JP3092826B2 - 直流電動機の定数検出方法 - Google Patents

直流電動機の定数検出方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】本発明は、サイリスタレオナード装
置により直流電動機を駆動するシステムにおいて、サイ
リスタレオナード装置の電流制御回路の制御定数を最適
に設定するために、直流電動機の回路定数、即ち 電機
子抵抗、電機子リアクタンスを検出するための方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】直流電動機を駆動するサイリスタレオナ
ード装置は制御回路として電流制御部と速度制御部を有
し、各制御部は比例積分増巾回路にて構成されている。
この時、電流制御部の比例分利得及び積分時定数は直流
電動機の回路定数から算出される。従って、最適な電流
制御回路定数を得るためには直流電動機の電機子抵抗、
及び、電機子リアクタンスを知ることが必要となる。電
機子抵抗及びリアクタンスを知るためには、従来は、サ
イリスタレオナード装置により直流電動機にステップ状
の電圧を加えた時の電流の応答を測定したり、あるい
は、電流が断続にある時の点弧角、通流期間の長さから
電動機の回路定数を知る方法があった。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方
法は定数算出の為に数多くのデータを必要としたり、あ
るいは、レオナード装置の制御には基本的には必要のな
いデータを得なければならないことから 小さな規模の
CPUに組み込むには適していなかった。本発明は上述
した点に鑑みて創案されたものであり、その目的とする
ところは、レオナード装置が必ず保有しているデータの
みにより、かつ、極めて簡易な方法にて直流電動機の回
路定数を算出する直流電動機の定数検出方法を提供する
ものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、サイリスタレオナード装置の出力で
ある直流電流が断続状態から連続状態へ移ろうとする切
り替わり点における平均直流電圧(Vav)、平均直流
電流(Iav)、直流電流ピーク値(Ip)、ゲート点
弧角(θ)、電源電圧(Vi)を測定することにより、
これらのデータから直流電動機の回路定数を検出するも
のである。ここで、断続状態と連続状態について説明す
る。断続状態とは、界磁電流を切った直流機にサイリス
タレオナード装置により徐々に直流電圧を加えてゆく。
その時、サイリスタレオナード装置の出力電流は、最初
はリップル電流が平均直流電流に対して大きいため、直
流電流は電気角60°毎に零になる状態を示している。
連続状態とは、サイリスタレオナード装置の点弧角を進
め、直流電圧を上げて行くと、平均直流電流は上昇し、
やがて直流電流が零となる期間がなくなる。本発明で
は、平均直流電圧Vavと平均直流電流Iavとより電
機子抵抗Raを次の(1)式によりもとめる。 Ra
=Vav/Iav ------(1) また、電機子リアクタンスLaを直流電流ピーク値I
p,ゲート点弧角θ、電源電圧Vi、及び、平均直流電
圧Vavから、例えば次の数1により求める。
【0005】
【数1】
【0006】本式は、ゲート点弧角θ、及び、電源電圧
Viがわかればレオナード装置の出力電圧波形が容易に
わかり、直流電流ピーク値Ipと(1)式から求めた電
機子抵抗Raから電機子抵抗による電圧降下分の波形が
わかり、この2つの波形から電機子のリアクタンスに加
わる電圧波形を知ることができ、該電圧波形の正電圧側
または負電圧側の面積(電圧時間積)と、直流電流のリ
ップルの大きさがわかれば、電機子リアクタンスLaを
知ることができることに基ずく。
【0007】[作用] 以上の方法のように、直流電動機の回路定数を求めるた
めに、直流電流が断続する限界の状態にてのデータを利
用することは、データ数を減らしたり、いくつかの近似
を可能にし計算を簡略にすることができる。まず、直流
電流ピーク値がリップル電流を表す。また、直流電圧波
形として正弦波の0度付近のデータを利用しているの
で、SINθ・θの近似式が使用できる。また、直流電
