KR100773282B1 - 유도전동기의 전동기 정수 측정방법 - Google Patents

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Abstract

유도전동기의 벡터제어장치에서의 전동기 정수 측정방법이 제공된다. 전압출력위상 θv 는 미리 설정된 임의의 위상으로 하고, 전류를 흐르게 할 때에 먼저 비례적분 제어기를 유효하게 한 상태에서 전류지령을 입력하여 벡터제어장치를 운전하는, 소정의 시간 통전 후, 비례적분 제어기의 게인을 0 으로 함으로써, 적분값을 일정하게 유지하여 전압지령값을 고정시킨 상태에서 전압지령값 및 전류검출값을 측정하고, k 의 측정을 2 종류의 크기의 전류에 대해서 실행하여 이 때의 기울기로부터 1차 저항값 (또는 선간 저항값) 을 구한다.
유도 전동기, 전동기 정수, 백터제어장치

Description

유도전동기의 전동기 정수 측정방법{METHOD FOR MEASURING MOTOR CONSTANT OF INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도전동기의 전동기 정수를 측정하는 방법에 관한 것이다.
종래 기술로서 JEC-37에 나타내는 바와 같은 권선저항 측정, 구속 시험, 무부하 시험을 실시하여 전동기 정수를 구하는 방법을 인버터의 제어 소프트웨어에 내장한 것이 있다 (종래예 1). 또한, 유도전동기를 정지시킨 상태에서 유도전동기의 정수를 튜닝하는 방법으로 일본 공개특허공보 평7-55899호가 있다 (종래예 2). 이 방법으로는 단일상 교류를 유도전동기에 공급하고 d축 전류검출값 또는 q축 전류검출값을 푸리에 급수 전개하여 유도전동기의 정수를 구하였다. 여기서, d-q축 좌표는 전동기의 회전 자계와 동일한 속도로 회전하는 회전 좌표이다.
종래예 1에 나타내는 방법에서는 구속 시험과 무부하 전류 시험 사이에 유도전동기의 회전자의 고정 및 고정의 해제라는 작업이 필요하고, 인버터 구동에 의한 자동 계측에 적합하지 않는 면이 있다. 또한, 무부하 전류 시험에서는 유도전동기 단일체로 운전할 필요가 있는데, 부하가 이미 결합되어 있는 경우에는, 일단 해제하여 전동기 단일체로 하는 작업이 필요해져 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.
또한, 종래예 2에서는 단상 교류를 인가하고 푸리에 급수 전개를 이용하여 구하므로 소프트가 복잡해지고 소프트의 처리 시간이 길어져 소프트에 큰 기억용량을 필요로 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 유도전동기에 부하가 결합된 상태에서도 유도전동기의 정수를 고정밀도로 튜닝할 수 있고, 또한 이를 위한 연산이 간단한 유도전동기의 전동기 정수 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전동기의 1차 전류를 자속성분 (d축 성분) 과 토크성분 (q축 성분) 으로 분리하고, d축 성분의 전류지령과 d축 성분의 전류검출값을 입력으로 하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 d축 전류 비례적분 제어기, 이 비례적분 제어기의 출력과 임의의 d축 보조 전압지령값을 가산하여 d축 전압지령값을 얻는 제 1 가산기, q축 성분의 전류지령과 q축 성분의 전류검출값을 입력으로 하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 q축 전류 비례적분 제어기, 이 비례적분 제어기의 출력과 임의의 q축 보조 전압지령값을 가산하여 q축 전압지령값을 얻는 제 2 가산기, 및 d축 전압지령값 및 q축 전압지령값에서 전압지령의 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 연산하고 전압지령의 크기와 전압지령의 위상을 기본으로 직류를 3상 교류로 변환하여 출력하는 출력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 처리함으로써 제어하는 전동기의 벡터제어장치를 대상으로 한다.
미리 임의로 설정된 일정값의 d축 전류지령값 id＿ref1 과 q축 전류지령값 iq＿ref1 을 첫번째의 지령값으로 부여하고, d축 보조 전압지령값 vd＿ref＿c 와 q 축 보조 전압지령값 vq＿ref＿c 를 함께 0 으로 부여하여 상기 벡터제어장치를 동작시킨다. 미리 설정된 제 1 시간이 경과된 후 d축 비례적분 제어기의 비례 게인 및 q축 비례적분 제어기의 비례 게인을 0 으로 한다. 이 시각에서 미리 설정된 제 2 시간이 경과된 후에, d축 전압지령 vd＿ref 및 q축 전압지령 vq＿ref 에서 전압지령
Figure 112003000587243-pct00001
을 작성하고, d축 전류검출값 id＿fb 및 q축 전류검출값 iq＿fb 에서 전류검출값
Figure 112003000587243-pct00002
을 작성한다. 이 제 2 시간 내의 임의의 시간 내에 기록한 v＿ref의 평균값과 i＿fb의 평균값을 제 1 데이터 v＿ref1, i＿fb1로 한다.
다음으로, 상기 두 비례적분 제어기의 게인을 원래의 값으로 되돌리고 미리 임의로 설정된 일정값의 d축 전류지령값 id＿ref2 와 q축 전류지령값 iq＿ref2 를 두번째의 지령값으로 부여하고, d축 보조 전압지령값 vd＿ref＿c 와 q축 보조 전압지령값 vq＿ref＿c 를 함께 0 으로 부여하여 상기 벡터제어장치를 동작시킨다. 미리 설정된 제 1 설정시간이 경과된 후 d축 전류 비례적분 제어기의 비례 게인 및 q축 전류 비례적분 제어기의 비례 게인을 0 으로 한다. 이 시각에서 미리 설정된 제 2 시간이 경과된 후에, 이 제 2 시간 내의 임의의 시간 내에 기록한 v＿ref의 평균값과 i＿fb의 평균값을 제 2 데이터 v＿ref2, i＿fb2 로 하여 전동기의 1 차 저항을
Figure 112003000587243-pct00003
에서 구하고, 그리고 전동기의 선간 저항값을 RL-L=2ㆍR1 에서 구한다.
또는 비례적분 제어기의 게인 및 출력 및 d축 보조 전압지령 및 q축 보조 전압지령을 0 으로 하고, 전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하며, 전압지령의 크기 v_ref 를 전동기의 정격 운전주파수의 10 분의 1 이상의 적당한 주파수 fh 및 전압의 진폭을 vamp 로 하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍfhㆍt)으로 부여한다. vamp 는 d축 전류검출값 id＿fb 와 q축 전류검출값 iq＿fb 에서 구한 전류값
Figure 112003000587243-pct00004
이 미리 임의로 설정된 전류설정값이 되도록 i＿fb 를 감시하면서 vamp 를 가감 조정한다. i＿fb 가 상기 전류설정값으로 된 후 임의의 설정시간이 경과된 후에, 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave1, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave1 및 v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif1 로 한다.
다음으로, 미리 설정된 제 4 전류설정값이 되도록 vamp 를 조정하고 상기 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave2, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave2 및 v＿ref 를 기준으 로 한 i＿fb 의 위상을 θdif2 로 하고,
Figure 112003000587243-pct00005
을 계산한다. 이들로부터 전동기의 2 차 저항을 R2=Zx＿r-R1, 누설 인덕턴스를 L=Zx＿i/(2ㆍπㆍfh) 로 구한다.
