JPH05248336A - Speed controller - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enable parallel driving of a tandem type electric servo motor by providing a balancing part for providing balance between load currents even when unbalance of the load currents occurs in the electric servo motor. CONSTITUTION:A speed controller is provided with two electric servo motors 5A, 5B for opening/closing a guide vane, and with locational controllers 12A, 12B for inputting locational signals of the electric servo motors 5A, 5B and a speed command from a speed controller 11, and for outputting a torque command value. Servo motor control parts 6A, 6B are provided to output the load currents to drive the servo motors 5A, 5B based on the torque command values from the locational controllers 12A, 12B, and the torque command value of a self system is corrected by load balancing parts 16A, 16B by a bias value corresponding to the deviated current between the load current in the self system and the load current in an opponent system, at least in either system.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は水力発電所の２連電動サ
ーボモータ式調速制御装置、特に２台の駆動モータの自
動負荷平衡化に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dual electric servomotor type speed control device for a hydraulic power plant, and more particularly to automatic load balancing of two drive motors.

【０００２】[0002]

【従来の技術】水力発電所の水車のガイドリング操作用
のサーボモータは油圧操作が一般的であるが圧油ポンプ
セット、圧油タンク及び配管、弁類等、多くの付属装置
を必要とし、保守の面からも簡素化が望まれていた。ま
た近年河川への油流出が環境上、重要な問題となってい
る。これらの理由から電動サーボモータが採用されてい
る。この電動サーボモータを制御する制御部は水車の速
度制御装置からの速度指令により電動サーボモータを制
御し、水車のガイドリングを操作することによりガイド
ベーン開度を操作する。水車の速度制御装置の基本的な
制御対象は水車発電機の周波数及び出力である。水車の
速度は電磁ピックアップにより検出する。また、ガイド
リングを操作する電動サーボモータの位置は差動トラン
スまたはポテンショメータにより検出し位置制御装置へ
フィードバックする。2. Description of the Related Art A servomotor for operating a guide ring of a water turbine of a hydroelectric power plant is generally operated by hydraulic pressure, but requires many accessory devices such as a pressure oil pump set, a pressure oil tank and piping, valves, etc. From the aspect of maintenance, simplification was also desired. In recent years, oil spills into rivers have become an important environmental issue. For these reasons, electric servomotors are used. A control unit for controlling the electric servomotor controls the electric servomotor according to a speed command from the speed control device of the water turbine and operates a guide vane opening by operating a guide ring of the water turbine. The basic control target of the speed control device of the turbine is the frequency and output of the turbine generator. The speed of the water turbine is detected by an electromagnetic pickup. Further, the position of the electric servomotor for operating the guide ring is detected by a differential transformer or a potentiometer and is fed back to the position control device.

【０００３】以下に従来の電動サーボモータの調速制御
について説明する。図３は従来の調速制御システムに２
台の（２連）のサーボモータを適用した制御装置構成図
である。それら２台はＡ系列とＢ系列とし、また符号に
Ａ，Ｂを付けて呼ぶことにする。１は水車のガイドベー
ン開度を調整するガイドリングで、このガイドリング１
の外周部には互いに180 度離れた位置のサーボモータ取
付体２Ａ，２Ｂには電動サーボモータを構成する位置検
出器３Ａ，３Ｂ、回転−直線運動変換部４Ａ，４Ｂ及び
駆動モータ５Ａ，５Ｂが連結される。駆動モータ５Ａ，
５Ｂは駆動その駆動力を図示しない減速機を介して、回
転−直線運動変換部４Ａ，４Ｂに伝達される。駆動モー
タ５Ａ，５Ｂはインバータ装置14Ａ，14Ｂにより制御さ
れる。13Ａ，13Ｂは電流制御装置、15Ａ，15Ｂは電流検
出器である。電流制御装置13Ａ，13Ｂとインバータ装置
14Ａ，14Ｂと電流検出器15Ａ，15Ｂはサーボモータ制御
部となる。11はＰＩＤ速度制御装置で、このＰＩＤ速度
制御装置11は速度設定７からの速度設定値と水車発電機
速度検出器８からの速度信号が入力され、その速度差か
らＰＩＤ演算を行う。ＰＩＤ速度制御装置11のＰＩＤ演
算出力である速度指令は位置制御装置12Ａ，12Ｂに供給
される。The speed control of a conventional electric servomotor will be described below. Fig. 3 shows a conventional speed control system.
It is a control-apparatus block diagram which applied the (two continuous) servo motor. These two units will be referred to as an A series and a B series, and will be referred to by adding A and B to the code. 1 is a guide ring for adjusting the guide vane opening of the water turbine.
Position detectors 3A and 3B, rotation-linear motion conversion units 4A and 4B, and drive motors 5A and 5B, which form an electric servo motor, are provided on the outer peripheral portions of the servo motor mounting bodies 2A and 2B, which are located 180 degrees apart from each other. Be connected. Drive motor 5A,
5B is driven and its driving force is transmitted to the rotation-linear motion conversion units 4A and 4B via a speed reducer (not shown). The drive motors 5A and 5B are controlled by the inverter devices 14A and 14B. 13A and 13B are current control devices, and 15A and 15B are current detectors. Current control devices 13A, 13B and inverter device
14A, 14B and current detectors 15A, 15B serve as a servo motor control unit. Reference numeral 11 denotes a PID speed control device. The PID speed control device 11 receives the speed set value from the speed setting 7 and the speed signal from the water turbine generator speed detector 8 and performs PID calculation from the speed difference. The speed command, which is the PID calculation output of the PID speed control device 11, is supplied to the position control devices 12A and 12B.

