JP3464792B2 - 同期モータの位相差角表示装置 - Google Patents
同期モータの位相差角表示装置Info
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- JP3464792B2 JP3464792B2 JP2001163802A JP2001163802A JP3464792B2 JP 3464792 B2 JP3464792 B2 JP 3464792B2 JP 2001163802 A JP2001163802 A JP 2001163802A JP 2001163802 A JP2001163802 A JP 2001163802A JP 3464792 B2 JP3464792 B2 JP 3464792B2
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Measuring Phase Differences (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、同期モータの位相
差角表示装置に関し、さらに詳しく言えば、駆動負荷に
よって生ずる同期モータの固定子巻線と回転子磁極との
間の位相差角（電気角）を視覚的に容易に把握できるよ
うにした表示技術に関するものである。
差角表示装置に関し、さらに詳しく言えば、駆動負荷に
よって生ずる同期モータの固定子巻線と回転子磁極との
間の位相差角（電気角）を視覚的に容易に把握できるよ
うにした表示技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】同期モータのトルク発生の原理は、固定
子巻線の回転子磁極に対する吸引・反発によるため、ト
ルクの大きさは固定子巻線と回転子磁極との間の位相差
角に対応する。したがって、モータを効率よく制御する
上で、この位相差角の測定は重要な項目の一つとされて
おり、その従来の測定例を図８により説明する。
子巻線の回転子磁極に対する吸引・反発によるため、ト
ルクの大きさは固定子巻線と回転子磁極との間の位相差
角に対応する。したがって、モータを効率よく制御する
上で、この位相差角の測定は重要な項目の一つとされて
おり、その従来の測定例を図８により説明する。
【０００３】この例において、測定対象は三相交流同期
モータＭで、測定機器としては電力計１、ＦＦＴアナラ
イザ２および回転計３などが用いられる。まず、一般的
な測定項目として電力計１による電力測定が行われる
が、これと並行してＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナラ
イザ２には、三相交流電源Ｐから同期モータＭに供給さ
れる電圧・電流波形が入力される。
モータＭで、測定機器としては電力計１、ＦＦＴアナラ
イザ２および回転計３などが用いられる。まず、一般的
な測定項目として電力計１による電力測定が行われる
が、これと並行してＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナラ
イザ２には、三相交流電源Ｐから同期モータＭに供給さ
れる電圧・電流波形が入力される。
【０００４】また、回転計３からの回転パルスが外部同
期信号としてＦＦＴアナライザ２に入力される。なお、
同期モータＭの固定子巻線に発生する誘起電圧が外部同
期信号として用いられることもある。
期信号としてＦＦＴアナライザ２に入力される。なお、
同期モータＭの固定子巻線に発生する誘起電圧が外部同
期信号として用いられることもある。
【０００５】ＦＦＴアナライザ２でのフーリエ変換によ
り、交流電源Ｐの電圧（もしくは電流）波形からその基
本波が抽出され、例えば外部同期信号（回転パルス）の
ゼロクロスと基本波のゼロクロスとから、同期モータＭ
の固定子巻線と回転子磁極間の位相差角が求められる。
なお、この位相差角は、ゼロクロスを基準としないでも
求めることができる。
り、交流電源Ｐの電圧（もしくは電流）波形からその基
本波が抽出され、例えば外部同期信号（回転パルス）の
ゼロクロスと基本波のゼロクロスとから、同期モータＭ
の固定子巻線と回転子磁極間の位相差角が求められる。
なお、この位相差角は、ゼロクロスを基準としないでも
求めることができる。
【０００６】図９に示されている波形例において、θ０
は同期モータＭに負荷Ｌを接続しないで回転させたとき
の位相差角で、θ１は同期モータＭを回転させた状態で
負荷Ｌを接続したときの位相差角である。したがって、
無負荷時と有負荷時との位相差角の変化量Δθは、Δθ
＝θ０−θ１により求められる。
は同期モータＭに負荷Ｌを接続しないで回転させたとき
の位相差角で、θ１は同期モータＭを回転させた状態で
負荷Ｌを接続したときの位相差角である。したがって、
無負荷時と有負荷時との位相差角の変化量Δθは、Δθ
＝θ０−θ１により求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この位相差角の測定に
おいて、電圧（電流）側は固定子巻線に相当し、外部同
期信号は回転子磁極に相当する。しかしながら、従来に
おいては、この位相差角をただ単に数値にて表示するよ
うにしているため、電圧（電流）と外部同期信号との位
相関係、すなわち進み・遅れの関係、さらには時間経
過、負荷変動にともなう変化を把握しづらいという課題
があった。
おいて、電圧（電流）側は固定子巻線に相当し、外部同
期信号は回転子磁極に相当する。しかしながら、従来に
おいては、この位相差角をただ単に数値にて表示するよ
うにしているため、電圧（電流）と外部同期信号との位
