(57)【要約】【課題】本発明は、１台のインバータ装置が故障停止しても、継続運転可能な圧延ライン用電動機駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】交流入力を直流に変換するコンバータと、この出力を任意の周波数、電圧の交流電力に変換するインバータと、速度制御部と、電流制御部と、周波数演算部とを用いて速度センサレスベクトル制御インバータ装置を構成し、複数台の前記速度センサレスベクトル制御インバータ装置１−１、及び１−２の夫々の出力を、選択切換手段を介して、複数個の１次巻線を持つ複数台の誘導電動機２−１、・・・２−ｎの夫々の１次巻線に並列に接続する。【選択図】　図１
2004088864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力を直流に変換するコンバータと、
この出力を任意の周波数、電圧の交流電力に変換するインバータと、
演算で求めた誘導電動機の推定速度と速度基準を比較し、トルク基準を得るようにした速度制御部と、
前記トルク基準と誘導電動機の磁束量からＤ、Ｑ軸電流基準を演算し、このＤ、Ｑ軸電流基準と、Ｄ、Ｑ座標変換された前記インバータの出力電流とを夫々比較して、Ｄ、Ｑ軸電圧基準及び３相電圧基準を得るようにし、この出力により前記インバータをＰＷＭ制御するようにした電流制御部と、
前記Ｑ軸電圧基準と誘導電動機のインピーダンスから前記インバータの出力周波数基準を演算するようにした周波数演算部とを用いて
速度センサレスベクトル制御インバータ装置を構成し、
複数台の前記速度センサレスベクトル制御インバータ装置の夫々の出力を、選択切換手段を介して、複数個の１次巻線を持つ複数台の誘導電動機の夫々の１次巻線に並列に接続したことを特徴とする圧延ライン用電動機駆動装置。
【請求項２】
交流入力を直流に変換するコンバータと、
この出力を任意の周波数、電圧の交流電力に変換するインバータと、
演算で求めた誘導電動機の推定速度と速度基準を比較し、トルク基準を得るようにした速度制御部と、
前記トルク基準と誘導電動機の磁束量からＤ、Ｑ軸電流基準を演算し、このＤ、Ｑ軸電流基準と、Ｄ、Ｑ座標変換された前記インバータの出力電流とを夫々比較して、Ｄ、Ｑ軸電圧基準及び３相電圧基準を得るようにし、この出力により前記インバータをＰＷＭ制御するようにした電流制御部と、
前記Ｑ軸電圧基準と誘導電動機のインピーダンスから前記インバータの出力周波数基準を演算するようにした周波数演算部とを用いて
速度センサレスベクトル制御インバータ装置を構成し、
Ｋ台（Ｋ＞２）の前記速度センサレスベクトル制御インバータ装置のうちの任意のＮ台（Ｋ＞Ｎ）の速度センサレスベクトル制御インバータ装置の出力を、選択切換手段を介して、Ｎ個の１次巻線を持つ複数台の誘導電動機に夫々並列に接続するようにしたことを特徴とする圧延ライン用電動機駆動装置。
【請求項３】
複数台のインバータ装置をひとつの筐体に収納したことを特徴とする請求項１または２に記載の圧延ライン用電動機駆動装置。
【請求項４】
複数台のインバータ装置の一つをマスターとし、このマスターのインバータ装置のトルク基準に応じて、スレーブのインバータ装置を制御するようにした請求項１乃至３項いずれか１項に記載の圧延ライン用電動機駆動装置。
【請求項５】
インバータ装置の故障を故障検出器が検出した時、この故障インバータ装置の出力を切離すとともに、前記インバータ装置がマスターであった場合、マスターを他のインバータ装置に切換えることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の圧延ライン用電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼圧延ラインにおいて複数台の誘導電動機を駆動する電動機駆動装置に係わり、特に鉄鋼圧延ラインのテーブル駆動装置のように複数台の誘導電動機が一斉に駆動され、なおかつ駆動装置の故障や災害発生の際にも運転継続が可能なように、システム稼働率を向上させるようにした圧延ライン用電動機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置としては、例えば、特開平７−２４１０９４号公報が知られている。この装置は、インバータ装置の出力側に複数台の誘導電動機を並列接続している。また、このインバータ装置の制御は、速度センサを用いることなく、励磁電流成分とトルク電流成分を独立して制御する形のセンサレスベクトル制御が採用されている。
