JPWO2008093485A1 - Motor control device - Google Patents
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Abstract
SEMI−F47に対応でき、小型、軽量、低コストのモータ制御装置を提供する。交流電源を直流電源に変換するコンバータ部(2)と、直流電源と並列に接続される平滑コンデンサ(5)と、直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部(3)と、から成る主回路と、位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、速度指令とモータ速度から第1トルク指令を生成する位置・速度制御部(11)と、トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からPWMゲート信号を生成するトルク制御部(13)、とからなる制御回路と、を備えたモータ制御装置において、直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部(14)と、第1トルク指令を上位コントローラのトルク制限信号に制限して第2トルク指令を生成するトルク制限部(12)と、を備えた。Provided is a small, light, and low-cost motor control device that can support SEMI-F47. A converter unit (2) for converting an AC power source into a DC power source, a smoothing capacitor (5) connected in parallel with the DC power source, and an inverter unit (3) for converting the DC power source into an AC power source and driving a motor. A position / speed control unit (11) for generating a speed command from the position command and the motor position, and generating a first torque command from the speed command and the motor speed, and converting the torque command into a current command to generate a current command And a torque control unit (13) for generating a PWM gate signal from the motor current, and a voltage shortage when it is detected that the DC voltage of the DC power supply has dropped below a predetermined voltage. A voltage detector (14) that generates a warning signal and outputs it to the host controller, and generates a second torque command by limiting the first torque command to the torque limit signal of the host controller. Torque limiting unit to (12), comprising a.
Description
本発明は、電源が瞬時停電をしても運転が継続できるモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device capable of continuing operation even when a power source has an instantaneous power failure.
半導体製造装置には、SEMI−F47という規格がある。SEMI−F47は、瞬時停電や入力電源電圧が低下しても機器やシステムが正常に動作する能力に関する規格で、入力電源電圧が低下しても停止することなく、従って復旧動作を必要とせずに稼動しつづけることを要求している。
図5は、そのSEMI−F47に関する電源電圧と稼動継続時間を示す図である。図5において、縦軸は定格電圧の比(%)、横軸はモータを稼動しつづける時間(秒)である。SEMI−F47規格は、図5からわかるように入力電源電圧が低下してもモータを停止させずに稼動しつづけなければならない時間が定格電圧との比によって定められている。例えば、
(1) 電圧が定格比で50〜70%まで低下した場合は、少なくとも0.05秒稼動させなければならない。
(2) 電圧が定格比で70〜80%まで低下した場合は、少なくとも0.2秒稼動させなければならない。
(3) 電圧が定格比で80〜90%まで低下した場合は、少なくとも1秒稼動させなければならない。
(4) 電圧が定格比で90%以上の低下では、少なくとも10秒稼動させなければならない。
と定められている。There is a standard called SEMI-F47 for semiconductor manufacturing equipment. SEMI-F47 is a standard related to the ability of devices and systems to operate normally even if an instantaneous power failure or input power supply voltage drops, and does not stop even if the input power supply voltage drops, and therefore no recovery operation is required. It is required to keep operating.
FIG. 5 is a diagram showing the power supply voltage and the operation duration time for the SEMI-F47. In FIG. 5, the vertical axis represents the ratio (%) of the rated voltage, and the horizontal axis represents the time (seconds) during which the motor is continuously operated. As can be seen from FIG. 5, in the SEMI-F47 standard, the time that the motor must continue to operate without stopping even if the input power supply voltage decreases is determined by the ratio to the rated voltage. For example,
(1) If the voltage drops to 50-70% of the rated ratio, it must be operated for at least 0.05 seconds.
(2) If the voltage drops to 70-80% of the rated ratio, it must be operated for at least 0.2 seconds.
(3) If the voltage drops to 80-90% of the rated ratio, it must be operated for at least 1 second.
(4) When the voltage drops by 90% or more in the rated ratio, it must be operated for at least 10 seconds.
It is stipulated.