相関係、すなわち進み・遅れの関係、さらには時間経
過、負荷変動にともなう変化を把握しづらいという課題
があった。
【０００８】また、同期モータＭの位相差角を求めるに
は、ＦＦＴアナライザ２として、回転パルスなどの外部
同期信号によりデータの取り込み時間（ウィンド）が制
御されるウィンド方式のＦＦＴアナライザを必要とする
ため、汎用の電力計に搭載されているＦＦＴ演算機能で
は対応することができない。そのため、別途にウィンド
方式のＦＦＴアナライザを用意しなければならない。
は、ＦＦＴアナライザ２として、回転パルスなどの外部
同期信号によりデータの取り込み時間（ウィンド）が制
御されるウィンド方式のＦＦＴアナライザを必要とする
ため、汎用の電力計に搭載されているＦＦＴ演算機能で
は対応することができない。そのため、別途にウィンド
方式のＦＦＴアナライザを用意しなければならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、同期モ
ータの固定子巻線と回転子磁極との間の位相関係やその
位相変化量などを視覚的に容易に把握することができ
る。また、同期モータの外部同期信号による位相差角測
定用のＦＦＴ機能およびベクトル表示機能を備えた電力
計が提供される。
ータの固定子巻線と回転子磁極との間の位相関係やその
位相変化量などを視覚的に容易に把握することができ
る。また、同期モータの外部同期信号による位相差角測
定用のＦＦＴ機能およびベクトル表示機能を備えた電力
計が提供される。
【００１０】そのため、本発明は、同期モータに与えら
れる交流電源（電圧および／または電流）をディジタル
データに変換するＡ／Ｄ変換部と、上記同期モータの回
転に同期した外部同期信号が入力される外部同期信号入
力部と、上記Ａ／Ｄ変換部から出力される上記交流電源
のディジタルデータをフーリエ変換するフーリエ変換部
を有する制御手段と、メモリおよび表示部とを含み、上
記フーリエ変換により上記交流電源の基本波を得るとと
もに、上記外部同期信号と上記基本波との位相差角θａ
を求めて、その位相差角θａを上記表示部に表示するに
あたって、上記制御手段は、上記表示部に複素ベクトル
平面を設定し、上記外部同期信号もしくは上記基本波の
いずれか一方を実軸基準ラインに設定し、いずれか他方
を上記位相差角θａでベクトル表示する同期モータの位
相差角表示装置において、上記制御手段は、２つの異な
る任意の時点における上記外部同期信号と上記基本波と
により求められた２つの位相差角θａ １ ，θａ ２ から、
変化量（θａ １ −θａ ２ ）を算出し、その変化量を上記
複素ベクトル平面にベクトル表示することを特徴として
いる。
れる交流電源（電圧および／または電流）をディジタル
データに変換するＡ／Ｄ変換部と、上記同期モータの回
転に同期した外部同期信号が入力される外部同期信号入
力部と、上記Ａ／Ｄ変換部から出力される上記交流電源
のディジタルデータをフーリエ変換するフーリエ変換部
を有する制御手段と、メモリおよび表示部とを含み、上
記フーリエ変換により上記交流電源の基本波を得るとと
もに、上記外部同期信号と上記基本波との位相差角θａ
を求めて、その位相差角θａを上記表示部に表示するに
あたって、上記制御手段は、上記表示部に複素ベクトル
平面を設定し、上記外部同期信号もしくは上記基本波の
いずれか一方を実軸基準ラインに設定し、いずれか他方
を上記位相差角θａでベクトル表示する同期モータの位
相差角表示装置において、上記制御手段は、２つの異な
る任意の時点における上記外部同期信号と上記基本波と
により求められた２つの位相差角θａ １ ，θａ ２ から、
変化量（θａ １ −θａ ２ ）を算出し、その変化量を上記
複素ベクトル平面にベクトル表示することを特徴として
いる。
【００１１】なお、上記制御手段は、上記外部同期信号
を実軸基準ラインに設定し、上記基本波の実効値を上記
位相差角θａでベクトル表示する第１表示モードと、上
記基本波の実効値を実軸基準ラインに設定し、上記外部
同期信号を上記位相差角θａでベクトル表示する第２表
示モードとを備えており、そのいずれかの表示モードを
選択できる。
を実軸基準ラインに設定し、上記基本波の実効値を上記
位相差角θａでベクトル表示する第１表示モードと、上
記基本波の実効値を実軸基準ラインに設定し、上記外部
同期信号を上記位相差角θａでベクトル表示する第２表
示モードとを備えており、そのいずれかの表示モードを
選択できる。
【００１２】
【００１３】また、本発明の好ましい態様によれば、上
記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段をさら
に備え、上記制御手段は、上記同期モータのトルク値に
応じて上記ベクトル表示を変化させる。
記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段をさら
に備え、上記制御手段は、上記同期モータのトルク値に
応じて上記ベクトル表示を変化させる。
【００１４】上記ベクトル表示を位相±１８０゜で表す
とともに、その表示を更新する場合、表示のちらつきを
防止し、位相差角表示に矛盾が生じないようにするた
め、位相差角については、ＦＦＴ解析データで求められ
た実数部と虚数部とを別々に平均化した後に合成し、実
効値については、上記実数部と上記虚数部を合成して得
られる振幅値に１／√２を乗じて求めることが好まし
い。
とともに、その表示を更新する場合、表示のちらつきを
防止し、位相差角表示に矛盾が生じないようにするた
め、位相差角については、ＦＦＴ解析データで求められ