【０００３】
上記構成の電動機駆動装置は、１台のインバータ装置を複数台の誘導電動機に並列接続しているが、システム稼動率を向上させるようなインバータ装置の冗長化等については考慮されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧延ラインにおける電動機駆動装置には、信頼性が求められる。ひとたび電動機駆動装置が災害や故障などにより停止すると、再び運転するためには一旦操業を停止して故障を解決するしかないため、稼動率の低下を招き、プラント操業に多大な影響を与えていた。しかしながら、１台のインバータ装置で複数台の誘導電動機を並列駆動する従来技術の電動機駆動装置では、インバータ装置が故障した場合、インバータ装置が復旧するまでは電動機の駆動ができず、プラント操業上問題となっていた。
【０００５】
従って、本発明は、インバータ装置の冗長性を考慮し、１台のインバータ装置が故障停止しても、継続運転可能な圧延ライン用電動機駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の圧延ライン用電動機駆動装置は、交流入力を直流に変換するコンバータと、この出力を任意の周波数、電圧の交流電力に変換するインバータと、演算で求めた誘導電動機の推定速度と速度基準を比較し、トルク基準を得るようにした速度制御部と、前記トルク基準と誘導電動機の磁束量からＤ、Ｑ軸電流基準を演算し、このＤ、Ｑ軸電流基準と、Ｄ、Ｑ座標変換された前記インバータの出力電流とを夫々比較して、Ｄ、Ｑ軸電圧基準及び３相電圧基準を得るようにし、この出力により前記インバータをＰＷＭ制御するようにした電流制御部と、前記Ｑ軸電圧基準と誘導電動機のインピーダンスから前記インバータの出力周波数基準を演算するようにした周波数演算部とを用いて速度センサレスベクトル制御インバータ装置を構成し、複数台の前記速度センサレスベクトル制御インバータ装置の夫々の出力を、選択切換手段を介して、複数個の１次巻線を持つ複数台の誘導電動機の夫々の１次巻線に並列に接続したことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の圧延ライン用電動機駆動装置は、交流入力を直流に変換するコンバータと、この出力を任意の周波数、電圧の交流電力に変換するインバータと、演算で求めた誘導電動機の推定速度と速度基準を比較し、トルク基準を得るようにした速度制御部と、前記トルク基準と誘導電動機の磁束量からＤ、Ｑ軸電流基準を演算し、このＤ、Ｑ軸電流基準と、Ｄ、Ｑ座標変換された前記インバータの出力電流とを夫々比較して、Ｄ、Ｑ軸電圧基準及び３相電圧基準を得るようにし、この出力により前記インバータをＰＷＭ制御するようにした電流制御部と、前記Ｑ軸電圧基準と誘導電動機のインピーダンスから前記インバータの出力周波数基準を演算するようにした周波数演算部とを用いて速度センサレスベクトル制御インバータ装置を構成し、Ｋ台（Ｋ＞２）の前記速度センサレスベクトル制御インバータ装置のうちの任意のＮ台（Ｋ＞Ｎ）の速度センサレスベクトル制御インバータ装置の出力をＮ個の１次巻線を持つ複数台の誘導電動機に夫々並列に接続するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、１台のインバータ装置が故障停止しても、継続運転可能な圧延ライン用電動機駆動装置を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明による圧延ライン用電動機駆動装置の第１の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の圧延ライン用電動機駆動装置のブロック構成図である。
