KR20000017626A

KR20000017626A - 모터구동시스템

Info

Publication number: KR20000017626A
Application number: KR1019990036185A
Authority: KR
Inventors: 오시우미코오이치로오
Original assignee: 무라타 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2000-03-25
Also published as: CN1187886C; EP0985753A1; JP2000078870A; CN1246751A; TW419883B

Abstract

백업전원장치가 불필요한 모터구동시스템을 제공한다. 교류전원(1)을 직류전원(2)으로 변환하고, 그 직류전원(2)을 이용해서 회전수 제어장치(8, 9)에 의해 모터(11, 12)를 구동하는 모터구동시스템에 있어서, 상기 직류전원(2)에서 DC/DC컨버터(6)를 매개로 상기 회전수 제어장치와는 다른 외부기기(7)에 제어용 전원을 공급하도록 했다.

Description

모터구동시스템{MOTOR DRIVING SYSTEM}

본 발명은, 컴퓨터로 제어되는 모터구동시스템에 관한 것으로, 특히 백업전원장치가 불필요한 모터구동시스템에 관한 것이다.

섬유기계 등의 기계에 있어서 회전계를 구동하기 위해, 교류전원에 스위칭 레귤레이터를 접속하고, 그 스위칭 레귤레이터에 의한 직류전원을 모터구동용 회전수 제어장치에 제어지령을 부여하는 컴퓨터에 사용한 모터구동시스템이 사용된다. 교류전원에 순간정전 또는 정전에 의한 전원단절이 발생하면, 컴퓨터가 정지하고, 회전수 제어장치가 제어를 잃고, 회전계가 관성에 의해 잠시 회전하게 된다. 순간정전후에 전원이 복귀되어도 제어를 복귀할 수 없는 등의 문제가 발생하는 일이 있다. 또, 여러 가지의 다른 회전계가 관련동작하는 기계에서는 회전계의 관성의 차이에 의해 전원단절후의 회전량이 다르고, 그 때문에 문제가 발생하는 일이 있다. 그래서, 컴퓨터로 제어되는 모터구동시스템에는 순간정전보상 또는 정전보상이 필요하게 된다.

또, 일반적으로 순간정전이란 1/2∼1사이클(10∼20ms)의 전원단절로 정의되고, 그 이상 시간이 긴 것은 정전으로 되지만, 섬유기계에서는 0.5∼1초의 전원단절에 대한 보상이 요구되므로, 이하, 이러한 비교적 시간이 긴 전원단절을 순간정전이라고 하고, 이보다도 시간이 길어지면 정전이라고 하기로 한다.

종래의 모터구동시스템에 있어서의 순간정전보상은 교류전원측에 무정전전원 및 스위칭 레귤레이터를 부가하거나, 직류 전원측에 밧데리를 부가해 두고, 순간정전중의 컴퓨터 및 모터의 전원 백업을 행하도록 하고 있다. 이 백업기간중에 컴퓨터는 정전을 판정해서 회전계를 제어해서 감속시키거나, 여러개의 회전계를 동기(同期)감속시키는 처리를 행한다.

종래의 모터구동시스템에서는 순간정전보상 또는 정전보상을 위해 무정전전원이나 밧데리 등의 백업전원장치를 구비할 필요가 있다. 그러나, 빈도가 높다라고는 할 수 없는 순간정전이나 정전을 보상하기 위해, 백업전원을 구비하는 것은 비용이 비싸지는 원인이 된다.

그래서, 본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하고, 백업전원장치가 불필요한 모터구동시스템을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 그 직류전원을 이용해서 회전수 제어장치에 의해 모터를 구동하는 모터구동시스템에 있어서, 상기 직류전원에서 DC/DC컨버터를 매개로 상기 회전수 제어장치와는 다른 외부기기에 제어용 전원을 공급하도록 한 것이다.

상기 교류전원이 끊어진 것을 검출하는 전원단절 검출수단을 구비하고, 전원단절이 검출되었을 때에 상기 모터를 감속제어함으로써 상기 직류전원에 대해서 전력을 회생시키도록 해도 좋다.