た実数部と虚数部とを別々に平均化した後に合成し、実
効値については、上記実数部と上記虚数部を合成して得
られる振幅値に１／√２を乗じて求めることが好まし
い。
【００１５】また、本発明には、上記のフーリエ演算機
能およびベトクル表示機能を備えた電力計が含まれる。
なお、本発明が対象とする同期モータには、電源周波数
に同期して回転するモータのすべてが含まれる。
能およびベトクル表示機能を備えた電力計が含まれる。
なお、本発明が対象とする同期モータには、電源周波数
に同期して回転するモータのすべてが含まれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施形態について説明する。この実施形態は同期モ
ータの位相差角表示装置を有する電力計としてのもの
で、図１の概念図に示されているように、本発明の電力
計１００は、同期モータＭの位相差角表示用のＦＦＴア
ナライザ２００を備えている。また、この位相差角表示
には回転計３のほかにトルク計４が用いられる。
明の実施形態について説明する。この実施形態は同期モ
ータの位相差角表示装置を有する電力計としてのもの
で、図１の概念図に示されているように、本発明の電力
計１００は、同期モータＭの位相差角表示用のＦＦＴア
ナライザ２００を備えている。また、この位相差角表示
には回転計３のほかにトルク計４が用いられる。
【００１７】図２にＦＦＴアナライザ２００のブロック
図を示す。これによると、ＦＦＴアナライザ２００は、
Ａ／Ｄ変換部２１０、ＰＬＬ制御部２３０、フーリエ変
換部２５０およびベクトル表示部２７０を備えている。
図を示す。これによると、ＦＦＴアナライザ２００は、
Ａ／Ｄ変換部２１０、ＰＬＬ制御部２３０、フーリエ変
換部２５０およびベクトル表示部２７０を備えている。
【００１８】Ａ／Ｄ変換部２１０は、電力計１００にて
検出された三相交流信号の各相信号（Ｕ１，Ｉ１），
（Ｕ２，Ｉ２），（Ｕ３，Ｉ３）が入力される３つの入
力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３を備えている。各入力チャ
ンネルＣＨには、電圧Ｕ用としてのローパスフィルタ２
１１およびＡ／Ｄコンバータ２１３と、電流Ｉ用として
のローパスフィルタ２１２およびＡ／Ｄコンバータ２１
４とがそれぞれ設けられている。
検出された三相交流信号の各相信号（Ｕ１，Ｉ１），
（Ｕ２，Ｉ２），（Ｕ３，Ｉ３）が入力される３つの入
力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３を備えている。各入力チャ
ンネルＣＨには、電圧Ｕ用としてのローパスフィルタ２
１１およびＡ／Ｄコンバータ２１３と、電流Ｉ用として
のローパスフィルタ２１２およびＡ／Ｄコンバータ２１
４とがそれぞれ設けられている。
【００１９】ＰＬＬ制御部２３０は、外部同期信号が入
力される波形整形回路２３１と、その外部同期信号の周
波数を所定に分周する分周回路２３２と、各Ａ／Ｄコン
バータ２１３，２１４にサンプリングクロックを与える
ＰＬＬ回路２３３と、分周回路２３２およびＰＬＬ回路
２３３を制御する制御部２３４とを備えている。
力される波形整形回路２３１と、その外部同期信号の周
波数を所定に分周する分周回路２３２と、各Ａ／Ｄコン
バータ２１３，２１４にサンプリングクロックを与える
ＰＬＬ回路２３３と、分周回路２３２およびＰＬＬ回路
２３３を制御する制御部２３４とを備えている。
【００２０】この実施形態において、外部同期信号には
同期モータＭの回転数を検出する回転計３から送出され
る回転パルスが用いられているが、同期モータＭの固定
子巻線に発生する誘起電圧を外部同期信号に用いてもよ
い。
同期モータＭの回転数を検出する回転計３から送出され
る回転パルスが用いられているが、同期モータＭの固定
子巻線に発生する誘起電圧を外部同期信号に用いてもよ
い。
【００２１】制御部２３４は、外部同期信号の周波数が
同期モータＭの駆動電圧（もしくは駆動電流）の基本波
周波数と一致するように分周回路２３２の分周比を設定
し、ＰＬＬ回路２３３にてその分周信号の２ｎ倍のサン
プリングクロックを作る。
同期モータＭの駆動電圧（もしくは駆動電流）の基本波
周波数と一致するように分周回路２３２の分周比を設定
し、ＰＬＬ回路２３３にてその分周信号の２ｎ倍のサン
プリングクロックを作る。
【００２２】例えば、基本波周波数が５０Ｈｚの場合、
２ｎ＝４０９６として２０４．８ｋＨｚのサンプリング
クロックを作る。このサンプリングクロックにより各Ａ
／Ｄコンバータ２１３，２１４が同期制御され、基本波
周波数が変化するとサンプリングクロックもそれに応じ
て変化する。
２ｎ＝４０９６として２０４．８ｋＨｚのサンプリング
クロックを作る。このサンプリングクロックにより各Ａ
／Ｄコンバータ２１３，２１４が同期制御され、基本波
周波数が変化するとサンプリングクロックもそれに応じ
て変化する。
【００２３】フーリエ変換部２５０は、Ａ／Ｄ変換部２
１０からのＡ／Ｄ変換データを取り込み、このデータに
ＦＦＴ演算を施す。このフーリエ変換部２５０は、外部
同期信号によりデータ取り込み時間が制御されるウィン
ド方式である。すなわち、先に説明した図９を参照し
て、外部同期信号の１周期（立ち上がりパルスＳ１〜Ｓ
２）の間、ゲートを開いてＦＦＴ演算に必要な数のＡ／
Ｄ変換データを取り込む。
１０からのＡ／Ｄ変換データを取り込み、このデータに
ＦＦＴ演算を施す。このフーリエ変換部２５０は、外部
同期信号によりデータ取り込み時間が制御されるウィン
ド方式である。すなわち、先に説明した図９を参照し