特許文献1に電源電圧低下に対処するモータ制御装置が開示されている。電動機運転中に瞬時停電あるいは異常電圧低下が発生した場合に制御装置やモータおよび負荷に衝撃を与えることなく停電前の状態に復帰させて安定したモータ運転を行うことができるようにしたものである。速度指令信号とモータ速度信号とを比較して電流指令信号を得、電流指令信号とモータ電流信号との比較出力信号の基づいてモータを可変速制御する。瞬時停電あるいは異常電圧低下が発生した場合は電源異常発生中は異常時間に応じて上記電流指令信号最大値を減少させる。また復電後は所定の時間、電流指令信号最大値を増加して異常発生前の状態に復帰させる。直流電源の出力を停電中(電源異常発生中)閉路するスイッチを通して入力抵抗に入力し、積分器の積分コンデンサの入力電流とする。また、積分器の出力信号は停電中は積分増加し、復電後は積分コンデンサの両端に設けられた復電で閉路するスイッチを通して放電抵抗を接続し、積分コンデンサ、放電抵抗によって決まる放電時定数により減少するように構成している。
また、図6にSEMI−F47に対処するモータ制御装置のブロック図を示す。
図6において、1は3相交流電源、2はコンバータ部、3はインバータ部、4はモータ、5は平滑コンデンサで、主回路を構成している。また、11は位置・速度制御回部、12はトルク制限部、13はトルク制御部、14は電圧検出部、14は電流検出器で、制御回路を構成している。
また、20は上位コントローラである。上位コントローラ20は、制御時間ごとに位置指令を生成してモータ制御装置に出力する。位置・速度制御回路部11の位置制御部は位置指令とモータ位置信号から速度信号を生成する。また、位置・速度制御回路部11の速度制御部は、速度指令とモータ速度信号から第1トルク指令を生成する。トルク制限部12は、第1トルク指令を設定可能な最大トルクで制限し、第2トルク制限信号を生成する。トルク制御部13は、第2トルク指令を電流指令に変換し、電流指令とモータ電流信号から電圧指令を生成し、電圧指令からPWMゲート信号を生成する。PWMゲート信号はインバータ部3のパワーデバイスを駆動してモータ4に電圧を供給する。電流検出器15は、モータ4の電流を検出し、モータ電流信号を生成する。
FIG. 6 shows a block diagram of a motor control apparatus that copes with SEMI-F47.
In FIG. 6, 1 is a three-phase AC power source, 2 is a converter unit, 3 is an inverter unit, 4 is a motor, 5 is a smoothing capacitor, and constitutes a main circuit. Further, 11 is a position / speed control circuit, 12 is a torque limiting unit, 13 is a torque control unit, 14 is a voltage detection unit, and 14 is a current detector, and constitutes a control circuit.
次に、モータ制御装置60の電源異常時の動作について説明する。
図7は図6のモータ制御装置の動作を説明するタイムチャートである。図7において、入力電源(A)は時刻T0では正常で、時刻T1で瞬時遮断され、時刻T6で復帰したとする。SEMI−F47に対応する前の例では、コンバータ部2が生成する直流電圧は時刻T1では280Vで時刻T1から徐々に降下し、時刻Tstopで165Vになり、上位コントローラにアラーム信号S15を出力し制御を停止していた。
しかし、モータ制御装置60をSEMI−F47に対応させるため、平滑コンデンサの容量を小さい容量C1から大きい容量C2(C1<C2)に替えて、電圧降下を緩和し時刻T6でもモータを停止させないようにしていた。図7で説明すると、直流電圧は平滑コンデンサがC1のときは急勾配α1で降下して165Vに到達して制御停止となり、C2のときは緩勾配α3で降下し時刻T6でも165Vには到達せず運転続行が可能となり、SEMI−F47を満足する。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the motor control device of FIG. In FIG. 7, it is assumed that the input power source (A) is normal at time T0, is instantaneously shut off at time T1, and is restored at time T6. In the previous example corresponding to SEMI-F47, the DC voltage generated by the
However, in order to make the
以上のように、従来のSEMI−F47対応のモータ制御装置によれば電源電圧が低下してもモータを停止させずに運転を続行することができるが、大容量の平滑コンデンサが必要であり、装置が大型で、重量が重くなり、コスト高になるという課題があった。
本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、大容量の平滑コンデンサを使用しなくとも電源電圧の低下時にモータを停止させずに運転を続行することができ、小型で、軽量で、低コストのモータ制御装置を提供することを目的としている。As described above, according to the conventional SEMI-F47-compliant motor control device, the operation can be continued without stopping the motor even if the power supply voltage decreases, but a large-capacity smoothing capacitor is required. There has been a problem that the apparatus is large, heavy, and expensive.
The present invention was made to solve these problems, and can be operated without stopping the motor when the power supply voltage is lowered without using a large-capacity smoothing capacitor, and is small and lightweight. Therefore, an object is to provide a low-cost motor control device.
