JP4063251B2 - Inverter control device and oil collecting machine equipped with this inverter control device - Google Patents
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Description
本発明は、油田の油を採油する採油機に関し、特に、地上に垂直配置されたモータの移動方向を反転させる動作をスムーズに実現することができるインバータ制御装置及びこのインバータ制御装置を備えた採油機に関する。 The present invention relates to an oil collecting machine that collects oil from an oil field, and in particular, an inverter control device that can smoothly realize an operation of reversing a moving direction of a motor that is vertically arranged on the ground, and an oil collecting device that includes the inverter control device. Related to the machine.
採油機は、地中深く存在する油を地上に吸い上げる装置であり、その一例として、地上に配置されたモータ上下移動を地下に配置されたシリンダに伝達してポンプを作動させて採油するものが知られている。 An oil collecting machine is a device that sucks up oil that exists deep in the ground, and as an example, an oil collecting machine that moves a motor up and down arranged on the ground to a cylinder arranged underground and operates a pump to collect oil. Are known.
ここで、図10を参照して、従来の直線動作式の採油機100の基本構成およびその動作を説明する。
Here, with reference to FIG. 10, the basic structure and operation | movement of the conventional linear operation type
図10に示すように、採油機100は、モータ1、インバータ制御装置(INV)103、回生ユニット(DBR)105、放電抵抗(R)107、上端位置センサ109a、下端位置センサ111aを電気系構成として備え、シリンダ113、カウンタウエイト115、ケーブル117、コロ119a,119b,119cなどを支柱121上に設けた機構系構成として備えている。
As shown in FIG. 10, the
中央に垂直に配置された鉄柱121内部には上下方向にレール(図示しない)が設けられており、このレール上にモータ1が上下移動自在に設けられており、モータ1がレール上を上下に駆動し、その動力がケーブル117からシリンダ113とカウンタウエイト115に伝達されて上下に移動する。
A rail (not shown) is provided in the vertical direction in the iron pillar 121 arranged vertically in the center, and the
インバータ制御装置103は、鉄柱121の上端部および下端部に設置された位置センサ109a,111aからのセンサ信号によりモータ1の上昇・下降の運転方向を反転させて繰り返し動作を行わせる。モータ1の上昇・下降時にはモータ1に回生エネルギーが発生するのでこのエネルギーを吸収するため、インバータ制御装置103には回生ユニット105を介して放電抵抗107が接続されている。
The
そして、モータ1として三相モータを用いた場合、その運転方向を反転させるには、三相モータに供給される三相のうちの二相を入れ替えれば、現在の運転方向と逆方向に運転することになる。例えば、三相モータに対してU,V,Wの順に配線していた場合、V,U,Wの順に配線を切り替えるようにして三相モータの運転方向を逆転させていた。
And when a three-phase motor is used as the
なお、三相モータの逆転制御方法としては、特許文献1に記載されている「交流電動機駆動用インバータの制御方法」が報告されている。特にこの特許文献1には、d軸値とq軸値とに分解してベクトル制御するVVVFインバータを用いて三相モータを運転することが記載されている。
ところで、インバータ制御装置103を油田の原油を地上に汲み上げる図10に示すような直線動作式の採油機100のモータ制御において、上昇から下降または下降から上昇への方向反転がスムーズにできないという問題があった。
By the way, in the motor control of the linear operation type
この従来のインバータ制御装置103は、モータ1の運転方向を反転させるのに三相(U相、V相、W相)出力のうち二相(例えば、U相とV相)出力を入れ替える操作をソフトウェア(マイコンの実行プログラム)にて行っていた。
This conventional
このため、二相出力を入れ替える時、すなわち、運転方向を反転させる時に相電圧が変化するためインバータ出力電圧が変化していた。この出力電圧の変化が採油機100のモータの方向反転をスムーズにさせない原因であった。
For this reason, when the two-phase output is switched, that is, when the operation direction is reversed, the inverter output voltage is changed because the phase voltage is changed. This change in the output voltage was the cause of the smooth reversal of the direction of the motor of the
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、直線動作式の採油機を駆動するため、上昇から下降または下降から上昇への方向反転時の動作をスムーズに実現することができるインバータ制御装置及びこのインバータ制御装置を備えた採油機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above. For the purpose of driving a linear operation type oil collecting machine, it is possible to smoothly realize an operation at the time of reversing the direction from ascending to descending or descending to ascending. It is in providing the inverter control apparatus which can be performed, and the oil-collecting machine provided with this inverter control apparatus.
