昇降機の下降時のモータ電流値

質問

下記構成で昇降装置を設計製作し、モータの電流を測定中です。
減速機付1.5kW汎用モータ２台を１台のインバータ(三菱FR-A720 7.5kW)に並列接続し、上位から接点指令で正逆指令を入れて、テーブル自重+荷重=約800kgを昇降動作をさせています。(下降時は回生状態になるため7.5kW用回生抵抗接続)上昇定速時はモータ定格電流の約８０％ですが、下降定速時はモータ定格電流の１５０％程度になります。(クランプメータで２台のモータ電流を測定、2台が同じ値。インバータモニタ電流でも確認、合計値と一致)
減速比が小さくモータのブレーキを開放すれば落下状態になるため、常に荷重を支えながら昇降させることになり、下降時の方が電流が２倍近くも流れるのが納得いきません。インバータの指令周波数は昇降どちらも60Hzのため、試しに３相200V商用電源直入れで電流値を測定した所、上昇時80％下降時50%程度になりました（この値は設計値通りです）原因についてご教示戴きたくよろしくお願いいたします。

インバータのモニタ表示で出力電圧を確認しました。
上昇時は260V、下降時は360V？くらいでインバータの回生負荷異常となる電圧までまだ余裕がありました。回生抵抗の容量は7.5kW用なので充分あると思うのですが、理由がわかりません。ちなみに制御モードは複数接続のためベクトル制御は使えずV/F制御にしています。この制御が関係しているのでしょうか？直入のときと同じくらいの電流になれば昇降サイクル時間もＯＫとなるのですが。アドバイスを是非お願いいたします。

ご教示ありがとうございます。
まずモータの回転数ですが、上昇/下降とも定格回転数1710rpm付近です。（モータ回転軸にPGをつけて回転数を計測）インバータの指令周波数は60Hz(=1800rpm)ですので、すべりは昇降とも5%程度です。上昇は力行、下降は明らかに回生での動作です。
回生抵抗の抵抗値ですが把握できていません。おそらく40オーム程度だったと思います。
今までモータ、インバータを1:1で接続してベクトル制御での同様のシステム実績が数多くあるのですが、おおよその電流比率が、上昇1:下降0.7くらいに
なっています。(上昇に比べ下降は動摩擦分だけトルクが小さくなるためと考えています)
直入れ駆動でもほぼ同様の結果でしたが、今回だけこのような結果にならないのが、モータ負荷率の点で問題になっています。
是非ご教示戴きたく、よろしくお願いいたします。

回答No.4

noname#230359

電気屋ではなく、機械屋です。
条件の“上昇定速時はモータ定格電流の約８０％”は、
1.5kW汎用モータ２台の定格電流の80％ですか？
上昇時の加速性能は、非常に悪いと思います。

さて、“下降定速時はモータ定格電流の１５０％程度になります”は、
上昇定速時のモータ定格電流８０％の約２倍。

結論から云いますと、“回生抵抗接続”が、変なのではないでしょうか？
エネルギー的には、負荷と発電で約２倍となっているため。

補足

ご教示ありがとうございます。

>条件の“上昇定速時はモータ定格電流の約８０％”は、
>1.5kW汎用モータ２台の定格電流の80％ですか？
1.5kWモータの定格電流が6.3Aなので、6.3A×２台分×0.8＝約10A
上昇も下降もあくまで一定速度(60Hz付近)の所の電流です。

>結論から云いますと、“回生抵抗接続”が、変なのではないでしょうか？
念のため確認してみます。
ありがとうございました。

回答No.3

noname#230359

参考にご教示ください。
・上昇時，下降時の周波数（定常時）はどの程度に設定なさっているのでしょうか。
また，実際の回転数はどの程度でしょうか？駆動周波数（同期回転数）と実際の回転数の差＝すべり　とモータへの印加電圧の関係が判れば，モータの動作状態を把握できるように思います。
・回生抵抗の抵抗値は何オームでしょうか？電圧の測定結果がありますので，抵抗値が判れば回生電力を把握できます。

下降時の回転数が1710rpmで，駆動周波数が60Hz（同期回転数で1800rpm)とすると，すべりが力行時と同方向で回生になりません。指令周波数が60Hzであっても，実際の周波数は大分下がっているように想像します。実際の駆動周波数が判ると動作状態を把握する手がかりになると思います。

40オームの回生抵抗に360Vの電圧が掛かっているとすると，360^2÷40＝3240W程度の電力が回生されています。モータの効率を78%，インバータの効率を95%とすると，約4.4kWの機械出力が回生されていることになります。モータ１台あたり2.2kWなので定格の150%に近い値です。この点からみると，電流が150%になっていることと矛盾はありません。

回生時もＶ／Ｆ制御が効いていると思いますので，モータの印加電圧は駆動周波数で決まるはずです。直流回路（回生抵抗が接続されている）の電圧が上昇してもモータ電圧は直接影響受けないと思います。

状況からみて，回生時の周波数は50Hz以下まで下がっているのではないでしょうか。同時に，モータへの印加電圧も200Vを下回っているように推測します。
電圧と周波数が観測できれば好都合です。

