JP2009527209A - 電動機のインダクタンスを検出する方法 - Google Patents

Abstract

電動機のインダクタンス特性曲線の測定を簡素化すべく、電動機が加速するように非周期電流オフセット成分と周期電流成分とを有する電流（ｉ）を電動機の巻線に供給する。該巻線の電圧（ｕ）を測定し、この測定値から電圧障害成分と周期電圧成分と検出する。これら両方の成分から、最終的に巻線のインダクタンスを確定できる。この結果、インダクタンス特性曲線の確定のための、電動機の遮断又は高価な電動機試験装置を省略できる。

Description

本発明は、電動機巻線のインダクタンスの検出に適した方法に関する。

電動機の電流調節器を適応させるには、一般に、電動機のインダクタンス又はインダクタンス推移を正確に検出する必要がある。インダクタンスは一定した量ではなく、特に電流に依存した量なので、費用を要する測定が不可欠である。従来、電動機は所謂ｑインダクタンス線を測定するために遮断するか、電動機試験装置で一定した回転数に保たねばならなかった。しかし、好適な測定機器が高価なので、しばしば現場ではこれに関連した可能性が欠けている。それ故、所謂ｑインダクタンスの測定は電流調節器の適応にとって極めて重要である。と言うのは、電流の上昇に伴いこのインダクタンスが低下し、そのため電流調節器内での適応が必要となるからである。

そこで本発明の課題は、電動機のインダクタンス特性曲線の検出を簡素化することである。

本発明によれば、この課題は、電動機が加速するように非周期電流オフセット成分と周期電流成分とを有する電流を巻線に供給し、巻線に関する電圧信号を用意し、該信号から電圧障害成分と周期電圧成分とを検出し、周期電流成分又は測定された周期電流信号と周期電圧成分とから巻線のインダクタンスを確定することによって電動機巻線のインダクタンスを検出する方法により解決される。

上記課題はまた、電動機を加速すべく非周期電圧オフセット成分と周期電圧成分とを有する電圧を巻線に印加し、巻線の電流に関する電流信号を用意し、該信号から電流障害成分と周期電流成分とを検出し、周期電流成分と周期電圧成分又は測定された周期電圧信号とから巻線のインダクタンスを確定することにより電動機巻線のインダクタンスを検出する方法によっても解決される。

遮断装置も電動機試験装置もしばしば存在しないので、インダクタンス測定を加速中に実施すると一層好ましいとの認識が本発明の根底にある。つまりｑインダクタンス（トルク発生電流に関するインダクタンス）が電動機の加速中に測定できなければならない。このためｑ電流オフセットに重畳正弦波交流信号（トルク発生電流）を供給し、各正弦周波数について電流実際値と電圧実際値とから付属する信号のフーリエ係数を確定せねばならない。これらの係数からｑインダクタンスは計算可能である。しかし、加速中にｑ電圧が上昇し、初期値と最終値との間で非定常移行が生じる。

フーリエ係数を検出すべく、通常ＤＦＴ又はＦＦＴ（離散的フーリエ変換、高速フーリエ変換）が利用される。その際、測定された信号は暗示的に周期的に継続され、こうして生成した信号の周波数成分が検出される。初期値と最終値との間に非定常移行が存在すると、結果はこの非定常性が極めて優勢となる。信号の周波数成分の正確な検出は、ＤＦＴ又はＦＦＴ単独では不可能であろう。この非定常性にも係わらず周波数成分をなおかつ検出できるようにすべく、測定された信号の非周期障害成分が推定又は検出される。その場合、インダクタンスを確定するのに信号の周期成分のみが使用される。

電流又は電圧障害成分も、多項式、特に二次多項式で十分に推定できる。こうして、信号の非周期成分を周期成分から実質的に分離できる。

本発明の特別好ましい一実施形態によれば、インダクタンスを確定すべく周期電流成分と周期電圧成分とのフーリエ係数を計算する。こうして、インダクタンスの特殊な推移をごく正確に計算できる。

次に、電動機のインダクタンスを検出するための電動機の電流推移および電圧推移を表す図面により、本発明を詳しく説明する。

以下で詳しく述べる実施例は、本発明の好ましい実施形態である。

電動機のインダクタンスを測定すべく、図示の電流ｉを電動機に流す。この電流は非周期成分と周期成分とを含む。具体的事例において正弦波成分は加速に基づいて、常に上昇するオフセット成分（実際値）が重畳している。しかし、一定したオフセット成分（目標値）が基本的に追及される。

