圧ＶＯＣは、そのときの３２Ｍ４が所
有していた慣性エネルギー量に応じて、そのまま変化し
てしまうが、それを、制御部６からの指令により、この
電圧調整器１１が所定値ＶＩＮに調整するように動作す
るのである。

なお、この電圧調整器１１としては、例えば直流チョッ
パ装置などを使用すればよい。

このように、この第２図の実施例によっても、停電時で
の良好な回転速度協調停止制御を確実に得ることができ
、高品質の繊維製品などを容易に生産することが出来る
。

つぎに、本発明の実施例について、さらに具体的に説明
する。

まず、第３図は、第１図の実施例に相当する本発明の具
体的な一実施例で、まず、コンバータ１は、３相ブリツ
ジダイオードからなる整流器１２と、半導体スイッチン
グ素子からなるチョッパ装置１３とで構成され、交流電
源９から供給される３相交流電力を整流器１２で直流電
力に変換し、チョッパ装置１３で所定の直流電圧ＶＩｌ
ＩＣに電圧制御して出力するようになっている。なお、
２０は電圧検出器で、直流電圧ＶＤＣを検出する働きを
し、これによりゲート回路１５は、この電圧検出器２０
の検出信号により、直流電圧■。、が過電圧になったと
きには、直ちにチョッパ装置１３のデユーティ比を下げ
、出力電圧を低下させるようになっている。

次に、制御部６は、線形加減速器１４と、３種類のゲー
ト回路１５．１６．１７とで構成され、かつ、第１図で
は独立して示されていたが、ここでは比較器１８とバイ
アス回路１９からなる電圧制御器８も含む構成とされて
いる。そして、これらを含む制御部６は、既に説明した
ように、無停電電源装置１０から動作用電力が供給され
るようになっており、これにより電源バックアップされ
、停電時でも動作が保証されている。

線形加減速器１４は、紡績装置などの始動時でのＳＰＭ
４と３０Ｍ５の回転速度の立上げ制御、及び停止時と停
電発生時での立下げ制御に際して必要とする、ランプ状
に変化する周波数指令や電圧指令を、インバータ２．３
、それにチョッパ装置１３に出力する働きをする。

電圧制御器８の比較器■８は、電圧検出器２０からの検
出信号を、バイアス回路１９から与えられている基準電
圧信号と比較し、検出信号が基準電圧信号より大になっ
たときには変速停止信号を、そして検出信号が基準電圧
信号未満に戻ったときには再変速信号を、それぞれ発生
する働きをする。

次に、この実施例の動作について説明する。

■　通常運転時 交流電源９による電力が確保されているとき、図示して
ない制御装置などから速度指令が入力されると、これに
応じて線形加減速器１４は、ランプ状に立上る電圧指令
と周波数指令を各ゲート回路１５．１６．１７に供給し
、これによりＳＰＭ４と３０Ｍ５の回転速度を、それら
が比例関係を保ったままで、所定の運転速度まで上昇さ
せてゆく、そして、このとき、ゲート回路１５に対する
電圧指令は、各交流電動機ＳＰＭ４．３０Ｍ５に供給さ
れている交流電力の周波数に対して、周知の、ｒ７ｖ−
一定制御を保つのに必要な電圧ＶＩＩＣが発生されるよ
うな値にされるのである。

なお、このときの線形加減速器１４での、ランプ状指令
の立上り速度は、ＳＰＭ４のイナーシャなどを考慮して
、予め所定値に設定しである。

◎　停電発生時 停電が発生すると、これが停電検出器７により検出され
、線形加減速器１４に停電信号が与えられる。

これにより、線形加減速器１４は、直ちにその各指令値
をランプ状に低下させ、インバータ２と３の双方の出力
周波数を低下させてゆ（、勿論、このとき、直流電圧Ｖ
ＯＣも同時に低下して、上記したｆ／Ｖ＝一定制御が与
えられるようにされるのは、いうまでもない。

しかして、このときの低下速度は、ＳＰＭ４が、その負
荷駆動系も含めて、最低限所有しているであろう慣性エ
ネルギーを考慮して、このＳＰＭ４に対する駆動電力を
遮断したときでの自然な回転速度の低下速度よりも、所
定値だけ速い値に、予め設定しである。

