JP2001337144A - 回転機の特性評価方法 - Google Patents
回転機の特性評価方法Info
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- JP2001337144A JP2001337144A JP2000164727A JP2000164727A JP2001337144A JP 2001337144 A JP2001337144 A JP 2001337144A JP 2000164727 A JP2000164727 A JP 2000164727A JP 2000164727 A JP2000164727 A JP 2000164727A JP 2001337144 A JP2001337144 A JP 2001337144A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】回転機の特性評価を、回転機と三相電源、ある
いは、負荷とを直結し、しかも安定に実数計算の範囲内
で、出来るようにする。 【解決手段】回転角に依存するインダクタンスマトリッ
クスを依存しないように、しかも二相軸に変換するので
なく三相軸のまま、更に、実数の範囲内で計算できるよ
うに、等価変換しすることによって、電流、電圧やトル
クを算出できるようにする。 【効果】電源側、あるいは、負荷側と回転機を切り離し
てモデル化する場合の不確かな仮定が不要なので特性評
価精度が向上する。あるいは、回転機を複素数を使って
モデル化する場合の電源側モデル、あるいは、負荷側モ
デルの複素数化が不要になる。
いは、負荷とを直結し、しかも安定に実数計算の範囲内
で、出来るようにする。 【解決手段】回転角に依存するインダクタンスマトリッ
クスを依存しないように、しかも二相軸に変換するので
なく三相軸のまま、更に、実数の範囲内で計算できるよ
うに、等価変換しすることによって、電流、電圧やトル
クを算出できるようにする。 【効果】電源側、あるいは、負荷側と回転機を切り離し
てモデル化する場合の不確かな仮定が不要なので特性評
価精度が向上する。あるいは、回転機を複素数を使って
モデル化する場合の電源側モデル、あるいは、負荷側モ
デルの複素数化が不要になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三相電源装置に接
続した三相電動機、あるいは負荷に接続した三相発電機
の特性評価に関する。
続した三相電動機、あるいは負荷に接続した三相発電機
の特性評価に関する。
【０００２】
【従来の技術】三相誘導電動機の電気特性を算出するの
に、定常計算と非定常計算がある。定常計算に用いられ
る誘導電動機の等価回路は、たとえば図１に示す回路で
表わされる。当然、非定常計算に比して精度が悪い。一
方、非定常計算に用いられる等価回路は、例えば、図２
に示す回路で表わされる。このモデルでは、電流や電圧
を複素数で表現しており、回路定数の一部が複素数なっ
ているので、複素数計算をして、特性を求めている。こ
れとは別に、三相誘導電動機モデルの３相軸をα−β軸
の２軸に変換する方法や、α−β軸を更に発展させてＤ
−Ｑ軸に変換する方法が採用されている。上記の全ての
方法は、何らかの変換をするが、直接、変換しないで解
く方法もある。しかし数値解法上、解くのが難しく特別
な工夫をしないと直接法は数値発散する場合が多い。三
相同期電動機や三相同期発電機に関しても、三相誘導電
動機と同様な事情にある。
に、定常計算と非定常計算がある。定常計算に用いられ
る誘導電動機の等価回路は、たとえば図１に示す回路で
表わされる。当然、非定常計算に比して精度が悪い。一
方、非定常計算に用いられる等価回路は、例えば、図２
に示す回路で表わされる。このモデルでは、電流や電圧
を複素数で表現しており、回路定数の一部が複素数なっ
ているので、複素数計算をして、特性を求めている。こ
れとは別に、三相誘導電動機モデルの３相軸をα−β軸
の２軸に変換する方法や、α−β軸を更に発展させてＤ
−Ｑ軸に変換する方法が採用されている。上記の全ての
方法は、何らかの変換をするが、直接、変換しないで解
く方法もある。しかし数値解法上、解くのが難しく特別
な工夫をしないと直接法は数値発散する場合が多い。三
相同期電動機や三相同期発電機に関しても、三相誘導電
動機と同様な事情にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の回転機特性評価
方法は数値発散を避ける為に変換する方法を採ってい
る。この為に、電源側、あるいは負荷側が３相軸である