【０００４】位置制御装置12Ａ，12Ｂにはそれぞれの回
転−直線運動変換部４Ａ，４Ｂに設けられた位置検出器
３Ａ，３Ｂの検出出力である位置信号が入力される。位
置制御12Ａ，12ＢではＰＩＤ速度制御装置11からの速度
指令と位置検出器３Ａ，３Ｂからの位置信号との差が演
算され、電流制御装置13Ａ，13Ｂへ出力される。この位
置制御装置12Ａ，12Ｂの制御出力はトルク制御基準とな
るトルク指令値となる。The position control devices 12A and 12B are supplied with position signals which are the detection outputs of the position detectors 3A and 3B provided in the respective rotation-linear motion conversion units 4A and 4B. In the position controls 12A and 12B, the difference between the speed command from the PID speed controller 11 and the position signals from the position detectors 3A and 3B is calculated and output to the current controllers 13A and 13B. The control output of the position control devices 12A and 12B becomes a torque command value serving as a torque control reference.

【０００５】次に電流制御装置13Ａ，13Ｂでは前段から
与えられたトルク指令値と電流検出器15Ａ，15Ｂから電
流フィードバック信号が入力され差電流が演算され、次
段のインバータ装置14Ａ，14Ｂの制御信号として渡され
る。このインバータ装置14Ａ，14Ｂは周波数や電圧値を
変えることで次段の駆動モータ５Ａ，５Ｂを駆動し要求
されるトルクを出力するよう動作する。回転−直線運動
変換部４Ａ，４Ｂは駆動モータ５Ａ，５Ｂからの回転運
動を直線運動に変換し、サーボモータ取付体２Ａ，２Ｂ
を調整する。さらにサーボモータ取付体２Ａ，２Ｂによ
り水車のガイドリング１を操作する。このガイドリング
１に連結されたガイドベーンの開度に比例した流量によ
り水車への加速トルクが生まれて、発電の負荷とのバラ
ンスにより発電機が加減速される。Next, in the current control devices 13A and 13B, the torque command value given from the previous stage and the current feedback signal from the current detectors 15A and 15B are input, the difference current is calculated, and the inverter devices 14A and 14B in the next stage are controlled. Passed as a signal. The inverter devices 14A and 14B operate so as to drive the drive motors 5A and 5B at the next stage by changing the frequency and the voltage value and output the required torque. The rotation-linear motion conversion units 4A and 4B convert the rotary motions from the drive motors 5A and 5B into linear motions, and the servo motor mounts 2A and 2B.
Adjust. Further, the guide ring 1 of the water turbine is operated by the servo motor mounts 2A and 2B. A flow rate proportional to the opening of the guide vane connected to the guide ring 1 produces an accelerating torque to the water turbine, and the generator is accelerated / decelerated by the balance with the load of power generation.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のように発電機の
周波数及び出力を制御するためには電動サーボモータに
よるガイドリングの操作が必要不可欠となって来た。As described above, in order to control the frequency and output of the generator, the operation of the guide ring by the electric servomotor has become indispensable.