上記課題を解決するため、次のように構成した。
請求項1記載の発明は、交流電源を直流電源に変換するコンバータ部と、前記直流電源と並列に接続される平滑コンデンサと、前記直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部と、から成る主回路と、位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、前記速度指令とモータ速度から第1トルク指令を生成する位置・速度制御部と、前記トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からPWMゲート信号を生成するトルク制御部、とからなる制御回路と、を備えたモータ制御装置において、前記直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部と、前記第1トルク指令を前記上位コントローラのトルク制限信号に制限して第2トルク指令を生成するトルク制限部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記上位コントローラは、不足電圧ワーニング信号を入力したら所定のトルク制限信号を生成しモータ制御装置に出力することを特徴とするものである。
請求項3記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記電圧検出部は、前記直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力するとともに、トルク制限信号を生成しトルク制限部に出力することを特徴とするものである。
請求項4記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、外部要因により負荷が加わる場合は前記トルク制限信号を保持トルク以上にすることを特徴とするものである。
請求項5記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記トルク制限信号は、前記直流電圧を任意のN段階のレベルに分け、前記直流電圧のレベルに対応してトルク制限時間を設けることを特徴とするものである。In order to solve the above problems, the following configuration is adopted.
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, the host controller generates a predetermined torque limit signal and outputs it to the motor control device when an undervoltage warning signal is input. It is.
According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, when the voltage detection unit detects that the DC voltage has dropped below a predetermined voltage, it generates a voltage shortage warning signal and outputs it to the host controller. At the same time, a torque limit signal is generated and output to the torque limiter.
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, when a load is applied due to an external factor, the torque limit signal is set to be equal to or greater than the holding torque.
According to a fifth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, the torque limit signal divides the DC voltage into arbitrary N-stage levels, and sets a torque limit time corresponding to the level of the DC voltage. It is characterized by providing.
以上の構成により、主回路電源電圧の低下があっても、所定電圧に低下したことを検出してトルク制限をし、モータでのエネルギー消費を少なくするので、SEMI−F47に対応でき大容量の平滑コンデンサを不要とし小型で、軽量で、低コストのモータ制御装置を提供できる。 With the above configuration, even if the main circuit power supply voltage is lowered, it is detected that the voltage is lowered to a predetermined voltage, and the torque is limited to reduce the energy consumption in the motor. A smoothing capacitor is not required, and a small, lightweight, and low-cost motor control device can be provided.
1 交流電源
2 コンバータ部
3 インバータ部
4 モータ
5 平滑コンデンサ
10 本発明の実施例1に係るモータ制御装置
11 位置・速度制御部
12 トルク制限部
13 トルク制御部
14 電圧検出部
15 電流検出器
16 位置検出器
20 上位コントローラ
100 本発明の実施例2に係るモータ制御装置DESCRIPTION OF
以下に本発明の実施例1および実施例2について図面に基づいて詳細に説明する。
Hereinafter,
本発明の実施例1について図1および図2を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1に係るモータ制御装置のブロック図である。
図1において、1は3相交流電源、2はコンバータ部、3はインバータ部、4はモータ、5は平滑コンデンサで、主回路を構成する。10は本発明に係るモータ制御装置で、主回路の他に制御回路を備えている。制御回路は、位置・速度制御11、トルク制限図12、トルク制御部13、電圧検出部14、電流検出器15を備えている。なお、16は位置検出器、20は上位コントローラである。
電圧検出部14は直流電圧の検出信号S11を入力して電源を監視し、異常であれば異常検出信号S12を上位コントローラ20に出力する。また、不足電圧閾値である所定電圧をパラメータにより設定し、直流電圧が所定電圧以下に低下した場合は、不足電圧ワーニングS12を生成して上位コントローラ20に出力する。さらに、電圧検出部14は、パラメータ設定により、不足電圧時のトルク制限を上位コントローラ20が実行するか、サーボ制御装置10が実行するか選択することができる。
FIG. 1 is a block diagram of a motor control apparatus according to
In FIG. 1, 1 is a three-phase AC power source, 2 is a converter unit, 3 is an inverter unit, 4 is a motor, 5 is a smoothing capacitor, and constitutes a main circuit. A
The
次に、位置・速度制御の概略動作を説明する。
動作制御上位コントローラ20は、位置指令S1を生成してモータ制御装置に出力する。位置・速度制御回路部11の位置制御部は位置指令S1とモータ位置信号S6から速度信号を生成する。また、位置・速度制御回路部11の速度制御部は、速度指令とモータ速度信号から第1トルク指令S2を生成する。トルク制限部12は、第1トルク指令S2を上位コントローラ20のトルク制限信号S13で制限し、第2トルク制限信号S3を生成する。トルク制御部13は、第2トルク指令を電流指令に変換し、電流指令とモータ電流信号S5から電圧指令を生成し、電圧指令からPWMゲート信号S4を生成する。PWMゲート信号はインバータ部3のパワーデバイスを駆動してモータ4に電圧を供給し電流を流す。電流検出器15は、モータ4の電流を検出し、モータ電流信号S5を生成する。Next, the schematic operation of position / speed control will be described.