【００１０】
インバータ装置１−１、１−２はそれぞれ商用電源を直流に変換し、制御部での制御により、任意の電圧、周波数の出力を得る。この出力は、鉄鋼圧延ラインのテーブル等を駆動する１次巻線を２個有する複数台の誘導電動機２−１、・・・、２−Ｎの夫々の１次巻線に接続される。すなわち、インバータ装置１−１は、片側の巻線ＷＵ１、ＷＶ１及びＷＷ１に電力を夫々供給し、複数台の誘導電動機２−１、・・・、２−Ｎを並列駆動し、インバータ装置１−２は、もう片側の巻線ＷＵ２、ＷＶ２及びＷＷ２に電力を夫々供給し、複数台の誘導電動機２−１、・・・、２−Ｎを並列駆動するように構成されている。
【００１１】
図２は、インバータ装置１−１の詳細構成を示したものである。尚、インバータ装置１−２も全く同様の構成であるのでその説明は省略する。
【００１２】
商用電源の交流電圧を、コンバータ３Ａによって直流電圧に変換する。その直流電圧を受けインバータ３Ｂはこれを任意の周波数、電圧の交流電圧に変換し、出力遮断器９を介して誘導電動機２を可変速駆動する。これが本発明に係わる圧延ライン用電動機駆動装置の主回路構成である。
【００１３】
そして、本発明に用いられる制御部の概略構成は次の通りである。
【００１４】
制御部はいわゆるセンサレスベクトル制御で、速度制御部４、電流制御部５及び周波数演算部８から構成されている。
【００１５】
速度制御部４は、速度基準ｆｒと、演算によって求めた誘導電動機２の推定速度ｆｍをもとに、Ｄ軸及びＱ軸の電流基準Ｉｄｒ及びＩｑｒを生成する。
【００１６】
電流制御部５はこれらの信号と電流検出器６からＤ軸及びＱ軸に変換されたＤ軸電流Ｉｄ、Ｑ軸電流Ｉｑとを夫々比較し、電圧基準Ｖｒを出力する。ＰＷＭ制御器７はこの信号をＰＷＭ変調し、インバータ３ＢのゲートパルスＧｐを出力しインバータ３Ｂを制御する。
【００１７】
一方、周波数演算部８は、前記電流制御部５で生成されたＱ軸電圧基準Ｖｑｒからインバータ３Ｂの出力周波数基準ｆｏを演算する。
【００１８】
次に、前述した速度制御部４の詳細構成について説明する。
【００１９】
速度基準ｆｒと、推定速度演算器４６の出力である推定速度ｆｍと比較する。この推定速度ｆｍは、周波数演算部８から得られる出力周波数基準ｆｏから、すべり周波数ｆｓを減算することにより求める。
【００２０】
速度基準ｆｒと、推定速度ｆｍの差として得られる速度偏差をゼロとするように、速度制御演算器４１でトルクを演算し、トルク基準Ｔｒを得る。このトルク基準Ｔｒを割り算器４２を用いて誘導電動機の磁束量４３で割ることによりＱ軸電流基準Ｉｑｒを求める。又、誘導電動機の磁束量４３を磁束飽和関数４４によってＤ軸電流基準Ｉｄｒに変換する。一方、前記すべり周波数ｆｓは前記Ｑ軸電流基準Ｉｑｒを割り算器４５を用いて誘導電動機の磁束量４３で割ることにより求める。
【００２１】
電流制御部５の詳細構成は以下の通りである。
【００２２】
誘導電動機２の任意の片側の巻線の２つの相、例えばＵ相電流とＷ相電流を電流検出器６で検出し、これを電流座標変換器５１に入力する。電流座標変換器５１は、出力周波数基準ｆｏを積分器５５で積分して得られる位相信号φに基づいて、Ｕ相電流とＷ相電流をＱ軸電流ＩｑとＤ軸電流Ｉｄに変換する。
【００２３】
Ｑ軸電流制御演算器５２は、前述した速度制御部４の出力であるＱ軸電流基準Ｉｑｒと前記Ｑ軸電流Ｉｑとを比較し、両者の差をゼロにするためのＱ軸電圧基準Ｖｑｒを生成する。又、Ｄ軸電流制御演算器５３は、速度制御部４の出力であるＤ軸電流基準Ｉｄｒと前記Ｄ軸電流Ｉｄとを比較し、両者の差をゼロにするためのＤ軸電圧基準Ｖｄｒを生成する。
【００２４】
電圧座標変換器５４は、前記Ｑ軸電圧基準ＶｑｒとＤ軸電圧基準Ｖｄｒを、積分器５５からの位相信号φに基づいて３相電圧基準Ｖｒに変換する。この３相電圧基準ＶｒはＰＷＭ制御器７に与えられ、ここでインバータ３Ｂの各アームのスイッチング素子に与えるゲートパルスＧｐが生成される。
