WO1985003061A1 - Reel tension controlling method and apparatus - Google Patents

Description

一 丄 明 細 書

リ 一ル用張力制御方法 お よ び装置

技術分野

*発明 は 、 圧廷機 プ ロ セ ッ シ ン グ ラ イ ン 、 ゴ ム 、 プ ラ ス テ ィ ッ ク 製造設備 に お け る 村料 の巻取 リ ま た は 巻戻 し 用 リ ー ル の駆動 に 甩い ら れ る リ ー ル用 駆動電動 機の張力制御方法 お よ び装置 に 係 リ 、 特 に張力制御範 囲 を 拡大す る た め の リ ー ル用張力制御方法 お よ び装置 に 関す る 。

背景技術

従来 、 圧廷機 プ ロ セ ッ シ ン グ ラ イ ン 、 ゴ ム · プ ラ ス テ イ ツ ク 製造設備等の リ ー ル用張力制御装置 は 、 直流 電動機 、 電力変換装置 、 界磁電須張力制铒 回路か ら 構 成 され て い た

こ の直流電動機 を 使用 す る リ 一ル蓮動電動機の張力 制御方法 に つ い て以下 、 説明 す る 。 直流電動機 の 発生 ト レ ク ΊΆ , 卷取時 の必要 ト ル ク は laを 電機子電流 、 Φ を 界磁磁束、 T を 巻取張力 、 D を コ イ ル径 、 Id ， K₂ を 定数 と し て そ れぞれ

Ik = Κι · Φ · la (1) ΊΆ' = ₂ · T · D (2) で表 わ さ れ る

巻取張力 Τ と 界磁磁束 、 コ イ ル径 D 、 電機子電流 laの 関係 は式 ( 1 ) = 式（ 2 ) ょ リ

Φ

T 一 · la (3) 一方 、 直流電動機の逆起電圧 E は 、 N を 電動璣回転 数 、 K₃ を 定数 と し て

Ε = ₃ · · Ν ·· ··· (4) で表わ され 、 ま た巻取速度 V と コ イ ル径 0 、 電動機回 転数 Ν の 間 に は

V = it · D Ν ·· (5) が成 り 立つ。

式 （4) , (5)よ リ

式 （ 3 )， （ 8 )よ り

E

T = 4 · — la …（7)

V

が成 り 立つ。

式 （7) ょ リ 、 巻取速度 V と 逆起電圧 E を比例 さ せ る こ と に よ り 、 巻取張力 T は電機子電流 laに比例 す る こ と が わ か る 。 す な わ ち 、 直流電動機 を 使用 す る リ ー ル髮 動電動機 に おけ る 張力制御 は 、 巻取速度 V と 逆起電圧 E を 比例 さ せ、 電機子電流 laを 制鄉す る こ と に よ り 行 な っ て い た。

こ の張力制御範 囲 を拡 げ る た め に従来、 種 々 の工夫 が な され て き たが 、 それ ら は い ずれ も タ ンデ ム ド ラ イ ブ を 墓末 に す る も の で 、 第 2 図 は そ の 例 を 示 し て い る 。 こ の タ ン デ ム ド ラ イ ブ は 、 2 台 の電動機 Mi ， M₂ を ク ラ ッ チ 4 を 介 し て接铳 し 、 張力制御回路 1 の指令に ょ リ 電動機制御 回路 2 , 3 を 介 し て電動機 ， M₂ を 制 御 し て リ ー ル の 張力制'御 を 行な う も の で 、 高張 力制街 時 に は 2 台 の電動機 ， M₂ を 使用 し 、 低張力制御 時 に は ク ラ ッ チ 4 を 開放 し て 1 台 の電 動 機 を 使用 し て リ ー ル 6 の張力 を 制御す る も の で あ る 。

こ の ダ ン デ ム ド ラ イ ブ に よ る 張力制御範 囲 の拡大 の 原理 を 2 台 の電動機 ， M₂ が同一定格 の場合 と 異定格 の場合 に つ い て説明 す る 。

( 1 ) 電動機 ^ ， M₂ の定格が同 じ 場合

圧延機の場合 、 一般 に精度 よ く 設定 · 制御 で き る 電 機子電流 laの 範囲 は電流指令 レ ペル で 1 ： 10〜 1 ： 15 で あ る 。 電機子電流 laの 設定 · 制御範 囲 を 1 ： 10と す る と 、 2 台 の電動機 ih , M₂ を 連結 し た と き と 電動機 の み の と き の電機子電流 laの 設定 · 制鑼範 囲 は 、 電動 機 ， n₂ を 連結 し た と き の定格電機子電流 の和を 100 % と す る と 下 記 の よ う に な る 。

し た が っ て 、 電機子電流 laの設定 · 制御範 囲 は

5 C % ) ： 100 ( % ) - 1 : 20

と な り 、 電動機 1 台 の と き に 比べ 2 倍 の電機子電流 la の 設定 · 制御範 囲が得 ら れ る 。

(2) 電動機 M₂ の定格が電動機 の定格 よ リ 大 き い場合 電機子電流 laの設定 · 制御範囲 は （1) の場合 と 同 じ < 1 ： 10と し 、 電動 機 の 容量 を 電動機 M₂ の 容 量 の 1/4と す る 。 2 台 の電動機 , M₂ を違結 し た と き と 電 動 機 の み の と き の 電機子電流 laの 設定 · 制御 範 囲 は 、 電動機 ih ， ^ を 連結 し た と き の定格電機子電流の 和 を 100% と す る と 下記 の よ う に な る 。