申し訳ありませんが，回生抵抗の容量を増加させた（抵抗値を下げる）場合，どのような影響が出るかは判りません。

回生時の周波数が下がりすぎないような設定ができれば目の前の問題は解消できるように思います。

＞また試しに回生抵抗を外してみてどうなるか
回生による制動がかからなくなります。安全性が確保できない危険がありますので，抵抗値を増加／減少させて様子をみるに留めることをお勧めします。

他のお問い合わせにお応えできずに申し訳ありませんが，取り急ぎお知らせします。

お礼

回生抵抗については、ご指摘のとおり安全性確保の点でやめておきました。
色々とご教示ありがとうございました。

補足

ご教示ありがとうございます。

ご指摘のとおり、回生状態ですと1800rpmを超えないとおかしいです。ひょっとすれば回生電圧異常を出さないように、指令周波数を下げる制御がインバータで働いているのかもしれません。下降の周波数指令が60Hz以下になっている可能性があるので再度確認します。

回生電力の詳しいご説明、どうもありがとうございます。
この理屈で考えると、もっと容量の大きい抵抗を接続して回生電圧を下げるようにすれば、モータ電流は下げられるのでしょうか？

ただ、基本的には上昇よりも下降のほうが回生が働く分出力電圧が上がり、上昇時よりモータ電流が増える理屈になりますよね？
ベクトル制御の時、商用電源直入れの時、は下降時が明らかに電流が低くなるのでこれとの違いが理解できません。

再度ご教示戴きたくよろしくお願いいたします。

度々ご教示頂き申し訳ありません。
おかげさまでだいぶ様子が見えてきました。

>回生時もＶ／Ｆ制御が効いていると思いますので，モータの印加電圧は駆動>周波数で決まるはずです。直流回路（回生抵抗が接続されている）の電圧が>上昇してもモータ電圧は直接影響受けないと思います。
モータ出力電圧、出力周波数、出力電流はインバータ表示切替ですぐ確認できますので確認します。また、回生抵抗の電圧･電流(抵抗値から換算)もあわせて測定します。

回生抵抗は、内蔵のものでなく外付けで｢高頻度用ブレーキ抵抗器、FR-ABR 7.5ｋ 20Ω｣です。（前回補足で40Ωと言っていました。おわびし訂正します）
Pr30=1、Pr70=0に設定していました。Pr70ですが、A700シリーズの取説基礎編(冊子)で｢ブレーキユニットや電源回生コンバータ使用時のブレーキ使用率｣と明記されているため、”０”を設定していましたが、別の取説で｢高頻度用ブレーキ抵抗器(FR-ABR)の使用率｣とあったため、コレが怪しいのでは？と考えています。つまり設定値が”０”では回生抵抗で電力消費できず、出力電圧が上昇、結果としてモータ電流が増加してしまうのでは？という仮定はまちがっていますでしょうか？
明日実機にてPr70=5～10程度に設定して様子を見ようと考えています。また試しに回生抵抗を外してみてどうなるかも確認してみます。

回生時の出力周波数が下がってるのでは？の件ですが、Pr22(ストール防止レベル)＝150％にしていますので、ご指摘のようにこの閾値を超えると電流を下げるため電圧･周波数を下げる制御が働いて、結果上昇時とほぼ同じ回転数になっていた可能性があります。

>回生時の周波数が下がりすぎないような設定ができれば目の前の問題は解消>できるように思います。
出力周波数が下がって問題はないように思うのですが､､､。ちなみに出力周波数を30Hzにしてやれば回生時の出力電圧･電流は大幅に下がりました。
最終的に下降時に、実回転数1710rpm程度になれば出力周波数はいくら下がっていても構わないんですけどね･･･。

頂きましたアドバイスを元に早速実機で評価し、結果をご連絡いたします。
ありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

毎度ＪＯです。
>>下降時は回生状態になるため7.5kW用回生抵抗接続
インバータで回生電力は回生抵抗にて電力消費されます、
実際にどの程度の回生が行われているか確認されては如何でしょうか？

下降時に回生抵抗に掛かる電圧と電流を計測されては？

再度ＪＯです。
下降時、回生抵抗の電流値が投稿されていませんが、回生抵抗に３６０Ｖ掛かっている事から、回生時インバータの１次側には電流が観測出来ないハズです、
回生時＝インバータは１次側からの電力消費が無い
回生電力＝回生抵抗とインバータで消費される

毎度ＪＯです。

60Hz定同期速度=1800rpm これに対して

上昇時「すべり」が発生して
>>回転数1710rpm

降下時（回生状態）は「すべり」が－（マイナス）の領域になるので、1800rpmより高回転になるはずです

参照ＵＲＬ
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/fair/fa_basic/04/41ap01.htm

参照ＵＲＬのグラフで、同期速度より右側が「すべり」マイナスの領域で、同期速度より下側が回生領域です、
モータの電流値はさて置いても、回生状態であるなら回転数が1800rpmより高回転になるはず
回転数1710rpmにおいて回生が起きるのであれば、インバータの降下時周波数が60Hzでは無く50Hzとかになっていませんか？？