【００２５】
また、周波数演算部８の詳細構成は以下の通りである。
【００２６】
Ｑ軸誘起電圧演算器８１は、前記電流制御部５のＱ軸電流制御演算器５２で生成されたＱ軸電圧基準Ｖｑｒと誘導電動機のインピーダンス８２よりＱ軸誘起電圧Ｅｑを演算し、周波数換算器８３に出力する。そして、このＱ軸誘起電圧演算器８１の出力であるＱ軸誘起電圧Ｅｑは、周波数換算器８３によって出力周波数基準ｆｏに換算される。
【００２７】
前述の速度制御演算器４１に入力される推定速度演算器４６からの推定速度ｆｍは、推定速度演算器４６により、力行時は補正出力周波数基準ｆｏからすべり周波数ｆｓを減算し、回生時は補正出力周波数基準ｆｏにすべり周波数ｆｓを加算して求める。
【００２８】
尚図中、１０はインバータ装置１−１の故障を検出する故障検出装置であり、後述するマスター／スレーブ切換え信号を発する。
【００２９】
次に、図２を用いて、インバータ装置１−１、１−２間の運転信号の取り合いについて説明する。
【００３０】
いま、インバータ装置１−１が図２の構成となっているものとする。この状態で、インバータ装置１−１のＱ軸電流基準Ｉｑｒを、インバータ装置１−２のＱ軸電流演算器５２に接続する。インバータ装置１−１のように、Ｑ軸電流基準、すなわちトルク基準を与える側のインバータをマスターインバータと呼び、インバータ装置１−２のように、マスターからトルク基準を受ける側のインバータをスレーブインバータと呼ぶ。図２に示したように、インバータ装置１−１はスレーブインバータに切換えて動作させる場合もあるため、インバータ装置１−２からのＱ軸電流基準Ｉｑｒを受ける回路も付加されている。
【００３１】
次に、インバータ故障時の動作を行う制御回路の構成につき説明する。故障検出装置１０は、コンバータ３Ａ、インバータ３Ｂの電圧あるいは電流の異常信号により、インバータ装置１−１の故障を検出する。この故障信号が故障検出装置１０に入力されると、出力遮断器９を開放するとともに、マスター／スレーブ選択信号を発し、自分がマスターであった場合はスレーブ側に切り換え、インバータ装置１−２をマスターとして運転を継続できるようにする。このように、インバータ装置１−１の故障により、当該インバータ装置を切離し、運転を継続する手段を選択切換手段と呼ぶ。
【００３２】
次に、以上のように構成した本発明の第１の実施の形態による圧延ライン用電動機駆動装置の動作について、図１及び図２を用いて説明する。
【００３３】
図１の構成で明らかなように、圧延ラインのテーブルを駆動する複数台の誘導電動機２−１、・・・、２−ｎは、インバータ装置１−１と、インバータ装置１−２の両者から電力を供給される。更に、図２の制御構成で説明したように、インバータ装置１−２はマスターインバータであるインバータ装置１−１のＱ軸電流基準Ｉｑｒすなわち、トルク基準で制御されているので、インバータ装置１−１とインバータ装置１−２の負荷分担がほぼ同一となるように作用する。
【００３４】
また図２に示すように、どちらか一方が災害発生や故障による停止に至った際は、停止した一方のインバータ装置の出力遮断器９を開放することにより完全に切り離し、他方のインバータ装置を用いて誘導電動機２の片側の１次巻線から一次電流を供給し駆動するような縮退運転が可能となる。
【００３５】
尚、図１においてはインバータ装置が２台、電動機の１次巻線の個数も２としていたが、これをインバータ装置Ｎ台（Ｎは２以上の任意の整数）、１次巻線の数をＮ個としても良い。
【００３６】
以上説明したように、本発明の圧延ライン用電動機駆動装置によれば、１台のインバータ装置が故障停止しても、継続運転可能な圧延ライン用電動機駆動装置を提供することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、図１のインバータ装置１−１、１−２に代えて、これらを同一筐体に収納した複合インバータ装置１Ａを用いた点である。
【００３８】