し たが っ て 、 電機子電流 laの設定 · 制御範囲 は

2.5 C ) ： 100 ( % ) = 1 : 40

と な り 、 電動機 1 台の と き に比べ 4 倍の電機子電流 la の 設定 · 制御範囲 が得 ら れ る 。

癸明 の 開示

し か し なが ら 、 こ れ ら 従来技衛 に は次 の よ う な 欠点 が あ る 。 す な わ ち 、 上記 （1)， （2)の い ずれの場合 に お い て の 出 力 轴 は （電動機 の定格 + 電動機 M₂ の 定 格） に耐え る も の で な けれ ば な ら な い 。 さ ら に 、 電動 機 が 2 台 あ れ ば 電動 機 制御 回 路 も 2 組必要 と な る の で、 電動機 1 台 の場合 に 比べ て設備等は高 く な る 。 ま た、 機械的損失や ひ 一ル ¾動系 の憤性 の 点 で も タ ン デ ム ド ラ ィ ブ は電動機 1 台 の場 に比べて末質的 に不利 で あ る 。 本発'萌 の 目 的は 、 こ の よ う な 題点 を 解決 し 、 広.範 囲 か つ 高精度 の 張力制御が可能 な リ ー ル用張 力制御方 法 お よ び装置 を 提供す る こ と に あ る 。

こ れ ま で 、 直流電動機 1 台 で調整可能 な張力制御範 囲 は お よ そ 1 ： 1 0が 限 界 で あ る こ と を 前 提 に し て お リ 、 こ れ を 超過す る 張力制御範囲 を 必要 と す る 設備 に 対 し て は前述の ご と く 2 台以上 の直流電動機 を 組合せ て使用 し た り 、 リ ー ル と 直流電動機の 間 の ギ ヤ比 の 切 换 え で対応 さ れ て き た。 例 え ば 2 台 の電動機 で高張力 範 囲 を カ バ ー さ せ 、 1 台 を 切饞 し て残 リ 1 台 で低張力 範 囲 を カ バ ー さ せて い た 。

と こ ろ で、 界磁 を 弱 めれ ば ト ル ク が低下す る こ と は 直流電動機 の原理で あ る 。 し たが っ て 、 従来 2 合 の 直 流電動機 を 使用 す る 設備 に お い て も 、 2 台 の電動機の 代 リ に 2 台 の総和 の容量 を も つ 1 台 の 直流電動機 を 遘 用 し た と し て も 、 原理的 に は界磁 を 低 レ ベ ル に セ ッ ト す る こ と で低 ト ル ク は発生 さ せ る こ と は で き た わ け で あ る 。 し か し な が ら 、 直流電動機 に は電機子反作用 と い う や っ か い な現象が あ り 、 こ の た め に 電機子電流 の 変動 に伴い電動機 の特性が変化 し た り 、 あ る い は整流 が悪化 し た り す る 。

こ の よ う な不都合 を さ け る た め に 、 従来 の張力制御 に お い て は 界磁設定範 囲 を ほ ぼ 1 ： 4 以下 で使用 し て い た 。 こ の た め 、 1 台 の 直流電動機 で は電機子電流の 制御範 囲 で き ま る お よ そ 1 : 1 0 の張力制镩範 囲 を こ え る こ と はで き ず、 1 ： 1 0以上の張力制御範 囲 を 要す る リ ール につ い て は長い 間複数 合の直流電動機 の組合せ で リ ー ル の張力制御用電動機 と し て使用 され て き た * 末発明 は 、 界磁を 低 く レ ベ ル に設定す る こ と で癸生 す る 前述の よ う な電機子反作用 に よ る 特性の変化や整 流 の悪化等 の好 ま し く な い現彔は 、 電機子電流 の低い 領域 に限定すれば著 し く 抑制す る こ と が で き る こ と に 着 目 し て 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が最大の値 よ り 低 く な る よ う に界磁 を 低い レ ベ ル に設定す る と と も に 、 使用電機子電流の上限 を 低 く 設定す る こ と に よ り 、 こ れ ま で 1 台 の直流電動機 で は実現で き な か っ た低張力 範囲 で安定 な張力制御 を 可能 に し た も の で あ る *

：*： 発 明 に よ る リ ー ル 用 張 力制御 方 法 の 第 1 の 癸 明 は 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が一定 に な る よ う に 少 な く と も 1 台 の直流電動機の界磁 を 制铒 し て 、 前記直渎 電動機 を 含 む 意の 台数 の 直流電動機 を 該直流電動機 の壓動用電力変換装置 と か ら な る 1 台 の リ 一ル鏖勖装 置 に閬す る も の で 、 界磁流柬 と コ イ ル径の比 を 任意 の 値 に段階的 に 選択す る と と も に 、 界磁浣束 と コ イ ル径 の比が最大値以外の場合 に は使用電機子電浣の最大値 を定格値 よ リ 低 く 制限 し て前記選択 さ れた界磁浣束 と コ イ ル径の比 を維持す る よ う に前記界磁制镩 を 行 う こ と を特徵 と す る リ 一 ル用張力制御方法で あ る 。