て、外部同期信号の１周期（立ち上がりパルスＳ１〜Ｓ
２）の間、ゲートを開いてＦＦＴ演算に必要な数のＡ／
Ｄ変換データを取り込む。
【００２４】フーリエ変換部２５０は、ＦＦＴ演算によ
って交流電源の例えば電圧信号に含まれている１次の基
本波および２次以上の高調波を抽出するとともに、各次
数ごとにその実数部と虚数部とから外部同期信号に対す
る位相差角を算出する。
って交流電源の例えば電圧信号に含まれている１次の基
本波および２次以上の高調波を抽出するとともに、各次
数ごとにその実数部と虚数部とから外部同期信号に対す
る位相差角を算出する。
【００２５】フーリエ変換部２５０は、この位相差角を
ユーザーからの指示によって適宜記憶するメモリ２５１
を備えている。また、フーリエ変換部２５０は、実数部
と虚数部とからベクトルの実効値（もしくは振幅値）を
算出し、これに上記位相差角を持たせてベクトル表示部
２７０に表示する。
ユーザーからの指示によって適宜記憶するメモリ２５１
を備えている。また、フーリエ変換部２５０は、実数部
と虚数部とからベクトルの実効値（もしくは振幅値）を
算出し、これに上記位相差角を持たせてベクトル表示部
２７０に表示する。
【００２６】ところで、ベクトル表示部２７０での表示
を例えば４回／秒単位で更新するような場合、表示のち
らつきを防止するためにデータの平均化処理が行われる
が、ベクトル表示を±１８０ｄｅｇ．で表現するにあた
って、本発明では位相差角と実効値とを別々に平均化処
理している。
を例えば４回／秒単位で更新するような場合、表示のち
らつきを防止するためにデータの平均化処理が行われる
が、ベクトル表示を±１８０ｄｅｇ．で表現するにあた
って、本発明では位相差角と実効値とを別々に平均化処
理している。
【００２７】まず、位相差角の平均化処理について説明
する。図３（ａ）に示すように、例えば位相差角が±１
８０ｄｅｇ．のラインを挟んで＋１７９〜−１７９ｄｅ
ｇ．の範囲でばらついている場合、表示値のままで平均
化処理すると０ｄｅｇ．に収束してしまい実体とあわな
くなる。
する。図３（ａ）に示すように、例えば位相差角が±１
８０ｄｅｇ．のラインを挟んで＋１７９〜−１７９ｄｅ
ｇ．の範囲でばらついている場合、表示値のままで平均
化処理すると０ｄｅｇ．に収束してしまい実体とあわな
くなる。
【００２８】ＦＦＴ解析で求められた実数部と虚数部と
から、実効値および位相差角を計算する際、図３（ｂ）
のように実数部と虚数部とに分けて考えると、虚数部デ
ータは（＋）〜（−）の範囲内でばらつき、実数部デー
タは（−）側の領域でばらついていることになる。
から、実効値および位相差角を計算する際、図３（ｂ）
のように実数部と虚数部とに分けて考えると、虚数部デ
ータは（＋）〜（−）の範囲内でばらつき、実数部デー
タは（−）側の領域でばらついていることになる。
【００２９】そこで、実数部と虚数部を合成する前に、
実数部データと虚数部データとにそれぞれ平均化処理を
行うと、図３（ｃ）のように虚数部は０で実数部（＝振
幅値）のみが残る。しかる後、虚数部と実数部とを合成
することにより、矛盾のない位相差角が得られる。な
お、この場合、実数部はマイナス側になるため、位相差
角は＋１８０ｄｅｇ．となりユーザーが予想する位相差
角となる。
実数部データと虚数部データとにそれぞれ平均化処理を
行うと、図３（ｃ）のように虚数部は０で実数部（＝振
幅値）のみが残る。しかる後、虚数部と実数部とを合成
することにより、矛盾のない位相差角が得られる。な
お、この場合、実数部はマイナス側になるため、位相差
角は＋１８０ｄｅｇ．となりユーザーが予想する位相差
角となる。
【００３０】次に、実効値の平均化処理について説明す
る。本発明において、実効値（振幅値×１／√２）につ
いては、実数部と虚数部とを合成した後のデータ（表示
値）で平均化処理を行う。これは、次の理由による。
る。本発明において、実効値（振幅値×１／√２）につ
いては、実数部と虚数部とを合成した後のデータ（表示
値）で平均化処理を行う。これは、次の理由による。
【００３１】ＦＦＴ解析データがばらつく場合でも、図
４（ａ）に示すように実効値（ベクトル長さＬ）は変わ
らない。そのため、理論的には平均化処理後の実効値も
変化しないはずである。しかしながら、実数部と虚数部
の関係は、図４（ｂ）に示すように虚数部が最大のとき
実数部は最小値（Ｌ’）、虚数部が０のとき実数部は最
大値（Ｌ）という関係になっており、ばらつきの範囲内
では実効値（振幅値）の長さは一定となる。
４（ａ）に示すように実効値（ベクトル長さＬ）は変わ
らない。そのため、理論的には平均化処理後の実効値も
変化しないはずである。しかしながら、実数部と虚数部
の関係は、図４（ｂ）に示すように虚数部が最大のとき
実数部は最小値（Ｌ’）、虚数部が０のとき実数部は最
大値（Ｌ）という関係になっており、ばらつきの範囲内
では実効値（振幅値）の長さは一定となる。
【００３２】ここで、上記位相角と同様に実数部と虚数
部とで別々に平均化処理すると、虚数部は０、実数部は
ＬとＬ’の平均値となるため、実効値が実際の長さＬよ
りも小さく表示されることになり矛盾が生ずることにな
る。
部とで別々に平均化処理すると、虚数部は０、実数部は
ＬとＬ’の平均値となるため、実効値が実際の長さＬよ
りも小さく表示されることになり矛盾が生ずることにな
る。
【００３３】特に、高次数の歪み波の場合、位相差角の
変動がきわめて激しいことがあるため、上記の矛盾がよ
り顕著に現れる。そのため、本発明では、実効値につい
ては位相差角と同様に実数部と虚数部とを別々に平均化
処理することなく、単純に表示値に１／√２を乗じて平