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、垂直に配置され直線上を上下移動するモータに電力を供給するインバータを周波数および電圧により制御するインバータ制御装置において、前記モータが直線上の上端位置にあることを検出する上端位置センサと、前記モータが直線上の下端位置にあることを検出する下端位置センサと、操作に応じて指令または数値を入力する操作手段と、前記操作手段により入力された周波数パターンを記憶する周波数パターン記憶手段と、前記上端位置センサまたは下端位置センサからのセンサ信号に応じて、下降方向または上昇方向を示す方向信号を出力するとともに、当該方向信号が反転した後に、後記加減速調整手段からの出力周波数指令値が0Hzになると切替信号を反転して出力する正転/逆転指示手段と、前記正転/逆転指示手段からの方向信号が反転する毎に、前記周波数パターンに応じて出力周波数指令値を0Hzまで低下させた後に、引き続き0Hzから上昇させる加減速調整手段と、前記周波数パターンに応じて電圧指令値を発生する電圧指令値発生手段と、前記正転/逆転指示手段からの切替信号に基づいて前記加減速調整手段からの出力周波数指令値を時間積分して電気角を生成する電気角生成手段と、前記電気角生成手段からの電気角に対応する基準正弦波を発生する正弦波発生手段と、三角波信号を発生する三角波発生手段と、前記正弦波発生手段からの基準正弦波と前記三角波発生手段からの三角波信号とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調手段と、を備え、前記インバータを制御するとともに、前記モータの上昇から下降または下降から上昇への方向反転時の動作をスムーズに行わせることを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, an invention according to
請求項2記載の発明は、上記課題を解決するため、地下に配置されシリンダを上下移動して油を採油するポンプを備え、地上に配置された前記モータと前記シリンダとをケーブルを介して接続し、前記インバータ制御装置により前記モータを制御し、前記モータの上下移動をシリンダに伝達して前記ポンプを作動させて採油することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項1記載の本発明によれば、上昇から下降または下降から上昇への方向反転の動作をスムーズに実現することができ、この結果、機械的損傷が少なくモータの寿命を長いく延ばすことができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to smoothly realize the operation of reversing the direction from ascending to descending or from descending to ascending, and as a result, it is possible to prolong the life of the motor with little mechanical damage. it can.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る採油機50の構成を示す図である。図2は、本発明の一実施の形態に係るインバータ制御装置2の構成を示す図である。なお、図2に示すインバータ制御装置2は、図10に示すインバータ制御装置103に代わって、採油機50に設けられていることとする。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
図2を参照して、このインバータ制御装置2の構成について説明する。
With reference to FIG. 2, the structure of this
インバータ制御装置2は、三相交流3が入力される整流回路5、コンデンサC1、インバータ回路7、操作パネル8、指令回路9、インバータ制御回路21、上端位置センサ109a、下端位置センサ111aから構成されている。
The
上端位置センサ109aおよび下端位置センサ111aは、例えばモータ1の端部に取り付けられた突起部が接触した場合にONするマイクロスイッチ、モータ1の端部に取り付けられた突起部が光を遮断した場合にONするフォトセンサから構成されている。上端位置センサ109aは、モータ1が直線上の上端位置にあることを検出したときにハイレベルのセンサ信号を出力する。下端位置センサ111aは、モータ1が直線上の下端位置にあることを検出したときにハイレベルのセンサ信号を出力する。
The upper
次いで、図3を参照して、この整流回路5とインバータ回路7の詳細な構成について説明する。
Next, the detailed configuration of the
商用電源として三相交流R,S,Tが整流回路5に入力されており、整流回路5に設けられたダイオードD1,D2にR相、D3,D4にS相、D5,D6にT相が入力され、各ダイオードとコンデンサC1により整流平滑されて直流端子P,N(P:正側端子、N:負側端子)に直流電力が出力される。
Three-phase alternating currents R, S, and T are input to the
この直流端子P,Nにはインバータ回路7が接続されており、詳しくは、インバータ回路7に設けられたスイッチ素子Q1,Q3,Q5およびダイオードD7,D9,D11には正側端子Pが、スイッチ素子Q2,Q4,Q6およびダイオードD8,D10,D12には負側端子Nが接続されている。さらに、スイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6のベースには、インバータ制御回路21から出力された3組のON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnがそれぞれ入力されている。
An
インバータ回路7は、例えば出力電圧400V、出力電力37kw〜45kwを有しており、直流端子P,Nに入力されている直流電力に対して、インバータ制御回路21から出力された3組のON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnに従って、スイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6をそれぞれON/OFF制御することで、スイッチ素子Q1,Q2の接続点からU相が,スイッチ素子Q3,Q4の接続点からV相が、スイッチ素子Q5,Q6の接続点からW相がそれぞれモータ1の入力端子に出力される。
The
モータ1は、鉄柱121上に上下直線的に配置された永久磁石の上面を動力巻き線が上下直線的に移動する構造の特殊モータであり、本発明の採油機においては、例えば28kwの同期モータを用いており、PGセンサなしでV/f制御モードにより動作する。このモータ1の運転特性は、周波数4〜7Hz、始動トルク300%、0速度で現在の上下位置を保持するだけのトルクが必要となり、図1に示す鉄柱121上に設けられた12mの永久磁石の上面を1分間に4回の割合で上下往復動作を繰り返す。モータ1のブレーキ仕様は、回生ブレーキを採用しており、回生時にモータ1に発生する回生電力をインバータ回路7から回生ユニット105を介して放電抵抗107に放電する。
The
図1に示すシリンダ113は、地下ポンプに設けられており、例えば約10tonの重さを有し、ケーブル117により地下1800mの位置にある。 The cylinder 113 shown in FIG. 1 is provided in an underground pump, has a weight of, for example, about 10 tons, and is located 1800 m underground by a cable 117.
