JPS6117923A - 交流動力計のトルク測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は誘導機を用いた交流動力計のトルりを演算によ
って算出し、これによって揺′＠部を不要とした交流動
力計のトルク測定装置に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 原動機などの発生トルクを測定する動力計としては、固
定子部分を揺動軸受で支えて揺動ｒｊｆ能な構造とし、
発生トルクによる揺動部の反力を和精゛秤やロードセル
を用いて測定する機械的な装置が従来から用いられてい
るが、最近は直流機を使用１、　ｒａ流機の電圧、電流
および回転数を検出して演算によってトルクを算出する
揺動部を不要とした直流電気動力計が用いられている。

一般に直流機のトルクＴと界磁磁束φおよび電機子電流
Ｉａとの間には下記（１）式 １式％（１） という簡羊な関係が成立するので、電気的な各種測定値
からトルクを算出することは比較的容易である。

最近は誘導電動機を可変周波数電源を用いて可変速度制
御や可変トルク制御することが容易となり、このため直
流機の代りに誘４機を用いた交流電気動力計が用いられ
て来ているが、この場合は各種電気量とトルクとの関係
が複雑であり、演算によってトルクを算出することは困
難である。

［発明の目的］ 本発明は、測定可能な誘導機の諸量から所定の演算によ
って被試験機に結合された誘導機の軸トルクを算出し、
これによって機械的な揺動部を不要とする構造が簡単で
測定精度の高い交流動力計のトルク測定装置を提供する
ことを目的としている０ ［発明の概要］ 本発明は、被試験機に誘導機を結合してその軸トルクを
測定する交流動力側のトルク測定装置において、それぞ
れ誘導機の一次電力Ｐｌ＋−次′屯流■１、一次電圧■
１、一次局波数Ｆ１＋巻線温ｉｔおよび回転速度Ｎを測
定する電力測定器、電流測定器、電圧測定器、周波数測
定器、温度測定器および回転速度測定器と、上記誘導機
の極数ｍ、基準温度における巻線抵抗値ＲＱＯｓ−次電
圧■ｌおよび一次周波数Ｆ１をパラメータとしてあらか
じめｌ１ｌｉｌ定した一次鉄損のデータテーブルＷｉ１
および回転速度Ｎをパラメータとしてあらかじめ測定し
た（幾械損のデータテーブルＷｍを記憶するそれぞれの
記憶装置と、上記測定値Ｖ１、Ｆ１およびＮをパラメー
タとして前記記憶装置からそのパラメータに対応する一
次鉄損Ｗｉおよび機械損Ｗｍを読出す読出１−装置と、
上記測定値Ｉ１、ｔおよび記憶データＲ２０から銅損Ｗ
ｃ１を算出し、さらに前記読出し装置で読出した一次鉄
損Ｗｉおよび機械損Ｗｍと上記測定値Ｎ、　Ｐｌ、　Ｆ
ｌおよび誘導機の４１ｊ数ｍから演算式に従って軸トル
クＴを算出する演算回路を備え、これによって機械的な
揺動部を用いることなく、測定可能な誘導機の一次側諸
量から演算のみによって軸トルクを測定できるようにし
たものである。

［発明の実施例］ 本発明の詳細な説明する前に先づ本発明がどのような原
理に着目してなされたかについて述べるＯ 誘導機を用いた交流電気動力計（以下交流動力計と呼ぶ
）の一般的な構成を第３図に示す。

第３図において、１は誘導機、２は誘導機１によって試
験される被試験機、３け電力測定器であり、誘導機１が
図示しない周波数変換器に接続されて電動機として運転
される場合の例を示している０ この場合周波数変換器から誘導機１に入力される電力Ｐ
ｌは電力測定器３によって測定される。

また誘導機１の一次銅損なＷｃ１、一次鉄損をＷｉとす
ると二次側回転子に伝達される電力Ｐ２［、ＫＷ］は Ｐ２　＝　Ｐｔ　−（Ｗｃ１＋Ｗｉ　）　　　　　−−
−一−−−−−−−（２）となる。

二次電力Ｐ２から二次銅損Ｗｃ２および回転子機械損Ｗ
ｍを引くと（二次鉄損は二次周波数が低いので無視でき
る）、軸出力Ｐ［：ＫＷ］は下記（３）式であたえられ
る。

Ｐ　＝ＰＬ　−（ｗｃｌ＋Ｗｉ　＋　Ｗｃ２　＋Ｗｍ　
）　　−−一−−−（３）従って回転子の回転速度Ｎ［
ｒｐｍ］を測定すれば誘導機のトルクＴ（？−１ｎ）け
下記（４）式を演算して求められる。