상기 직류전원을 공급하는 공통의 직류전원버스에 여러개의 회전수 제어장치가 접속되고, 상기 외부기기는 여러개의 회전수 제어장치에 통신버스를 매개로 접속되고, 이들 회전수 제어장치에서 모터의 상태를 상시 입력해서 모니터하는 중앙제어장치이어도 좋다.

상기 외부기기는 모터의 운전중에 있어서 상기 회전수 제어장치에 상시 운전신호를 송출하는 운전신호 송출장치이어도 좋다.

상기 외부기기는 모터의 검출회전수를 상시 입력해서 속도지령값을 연산하고, 상기 회전수 제어장치에 상시 속도지령신호를 송출하는 속도지령신호 송출장치이어도 좋다.

도 1은 본 발명의 제1실시예를 나타낸 합연기(合撚機)에 적용되는 모터구동시스템의 회로도이다.

도 2는 회전수 제어장치의 내부구성도이다.

도 3은 도 1의 각 부의 동작을 나타낸 시간파형도이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 고데 롤러(godet roller)가 부착된 방사권취시스템에 적용되는 모터구동시스템의 회로도이다.

(부호의 설명)

1…교류전원

2, 5…직류전원

3…AC/DC컨버터

4…DC전원버스

6…DC/DC컨버터

8…권취용 회전수 제어장치

9…각 추(錘)용 회전수 제어장치

이하, 본 발명의 제1실시예를 첨부도면에 근거해서 상술한다.

여기서는, 본 발명의 모터구동 시스템은 합연기 등의 다중연사기에 적용된다. 합연기는 여러개의 추를 가지고, 각 추에서 실을 권취하면서 스핀들의 회전에 의해 그 사도중에서 실에 꼬임을 부여하는 것이다. 실에 꼬임을 부여하는 스핀들은 추마다의 브러시리스 모터로 회전구동된다. 또, 실을 권취하는 권취드럼은 여러개의 추공통의 인덕션모터로 회전구동된다. 인덕션모터로 구동되는 권취드럼의 회전계는 비교적 작은 관성을 가지고, 브러시리스 모터로 구동되는 스핀들의 회전계는 회전속도가 크고, 비교적 큰 관성을 갖는 것이다.

도 1에 나타내듯이, 합연기에 있어서의 모터구동시스템은 3상(三相) 교류전원(1)을 모터전력용 고전압 직류전원(2)으로 변환하는 AC/DC컨버터(3)와, 그 고전압 직류전원(2)을 분배하는 DC전원버스(4)와, 그 DC전원버스(4)로부터의 고전압 직류전원(2)을 전자회로용 저전압 직류전원(5)으로 변환하는 DC/DC컨버터(6)와, 전자회로로 구성되는 중앙제어장치(7)와, DC전원버스(4)에 접속된 권취용 회전수 제어장치(8)와, DC전원버스(4)에 접속된 각 추용 회전수 제어장치(9(9-1, 9-2, …, 9-N))으로 이루어진다. 모터구동 제어장치를 구성하는 각 회전수 제어장치(8, 9)는 DC전원버스(4)상의 직류전원을 적절한 주파수의 모터구동신호로 변환함으로써 소망의 회전속도로 모터를 구동할 수 있다. 부호 10은 후술하는 통신버스(14)를 매개로해서 각 회전수 제어장치에 송신하는 파라미터의 설정 등을 행하기 위한 조작부이다. 권취용 회전수 제어장치(8)에는 여러개의 추의 권취드럼에 회전축을 연결한 인덕션 모터(11)가 접속되고, 각 추용 회전수 제어장치(9-1, 9-2, …, 9-N)에는 각각의 스핀들을 연결한 브러시리스 모터(12(12-1, 12-2, …, 12-N))가 접속되어 있다. 이 브러시리스 모터(12)는 회전자의 센서를 구비하고 있고, 이 센서를 이용해서 회전속도를 검출하거나 제어할 수 있다. 각 추용 회전수 제어장치(9)에는, 운전중에 임의로 구동·정지하기 위해 수동조작용 스위치(SW13(13-1, 13-2, …, 13-N))이 설치되어 있다. 또, 중앙제어장치(7)와 회전수 제어장치(8, 9)는 통신버스(14) 및 제어버스(15)로 서로 접속되어 있다. 제어버스(15)는 중앙제어장치(7)에서 각 회전수 제어장치(8, 9)에 동작개시·정지의 지령을 일제히 전달하는 것이다. 통신버스(14)는 초기설정시에 있어서 중앙제어장치(7)에서 각 회전수 제어장치(8, 9)에 회전속도, 가속시간 등의 파라미터를 전송하고, 각 회전수 제어장치(8, 9)에서 중앙제어장치(7)에 상시 회전속도, 모터전류값 등의 상태값을 전송하는 것이다.