次いで、図4を参照して、操作パネル8および指令回路9の詳細な構成について説明する。
Next, detailed configurations of the
操作パネル8は、インバータ制御装置2の筐体前面に装備されている。操作部分としては、後述するインバータ制御回路21を運転、停止するDRIVEキー、テンキー、小数点キー、ENTER(実行・確定)キー、ステップキー、PROGRAM(プログラム)キー、表示切り替え/CLEARキーおよびSTOPキーを備えている。
The
また、表示部分としては、セグメントモニタと8つのランプ(Ctrl、MPa、V、%、rpm、A、Hzの各表示が付されたランプ及び運転モード表示ランプ)を備えている。これらは何れもLEDから成り、セグメントモニタは、操作状態およびパラメータ番号、その設定値、インバータ制御回路21の状態等を表示する。
The display portion includes a segment monitor and eight lamps (a lamp with each display of Ctrl, MPa, V,%, rpm, A, and Hz and an operation mode display lamp). These are all LEDs, and the segment monitor displays the operation state and parameter number, its set value, the state of the
さらに、操作パネル8では、テンキーおよびENTERキーを用いて、周波数値が入力されるのでこの値を周波数指令として指令回路9に出力する。
Furthermore, since the frequency value is input on the
次いで、指令回路9には、上端位置センサ109a,下端位置センサ111aが接続されており、上端位置信号と下端位置信号が交互に繰り返し正転/逆転指示器10に入力される。また、操作パネル8からは、運転指令と周波数指令が入力され、これに応じて周波数指令と電圧指令を生成してインバータ制御回路21に出力する。
Next, an upper
詳しくは、指令回路9は、正転/逆転指令器10、加減速調整器11、周波数パターン記憶器12、電圧指令値発生器15という機能ブロックから構成されている。
Specifically, the
正転/逆転指令器10は、操作パネル8から運転指令が入力された後に、上端位置センサ109a,下端位置センサ111aからの上端位置信号と下端位置信号に基づいて、正転(下降)方向または逆転(上昇)方向を示すフラグとしてdir信号を加減速調整器11に出力する。また、正転/逆転指令器10は、加減速調整器11からの出力周波数指令f1とdir信号に基づいて、モータ1の運転方向を切り換えるフラグとしてFR信号をインバータ制御回路21に出力する。
The forward /
加減速調整器11は、操作パネル8からの周波数指令が入力された場合に、この周波数指令からなる周波数パターンを周波数パターン記憶器12に記憶させ、操作パネル8から運転指令が入力された場合に、周波数パターン記憶器12に記憶されている出力周波数指令f1を読み出して正転/逆転指示器10、電圧指令値発生器15およびインバータ制御回路21に出力する。
When the frequency command from the
なお、加減速調整器11から出力される周波数f1の加速特性を図5(a)に、減速特性を図5(b)に示す。
The acceleration characteristic of the frequency f1 output from the acceleration /
電圧指令値発生器15は、加減速調整器11から出力される出力周波数指令f1の大きさに応じた電圧指令値V1を生成してインバータ制御回路21に出力する。なお、電圧指令値発生器15から出力される電圧指令値V1の電圧/周波数特性を図5(c)に示す。
The voltage
次いで、図6を参照して、このインバータ制御回路21の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
インバータ制御回路21は、電気角生成器22、三相正弦波発生器23、乗算器24,25,26、三角波発生器27、比較器28,29,30、インバータ31,32,33、デッドタイム付与回路34から構成され、パルス幅変調動作を行う。
The
電気角生成器22は、指令回路9から出力されるdir信号と出力周波数f1に基づいて、出力周波数f1を時間積分して電気角θを生成して三相正弦波発生器23に出力する。
Based on the dir signal output from the
三相正弦波発生器23は、電気角生成器22から出力される電気角θに応じてこの電気角θを有する三相の正弦波Va,Vb,Vcを発生して乗算器24,25,26にそれぞれ出力する。
The three-phase
乗算器24,25,26には、指令回路9から出力される電圧指令値V1が共通に入力され、同時に、三相正弦波発生器23から出力される三相の正弦波Va,Vb,Vcがそれぞれ入力されており、電圧指令値V1に対して三相の正弦波Va,Vb,Vcがそれぞれ乗算され、電圧指令値V1倍の振幅を有する三相の正弦波Vu,Vv,Vwが比較器28,29,30のそれぞれの+入力端子に入力される。
The voltage command value V1 output from the
三角波発生器27は、三角波キャリアVtを発生して比較器28,29,30のそれぞれの−入力端子に入力される。
The
比較器28,29,30は、乗算器24,25,26から出力される三相の正弦波Vu,Vv,Vwと、三角波発生器27から出力される三角波キャリアVtとを比較して3組のON/OFF信号Vg1,Vg3,Vg5を生成し、さらに、インバータ31,32,33によりそれぞれの信号を反転してON/OFF信号Vg2,Vg4,Vg6を生成してデッドタイム付与回路34に出力する。
The