The motion
次に、実施例1にかかわるモータ制御装置の動作について説明する。
図2はモータ制御装置の動作を説明するタイムチャートである。
図2において、入力電源(A)は時刻T0では正常で、時刻T1で瞬時遮断され、時刻T6で復帰したとする。コンバータ部2が生成する直流電圧は時刻T1では280Vで時刻T1から徐々に降下し、200Vをきった時刻T2で不足電圧ワーニング信号S12を生成し、上位コントローラ20に出力する。上位コントローラ20は不足電圧ワーニング信号を受け取ると時刻T3で不足電圧ワーニング状態モードに入り、時刻T4でトルク制限信号をモータ制御装置へ出力する。トルク制限部はトルク制限信号を受け取ると第1トルク指令をトルク制限信号で制限して第2トルク指令を生成する。トルク制限がかかるとモータの消費エネルギーは少なくなり、急勾配α1で降下していた直流電圧は時刻T5からは緩勾配α2で(α1>α2)で降下し、時刻T6でも165V以下に下がることはなくアラームで制御停止することはない。時刻T6になると電源が正常状態に復帰するので直流電圧も上昇し時刻T7で200V以上になると不足電圧ワーニング信号の出力を停止する。上位コントローラ20は時刻T8で不足電圧ワーニング状態モードから脱し、時刻T9でトルク制限信号の解除を行う。モータ制御装置は、トルク制限信号が解除されると正常な運転状態に復帰する。制御電源は、無停電電源装置から供給されるので電源異常時も異常になることはない。また、電圧の検出の機能上、電源1サイクルの遅れを考慮することが望ましい。さらに、垂直軸においては、落下現象を防ぐためにブレーキの保持トルク未満にトルクを制限しないように注意すべきである。Next, the operation of the motor control device according to the first embodiment will be described.
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the motor control device.
In FIG. 2, it is assumed that the input power source (A) is normal at time T0, instantaneously shut off at time T1, and restored at time T6. The DC voltage generated by the
このように、本発明によれば、主回路直流電圧の降下する勾配はモータの出力パワーで決まることに着目して、電圧低下時にトルク制限をかけてモータ出力パワーを下げることで、勾配をゆるやかにし、モータ停止の165Vに達するまでの時間を長くできるようにした。従って、モータを停止させずに低トルクで運転を続けることが簡単かつ低コストで可能になり、SEMI−F47対応ができるようになる。しかも、電源異常時のためにだけ大容量の平滑コンデンサを使用する必要がなくなり、装置が大型になったり、高重量になったり、高コストになったりすることを防ぐことができる。
また、半導体製造のユーザには、電源電圧が低下した場合にモータが一旦停止してしまうと復旧に時間がかかるだけではなく高価な材料をだめにしてしまうのでぜひ避けたいという要望が強い。従って、モータの出力パワーを少々落としてもモータを回転しつづけるシステムの開発が望まれており、本発明はこの要望に簡単かつ低コストで応えることができる。Thus, according to the present invention, paying attention to the fact that the gradient of the main circuit DC voltage drop is determined by the output power of the motor, the gradient is made gentle by reducing the motor output power by limiting the torque when the voltage drops. The time until the motor stops reaching 165V can be lengthened. Accordingly, it is possible to continue operation at a low torque without stopping the motor easily and at low cost, and SEMI-F47 can be supported. In addition, it is not necessary to use a large-capacity smoothing capacitor only when the power supply is abnormal, and it is possible to prevent the apparatus from becoming large, heavy, and expensive.
In addition, there is a strong demand for semiconductor manufacturing users to avoid expensive materials because they will not only take a long time to recover when the motor stops once the power supply voltage drops. Accordingly, it is desired to develop a system that continues to rotate the motor even if the output power of the motor is slightly reduced, and the present invention can meet this demand easily and at low cost.