この結果、線形加減速器１４が停電発生直後から指令値
を低下させてゆ（につれ、まず、ＳＰＭ４と３０Ｍ５の
双方の交流電動機は、いずれも−旦は回生モードになる
。しかしながら、このとき、ＳＰＭ４の方は、その常用
回転速度が１００００〜３００００ｒｐｍもの高速回転
で、充分な慣性エネルギーを持つのに対して、３０Ｍ５
の方は低回転速度で、摩擦負荷が大きいため、−旦は回
生モードに入るものの、直ちに、電源周波数よりも実回
転速度の方が低いカ行モードに移行してしまい、ＳＰＭ
４から回生されてくるエネルギーによる回転駆動状態に
なってしまう。そして、これにより、ＳＰＭ４と３０Ｍ
５の回転速度が所定の比例関係に保たれる、上記した停
電時での回転速度協調停止制御が得られることになる。

また、このとき、ＳＰＭ４が有する慣性エネルギーが、
なかば強制的に３０Ｍ５により吸収、消費されてしまう
ことになり、結果として発電制動状態が与えられ、停止
までの時間を充分に短縮させることができる。

ところで、このとき、ＳＰＭ４の慣性エネルギー量は、
紡糸の巻取量などにより、かなり大きく変化するが、他
方、３０Ｍ５が有する慣性エネルギーの量は、その負荷
の性質上、はとんど変化しない。

一方、このような停電時での制御では、ＳＰＭ４が停止
するまで３０Ｍ５も回転していなければ、上記した比例
運転が保たれず、停電時での回転速度協調停止制御は得
られない。

そこで、どのような場合でも、必ずＳＰＭ４の回生エネ
ルギーで３０Ｍ５の回転駆動が得られ、停電時での回転
速度協調停止制御が保証されるように、線形加減速器１
４による指令値の低下速度に対して、上記した設定条件
、すなわち、ＳＰＭ４が、その負荷駆動系も含めて、最
低限所有しているであろう慣性エネルギーを考慮して、
このエネルギー状態のもとで、ＳＰＭ４に対する駆動電
力を遮断したときでの自然な回転速度の低下速度よりも
１．所定値だけ速い値に設定するという条件が設けられ
ているのである。

ところが、この結果、ＳＰＭ４の慣性エネルギーが上記
した最低限度よりも大きくなっていたときには、インバ
ータ２から回生されてくる電力が、３０Ｍ５により消費
される電力よりも多くなり、このため、インバータ３の
入力電圧、すなわち電圧ＶＤＣが過大になり、３０Ｍ５
が過励磁状態となって、場合によっては、その過熱、焼
損などの虞れを生じる。

そこで、この実施例では、電圧制御器８にバイアス回路
１９を設け、線形加減速器１４からゲート回路１５に与
えられる電圧指令に、負荷慣性量や３０Ｍ５の過電圧耐
量、それに要求される比例運転精度などを考慮して定め
られた、成る一定量のバイアス値を加算し、この加算結
果を比較器１８での基準電圧信号として使用するように
なっており、この結果、電圧検出器２０で検出された直
流電圧ＶＤｃが、線形加減速器１４から与えられている
電圧指令値よりもバイアス回路１９で加算された値以上
に上昇したときに、変速停止信号が発生されるようにな
っており、既に第１図で説明したように、これにより直
流電圧■Ｄｃが過電圧状態になるのが防止されるように
なっている。

従って、この実施例によれば、停電時でも常に確実にＳ
ＰＭ４と３０Ｍ５の比例運転が保たれ、信頼性に冨んだ
回転速度協調停止制御のもとで、高品質の紡糸を容易に
生産することができる。

次に、第４図は本発明の他の一実施例で、この実施例が
、第３図の実施例と異なる点は、電圧制御器８の比較器
１８の出力でトランジスタ２２をオン・オフ制御させ、
これにより抵抗２１をインバータ２の直流側に挿入して
、過電圧となって現れる虞れのある余分なエネルギーを
吸収させ、インバータ３の直流入力電圧が所定値よりも
上昇して３０Ｍ５が過励磁になるのを抑えるようにした
点だけであり、その他は、第３図の実施例と同じである
。

従って、この実施例によっても、第３図の実施例と同様
な効果が期待できる上、線形加減速器１４による指令値
の立下り速度は、一定に保ったままにできるので、停電
時での停止時間が、そのときどきで変化することがなく
なり、常に所定時間で停止させることができる。

次に、第５図は、第２図の実施例に相当する本発明の、
さらに具体的な一実施例で、電圧調整器１１として半導
体スイッチング素子からなるチョッパ装置２３を用いた
ものである。