AC/DC컨버터(3)에는, 교류전원(1)이 소정의 전압으로 저하했을 때 전원단절이라고 판정하는 전원단절 검출수단이 내장되어 있고, 그 전원단절 검출신호를 전달하는 전원단절 검출신호선(16)이 중앙제어장치(7) 및 각 회전수 제어장치(8, 9)에 접속되어 있다. 회전수 제어장치(8, 9)는 전원단절 검출신호를 수신했을 때 미리 설정한 감속도로 모터를 감속제어하도록 되어 있다.

도 2에 회전수 제어장치의 내부구성을 나타낸다. 회전수 제어장치는 3상 브러시리스 모터(21)를 구동제어하는 것으로, 직류전원 입력단(a, b)사이에 설치된 안정화용 컨덴서(22)와, 모터(21)의 각 상(相)코일을 개별로 고전위 또는 저전위로 안내해서 전류를 인가하는 트랜지스터(23)와, 각 트랜지스터(23)에 병렬로 나열되어 역방향으로 설치된 플라이 휠 다이오드(24)와, 모터(21)의 전류값을 검출하는 전류센서CT(25)와, 영구자석인 모터의 회전자의 위치를 검출하는 홀센서(26)와, 회전수 제어장치전체를 제어하는 CPU(27)와, 여러 설정값을 기억하는 불휘발성 메모리E²PROM(28)로 이루어진다. CPU(27)는 홀센서(26), 전류센서(25)의 데이터를 입력하는 입력포트와, 각 트랜지스터(23)로의 스위칭신호를 출력하는 출력포트와, 전원단절 검출신호선, 통신버스 및 제어버스에 접속되는 통신포트를 갖는다. 또, 이 CPU(27)나 메모리(28) 등에 의해 트랜지스터(23)의 스위칭을 행하기 위한 제어회로가 구성되고, 이 제어회로에도 도시하지 않은 DC/DC컨버터를 매개로 DC전원버스(4)로부터 제어전압이 공급된다.

도 1의 모터구동시스템의 동작을 도 3에 의해 설명한다.

교류전원(1)이 정상적으로 동작하고 있을 때, AC/DC컨버터(3)의 작용에 의해 DC전원버스(4)에는 바르게 고전압 직류전원(2)이 공급된다. DC/DC컨버터(6)의 작용에 의해 중앙제어장치(7)에는 바르게 전자회로용 저전압 직류전압(5)이 공급된다(도 3;정상동작(31)). 이때, 권취용 회전수 제어장치(8)는 소정의 회전속도로 인덕션모터(11)를 회전시키고, 회전축에 연결된 여러개의 추의 권취드럼을 회전시킨다. 한편, 각 추용 회전수 제어장치(9-1, 9-2, …, 9-N)은 각각 필요한 회전속도로 브러시리스 모터(12-1, 12-2, …, 12-N)를 회전시키고, 각각의 추의 스핀들을 회전시킨다. 이것에 의해 각 추에서 실을 권취하면서, 이 사도중에서 실에 꼬임을 부여할 수 있다.

또, 교류전원(1)이 정상적으로 동작하고 있는 동안에, 중앙제어장치(7)는 각 회전수제어장치(8, 9)에 대해서, 통신버스(14)를 매개로 전원단절일 때의 인덕션모터(11), 브러시리스 모터(12)의 감속도를 통지하고, 각 회전수제어장치(8, 9)는 이 통지를 받아 감속제어의 비율을 설정한다.

