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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