末癸明 に お け る 界磁制铒 に は コ ィ ル径に比伢 し た信 号 を界磁磁束の 目 標値 に し て制铟す る 方法 と 、 巻取速 度 に比例 し た信号 を逆起電圧 の 目 標値 に し て 制御 す る 方法 の 2 種類 の方法が あ る 。 一般的 に は前者 の 方法 が 採用 され て い る 。

こ の 第 1 の発明 を 実施す る リ ール用張力制御装置 は 巻取速度 と 電動機回転数か ら コ ィ ル径 を 演箕す る コ ィ ル径演算 回路 と 、 界磁磁束 と コ イ ル径の比 を 設定 す る 定数設定器 と 、 前記 コ イ ル径演箕 回 路 で求 め ら れ た コ ル径 と 前記定数設定器 で選択 さ れた界磁磁束 と コ イ ル 径 の比か ら 磁束指令を 求 め た後 、 こ れ を 界磁電淀 に 変 换 して界磁電流指今 と し て界磁電漯装置 に 出 力 す る 界 磁電流指令 回路 と 、 前記 コ イ ル径演算 回路 で求 め た コ ィ ル径 と 巻取速度か ら 慣性補俊量 お よ び機械的損失補 償量 を 求 め 、 両者 を 加箕 し 、 補僂分 を求 め る 補俊 回路 と 、 張力設定器か ら の所要 の張力 と 前記補償 回 路 で求 め た補償分 を加箕 し 、 電機子電流指令 と し て 出 力 す る 回路 と 、 前記選択 された界磁磁束 と コ イ ル径 の比が最 大値以外 の場合 に は前記電機子電流指今 の 最大値 を 定 格値 よ り 低 く 制 限 す る リ ミ ツ タ を 備 え た こ と を 特徴 と す る 。

本 発 明 に よ る リ ー ル 用 張 力 制 御 方 法 の 第 2 の 発 明 は 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が一定 に な る よ う に 少 な く と も 1 台 の直流電動機 の 界磁 を 制御 し て 、 前記直流 電動機 を 含 む任意 の 台数 の 直流電動機 と 該直流電動機 の駆動用電力変換装置 と か ら な る 1 台 の リ ー ル駆動装 置 を 定張力制御 す る リ ー ル用張力制街装置 に お い て 、 界磁磁束 と コ ィ ル径 と の比 を任意 の値 に段階的 に選択 す る と と も に、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が最大値以外 の場合 に は使用電機子電流の最大値 を定格値 よ り 低い 値 に制限 し 、 かつ所要の張力 と 所要の張力 を一定 に保 つ に要す る 補償分 と の和 に対す る 電機子電流指 4 の換 算比率 を前記選択 された界磁磁東 と コ ィ ル径の比 に逆 比例 す る よ ラ に変化 さ せ 、 前記選択 された界磁磁束 と コ ィ ル径の比 を 維持す る よ ラ に 前記界磁制 ¾ を 行 う こ と を特徴 と す る リ ール用張力制御方法で あ る 。

第 1 の癸明 と 同時 に 第 2 の発明 に お け る 界磁制镩部 に は コ ィ ル径 に比例す る 信号 を 界磁磁束の 目 標値 に し て制御す る方法 と 、 巻取速度 に比例 し た信号 を 逆起電 圧 の 目 標 値 に し て 制御 す る 方法 の 2 種類 の 方法 が あ る 。

こ の 第 2 の 発钥 を 実 ¾す る リ ー ル 用 張 力 制铒 装置 は、 巻取速度 と 電動機回転敎か ら コ イ ル径を 演箕す る コ イ ル径演箕回路 と 、 界磁磁束 と コ ィ ル径の比 を設定 す る 定数設定器 と 前記 コ ィ ル径演箕 回路で求め ら れた コ ィ ル径 と 前記定数設定器 で設定 された界磁磁柬 と コ ィ ル径の比か ら磁束指令 を求 め た後、 これ を 界磁電淀 に 変換 し て界磁電流指令 と し て界磁電渥装置 に 出 力す る 界磁電流指 4回路 と 、 前記 コ イ ル径演箕回路で求め た コ ィ ル径 と 巻取速度か ら慣性補俊量お よ び機械的損 失補僂量 を 求め 、 両者 を加箕 し 、 補償分 を求 め る 補僂 回路 と 、 張力設定器か ら の所要の張力 と 前記補俊分 を 加算 し 、 こ の加箕結果 に 対する 電機子電溁指令へ の换 箕比率 を 前記選択 さ れた界磁磁束 と コ ィ ル径 の比 に 逆 比例 さ せ て電機子電流指 を 出 力す る 電機子電流指今 演箕 回路 と 、 前記選択 された界磁磁束 と コ イ ル径 の比 が最大値以外 の場合 に は前記電機子電流指 の 最大値 を 定格値 よ り 低 く 制 限す る リ ミ ッ タ を 備 え た こ と を 特 徵 と す る 。