또는 비례적분 제어기의 게인 및 출력 및 d축 보조 전압지령 및 q축 보조 전압지령을 0 으로 하고, 전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하며, 전압지령의 크기 v_ref 를 전동기의 정격 운전주파수의 5 분의 1 이하의 적당한 주파수 fl 및 전압의 진폭을 vamp 로 하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍflㆍt) 으로 부여한다. vamp 는 d축 전류검출값 id＿fb 와 q축 전류검출값 iq＿fb 에서 구한 전류값
Figure 112003000587243-pct00006
이 미리 임의로 설정된 제 1 전류설정값이 되도록 i＿fb 를 감시하면서 vamp 를 가감 조정한다. i＿fb 가 상기 제 1 전류설정값으로 된 후 임의의 제 1 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave3, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave3 및 v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif3 으로 한다.
다음으로, 미리 설정된 제 2 전류설정값이 되도록 vamp 를 조정하고, 임의의 제 2 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave4, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave4, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif4 로 하고,
Figure 112003000587243-pct00007
을 계산한다.
이들로부터 전동기의 상호 인덕턴스를
Figure 112003000587243-pct00008
로 구한다.
또한, 본 발명은, 인버터에 의해 3상 교류를 유도전동기에 공급하고, 이 전동기의 가변속운전을 실행하는 전동기 제어장치로서, 인버터 출력의 임의의 2상 또는 3상을 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기, 전동기에 흐르는 1차 전류의 전류지령값과 이 전류검출기에 의해 검출된 전류값에서 얻은 1차 전류검출기의 1차 전류값 i＿fb 를 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 출력전압지령값 v＿ref 를 제어하는 비례적분 제어기, 및 전압지령값 v＿ref 과 전압출력위상 θv 를 기본으로 3상 교류를 출력하는 전력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 처리하는 전동기제어장치에서의 유도전동기를 대상으로 한다.
전압출력위상 θv 는 미리 설정된 임의의 위상으로 하고, 전류를 흘려보낼 때에, 먼저 전류제어기를 유효하게 한 상태에서 전류지령을 입력하여 운전한다. 소정 시간 통전후, 이 전류제어기의 게인을 0 으로 함으로써, 적분값을 일정하게 유지하여 전압지령값을 고정시킨 상태에서 전류지령값 및 전류검출값을 측정하고, k 의 측정을 2종류 크기의 전류에 대해 실행하여, 그 때의 기울기로부터 1차 저항값 (또는 선간 저항값) 을 구한다.
또한, 전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하고, 전압지령의 크기 v_ref 를 정현파로 입력하여 2개의 주파수에 대해 각각 전압지령값의 평균값 및 전류검출값의 평균값 그리고 전압지령값과 전류검출값의 위상차를 계산한다. 전압지령값과 전류검출값으로부터 임피던스를 구하고, 다시 위상차에 의해 임피던스를 실수부성분과 허수부성분으로 분해하여, 실수부성분으로부터 (1차 저항값+2차 저항값), 허수부성분으로부터 누설 임피던스에 의한 임피던스를 계산하고, 이들로부터 2차 저항값 및 누설 임피던스값을 구한다.
무부하 전류값에 대해서는, 전동기의 1차 전류를 자속성분 (d축 성분) 과 토크성분 (q축 성분) 으로 분리하고, d축 성분의 전류지령과 d축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 d축 전류 비례적분 제어기를 갖고, 이 비례적분 제어기의 출력을 d축 전압지령값으로 하고,
q축 성분의 전류지령과 q축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 q축 전류 비례적분 제어기를 갖고, 이 비례적분 제어기의 출력을 q축 전압지령값으로 하고,
d축 전압지령값 및 q축 전압지령값으로부터 전압지령의 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 연산하고, 전압지령의 크기와 전압지령의 위상을 기본으로 직류를 3상 교류로 변환하여 출력하는 전력변환기를 갖고, 임의의 속도지령에 일치하여 운전하도록 d축 전류지령 및 q축 전류지령을 제어하는 전동기제어장치를 대상으로 한다.
통상의 운전상태에 있어서, 출력주파수 fphi, d축 전압지령 vd＿ref, q축 전압지령 vq＿ref, d축 전류검출값 id＿fb, q축 전류검출값 iq＿fb 를 측정한다. 미리 설정되어 있는 전동기의 기준전압 v＿base, 기저주파수 f＿base, 1차 저항값 R1, 누설 인덕턴스 L 을 이용하여, 전동기의 상호 인덕턴스 M 및 무부하 전류 IO 의 양방 또는 어느 일방을 구한다.
또한, 본 발명은 인버터에 의해 3상 교류를 유도전동기에 공급하고, 이 전동기의 가변속운전을 실행하는 전동기제어장치로서, 출력전압지령값 v＿ref 와 전압출력위상 θv 를 기본으로 3상 교류를 출력하는 전력변환기를 갖고, 이 유도전동기에 흐르는 1차 전류를 검출하는 전류검출기를 갖고, 이 전류검출기에 의해 검출한 전류값에서 얻은 1차 전류검출값 i1 을 입력하는 전동기제어장치를 대상으로 한다.
유도전동기의 1상 마다의 등가회로를 T-1형 등가회로로 한다.
전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하고, 전압지령값 v＿ref 로서 소정의 일정값을 부여하고, 이 때에 유도전동기에 흐르는 1차 전류검출값 i1 을 판독하여 상기 1차 전류값 i1 및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 2차 저항값 R2 를 이용하여, 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 im을
Figure 112003000587243-pct00009
로 추정하고,
이 전류추정값
Figure 112003000587243-pct00010
의 상승 파형으로부터 시정수
Figure 112003000587243-pct00011
를 구하고, 이 상호 인덕턴스 M 을
Figure 112003000587243-pct00012
에서 구한다. 필요에 따라, 이 상호 인덕턴스 M 또는 시정수
Figure 112003000587243-pct00013
및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 누설 인덕턴스 L, 2차 저항값 R2 및 전동기의 정격으로 부여되는 정격전압 Vrate, 정격주파수 frate 와 상기 상호 인덕턴스 M 을 이용하여 무부하 전류 I0 를 구한다.
또는, 전압지령 v＿ref 를 부여한 경우에, 1차 전류값 i1 이 일정값에 수렴되었을 때의 값을
Figure 112003000587243-pct00014
으로 한 경우에, 상기 1차 전류값 i1 및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 2차 저항값 R2 를 이용하여, 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류
Figure 112003000587243-pct00015
을
Figure 112003000587243-pct00016
에 의해 전압값을 이용하지 않고 추정한다.
본 발명에 의하면, 유도전동기를 고정밀도로 제어하기 위해 필요하게 되는 유도전동기의 1차 저항, 2차 저항, 누설 인덕턴스 및 상호 인덕턴스 또는 무부하 전류를, 이 유도전동기에 부하가 결합되어 있는 상태에서도 고정밀도로 튜닝할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태의 유도전동기제어장치의 블록도이다.
도 2 는 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 의 구성도이다.
도 3 은 유도전동기의 T-1형 등가회로도이다.
도 4 는 1차 저항 튜닝시의 등가회로도이다.
도 5 는 1차 저항 튜닝시의 전압지령값ㆍ전류검출값의 타임차트이다.
도 6 은 1차 저항 튜닝시의 전압지령값ㆍ전류검출값의 그래프이다.
도 7 은 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 등가회로도이다.
도 8 은 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 등가회로의 임피던스의 벡터도이다.
도 9 는 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 전압지령값ㆍ전류검출값의 타임차트이다.
도 10 은 제 10 실시형태를 적용한 블록도이다.