次に上記諸量の測定方法について説明する。

（ａ）　　Ｐｌの測定 Ｐｌは電力検出器３で測定することができる。

第４図は誘導機１の一次側に供給される電圧および電流
の波形の一例を示しているが、これを高速でサンプリン
グして電圧と電流の瞬時値を読堆り、これを乗算して平
均をとればよい。

（ｂ）　　ｗｏ□の測定 一次銅損Ｗｃｌけ一次固定子巻線の１相の抵抗値をＲ１
５−次電１流の１相分をＩ、とするとＷＣＩ　−■ＩＲ
１−−−−−−−−−−−−−（５）で求められる。

ここで−次電流１１け電流側で容易に計測可能であり、
抵抗値Ｒ１は温度によって変化するが、ｔ℃における抵
抗値Ｒ１は、２０℃における抵抗値Ｒ２０を前もって測
定しておけば温度ｔ　’Ｃを測定することによって で計算できる。

（ｃ）　　ＷＩの測定 一次鉄損Ｗｉは一次電圧ｖｌと一次周波数１・ｌから所
定の関数 ＷＩ　＝　ｆ　（Ｖｌ　、　Ｆｌ　）　　　　−−−−
−−−−−−−−−−（７）を用いて算出できる。

鉄損は一般に周波数Ｆ１に比例するヒステリシス損と周
波数Ｆｌの二乗に比例するうず電流ｒＵから成り、これ
らは誘導機の工場試験で一次電圧ｖｌ＋−次周波数Ｆｌ
をパラメータとしてあらかじめ測定したデータに基づい
てデータテーブルして記ｔ４Ｍ、　しておけば、Ｖｌと
Ｆｌとから対応する一次鉄損Ｗｉを検索することができ
る。

ガお誘導機の制御では周波数変倹器による男・一定制御
が行われる場合が多いので、この場合は第５図に示すよ
うにＶ７．一定の直線に沿った一足幅の領域のデータの
みを記憶しておけばよい。

（’）　　ＷＯ２の測定 二次鉄損Ｗ。２は、二次電流が直接測定できないので、
すべり３と二次電力Ｐ２とから下記（８）式を用いて算
出する。

ＷＯ２＝　５−Ｒ２−−−−−−−−−−（８）ここで
Ｓは下記（９）式から算出できる。

ここに　Ｎ；１：ｌｊ転速度（ｒｐｒｒ＋）ｍ：誘導機
極数 Ｆｌｌニー局周波数：Ｈｚ） である。

上記ｍは定数であり、ＮおよびＦｌはそれぞれ公知の回
転速度計および周波数計で測定できる。

なお（２）式、（９）式を（８）式に代入すると、とな
る。

（ｅ）　　Ｗｍの測定 Ｗｍは摩擦機械損であり、回転速度Ｎの関数となるので
、工場試験で回転速度Ｎをパラメータとしてあらかじめ
測定したデータに基づいてデータテーブルとして記憶し
、（ロ）転速度Ｎに対応するＷｍを検索すればよい０ 以上の関係を整理すると、（３）式は Ｐ　＝　Ｐｌ　−（Ｗｃｌ　＋Ｗ１　）　−（ＰＩ　−
（Ｗ（１＋Ｗｉ　）　ｌ　！ｌ　−Ｗｍ＝（ＰＩ−（Ｗ
ｃｌ＋Ｗｉ））（１−ｓ）−Ｗｍ　　、−ｕとなる。

従ってトルクＴ〔初−ｍ〕は Ｔ　＝□　・　Ｐ となる。

以上は誘導機１が誘導電動機となって被試験機２を負荷
として駆動する場合について説明したが、被試験機２が
原動機となって誘導機１を駆動し、誘導機１が誘導発電
機として電力を電源に返還する場合は、電力Ｐｌの符号
が逆になり、原動機の出力トルクＴ（Ｋｙ−ｍ〕が下記
側式によって算出できる０ 従って測定可能な一次電圧■１、一次電流工１１回転速
度Ｎ１−次巻線温度ｔ１−次箆力”ｉｓ−次局波数Ｆｌ
から誘導機１の軸トルクＴを演算によって求めることが
できる。

次に本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、誘導機１の一次電力Ｐｌ［ＫＷ］、−
次電流ｌ１ＣＡ〕、−次亜圧■ｌ〔■〕、−次周波数Ｆ
１（Ｈｚ）、固定子巻線温度ｔｃ℃＋、回転子速度Ｎ〔
ｒｐｍ〕はそれぞれ′「１．力測定器３、電流測定器４
、電圧測定器５、周波数測定器６、温度測定器７および
回転速度測定器８で測定されて演算装置９に入力され、
前記ａ９弐または０４）式の演算が行われて軸トルクＴ
（Ｋｇ−ｍ〕が算出される。

