(57)【要約】【課題】本発明は、同期電動機の運転制御方法に関する。【解決手段】あらかじめ、圧延時における材料内のトルク変動個所を推定し、当該トルク変動個所の位置を特定しておく工程と、圧延時に、該トルク変動個所をトラッキングし、該トルク変動個所が圧延機に進入する直前に、該圧延機の同期電動機の界磁電流を増加させる工程を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ、圧延時における材料内のトルク変動個所を推定し、当該トルク変動個所の位置を特定しておく工程と、
圧延時に、該トルク変動個所をトラッキングし、該トルク変動個所が圧延機に進入する直前に、該圧延機の同期電動機の界磁電流を増加させる工程と、
を有することを特徴とする同期電動機の運転制御方法。
【請求項２】
前記トルク変動個所が、加熱炉内のスキッドに起因する加熱不足による温度低下部であることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼の熱間圧延機等に適用する同期電動機（以下、単に電動機ともよぶ。）の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延ラインでは、圧延対象材（単に、  材料ともよぶ。）を間欠的に圧延処理する。そのため、圧延機は、材料を圧延する負荷運転と、空転状態となる無負荷運転を間欠的に繰り返している。本圧延機に適用する同期電動機では、速度、トルク制御を実施しており、負荷運転時は高トルクとし、無負荷運転時はメカロス分に相当する低トルクとして運転される。
【０００３】
また、圧延中の負荷運転時においても、材料の加熱の不均一等により大きなトルク変動が生じている。すなわち、運転中にも大きな負荷トルク変動が発生することになる。
同期電動機のトルクは、内部相差角、電機子電流トルク方向成分、磁束にほぼ比例する。また、磁束は界磁電流にほぼ比例する。
【０００４】
従来から、同期電動機では、その力率を１にするために電機子電流、界磁電流を制御している。この場合、必要とする負荷トルクが急激に変動すると、電機子電流が変動分に対応して大きく変化した後、界磁電流、電機子電流双方を制御して力率を１にする状態へ移行する。図４に、従来の同期電動機の電機子電流と界磁電流の制御過程を示す。
【０００５】
ところで、熱間圧延用の材料は、加熱炉にて加熱・昇温された後に圧延機で圧延される。材料が加熱炉で加熱される場合、材料を支える部分（以下、スキッドと称す。）と材料が直接接触しているため、材料下部は均一な温度とならず、スキッドと接触した部分の温度が、接触していない部分に比べて低下することが知られている。
【０００６】
そのため、近年では、加熱炉にウォーキングビーム方式が導入されるようになり、材料とスキッドの接触面積を減少させる対策がとられている。また、スキッド位置を材料に対して変化させ、炉内での搬送中にスキッドが材料の同一箇所にあたらないようにして温度低下を抑止する対策もとられている。
しかしながら、それらの対策をとっても、材料下面の温度は完全には均一とならず、スキッド接触箇所の温度が他の個所に比べて低下する傾向にある。図３に材料１の加熱炉内状況と、加熱後のスキッド２に起因する温度低下部１０の状況を模式的に示す。
【０００７】
このような状態で、材料のスキッドとの接触箇所を圧延すると、その位置の温度が非接触箇所よりも低下しているため、相対的に圧延荷重が大きくなる。そして、これに対応して圧延機の同期電動機の必要トルクも増加することになる。
従来の同期電動機の制御では、材料の温度低下部を圧延する際、その変動分に対応して電機子電流が変化した後に、その変化に応じて界磁電流、電機子電流双方を制御する方式が採用されていた。
【０００８】
ところで、材料が噛み込む際の負荷増大時に電機子電流が増大し、過電流、脱調といった現象が発生することを回避するため、同期電動機の最大トルクが出せるように、材料の噛み込み前にあらかじめ界磁電流を増加させ、噛み込み時の電機子電流増加分を抑止する界磁フォーシングと呼ぶ制御方法が従来から知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５５−２３７５０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、界磁フォーシングは、必要以上の界磁電流を通電することから、界磁電流回路において大きな損失が発生する。また、圧延中のトルク変動に対して、この界磁フォーシングをそのまま適用できないことは明らかである。
一方、トルク変動分に対応して電機子電流が変化した後に、界磁電流、電機子電流双方を制御する従来方式では、必要トルク増加時に同期電動機の電機子電流が増加するため力率が低下して電力損失を発生させる。同期電動機の特性として、必要トルクが増加した場合に電機子電流のみを増加させると、力率が著しく低下し、電力損失が大きくなるのである。
【００１１】
本発明は、以上の課題を解決し、圧延中のトルク変動に対して電機子電流増加量を抑止し、電力損失量を従来方法に比べ低減する新たな運転制御方法を提案するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、あらかじめ、圧延時における材料内のトルク変動個所を推定し、当該トルク変動個所の位置を特定しておく工程と、圧延時に、該トルク変動個所をトラッキングし、該トルク変動個所が圧延機に進入する直前に、該圧延機の同期電動機の界磁電流を増加させる工程と、を有することを特徴とする同期電動機の運転制御方法によって上記課題を解決した。
【００１３】
また、本発明は、前記トルク変動個所が、加熱炉内のスキッドに起因する加熱不足による温度低下部であることを好適とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態を、圧延時における材料内のトルク変動個所が、加熱炉内のスキッドに起因する加熱不足による温度低下部であるとして説明する。なお、本発明がこれに限定するものでないことは言うまでもない。
