JPS58139662A - Torque measuring device for ac rotary machine - Google Patents

Torque measuring device for ac rotary machine

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JPS58139662A
JPS58139662A JP1882882A JP1882882A JPS58139662A JP S58139662 A JPS58139662 A JP S58139662A JP 1882882 A JP1882882 A JP 1882882A JP 1882882 A JP1882882 A JP 1882882A JP S58139662 A JPS58139662 A JP S58139662A
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JP
Japan
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torque
phase
voltage
rotating machine
measuring device
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Application number
JP1882882A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Yamashita
誠二 山下
Noriyoshi Takahashi
高橋 典義
Keiji Arai
新井 啓治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58139662A publication Critical patent/JPS58139662A/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343Testing dynamo-electric machines in operation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To accurately obtain a true torque together with its instantaneous value by calculating and measuring the torque produced from a terminal voltage and current on the basis of a torque producing principle of an AC rotary machine. CONSTITUTION:Voltage detectors 61, 62 respectively detect line voltages of two phases which are supplied to a motor 11. Current detectors 63, 64 detect line currents which are supplied from a power source 51 to the motor 11. These detected outputs are inputted through an A/D converter 71 a buffer memory 72 to a memory 73. A computer 74 processes data which are read out from the memory 73, calculates the torque of the motor 11, and outputs the result to an external output device 75.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大型の誘導電動機など交流回転機が発生する
トルクを瞬時値をも含めて正確に測定することのできる
トルク測定装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a torque measuring device that can accurately measure torque, including instantaneous values, generated by an AC rotating machine such as a large induction motor.

従来、電動機などKおけるトルクの測定は、実際にその
出力軸から取シ出されるトルクを機械的に測定する方法
が主として採用されており、その九め、比較的小型の電
動機ではグローニー動力計や電気動力計などが用いられ
、比較的大型機においては第1図に示すような装置が用
いられていた。
Conventionally, to measure torque in motors such as electric motors, the main method has been to mechanically measure the torque actually taken out from the output shaft. An electric dynamometer or the like was used, and a device like the one shown in Figure 1 was used in relatively large machines.

第1図において、11は被測定対象とな為電動機、21
はトルク検出器、31は負荷吸収装置、41.42はカ
ップリングである。
In Fig. 1, 11 is the electric motor as it is the object to be measured, and 21
3 is a torque detector, 31 is a load absorbing device, and 41.42 is a coupling.

トルク検出器21はカップリング411介して電動機1
1の出力軸に結合した入力軸と、カップリング42を介
して負荷吸収装置31の入力軸に結合した出力軸とを備
え、そO入力軸から出力軸に伝達されるトルクによって
生じる入力軸と出力軸との間でのねじれによる変位量を
トルクとして検出するようになっておシ、これにより′
電動機1が発生しているトルク【測定することができる
ようになつ℃いる。
The torque detector 21 is connected to the electric motor 1 via a coupling 411.
1, and an output shaft coupled to the input shaft of the load absorbing device 31 via the coupling 42. The amount of displacement due to torsion between the output shaft and the output shaft is now detected as torque.
The torque generated by the electric motor 1 can now be measured.

しかしながら、被測定用の電動機11がさらに大容量の
ものとなると、この第1図に示した装置によつ【もトル
クの測定を行なうのはかなり困難になるという問題があ
る。特に、数百KW以上にも達する誘導電動機(以下、
IMという)の始動トルクなど、始動から定速度までの
トルク特性を測定しようとすると極め【困難な間at生
じ【しまう、すなわち、このような大容量になるとトル
ク検出器21や負荷吸収装置31、それにカップリング
41.42が大型化し、特に負荷吸収装置31は被測定
用電動機11に匹敵する、或いはそれ以上に大盤で重量
の大きな装置が必要になるため、測定に要するコストが
膨大になってしまうのである。
However, if the electric motor 11 to be measured becomes larger in capacity, there is a problem in that it becomes quite difficult to measure the torque using the apparatus shown in FIG. In particular, induction motors (hereinafter referred to as
If you try to measure the torque characteristics from startup to constant speed, such as the starting torque of an IM, it will be extremely difficult to measure the torque characteristics, such as the starting torque of the IM. In addition, the couplings 41 and 42 become larger, and the load absorbing device 31 in particular requires a device that is as large and heavy as the motor 11 to be measured, or even more so, and the cost required for measurement becomes enormous. It's put away.

また、IMなどでは、通常、その始動電流が定格電流の
数倍から数10倍に4達し、そのため電源設備が膨大に
なる上、トルク測定の良めに長時間始動電流を流すこと
はIMの温度上昇が着しくなって熱的破壊の危険も生じ
易いなどの問題もあり、さらに、トルク検出器21によ
ってトルクが測定される結果、IMの内部で損失となっ
てしまうトルク分についての検出か不可能な上、トルク
検出器21や負荷吸収装置31、さらにIMの回転子自
体の慣性エネルギに変換されてしまうトルクがあるため
、瞬時トルクの測定が困難で、測定誤差が着しいという
問題もあ如、結局、この第1図に示したようなトルク測
定装置では、IMなどのトルクtあらゆる場合に正確に
測定することができないという欠点があつ九。
In addition, in IMs, the starting current usually reaches several times to several tens of times the rated current, which requires an enormous amount of power supply equipment, and it is difficult for IMs to run the starting current for a long time in order to improve torque measurement. There are also problems such as the risk of thermal breakdown due to the temperature rising rapidly.Furthermore, as the torque is measured by the torque detector 21, it is difficult to detect the torque that is lost inside the IM. Not only is this impossible, but there is also torque that is converted into inertial energy of the torque detector 21, load absorber 31, and even the IM rotor itself, making it difficult to measure instantaneous torque and causing serious measurement errors. In the end, the torque measuring device shown in FIG. 1 has the disadvantage that it cannot accurately measure torque t such as IM in all cases.