上記演算装置９はマイクロプロセッサを用いて構成でき
、その演ｎ動作は第２図の機能ブロック図に示す通りで
ある。

すなわち第２図において、第１の記憶装置９ａは２０℃
においてあらかじめ計測した一次巻線抵抗値Ｒ２０を記
憶しておき、第１の演算回路９ｂけ上Ｗｅ配憶値Ｒ２０
と巻線温度測定値ｔを入力して（６）式の演算を行って
温度ｔにおける巻線抵抗値Ｒ１を算出する０ 第２の演算回路９Ｃは上記演算値Ｒ１と一次電流測定値
Ｉｌを入力して、（５）式の演算を行って一次銅損Ｗｃ
ｌを算出する。

一方第２の記憶装置９ｄけ上記（７）式の関数Ｗ　ｉ　
＝　ｆ（Ｖｌ、Ｆｌ）をデータテーブルとして記憶して
おり、第１の読出回路９ｅに一次電圧および一次周波数
の測定値Ｖ１．　Ｆｌを入力して対応するＷｉを酷出す
。

また第３の記憶装置９ｆは回転速度Ｎと機械損Ｗｎｌの
関係を記憶しており、第２の読出回路９ｇに回転速波測
定値Ｎを入力して対応するＷｍを読出す。

また第４の記憶装置９ｈには誘導機の極数ｍを記憶して
いる。

第３の演算回路９Ｉは上記演算値Ｗｃ１＋読出値Ｗｉ。

Ｗｍ１記憶値ｍ１測定値Ｆｌ、ＮおよびＰｌを入力し、
０３）式または０４式の演算を行って誘導機の軸トルク
Ｔを鐘−出する。

なお機械損Ｗｍが軸受または潤滑油の温度の影響を受け
るときは、温度センサを軸受部に設けて、その温度検出
信号によって補正すればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば被試験機に誘導機を
結合した交流動力計のトルクを、測定可能な誘導機の一
次側緒用すなわち一次市、力、−次電流、−次亜圧、−
次周波数、巻線温度および回転速度とあらかじめ測定し
て記憶しておいた巻線の基準抵抗値、−次鉄損テータ、
機械損データから所定の演算によって算出し、これによ
って複雑な機械的揺動部を不用としてコストおよび保守
の面で極めて有利となる交流動力計のトルク測定装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明における演算装置の動作を示す機能ブロック図、第３
図は交流動力計の一般的な構成図、第４図はその一次電
圧電流波形図、第５図は一次鉄損のデータテーブルの一
例を示す図である０１・・・誘導機　　　　　２・・・
被試験機３・・・′ば力測定器　　　４・・・軍１流測
定器５・・・電圧測定器　　　６・・・周波数測定器７
・・・温度測定器　　　８・・・回転速度測定器９・・
・演算装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被試験機に誘導機を結合してその軸トルクを測定する交
   流動力計のトルク測定装置において、それぞれ誘導機の
   一次電力Ｐ＿１、一次電流Ｉ＿１、一次電圧Ｖ＿１、一
   次周波数Ｆ＿１、巻線温度ｔおよび回転速度Ｎを測定す
   る電力測定器、電流測定器、電圧測定器、周波数測定器
   、温度測定器および回転速度測定器と、上記誘導機の極
   数ｍ、基準温度における巻線抵抗値Ｒ＿２＿０、一次電
   圧Ｖ＿１および一次周波数Ｆ＿１をパラメータとしてあ
   らかじめ測定した一次鉄損のデータテーブルＷｉ、およ
   び回転速度Ｎをパラメータとしてあらかじめ測定した機
   械損のデータテーブルＷｍを記憶するそれぞれの記憶装
   置と、上記測定値Ｖ＿１、Ｆ＿１およびＮをパラメータ
   として前記記憶装置からそのパラメータに対応する一次
   鉄損Ｗｉおよび機械損Ｗｍを読出す読出し装置と、上記
   測定値Ｉ＿１、ｔおよび記憶データＲ＿２＿０から銅損
   Ｗ＿ｃ＿１を算出し、さらに前記読出し装置で読出した
   一次鉄損Ｗｉおよび機械損Ｗｍと上記測定値Ｎ、Ｐ＿１
   、Ｆ＿１および誘導機の極数ｍとから演算式 Ｔ＝９７４／Ｎ｛〔±Ｐ＿１−（Ｗ＿ｃ＿１＋Ｗｉ）〕
   ・（Ｎ・ｍ）／１２０Ｆ＿１−Ｗｍ｝に従つて軸トルク
   Ｔを算出する演算回路を備えたことを特徴とする交流動
   力計のトルク測定装置。