JP4289500B2 - アナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置 - Google Patents
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Description
この模擬装置は、誘導電動機の2次電流、鎖交磁束あるいは発生トルク等を演算可能であって、アナログ回路により構成することで制御回路と直結できるようにした模擬装置であり、また、2次電流、鎖交磁束等を演算できることを利用して誘導電動機のベクトル制御にも応用可能としたものである。
そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。
巻線形誘導機の2次励磁電圧を印加する入力端子と、
巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を連続量にて計算するアナログ演算手段と、
アナログ演算手段における演算に必要な誘導機接続端の電圧を検出する手段と、
アナログ演算手段による演算結果から求められる瞬時電流をアナログ演算手段における演算に必要な誘導機接続端の電流としてフィードバックする手段と、
アナログ演算手段による演算結果から求められる瞬時電流を巻線形誘導機の1次電流としてシミュレータ系統に流すための電流源と、を備えたものである。
巻線形誘導機の2次励磁電圧を印加する入力端子と、
巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を連続量にて演算するアナログ演算手段と、
アナログ演算手段における演算に必要な誘導機接続端の電流を検出する手段と、
アナログ演算手段による演算結果から求められる瞬時電圧を巻線形誘導機の端子電圧としてシミュレータ系統に印加するための電圧源と、を備えたものである。
[第1実施形態]
まず、図1は、請求項1に相当する本発明の第1実施形態を示すものである。
図1において、100Aはこの実施形態にかかるアナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置である。この巻線形誘導機模擬装置100Aは、2次励磁電圧を印加する入力端子と、巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を計算するアナログ演算部101Aと、その演算に必要な誘導機接続端の電圧を検出する電圧検出器102a,102b,102c及び誘導機接続端の電流値フィードバック回路103と、アナログ演算部101Aによる演算結果から求まる瞬時電流をシミュレータ系統200に流すための3相電流源104とから構成される。
電圧検出器102a,102b,102cは誘導機接続端の相電圧を検出し、アナログ演算部101Aに入力する。誘導機接続端の電流値はアナログ演算部101Aにより計算された電流指令値と等しくなることから、電流検出器を用いず、アナログ演算部101Aにより計算された電流指令値を電流値フィードバック回路103を介してアナログ演算部101Aに入力する。
3相電流源104は、アナログ演算部101Aにより計算された電流指令値に応じた誘導機1次電流をシミュレータ系統200に送出、または引き込むことができる。これにより、実機と物理的に等価な巻線形誘導機を模擬することができる。
(1)巻線形誘導機を模擬する等価回路
巻線形誘導機の等価回路には、2次回路がオープンになっているモデルを採用する。この回路によって、2次側回路は外部の接続も含めた巻線の特性を模擬することができる。
機械角速度座標系で表現した場合の、巻線形誘導機のd軸等価回路を図2に、q軸等価回路を図3に示す。なお、これらの図において、Xm:相互リアクタンス、R2:2次抵抗、X2:2次リアクタンス、R1:1次抵抗、X1:1次リアクタンス、Vd:d軸1次電圧、Id:d軸1次電流、Ifd:d軸2次励磁電流、Vfd:d軸2次励磁電圧、Vmd:d軸2次電圧、Vq:q軸1次電圧、Ifq:q軸2次励磁電流、Vfq:q軸2次励磁電圧、Vmq:q軸2次電圧とする。また、飽和(飽和補正d軸電流Id s、飽和補正q軸電流Iq s)は考慮しない。
まず、数式1にd軸2次励磁電圧Vfdの演算式を示す。
(2)2次励磁電圧のαβ変換部
2次励磁電圧のαβ変換部113では、A相2次励磁電圧Vfa,B相2次励磁電圧Vfb,C相2次励磁電圧Vfcをαβ変換し、α相2次励磁電圧Vfα,β相2次励磁電圧Vfβを求める。
3相2次励磁電圧Vfa,Vfb,VfcをVfα,Vfβに変換するために、数式5を使用する。
d軸2次励磁電流演算部114dでは、d軸2次励磁電圧Vfd、d軸2次電圧Vmdからd軸2次励磁電流Ifdを求める。なお、d軸2次励磁電圧Vfdはα相2次励磁電圧Vfαから2次巻線−1次巻線位相同相化用ゲインにより求める。また、d軸2次電圧Vmdはd軸磁束φmdから求める。