デッドタイム付与回路34では、比較器28,29,30およびインバータ31,32,33から出力される、ON/OFF信号Vg1,Vg2,Vg3,Vg4,Vg5,Vg6に対して、Vg1とVg2、Vg3とVg4、Vg5とVg6のそれぞれの組の信号が同時にオンしないようにデッドタイムを付与し、3組の互いに逆レベルになるON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnを生成し、これら3組のON/OFF信号をインバータ回路7に出力する。
In the dead
次いで、図7〜図9を参照して、このインバータ制御装置2の詳細な動作について説明する。
Next, detailed operation of the
(操作パネル)
まず、作業者の操作に応じて操作パネル8から出力された周波数指令は、加減速調整器11に入力され、この周波数指令からなる周波数パターンが周波数パターン記憶器12に記憶される。
(control panel)
First, the frequency command output from the
操作パネル8に設けられたDRIVEキーが押されると、運転指令がこの正転/逆転指示器10と加減速調整器11に入力され、指令回路9は運転が可能な状態になる。
When the DRIVE key provided on the
なお、DRIVEキーが押された後にSTOPキーが押されると、操作パネル16から出力されていた運転指令が解除される。 When the STOP key is pressed after the DRIVE key is pressed, the operation command output from the operation panel 16 is cancelled.
(正転時の基本的な制御動作)
ここで、図7に示すタイミングチャートを参照して、インバータ制御装置2の基本的な制御動作について説明する。
(Basic control operation during normal rotation)
Here, a basic control operation of the
今、モータ1が鉄柱121の上端位置センサ109aと下端位置センサ111aとの間に停止しているとし、タイミングt1において、操作パネル8に設けられたDRIVEキーが押されると、操作パネル8から運転指令が正転/逆転指令器10に入力され、モータ1を正転(下降)方向に運転させるハイレベルのFR信号がインバータ制御回路21に出力される。
Now, assuming that the
同時に、操作パネル8から運転指令が入力された場合に、周波数パターン記憶器12に記憶されている出力周波数指令f1を読み出して正転/逆転指示器10、電圧指令値発生器15およびインバータ制御回路21に出力される。
At the same time, when an operation command is input from the
電圧指令値発生器15は、加減速調整器11から出力される出力周波数指令f1の大きさに応じた電圧指令値V1を生成してインバータ制御回路21に出力する。
The voltage
この結果、タイミングt1では、図7(a)に示すように、電圧指令値V1=35V、出力周波数f1=0Hz、FR信号=1が指令回路9からインバータ制御回路21に入力されている。
As a result, at the timing t1, as shown in FIG. 7A, the voltage command value V1 = 35V, the output frequency f1 = 0 Hz, and the FR signal = 1 are input from the
次いで、タイミングt1〜t2では、電圧指令値V1=35V〜180V、出力周波数f1=0〜5Hz、FR信号=1が指令回路9からインバータ制御回路21に入力されている。
Next, at timings t1 to t2, the voltage command value V1 = 35V to 180V, the output frequency f1 = 0 to 5 Hz, and the FR signal = 1 are input from the
電気角生成器22では、指令回路9から出力されるハイレベルのFR信号と出力周波数指令f1に基づいて、出力周波数指令f1を時間積分して電気角θを生成して三相正弦波発生器23に出力する。三相正弦波発生器23では、電気角生成器22から出力される電気角θに応じてこの電気角θを有する三相の正弦波Va,Vb,Vcを発生して乗算器24,25,26にそれぞれ出力する。
In the
乗算器24,25,26では、指令回路9から出力される電圧指令値V1が共通に入力され、同時に、三相正弦波発生器23から出力される三相の正弦波Va,Vb,Vcがそれぞれ入力され、電圧指令値V1に対して三相の正弦波Va,Vb,Vcがそれぞれ乗算され、電圧指令値V1倍の振幅を有する三相の正弦波Vu,Vv,Vwが比較器28,29,30のそれぞれの+入力端子に入力される。同時に、三角波発生器27では、三角波キャリアVtを発生して比較器28,29,30のそれぞれの−入力端子に入力される。
In the
比較器28,29,30では、乗算器24,25,26から出力される三相の正弦波Vu,Vv,Vwと、三角波発生器27から出力される三角波キャリアVtとを比較して3組のON/OFF信号Vg1,Vg3,Vg5を生成し、さらに、インバータ31,32,33によりそれぞれの信号を反転してON/OFF信号Vg2,Vg4,Vg6を生成してデッドタイム付与回路34に出力される。
The
デッドタイム付与回路34では、比較器28,29,30およびインバータ31,32,33から出力される、ON/OFF信号Vg1,Vg2,Vg3,Vg4,Vg5,Vg6に対して、Vg1とVg2、Vg3とVg4、Vg5とVg6のそれぞれの組の信号が同時にオンしないようにデッドタイムを付与し、3組の互いに逆レベルになるON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnを生成し、これら3組のON/OFF信号がインバータ回路7に出力される。
In the dead
一方、三相交流R,S,Tの商用電源3が整流回路5に入力され、ダイオードD1,D2,D3,D4,D5,D6とコンデンサC1により整流平滑されて直流端子P,Nに直流電力が出力される。