均化処理するようにしている。
変動がきわめて激しいことがあるため、上記の矛盾がよ
り顕著に現れる。そのため、本発明では、実効値につい
ては位相差角と同様に実数部と虚数部とを別々に平均化
処理することなく、単純に表示値に１／√２を乗じて平
均化処理するようにしている。
【００３４】次に、図５のフローチャートに基づいて本
発明の動作について説明する。まず、ステップＳＴ１
で、制御部２３４により外部同期信号（この例では回転
計による回転パルス）の分周比が設定される。そして、
ステップＳＴ２で分周後の周波数が測定され、ステップ
ＳＴ３でその測定結果からＰＬＬレンジが設定され、サ
ンプリング周波数が決定される。
発明の動作について説明する。まず、ステップＳＴ１
で、制御部２３４により外部同期信号（この例では回転
計による回転パルス）の分周比が設定される。そして、
ステップＳＴ２で分周後の周波数が測定され、ステップ
ＳＴ３でその測定結果からＰＬＬレンジが設定され、サ
ンプリング周波数が決定される。
【００３５】ステップＳＴ４で電圧／電流波形がサンプ
リングされ、ステップＳＴ５でＦＦＴ処理により基本波
のデータが算出される。ステップＳＴ６でユーザーに対
して平均化処理の要否判断が求められる。
リングされ、ステップＳＴ５でＦＦＴ処理により基本波
のデータが算出される。ステップＳＴ６でユーザーに対
して平均化処理の要否判断が求められる。
【００３６】平均化処理が不要な場合には、ステップＳ
Ｔ７ａでＦＦＴ解析データの実数部と虚数部との合成値
から実効値と位相差角とがそれぞれ算出された後、ステ
ップＳＴ８に移行する。これに対して、平均化処理が必
要な場合には、ステップＳＴ７ｂで実効値については実
数部と虚数部の合成値から平均値が求められ、位相差角
については実数部の平均値と虚数部の平均値との合成値
から位相差角が求められた後、ステップＳＴ８に移行す
る。
Ｔ７ａでＦＦＴ解析データの実数部と虚数部との合成値
から実効値と位相差角とがそれぞれ算出された後、ステ
ップＳＴ８に移行する。これに対して、平均化処理が必
要な場合には、ステップＳＴ７ｂで実効値については実
数部と虚数部の合成値から平均値が求められ、位相差角
については実数部の平均値と虚数部の平均値との合成値
から位相差角が求められた後、ステップＳＴ８に移行す
る。
【００３７】ステップＳＴ８ではユーザーに対して、ス
テップＳＴ７ａもしくはステップＳＴ７ｂで算出された
位相差角θをメモリ２５１に記憶するかの判断が求めら
れる。ボタン操作などにより、記憶要の指示が出される
とステップＳＴ８ａで、その位相差角θがメモリ２５１
に記憶される。以後の説明において、このメモリに記憶
された位相差角を補正位相差角θ０とする。補正位相差
角θ０の記憶個数については特に制限はない。
テップＳＴ７ａもしくはステップＳＴ７ｂで算出された
位相差角θをメモリ２５１に記憶するかの判断が求めら
れる。ボタン操作などにより、記憶要の指示が出される
とステップＳＴ８ａで、その位相差角θがメモリ２５１
に記憶される。以後の説明において、このメモリに記憶
された位相差角を補正位相差角θ０とする。補正位相差
角θ０の記憶個数については特に制限はない。
【００３８】次に、ステップＳＴ９において、ベクトル
表示部２７０に実効値と位相差角θとをベクトル表示す
るにあたって、ユーザーに対して外部同期信号と電圧Ｕ
（もしくは電流Ｉ）のいずれかを基準として表示するか
の表示基準項目の判断が求められる。
表示部２７０に実効値と位相差角θとをベクトル表示す
るにあたって、ユーザーに対して外部同期信号と電圧Ｕ
（もしくは電流Ｉ）のいずれかを基準として表示するか
の表示基準項目の判断が求められる。
【００３９】その表示基準項目として、外部同期信号が
選択された場合（第１表示モード時）には、ステップＳ
Ｔ１０ａが実行され、分周された外部同期信号を基準
（０ｄｅｇ．）として、電圧Ｕ（もしくは電流Ｉ）の基
本波の実効値が位相差角θをもって表示される。
選択された場合（第１表示モード時）には、ステップＳ
Ｔ１０ａが実行され、分周された外部同期信号を基準
（０ｄｅｇ．）として、電圧Ｕ（もしくは電流Ｉ）の基
本波の実効値が位相差角θをもって表示される。
【００４０】これに対して、表示基準項目に電圧Ｕ（も
しくは電流Ｉ）が選択された場合（第２表示モード時）
には、ステップＳＴ１０ｂで外部同期信号表示用のライ
ンＬが用意され、ステップＳＴ１０ｃで電圧Ｕ（もしく
は電流Ｉ）の実効値を基準（０ｄｅｇ．）として、外部
同期信号に対応したラインＬが位相差角θをもって表示
される。
しくは電流Ｉ）が選択された場合（第２表示モード時）
には、ステップＳＴ１０ｂで外部同期信号表示用のライ
ンＬが用意され、ステップＳＴ１０ｃで電圧Ｕ（もしく
は電流Ｉ）の実効値を基準（０ｄｅｇ．）として、外部
同期信号に対応したラインＬが位相差角θをもって表示
される。
【００４１】次に、ステップＳＴ１１で同期モータＭの
トルク測定データをベクトル表示に反映させるかの判断
がユーザに求められ、ＮＯの場合にはステップＳＴ１２
ａでベクトル表示を固定としたままステップＳＴ２に戻
り、ＹＥＳの場合にはステップＳＴ１２ｂでベクトルラ
インの長さをトルク値に対応した長さで描画したうえで
ステップＳＴ２に戻る。
トルク測定データをベクトル表示に反映させるかの判断
がユーザに求められ、ＮＯの場合にはステップＳＴ１２
ａでベクトル表示を固定としたままステップＳＴ２に戻
り、ＹＥＳの場合にはステップＳＴ１２ｂでベクトルラ
インの長さをトルク値に対応した長さで描画したうえで
ステップＳＴ２に戻る。