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、IM
などの多相交流回転機が発生する真のトルクtその瞬時
値までも含め、トルク検出器や負荷吸収装置、それに特
別な電源設備などを用いず、しかも被測定対象機の容量
にかかわりなく正確に求めることができるようにしたト
ルク測定装dt提供するにある。
The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to
The true torque t generated by a multi-phase AC rotating machine such as the To provide a torque measuring device dt that can be used to measure torque.

この目的を達成するため、本発明は、被測定対象となる
交流回転機のトルクtその出力軸で4械的に測定する代
シに、交流回転機のトルク発生水理に基づいてその端子
電圧と′1流から発生トルクを演算して測定するように
した点1*徴とする。
In order to achieve this object, the present invention provides an alternative method for measuring the torque t of an AC rotating machine to be measured mechanically at its output shaft, based on the torque generation hydraulics of the AC rotating machine. The generated torque is calculated and measured from the flow '1.

以下、本発明による交流回転機のトルク測定装置の爽施
例を図面について説明するのであるが、その前に、まず
、本発明におけるトルク測定原理につい【説明する。
Hereinafter, an embodiment of the torque measuring device for an AC rotating machine according to the present invention will be explained with reference to the drawings, but first, the principle of torque measurement according to the present invention will be explained.

いま、トルクを測定すべき交流回転機が2相のIMで、
その固定子が不平衡2相巻、回転子は平衡2相巻である
とし、かつ第2図に示すようにコイルの軸を取つえとす
る。第2図から、’8M −”IM @’IM + M
Md−θ”Rd−MMq、 cos(9Q’ e> ・
IBQ ・−・−・−(t)’SA = Lsr ’ 
8A + ’A/”(90” ) ” ’na+ M、
Q傷−・轟、  ・・・・・−・(3)’Rd ” L
Rd ”Rd + ’dM ”” 11M+MdA備(
90−リ・輸、・・−・・・(3)FR1=LR4・i
n、−MqM喝(90”−#)・18つ+ MQA o
″−°輸ム  ・・・・・・・・・(4)ただし、 ’8M # ’!iA ” 固定子O8M * 8 )
dlj a O磁束鎖交数’Rd e ’Rq ” 回
転子OR41R4s’SM I ’B□:固定子の8M
、S人巻線の電流”Rd t IHq :固定子の狗、
R−線の電流L8M t LEA ”固定子巻線8M、
8Aの自己インダクタンス LR:回転予巻IIIRd、〜ρ自已インダクタンス MMd書MdM: 8 MとR1−線の相互インダクタ
ンス MAd−町ム:SムとRd    “ MMq9MqM: SMと′FLq# Mム49Mqム:SAと84巻線の相互インダクタンス トシて、各コイルの磁束鎖交数が表わせる。
The AC rotating machine whose torque is to be measured is a two-phase IM.
Assume that the stator has an unbalanced two-phase winding, and the rotor has a balanced two-phase winding, and the axis of the coil is fixed as shown in FIG. From Figure 2, '8M -'IM @'IM + M
Md-θ"Rd-MMq, cos(9Q'e> ・
IBQ ・−・−・−(t)'SA = Lsr'
8A + 'A/"(90") "'na+M,
Q wound-・Todoroki, ・・・・・・・・・(3)'Rd”L
Rd ”Rd + 'dM ”” 11M+MdA equipped (
90-Li・・・・・・(3) FR1=LR4・i
n, -MqM (90"-#)・18 + MQA o
″−°transmitter ・・・・・・・・・(4) However, '8M #'!iA '' Stator O8M * 8)
dlj a O magnetic flux linkage 'Rd e 'Rq '' Rotor OR41R4s'SM I 'B□: Stator 8M
, S person winding current "Rd t IHq: Stator dog,
R-wire current L8M tLEA ``Stator winding 8M,
8A self-inductance LR: rotational prewinding IIIRd, ~ρ self-inductance MMd: 8 Mutual inductance between M and R1-line MAd-m: Sm and Rd " MMq9MqM: SM and 'FLq# M49MqM: The magnetic flux linkage of each coil can be expressed by the mutual inductance between SA and the 84 windings.