【０００７】また水力発電所にとって電動サーボモータ
は重要な位置づけとなっている。電動サーボモータは近
年大容量化の一途をたどっている。しかし電動サーボモ
ータ機構部の技術的問題及びリプレース時のスペース等
の問題から電動サボーモータの大容量化は自ずと限界が
ある。従って電動サーボモータの大容量化への対応とし
て電動サーボモータの２連化の要求がある。しかし２連
の電動サーボモータの調整のズレや経年変化による特性
の変化により負荷のかかり方にアンバランスを生ずる可
能性がある。これにより駆動モータの過負荷及び駆動モ
ータの寿命への影響が考えられる。図４に従来の２連電
動サーボモータのトルクバランスのグラフを示した。横
軸に要求トルク、縦軸に駆動モータトルクをとり、Ａ号
機とＢ号機の特性例を示してある。要求トルクＫ点でＡ
号機Ｍ点、Ｂ号機Ｎ点とトルクの不平衡が生じる。さら
に、電動サーボモータを適用する中小水力発電所は無人
発電所が多く、このトルク不平衡が原因となる保護装置
の動作による運転停止は好ましくない。また、その保護
装置動作による入口弁の流水遮断は鉄管水圧の上昇のた
め入口弁及び鉄管等にダメージが加わるためできる限り
避ける必要がある。Electric servomotors have become an important position for hydroelectric power plants. Electric servo motors have been increasing in capacity in recent years. However, due to technical problems of the electric servomotor mechanism and problems such as space at the time of replacement, there is a limit to increasing the capacity of the electric sabot motor. Therefore, in order to cope with the large capacity of the electric servo motor, there is a demand for a double electric servo motor. However, there is a possibility that an imbalance occurs in how the load is applied due to a deviation of adjustment of the two electric servomotors or a change in characteristics due to aging. As a result, the drive motor may be overloaded and the life of the drive motor may be affected. FIG. 4 shows a graph of the torque balance of the conventional dual electric servomotor. The required torque is plotted on the horizontal axis and the drive motor torque is plotted on the vertical axis, and characteristic examples of the No. A and No. B machines are shown. A at required torque K point
An unbalance in torque occurs between points M and B of machine No. B. Further, many small and medium-sized hydroelectric power plants to which electric servo motors are applied are unmanned power plants, and it is not preferable to stop the operation due to the operation of the protective device caused by this torque imbalance. Further, the cutoff of the flow of the inlet valve due to the operation of the protective device should be avoided as much as possible because the inlet valve and the iron pipe are damaged due to the increase of the iron pipe water pressure.

【０００８】本発明の目的は２連電動のサーボモータに
おいて駆動モータに負荷電流のアンバランスが生じた場
合でも各々の負荷電流のバランスをとり、電動サーボモ
ータの並列運転を可能とした２連電動サーボモータを提
供することにある。It is an object of the present invention to provide a dual electric motor in which even if an imbalance of the load current occurs in the drive motor in the dual electric servo motor, the respective load currents are balanced and the electric servo motors can be operated in parallel. To provide a servo motor.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は各々のインバー
タ装置の負荷電流を比較し、トルク制御指令値に対して
電流偏差をトルクバイアス値として加え、トルク制御指
令を調整することにより駆動モータの負荷電流を均等に
分担するように構成することで電動サーボモータの並列
運転を可能としたものである。The present invention compares the load currents of respective inverter devices, adds a current deviation as a torque bias value to the torque control command value, and adjusts the torque control command to adjust the torque of the drive motor. By configuring the load currents to be equally shared, the electric servomotors can be operated in parallel.

【００１０】[0010]

【作用】本発明の作用は各々のインバータ装置の負荷電
流を検出し、それらの電流値比較を行ない、自身の負荷
電流が相手側の負荷電流よりも大きい場合にはその差電
流に相当するトルクをトルク制御指令値から差引き、逆
に自身の負荷電流が小さい場合にはその差電流に相当す
るトルクをトルク制御指令値に加えることによりインバ
ータ装置の負荷電流がバランスするように動作する。The function of the present invention is to detect the load currents of the respective inverters and compare the current values thereof. If the load current of the inverter is larger than the load current of the other side, the torque corresponding to the difference current is detected. Is subtracted from the torque control command value, and conversely, when the load current of its own is small, a torque corresponding to the difference current is added to the torque control command value to operate so that the load current of the inverter device is balanced.

【００１１】[0011]

【実施例】一実施例の構成を以下に説明する。[Embodiment] The configuration of an embodiment will be described below.

【００１２】図１は本発明の一実施例で、図３と同一部
分は同一符号を付して説明を省略する。同図において本
実施例は加算点16Ａ，16Ｂ、積分器17Ａ，17Ｂ、加算点
18Ａ，18Ｂを追加した点である。本実施例の作用につい
て図１を用いて以下に説明する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the figure, the present embodiment shows addition points 16A and 16B, integrators 17A and 17B, and addition points.
The point is that 18A and 18B are added. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIG.