のに対し、回転機モデルが２軸なので、直接、電源側、
あるいは負荷側の回路と接続できない問題があった。ま
た、３軸モデルに変換しても、複素数で表現した回転機
モデルになって、やはり、直接、電源側、あるいは負荷
側の回路と接続できない問題があった。本発明の目的
は、３軸モデルでしかも実数計算モデルを使って、三相
電源側と、あるいは、三相負荷側に直結して、安定に計
算できる回転機の特性評価方法を提供することにある。
方法は数値発散を避ける為に変換する方法を採ってい
る。この為に、電源側、あるいは負荷側が３相軸である
のに対し、回転機モデルが２軸なので、直接、電源側、
あるいは負荷側の回路と接続できない問題があった。ま
た、３軸モデルに変換しても、複素数で表現した回転機
モデルになって、やはり、直接、電源側、あるいは負荷
側の回路と接続できない問題があった。本発明の目的
は、３軸モデルでしかも実数計算モデルを使って、三相
電源側と、あるいは、三相負荷側に直結して、安定に計
算できる回転機の特性評価方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決する為に、三相電動機に関して、三相電動機を起動
する三相電源側の電気特性を算出する手段を備え、前記
三相電動機の端子電圧をｖ、固定子抵抗をｒs、固定子
漏れインダクタンスをｌs、回転子抵抗をｒr、回転子漏
れインダクタンスをｌr、回転子角速度をωm、相互イン
ダクタンスをｍ、
解決する為に、三相電動機に関して、三相電動機を起動
する三相電源側の電気特性を算出する手段を備え、前記
三相電動機の端子電圧をｖ、固定子抵抗をｒs、固定子
漏れインダクタンスをｌs、回転子抵抗をｒr、回転子漏
れインダクタンスをｌr、回転子角速度をωm、相互イン
ダクタンスをｍ、
【０００５】
【数５】
【０００６】なる式でモデル化することによって、三相
電源側と直結して、実数計算範囲内で、しかも安定に固
定子電流ｉsを得る誘導電動機の特性評価方法を提供す
る。
電源側と直結して、実数計算範囲内で、しかも安定に固
定子電流ｉsを得る誘導電動機の特性評価方法を提供す
る。
【０００７】図１に示す回路定数は計測可能な量であ
り、固定子抵抗ｒs、固定子漏れインダクタンスｌs、回
転子抵抗ｒr、回転子漏れインダクタンスｌr、相互イン
ダクタンスｍなどは電動機のカタログに記載されている
ものである。図１は定常計算に用いられるものであり、
図２は非定常計算用に考え出されたものである。しか
し、この場合、非定常計算するには、複素数計算が必要
になる。図３は本発明のモデル式を等価回路で表わした
ものであり、図２に比して、実数で計算出来る点が大き
く変わっているが、誘導電動機の動特性を支配している
機能は全く同等である。回転子側と固定子側が電気的に
接続されていて不都合な場合は、図４に示す回路を使用
する。図３と図４に示す回路も互いに等価である。本発
明のモデルと等価な回路は無数にあり、その場合その場
に適したものを時には使用する。その手法は、αを任意
数として回転子側の電圧をα倍し、回転子側の電流を１
／αする一般的な方法であり、図７に示す回路になる。
これらのモデルには回転角速度が含まれているので、電
動機の機械的特性式が必要であり、良く使われる簡単な
モデル式として例えば
り、固定子抵抗ｒs、固定子漏れインダクタンスｌs、回
転子抵抗ｒr、回転子漏れインダクタンスｌr、相互イン
ダクタンスｍなどは電動機のカタログに記載されている
ものである。図１は定常計算に用いられるものであり、
図２は非定常計算用に考え出されたものである。しか
し、この場合、非定常計算するには、複素数計算が必要
になる。図３は本発明のモデル式を等価回路で表わした
ものであり、図２に比して、実数で計算出来る点が大き
く変わっているが、誘導電動機の動特性を支配している
機能は全く同等である。回転子側と固定子側が電気的に
接続されていて不都合な場合は、図４に示す回路を使用
する。図３と図４に示す回路も互いに等価である。本発
明のモデルと等価な回路は無数にあり、その場合その場
に適したものを時には使用する。その手法は、αを任意
数として回転子側の電圧をα倍し、回転子側の電流を１
／αする一般的な方法であり、図７に示す回路になる。
これらのモデルには回転角速度が含まれているので、電
動機の機械的特性式が必要であり、良く使われる簡単な
モデル式として例えば
【０００８】
【数６】
【０００９】を使う。ここにτ1は負荷トルク、Ｊは慣
性モーメントを表わす。電動機トルクτは本発明に基づ
く式