도 11 은 제 11 내지 제 13 및 제 17 실시형태를 적용한 블록도이다.
도 12 는 유도전동기의 T-1형 등가회로도이다.
도 13 은 유도전동기에 직류를 흘려보낸 경우의 등가회로도이다.
도 14 는 1차 저항 튜닝시의 전압지령값ㆍ전류검출값의 타임차트이다.
도 15 는 1차 저항 튜닝시의 전압지령값ㆍ전류검출값의 그래프이다.
도 16 은 제 14 및 제 15 실시형태를 적용한 블록도이다.
도 17 은 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 의 구성도이다.
도 18 은 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 등가회로이다.
도 19 는 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 전압지령값ㆍ전압검출값의 타 임차트이다.
도 20 은 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 등가회로의 임피던스의 벡터도이다.
도 21 은 2차 저항 및 누설 인덕턴스 튜닝시의 등가회로의 임피던스의 실수부성분의 주파수에 의한 변화도이다.
도 22 는 15㎐와 30㎐ 의 신호를 부여했을 때의 전류와 전압값의 관계를 나타낸 도면이다.
도 23 은 제 16 내지 제 19 의 실시형태를 적용한 블록도이다.
도 24 는 유도전동기의 T-1형 등가회로도이다.
도 25 는 유도전동기에 직류전압을 인가한 경우의 전류의 시간변화파형을 나타낸 도면이다.
도 1 은 본 발명에서의 유도전동기 제어장치의 일 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다. 비례적분 제어기 (10) 는 q축 전류지령 iq＿ref 와 q축 전류검출값 iq＿fb 의 편차가 0 이 되도록 제어하는 것으로, 비례적분 제어기 (10) 의 출력에 q축 보조 전압지령 vq＿ref＿c 를 가산하여 q축 전압지령 vq＿ref 를 작성한다. 마찬가지로 비례적분 제어기 (11) 는 d축 전류지령 id＿ref 와 d축 전류검출값 id＿fb 의 편차가 0 이 되도록 제어하는 것으로, 비례적분 제어기 (11) 의 출력에 d축 보조 전압지령 vd＿ref＿c 를 가산하여 d축 전압지령 vd＿ref 를 작성한다. 비례적분기의 비례 게인은 Ki, 적분 게인은 (1/T) 로 표시되어 있다. 전압지령 연산기 (12) 는 vq＿ref 및 vd＿ref 로부터 전압지령의 크기 v＿ref 및 전압위상 θv 를 연산하고, 다시 θv 에 자속의 위상 θfphi 를 가산하여 3상 교류좌표에서의 전압위상을 계산한다. 또한, 전압지령의 크기 v＿ref 에는 전압지령 오프셋값 v＿ref＿ofs 를 가산한다. 여기에서 iq＿ref 및 id＿ref 및 fphi 는, 통상의 유도전동기의 운전상태에서는 별도로 설치된 연산회로로부터 부여되는 것이다. 전력변환기 (2) 는 상기 v＿ref+v＿ref＿ofs 및 θref 에 의거하는 3상 교류전압을 유도전동기 (3) 에 공급하기 위한 전력변환기이다. 유도전동기 (3) 에 흐르는 전류는 전류검출기 (4 및 5) 로 검출되고 좌표변환기 (6) 에 입력되며, d-q 좌표로 변환되어 iq＿fb 및 id＿fb 로 된다. iq＿fb 및 id＿fb 는 전류연산기 (7) 에 의해 그 합성 벡터의 크기 i＿fb 로 변환된다. 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 는, v＿ref+v＿ref＿ofs 및 i＿fb 로부터 유도전동기 (3) 의 전동기 정수의 연산에 필요한 전압지령 및 전류검출값의 평균값 및 전압지령과 전류검출값의 위상차를 연산하는 연산기로, 전동기 정수연산기 (1) 는 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 로 연산된 신호를 기본으로 유도전동기 (3) 의 전동기 정수를 연산하는 연산기이다.
도 2 에 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 의 구체적인 구성을 나타낸다. v＿ref＿out 및 i＿fb 로부터 도 2 에 나타낸 구성에 의해, 양자의 위상차 및 각각의 주파수성분의 절대값의 평균값 및 DC분을 연산하고 있다. 여기에서 평균값을 로우 패스 필터 (LPF) 로 구하고 있으나, 이동평균 등에 의한 방법이어도 된다.
도 3 에 본 실시형태에서 유도전동기의 전동기 정수를 구하는데 사용한 유도전동기의 T-1형 등가회로를 나타낸다. 도 3 은 1상 마다의 등가회로이고, 인가 되는 전압은
Figure 112003000587243-pct00017
으로 되어 있다. I1 은 전동기의 1차 전류이고, R1 은 전동기의 1차 저항, R2 는 전동기의 2차 저항, L 은 전동기의 누설 인덕턴스, M 은 전동기의 상호 인덕턴스이다.
제 1 실시형태에 대해 설명한다.
유도전동기 (3) 에 직류를 인가한 경우 상호 인덕턴스 M 에서의 임피던스 ωM 은 0 이 되므로 도 3 의 등가회로는 도 4 에 나타낸 바와 같이 된다. 따라서
Figure 112003000587243-pct00018
로 구한다. 선간 저항으로서 설정하는 경우에는 RL-L=2ㆍR1 을 선간 저항으로 취급한다. 1차 저항의 튜닝이 개시되면, 전류지령으로서 임의로 설정된 제 1 전류지령값으로서 iq＿ref 및 id＿ref 를 부여한다. 전류지령이 부여되면 비례적분 제어기 (10, 11) 의 게인에 따라 전압지령이 발생하고, 3상 교류전압이 전력변환기 (2) 로부터 출력되어 전동기 (3) 에 가해져 전류 (I1) 가 흐른다. 전류 (I1) 는 전류검출기 (4, 5) 에 의해 검출되고, 좌표변환 및 전류연산되어 i＿fb로서 전동기 정수 연산기 (1) 에 가해진다. 전류의 상승에 필요한 시간은 비례적분 제어기 (10, 11) 의 게인으로 결정되므로 이 시간을 미리 설정되는 임의의 시간으로 설정해 두고, 이 설정시간이 경과된 후에 q축 및 d축의 비례적분 제어 기의 비례 게인을 0로 한다. 이에 의해 적분기로의 입력이 0 이 되기 때문에, 비례제어기의 출력은 비례 게인을 0 으로 하기 직전의 출력값으로 고정되므로, 전압지령은 일정값으로 유지되어 안정된다. 이 상태에서 일정시간 대기하고, 이 동안에 전압지령 v＿ref 및 전류검출값 i＿fb 의 평균값을 측정하여, 각각 v＿ref1 및 i＿fb1 으로 한다. 다음에 비례적분 제어기 (10, 11) 의 비례 게인을 원래의 값으로 되돌리고, 전류지령값 iq＿ref 및 id＿ref 를 제 2 전류설정값으로 하여 동일하게 조작하고, 이 때의 전압지령값 및 전류지령값의 평균을 각각 v＿ref, i＿fb2 로 한다. 이 때의 전압지령 v＿ref 및 전류검출값 i＿fb 의 시간변화를 도 5 에 나타낸다. v＿ref1, i＿fb1, v＿ref2, i＿fb2 의 관계는 도 6 에 나타낸 바와 같이 되어, 이 직선의 기울기로부터 1차 저항값 R1 이 구해진다. v＿ref 가 선간에서의 값인 것을 고려하면,
Figure 112003000587243-pct00019
이 된다.