次に、本発明の実施例2について図3および図4を用いて説明する。
図3において、図1と同じ符号は同じ機能を有するブロックであるので、重複説明は省略する。実施例2が実施例1と異なるのは、実施例1では、上位コントローラ20がトルク制限信号S13を生成していたのに対し、実施例2では電圧検出部14でトルク制限信号S14を生成することである。電圧検出部14は直流電圧が所定値以下に低下したら不足電圧ワーニング信号S12を生成し上位コントローラ20に出力すると同時にトルク制限信号S14を生成しトルク制限部12に出力する。一方、電圧不足ワーニング信号S12を受けた上位コントローラ20はモータ制御装置に電力を消費するような位置指令を与えないようにしたり、もしくは減速指令を出してモータの電力をモータ制御装置に回生させ主電源電力を消費しないようにする。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in that the
次に、実施例2に係るモータ制御装置の動作について図4に基づいて説明する。
入力電源(A)は時刻T0では正常で、時刻T1で瞬時遮断され、時刻T6で復帰したとする。コンバータ部2が生成する直流電圧は時刻T1では280Vで時刻T1から徐々に降下する。電圧検出部14は200Vをきった時刻T2で不足電圧ワーニング信号S12を生成し上位コントローラ20に出力すると同時に、トルク制限信号S14を生成しトルク制限部12に出力する。後の動作は実施例1と同様である。Next, the operation of the motor control device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
It is assumed that the input power source (A) is normal at time T0, instantaneously cut off at time T1, and restored at time T6. The DC voltage generated by the
以上のように、実施例2によれば、電源電圧低下時にトルク制限を行うことでモータを停止させずに低トルクで運転を続けさせることが上位コントローラなしでも可能である。しかも、簡単かつ低コストで、SEMI−F47に対応ができるようになる。したがって、電源遮断時のために大容量の平滑コンデンサを使用する必要がなくなり、装置が大型、高重量、高コストになることを防ぐことができる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to continue the operation at a low torque without stopping the motor by limiting the torque when the power supply voltage is lowered, without a host controller. In addition, SEMI-F47 can be handled easily and at low cost. Therefore, it is not necessary to use a large-capacity smoothing capacitor when the power is shut off, and the apparatus can be prevented from becoming large, heavy, and expensive.
直流電圧の低下レベルに応じてトルク制限信号を任意のN段階(N=1、2、3、・・・)のレベルを設けてトルク制限をかけることも可能である。さらには、直流電圧のレベルに応じてN段階のレベルのトルク制限信号と、速度制限信号を設けてトルク制限、速度制限をかけることも可能である。電源の状態に応じて、上位システムと連動して、システムの動作速度を下げ、運転を続行することが可能になる。 It is also possible to limit the torque by providing an arbitrary N-stage (N = 1, 2, 3,...) Level of the torque limit signal according to the DC voltage drop level. Furthermore, it is possible to provide torque limit and speed limit by providing an N stage level torque limit signal and a speed limit signal according to the DC voltage level. Depending on the state of the power supply, the operation speed of the system can be reduced and the operation can be continued in conjunction with the host system.
本発明によると、主回路電源電圧の低下があっても、所定電圧に低下したことを検出してトルク制限をし、モータでのエネルギー消費を少なくする。瞬時停電が発生しても運転続行可能であるので、半導体産業以外の一般産業用途にも適用が可能である。また、ライン速度を緩めることが許される用途では、回転速度を下げれば効果はさらに高まる。 According to the present invention, even if the main circuit power supply voltage is lowered, it is detected that the voltage is lowered to a predetermined voltage, and the torque is limited to reduce the energy consumption in the motor. Since the operation can be continued even if an instantaneous power failure occurs, it can be applied to general industrial uses other than the semiconductor industry. In applications where the line speed is allowed to be reduced, the effect is further enhanced if the rotational speed is lowered.
Claims (5)
位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、前記速度指令とモータ速度から第1トルク指令を生成する位置・速度制御部と、前記トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からPWMゲート信号を生成するトルク制御部、とからなる制御回路と、を備えたモータ制御装置において、
前記直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部と、前記第1トルク指令を前記上位コントローラのトルク制限信号に制限して第2トルク指令を生成するトルク制限部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。A main circuit comprising a converter unit for converting an AC power source into a DC power source, a smoothing capacitor connected in parallel with the DC power source, and an inverter unit for converting the DC power source into an AC power source and driving a motor,
A position / speed control unit that generates a speed command from the position command and the motor position, and generates a first torque command from the speed command and the motor speed; a PWM gate that converts the torque command into a current command and converts the current command and the motor current In a motor control device comprising a control circuit comprising a torque control unit that generates a signal,
When detecting that the DC voltage of the DC power supply has dropped below a predetermined voltage, a voltage detection unit that generates a voltage shortage warning signal and outputs it to the host controller, and limits the first torque command to the torque limit signal of the host controller. And a torque limiter that generates the second torque command.
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