性モーメントを表わす。電動機トルクτは本発明に基づ
く式
【００１０】
【数７】
【００１１】によって算出する。これらのモデル式を例
えば、市販の回路シミュレータに組み込んで回転子電流
と電圧、固定子電流と電圧、トルク、角速度等を求める
ことによって、誘導電動機を評価する。
えば、市販の回路シミュレータに組み込んで回転子電流
と電圧、固定子電流と電圧、トルク、角速度等を求める
ことによって、誘導電動機を評価する。
【００１２】同期発電機に関して、三相発電機の励磁電
源をｅeとして、
源をｅeとして、
【００１３】
【数８】
【００１４】なる式でモデル化することによって、三相
負荷側と直結して、実数計算範囲内で、しかも安定に固
定子電流ｉsを得る発電機の特性評価方法を提供する。
前記の発電機モデル式を回路で表わしたものを図６に示
す。回転子側と固定子側が電気的に接続されていて不都
合な場合は、図７に示す回路を使用する。図６と図７に
示す回路も互いに等価である。本発明のモデルと等価な
回路は無数にあり、その場合その場に適したものを時に
は使用する。その手法は、αを任意数として回転子側の
電圧をα倍し、回転子側の電流を１／αする一般的な方
法であり、図８に示す回路になる。これらのモデルには
回転角、回転角速度が含まれているので、電動機の機械
的特性式が必要であり、良く使われる簡単なモデル式と
して例えば
負荷側と直結して、実数計算範囲内で、しかも安定に固
定子電流ｉsを得る発電機の特性評価方法を提供する。
前記の発電機モデル式を回路で表わしたものを図６に示
す。回転子側と固定子側が電気的に接続されていて不都
合な場合は、図７に示す回路を使用する。図６と図７に
示す回路も互いに等価である。本発明のモデルと等価な
回路は無数にあり、その場合その場に適したものを時に
は使用する。その手法は、αを任意数として回転子側の
電圧をα倍し、回転子側の電流を１／αする一般的な方
法であり、図８に示す回路になる。これらのモデルには
回転角、回転角速度が含まれているので、電動機の機械
的特性式が必要であり、良く使われる簡単なモデル式と
して例えば
【００１５】
【数９】
【００１６】を使う。ここにτ1は、電動機とはエネル
ギー伝達が逆になるので、発電機を回す駆動トルク、Ｊ
は慣性モーメントを表わす。
ギー伝達が逆になるので、発電機を回す駆動トルク、Ｊ
は慣性モーメントを表わす。
【００１７】
【数１０】
【００１８】なる関係からθは決定される。発電機トル
クτは本発明に基づく式
クτは本発明に基づく式
【００１９】
【数１１】
【００２０】によって算出する。これらのモデル式を例
えば、市販の回路シミュレータに組み込んで回転子電流
と電圧、固定子電流と電圧、トルク、角速度等を求める
ことによって、同期発電機を評価する。
えば、市販の回路シミュレータに組み込んで回転子電流
と電圧、固定子電流と電圧、トルク、角速度等を求める
ことによって、同期発電機を評価する。
【００２１】更に回転機評価の精度を上げる為に、磁気
飽和現象を考慮する場合も本発明モデルは利用できる。
簡単な例としてはＢ−Ｈ特性カーブを用意しておいて、
例えば、図３で
飽和現象を考慮する場合も本発明モデルは利用できる。
簡単な例としてはＢ−Ｈ特性カーブを用意しておいて、
例えば、図３で
【００２２】
【数１２】
【００２３】の値を持つインダクタンスに流れる電流を
基にＢ−Ｈ特性カーブから
基にＢ−Ｈ特性カーブから
【００２４】
【数１３】
【００２５】の値を見積もり、計算時にその値を変化さ
せることによってより良い精度で回転機を評価する。
せることによってより良い精度で回転機を評価する。
【００２６】又、計算終了後に、回転子の鉄損と銅損を
求めるのを計算中に算出する為に、ｒrを鉄損分ｒrfと
銅損分ｒrcを図９のようにｒr＝ｒrf＋ｒrcと分割する
ことによって回転機を評価する。
求めるのを計算中に算出する為に、ｒrを鉄損分ｒrfと
銅損分ｒrcを図９のようにｒr＝ｒrf＋ｒrcと分割する
ことによって回転機を評価する。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１０は、本発明の一実施例に使
われる計算対象物を示しており、電源１０にインバータ
１１を接続して、この出力電圧を制御することによっ
て、インバータ１１に接続された誘導電動機１３の速度
を制御するものである。図１１にインバータ出力電圧以
降の計算方法を等価回路及びブロック線図を使って表現
してある。
われる計算対象物を示しており、電源１０にインバータ
１１を接続して、この出力電圧を制御することによっ