On the other hand,
この直流端子P,Nに接続されているインバータ回路7では、インバータ制御回路21から出力された3組のON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnによりスイッチ素子Q1〜Q6がON/OFF制御され、スイッチ素子Q1,Q2の接続点からU相が,スイッチ素子Q3,Q4の接続点からV相が、スイッチ素子Q5,Q6の接続点からW相がそれぞれモータ1の入力端子に出力される。この結果、モータ1は鉄柱121上に設けられたレール上を順次に加速しながら下降(正転)する。
In the
次いで、タイミングt2〜t3では、電圧指令値V1=180V、出力周波数f1=5Hz、FR信号=1が指令回路9からインバータ制御回路21に入力されており、モータ1は鉄柱121上に設けられたレール上を等速度で下降する。
Next, at timings t2 to t3, the voltage command value V1 = 180V, the output frequency f1 = 5 Hz, and the FR signal = 1 are input from the
次いで、タイミングt3において、下端位置センサ111aからの下端位置信号が正転/逆転指示器10に入力されると、正転/逆転指示器10は、dir信号を反転させて加減速調整器11に出力する。加減速調整器11は、dir信号が反転されると、出力周波数指令f1を減速特性に従って0Hzまで低下させる。
Next, when the lower end position signal from the lower
次いで、タイミングt3〜t4では、電圧指令値V1=180V〜35V、出力周波数f1=5Hz〜0Hz、FR信号=1が指令回路9からインバータ制御回路21に入力されており、モータ1は鉄柱121上に設けられたレール上を順次に減速しながら最下端位置の近傍まで下降する。
Next, at timings t3 to t4, the voltage command value V1 = 180V to 35V, the output frequency f1 = 5 Hz to 0 Hz, and the FR signal = 1 are input from the
(正転/逆転の動作切り替え)
次いで、タイミングt4において、正転/逆転指示器10は、dir信号をローレベルからハイレベルに反転させて加減速調整器11に出力していることから、加減速調整器11からの出力周波数指令f1は減速特性に従って0Hzまで低下する。正転/逆転指示器10は、FR信号を出力周波数指令f1が0Hzになったときにハイレベルからローレベルに反転させてインバータ制御回路21の電気角生成器22に出力する。
(Forward / reverse operation switching)
Next, at the timing t4, the forward /
電気角生成器22では、指令回路9から出力されるFR信号がハイレベルからローレベルに切り替わると、指令回路9から出力される出力周波数指令f1を時間積分して、0度から360度の向き(正転方向)に進行するように生成していた電気角θを360度から0度の向き(逆転方向)に反転して進行するように生成して三相正弦波発生器23に出力する。
In the
三相正弦波発生器23では、電気角生成器22から出力される電気角θに応じてこの電気角θを有する三相の正弦波Va,Vb,Vcを発生して乗算器24,25,26にそれぞれ出力する。
The three-phase
(逆転時の動作)
次いで、タイミングt4〜t5では、加減速調整器11からの出力周波数指令f1は加速特性に従って0Hzから上昇する。
(Operation during reverse rotation)
Next, at timings t4 to t5, the output frequency command f1 from the acceleration /
この結果、モータ1は、鉄柱121上に設けられたレール上を順次に加速しながら上昇(逆転)する。
As a result, the
次いで、タイミングt5〜t6では、電圧指令値V1=190V、出力周波数f1=5.5Hz、FR信号=0が指令回路9からインバータ制御回路21に入力されており、モータ1は、鉄柱121上に設けられたレール上を等速度で上昇する。
Next, at timings t5 to t6, the voltage command value V1 = 190V, the output frequency f1 = 5.5 Hz, and the FR signal = 0 are input from the
次いで、タイミングt6において、上端位置センサ109aからの上端位置信号が正転/逆転指示器10に入力されると、正転/逆転指示器10は、dir信号をハイレベルからローレベルに反転させて加減速調整器11に出力する。加減速調整器11は、dir信号が反転されると、出力周波数指令f1を減速特性に従って0Hzまで低下させる。
Next, when the upper end position signal from the upper
次いで、タイミングt6〜t7では、電圧指令値V1=190V〜35V、出力周波数f1=5.5Hz〜0Hz、FR信号=0が指令回路9からインバータ制御回路21に入力されており、モータ1は、鉄柱121上に設けられたレール上を順次に減速しながら最上端位置の近傍まで上昇する。
Next, at timing t6 to t7, the voltage command value V1 = 190V to 35V, the output frequency f1 = 5.5 Hz to 0 Hz, and the FR signal = 0 are input from the
(逆転/正転の動作切り替え)
次いで、タイミングt7において、正転/逆転指示器10は、dir信号をハイレベルからローレベルに反転させて加減速調整器11に出力していることから、加減速調整器11からの出力周波数指令f1は減速特性に従って0Hzまで低下する。正転/逆転指示器10は、FR信号を出力周波数指令f1が0Hzになったときにローレベルからハイレベルに反転させてインバータ制御回路21の電気角生成器22に出力する。