*発明 は 、 一 台 の直流電動機の界磁磁束 と コ イ ル径 の比 を 最大値 に 限定 す る こ と な く 任意 に段階的 に選択 し 、 かつ使用電機子電琉の最大値 を 制限す る こ と に よ り 、 1 ： 1 0〜 ！： ： 1 5の 限界 を 越 え る 広 い張力制铒範 囲 が得 ら れ、 ま た リ ー ル と 直流電動機 の 間の ギ ヤ比 を 切 換 え る 必要 も な い 。

図面の簡単 な説明

第 1 図 は太発 の一実 ¾例 に係 る リ ー ル用張力制街 装置 の ブ コ ッ ク 図 、 第 2 図 は従来 の タ ン デ ム ド ラ イ ブ の リ ー ル張力制镩装置の ブ ロ ッ ク 図 、 第 3 図 は本発明 の一実施例 の リ ー ル張力制街装置 を 構成す る D C モ ー タ の定格 と 使用範囲 を 示す図 で あ る 。

発明 を 実旄す る た め の最良 の形態

以下、 本発明 の実旌例 を 図面 を 参照 し な が ら 説钥 す る 。

第 3 図 は 1 合 の直流電動機 で ¾動 さ れ る リ 一ル の 張 カ制撵 に おけ る 電機子電流 l aと 定格最大卷取速度 の 時 の所要動力 P も し く は巻取張力 T を 表わ す グ ラ フ で あ φ る a こ の 図 は 、 界磁磁柬 Ψ と コ イ ル径 D と の比一を 直

D

接 2 段階 に増減 させ る か、 も し く は逆起電圧 Ε と 巻取

Ε Φ

速度 V と の比一を 2 段 に変化 させて 間接的 に前記比一

V D

を 2 段階 に增滅 さ せ、 かつ界磁磁束 Φ と コ イ ル径 D の 比が <i> Z D が最大値 よ り 低い モ ー ド での運転では使用 電機子電浣 の最大値を定格値よ リ 低い値 に制限 さ せた 時の電機子電流 と 出 力範 囲 の 閟係 を表わ し て い る 。 ま た 、 ¾铀 は定格最大卷取速度時の 出力 P を表わ し てい る の で、 出力 P の代 リ に張力 T と み な し て も よ い 。 そ う す る と 、 直線 i は高張力運転の範囲 を示 し 、 直線 IL 2 は低張力運転の範囲 を 表わ し て い る と い う こ と も で き る 。

以下、 具体的 に設備の諸元 を 挙げて こ の こ と を詳述 す る 。 先ず、 圧廷機 プ ロ セ ッ シ ン グ ラ イ ン の諸元を 、 ラ イ ン速度の最大値、 す な わ ち 定格最大巻取速度を V

= 300 (邐 /邐 in) 、 コ イ リレ径 D = 500 - 1300 (ia) , 巻取 張力 T = 30(！〜 8000 (kg)と し 、 リ ー ル用直流電動饞の 容量 を求め る 。

電動饞の最大出力 Paaxは

300 (駕 /道 in) X 8000 (kg)

102 X 80

= 392 ( w) ¾ 400 (Kw)

であ る 。 こ こ で、 分母 = 102X 80は定数で あ る 。

コ ィ ル巻径比 RD は

Ro = 1300 (a邐） 500 (»道） = 2.8 で あ る 。

式 （3) ま た は （7) よ り 、 逆起電圧 E と 巻取速度 V の 比 E Z v ま た は界磁磁束 Ψ と コ イ ル径 D と の比 Φ / D を 一定 に保った め に は コ ィ ル巻径比 に相 当す る 界磁 制 御 範 囲 が 必 要 と な り 、 電 動 機 の 最 高 速 度 を 1 8 0 0 ( rpa) と す る と 基底速度 は 160/2 · 8 ( Γρϋ) = δ 15 ( Γρ邐）と な る 。 以上 よ り 、 リ ー ル用直溁電動機 の高張力運転時 の定格 は機械的損失 も 考慮 し

400Kw 440 V 615 rpa/ 1600 Γ ΡΒ

と す る 。

次 に低張力運転時 の リ ー ル用直流電動機の定格 を 求 め る 。 直流電動機の最小 出 力 P» i nは

300 (ffl/a i n) X 300 (kg)

P n i n =

102 X 80

= 1 .7 ( w) 2? 15 ( w)

で あ る 。

最大出 力 400 (Kw)時 の定格電機子電流 laお よ び 回転 数 8 15 ( rpa)時 の界磁電铳 I fnas を 100 ( % ) 、 ま た最 小 出 力 15 (Kw)時 の電機子電流 laが電機子電流の 設定 · 制 御 範 囲 の 下 限 の 10 ( % ) と な る よ う に 最 小 出 力 15

(Kw)時 の電動機の定格電圧 を 選定 す る 。 最大 出 力 400

(Kw)で 1800 ( rpu) の と き の界磁電浣 I f a i nは 、 コ イ ル 巻径比 RD = 2 . 6 で あ る の で 100 ( % ) 2 . 8 = 38 . 5で あ る 。 出 力 は 電圧 と 電機子 電流 l aの 積 に 比 例 す る か ら 、 最小 出 力 15 (Kw)時 の 電圧は

15 (Kw) X 440 ( τ) 100 ( % )