て、インバータ１１に接続された誘導電動機１３の速度
を制御するものである。図１１にインバータ出力電圧以
降の計算方法を等価回路及びブロック線図を使って表現
してある。
【００２８】三相電源１００にインバータ１０１を接続
し、そのインバータの負荷に三相誘導電動機の主回路１
０２を接続する。主回路１０２から電流を受け取り、起
電力・トルク計算ブロック１０３に送り、計算された起
電力は主回路１０２に戻される。他方のトルクは、運動
方程式計算ブロック１０４に送られ、そこで計算された
角速度を起電力・トルク計算ブロック１０３に返す。誘
導電動機の負荷として、運動方程式計算ブロック１０４
から、角速度を負荷計算ブロック１０５に角速度を送
り、計算された負荷トルクは、運動方程式計算ブロック
１０４に返される。尚、速度を制御する為に、角速度は
インバータ１００にも送られる。起電力・トルク計算ブ
ロック１０３は、計算内容を図で表現すると理解し辛い
ので式で表わしてあるが、実際はプログラム言語で表わ
している。この計算手順図を基に、プログラミングして
計算する。あるいは、この計算手順図を基に自動的にプ
ログラミングして、計算するシミュレータを使って解を
求める。
し、そのインバータの負荷に三相誘導電動機の主回路１
０２を接続する。主回路１０２から電流を受け取り、起
電力・トルク計算ブロック１０３に送り、計算された起
電力は主回路１０２に戻される。他方のトルクは、運動
方程式計算ブロック１０４に送られ、そこで計算された
角速度を起電力・トルク計算ブロック１０３に返す。誘
導電動機の負荷として、運動方程式計算ブロック１０４
から、角速度を負荷計算ブロック１０５に角速度を送
り、計算された負荷トルクは、運動方程式計算ブロック
１０４に返される。尚、速度を制御する為に、角速度は
インバータ１００にも送られる。起電力・トルク計算ブ
ロック１０３は、計算内容を図で表現すると理解し辛い
ので式で表わしてあるが、実際はプログラム言語で表わ
している。この計算手順図を基に、プログラミングして
計算する。あるいは、この計算手順図を基に自動的にプ
ログラミングして、計算するシミュレータを使って解を
求める。
【００２９】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、三相電
源側、あるいは、三相負荷側の回路とを直結して、しか
も、実数計算の範囲内で、電動機の電流、電圧やトルク
を算出することによって数値計算上、安定に求めること
が出来る。
源側、あるいは、三相負荷側の回路とを直結して、しか
も、実数計算の範囲内で、電動機の電流、電圧やトルク
を算出することによって数値計算上、安定に求めること
が出来る。
【００３０】それゆえに、２軸計算モデルを使用する場
合は、一旦、電源側と回路を切り放して計算するため
に、仮定が入って精度が悪くなるが、本発明では直結で
きるので、仮定が不要になり精度が向上する。
合は、一旦、電源側と回路を切り放して計算するため
に、仮定が入って精度が悪くなるが、本発明では直結で
きるので、仮定が不要になり精度が向上する。
【００３１】又、複素数計算モデルに変換した場合は、
電源側と直結するには、電源側の表現もすべて複素数計
算モデルに変換する必要があるが、本発明では実数モデ
ルでしかも直結できるので、電源側の変換が全く不要に
なる。
電源側と直結するには、電源側の表現もすべて複素数計
算モデルに変換する必要があるが、本発明では実数モデ
ルでしかも直結できるので、電源側の変換が全く不要に
なる。
【図１】定常計算用の誘導電動機モデルを示す図。
【図２】非定常計算用の電動機モデルを示す図。
【図３】本発明の電動機モデル（１）を示す図。
【図４】本発明の電動機モデル（２）を示す図。
【図５】本発明の電動機モデル（３）を示す図。
【図６】本発明の同期発電機モデル（４）を示す図。
【図７】本発明の同期発電機モデル（５）を示す図。
【図８】本発明の同期発電機モデル（６）を示す図。
【図９】鉄損を分離した等価回路図。
【図１０】実施例の計算対象装置を示す図。
【図１１】実施例の計算手順図。
【符号の説明】 １０…電源、２０…インバータ、３０…誘導電動機、１
００…電源、１０１…インバータ、１０２…三相誘導電
動機の主回路、１０３…起電力・トルク計算ブロック、
１０４…運動方程式計算ブロック、１０５…負荷計算ブ
ロック。
００…電源、１０１…インバータ、１０２…三相誘導電
動機の主回路、１０３…起電力・トルク計算ブロック、
１０４…運動方程式計算ブロック、１０５…負荷計算ブ