제 2 실시형태를 설명한다.
상기에 설명한 제 1 실시형태에 있어서, 비례적분 제어기 (10, 11) 의 비례 게인 Ki 을 0 으로 할 때에, 그 시점에서의 q축 및 d축 전압지령값을 각각 보조 전압지령값 vq＿ref＿c 및 vd＿ref＿c 에 대입함과 동시에 비례적분 제어기 (10, 11) 의 비례 게인 Ki 및 적분 게인 (I/T) 및 비례적분 제어기 (10, 11) 의 출력을 0 으로 함으로써 전압지령을 부여하도록 한 것으로, 그 외의 처리는 제 1 실시형태와 동일하다.
제 3 실시형태에 대해 설명한다.
상기에 설명한 제 1 과 제 2 실시형태에서는 전류의 레벨은 2점이었지만, 측정정밀도를 올리기 위해 3점 이상에 대해 측정하도록 한 것이다. 3점의 경우에 대해 설명하면, 각각의 측정을 1, 2, 3 으로 한 경우에 1-2사이, 2-3사이, 1-3 사이의 각각 또는 임의의 2개에 대해 제 1 및 제 2 실시형태와 같이 R1 을 구하고, 그 평균값을 구하기 위한 R1 으로 채용하는 것이다. 4점 이상의 경우에도 동일하게 임의의 구간에서 R1 을 구하여 각각의 평균값을 사용하면 된다.
제 4 실시형태에 대하여 설명한다.
전압지령을 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍfhㆍt), θref= 임의의 고정값으로 부여한다. vamp 는 초기에 0 으로 하고, fh 는 전동기의 정격운전주파수 이상의 값으로 한다. 주파수가 높은 경우에는, 도 3 에 나타낸 등가회로에서 ωM〉〉R2 가 되므로 M 에는 거의 전류가 흐르지 않는 것으로 생각하면 등가회로는 도 7 에 나타낸 바와 같이 된다. 이 때의 전압과 전류의 위상차를 θdif 로 하면 (R1+R2) 와 ω1의 관계는 도 8 과 같이 되고, 회로의 임피던스를 ┃Zx┃ 로 하면, (R1+R2)=┃Zx┃ㆍcosθdif, ω1=┃Zx┃ㆍsinθdif 로 되고, 이미 구한 R1 을 사용하면 R2 및 L 이 구해진다.
┃Zx┃를 구하기 위해서는, 상기에 나타낸 v＿ref 를 부여하고, 전류검출값의 절대값의 평균값 i＿fb＿ave 가 미리 설정해 둔 제 1 전류설정값이 될 때까지 vamp 를 증가시켜 간다. 그리고 i＿fb＿ave 가 설정된 값에 일치하면, 필터의 출력이 안정될 때까지 일정시간 대기한 후, v＿ref 의 주파수 성분의 성분 절대값 의 평균값 v＿ref＿ave 와 전류검출값의 절대값의 평균값 i＿fb＿ave 및 위상차 θdif 를 각각 v＿ref＿ave1, i＿fb＿ave1, θdif1 로서 메모리에 보존한다. 이어서 미리 설정된 제 2 전류설정값이 되도록 vamp 를 가감하여 전류값이 일치하였다면 마찬가지로 값을 판독하여 각각 v＿ref＿ave2, i＿fb＿ave2, θdif2 로서 메모리에 보존한다. 이 때의 전압지령 및 전류검출값의 시간변화를 도 9 에 나타낸다. 회로의 임피던스 ｜Zx｜는 R1 일 때와 마찬가지로 전압과 전류의 기울기로서,
Figure 112003000587243-pct00020
에서 구한다.
또한, 위상차는 θdif＿L=(θdif1+θdif2)/2 로 한다.
이 식과 상기한 식에서
Figure 112003000587243-pct00021
로서 2차 저항 (R2) 및 누출 인덕턴스 L 를 구할 수 있다.
여기에서 vamp 의 초기값을 0 으로 설명하였지만, 흐르는 전류값은 V/f 패턴을 기준으로 하여 예측되므로, 미리 소정 값을 설정하고 그것에서 가감함으로써 시간을 단축할 수도 있다.
제 5 실시형태에 대해 설명한다.
상기 제 4 실시형태에서 전압지령 v＿ref 에 오프셋값으로 v＿ref＿ofs 를 더한 것을 전압지령으로 한 것이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이 R1+R2 및 L 을 구하기 위해 사용하는 데이터 v＿ref＿ave, i＿fb＿ave, θdif 는 입력신호를 하이 패스 필터에 입력하여 직류분을 제거한 데이터를 사용함으로써 제 4 실시형태와 동일하게 생각할 수 있다.
청구항 제 6 항에 기재된 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
상기 제 4 실시형태에서 전압지령 v＿ref 에 오프셋값으로 v＿ref＿ofs 를 더한 것을 전압지령으로 한 것이다. 오프셋분의 전압은 직류로 출력되므로 이것에 대한 등가회로는 도 4 에 나타내는 바와 같이 되므로, 이 전압지령값의 직류분과 전류검출값의 직류분의 비를 취함으로써 1차 저항 R1 을 구할 수 있다. 직류분의 신호를 취출하기 위해서는 신호의 평균값을 취하면 되고, 실시형태에서는 도 2 에 나타내는 바와 같이 로우 패스 필터 [LPF3] 를 사용하여 검출하고 있다. v＿ref＿ofs 값의 결정 방법은 여기에서는 교류신호를 부여하기 전에, 제 4 실시형태와 마찬가지로 전류검출값과 전류설정값을 비교하면서 v＿ref＿ofs 를 가감하여 결정하고 있다.
이렇게 구한 R1 을 R2 의 연산에 사용하는 것 이외는 청구항 4 의 실시형태와 동일하다. 이로써, R1, R2, L 을 하나의 스텝 중에서 구할 수 있기 때문에 실행시간을 단축시킬 수 있다.
청구항 제 7 항에 기재된 실시형태에 대해 설명한다.
제 4 실시형태에서 f1 의 주파수를 전동기의 정격운전 주파수에 대해 매우 낮은 주파수로 설정한다. 이 때는 M 에 흐르는 전류를 무시할 수 없으므로 도 3 에 나타내는 등가회로에서 생각한다.
등가회로에서 식을 세우면,
Figure 112003000587243-pct00022
실수부에 대해 비교하여 M 을 구하면,
Figure 112003000587243-pct00023
가 되어 M 을 얻을 수 있다.
여기에서, fh 를 낮은 주파수로 하는 것 이외는 제 4 실시형태와 동일하게 하여 구하여, 임피던스를 ｜Zx2｜, 위상차를 θdif＿m 으로 하면, Zx＿r2=｜Zx2｜ㆍcosθdif＿m 이 되고, 이것과 이미 구한 R1, R2 에서
Figure 112003000587243-pct00024
에 의해 상호 인덕턴스 M 을 구할 수 있다.
제 8 및 제 9 실시형태에 대해 설명한다.
제 5 및 제 6 실시형태에 나타낸 것과 마찬가지로 전압지령 v＿ref 에 오프셋으로 v＿ref＿ofs 를 더한 것이다. 처리 내용은 제 5 와 6 실시형태에 나타낸 것과 동일하다. 제 7 실시형태의 경우는 주파수가 낮기 때문에 본 방법에 나타내는 바와 같이 직류 오프셋을 부여함으로써 전동기가 불필요하게 동작하는 것을 방지할 수 있다.
제 10 실시형태에 대해 설명한다.