さらに hAma −Mdw = MMQ −MqM = MM
R”=・−・・・・・・・・・・・・・・(5)Nムd
−・にム=MAq;鳩ム= MAR”−”’−”四則−
(6)なる関係が成夛立つから、(1)〜(4)式よシ
ミ動機の全磁気、エネルギーは、各々のコイルの磁束鎖
交数と電流との積に比例することから、次式が成立する
Furthermore, hAma −Mdw = MMQ −MqM = MM
R”=・−・・・・・・・・・・・・・・・・(5) Nmud
−・nimu=MAq;Hatom=MAR”−”’−”Four rules−
Since the relationship (6) holds true, equations (1) to (4) indicate that the total magnetism and energy of the stain motive force are proportional to the product of the magnetic flux linkage and current of each coil, so the following equation holds true.

tJm−4(LsM)SM + LIA  ”8A +
 LH”Rd+LH’Bq)+ (MMl’1M’Rd
+MAR’8A ’Rq ) −’−(Mニー’Rq−
MAR’8A ’lq )”θ・・・・・・(7)電動
機の発生するトルクT Fi(7)式を角度0について
微分して表わされる。
tJm-4(LsM)SM+LIA”8A+
LH"Rd+LH'Bq)+ (MMl'1M'Rd
+MAR'8A'Rq) -'-(M Knee'Rq-
MAR'8A'lq)''θ... (7) Torque T generated by the electric motor Fi is expressed by differentiating equation (7) with respect to angle 0.

T−一鼾−− a# ”   (MMl輸M ’Rd +MAR’8A ’l
q ) i’(MMR’IM ’Bq  ’All ’
gA ’ Rd )−’°°(8)上式に(1)〜(4
)式および(5) (6)式の関係を代入すると(8)
式は、次式に書き表わせる。
T-one snore--a#” (MMl import M'Rd +MAR'8A'l
q) i'(MMR'IM'Bq'All'
gA'Rd)−'°°(8) In the above equation, (1) to (4
) and (5) and (6), we get (8)
The formula can be written as the following formula.

ここで、8A%線と8M巻線の巻線比tkωとすれば となる。したがって、 となる。ここで8M、8A*#のス四ット寸法とコイル
エンド形状が同一ならば、(11)式は0となる・ し危がって、トルクTは次式となる。
Here, if the winding ratio of the 8A% wire and the 8M winding is tkω. Therefore, . Here, if the slit dimensions and coil end shape of 8M and 8A*# are the same, equation (11) becomes 0. Therefore, the torque T becomes the following equation.

T−−1mmFiAK+1g+*Fsuk@’  ・−
・−・・−<12)さらに、FIA 、 F、Mは次式
に【表わせる。
T--1mmFiAK+1g+*Fsuk@' ・-
・・・・<12)Furthermore, FIA, F, and M can be expressed by the following formula.

’IM” J(U IM −rt*MlaM) dt 
・−・−・−・−・−<13)FIA−5(Usム−r
ah isn ) d t−・・−・−・−・−・−・
(14)ここでUIIM、oIIム:SM、SAコイル
の端子電五r1Ml’lA”     ’     の
抵抗である。
'IM' J(U IM -rt*MlaM) dt
・−・−・−・−・−<13)FIA-5(Usmu-r
ah isn) d t-・・−・−・−・−・−・
(14) Here, UIIM, oIIm: SM, SA are the resistances of the coil terminals r1Ml'lA"'.

よって(12)式はさらに T  vm  kωlll  S(ogM −reMi
ew  )dt−、、11M J(U8A −rgAi
8A ) di ・−・−・(15)となる。
Therefore, equation (12) is further expressed as T vm kωllll S(ogM −reMi
ew )dt-,,11M J(U8A-rgAi
8A) di ・−・−・(15).

したがって、この(15)式から、電動機の端子電圧、
固定子のコイル電流【測定すればトルクを測定できるこ
とがわかる。
Therefore, from this equation (15), the terminal voltage of the motor,
If you measure the stator coil current [you can see that you can measure the torque.

本発明は、以上に示した交流回転機における電磁気的な
関係に基づいてトルクの測定を行なうようにし念もので
、(15)式によって表わされ九原理に従って電動機の
端子電圧、電流、それに巻線の抵抗を測定することによ
)電動機が発生しているトルクの真の値が得られるよう
にしたもので、以下、本発明の実施例を図面について説
明する。
The present invention is designed to measure torque based on the electromagnetic relationship in an AC rotating machine as shown above, and is based on the nine principles expressed by equation (15) to determine the terminal voltage, current, and winding of the motor. Embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings.

第3図は本発明の一実施例で、51は2相の交流電源、
61.62は電圧検出器、63.64は電流検出器、7
1はアナログ・デイジメル変換器(A/Dという)、7
2はバッファメモリ、73はディジタルメモリ、74は
計算機、75は外部出力機器である。なお、被測定対象
となる電動機11は第1図の場合と同じである・ 前、圧検出器61.62は電源51から電動機11に供
給される2相の線間電圧、つま9相電圧をそれぞれ検出
する。そして、このとき、必要に応じて絶縁アンプなど
を用い、検出した相電圧信号を電動機11の入力からア
イソレートする。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, in which 51 is a two-phase AC power supply;
61.62 is a voltage detector, 63.64 is a current detector, 7
1 is an analog/daisymel converter (referred to as A/D), 7
2 is a buffer memory, 73 is a digital memory, 74 is a computer, and 75 is an external output device. The electric motor 11 to be measured is the same as that shown in Fig. 1.Previously, the pressure detectors 61 and 62 detect the two-phase line voltage and the nine-phase voltage supplied to the electric motor 11 from the power source 51. Detect each. Then, at this time, the detected phase voltage signal is isolated from the input of the motor 11 using an insulating amplifier or the like as necessary.