このように、２台のインバータ装置１−１、１−２に代えて１台の複合インバータ装置１Ａを設置することにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。この場合、必ずしもＱ軸電流基準Ｉｑｒの受け渡しを行わなくても、２台のインバータの基本制御部分を共通化し、ここで生成されるゲートパルスＧｐを同時に２台のインバータ装置１−１、１−２のインバータ２に与えるようにすれば良い。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置のブロック構成図である。この第３の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、図１のインバータ装置１−１、１−２に代えて、インバータ装置の台数を１−１、１−２、１−３、１−４と増加させた点と、前述したようなインバータ装置の台数と等しい電動機２の巻線数とはせず、インバータ装置の台数より少ない巻線数としている点である。図４では巻線数は２個となっている。
【００４０】
図４においてはインバータ装置１−１及び１−２の２台がひとつのグループを形成し、この２台の出力を、誘導電動機２−１、・・・、２−ｍの２個の１次巻線に夫々並列に接続している。
【００４１】
他方、インバータ装置１−３及び１−４の２台が他のひとつのグループを形成し、この２台の出力を、誘導電動機２−ｍ＋１、・・・、２−ｎの２個の１次巻線に夫々接続している。
【００４２】
ここではインバータ装置の台数を４台、誘導電動機の巻線数を２個として説明したが、これをインバータ装置Ｋ台（Ｋ＞２）、誘導電動機の巻線数Ｎ個（Ｋ＞Ｎ）と拡張することが可能である。
【００４３】
以上述べたような圧延ラインの電動機駆動装置では、１台のインバータ装置が故障しても、これを切離せば、全体の電動機駆動容量のうちのある部分のみしか５０％の出力とならないため、運転継続し易くなる。また、圧延ラインのテーブルのどのロールをどのインバータ装置で駆動するかの選定を自由に行うことができるため、負荷特性に応じたシステム構成とすることが可能となる。
【００４４】
更に、インバータ装置は、素子定格から決まる標準容量があり、この標準容量をフルに使用できるように、分割数や駆動する電動機数を定めれば、全体としてコストパフォーマンスの良いシステム構成を実現することも可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１台のインバータ装置が故障停止しても、継続運転可能な圧延ライン用電動機駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置の詳細を示すブロック構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置のブロック構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る圧延ライン用電動機駆動装置のブロック構成図。
【符号の説明】
１−１、１−２、１−３、１−４　インバータ装置
１Ａ　複合インバータ装置
２−１、２−２、２−ｍ、２−ｍ＋１、２−ｎ　誘導電動機
３Ａ　コンバータ
３Ｂ　インバータ
４　速度制御部
５　電流制御部
６　電流検出器
７　ＰＷＭ制御器
８　周波数演算部
９　出力遮断器
１０　故障検出装置
４１　速度制御演算器
４２　割り算器
４３　誘導電動機の磁束量
４４　磁束飽和関数
４５　割り算器
４６　推定速度演算器
５１　電流座標変換器
５２　Ｑ軸電流制御演算器
５３　Ｄ軸電流制御演算器
５４　電圧座標変換器
５５　積分器
８１　誘導電動機のインピーダンス
８２　Ｑ軸誘起電圧演算器
８３　周波数換算器
【図１】
2004088864.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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