= 185 (

400 (Kw) X 10% と な る 。 こ の と き の界磁電淹 I f aax (615 rpa) , I f ο i n

( 1600 rpa) は 、 次の よ う に求め られ る 。

ΊΜ = _t · · I a = id ' · I f * la ( 1) P = Ks · N · Tk (8)

これ に N = 815( rpa)の 時の界磁電淹 If と 電機子電淀 I a の値 を 、 それぞれ Pi = 00 ( w) , Ρ₂·= 15 Kwの場合 に つい て代入す る と 、

10 C % ) X I f 15Kw

100 C % ) X C 100 ) % 400 KH

.*. I f i = 37 . 5 ( % )

815 ( rpa)

I f 2 = 37.5 ( % > X = 14.4 ( % )

1600 (rpn)

400 (Kw) 15 (Kw)

/ = 100 ( % ) / 10 c % )

440 ( 7) Z

Z = 165 (?)

次 に 、 こ の電圧 185( で の運転では 、 界磁電淀が少 な い の で電機子反作用 を 考慮す る と 使用電機子電流 を 制限す る 必要が あ る 。 電機子電流 laの界磁磁束への影 響 の 度合 を 440(マ）運転時 と 同等 と す る た め に 、 こ の電 圧 185 ( ₇ )で の 運転範 囲 で の ノ I f a i nの 最 大値 が 、 440 (マ）での運転範 囲 で の I a I f ainの最大値 と 同等 と な る よ う に こ の電圧 185( で の使用電機子電流 laを求 め る 。 使用電機子電浣 laの上限 ¾ こ の値 に定め 、 こ の 範囲 で使用 す る こ と に よ リ 電機子電流 laの界磁へ の影 響 を 440 (マ）運転時 と 同等 ま た は それ以下 に押 え る 。 す な わち 、 こ の電圧 185 ）で の 電機子電流 laは

100 ( ) X 14.4 C >

½ 33 C % )

38.5 ( % )

と な る 。 す な わ ち 、 定格電圧 185(V)運転 では電機子電 流 laの範囲 は 10 ( % ) - 33 ( % ) と な る 。 こ の と き の 直流電動機 の 出 力 は

400 (KM) X 185 (?) X 33 ( )

50 (K )

440 (τ) X 100 C )

と な る 。 こ の 出力、は張力换箕 で

8000 Ckg) X 50 (Kw)

= 1000 (kg)

400 (Kw)

と な る 。

以上 の方法 で決 め ら れ た モ ー タ の諸元 を 第 1 表 に 示 す。

400 (Kw) P (Kw)

/——― = 100 ( ) / 33 ( % )

440 (?) 165 ( γ )

*·. F = 50 (Kw)

—

出力 電圧 電機子 張力

(Kw) (マ） 1%) If aaz(615rpa) If ιίη(1600τρι) (kg)

400 440 100 100 38.5 8000

50 165 33 37.5 14.4 1000

15 165 10 37.5 14.4 300

す な わ ち 、 こ こ に 例示 し た 1 合 の リ ール用 直流電動

Φ

機 は界磁琉柬 * と コ ィ ル径 D の比一を 直接 あ る い は 間 ひ

接的方法 で 2 段階 に増減 さ せた結果、 1 台 の直流電動 機 で あ リ な が ら 次 の 2 つ の定格 を 有す る 電動機 と し て 使用 さ れ る こ と に な る。 す な わ ち 、

400 K w 440 ? 815 (rp讕） /1800 (rpsi)

50K 165? 615(rpe)/1600(rp«) と な る 。

第 3 図 は以上求め た リ 一ル用直淀電動機 の 出 力定格 と 張力の使用範囲 を 示 し て あ り 、 直線 ^ i は 出 力定格 が 400 (Kw)の場合 で高張力運転時の使用範 囲 （8000 〜 1000 kg) を 示 し 、 直線 ^ ₂ は出 力定格が 50 (Kw)の場合 で、 低張力が運転時 の使用範囲 （ 1000 〜 300 kg) を 示 し て い る 。 従来 の低張力制裸では使用範 囲 は直線 1 の み で限定 さ れ て い た こ と と 比較 し て太発钥 に よ れ ば 1 台 の電動機 で更 に低い 出 力範 囲 （す な わ ち 低 い張力 範 囲） ま で使用 で き る こ と が理解 さ れ よ う 。

第 1 図 は第 2 の発 ¾ に 関す る リ ー ル用張力 の 制街装 置 の一実旄例 を 示す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。 第 1 の 発钥 に 関す る 実施伢 の は省略 し て い る そ の理 由 は 、 第 1 の 発明 に構成要件の一部 を 追加 し た も の が第 2 の 発明 で あ る の で、 第 2 の発明 の実施例 の説明 で第 1 の発明 の 実施例 の説明 を 兼ね る こ と がで き る た め で あ る 。

さ て 、 第 1 図 の リ ー ル用張力制御装置 は 、 リ ー ル設 備 を直诧電動機で駆動 し 、 リ ー ル に よ る 巻取 も し く は 巻戻 じ動作 Ψ は界磁磁束 Φ を コ イ ル径 D と の比 を 一定 に保持す る 定張力制 ¾ に 関す る も の で、 張力の設定範 囲 に応 じ て界磁磁束の 目 檫値 と コ イ ル径の比 《 を変更 す る こ と に よ り 、 1 台の直流電動機 を 2 定格の電動機 と し て使用す る 例 であ る 。