(Reverse / forward operation switching)
Next, at the timing t7, the forward /
電気角生成器22では、指令回路9から出力されるFR信号がローレベルからハイレベルに切り替わると、指令回路9から出力される出力周波数指令f1を時間積分して、360度から0度の向き(逆転方向)に進行するように生成していた電気角θを0度から360度の向き(正転方向)に反転して進行するように生成して三相正弦波発生器23に出力する。
In the
三相正弦波発生器23では、電気角生成器22から出力される電気角θに応じてこの電気角θを有する三相の正弦波Va,Vb,Vcを発生して乗算器24,25,26にそれぞれ出力する。
The three-phase
(電気角生成器の動作)
ここで、図8に示すタイミングチャートを参照して、電気角生成器22の動作について説明する。
(Operation of electrical angle generator)
Here, the operation of the
電気角生成器22は、指令回路9から出力されるFR信号と出力周波数指令f1に基づいて、出力周波数指令f1を時間積分して電気角θを生成し、この電気角θを三相正弦波発生器23に出力する。
Based on the FR signal output from the
図8(a)に示すように、指令回路9から電気角生成器22に出力される出力周波数指令f1は、FR信号がハイレベルからローレベルおよびローレベルからハイレベルに切り替る瞬間に0Hzとなる。
As shown in FIG. 8A, the output frequency command f1 output from the
詳しくは、dir信号がローレベルからハイレベルに切り替る場合、図7(a)に示すタイミングt3〜t4のように、指令回路9から出力される出力周波数指令f1は5Hzから0Hzに向かって徐々に低下していくが、出力周波数指令f1の時間積分としての電気角θが、図8(b)に示すように、電気角θは0度から360度へ向かって徐々に大きくなっていく。
Specifically, when the dir signal is switched from the low level to the high level, the output frequency command f1 output from the
次いで、電気角生成器22には、FR信号が入力されており、タイミングt4において、FR信号がハイレベルからローレベルに切り替り、タイミングt4〜t5のように、指令回路9から出力される出力周波数指令f1は0Hzから5.5Hzに向かって徐々に上昇していくが、出力周波数指令f1の時間積分としての電気角θが、図8(b)に示すように、電気角θは360度から0度へ向かって徐々に小さくなっていく。
Next, the FR signal is input to the
(三相正弦波発生器の動作)
ここで、図9に示すタイミングチャートを参照して、三相正弦波発生器23の動作について説明する。
(Operation of three-phase sine wave generator)
Here, the operation of the three-phase
三相正弦波発生器23は、電気角生成器22から出力される電気角θに応じてこの電気角θを有し、それぞれθ+0度、θ+120度、θ+240度の電気角が異なる三相の正弦波Va,Vb,Vcを発生している。
The three-phase
詳しくは、FR信号がハイレベルからローレベルに切り替る場合、図7(a)に示すタイミングt3〜t4のように、出力周波数指令f1は5Hzから0Hzに向かって徐々に低下していくが、電気角生成器22から出力される電気角θは0度から360度へ向かって徐々に大きくなっていく。
Specifically, when the FR signal is switched from the high level to the low level, the output frequency command f1 gradually decreases from 5 Hz to 0 Hz as shown in timings t3 to t4 in FIG. The electrical angle θ output from the
FR信号がハイレベルからローレベルに切り替わるタイミングt4では、三相正弦波発生器23では、この電気角θ=θ1が与えられているので、三相の正弦波Va,Vb,Vcはそれぞれθ1+0度、θ1+120度、θ1+240度となり、すなわち、電気角がθ1+0度、θ1+120度、θ1+240度となっている。
At the timing t4 when the FR signal switches from the high level to the low level, since the electrical angle θ = θ1 is given to the three-phase
一方、FR信号がハイレベルからローレベルに切り替わった直後から、正弦波Va,Vb,Vcの電気角θを反転して進行するようにしている。すなわち、図7(a)に示すタイミングt4〜t5のように、周波数f1は0Hzから5.5Hzに向かって徐々に上昇していくが、電気角生成器22から出力される電気角θは360度から0度へ向かって徐々に小さくなっていく。
On the other hand, immediately after the FR signal is switched from the high level to the low level, the electric angle θ of the sine waves Va, Vb, and Vc is reversed and proceeds. That is, as shown in timing t4 to t5 in FIG. 7A, the frequency f1 gradually increases from 0 Hz to 5.5 Hz, but the electrical angle θ output from the