毎度ＪＯです。
>>下降定速時はモータ定格電流の１５０％程度になります

難解ですね！　まとめてみました。

>>試しに３相200V商用電源直入れで電流値を測定した所、上昇時80％下降時50%程度になりました
>>今までモータ、インバータを1:1で接続してベクトル制御での同様のシステム実績が数多くあるのですが、おおよその電流比率が、上昇1:下降0.7くらいになっています。

>>上昇時は260V、下降時は360V
>>回生抵抗の容量は7.5kW用
この電圧から、完全に回生状態にある。

これらと今回の相違点は、
１）モータの並列運転（３相200V商用電源直入れでは問題無し）
２）ベクトル制御は使えずV/F制御にしています

２）の制御方法は、起動・減速時の話で基底周波数での定速運転では問題とならない
そこで、今回の事例はモータの並列運転＋インバータ運転の時のみ、モータ定格電流の１５０％程度になるようです。

三菱インバータ　テキスト（ログインが必要）
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/members/o_manual/inv/sh060010/sh060010d.pdf
P66 インバータの原理と加速・減速特性
これによると、内蔵ブレーキ動作電圧(FREQROL-A700シリーズ22K以下)は380Vとなっています、
下降時は360Vでは回生していない事になります、

>>下降時は回生状態になるため7.5kW用回生抵抗接続
この回生抵抗器はインバータに内臓の物ですか？、
　　（内臓の物であればパラメータ３０・７０の設定は？？）
それとも外部にブレーキユニットが装備されていますか？？
外部にブレーキユニットが有るなら、下降時に回生抵抗に掛かる電流を計測されては？

追記
前回の投稿で、回生時の出力周波数に付いて記載しましたが、
パラメータ２２（ストール防止レベル）が低く設定されていると、
インバータが出力周波数を変化させる可能性もあります

お礼

度々のご教示ありがとうございます。
一番気になってたPr70ですが値を変えても結果は変わりませんでした。
少し冷静に考えてみたいと思います。
色々とお世話になりました。
今後ともよろしくお願いいたします。

補足

ご教示ありがとうございます。
確かに回生時にインバータの一次側での電流は測定できないと思います。
問題と考えているのは回生時のインバータ二次側電流です。モータへの有効電流(トルク電流)は上昇下降とも同じか下降が小さくなると思いますが、下降時に無効電流が大きくなり結果として電流増加につながっているのでしょうか？
度々すみません、ご教示のほどよろしくお願いいたします。

度々のご教示ありがとうございます。

モータの実回転数の測定精度にもよりますが、おおよそ昇降とも同じくらいだったので1710rpmと書きましたが、おっしゃるように回生状態ですと1800rpmを超えないとおかしいですよね？下降の周波数指令が60Hz以下になっている可能性があるので再度確認します。
仮に例えば指令値50Hz程度になってたとしても、下降時の回転数は1710rpm程度にしたいので、速度を維持し電流を抑える方法はありませんか？
重ね重ねすみませんがよろしくお願いいたします。

度々ご教示頂き申し訳ありません。
おかげさまでだいぶ様子が見えてきました。

回生抵抗は、内蔵のものでなく外付けで｢高頻度用ブレーキ抵抗器、FR-ABR 7.5ｋ 20Ω｣です。（前回補足で40Ωと言っていました。訂正します）
Pr30=1、Pr70=0に設定していました。Pr70ですが、A700シリーズの取説基礎編(冊子)で｢ブレーキユニットや電源回生コンバータ使用時のブレーキ使用率｣と明記されているため、”０”を設定していましたが、別の取説で｢高頻度用ブレーキ抵抗器(FR-ABR)の使用率｣とあったため、コレが怪しいのでは？と考えています。つまり設定値が”０”では回生抵抗で電力消費できず、電圧が上昇、結果としてモータ電流が増加してしまうのでは？という仮定はまちがっていますでしょうか？明日実機にてPr70=5～10程度に設定して様子を見ようと考えています。またご指摘のように、回生抵抗に掛かる電圧、電流を測定しようと思います。

回生時の出力周波数の件ですが、Pr22(ストール防止レベル)＝150％にしていますので、ご指摘のとおりこの閾値を超えて電圧･周波数を下げる制御が働いて、結果上昇時とほぼ同じ回転数になっていた可能性があります。

頂きましたアドバイスを元に早速実機で評価し、結果をご連絡いたします。
ありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

電源回生共通コンバータFREQROL-CVシリーズ
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/melfansweb/inv/lineup/fr_cv/incv01l.htm

---[電力計]-------[FREQROL-CV]---------[FR-A720]--------------(M)
ソーラー発電とかの売電用電力計を付けて運転したら
恐らくは回生運転時には逆回転して売電してる事を示すと思う

>下降定速時はモータ定格電流の１５０％程度になります
つまり１５０％分の発電してるだろうと思います

誰か実際にやって報告してくれないかな？

お礼

ご教示ありがとうございます。
下降時は回生状態で回生抵抗で電力消費しているのは明らかです。
昇降機で上昇より下降のほうが電流が増加するシステムって考えられるでしょうか？