ここで、d軸2次励磁電流Ifdは前述した数式2によって求める。
また、d軸2次励磁電圧Vfdは、数式7によって求める。
これらの数式2,3,7によって導出されたd軸2次励磁電流演算部114dのブロック図を、図5に示す。
q軸2次励磁電流演算部114qは、d軸2次励磁電流演算部114dと同一の回路により構成される。
q軸2次励磁電流演算部114qでは、q軸2次励磁電圧Vfq、d軸2次電圧Vmqからq軸2次励磁電流Ifqを求める。なお、q軸2次励磁電圧Vfqはβ相2次励磁電圧Vfβから2次巻線−1次巻線位相同相化用ゲインにより求める。また、q軸2次電圧Vmqはq軸磁束φmqから求める。
更に、q軸2次励磁電流Ifqは、数式8によって求める。
d軸磁束演算部105dでは、d軸1次電流Id、d軸2次励磁電流Ifd、飽和補正d軸電流Id s(飽和選択時のみ使用)から、d軸磁束φmdを求める。
すなわち、d軸磁束φmdは数式11によって演算される。
q軸磁束演算部105qは、d軸磁束演算部105dと同一回路にて構成される。q軸磁束演算部105qでは、q軸1次電流Iq、q軸2次励磁電流Ifq、飽和補正q軸電流Iq s(飽和選択時のみ使用)から、q軸磁束φmqを求める。
すなわち、q軸磁束φmqは数式12によって演算される。
飽和特性演算部106では、d軸磁束φmd,q軸磁束φmqの大きさと設定された飽和開始点の大きさとを比較し、下記の数式13,14の定義により、飽和補正d軸電流Id s,飽和補正q軸電流Iq sを計算する。
計算した飽和補正d軸電流Id s,飽和補正q軸電流Iq sを、dq軸磁束演算部105d,105qによってd軸1次電流Id,q軸1次電流Iqからそれぞれ差し引くことにより、dq両軸に飽和特性(主磁束飽和)を反映する。
逆起電力演算部107では、d軸磁束φmd,q軸磁束φmqからαβ変換によりα相磁束φα及びβ相磁束φβを求め、これらのα相磁束φα及びβ相磁束φβから2相−3相変換によりA相磁束φa,B相磁束φb,C相磁束φcを求める。また、A相逆起電力Ea,B相逆起電力Eb,C相逆起電力EcはそれぞれA相磁束φa,B相磁束φb,C相磁束φcを微分して求められる。
まず、磁束のdq軸成分のαβ変換について説明する。本アナログシミュレータ用誘導機模擬装置では、dq成分からのαβ変換は機械角速度座標系で模擬を行っているので、数式15により表現される。
cosξ=−cosωt
sinξ=−sinωt
となるようにsinξ,cosξを定義する。
以上より、φα,φβは数式16によって表すことができる。
次に、磁束のαβ成分の3相変換について説明する。φα,φβをφa,φb,φcに変換するためには、数式17を使用する。
次に、逆起電力演算について説明する。逆起電力Ea,Eb,Ecは、前述した如くφa,φb,φcを微分の微分によって求められる。
以上述べたdq軸成分のαβ変換、αβ成分の3相変換、逆起電力演算より、磁束φmd,φmqから逆起電力Ea,Eb,Ecを求める方法は、図10に示す通りになる。
1次電流演算部108では、A相逆起電力Ea,B相逆起電力Eb,C相逆起電力Ec、誘導機接続端のA相電圧Va,B相電圧Vb,C相電圧Vcから、A相1次電流Ia,B相1次電流Ib,C相1次電流Icを求める。
すなわち、1次電流Ia,Ib,Icは、数式19により演算することができる。
1次電流のdq軸変換部109では、A相1次電流Ia,B相1次電流Ib,C相1次電流Icをαβ変換し、α相1次電流Iα,β相1次電流Iβを求める。更に、これらのα相1次電流Iα,β相1次電流Iβをdq軸変換することにより、d軸1次電流Id,q軸1次電流Iqを求める。
まず、1次電流の3相成分のαβ変換について説明する。3相1次電流Ia,Ib,IcをIα,Iβに変換するためには、数式20を使用する。
次に、1次電流のαβ成分のdq軸変換について説明する。本アナログシミュレータ用誘導機模擬装置では、αβ成分のdq軸変換は数式22によって表現される。
cosξ=−cosωt
sinξ=−sinωt
となるようにsinξ,cosξを定義する。
よって、Id,Iqは数式23で表すことができる。
誘導機は、負荷特性によって求められた負荷トルク(負のトルクを入力した場合、アナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置は誘導電動機の特性を示す。正のトルクを入力した場合、アナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置は誘導発電機の特性を示す。)を加えることにより、1次回路に電流が発生する。
トルク・角速度演算部110では、d軸1次電流Id、q軸1次電流Iq、d軸磁束φmd、q軸磁束φmqから誘導機電気トルクTeを求める。更に、誘導機電気トルクTe及び負荷トルクTmから、角速度ωmを求める。