電流検出器63.64は電動機11に電源51から供給
される線電流、即ち2相なので各相の電流を検出する。
The current detectors 63 and 64 detect the line current supplied to the motor 11 from the power supply 51, that is, the current of each phase since it is two-phase.

そして、このとき、必要に志じてDCCTなどと呼ばれ
る検出器を用いることにより電動機11の入力からアイ
ソレートした信号を得るようにする。
At this time, if necessary, a detector called DCCT or the like is used to obtain an isolated signal from the input of the motor 11.

従って、A/D71に社tEf1MAllの各相の電圧
と電流の瞬時値を表わす信号が連続的に供給され、それ
らがあらかじめ定められている所定のサンプリング時間
ごとにディジタル信号に変換されてA/D71から出力
される。
Therefore, the A/D 71 is continuously supplied with signals representing the instantaneous values of voltage and current of each phase of the A/D 71, and these are converted into digital signals at predetermined sampling times. is output from.

バッファメモリ72はA/D71から得られ九相電圧と
相電流を表わすディジタル信号y −、s。
Buffer memory 72 receives digital signals y-, s obtained from A/D 71 and representing nine phase voltages and phase currents.

貯える働きをする。It acts as a store.

バッファメモリ72に貯えられたディジタル信号は、所
定量、例えばIKワードごとに取ル出されてディジタル
信号り73に転送される。その結果、このディジタルメ
モリ73には、例えば次のようなデータが入力される。
The digital signal stored in the buffer memory 72 is taken out in predetermined amounts, for example, every IK word, and transferred to a digital signal 73. As a result, the digital memory 73 receives, for example, the following data.

即ち、トルクを測定すべき電動機11に電源51から電
圧を印加して始動させ、その後、電動機11が定常回転
速度に達するまでの全時間にわたる各相の電圧と電流を
表わすディジタルデータが記憶される。
That is, the electric motor 11 whose torque is to be measured is started by applying voltage from the power source 51, and thereafter, digital data representing the voltage and current of each phase is stored for the entire time until the electric motor 11 reaches a steady rotational speed. .

計算機74はディジタルメモリ73かう読み出したデー
タを処理して電動機11のトルクを算出する働きをする
もので、まず、計算機74には電1機11の固定子巻線
の抵抗値r8ムtrsMと、固定子巻線の巻線比などの
電動機データが入力され、さらに、検出器61〜64に
よる検出感度が入力される。
The calculator 74 processes the data thus read out from the digital memory 73 to calculate the torque of the electric motor 11. First, the calculator 74 stores the resistance value r8mtrsM of the stator winding of the electric motor 11, and Motor data such as the winding ratio of the stator windings are input, and detection sensitivities by the detectors 61 to 64 are also input.

次に、電動機11に電圧が印加される前には、(13)
式、(14)式で示した固定子巻線の磁束鎖交数はOで
あるから、これに合わせてF、ム、FgM10にクリヤ
ーする。
Next, before voltage is applied to the electric motor 11, (13)
Since the magnetic flux linkage number of the stator winding shown in equation (14) is O, F, Mu, and FgM10 are cleared accordingly.

その後は、各サンプリングタイムΔを秒ごとに、次式を
計算する。
After that, the following equation is calculated for each sampling time Δ in seconds.

’IM =’IMo ” (08M1−18M18組)
ね・・・・・・・−(16)F8Ai = ’go  
   +  (U  8Ai    r!IM’11M
1  )  Δ t −−−−−°°°−(17)ここ
で、添字lはサンプリング五番目を意味し、添字Oはミ
番目のす1ブリング時点より一つ前の値を示す。
'IM='IMo' (08M1-18M18 group)
Ne... - (16) F8Ai = 'go
+ (U 8Air!IM'11M
1) Δt −−−−−°°°−(17) Here, the subscript l means the fifth sampling, and the subscript O indicates the value one value before the mth sampling point.

続いて、(16)式、 (17)式によシ計算された値
を用いて としてトルクTが計算できる。
Subsequently, the torque T can be calculated using the values calculated by equations (16) and (17).

このようにして求められるトルクは、各瞬時の電磁気的
に発生するトルクである。従って、電動機11が発生す
るトルクの瞬時値が必要な場合、例えば、電圧を印加し
た時の過渡トルク、あるいは、電動機の脈動トルクなど
真の発生トルクが必要なときには、極めて有効な実施例
である。
The torque determined in this way is the electromagnetically generated torque at each instant. Therefore, this embodiment is extremely effective when an instantaneous value of the torque generated by the electric motor 11 is required, for example, when a transient torque when a voltage is applied or a true generated torque such as pulsating torque of the electric motor is required. .

次に、この実施・列によるトルクの測定結果の一例を第
4図ないし第8図に示す。
Next, an example of the results of torque measurement according to this implementation/column is shown in FIGS. 4 to 8.

測定した電動機はモデルの小形機で、第41・4と第5
図は固定予巻、118Mの電圧波形101と電流波形1
03を、第6図と第7図は固定子巻線SAの′1圧波形
102と電流波形104 K−それぞれ示し念もので、
この場合のトルクの測定結果が瞬時1Kまで表わした状
態で第8図に示されている。
The electric motors measured were small model machines, 41st, 4th and 5th.
The figure shows fixed prewinding, voltage waveform 101 and current waveform 1 of 118M.
03, and FIGS. 6 and 7 are illustrative examples of the '1 pressure waveform 102 and current waveform 104 K of the stator winding SA, respectively.
The torque measurement results in this case are shown in FIG. 8, showing up to an instant of 1K.