교류전원(1)이 끊어지거나 또는 소정의 전압으로 저하했을 때(도 3;전원단절(32)), 전원단절 검출수단은 바로 전원단절 검출신호(16)를 출력한다. 각 추용 회전수 제어장치(9)는 전원단절 검출신호(16)을 받으면 곧바로 상기 설정한 비율로 감속제어를 개시한다. 이것에 의해 브러시리스 모터(12)는 감속된다. 이때의 감속도(도 3;(33))은 회전수 제어장치가 무제어일 때의 관성 회전에 의한 감속도보다 크고, 따라서, 스핀들의 회전계는 제동되게 된다. 이 제동 에너지는 브러시리스 모터(12)를 발전기로서 전기에너지로 변환되고, 플라이 휠 다이오드를 매개로 고전압 직류전원으로 회생된다.

도 3에 나타내듯이, 고전압 직류전원은 교류전원의 전압저하에도 상관없이, 스핀들의 회전계로부터 회생전력을 얻어 전압이 유지된다. 스핀들의 회전계는 비교적 관성이 크고, 게다가, 예를 들면 2만회전의 고속회전을 하고 있고, 그리고 대수(臺數)가 많으므로, 충분한 회생전력을 낼 수 있다. 이것에 따라, 고전압 직류전원의 공급을 받고 있는 DC/DC컨버터(6)에 있어서도, 전자회로용 저전압 직류전원의 전압이 유지된다. 따라서, 중앙제어장치(7)는 모터상태의 모니터 등의 동작을 계속할 수 있다.

한편, 권취용 인덕션모터(11)는 권취드럼의 회전계의 관성이 비교적 작으므로, 만약 회전수 제어장치가 무제어가 되면 급속히 회전속도가 저하한다. 이로 인하여, 권취드럼이 권취되지 않은 상태의 실에 대해서 스핀들이 과잉으로 꼬임을 가한다라는 상태가 되어 실끊김이 발생한다. 그러나, 상기와 같이 고전압 직류전원도 저전압 직류전원도 유지되어 있기 때문에, 권취용 회전수 제어장치(8)는 전원단절 검출신호를 받으면 즉시 상기 설정한 비율로 감속제어를 개시한다. 이로 인하여, 인덕션모터(11)는 감속제어된다. 이때의 감속도(도 3;(34))는, 전술한 관성에 의한 속도저하보다 느리게 하는 것이 가능하며, 여기에서는 스핀들에 있어서의 꼬임속도와 권취드럼에 있어서의 실속도가 정합하도록 동기설정되어 있다. 이후, 스핀들의 회전실이 정지하고 잠시후 고전압 직류전원도 정지하지만, 그 사이에 스핀들의 회전사와 권취드럼의 회전실이 동기해서 감속하므로, 실이 과잉으로 하게 꼬여지는 사태를 회피할 수 있으며, 실끊김이 방지된다.

예를 들어, 1초 경과해도 전원전압이 복귀하지 않을 경우, 완전한 정전으로서 시스템은 정지하지만, 1초이내에 복귀하면, 다시 정상적인 모터구동이 재개된다. 본 실시예에서는, 중앙제어장치(7)의 제어용 전원을 DC/DC컨버터(6)를 매개로 DC전원버스(4)로부터 공급하므로, 순간정전기간중에도 상기 모터의 상태값모터를 연속하여 행할 수 있다.

본 발명의 구성에 의하여, 순간정전이 발생한 경우에도, 회전수 제어장치뿐만 아니라, 회전수 제어장치로부터 모터의 상태신호(회전속도신호 등)을 상시 입력하여 모니터하는 장치나, 회전수 제어장치를 정상적으로 동작시키기 위한 필수 운전신호나 속도지령신호를 상시 송출하는 장치인 외부기기의 제어용 전원을 백업전원을 사용하지 않고 확보할 수 있다. 그리고, 회전수 제어장치로는 적어도 직류를 교류로 하는 인버터부 및 그 인버터부의 스위칭소자의 스위칭을 행하기 위한 제어회로를 포함하는 것이다.