【００１３】ＰＩＤ速度制御装置11と位置制御装置12
Ａ，12Ｂは従来例の説明と同じであるため省略する。電
流検出器15Ａ，15Ｂでインバータ装置14Ａ，14Ｂの負荷
電流を検出し電流制御装置13Ａ，13Ｂへ負荷電流検出信
号をフィードバックすることは従来例と同じである。次
に加算点16Ａ，16Ｂにて相手側負荷電流を電流検出器15
Ｂ，15Ａから受けプラス加算し、自身の負荷電流を電流
検出器15Ａ，15Ｂから受けマイナス加算する。従ってこ
れら加算点の出力は自身の負荷電流が大きいならばマイ
ナスの電流偏差信号が出力され、逆に相手側の負荷電流
が大きいならばプラスの電流偏差信号が出力される。こ
れらの信号は次の積分器17Ａ，17Ｂに入力される。これ
ら積分器17Ａ，17Ｂは入力信号を積分をし急激に変化す
る偏差信号に対し変化率制限をかけ穏やかに動作するよ
うに働く。これらの積分器17Ａ，17Ｂの出力を加算点18
Ａ，18Ｂにプラス加算し、トルク制御指令値に対しバイ
アスとして働く。図２に本実施例のトルクバランスのグ
ラフを示す。このグラフの見方は前記した図４のものと
同じである。要求トルクＫの点で、当初Ａ号機のトルク
はＭ点、Ｂ点機のトルクはＮ点としアンバランスである
とする。このとき図１の電流検出器15Ａ，15Ｂで検出さ
れる負荷電流値はＡ号機側がＢ号機側よりも大きい（Ａ
号機＞Ｂ号機）関係となり、加算点16Ａの出力はマイナ
スの電流偏差信号、加算点16Ｂの出力はプラスの電流偏
差信号となる。PID speed controller 11 and position controller 12
Descriptions of A and 12B are omitted because they are the same as those of the conventional example. The current detectors 15A and 15B detect the load currents of the inverter devices 14A and 14B and feed back the load current detection signal to the current control devices 13A and 13B, as in the conventional example. Next, at the addition points 16A and 16B, the other side load current is measured by the current detector 15
It receives and adds from B and 15A, and receives and adds own load current from current detectors 15A and 15B. Therefore, as for the output of these addition points, a negative current deviation signal is output if the load current of its own is large, and conversely, a positive current deviation signal is output if the load current of the other party is large. These signals are input to the next integrators 17A and 17B. These integrators 17A and 17B operate so as to integrate the input signals and limit the rate of change with respect to the deviation signal that changes abruptly to operate gently. The outputs of these integrators 17A and 17B are added to the addition point 18
A plus 18B is added to act as a bias for the torque control command value. FIG. 2 shows a torque balance graph of this embodiment. The way of viewing this graph is the same as that of FIG. 4 described above. In terms of the required torque K, initially, the torque of the machine A is M point and the torque of the machine B is N point, which is unbalanced. At this time, the load current value detected by the current detectors 15A and 15B of FIG. 1 is larger on the A side than on the B side (A
No.> No. B), the output at the addition point 16A becomes a negative current deviation signal, and the output at the addition point 16B becomes a positive current deviation signal.

【００１４】次に積分器17Ａはマイナスの電流偏差信号
を積分し、マイナスのトルクバイアスとなり、トルク指
令値が下がり、負荷電流が減少することで駆動モータト
ルクが低下する。Next, the integrator 17A integrates the negative current deviation signal to become a negative torque bias, the torque command value decreases, and the load current decreases, so that the drive motor torque decreases.

【００１５】逆に積分器17Ｂはプラスの電流偏差信号を
積分し、プラスのトルクバイアスとなり、トルク指令値
が上がり、負荷電流が増加することで駆動モータトルク
が上昇する。図２のグラフの矢印Ｍ→Ｌと矢印Ｎ→Ｌは
この動作を示したものである。結局、これらの矢印がＬ
の一点に到達すると負荷電流は同じ値となり、加算点16
Ａ，16Ｂの出力は零となる。従ってＡ号機とＢ号機のイ
ンバータ装置14Ａ，14Ｂは負荷電流がバランスしたこと
になる。On the contrary, the integrator 17B integrates the plus current deviation signal to become plus torque bias, the torque command value rises, and the load current increases, so that the drive motor torque rises. The arrow M → L and the arrow N → L in the graph of FIG. 2 show this operation. After all, these arrows are L
When reaching one point, the load current becomes the same value and
The outputs of A and 16B are zero. Therefore, the load currents of the inverter devices 14A and 14B of the A and B machines are balanced.