流は正弦波に極めて近い波形になることである。しか
も、通常レオナード装置が制御に使用している各電圧、
電流値などを検出すればよいため、回路定数算出の為に
特別に付加するべき回路やソフトを節約できる。以下、
本発明の一実施例を、図面に基づいて詳述する。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す説明図、図2
はその電機子リアクタンス算出方法の説明図であり、1
は境界状態設定部、2はデータピックアップ部、3は電
機子抵抗Ra算出部、4は電機子リアクタンスLa算出
部であり、電機子リアクタンスLa算出部4は、T1算
出部41、電圧時間積VT算出部42、電機子リアクタ
ンスLa算出部43からなる。図1のプログラムに入る
前に直流電動機の界磁電流はすでに切られており、直流
電動機は直流電圧を加えられても回転しないようになっ
ている。また、境界状態設定部1ではレオナード装置に
与える電流設定値を徐々に上げて行きながら直流電流が
断続状態にあるか、連続状態にあるかを監視する。例え
ば、ある短い周期で直流電圧の瞬時値をサンプリングし
た結果、そのデータの中に極めて零に近いデータが有れ
ば断続状態と判定し、ある比較的長い期間に零に近いデ
ータが現れなければ連続状態と判定する。直流電流が断
続状態にあるか、否かの判定をする機能は、通常のレオ
ナード装置においては電流制御回路の比例積分定数を直
流電流が断続状態であるか否かにより変化させる機能の
ために必要な機能であり、必要な機能であり、通常のサ
イリスタレオナード装置には常備されているものであ
り、特に本発明により新たに付加されるものではない。
【0009】直流電流が増加し、やがて直流電流が連続
状態になったことが検出されると、データピックアップ
部2にて、必要なデータ、すなはち、平均直流電圧(V
av)、平均直流電流(Iav)、直流電流ピーク値
(Ip)、ゲート点弧角(θ)、場合によっては電源電
圧(Vi)のデータを読み込み、このデータにより、以
下電機子抵抗算出部3、電機子リアクタンス算出部4に
より、各回路定数を算出する。電機子抵抗算出部3で
は、前出の(1)式により電機子抵抗Raを算出する。
(1)式は直流電動機の拘束試験により電機子抵抗を算
出する一般的な式である。電機子リアクタンス算出部4
では、数1に基き電機子リアクタンスLaを算出する。
【0010】図2は3相電源の例について示しており、
5はゲートが点弧されることにより直流出力電圧に現れ
る線間電圧、7は平均直流電圧Vav、8は電機子抵抗
Raに加わる電機子抵抗電圧、Aは前記線間電圧5と電
機子抵抗電圧8との交点を示している。ここで、サイリ
スタレオナード装置の出力電圧である直流電圧は、直流
電動機に加えられており、更に詳細に等価回路的に言え
ば、直流電動機の電機子リアクタンスLa、電機子抵抗
Ra、電機子起電力に加えられている。ここでは、直流
電動機の界磁電流は切られているから電機子起電力は零
である。また、電機子リアクタンスLaの端子電圧は交
流分は発生するが、直流分すなわち平均電圧は零であ
る。従って、電機子抵抗電圧8の平均電圧は必ず平均直
流電圧Vavとなっている。リアクトルを流れる電流の
変化量はリアクトルに加わる電圧の電圧時間積とリアク
トルの持つインダクタンスにより決まる。すなわち、直
流電流に発生しているリップル電流の大きさは電機子リ
アクタンスと電機子リアクタンスに加わる電圧の電圧時
間積により決まる。また、加わる電圧時間積とリップル
電流がわかれば電機子リアクタンスを求めることができ
る。本実施例の場合には直流電流のピーク値がそのまま
リップル電流の大きさを表す。
【0011】電機子リアクタンスに加わる電圧の時間積
は図2の黒縁塗りの部分、点(B,D,A)で囲まれた
部分の面積で示される。すなはち、サイリスタが点弧す
ることにより直流電圧に現れる線間電圧波形5と、電機
子抵抗電圧波形8とに囲まれた部分の面積である。該こ
の面積を求めるためには、図2に示されている線間電圧
波形5、電機子電圧波形8、該2つの波形の交点Aの時
刻Taと、ゲート点弧時刻Tθが必要である。線間電圧
波形5が0ボルトとなる時刻T0と交点Aの時刻との時
間をT1、ゲート点弧時刻Tθとの時間をT2とする。