具体例において、測定された電圧ｕは図に示す推移を有する。これも、非周期的な傾斜成分が重畳した正弦波成分を特徴としている。ここでは電圧ｕの非周期成分が電流ｉの非周期成分よりも多少強く上昇する。

電流および電圧の測定された信号（実際値）は、予想される（特に電動機の加速に起因した）障害と正弦波信号とをモデル化する信号モデルにより表わせる。正弦と余弦と二次多項式とを有する信号モデルを具体例となし得る。多項式は電動機加速中に上昇する電圧（障害）を含む。信号を障害モデル（ここでは多項式）について処理するとき、正弦および余弦の前の係数は求めるフーリエ係数に一致する。信号モデルは電流信号ｉｑ（ｔ）および電圧信号ｕｑ（ｔ）について以下の如く定めることができる。
ｉｑ（ｔ）＝ｋｉ₀＋ｋｉ₁×ｔ＋ｋｉ₂×ｔ²＋ｒｅｉ×ｃｏｓ（ω×ｔ）＋ｉｍｉ×ｓｉｎ（ω×ｔ） （式１）
ｕｑ（ｔ）＝ｋｕ₀＋ｋｕ₁×ｔ＋ｋｕ₂×ｔ²＋ｒｅｕ×ｃｏｓ（ω×ｔ）＋ｉｍｕ×ｓｉｎ（ω×ｔ） （式２）
目的は、これらの式１、２と基本方程式Ｚ＝ｊωＬ＝（Ｕ／Ｉ）とからインダクタンスを算出することである。これは、係数ｒｅｉ、ｉｍｉ、ｒｅｕ、ｉｍｕを確定することによって達成される。基本的にこれらの係数は、電流信号、電圧信号の目標値および実際値から得ることもできる。

信号モデルの全ての係数を計算するには、設けられている係数よりも多くの測定点を用意せねばならない。この例では電流推移の係数を確定すべく、５つ以上の測定点を確定せねばならない。しかし、信号が一般に雑音を有するので、通常はるかに多くの測定点が確定される。

上記方程式は、例えば誤差平方最小化方法（ガウスアルゴリズム）で解ける。特に余弦および正弦の前の係数は、インダクタンスを計算することのできるフーリエ係数にそれらが一致しているので興味あるものである。

前記方程式の係数の計算は、計算が比較的簡単なので、オンラインで、即ち測定中でも可能である。場合により、求める係数を計算するための所要の行列反転を事前に、即ちオフラインで実施し、計算のための相応する定数を記憶することができる。

こうして、インダクタンス推移を検出すべく、非周期的に継続可能な測定信号において正弦成分を確定可能となる利点がある。殊に、ｑインダクタンス特性曲線は電動機の加速中でも測定できる。そのため、電動機試験装置又は遮断装置等の付加的機械コンポーネントをこのような測定用に用意する必要がない。この種の電動機データ識別は、電動機の運転開始を著しく容易とする。

電動機のインダクタンスを検出するための電動機の電流推移および電圧推移を示す。

符号の説明

ｉ 電流、ｕ 電圧

Claims (5)

1. 電動機を加速すべく非周期電流オフセット成分と周期電流成分とを有する電流（ｉ）を巻線に供給し、巻線に関する電圧信号（ｕ）を用意し、該信号から電圧障害成分と周期電圧成分とを検出し、周期電流成分又は測定された周期電流信号と周期電圧成分とから巻線のインダクタンスを確定することにより電動機巻線のインダクタンスを検出する方法。
2. 電動機を加速すべく非周期電圧オフセット成分と周期電圧成分とを有する電圧を巻線に印加し、巻線の電流に関する電流信号を用意し、該信号から電流障害成分と周期電流成分とを検出し、周期電流成分と周期電圧成分又は測定された周期電圧信号とから巻線のインダクタンスを確定することにより電動機巻線のインダクタンスを検出する方法。
3. 電流障害成分が多項式を満足する請求項１又は２記載の方法。
4. 電圧障害成分が多項式を満足する請求項１から３の１つに記載の方法。
5. インダクタンスを確定するために周期電流成分および周期電圧成分のフーリエ係数を計算する請求項１から４の１つに記載の方法。

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