FR信号がハイレベルからローレベルに切り替わるタイミングt4では、三相正弦波発生器23では、この電気角θ=θ1度が与えられており、タイミングt4〜t5では、正弦波Va,Vb,Vcの電気角θを反転して進行するようにしているので、三相の正弦波Va,Vb,Vcはそれぞれθ1+0度、θ1+120度、θ1+240度から反転して進行する。
At the timing t4 when the FR signal switches from the high level to the low level, the three-phase
この結果、乗算器24,25,26では、三相正弦波発生器23から出力される三相の正弦波Va,Vb,VcがFR信号に応じて切り替わると、電圧指令値V1に対して三相の正弦波Va,Vb,Vcがそれぞれ乗算され、図9に示すように、三相の正弦波Vu,Vv,Vwが出力される。最終的に、モータ1は鉄柱121上に設けられたレール上を順次に加速しながら上昇する。
As a result, in the
このように、本実施の形態に記載されたインバータ制御装置2によれば、モータ1が直線上の上端位置にあることを上端位置センサ109aで検出し、モータ1が直線上の下端位置にあることを下端位置センサ111aで検出するようにしておき、操作パネル8から操作に応じて指令または数値を入力するようにしておき、操作パネル8により入力された周波数パターンを周波数パターン記憶器12に記憶しておく。さらに、正転/逆転指示器10により上端位置センサ109aまたは下端位置センサ111aからのセンサ信号に応じて、下降方向または上昇方向を示す方向信号を出力するとともに、当該方向信号が反転した後に、加減速調整器11からの出力周波数指令値が0Hzになると切替信号を反転して出力する。加減速調整器11により正転/逆転指示器10からの方向信号が反転する毎に、周波数パターンに応じて出力周波数指令値を0Hzまで低下させた後に、引き続き0Hzから上昇させる。電圧指令値発生器15により周波数パターンに応じて電圧指令値を発生する。電気角生成器22により正転/逆転指示器10からの切替信号に基づいて加減速調整器11からの出力周波数指令値を時間積分して電気角を生成する。三相正弦波発生器23により電気角生成器22からの電気角に対応する基準正弦波を発生する。さらに、三角波発生器27により三角波信号を発生しておき、比較器28,29,30(パルス幅変調手段)により三相正弦波発生器23からの基準正弦波と三角波発生器27からの三角波信号とからパルス幅変調信号を生成することで、インバータ回路7を制御するとともに、モータ1の上昇から下降または下降から上昇への方向反転時の動作をスムーズに行わせることができ、この結果、機械的損傷が少なくモータ1の寿命を長く延ばすことができる。
As described above, according to the
また、地下に配置されシリンダ113を上下移動してポンプにより油を採油するようにしておき、地上に配置されたモータ1とシリンダ113とをケーブル117を介して接続し、インバータ制御装置2によりモータ1を制御し、モータ1の上下移動をシリンダ113に伝達してポンプを作動させて採油することで、インバータ制御装置2により上昇から下降または下降から上昇への方向反転の動作をスムーズに実現することができ、この結果、機械的損傷が少なくモータ1および採油機50の寿命を長く延ばすことができる。
Further, the cylinder 113 arranged in the basement is moved up and down to collect oil by a pump, the
1 モータ
7 インバータ回路
8 操作パネル
9 指令回路
10 正転/逆転指示器
11 加減速調整器
12 周波数パターン記憶器
15 電圧指令値発生器
21 インバータ制御回路
22 電気角生成器
23 三相正弦波発生器
109a 上端位置センサ
111a 下端位置センサ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記モータが直線上の上端位置にあることを検出する上端位置センサと、
前記モータが直線上の下端位置にあることを検出する下端位置センサと、
操作に応じて指令または数値を入力する操作手段と、
前記操作手段により入力された周波数パターンを記憶する周波数パターン記憶手段と、
前記上端位置センサまたは下端位置センサからのセンサ信号に応じて、下降方向または上昇方向を示す方向信号を出力するとともに、当該方向信号が反転した後に、後記加減速調整手段からの出力周波数指令値が0Hzになると切替信号を反転して出力する正転/逆転指示手段と、
前記正転/逆転指示手段からの方向信号が反転する毎に、前記周波数パターンに応じて出力周波数指令値を0Hzまで低下させた後に、引き続き0Hzから上昇させる加減速調整手段と、
前記周波数パターンに応じて電圧指令値を発生する電圧指令値発生手段と、
前記正転/逆転指示手段からの切替信号に基づいて前記加減速調整手段からの出力周波数指令値を時間積分して電気角を生成する電気角生成手段と、
前記電気角生成手段からの電気角に対応する基準正弦波を発生する正弦波発生手段と、
三角波信号を発生する三角波発生手段と、
前記正弦波発生手段からの基準正弦波と前記三角波発生手段からの三角波信号とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調手段と、を備え、
前記インバータを制御するとともに、前記モータの上昇から下降または下降から上昇への方向反転時の動作をスムーズに行わせることを特徴とするインバータ制御装置。 In an inverter control device that controls an inverter that supplies power to a motor that is arranged vertically and moves up and down on a straight line by frequency and voltage,