【００４２】そして、再び電圧／電流波形がサンプリン
グされ、その基本波についての実効値と、外部同期信号
に対する位相差角θが求められるのであるが、同期モー
タＭの負荷Ｌを変えたような場合には、その負荷変動に
起因する位相差角θの変化量をベクトル表示することも
できる。
グされ、その基本波についての実効値と、外部同期信号
に対する位相差角θが求められるのであるが、同期モー
タＭの負荷Ｌを変えたような場合には、その負荷変動に
起因する位相差角θの変化量をベクトル表示することも
できる。
【００４３】例えば、前回の測定時に上記ステップＳＴ
８でメモリ２５１に記憶させた補正位相差角θ０が無負
荷時のもので、今回の測定で得られた位相差角θが有負
荷時のものであるとして、ユーザーよりその変化量を表
示させる指示があった場合には、ステップＳＴ１０ａお
よびステップＳＴ１０ｃのいずれの表示モードにおいて
も、メモリ２５１から補正位相差角θ０を読み出して、
今回測定された位相差角θから補正位相差角θ０を差し
引いて、その変化量Δθをベクトル表示する。
８でメモリ２５１に記憶させた補正位相差角θ０が無負
荷時のもので、今回の測定で得られた位相差角θが有負
荷時のものであるとして、ユーザーよりその変化量を表
示させる指示があった場合には、ステップＳＴ１０ａお
よびステップＳＴ１０ｃのいずれの表示モードにおいて
も、メモリ２５１から補正位相差角θ０を読み出して、
今回測定された位相差角θから補正位相差角θ０を差し
引いて、その変化量Δθをベクトル表示する。
【００４４】その場合、第１表示モードでの変化量Δθ
は（θ−θ０）で、第２表示モードでの変化量Δθは
（θ０−θ）となる。なお、この変化量Δθのベトクル
を表示するにあたっては、それが補正後のものであるこ
とを識別するため、例えば表示色や模様などを変えるこ
とが好ましい。
は（θ−θ０）で、第２表示モードでの変化量Δθは
（θ０−θ）となる。なお、この変化量Δθのベトクル
を表示するにあたっては、それが補正後のものであるこ
とを識別するため、例えば表示色や模様などを変えるこ
とが好ましい。
【００４５】図６にステップ１０ａでの第１表示モー
ド、すなわち外部同期信号側を０ｄｅｇ．基準として、
例えば電圧Ｕの実効値に位相差角θを持たせて表示した
場合の各例を示す。
ド、すなわち外部同期信号側を０ｄｅｇ．基準として、
例えば電圧Ｕの実効値に位相差角θを持たせて表示した
場合の各例を示す。
【００４６】図６（ａ）はもっともシンプルな表示例で
あり、図６（ｂ）は０ｄｅｇ．基準に外部同期信号表示
用のラインＬを表示した場合の表示例である。図６
（ｃ）は外部同期信号表示用のラインＬをトルク値に対
応した長さで表示した場合の例で、図６（ｄ）は三相の
各電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の実効値を同時に表示した例で
ある。
あり、図６（ｂ）は０ｄｅｇ．基準に外部同期信号表示
用のラインＬを表示した場合の表示例である。図６
（ｃ）は外部同期信号表示用のラインＬをトルク値に対
応した長さで表示した場合の例で、図６（ｄ）は三相の
各電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の実効値を同時に表示した例で
ある。
【００４７】図７にステップ１０ｃでの第２表示モー
ド、すなわち外部同期信号以外の例えば電圧Ｕの実効値
を０ｄｅｇ．基準として外部同期信号表示用のラインＬ
に位相差角θを持たせて表示した場合の各例を示す。
ド、すなわち外部同期信号以外の例えば電圧Ｕの実効値
を０ｄｅｇ．基準として外部同期信号表示用のラインＬ
に位相差角θを持たせて表示した場合の各例を示す。
【００４８】図７（ａ）はもっともシンプルな表示例
で、図７（ｂ）は外部同期信号表示用のラインＬをトル
ク値に対応した長さで表示した場合の例である。図７
（ｃ）は三相の各電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の実効値と外部
同期信号表示用のラインＬを同時に表示した例である。
で、図７（ｂ）は外部同期信号表示用のラインＬをトル
ク値に対応した長さで表示した場合の例である。図７
（ｃ）は三相の各電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の実効値と外部
同期信号表示用のラインＬを同時に表示した例である。
【００４９】このベクトル表示において、電圧は同期モ
ータＭの固定子巻線に相当し、外部同期信号が同期モー
タＭの回転子磁極に相当するため、その位相差角を視覚
的に把握することができる。したがって、同期モータＭ
を高効率に制御するうえで有用なデータが得られる。
ータＭの固定子巻線に相当し、外部同期信号が同期モー
タＭの回転子磁極に相当するため、その位相差角を視覚
的に把握することができる。したがって、同期モータＭ
を高効率に制御するうえで有用なデータが得られる。
【００５０】また、例えば無負荷時の位相差角を補正位
相差角θ０としてメモリに記憶させておき、有負荷時に
おける位相差角θから無負荷時の補正位相差角θ０を差
し引くことにより、負荷変動に伴なう位相の変化量Δθ
も容易に把握することができる。
相差角θ０としてメモリに記憶させておき、有負荷時に
おける位相差角θから無負荷時の補正位相差角θ０を差
し引くことにより、負荷変動に伴なう位相の変化量Δθ
も容易に把握することができる。
【００５１】その場合、モータにトルクがかかると、回
転子が固定子に対してより遅れるため、表示モードとし
ては、電圧Ｕの実効値ラインを０ｄｅｇ．基準として、