또한, 전원단절이 검출되었을 때 모터를 감속제어함으로써 직류전원에 대해서 전력을 회생시키는 구성으로 했기 때문에 AC/DC컨버터를 대형화하지 않고, 0.5∼1초의 순간정전보상를 행할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2실시예를 첨부도면에 따라 상술한다.

여기에서는, 본 발명의 모터구동시스템은 고데 롤러가 부착된 방사권취시스템에 적용된다. 이 시스템은 여러개의 추를 가지며, 각 추에서 실을 권취하면서 그 사도중에서 고데 롤러에 의해 실을 연신하는 것이다. 고데 롤러는 실을 권취해서 송출하는 여러개의 롤러의 회전수비에 의하여 실에 소정의 장력을 인가하는 것이다.그리고, 고데 롤러에 히터를 내장해서 권취된 실을 가열하는 경우도 있다.

도 4에 나타내어지듯이, 고데 롤러가 부착된 방사권취시스템에 있어서의 모터구동시스템은, 고데 롤러를 제어하는 GR제어반(40)과 와인더제어반(50)에 각각 설치되어 있다. GR제어반(40)에는 삼상 교류전원(60)을 입력으로서 제1롤러용 및 제2롤러용 모터(45, 46)를 구동제어하는 회전수 제어장시(41, 42)와, 운전신호선(61)을 매개로 각 회전수 제어장치(41, 42)에 상시 운전신호를 송출하는 시퀀서PLC(운전신호 송출장치)(43)와, 회전수 제어장치(42)내의 AC/DC변환부(42a)로부터 빼낸 직류전원을 전자회로용 직류전원으로 변환하는 DC/DC컨버터(44)이 설치되어 있다. 회전수 제어장치(41)내에는 AC/DC변환부(41a)가 설치되어 있다.

와인더제어반(50)에는, 삼상 교류전원(60)을 입력으로서 4개의 모터를 개별로 구동제어하는 회전수 제어장치(51)와, 알람처리나 와인더의 동작제어등을 행하는 시퀀서PLG(52)와, 속도지령신호선(63)을 매개로 상시 회전수 제어장치(51)에 속도지령신호를 송출하는 속도제어장치(속도지령신호 송출장치)(53)와, 회전수 제어장치내의 AC/DC변환부(51a)로부터 빼낸 고압직류전원을 시퀀서PLG(52) 및 속도제어장치(53)의 전자회로용 직류전원으로 변환하는 DC/DC컨버터(54)가 설치되어 있다. 4개의 모터는 트래버스모터(55), 터치롤러구동용 모터(56), 스핀들모터(57, 58)로 이루어진다. 각 모터에는, 회전수센서(59)가 설치되어 있으며, 회전수센서(59)의 신호는 속도제어장치(53)에 입력되어 있다.

PLG(43)와 PLG(52)는, 알람신호/구동정지신호선(62)에 의하여 상호 접속되어있다.

이 모터구동시스템의 통상시의 동작을 설명한다. 삼상 교류전원(60)으로부터의 전원은, 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)에 공급된다. 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)은 모두 AC/DC변환부(41a, 42a, 51a)를 내장하고 있으며, 이 AC/DC변환에 의한 고압직류전원을 다시 제어용 저압직류전원으로 변환하는 DC/DC컨버터를 내장하고 있다. 이 제어용 저압직류전원에 의하여 내부의 제어회로(스위칭을 위한 것)를 구동한다. 속도제어장치(53)는 각 모터에 설치한 회전수센서(59)로부터의 신호에 의하여 각 모터의 회전속도를 검출하고, 이들 회전속도를 미리 설정된 목표값과 비교해서 속도지령값을 연산한다. 그리고, 이 속도지령신호를 속도지령신호선(63)을 매개로 상시 회전수 제어장치(51)에 송출한다. 그리고,도 4의 예에서는 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)는 모두 AC/DC변환부(41a, 42a, 51a)를 내장하고 있으나, 도 1의 예와 같이, 1개의 AC/DC변환부의 직류버스에 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)를 모두 접속하도록 해도 된다.