도 10 에 청구항 제 10 항에 기재된 발명을 실시한 블록도를 나타낸다. 통상의 벡터제어를 실시하는 구성에서 q축 전압지령값 vq＿ref, d축 전압지령값 vd＿ref, q축 전류검출값 iq＿fb, d축 전류검출값 id＿fb 및 출력주파수값 fphi 를 취출하고 전동기 정수연산기 (1) 에 입력하여 상호 인덕턴스 M 및 무부하 전류값 (IO) 을 구한다. 속도제어기 (14) 는 속도지령에 기초하여 q축 전류지령값 iq＿ref, d축 전류지령값 id＿ref 및 출력주파수값 fphi 를 연산하는 것으로서 일반적으로 사용되고 있는 벡터제어방식이며, 본 발명의 특징에 관련되는 것은 아니므로 간략하게 기재하고 있다. 좌표변환기 (6) 는 상전류의 검출값을 dq 좌표계로 변환하는 좌표변환기로, q축 PI 전류제어기 (10), d축 PI 전류제어기 (11) 는 전류지령값과 전류검출값이 일치하도록 하는 제어기, 전압지령연산기 (12) 는 q축 전압지령, d축 전압지령값 및 자속위상 θphi 에서 3상 교류전압의 전압 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 계산한다. 자속위상 θphi 는 출력주파수 fphi 를 적분함으로써 구한다. 전력변환기 (2) 는 v＿ref 및 θv 에 기초하여 3상 교류전력을 유도전동기 (3) 에 공급하는 것이다.
여기에서는 운전지령입력후, 유도전동기 (3) 의 가속이 완료된 시점에서 1 초 경과 후에 출력주파수 fphi, d축 전압지령 vd＿ref, q축 전압지령 vq＿ref, d축 전류검출값 id＿fb, q축 전류검출값 iq＿fb 를 판독하고, 미리 설정되어 있는 전동 기의 기저전압 v＿base, 기저주파수 f＿base 및 별도로 구한 1차 저항값 R1, 누출 인덕턴스 L 을 사용하여
Figure 112003000587243-pct00025
를 계산함으로써 전동기의 상호 인덕턴스 M 및 무부하 전류 (IO) 를 구할 수 있다.
여기에서는 가속완료시로 하고 있지만, 운전중의 임의 시각에서 측정해도 관계없다.
본 발명의 방법은 통상의 운전상태에서 각부의 신호를 빼내어 연산하고 있어 PG 의 유무 등에 의한 속도제어기 구성의 차이에 관계없이 적용할 수 있다.
도 11 은 제 11 내지 제 13 실시형태의 유도전동기의 전동기 정수측정방법을 실시하는 전동기 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 전동기 정수연산기 (1) 는 전류지령 i＿ref 를 출력한다. 유도전동기 (3) 에 흐르는 전류값은 U 상에 형성된 전류검출기 (4) 에 의해 검출된 전류 iu 와 V 상에 형성된 전류검출기 (5) 에 의해 검출된 iv 로 받아들이고, 3상 2상 변환기 (6) 에 의해 (1) 식 및 (2) 식의 연산을 실시하여 2상 교류전류 iα, iβ로 변환한다.
Figure 112003000587243-pct00026
전류를 검출하는 상은 U 상과 V 상의 조합에 한정되지 않고 임의의 2상 또는 3상 모두를 검출해도 된다.
전류연산기 (7) 는 2상 교류전류 iα, iβ의 제곱의 합의 평방근을 계산하여 전류검출값 i＿fb 를 구한다. i＿fb 를 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 에 입력하여 평균값 i＿fb＿ave 를 계산한다. 여기에서는 평균값의 계산은 i＿fb 의 절대값을 취하고, 그 결과를 로우 패스 필터를 통과시킴으로써 얻고 있는데, 이동평균과 같은 다른 방법을 사용하여 평균값을 계산해도 된다. 전류 PI 제어기 (13) 는 전류지령 i＿ref 와 전류검출 평균값 i＿fb＿ave 가 일치하도록 제어한다. 전류 PI 제어기 (13) 의 출력은 전압지령 v＿ref 가 된다. 전력변환기 (2) 에서는 전압지령값 v＿ref 를 선간전압으로 환산하고, 전동기 정수연산기 (1) 에서 부여된 전압위상 θv 를 사용하여 3상 교류의 출력위상을 연산하고 유도전동기 (3) 에 3상 교류전력을 공급한다.
제 11 실시형태에 대해 설명한다.
유도전동기의 1상 마다의 T-1 형 등가회로를 도 12 에 나타낸다. R1 은 1차 저항, L 은 누출 인덕턴스, M 은 상호 인덕턴스, R2 는 2차 저항, s 는 슬립이 다. 직류를 흐르게 한 경우에는 상호 인덕턴스 M 의 임피던스분은 0 으로 되기 때문에 등가회로는 도 13 과 같이 된다.
이하에서는 U 상의 전류가 피크가 될 때의 위상을 0°로 설명한다.
본 실시형태에서는 전압위상 θv 의 위상을 0°로 한다.
먼저, 전류지령값 i＿ref 로서 유도전동기 정격전류의 20% 의 값을 부여하면, 전류 PI 제어기 (13) 의 작용에 의해 도 14 에 나타내는 바와 같이 전압지령 v＿ref 가 변화하여 전류검출값 i＿fb＿ave 가 i＿ref1 과 일치하는 시점에서 v＿ref 가 일정해진다. 여기에서는 2 초 기다려, 시간으로 전류제어를 실시하는 구간 A 의 폭을 결정하고 있다. 이 안정될 때까지의 시간은 제어특성과 관계가 있기 때문에 통상은 2 초 기다리면 충분하지만, 부하기의 특성 등에 의하여 전류 PI 제어기 (13) 의 게인이 올라가지 않는 경우에는 이 시간을 길게 한다. 2 초가 경과한 후, 전류 PI 제어기 (13) 의 게인 Ki 를 0 으로 하고, 적분기에 모인 값을 v＿ref 로 출력함으로써 전류지령값 v＿ref 를 고정시킨다. 또한, 일정시간 (여기에서는 1 초로 함) 기다린 후, v＿ref 의 평균값 v＿ref＿ave 및 i＿fb＿ave 를 판독하여 v＿ref1, i＿fb1 로 한다. v＿ref＿ave 는 v＿ref 의 값을 평균값ㆍ위상차계산기 (8) 에 입력하여 계산한다. 이어서 전류지령 i＿ref 로 유도전동기 정격전류의 40% 를 부여하여 동일하게 제어를 실시하고 전압지령값 v＿ref＿ave 및 전류검출값 i＿fb＿ave 를 판독하여 v＿ref2, i＿fb2 로 한다. 이 2 점의 데이터를 그래프로 하면 도 15 와 같이 된다. 이 기울기가 1차 저항값 (R1) 을 나타내므로,
Figure 112003000587243-pct00027
에 의해 계산한다. 그리고 2×R1 을 선간 저항값 (RL-L) 으로 한다. 전류값은 여기에서는 유도전동기 정격전류의 20%, 40% 로 했지만, 이것과는 다른 값으로 해도 되고 3 점 이상의 전류값에 대해 실행해도 된다.
제 12 실시형태의 방법은 3 점 이상의 측정을 실시한 경우에 예컨대 20%, 40%, 60% 의 3 종류의 전류값으로 실시한 경우는, 20%-40%, 40%-60%, 20%-60% 사이에서 각각 기울기를 계산하고 그 기울기의 평균을 취하여 사용하면 된다.