外部同期信号側のラインＬに位相差角を持たせて表示す
る第２表示モードの方が、その遅れ現象をユーザに理解
されやすいので好ましいと言える。
転子が固定子に対してより遅れるため、表示モードとし
ては、電圧Ｕの実効値ラインを０ｄｅｇ．基準として、
外部同期信号側のラインＬに位相差角を持たせて表示す
る第２表示モードの方が、その遅れ現象をユーザに理解
されやすいので好ましいと言える。
【００５２】以上、本発明を上記実施形態により説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、入力信号は電流であってもよい。また、基本波のみ
ならず、２次以上の高調波についても同様にベクトル表
示することができる。
たが、本発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、入力信号は電流であってもよい。また、基本波のみ
ならず、２次以上の高調波についても同様にベクトル表
示することができる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷に応じて変化する同期モータの固定子巻線と回転子
磁極との間に生ずる位相差角を、その同期モータに供給
される電圧（もしくは電流）と、同期モータから得られ
る外部同期信号とから求めて表示するにあたって、表示
部に複素ベクトル平面を設定し、外部同期信号もしくは
電圧基本波のいずれか一方を実軸基準ラインに設定し、
いずれか他方を位相差角でベクトル表示するとともに、
２つの異なる任意の時点における外部同期信号と基本波
とにより求めた２つの位相差角から、その変化量を算出
して上記複素ベクトル平面にベクトル表示可能としたこ
とにより、同期モータの固定子巻線と回転子磁極との間
の位相関係を視覚的に容易に把握することができるばか
りでなく、無負荷時に対する有負荷時の負荷変動に起因
する位相ずれ（変化量）をも視覚的に容易に把握するこ
とができる。したがって、同期モータＭを高効率に制御
するうえで有用なデータが得られる。
負荷に応じて変化する同期モータの固定子巻線と回転子
磁極との間に生ずる位相差角を、その同期モータに供給
される電圧（もしくは電流）と、同期モータから得られ
る外部同期信号とから求めて表示するにあたって、表示
部に複素ベクトル平面を設定し、外部同期信号もしくは
電圧基本波のいずれか一方を実軸基準ラインに設定し、
いずれか他方を位相差角でベクトル表示するとともに、
２つの異なる任意の時点における外部同期信号と基本波
とにより求めた２つの位相差角から、その変化量を算出
して上記複素ベクトル平面にベクトル表示可能としたこ
とにより、同期モータの固定子巻線と回転子磁極との間
の位相関係を視覚的に容易に把握することができるばか
りでなく、無負荷時に対する有負荷時の負荷変動に起因
する位相ずれ（変化量）をも視覚的に容易に把握するこ
とができる。したがって、同期モータＭを高効率に制御
するうえで有用なデータが得られる。
【００５４】
【図１】本発明による同期モータの測定系を示した模式
図。
図。
【図２】本発明の電力計に組み込まれるＦＦＴアナライ
ザの回路構成図。
ザの回路構成図。
【図３】本発明で行う位相角の平均化処理を説明するた
めの説明図。
めの説明図。
【図４】本発明で行う実効値の平均化処理を説明するた
めの説明図。
めの説明図。
【図５】本発明の動作説明用のフローチャート。
【図６】本発明の第１表示モードによるベクトル表示例
を示した図。
を示した図。
【図７】本発明の第２表示モードによるベクトル表示例
を示した図。
を示した図。
【図８】従来の同期モータの測定系を示した模式図。
【図９】同期モータの無負荷時と有負荷時の位相ずれ関
係を示した波形図。
係を示した波形図。
１ ＦＦＴアナライザ
２ 電力計
３ 回転計
４ トルク表示部
１００ 電力計
２００ ＦＦＴアナライザ
２１０ Ａ／Ｄ変換部
２１１，２１２ ローパスフィルタ
２１３，２１４ Ａ／Ｄコンバータ
２３０ ＰＬＬ制御部
２３１ 波形整形回路
２３２ 分周回路
２３３ ＰＬＬ回路
２３４ 制御部
２５０ フーリエ変換部
２５１ メモリ
２７０ ベクトル表示部
Ｐ 三相電源
Ｍ 同期モータ
Ｌ 負荷
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 半田 信久
長野県上田市大字小泉字桜町81 日置電
機株式会社内
(72)発明者 久保田 訓久
長野県上田市大字小泉字桜町81 日置電
機株式会社内
(72)発明者 新 博文
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(72)発明者 岸田 真
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(72)発明者 山本 恵一
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(72)発明者 篠木 弘明
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(56)参考文献 特開 昭59−166872（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−186871（ＪＰ，Ａ)
実開 昭64−19175（ＪＰ，Ｕ)
実開 平５−48599（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 31/34
G01R 25/00 - 25/08
H02P 7/36 - 7/625