【００１６】以上のようにインバータ装置の負荷電流の
アンバランスを検出して、トルク制御指令値に電流偏差
信号をトルクバイアスとして加えて、インバータ装置の
負荷電流をバランスさせることにより過負荷の状態とな
ってもバランス状態へ自動的に移動する。As described above, by detecting the imbalance of the load current of the inverter device and adding the current deviation signal to the torque control command value as the torque bias to balance the load current of the inverter device, the overload condition is detected. Even if it happens, it will automatically move to the balanced state.

【００１７】また、以上の実施例では両系についてバイ
アスを加えバランスさせる構成で説明したが、いずれか
一方を基準系（マスター）として一方のみにバイアスを
加える構成としても良い。In the above embodiment, the bias is applied to both systems to balance them. However, either one may be used as a reference system (master) and bias may be applied to only one.

【００１８】[0018]

【発明の効果】本発明を適用した２連電動サーボモータ
を用いることにより通常の１台の電動サーボモータと同
様に扱うことができ、大容量化への対応が可能となり従
来の油圧操作式のものと比べ信頼性及び保守性が大きく
向上する。EFFECTS OF THE INVENTION By using the double electric servomotor to which the present invention is applied, it can be handled in the same manner as an ordinary single electric servomotor, and it is possible to cope with an increase in capacity, which is a conventional hydraulic operation type. The reliability and maintainability are greatly improved as compared with the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の２連電動サーボモータのトルク特性
図。FIG. 2 is a torque characteristic diagram of the dual electric servomotor of the present invention.

【図３】従来の２連電動サーボモータの構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional dual electric servomotor.

【図４】従来の２連電動サーボモータのトルク特性図。FIG. 4 is a torque characteristic diagram of a conventional dual electric servomotor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…ガイドリング ２Ａ，２Ｂ…サーボモータ取付体 ３Ａ，３Ｂ…位置検出器 ４Ａ，４Ｂ…回転−直線運動変換部 ５Ａ，５Ｂ…駆動モータ ６Ａ，６Ｂ…サーボモータ制御部 ７…速度設定 ８…水車発電機速度検出器 11…ＰＩＤ速度制御装置 12Ａ，12Ｂ…位置制御装置 13Ａ，13Ｂ…電流制御装置 14Ａ，14Ｂ…インバータ装置 15Ａ，15Ｂ…電流検出器 16Ａ，16Ｂ…加算点 17Ａ，17Ｂ…積分器 18Ａ，18Ｂ…加算点 1 ... Guide ring 2A, 2B ... Servo motor mounting body 3A, 3B ... Position detector 4A, 4B ... Rotation-linear motion conversion section 5A, 5B ... Drive motor 6A, 6B ... Servo motor control section 7 ... Speed setting 8 ... Water wheel Generator speed detector 11 ... PID speed controller 12A, 12B ... Position controller 13A, 13B ... Current controller 14A, 14B ... Inverter device 15A, 15B ... Current detector 16A, 16B ... Addition point 17A, 17B ... Integrator 18A, 18B ... additional points

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 水力発電所の水車のガイドベーンを開閉
操作し、水車の回転速度を調整して発電機の周波数及び
出力を制御する調速制御装置において、前記ガイドベー
ンを開閉操作する２台の電動サーボモータと、各電動サ
ーボモータの位置信号と速度制御装置からの速度指令を
入力しトルク指令値を出力する各位置制御装置と、各位
置制御装置からのトルク指令値に応じ前記サーボモータ
を駆動させる負荷電流を出力するそれぞれのサーボモー
タ制御部と、少なくともいずれか一方の系に自系の負荷
電流と相手系の負荷電流との偏差電流に応じたバイアス
値で自系のトルク指令値を補正する負荷バランス部とを
具備することを特徴とする調速制御装置。1. A speed control device for controlling the frequency and output of a generator by opening and closing guide vanes of a water turbine of a hydraulic power plant, and adjusting the rotation speed of the water turbine to open and close the guide vanes. Electric servo motors, position controllers for inputting position signals of the electric servo motors and speed commands from the speed controller and outputting torque command values, and the servo motors according to the torque command values from the position controllers. Each servo motor control unit that outputs a load current that drives the system, and at least one of the systems, the torque command value of its own system with a bias value according to the deviation current between the load current of the own system and the load current of the other system. And a load balancer that corrects the error. 【請求項２】 請求項１記載の調速制御装置において、
前記負荷バランス部は積分器を介しバイアス値を得るも
のであることを特徴とする調速制御装置。2. The speed control device according to claim 1,
The speed control device, wherein the load balance unit obtains a bias value via an integrator.