제 13 실시형태에 대해 설명한다. 도 15 에 나타내는 바와 같이 먼저 측정한 데이터를 1차식으로 근사하여 연장하고, 전류값이 0 일 때의 v＿ref 의 값을 전압 오프셋값 v＿ref0 으로 기록한다. 이것은 전력변환기 (2) 에 사용되는 소자 등에 의한 전압강하분에 상당하는 것이다. 3 종류 이상의 전류값에 대해 측정하고 있는 경우에는 임의의 2 점의 직선 근사 또는 평균 2 승 오차법에 의한 회귀곡선에 의해 구하면 된다.
제 14 실시형태에 대해 설명한다. 도 16 과 도 17 은 청구항 제 14 항 및 청구항 제 15 항에 기재된 방법을 실시하는 블록도이다.
도 15 에서 전동기 정수연산기 (1) 에서 출력전압지령 v＿ref 와 출력전압위상 θv 를 전력변환기 (2) 에 부여하고, 이것에 기초하여 3상 교류를 출력하여 유도전동기 (3) 를 운전한다. 유도전동기 (3) 에 흐르는 전류값은 U 상에 형성된 전류검출기 (4) 에 의해 검출된 전류 iu 와 V 상에 형성된 전류검출기 (5) 에 의해 검출된 iv 로 취입하고, 좌표변환기 (6) 에 의해 (1) 식 (2) 식의 연산을 실시하여 2상 교류전류 iα, iβ로 변환한다. 전류를 검출하는 상은 U 상과 V 상의 조합에 한정되지 않고 임의의 2상 또는 3상 모두를 검출해도 된다.
전류연산기 (7) 는 2상 교류전류 iα, iβ의 제곱의 합의 평방근을 계산하여 전류검출값 i＿fb 를 구한다. 전압지령 v＿ref, 전류검출값 i＿fb 및 전동기 정수연산기 (1) 에 의해 부여되는 v＿ref 의 진폭의 순간값을 부여하는 위상 θh 는 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 에 입력되고 v＿ref 의 평균값 v＿ref＿ave, i＿fb 의 평균값 i＿fb＿ave 및 위상차 θdif 가 연산되고 전동기 정수연산기 (1) 에 입력되어 전동기 정수를 연산한다. 도 11 과의 상이점은 전류지령을 부여하지 않고 전압지령 v＿ref 를 부여하고 있는 점, 전압지령 v＿ref 로 부여하는 주파수성분의 위상 θh 를 평균값ㆍ위상차연산회로 (8) 에 입력하고 있는 점이다. 도 17 은 평균값ㆍ위상차 연산기 (8) 의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 17 의 블록도의 처리에 의해 v＿ref, i＿ref 의 평균값 i＿fb＿ave 및 위상차 θdif 를 연산한다.
도 12 에 나타낸 유도전동기의 등가회로는 주파수가 높아지면 상호 인덕턴스 M 에 의한 임피던스 (ωM) 가 R2 에 비해 커지기 때문에, 도 18 에 나타내는 바와 같이 R1, L, R2 의 직렬회로에서 근사할 수 있다. 따라서, 전압, 전류의 크기 및 양쪽의 위상차로부터 저항분 R1+R2 와 리액턴스 (ωL) 를 구할 수 있다.
본 실시형태에서는 θv 를 0°로 하고, 제 1 주파수 fh1=15㎐, 제 2 주파수 fh2=30㎐, 제 14 실시형태에 기재된 전류설정값은 유도전동기 정격전류의 80% 로 하고 있다. 먼저, 전압진폭의 크기 Vamp=0 으로 하고, 전압지령의 크기 v_ref 를 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍ15ㆍt), [t 는 시각] 으로 부여하여 운전한다. 전류검출 평균값 i＿fb 가 유도전동기의 정격전류의 80% 가 되도록 i＿fb 를 감시하면서 전압진폭 Vamp 를 가감한다. Vamp 의 가감량은 전류가 급격하게 변화하지 않도록 적절한 크기로 한다. 본 실시형태에서는 유도전동기 정격전압의 1000 분의 1 의 크기를 Vamp 로 가감산하였다. 전류검출 평균값 i＿fb 가 유도전동기의 정격전류의 80% 가 된 후, 임의의 설정시간 (여기에서는 3 초로 하였음) 이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref 의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave1 및 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave1 및 v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif1 으로 하고, 이어서 주파수를 30㎐ 로 하고 15㎐ 일 때와 동일한 운전을 실시하고, 이 때의 전압지령의 크기 v＿ref 의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave2, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave2, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif2 라 한다. 여기서는 평균값은 각각의 포화값을 로우 패스 필터에 입력하여 그 출력을 이용하고 있다. 이 때의 전압지령, 전류검출값의 타임차트를 도 19 에 나타낸다. 여기서 구한 전압, 전류, 위상차의 관계를 도 20 에 나타내는 바와 같이 복소수로 취급하는 것으로 하면 임피던스 및 그 실수부성분과 허수부성분은 다음 식으로 얻는다.
Figure 112003000587243-pct00028
이 때 실수부성분 Zxr1, Zxr2 가 저항분 R1＋R2 를, 허수부성분 Zxi1, Zxi2 가 리액턴스성분 ωL 을 나타낸다. 먼저, 실수부성분에 대해 검토한다. fh1 (15㎐) 일 때의 Zxr1 및 fh2 (30㎐) 일 때의 Zxr2 를 그래프에 나타내면 도 21 과 같이 되고 주파수에 의해 변화하고 있다. 이는 표피효과 등의 영향에 의한 것으로 생각된다. R2＝Zxr-R1 로 구할 때, R1 은 직류를 흐르게 하여 측정한 것이므로, 도 21 에 나타내는 바와 같이 측정값을 직선 근사시켜 주파수 fh＝fh1ㆍfh2/(fh1＋fh2)＝15ㆍ30/(15＋30)＝10㎐ 일 때의 값을 Zxr 로서 이용하고 있다. 이어서 허수성분에 대해 검토한다. 허수성분에 대해서는 주파수성분에 거의 비례하므로, fh2 (30㎐) 일 때의 값을 이용하여 Zxi＝Zxi2, fh＿1＝fh2 라 하고, 누설 인덕턴스를 L＝Zxi/(2ㆍπㆍfh＿1) 로부터 구한다. 여기서, fh2 를 이용한 이유는 주파수가 높은 쪽이 전압값이 커져 측정오차를 작게 할 수 있기 때문이다. 낮은 쪽의 주파수를 이용해도 되고, 2개의 주파수에서의 기울기로부터 계산해도 된다.
이어서 제 15 실시형태에 대해 설명한다. 상기 2차 저항 및 누설 인덕턴스의 측정에 있어서, 앞서 구한 전압 오프셋값 v＿ref0 을 이용하여 Zx1 및 Zx2 를 다음 식으로 계산한다.
Figure 112003000587243-pct00029
이후의 계산은 전술한 것과 동일하다.