An upper end position sensor for detecting that the motor is at an upper end position on a straight line;
A lower end position sensor for detecting that the motor is at a lower end position on a straight line;
An operation means for inputting a command or a numerical value according to an operation;
Frequency pattern storage means for storing the frequency pattern input by the operation means;
In response to a sensor signal from the upper end position sensor or the lower end position sensor, a direction signal indicating a descending direction or an ascending direction is output, and after the direction signal is inverted, an output frequency command value from the acceleration / deceleration adjusting means described later is Forward / reverse instruction means for inverting and outputting the switching signal when 0 Hz is reached,
Acceleration / deceleration adjustment means for decreasing the output frequency command value to 0 Hz according to the frequency pattern and then increasing the frequency signal from 0 Hz each time the direction signal from the forward / reverse instruction means is inverted;
Voltage command value generating means for generating a voltage command value according to the frequency pattern;
An electrical angle generation means for generating an electrical angle by time-integrating an output frequency command value from the acceleration / deceleration adjustment means based on a switching signal from the forward / reverse rotation instruction means;
Sine wave generating means for generating a reference sine wave corresponding to the electrical angle from the electrical angle generating means;
A triangular wave generating means for generating a triangular wave signal;
Pulse width modulation means for generating a pulse width modulation signal from a reference sine wave from the sine wave generation means and a triangular wave signal from the triangle wave generation means, and
An inverter control device that controls the inverter and smoothly performs an operation at the time of reversing the direction of the motor from rising to lowering or from lowering to rising.
地上に配置された前記モータと前記シリンダとをケーブルを介して接続し、前記インバータ制御装置により前記モータを制御し、前記モータの上下移動をシリンダに伝達して前記ポンプを作動させて採油することを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置を備えた採油機。
It is equipped with a pump that is placed underground and moves oil up and down to collect oil.
The motor arranged on the ground and the cylinder are connected via a cable, the motor is controlled by the inverter control device, and the vertical movement of the motor is transmitted to the cylinder to operate the pump to collect oil. An oil collecting machine comprising the inverter control device according to claim 1.
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