*実 ¾例 に よ る リ ー ル用張力制御装置は、 直淀電動 機 7 ， 界磁 8 ， 速度検出器 9 ， 電力変換装置 10， 界磁 電 流 11 , コ イ ル径演箕 回路 12， 電機 子電淀指令 回 路 13， 張力設定器 14， 界磁電流指今回路 15, 界磁磁束 と コ ィ ル径の比 < を 設定す る 定数設定器 18 (設定器 22 , 23) 、 定数設定器 18を選択する 接点 22 , 23、 加算器 30 と か ら 構成 さ れ て い る ， コ イ ル径演箕回路 12は （5) 式 に も と ずい て コ イ ル径 D を演箕す る 。

電機子電淀指今回路 13は張力補僂回路 17 , 電機子電 流指令演箕回路 13 , 選択 された界磁磁束 と コ イ ル径の 比が最大値以外の場合 に電機子電淹指今の最大値 を定 格値 よ り 低 く 抑 え る リ ミ ッ タ 18 ， 定数設定器 28 , 27、 接点 28 , 23と か ら構成 されて い る 。

張力補俊回路 17は機械損失補償回路 17A と 慣性補償 回路 17B と か ら 構成 され て い る 。

こ の 2 つ の補償回路 17A, 128の 出力 を加算 し た信号 Tc は所要張力 （す な わ ち 設定張力） Ts を 発生 さ せ る た め に必要な補償信号 で あ る 。 信号 Tc と 信号 Ts の加箕器 30に よ る 加箕信号 Tkは電機子電埯指噜回路 13に入力 さ れ 、 定数設定卷 18の 出力信号 α で除算 し た信号が 出 力 さ れ 、 こ の信号 I aは リ ミ ッ タ 18を 経 て電機子電流 の指 令値 と し て 電力変換装置 10に与 え ら れ る 。 電機子電诧 指 4 1aを 受 け た電力変換装置 10の一部 で は 図示 さ れ な い電流制御ル ー プが設 け ら れ て お り 、 例 え ば サ イ リ ス タ の 点孤 角 を 制御 し て直流電動機 7 へ の印加電圧 を 調 整 し 、 そ の結果直诧電動機 7 の電機子電流 は指令値 に な る よ う に 制御 され る 。 ま た 、 界磁電淹指今回路 15は 磁 束 演 算 回路 20と 界 磁電流指 令演 箕 回路 21と か ら な リ 、 磁柬演算回路 20に 入力 さ れ る コ イ ル径信号 D は定 数設定器 ISの 出 力信号 ct を 乗算 され て磁束指令 s が 出 力 さ れ る 。 こ の磁束指噜 ^ s は界磁電流演箕 回路 21 で界磁電溁 If に 変換 さ れ 、 界磁電诧の指今値 と し て界 磁電漯装置 11に 入力 さ れ る 。 界磁電漯装置 11に は 図示 さ れ な い電流制御ル ー プが設 け ら れ て お り 、 例 え ば サ ィ リ ス タ の 点 a角を 制裤 し て界磁 8 へ の 印加電圧 を 讕 整 し 、 そ の結果界磁電淀 If は指今値 に な る よ う に 制御 さ れ る 。

従来技衛 に よれば 、 コ ィ ル径 D が最大値 Daa∑の 時 に 界磁磁束 Φ が最大界電磁柬 ^ _Daaxに な る よ う に 界磁電 流 laが決定 さ れ 、 以後 は設定張力 と は無関係 に 界磁淹 束 ^ と コ イ ル径 D の比 ^ "は _Όι^ζの 値 に 固定 さ れ た ま ま で あ っ た 。

Φ

第 2 の発明 に よ る 実旄例 は比一 - な を 《 100 ( % )

D

と α = 37.5 ( % ) の 大小 2 段 階 に 切 替 え た も の で あ る 。 以下 に 詳述す る 。 定数設定器 18に よ っ て 図示 し.ない運転モ ー ド選択 ス イ ッ チ に よ リ 高憂'力 モ ー ド を 選択 す る と 接点 24が 閉 じ 、 逆 に低張力モ ー ド を 選択す る と 接点 25が閉 じ る よ ラ に な っ て い る 。

高張力モ ー ド用定数設定器 22は コ ィ ル径 D が最大の 時 に 界磁磁束 Φ が 100% ( す な わ ち 、 界磁 電淹 100 に設定 さ れ る （第 1 表） 。 一方、 低張力モ ー ド 用定数設定器 23は 、 コ イ ル径 D が最大の時 に界磁磁束 が 37.5% (す な わ ち 、 界磁電淹 37.5% ) に設定 さ れ る ， （第 1 表）

第 3 図は 、 こ の 関係 を示す も の で、 横軸は電機子電 流 Ia ( % ) で あ り 、 ¾ ¾ は 巻取速度 V ( = ラ イ ン 速 度） が一定 （：*：実 ¾倒 では V - 300»/«in) の時 に電動 機 7 に 要求 さ れ る 出 力 P (Kw)で あ る と 阿時 に 張 力 T (Kg)を も 表わ し て お り 第 1 表の数値デー タ を グ ラ フ に し た も の で あ る 。 直線 i は高張力 モ ー ド の 時の直線 で 、 定数設定器 22が選択 さ れた時の電機子電浣 laと 張 力 T あ る い は Φ力 P と の 関係 を示 し て い る 。