そして、この第8図の結果は1通常のトルク検出器を用
いた結果と5〔慢〕の範囲内で極めてよい一致を示し念
。しかして、この5〔慢〕の差異は、通常考えられる電
動機内でのトルクの損失分とほぼ一致し、従って、この
実施例によるトルク測定が充分に信頼できるものである
ことが理解される。
The results shown in Fig. 8 are in very good agreement with the results obtained using a normal torque detector within a range of 5 [accuracy]. Therefore, it is understood that this difference of 5 [long] approximately corresponds to the normally considered torque loss within the electric motor, and therefore, the torque measurement according to this embodiment is sufficiently reliable.

ところで、第3図の実施例では、ディジタルメモリ73
を用い、それから読み出したデータを計算機74によっ
て処理し、トルクの算出を行なうようになっている。し
かしながら、計算機74の処理速度が充分に早い場合に
は、このディジタルメモリ73t−用いることなくトル
クを算出することが可能で、例えば、バッファメモリ7
2からのデータをそのまま計算機74に入力し、直ちに
外部出力機器75から出力させ、プリントアウトされた
結果を得るようにすることも可能である。
By the way, in the embodiment shown in FIG. 3, the digital memory 73
The data read therefrom is processed by a computer 74 to calculate torque. However, if the processing speed of the computer 74 is sufficiently fast, it is possible to calculate the torque without using this digital memory 73t.
It is also possible to input the data from 2 to the computer 74 as is, have it immediately output from the external output device 75, and obtain a printed result.

また、上記実施例では電動機11の電圧印加前の状態か
らデータを取シ込むものとして説明した。
Furthermore, in the embodiment described above, data is input from the state before voltage is applied to the motor 11.

しかし、現実の電動機の多くは繰シ返し波形、すなわち
、交番電圧、交番電流として電圧、電流の値を求めるこ
とが可能な場合が多い。
However, in many actual motors, it is often possible to obtain voltage and current values as repetitive waveforms, that is, alternating voltage and alternating current.

そこで、このような場合には、次に示すような処理によ
シトルクを測定するように本発明t−構成してもよい。
Therefore, in such a case, the present invention may be configured so that the torque is measured by the following process.

即ち、ディジタルメモリ73に少なくとi?イクル以上
の信号を取p込み、任意の1サイクル分の時間を処理す
る。任意の時間、t=eQのときの(13)、(14)
式の積分定数會CM、Cムとすれば、’FsiM=丁o
’(Usr−r!1MtgM)dt  + CM −−
−−−−C19)FIA −fO(UIIA −7’g
AigA ) dt +CA =(20)となる、この
積分定数を求めるために、まず、CM=Cム=0として
、(19)、(20)式の結果を1サイクルの時間だけ
積分処理する# USMI oin* 18MI i8
Aが交流成分だけで直流成分がないのならば、任意の時
間1−0から1サイクルの時間1−1なる時間には’8
M e ’IAも又交流会のみとなる。このことを利用
し【、積分定数CMeC1に求める。つまり、CMtC
A’toとして得られるψM、φムをさらに1サイクル
分積分して得られる値をΦム、ΦMとすれば、 ΦM=−CMt     ・・・・・・・−一・・−・
・−・・・・・・(21)Φ人=−CAt    ・・
・・・・・・・・・・・・−・−・・・・・・・・(2
2)となり、 C,=−ΦM/l    ・・・・・・・・・・・・・
・−・・・−・・・・・・ (23)Cム=−ΦA/l
     ・・・・・・・・・・・−・・・・・・・・
・・−・・ (24)となる、従って、  (23)#
(24)式により定まる積分定数を使えば、F、F  
を算出できる。
That is, the digital memory 73 has at least i? It takes in signals for more than one cycle and processes the time for one arbitrary cycle. (13), (14) at any time, when t=eQ
If the constants of integration in the equation are CM and C, then 'FsiM=Dio
'(Usr-r!1MtgM)dt + CM --
-----C19) FIA -fO(UIIA -7'g
AigA ) dt + CA = (20) In order to find this constant of integration, first set CM = CM = 0 and integrate the results of equations (19) and (20) for one cycle time # USMI oin* 18MI i8
If A has only an alternating current component and no direct current component, then from any time 1-0 to time 1-1 of one cycle, '8
M e 'IA will also be a networking event only. Utilizing this fact, the integral constant CMeC1 is determined. In other words, CMtC
If the values obtained by further integrating ψM and φm obtained as A'to for one cycle are Φm and ΦM, then ΦM=-CMt ・・・・・・・−1・・−・
・−・・・・・・(21) Φ person = −CAt ・・
・・・・・・・・・・・・−・−・・・・・・・・・・(2
2), C,=-ΦM/l ・・・・・・・・・・・・・・・
・−・・・−・・・・・・ (23) Cmu=-ΦA/l
・・・・・・・・・・・・-・・・・・・・・・
...-... (24), therefore, (23)#
Using the integral constant determined by equation (24), F, F
can be calculated.

8M     8ム この実施例によれば、以下のような利点が得られる。8M 8M According to this embodiment, the following advantages can be obtained.