H02P 6/00 - 6/02
Claims (3)
- 【請求項１】 同期モータに与えられる交流電源（電圧
および／または電流）をディジタルデータに変換するＡ
／Ｄ変換部と、上記同期モータの回転に同期した外部同
期信号が入力される外部同期信号入力部と、上記Ａ／Ｄ
変換部から出力される上記交流電源のディジタルデータ
をフーリエ変換するフーリエ変換部を有する制御手段
と、メモリおよび表示部とを含み、上記フーリエ変換に
より上記交流電源の基本波を得るとともに、上記外部同
期信号と上記基本波との位相差角θａを求めて、その位
相差角θａを上記表示部に表示するにあたって、上記制
御手段は、上記表示部に複素ベクトル平面を設定し、上
記外部同期信号もしくは上記基本波のいずれか一方を実
軸基準ラインに設定し、いずれか他方を上記位相差角θ
ａでベクトル表示する同期モータの位相差角表示装置に
おいて、 上記制御手段は、２つの異なる任意の時点における上記
外部同期信号と上記基本波とにより求められた２つの位
相差角θａ １ ，θａ ２ から、変化量（θａ １ −θａ ２ ）
を算出し、その変化量を上記複素ベクトル平面にベクト
ル表示することを特徴とする同期モータの位相差角表示
装置。 - 【請求項２】 上記同期モータのトルクを検出するトル
ク検出手段をさらに備え、上記制御手段は、上記同期モ
ータのトルク値に応じて上記ベクトル表示を変化させる
請求項１に記載の同期モータの位相差角表示装置。 - 【請求項３】 上記ベクトル表示を位相±１８０゜で表
すとともに、その表示を更新する場合、位相差角につい
ては、ＦＦＴ解析データで求められた実数部と虚数部と
を別々に平均化した後に合成し、実効値については、上
記実数部と上記虚数部を合成して得られる振幅値に１／
√２を乗じて求める請求項１または２に記載の同期モー
タの位相差角表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163802A JP3464792B2 (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 同期モータの位相差角表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163802A JP3464792B2 (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 同期モータの位相差角表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002357648A JP2002357648A (ja) | 2002-12-13 |
| JP3464792B2 true JP3464792B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=19006707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001163802A Expired - Lifetime JP3464792B2 (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 同期モータの位相差角表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3464792B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005066648A1 (fr) | 2003-12-31 | 2005-07-21 | Zhaolei Wang | Procede de mesure de l'etat de fonctionnement d'un moteur synchrone au moyen de puissance composite |
| CN100361383C (zh) * | 2005-08-08 | 2008-01-09 | 河北省电子信息技术研究院 | 同步电动机励磁恒功角θ闭环自动调节方法 |
| JP5214163B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2013-06-19 | 北海道旅客鉄道株式会社 | 位相差計測システムおよび位相差計測方法 |
| JP5695888B2 (ja) * | 2010-11-24 | 2015-04-08 | 横河電機株式会社 | 電気角測定装置 |
| JP2013124915A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Yokogawa Electric Corp | 電力測定器 |
| JP5876349B2 (ja) * | 2012-03-28 | 2016-03-02 | 中国電力株式会社 | 位相表示器 |
| CN106872809B (zh) * | 2017-03-28 | 2023-09-08 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种基于压频控制方法的定子相序检测装置 |
-
2001
- 2001-05-31 JP JP2001163802A patent/JP3464792B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002357648A (ja) | 2002-12-13 |
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