本発明では、材料を加熱炉で加熱するに際して、材料の加熱炉内位置とスキッド位置を把握しておき、材料下部に生じる温度低下部の発生位置を特定しておくことを前提とする。
【００１５】
次に、圧延時の速度、圧下率等に基づき、圧延開始から材料の温度低下部が圧延機直下に到達するまでの時間を算出する。すなわち、トラッキングを行う。そして、材料の温度低下部が圧延機に到達するタイミングの直前に、同期電動機の界磁電流をあらかじめ増加させることで、材料の温度低下部が実際に圧延される時の電機子電流増加量を低減し、電力損失を抑止する。
【００１６】
以上の本発明の運転方法では、材料の温度低下部を圧延する直前に界磁電流を増加させることから、電力損失を発生させることになるが、より大きな問題である材料温度低下部の圧延時の大きな電力損失を抑止することができる。すなわち、材料圧延中の全体としての電力損失は本発明の方が少なくなり、電力損失の低減を達成できるのである。
【００１７】
図２に基づき、本発明の同期電動機の運転制御方法を熱間圧延設備に適用するに際しての運転制御の処理フローを説明する。
まず、上位計算機（ここでは、図示せず。）等からの加熱炉材料装入情報、圧延材料情報を入力として、圧延設定計算部において圧延モデルに基づく設定計算を行い、材料圧延時の必要トルクを算出する（１１０  ）。ここで、同時に、加熱炉材料装入情報に基づき、あらかじめ、圧延時における材料内のトルク変動個所、すなわち、材料温度低下部を推定し、当該材料温度低下部の位置を特定する。
【００１８】
次に、その算出した必要トルクに基づいて所要の界磁電流値を算出し（１２０  ）、材料トラッキング用制御部（１３０  ）でのトラッキング情報に対応させて界磁電流制御部（１４０  ）への設定を行う。そして、界磁電流制御機（１５０  ）を介して、同期電動機（１６０  ）の界磁電流制御を行う。
ところで、本発明においては、トラッキング情報に基づき、温度低下部圧延タイミングからα時間前、すなわち、温度低下部圧延タイミング直前に、あらかじめ、その温度低下部に対応した必要界磁電流を出力するように界磁電流増加指令を出力することを特徴とする。
【００１９】
以下、界磁電流制御部（１４０  ）における処理を中心とする界磁電流制御処理の詳細について項目に分けて説明する。
（１）圧延設定計算部（１１０  ）での計算結果に基づく必要トルク量を界磁電流算出部（１２０  ）で受信する。特に、本発明では、温度低下部圧延タイミングにおける必要トルク量を併せて受信する。
（２）同期電動機Ｖ特性（電機子電流−界磁電流特性）に基づき、必要トルクに相当する特性を選択する。特に、本発明では、定常温度位置トルクと温度低下部必要トルクに相当する２つの特性を選択する（図１参照）。
（３）定常温度位置トルクにおいて力率１となる界磁電流（図１の▲１▼）を定め、その値に基づく電動機の定常運転を行う。
（４）温度低下部必要トルクの特性から同期電動機力率１となる界磁電流を算出しておき、温度低下部圧延タイミング−α時間（すなわち、温度低下部圧延タイミング直前）の段階で、本界磁電流にて電動機制御し（図１の▲２▼）、温度低下部到達に備える。なお、αは、別途チューニングにより定める定数である。
（５）温度低下部到達時点で電機子電流が増加し、温度低下部必要トルクに見合う電機子電流となる（図１の▲３▼）。
（６）温度低下部到達以降の定常状態では、従来の制御方式の制御を行う。
【００２０】
以上の説明からも明らかなように、本発明では、図１のＡに示す▲１▼から▲２▼への界磁電流の制御を行うようにしたので、従来大きな問題であった電気子電流の大きな変動（図４の▲１▼から▲３▼参照）を解消することができた。
【００２１】
【実施例】
本発明の同期電動機の運転制御方法を、熱間圧延ラインの圧延機に適用し、従来の同期電動機の運転制御方法との比較検討を行った。
まず、本発明方法としては、トラッキングを行い、材料の温度低下部が圧延機に到達するタイミングの直前に、同期電動機の界磁電流をあらかじめ増加させておく同期電動機の運転制御方法を採用した。これを本発明例とする。
【００２２】
一方、従来の同期電動機の運転制御方法では、材料の温度低下部を圧延する際、その変動分に対応して電機子電流が変化した後に、その変化に応じて界磁電流、電機子電流双方を制御する方式を採用した。これを従来例とする。
以上の本発明例と従来例のそれぞれに基づく操業を実施し、両者の比較検討を行った。なお、圧延は１分間隔とした。
【００２３】
その結果、本発明例では、従来例に対して、圧延時の電力損失が２％低減することを確認した。また、同期電動機の効率は２％向上した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によって、圧延中の材料内の温度低下部におけるトルク変動に対して発生する電機子電流増加に伴う電力損失を抑止できるようになり、同期電動機の高効率運転を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の運転方法を説明する同期電動機のＶ特性図である。
【図２】本発明の運転方法を説明する処理フロー図である。
【図３】加熱炉のスキッド位置における材料の温度低下を説明する模式図である。
【図４】従来の運転方法を説明する同期電動機のＶ特性図である。
【符号の説明】
１        材料（熱延材）
２        スキッド
３        基台
４        炉床
１０    温度低下部
【図１】
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【図２】
2004260962.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004260962.tif 000006