まずA/D71とバッファメモリ72とを一体にした装
置、例えば通称ウェーブメモリなどとして汎用されてい
るローコストのディジタルメモリの使用が可能になシ、
シかも、この場合、単に任意の時刻から少くとも1サイ
クル分のデータを記憶できればよいから、このウェーブ
メモリの容量も2にワードもあれば充分なため、さらに
ローコスト化が容易である。
First, it is possible to use a device that integrates the A/D 71 and the buffer memory 72, for example, a low-cost digital memory commonly known as a wave memory.
However, in this case, it is sufficient to simply store at least one cycle's worth of data from an arbitrary time, and the capacity of this wave memory is sufficient if it has two words, making further cost reduction possible.

また、過渡的な現象は、前述した積分定数が求め得るよ
うな時間以上の情報さえ記憶されていれば可能となる0
例えば、電圧を急変させた場合の過渡トルクは、電圧を
急変させる以前の少なくとも1サイクルの情報と、電圧
會急変させた以後の情報があシさえすればよい。そうす
れば、1サイクル分について、前述した手法によプ積分
定数を定め、積分定数からトルクを算出することが出来
ることになる。従って、過渡的なトルク自体も正確に測
定することが出来る。
In addition, transient phenomena can be solved as long as information beyond time that can be determined by the above-mentioned integral constant is stored.
For example, for the transient torque when the voltage is suddenly changed, it is sufficient that the information for at least one cycle before the voltage is suddenly changed and the information after the voltage is suddenly changed are the same. This makes it possible to determine the integral constant for one cycle using the method described above and calculate the torque from the integral constant. Therefore, even the transient torque itself can be accurately measured.

次に、以上の実施例では、電動機11の相電圧や相電流
などを表わすデータを全てディジタル信号として処理す
るようにしてい九が、本発明はこれに限らず、アナログ
信号のままで処理するように構成することも可能で、こ
のようなアナログ処理による本発明の一実施例を第9図
に示す。
Next, in the above embodiment, all the data representing the phase voltage, phase current, etc. of the motor 11 is processed as a digital signal, but the present invention is not limited to this, and may be processed as an analog signal as it is. An embodiment of the present invention using such analog processing is shown in FIG.

第9図において、81〜84は増幅器、85.86それ
に92は加算器、88.89は積分器、90.91は乗
算器である。
In FIG. 9, 81 to 84 are amplifiers, 85.86 and 92 are adders, 88.89 is an integrator, and 90.91 is a multiplier.

増幅器81〜84は電圧検出器61.62(第31%l
 )と電流検出器63.64(同)の感度會補正するた
めのゲインに設定され、さらに増幅器81と84につい
℃は固定子巻線の抵抗分をも禰正可能なゲイン・即ち)
On〆rgM惨び♂Vr8ムで+iられるゲインに設定
される。
Amplifiers 81 to 84 are connected to voltage detectors 61 and 62 (31st %l).
) and current detectors 63 and 64 (same), and furthermore, for amplifiers 81 and 84, the gain is set to compensate for the resistance of the stator winding (i.e.)
On〆rgMmiserable♂Vr8m is set to +i gain.

積分器88のゲインは(−〇・r−M)という値に、そ
して積分器89のゲイン[(1/にω・16M)という
値にそれぞれ設定されている。
The gain of the integrator 88 is set to a value of (-0·r−M), and the gain of the integrator 89 is set to a value of [(1/ω·16M).

従って、加算器92の出力には(16)式に基づくトル
クTが得られ、瞬時値も含め危トルタの測定を行なうこ
とができる。
Therefore, the output of the adder 92 is the torque T based on equation (16), and it is possible to measure the torque torque including the instantaneous value.

さらに、以上の実施例では、被測定対象となる電動機の
相数が2相の場合についてのものであつ九が、本発明は
これに限らず、3相の電動機についても実施可能であシ
、−以下、この場合について説明する。
Furthermore, in the above embodiments, the number of phases of the motor to be measured is two, but the present invention is not limited to this, and can also be implemented on a three-phase motor. - This case will be explained below.

まず、第3図において、電動機11が3相のものとなる
ため、検出器61〜64t3相の電圧と電流に対応した
ものに置換え、3相の相電圧、相電流の検出が可能なよ
うにする。
First, in Fig. 3, since the motor 11 is a three-phase motor, the detectors 61 to 64t are replaced with ones that correspond to three-phase voltages and currents, so that the three-phase phase voltages and phase currents can be detected. do.

また、3相の電動機においては、固定子巻線が対称にな
つ工いるため、(15)式においてにω=1となる。
Furthermore, in a three-phase electric motor, the stator windings are symmetrical, so ω=1 in equation (15).

そこで、いま、各相の相電圧全それぞれUa、UbOc
  とし、相電流をi、、 tb、 iCとすれば、次
の関係が得られる。
Therefore, now, the total phase voltages of each phase are Ua and UbOc, respectively.
If the phase currents are i, tb, iC, then the following relationship is obtained.

”IM  rl1M’1M じ11A   rllAiilA ここで、rl:固定子コイルの抵抗値である。”IM rl1M’1M Ji11A  rllAiilA Here, rl is the resistance value of the stator coil.