ロック。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 BA03 BB01 BB02 BB07 BC05 BD06 5H550 BB08 DD03 DD04 HB07 JJ03 JJ04 LL22 5H570 DD03 DD04 DD10 JJ03 JJ04 LL02 LL40 5H575 BB10 DD03 DD05 DD06 DD10 JJ03 JJ04 JJ25 LL22
Claims (7)
- 【請求項１】 三相電動機を駆動する三相電源側の電気
特性を算出する手段を備え、前記三相電動機の端子電圧
ｖ、固定子抵抗をｒs、固定子漏れインダクタンスを
ｌs、回転子抵抗をｒr、回転子漏れインダクタンスをｌ
r、回転子角速度をωm、相互インダクタンスをｍ、回転
子の回転角をθ、 【数１】 なる式でモデル化することを特徴とし、前記モデル式を
用いて固定子電流ｉsを得る電動機の特性評価方法。 - 【請求項２】 前記電動機モデルにおいて、三相発電機
の励磁電源をｅeとして、 【数２】 と置き換えた式でモデル化することを特徴とし、前記置
き換えられたモデル式を用いて固定子電流ｉsを得る発
電機の特性評価方法。 - 【請求項３】 前記モデル式を用いて固定子電流ｉsと
仮想回転子電流ｉ2を得た後に、 【数３】 で算出することを特徴とする回転機の特性評価方法。 - 【請求項４】 前記モデル式を用いて固定子電流ｉsと
仮想回転子電流ｉ2を得た後に、前記回転子機の回転子
電流ｉrを 【数４】 で算出することを特徴とする回転機の特性評価方法。 - 【請求項５】 前記モデル式と等価な式あるいは等価な
回路を用いることを特徴とし、固定子電流ｉsを得る回
転機の特性評価方法。 - 【請求項６】 前記モデル式における相互インダクタン
スｍを、三相回転機の磁気飽和現象を考慮する目的で変
化させることを特徴とする回転機の特性評価方法。 - 【請求項７】 前記モデル式における固定子漏れインタ
クタンスｌs、回転子抵抗ｒr、回転子漏れインダクタン
スｌr、相互インタクタンスｍを、銅損、鉄損、特定部
分の漏れ磁束に分離する目的で、分割することを特徴と
する回転機の特性評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000164727A JP2001337144A (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 回転機の特性評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000164727A JP2001337144A (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 回転機の特性評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001337144A true JP2001337144A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18668309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000164727A Pending JP2001337144A (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 回転機の特性評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001337144A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016039683A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 株式会社東芝 | 可変速制御装置の試験装置、試験方法、および試験システム |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000164727A patent/JP2001337144A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016039683A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 株式会社東芝 | 可変速制御装置の試験装置、試験方法、および試験システム |
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