제 14 실시형태에서, 상기와 동일한 주파수에서, 상기 측정시에 흐르게 한 전류값과는 다른 크기의 전류 i＿fb2 를 흐르게 한 상태에서 동일한 측정을 한다. 여기서는 예로서 i＿fb2 를 모터정격전류의 40% (상기한 것의 2 분의 1) 로 하고, 15㎐ 에서의 전압지령값의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave3, 전류검출값의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave3 이라 하고, 30㎐ 에서의 전압지령값의 평균값을 v_ref_ave4, 전류검출값의 절대값의 평균값을 i＿fb_ave4 라 한다. 도 22(a)(b) 에 나타내는 바와 같이, 15㎐, 30㎐ 에 있어서 각각 2개의 전류값으로 직선 근사시키고, 전류값이 0 일 때의 값을 15㎐ 에서의 전압 오프셋 v＿ofs15, 30㎐ 에서의 전압 오프셋 v＿ofs30 으로서 구한다. 이들 오프셋값을 제 13 실시형태의 전압 오프셋값 v＿ref0 대신에 15㎐, 30㎐ 에서의 전압지령값에 대해 이용함으로써, 전압 오프셋을 보상하는 방법도 있다. 또한, 전압 오프셋값을 구하지 않고 전류값을 변경하였을 때의 기울기로부터, 15㎐, 30㎐ 각각의 임피던스를 구해도 된다. 또한, 임피던스의 실수부, 허수부를 구하기 위한 위상에 대해서는 2개의 전류값의 평균값을 이용해도 된다.
또한, 상기 기술한 처리에서는 간단하게 하기 위해 생략하였으나, 상기 15㎐, 30㎐ 의 신호를 부여하였을 때의 전압값ㆍ전류값은 절대값을 취한 후 로우 패스 필터를 통과시킴으로써 평균화한 것으로 평균값인 데 비해, 청구항 제 13 항의 실시형태에서 기술한 전압값오프셋값 v＿ref0 는 직류값으로부터 얻은 것으로 실효값 또는 최대값이므로 v＿ref0 을 평균값 환산한 값을 이용한다. 여기서는 평균값으로 하였으나, 각각의 환산의 정합이 취해져 있으면, 실효값, 평균값, 최대값 중 어느 것을 사용해도 된다.
도 23 은 본 발명의 제 16 및 제 17 실시형태의 유도전동기의 전동기 정수측정방법을 실시하는 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 23 에서, 전력변환기 (2) 는 전동기 정수연산기 (1) 로부터 부여된 전압지령 v＿ref 와 전압위상 θv 를 3상 교류전력으로 변환하고, 유도전동기 (3) 에 3상 교류전력을 공급한다. 유도전동기 (3) 에 흐르는 전류값은 U상에 설치된 전류검출기 (4) 로 검출된 전류 iu 와 V상에 설치된 전류검출기 (5) 로 검출된 iv 로서 취입하고, 좌표변환기 (6) 에 의해 (1) 식 및 (2) 식을 연산하여 2상 교류전류 iα, iβ로 변환한다. (2) 식에서 (2/3) 를 곱하는 이유는 변환전과 변환후에 진폭의 크기를 동등하게 하기 위함이다. 전류를 검출하는 상은 U상과 V상의 조합에 한정되지 않고 임의의 2상 또는 3상 모두를 검출해도 된다. 2상 교류전류 iα, iβ는 전동기 정수연산기 (1) 에 입력되고, 1차 전류검출값 i1 을 2상 교류전류 iα, iβ의 제곱의 합의 평방근으로 하여 계산한다.
도 23 은 인버터에 의한 전동기 구동장치에서, 통상 운전시 및 종래의 전동기 정수의 동정방법에 있어서, 전압지령, 출력전압위상의 전단에 설치되는 속도제어, 전류제어 등의 블록을 전동기 정수연산기 (1) 로 바꾼 것으로, 본 발명의 실시에 필요한 부분을 발췌하여 도시한 것이며, 양자는 별도로 설치된 스위치에 의해 전환하도록 되어 있다.
먼저, 청구항 제 16 항의 실시형태의 원리에 대해 설명한다.
도 24 에 유도전동기의 정지상태 (슬립 s＝1) 에서의 1상 마다의 T-1 형 등가회로를 나타낸다. R1 은 1차 저항, L 은 누설 인덕턴스, R2 는 2차 저항, M 은 상호 인덕턴스이고, v 는 인가되는 전압, i1 은 전동기의 1차 전류, i2 는 전동기의 2차 전류, im 은 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 (여자전류) 이다.
상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류의 변화에 의해 생기는 기전력을 em 으로 하고, 도 24 의 등가회로에서 키르히호프의 법칙에 기초하여 방정식을 세우면,
Figure 112003000587243-pct00030
이 된다.
누설 인덕턴스 L 은 상호 인덕턴스 M 에 비해 작으므로, 간단하게 하기 위해 누설 인덕턴스 L 을 무시하면 (3) 식은
Figure 112003000587243-pct00031
이 된다.
또한, (4) 와 (5) 식으로부터,
Figure 112003000587243-pct00032
(4) 식과 (7) 식을 (6) 식에 대입하여 정리하면,
Figure 112003000587243-pct00033
초기 조건을
시각 t＝0 에서, im0＝0 (9)
으로 하여 im 에 대해 풀면,
Figure 112003000587243-pct00034
이 된다.
여기서, τ은 시정수이다.
즉,
Figure 112003000587243-pct00035
이 되고, 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 im 으로부터 시정수 τ를 구하고, (12) 식에 대입하면 상호 인덕턴스 M 을 구할 수 있다.
제 17 실시형태의 원리에 대해 설명한다.
상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 im 은 유도전동기 내부에서 흐르는 전류이며, 유도전동기 입력단자측으로부터는 직접 측정할 수 없다. 따라서 이하에 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 im 을 추정하는 방법에 대해 설명한다.
(4) 식과 (6) 식으로부터
Figure 112003000587243-pct00036
(13) 식을 (5) 식에 대입하여,
Figure 112003000587243-pct00037
(14) 식을 정리하면
Figure 112003000587243-pct00038
이 된다.
따라서, 전동기에 인가하는 전압 v 및 전동기에 흐르는 1차 전류 i1 를 이용하여 (15) 식에 의해 im 을 구할 수 있고, 이 im 의 변화로부터 시정수 τ를 구하여 (12) 식에 대입함으로써 상호 인덕턴스 M 을 구할 수 있다.
무부하 전류 I0 은 정격전압, 정격주파수의 전원을 유도기에 부여하여 무부하에서 회전시킨 경우에 흐르는 전류이고, 이 때의 등가회로는 도 24 의 T-1 형 등가회로에서 R1, L, M 의 직렬회로로서 표시된다.
따라서, 이 때의 전압 v 와 전류 i1 의 관계는
Figure 112003000587243-pct00039
이 되고,
정격전압을 V 로 하여 전압, 전류의 크기에만 주목하여 (16) 식을 다시 쓰면,
Figure 112003000587243-pct00040
V, I 는 각각 전압과 전류의 크기를 나타내는 수치이고, 실효값 또는 최대값 또는 평균값 중 어느 하나로서, 전압과 전류에서 동일한 것이면 된다.
(18) 식을 I0 에 대해 풀면,
Figure 112003000587243-pct00041
이 되고, 무부하 전류 I0 가 구해진다.
(16), (18), (19) 식에서는 R1 및 L 을 고려하고 있으나, 간단하게 하기 위해 R1 및 L 을 무시하는 것도 생각해 볼 수 있다.
전압 v＝V1 을 스텝으로 부여한 경우의 1차 전류 i1, 상호 인덕턴스에 흐르는 전류 im 및 1차 전류 i1 과 R1, R2 를 이용하여 (15) 식에 의해 구한 im 의 추정값
Figure 112003000587243-pct00042
의 시간변화의 파형을 도 25 에 나타낸다. i1, im,
Figure 112003000587243-pct00043
이 수렴하는 Π∞ 는 (V1/R1) 이고,
Figure 112003000587243-pct00044
가 0 에서 Π∞ 까지 변화될 때의 파형은 im 의 파형에 거의 일치하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 이 때의
Figure 112003000587243-pct00045
의 변화로부터 시정수
Figure 112003000587243-pct00046
를 구하면 된다.