次に、これらの関係を(15)式に代入して整理すれば
、 ・−・−・・・・・・・・・・・−・・・・・・・・・
・・(29)としてトルクTが得られ、さらに、これを
線間電圧Uab、Udc、Ocaにおき直すと、このと
きのトルクTは、 ” ib< (UcB’−(ic + ’a ) r@
 ) dt+ xcS(Uab−(ia +iB )r
a I dt ”=”・(30)として求めることがで
きることになる。
Next, by substituting these relationships into equation (15) and arranging them, we get:
...The torque T is obtained as (29), and when this is replaced by the line voltages Uab, Udc, and Oca, the torque T at this time is ``ib<(UcB'-(ic + 'a) r @
)dt+xcS(Uab-(ia+iB)r
It can be obtained as a I dt "=" (30).

従って、上記実施例においても、3相電動機の端子電圧
と電流を検出し、  (29)式、又は(30拭の演算
処理を行なうことによシ任意にトルクの瞬時値まで求め
ることができ、さらに本発明によれば、2相、3相以外
の多相の電動機に対しても、その端子電圧と電流の検出
が可能な限り、どのような交流の電動機の瞬時トルクで
も測定可能であることが判る。
Therefore, in the above embodiment as well, by detecting the terminal voltage and current of the three-phase motor and performing calculation processing using equation (29) or (30 times), it is possible to arbitrarily obtain the instantaneous value of torque. Further, according to the present invention, it is possible to measure the instantaneous torque of any AC motor, even for multi-phase motors other than two-phase and three-phase, as long as the terminal voltage and current can be detected. I understand.

次に、本発明によるトルク測定装置の効果上列挙すると
、次のようになる。
Next, the effects of the torque measuring device according to the present invention are enumerated as follows.

It電動機定数(電機子抵抗)さえわかるのなら、何ら
特別な装置は必要としないでトルクの測定が可能である
0例えば大形の誘導電動機であっても、電動機の端子電
圧と電流が検出できればトルクが測定できる。
It is possible to measure torque without any special equipment as long as the motor constant (armature resistance) is known.For example, even if it is a large induction motor, if the terminal voltage and current of the motor can be detected. Torque can be measured.

2、電磁気学的な理論に基づく電動機の発生トルクの瞬
時値の測定が可能である。この九め、例えば、電動機に
トルク検出器を取シつけ、外部に出すトルクが検出でき
れば、電動機の内部損失トルクだけを分離することが出
来る。
2. It is possible to measure the instantaneous value of the torque generated by an electric motor based on electromagnetic theory. Ninthly, for example, if a torque detector is attached to the electric motor and the torque output to the outside can be detected, only the internal loss torque of the electric motor can be isolated.

3、電動機の発生トルクだけでなく、発電機のトルクも
全く同様に測定することができる。
3. Not only the torque generated by the electric motor but also the torque of the generator can be measured in exactly the same way.

4、電動様の容量が異なっても、電圧検出器や電流検出
器の感度を変えるだけでトルクの測定が可能である。従
って、被測定対象の容量に応じて負荷吸収装置やトルク
検出器管それぞれ用意したシする必要がない。
4. Even if the capacity of the electric motor is different, torque can be measured simply by changing the sensitivity of the voltage detector or current detector. Therefore, there is no need to prepare a load absorbing device or a torque detector tube depending on the capacity of the object to be measured.

5、 電動機の真の瞬時の発生トルク1得ることが田米
るから、従来の内部損失トルクを差し引い危トルク検出
法よりも、電動機としての真の特性。
5. Since it is possible to obtain the true instantaneous generated torque of the electric motor, the true characteristics of the electric motor are better than the conventional method of detecting critical torque by subtracting the internal loss torque.

を正確に把握でき、電動機内部の応力(例えばシャフト
応力)などの検証が容易になる等、電動機の特性把握が
容易になる。
It becomes easier to understand the characteristics of the electric motor, such as by being able to accurately understand the stress inside the electric motor (for example, shaft stress).

6、トルク検出器の付加1要しないから、電動機や発電
機がどのような状態にあってもトルクの測定が可能で、
例えば実際に設置して使用状態にあるときのトルクの測
定も可能になシ、従って、密封状態で使用される機器の
トルク測定も容易に一行なうことができる。
6. Addition of a torque detector 1 Since it is not necessary, torque can be measured no matter what state the motor or generator is in.
For example, it is possible to measure the torque when the device is actually installed and in use, and therefore, it is also possible to easily measure the torque of equipment that is used in a sealed state.