한편, 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)는 각각 전원단절 검출수단을 내장하고 있으며, 상시 정원단을 감시하고 있다. 그리고, 한 곳에서 전원단절을 검출하고, 전원단절 검출신호를 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)에 전송하도록 해도 된다. 전원단절이 검출되었을 때의 동작을 다음에 설명한다.

이 모터구동시스템은, 순간 정전시에는 권취동작을 멈추지 않으면서 속행하고, 정전시에는 동작을 멈출 수 있도록 되어 있다. 우선, 순간정전의 경우, 교류전원이 끊어지거나 또는 소정의 전압으로 저하했을 때, 각 회전수 제어장치(41, 42, 51)에 내장된 전원단절 검출수단이 그것을 검출해서 각 모터를 미리 설정된 통상보다 낮은 회전속도까지 감속하고, 운전을 계속한다. 교류전원이 예를 들어 1초이내에 복귀하면, 통상의 회전속도로 되돌아가서 운전을 계속한다. 복귀하지 않을 경우, 그대로 시스템전체가 정지한다. 이와 같이, 전원단절을 검출했을 때에, 각 모터를 감속시켜 직류전원으로 전력을 회생하도록 했기 때문에, AC/DC변환부를 대형화하지 않고 0.5∼1초의 정전보상을 행할 수 있다. GR제어반(40) 및 와인더제어반(50)의 제어에 의해 각 모터가 동기해서 감속되므로, 순간정지중에도 실에 인가하는 장력이 적절하게 유지된다. 또한 각 모터가 감속됨으로써, 회전수 제어장치내의 AC/DC변환부(42a, 51a)에는 에너지가 회생된다. 이로 인하여, 시퀀서(43, 52)는 충분한 전력을 얻어 동작을 계속할 수 있다.

본 실시예에서는 순간정전이 발생하더라도 속도제어장치(53)에서의 속도지령값의 연산 및 회전수 제어장치(51)로의 속도지령신호의 송출을 연속하여 행할 수 있다. 또한, 시퀀서(52)에서 행하는 알람처리나 와인더의 동작제어도 연속해서 행할 수 있다.

본 발명은 다음과 같이 우수한 효과를 발휘한다.

(1)백업전원장치를 사용하지 않고 순간정전보상 또는 정전보상을 행할 수 있다.

(2)섬유기계에서는, 전원단절후의 회전계의 감속제어가 가능하기 때문에 실끊어짐을 방지할 수 있다.

Claims

교류전원을 직류전원으로 변환하고, 그 직류전원을 이용해서 회전수 제어장치에 의해 모터를 구동하는 모터구동시스템에 있어서, 상기 직류전원에서 DC/DC컨버터를 매개로 상기 회전수 제어장치와는 다른 외부기기에 제어용 전원을 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
제1항에 있어서, 상기 교류전원이 끊어진 것을 검출하는 전원단절 검출수단을 구비하고, 전원단절이 검출되었을 때에 상기 모터를 감속제어함으로써 상기 직류전원에 대해서 전력을 회생시키도록 한 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
제1항에 있어서, 상기 직류전원을 공급하는 공통의 직류전원버스에 여러개의 회전수 제어장치가 접속되고, 상기 외부기기는 여러개의 회전수 제어장치에 통신버스를 매개로 접속되고, 이들 회전수 제어장치에서 모터의 상태를 상시 입력하고 모니터하는 중앙제어장치인 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.
제1항에 있어서, 상기 외부기기는 모터의 운전중에 있어서 상기 회전수 제어장치에 상시 운전신호를 송출하는 운전신호 송출장치인 것을 특징으로 하는 모터의 구동시스템.
제1항에 있어서, 상기 외부기기는 모터의 검출회전수를 상시 입력하고 속도지령값을 연산하고, 상기 회전수 제어장치에 상시 속도지령신호를 송출하는 속도지령신호 송출장치인 것을 특징으로 하는 모터구동시스템.