このT2はゲート点弧角θから容易に求められる。ま
た、線間電圧波形5は電源電圧Viにより決まる。
【0012】次に、T1は次のように求める。交点Aは
電機子抵抗電圧が線間電圧に等しくなり、電機子リアク
タンスに加わる電圧が丁度0ボルトになる点であり、電
流がピーク値となる点である。すなはち、交点Aの電圧
VAは図1中、2のデータピックアップ部にて得られた
直流電流ピーク値Ipと、3の電機子抵抗算出部にて得
られた電機子抵抗Raの積(4)式として求められる。 VA = Ip・Ra ・・・・・・(4) 交点Aの電圧VAより交点Aの時間T1は電源電圧波形
5が既知であるから、次の(5)式から求められる。 ここで、本実施例では界磁電流を切っているため直流電
動機は回転せず、電機子は起電力を発生しないため、図
2に示されている直流電流が断続状態から連続状態に切
り替わる状態はサイリスタレオナードの出力である直流
電圧が低い状態で現れる。サイリスタレオナード装置の
点弧角は90゜に近い状態で現れる。したがって、図2
の時間T2は電気角としては30゜より若干大きく、時
間T1は電気角としては零゜に近い状態である。したが
って、2πf・T1<<1の状態にあり、(5)式は
(6)式で近似される。
【0013】次に、本実施例では、電機子リアクタンス
に加わる電圧時間積を求めるために、図2の点(B,
D,A)で囲まれた面積を求める代わりに、ハッチング
した部分、点(B,C,F,A)で囲まれた部分の面積
を求める。両面積の違いは、点(C,D,E)で囲まれ
た部分と、点(E、F,A)で囲まれた部分の面積のち
がいである。時刻TθからTaまでの期間の直流電流及
び電機子抵抗電圧の波形が正弦波である場合には上記の
2つの部分の面積は全く等しい。実際にも、とくに直流
電流が断続する限界の状態では、時刻TθからTaまで
の期間の電流波形は正弦波に近く、正弦波とみなしても
面積の算出に当たってはその誤差はわずかである。従っ
て、点(B,C,F,A)で囲まれた部分の面積を求め
ることにより電機子リアクタンスにかかる電圧時間積V
Tを次の数2で求めることができる。
【0014】
【数2】
【0015】従って、電機子リアクタンスLaは上記電
圧時間積VTと、直流電流ピーク値Ipから数1の
(2)式により求められる。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、通常のサ
イリスタレオナード装置を制御するために必要な基本的
なデータのみにて正確に電機子抵抗Ra及び電機子リア
クタンスLaを算出することができ、通常運転中に必要
なプログラムをふやすことなく、直流電動機の回路定数
を求めることができ、電流制御回路に最適な比例積分定
数を正確に算出することが可能となる。なお、実施例
は、3相電源の例を示したが、単相電源など、相数にか
かわらず適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の定数算出手順の一実施例を示
す。
【図2】図2は本実施例による電機子リアクタンス算出
方法の説明図である。
【符号の説明】
1 境界状態設定部 2 データピックアップ部 3 電機子抵抗算出部 4 電機子リアクタンス算出部 41 T1算出部 42 電圧時間積算出部 43 電機子リアクタンス算出部 5 線間電圧波形 7 直流平均電圧値 8 電機子抵抗電圧

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電動機を駆動するサイリスタレオナー
    ド装置において、直流電動機の界磁電流を零として直流
    電動機が停止した状態にて、サイリスタレオナード装置
    により直流電動機に電流を流し、直流電流が断続する状
    態から連続する状態に切り替わり点の状態における平均
    直流電圧Vav、平均直流電流Iav、直流電流ピーク値Ip、
    点弧角θ、及び、電源電圧Viを検出し、 電機子抵抗Raを、Ra=Vav/Iav により算出し、 電機子リアクタンスLaを、La=VT/Ip により算出することを特徴とする直流電動機の定数検出
    方法。
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