誘導機電気トルクTeの演算は数式24の通りであり、角速度ωmの演算は数式25の通りである。
数式24,25より導出されたトルク・角速度演算部110のブロック図を図13に示す。
2相発信器112では、角速度ωmからsinξ,cosξを求める。但し、この時の誘導機の回転角速度をωとすると、数式26となるようにsinξ,cosξを計算する。
次に、請求項2の発明に相当する本発明の第2実施形態を説明する。
図14において、100Bはアナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置である。この巻線形誘導機模擬装置100Bは、2次励磁電圧を印加する入力端子と、巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を計算するアナログ演算部101Bと、その演算に必要な誘導機接続端の電流を検出する電流検出器117a,117b,117cと、アナログ演算部101Bによる演算結果から求まる瞬時端子電圧をシミュレータ系統200に印加するための3相電圧源116とから構成される。
電流検出器117a,117b,117cは、誘導機接続端の電流を検出し、アナログ演算部101Bに入力する。
巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を計算するアナログ演算部101Bは、2次励磁電圧のαβ変換部113、d軸2次励磁電流演算部114d、q軸2次励磁電流演算部114q、d軸磁束演算部105d、q軸磁束演算部105q、飽和特性演算部106、逆起電力演算部107、端子電圧演算部115、1次電流のdq軸変換部109、トルク・角速度演算部110、負荷特性模擬部111、2相発信器112により構成され、全体として誘導機接続端の電流値及び2次励磁電圧から3相電圧源116への電圧指令値を計算する。
3相電圧源116は、アナログ演算部101Bにより計算された電圧指令値に応じた誘導機端子相電圧をシミュレータ系統200に印加することができる。これにより、実機と物理的に等価な巻線形誘導機を模擬することができる。
誘導機端子相電圧Va,Vb,Vcは、数式27により演算することができる。
数式27により導出された端子電圧演算部115のブロック図を図15に示す。
図16の波形と図17の波形とは良く一致しており、このことから、アナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置は巻線形誘導機の特性を模擬できていることが判る。
101A,101B:アナログ演算部
102a,102b,102c:電圧検出器
103:電流値フィードバック回路
104:3相電流源
105d:d軸磁束演算部
105q:q軸磁束演算部
106:飽和特性演算部
107:逆起電力演算部
108:1次電流演算部
109:1次電流のdq軸変換部
110:トルク・角速度演算部
111:負荷特性模擬部
112:2相発信器
113:2次励磁電圧のαβ変換部
114d:d軸2次励磁電流演算部
114q:q軸2次励磁電流演算部
115:端子電圧演算部
116:3相電圧源
117a,117b,117c:電流検出器
200:シミュレータ系統
Claims (2)
- 電力系統用リアルタイムアナログシミュレータのシミュレータ系統に接続される巻線形誘導機模擬装置において、
巻線形誘導機の2次励磁電圧を印加する入力端子と、
巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を連続量にて計算するアナログ演算手段と、
アナログ演算手段における演算に必要な誘導機接続端の電圧を検出する手段と、
アナログ演算手段による演算結果から求められる瞬時電流をアナログ演算手段における演算に必要な誘導機接続端の電流としてフィードバックする手段と、
アナログ演算手段による演算結果から求められる瞬時電流を巻線形誘導機の1次電流としてシミュレータ系統に流すための電流源と、
を備えたことを特徴とするアナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置。 - 電力系統用リアルタイムアナログシミュレータのシミュレータ系統に接続される巻線形誘導機模擬装置において、
巻線形誘導機の2次励磁電圧を印加する入力端子と、
巻線形誘導機の一般的な物理的特性を表す数式を連続量にて演算するアナログ演算手段と、
アナログ演算手段における演算に必要な誘導機接続端の電流を検出する手段と、
アナログ演算手段による演算結果から求められる瞬時電圧を巻線形誘導機の端子電圧としてシミュレータ系統に印加するための電圧源と、
を備えたことを特徴とするアナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置。
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