直線 ^ ₂ は低張力 モ ー ド の 時の直線で、 定数設定器 23が選択 された時の電機子電流 laと 張力 T あ る い は出 力 P と の 関係 を 表わ し てい る 。

と こ ろ で 、 高張力モ ー ト 1 低張力 モ ー ド 2 の い ずれ に おい て も 1 つ の張力設定 目 盛 に対 し て同一の張

Φ

力 を発生 ざせ る に は、 比一を α倍 し て い る の で所要張

D la ■ 1 力 T を 発生 す る に 必要 な電機子電流 I aの比一 は逆 に一

Τ α 倍 に し て おか な けれ ば な ら な い 。 定数設定器 18の 出 力 信号 α が電機子電流指令演算回路 19に入力 さ れ て い る の は こ の た め で あ る 。

一般 に 、 電機子電流 を 精度 よ く 設定制御 で き る 範 囲 は電流指 4 レ ベ ル で 1 ： 10か ら 1 ： 15で あ る 。 第 3 図 は こ の 制約か ら く る 電機子電溁 laの最小値 を 10 ( % ) に し た時 の直線 t と 直線 ^ 2 の 関係 を 示す も の で あ る 。 こ の第 3 図は従来技衛 に よ る 張力設定範囲 （ 1 ： 10) を 示 _す直線 ^ ！ を 直線 ^ ₂ に切眷 え る こ と に よ つ て 1 : 27 ( = 1 ： 8000 /300) の張力設定範囲 が得 ら れ る こ と を 示 し て い る 。

と こ ろ で 、 第 1 図 の実 ¾例 で は コ イ ル径 D に比例 し た信号 を 界磁磁束 Φ の 目 檫値 に し て界磁制御 を 行 う 方 法 を 挙げた が 、 巻取速度 V に 比 ^ し た信号 を 逆起電圧 の 目 標値 に し て界磁制 ¾1 を 行 う 別 の方法 も あ る 。 こ の 後 者 の 方 法 は 、 リ ー ル 設備 を 直流 電 動機 で駆動 し 、 リ ー ル に よ る 巻取 も し く は巻戻 し 動作中 は巻取速度 V に 比例 す る 信号 を 逆起電圧 の 目 標値 と し 、 検 出 し た 逆 起電圧 と 比較 し て そ の差が零 に な る よ う に 界磁電流 を 制御 す る 張力制御 で 、 張力 の設定範 囲 に 応 じ て逆起電 圧 と 巻取速度の比 を 切 り 巷 え て 1 台 の直流電動機 を 多 定格の電動機 と し て使用 す る 方法 で あ る 。 前者 の 方法 では第 1 図 の定数設定器 18が界磁磁東 ^ と コ ィ ル径 D の比 を 設定す る も の で あ る の に 対 し て 、 後者 の方法 に お け る 定数設定器は逆起電圧 と 巻取速度の比を 設定 す る も の で あ る 点 を 除けば 、 両者 に は *質的な差異 は な い の で実尨例 と し て の 図示は省略 し て い る 。

Claims

請求 の 範 囲

1 . 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が一定に な る よ う に 少 な く と も 一台 の直浣電動機 の界磁 を 制街 し て 、 前記直淀 電動機 を舍む任意の 台数 の直流電動機 と 該直流電動機 の駆動用電力変換装置 と か ら な る 1 合の リ 一ル駆勖装 置 を 定張力制铒す る リ ー ル用 張力制锞装置 に お い て 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比 を任意の値 に段階的 に 選択 す る と と も に 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が最大値以外 の場合 に は使用電饑子電流の最大値 を定格値 よ リ 低 く 制限 し て前記選択 された界磁磁束 と コ ィ ル径 の比 を 錐 持 す る よ う に 界 磁 制 裤 を 行 な ラ こ と を 特 徵 と す る リ ー ル甩張力制铒方法，

2 . コ イ ル径 に比钧 し た信号 を 界磁磁束の 目 標値 に し て界磁制攆 を行 な う 請求の範 囲第 1 項記載 の リ ー ル用 張力制御方法。

3 . 巻取速度 に比例 し た信号 を 逆起電圧 の 目 標値 に し て 界磁制撢 を 行 な う 請求 の範 囲第 1 項記載 の リ ー ル用 張力制御方法。

4 . 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が一定 に な る よ う に 少 な く と も 一 台 の 直流電動機 の界磁 を 制街 し て 、 前記直流 電動機 を含 む任意 の 台数 の直流電動機 と 該直流電動機 の駆動用電力変換装置 と か ら な る 1 合 の リ ール駆動装 置 を 定張力制铒す る リ ー ル用張力制铒装置 に お い て 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比 を 任意の値 に段階的 に 選択 す る と と も に 、 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が最大値以外 の場合 に は使用電機子電淹の最大値 を定格値 よ リ 低 く 制限 し て、 張要 の張力 と 所要 の張力 を一定 に保つ の に 要す る補僂分の和 に対する 電機子電溁指令の换箕比率 を前記選択 された界磁磁束 と コ ィ ル径の比 に逆比例す る よ う に変化 させ、 前記選択 さ れた界磁磁束 と コ イ ル 径の比を維持す る よ う に界磁制铒 を行 な う こ と を特徵 と す る リ ー ル用張力制诲方法 ·