以上説明したように、本発明によれば、被測定対象とな
る電動機などの端子電圧と電流を検出するだけでそのト
ルクの瞬時値まで正確に測定することができるから、従
来技術の欠点を除き、上記のような禰夕の効果を得るこ
とができる交流回転機のトルク測定装置をローコストで
提供することができる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to accurately measure the instantaneous value of torque by simply detecting the terminal voltage and current of a motor to be measured, thereby eliminating the drawbacks of the conventional technology. Therefore, it is possible to provide a torque measuring device for an AC rotating machine that can obtain the above-mentioned effects at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図社従来のトルク測定装置の一例を示すブロック図
、第2図は本発明の動作原理の理解に用いる説明図、第
3図は本発明による交流回転機のトルク測定装置の一実
施例を示すブロック図、第4図、第5図、第6因、第7
図、それに第8図は本発明の詳細な説明するための波形
図、第9図は本発明の他の一実施例を示すブロック図で
ある。 11・・・トルク測定対象となる電動機、51・−交流
電源、61.62・・・電圧検出器、63.64・・・
1流検出器、71・・・アナ冒グ・ディジタル変換器、
(AAす72・・・バッファメモv173・・・ディジ
タルメモリ74・・・計算機%I5・・・外部出力機器
。 第1 口 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図
Figure 1 is a block diagram showing an example of a conventional torque measuring device, Figure 2 is an explanatory diagram used to understand the operating principle of the present invention, and Figure 3 is an embodiment of the torque measuring device for an AC rotating machine according to the present invention. Block diagrams showing Fig. 4, Fig. 5, 6th factor, 7th factor
8 is a waveform diagram for explaining the present invention in detail, and FIG. 9 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. 11... Electric motor to be torque measured, 51... AC power supply, 61.62... Voltage detector, 63.64...
1st current detector, 71...analog-to-digital converter,
(AAS72...Buffer memo v173...Digital memory 74...Computer %I5...External output device. 1st mouth 2nd figure 3rd figure 4th figure 5th figure 6th figure 7th figure Figure 8 Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 多相電機予巻IiIを備えた交流回転機のトルク
測定装置において、上記電機子巻線の各相ごとの相電圧
と相電流を検出する信号検出手段と、該手段により検出
した成る相の相電圧からその相における相電流による電
圧降下を差し引い友電圧信号を得る第1の演算手段と、
該電圧信号の積分によシ上記成る相とは異なる相の相電
流と鎖交する磁束数を表わす磁束信号を得る第2の演算
手段と。 該磁束信号と上記具なる相の相電流値との積によシ該相
電流によシ発生するトルクを表わすトルク信号を得る第
3の演算手段とを設け、このトルク信号を相数分加算す
ることによシ交流回転機のトルクを算出するように構成
し九ことを特徴とする交流回転機のトルク測定装置。 2、特許請求の範囲第1項において、上記信号検出手段
からの相電圧と相電流を入力とするアナログ・ディジタ
ル変換器と、該変換器の出力を入力とするディジタルメ
モリとを設け、該メモリから読み出した信号の演算処理
によりトルク1!:算出するように構成したことを特徴
とする交流回転機のトルク測定装置。 3、特許請求の範囲第2項において、上Iαディジタル
メモリt、電源周波数の少くとも1サイクル期間にわた
って上記相電圧と相電流の記憶が可能なメモリで構成し
、演算処理に使用する積分足数を上記相電圧と相電流の
1サイクルの積分により算出するように構成したこと1
に%黴とする交流回転機のトルク測定装置。 4、 4IiFF−請求の範囲第2項又は第3項におい
て。 上記アナログ・ディジタル変換器のサンプリングタイム
とサンプリング周期とを共に一定値に保つように構成し
たことを特徴とする交流回転機のトルク測定装置。 5、特許請求の範囲第1項において、上記第1゜第2.
及び第3の演算手段をそれぞれアナログ演算手段で構成
したことヲ4I徴とする交流回転機のトルク測定装置。 6.  !!!ft[求の範囲第5項において、上記信
号検出子らの出力を記憶するアナ四グメモリ!設け。 該アナログメモリの出力管演算処理するように構成し之
ことを特徴とする交流回転機のトルク測定装置。
[Claims] 1. A torque measuring device for an AC rotating machine equipped with a polyphase electric machine prewinding IiI, comprising: signal detection means for detecting phase voltage and phase current for each phase of the armature winding; a first calculation means for obtaining a voltage signal by subtracting a voltage drop due to a phase current in the phase from the phase voltage of the phase detected by the means;
and second calculation means for obtaining a magnetic flux signal representing the number of magnetic fluxes interlinking with a phase current of a phase different from the above-mentioned phase by integrating the voltage signal. A third calculation means is provided for obtaining a torque signal representing the torque generated by the phase current by multiplying the magnetic flux signal and the phase current value of the specific phase, and adds this torque signal by the number of phases. 9. A torque measuring device for an AC rotating machine, comprising: calculating the torque of the AC rotating machine by calculating the torque of the AC rotating machine. 2. Claim 1, further comprising: an analog-to-digital converter receiving the phase voltage and phase current from the signal detecting means as input; and a digital memory receiving the output of the converter as input; Torque is 1! by processing the signal read from ! :A torque measuring device for an AC rotating machine, characterized in that it is configured to calculate the torque. 3. In claim 2, the above Iα digital memory t is configured with a memory capable of storing the phase voltage and phase current for at least one cycle period of the power supply frequency, and is an integral number used for arithmetic processing. is configured to be calculated by integrating one cycle of the phase voltage and phase current.1
Torque measurement device for AC rotating machines. 4, 4IiFF - in claim 2 or 3. A torque measuring device for an AC rotating machine, characterized in that the sampling time and sampling period of the analog-to-digital converter are maintained at constant values. 5. In claim 1, the above-mentioned 1st and 2nd.
A torque measuring device for an AC rotating machine, characterized in that the third calculating means and the third calculating means are respectively constructed of analog calculating means. 6. ! ! ! ft [analog memory that stores the outputs of the signal detectors in the desired range 5th term! Provided. A torque measuring device for an AC rotating machine, characterized in that the device is configured to perform arithmetic processing on the output tube of the analog memory.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4616179A (en) * 1984-05-11 1986-10-07 Eaton Corporation Method of measuring torque of an AC motor
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