このチョッパ装置！２３は、ゲート回路２５により制御
され、電圧検出器２４で検出した電圧が、線形加減速器
１４から与えられている電圧指令値に等しい値に収斂す
るようにオン・オフ動作し、この結果、ＳＰＭ４からの
回生電力が多くなって直流電圧ＶＯＣが上昇したときで
も、インバータ３の入力電圧が過大になることがなくな
り、３０Ｍ５の過励磁を効果的に防止することができる
。

従って、この実施例によっても、停電時でのＳＰＭ４と
３０Ｍ５の比例運転を確実に得ることができ、正確な回
転速度協調停止制御のもとで、高品質の紡糸を容易に生
産することができる。

また、この実施例によれば、電圧調整器１１により、イ
ンバータ２の直流電圧ＶＤＣ以下の範囲内に限られると
いう条件はあるものの、インバータ３の直流入力電圧を
、直流電圧ＶＤｅとは独立に、任意に制御することがで
きるから、ＳＰＭ４と３０Ｍ５の駆動電圧を異ならしめ
た状態での運転が可能であり、この結果、処理すべき糸
の種類によって、これらＳＰＭ４と３０Ｍ５の回転速度
比を変更させた場合でも、常に最適なＶ／Ｆの選択が可
能になるという効果が得られる。

なお、上記したように、本発明は、これらの実施例に限
定れさることはなく、例えば、１台のインバータ２によ
り複数台のＳＰＭ４に給電する方式や、或いは、１台の
コンバータｌで複数台のインバータ２を運転する方式な
どとしても実施可能なことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、精紡機などのスピンドル駆動用のモー
タの駆動方式として、運転効率を高く保つことができる
ＰＡＭ方式のインバータを用いても、停電時でのスピン
ドル駆動用のモータ（ＳＰＭ）と、これ以外の周辺機器
駆動用のモータ（ＳＤＭ）の正確な回転速度協調停止制
御が容易に得られるから、精紡機や撚糸機などに適用し
て、その運転効率を十分に向上できる上、停電時などで
の糸切れや製品品質の低下などが防止でき、メンテナン
ス工数の低減などの効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による紡績装置用モータ制御装置の一実
施例における基本構成を示すブロック図、第２図は同じ
く本発明の他の一実施例の基本構成を示すブロック図、
第３図、第４図それに第５図はそれぞれ本発明の一実施
例を示す詳細ブロック図、第６図は従来技術の一例を示
す概略ブロック図である。 １・・・・・・コンバータ（順変換器）、２．３・・・
・・・パルス振幅変調方式のインバータ（直流交流変換
器）、４・・・・・・ＳＰＭ（スピンドル駆動用の交流
電動機）、５・・・・・・ＳＤＭ（周辺機器駆動用の交
流電動機）、６・・・・・・制御部、７・・・・・・停
電検出器、８・・・・・・電圧制御器、９・・・・・・
交流電源、１０・・・・・・無停電電源装置、１１・・
・・・・電圧調整器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比較的高速の常用回転速度で運転される第１の交流
   電動機群を駆動するための第１の直流交流電力変換器と
   、比較的低速の常用回転速度で運転される第２の交流電
   動機群を駆動するための第２の直流交流電力変換器とを
   備え、上記第１の電動機群による回生電力を上記第２の
   電動機群に給電制御することにより停電時での回転速度
   協調停止制御を得る方式の紡績装置用モータ制御装置に
   おいて、少なくとも上記第２の直流交流電力変換器に対
   する直流入力電圧を制御する電圧制御手段と、該第２の
   直流交流電力変換器をパルス振幅変調方式で動作させる
   パルス振幅変調制御手段とを設け、これら電圧制御手段
   とパルス振幅変調制御手段の制御動作により上記停電時
   での回転速度協調停止制御が与えられるように構成した
   ことを特徴とする紡績装置用モータ制御装置。 ２、請求項１の発明において、上記紡績装置がダイレク
   トドライブ方式の精紡機及び撚糸機の少なくとも一方で
   あり、上記第１の交流電動機群がスピンドルモータで、
   上記第２の交流電動機群が周辺機器駆動用モータである
   ことを特徴とする紡績装置用モータ制御装置。 ３、請求項２の発明において、上記電圧制御手段が、上
   記第１の直流交流電力変換器の回生動作時での回生電力
   量を制御する手段で構成されていることを特徴とする紡
   績装置用モータ制御装置。