5 . コ イ ル径 に比例 した信号 を 界磁磁束の 目 標値 に し て界磁制御 を行 な う 請求の範囲第 4 項記載の リ ー ル用 張力制御方法。

6 . 巻取速度 に比例 し た信号 を逆起電圧の 目 標値 に し て界磁制揮 を行 な う 請求の範囲第 4 項記載の リ ー ル用 張力制揮方法 ·

7 . 界磁磁束 と コ イ ル径の比が一定 に な る ょ ラ に少 な く と も 一台の直淀電動機の界磁 を制铒 し て 、 前記直滂 電勖機 を含 む任意の 台数の直淀電動機 と 該直流電動機 の褽動甩電力変換装置 と か ら な る 1 台の リ 一ル ¾動装 置 を 定張力制锋す る リ ー ル用張力制街装置 に おい て 、 巻取速度 と 電動機回耘数か ら コ ィ ル径を演箕す る コ ィ ル演箕回路 と 、

界磁磁束 と コ ィ ル径の比 を設定す る 定数設定器 と 、 前記 コ イ ル径演箕回路 で求め ら れた コ イ ル径 と 前記 定数設定器で選択 された界磁磁束 と コ イ ル径の比か ら 磁束指令 を求めた後、 'これを 界磁電淀 に変換 し て界磁 電流指令 と し て界磁電源装置 に 出 力す る 界磁電流指令 回路 と 、

前記 コ イ ル径演箕回路 で求め た コ イ ル径 と 巻取速度 か ら 慣性補償量 お よ び機械的損失補俊量 を 求 め 、 両者 を 加算 し 補償分 を求め る 補僂回路 と 、

張力設定器か ら の所要 の張力 と 前記補償回路 で求 め た補償分 を 加算 し 、 電機子電淹指今 と し て 出 力す る 回 路 と 、

前記選択 さ れた界磁磁束 と コ ィ ル径 の比が最大値以 外 の場合 に は前記電機子電淀指 4の最大値 を定格値 よ り 低 く 制 限 す る リ ミ ッ タ を 備 え た こ と を 特 徵 と す る リ ー ル用張力制揮装量 ·

8 . コ イ ル径 に比例 し た信号を 界磁磁束の 目 檫値 に し て界磁制徴を行 な う 請求 の範囲第 7 項記載の リ ー ル用 張力制街装置。 ·

9 . 巻取速度 に比例 し た信号 を 逆起電圧 の 目 棲値 に し て界磁制御 を 行 な ラ 請求 の範 囲第 7 項記載 の リ ー ル用 張 力制御装置 a

1 0 . 界磁磁束 と コ イ ル径 の比が一定 に な る よ う に 少 な く と も 一 台 の直流電動機の界磁 を 制 し て 、 前記直淀 電動機 を 含 む任意の 台数 の直淀電動機 と 該直淀電動機 の慝動用電力変換装置 と か ら な る 1 台 の リ ー ル駆動装 置 を 定張力制樺す る リ ー ル用張力制御装置 に お い て 、 巻取速度 と 電動機回転数か ら コ ィ ル径 を 演箕す る コ ィ ル径演算回路 と 、

界磁磁束 と コ ィ ル径 の比 を 設定す る 定数設定器 と 、 前記 コ ィ ル径演箕回路で求め られた コ イ ル径 と 前記 定数設定器 で設定 された界磁磁束 と コ ィ ル径の比か ら 磁東指今を求め た後、 こ れ を界磁電淀 に変換 し て界磁 電淀指令 と し て界磁電源装置 に出力す る 界磁電诧指令 回路 と 、

前記 コ ィ ル径演箕回路で求め た コ ィ ル径 と 巻取速度 か ら 憤性補僂量お よ び機械的損失補僂畺を求め 、 両者 を 加箕 し 、 補償分 を求め る 補僂回路 と 、

張 力 設 定器か ら の 所要 の 張 力 と 前 記補僂分 を 加箕 し 、 こ の加箕結果 に対す る 電機子電淹指令への换箕比 率を 前記選択 された界磁磁束 と コ ィ ル径の比 に逆比例 さ せて電機子電流指令 を 出 力す る 電機子電淀指令演箕 回路 と 、

前記選択 された界磁磁束 と コ ィ ル径の比が最大値以 外 の場合 に は前記 ¾機子電浣指令の最大値 を定格値 よ. リ 低 く 制 限 す る リ ミ ッ タ を 備 え た こ と を 特徴 と す る リ ール用張力制街装置，

1 1 . コ イ ル径 に比例 し た信号 を 界磁磁束 の 目 瘵値 に し て界磁制御 を行 な う 請求 の範囲第 1 0項記載の リ ー ル用 張力制揮装置

1 2 . 巻取速度 に比例 し た信号 を逆起電圧の 目 標値 に し て界磁制御 を行な ラ 請求 の範 囲第 1 0項記載の リ ー ル用 張力制御装置。