여기서, 상기 원리에 기초하는 방법을 실현한 내용을 도 23 에 기초하여 설명한다.
이하에서는 U상이 피크가 될 때의 위상을 0°로서 설명한다.
본 실시형태에서는 전압위상 θv 의 위상을 0°로서 실시하였다.
먼저, 전동기 (3) 에 부여하는 소정의 전압 V1 의 크기의 결정방법에 대해 설명한다. 전동기 (3) 에 인가하는 전압 V1 은 임의의 값이면 되지만, 실제로는 전류에 의한 발열에 의해 유도전동기 (3) 를 소손시키지 않는 범위로 할 필요가 있 다. 따라서, 여기서는 전동기 정격전류의 50% 의 전류값이 되도록 전압 V1 을 부여하는 경우에 대해 V1 의 결정방법을 예로 들어 설명한다. 먼저, 전압지령 v＿ref 를 0 으로서 부여하고, 전류검출값 i1 을 측정하면서 v_ref 를 유도전동기의 정격전압의 1000 분의 1 씩 가산하여 크게 해나간다. 그리고, 전류검출값 i1 이 유도전동기 정격전류의 50% 에 도달한 시점에서, 그 때의 v＿ref 의 값을 V1 로서 기억하고, 전동기 (3) 로의 전력 공급을 차단한다. 전압지령의 증가량은 급격하게 전류가 변화되지 않는 정도의 크기로 임의로 설정하면 된다. 또한, 전류제어기가 구비되어 있는 경우에는 전류지령으로서 정격전류의 50% 의 값을 부여하고, 검출전류값이 전류지령값과 일치한 단계에서, 그 때의 전류지령값을 V1 로 하면 된다. 본 발명에 기술하고 있는 상호 인덕턴스 또는 무부하 전류의 동정 (同定) 전에 직류전류를 흐르게 하여 1차 저항을 측정하고 있는 경우에는 그 때의 전류값 및 전압지령값을 이용해도 된다. 물론, 전류값은 정격전류의 50% 이외의 값으로 해도 된다.
이어서 전압지령 v＿ref 로서 V1 을 부여하고, 유도전동기 (3) 에 전압을 스텝으로 인가한다. 이 때의 1차 전류 i1 을 측정하고, 상기 (15) 식에 의해
Figure 112003000587243-pct00047
를 구한다. 여기서, (15) 식에서의 v 는 v＿ref, im 은
Figure 112003000587243-pct00048
에 상당한다. R1, R2 는 유도전동기의 시험성적표 또는 기존의 동정수단에 의해 부여된 값을 이용한다.
Figure 112003000587243-pct00049
의 상승 파형으로부터 시정수 τ를 구하고 이 때의 값을
Figure 112003000587243-pct00050
라 한다.
Figure 112003000587243-pct00051
을 (12) 식에 나타내는 τ에 대입하여 상호 인덕턴스 M 을 구한다. 시정수
Figure 112003000587243-pct00052
는
Figure 112003000587243-pct00053
가 0으로부터 최종 (수렴) 값의 (1－1/e) ≒ 0.632배에 도달할 때까지의 시간을 계측하여 구하는 방법이 일반적이지만, 임의의 전류값에서의 전류변화와 그 동안의 시간을 측정하여 그 시간이 시정수와 일치하는 환산을 실시해도 된다. 후자의 경우에는 복수점에서의 측정이 가능해지므로, 몇몇 데이터를 측정하여 평균을 취함으로써 편차를 저감시킬 수 있다.
제 17 실시형태에 대해 설명한다.
유도전동기의 정격전압 Vrate 및 정격주파수 frate 는 유도전동기의 사양으로서 부여되는 것이므로, 이것과 유도전동기의 시험성적표 또는 기존의 다른 동정수단에 의해 부여된 R1, L, R2 및 전술한 방법에 의해 동정한 M 을 이용하여 (19) 식에 적용시키면,
Figure 112003000587243-pct00054
이 되고, 무부하 전류 I0 가 구해진다.
어느 정도의 오차를 허용할 수 있는 경우에는 간단하게 하기 위해 L 및 R1 을 생략하여 계산해도 된다.
이어서 청구항 제 16 항의 실시형태에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 직류를 흐르게 한 상태에서는 유도전동기의 등가회로는 1차 저항만이라고 간주할 수 있다. 따라서, 직류전압을 인가한 직후에는 과도적으로 2차 저항에도 전류가 흐르지만, 시간이 충분히 경과하였을 때에는 1차 저항에 만 흐르게 되므로, 1차 전류값 i1 이 수렴한 경우의 전류값을
Figure 112003000587243-pct00055
이라 하면 전압
Figure 112003000587243-pct00056
이 되고, 상기 (15) 식은,
Figure 112003000587243-pct00057
라고 다시 쓸 수 있다.
여기서, im 은 추정식이므로,
Figure 112003000587243-pct00058
라 기술하고, 이후는 전술한 제 16 실시형태와 동일하게 하여 연산한다. 이와 같이 하면 연산시에 전압값을 이용하지 않기 때문에, 구동장치의 전압정밀도에 의존하지 않는 측정을 행할 수 있다. 전술한 바와 같이 전압지령의 부여방법을 1차 저항 측정시의 값을 이용하도록 한 경우에는
Figure 112003000587243-pct00059
의 값은 저항측정시에 판독한 전류값을 이용하면 된다.
제 19 실시형태는 제 18 실시형태의
Figure 112003000587243-pct00060
의 연산방법을 이용하여 제 17 실시형태를 실시한 것이다.

Claims (19)

  1. 전동기의 1차 전류의 d축 (자속 축) 성분의 전류지령과 d축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 d축 전류 비례적분 제어기, 상기 d축 전류 비례적분 제어기의 출력과 임의의 d축 보조 전압지령값을 가산하여 d축 전압지령값을 얻는 제 1 가산기, 전동기의 1차 전류의 q축 (토크 축) 성분의 전류지령과 q축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 q축 전류 비례적분 제어기, 상기 q축 전류 비례적분 제어기의 출력과 임의의 q축 보조 전압지령값을 가산하여 q축 전압지령값을 얻는 제 2 가산기, 및 d축 전압지령값 및 q축 전압지령값에서 전압지령의 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 연산하고 전압지령의 크기와 전압지령의 위상을 기본으로 직류를 3상 교류로 변환하여 출력하는 출력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 처리함으로써 제어하는 전동기의 벡터제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    미리 임의로 설정된 일정값의 d축 전류지령값 id＿ref1 과 q축 전류지령값 iq＿ref1 을 첫번째의 지령값으로 부여하고, d축 보조 전압지령값 vd＿ref＿c 와 q축 보조 전압지령값 vq＿ref＿c 를 함께 0 으로 부여하여 상기 벡터제어장치를 동작시키는 단계,
    미리 설정된 제 1 시간이 경과된 후 d축 비례적분 제어기의 비례 게인 및 q축 비례적분 제어기의 비례 게인을 0 으로 하고, 이 시각에서 미리 설정된 제 2 시간이 경과된 후에 d축 전압지령 vd＿ref 및 q축 전압지령 vq＿ref 에서 전압지령
    Figure 112007039005536-pct00061
    을 작성하고, d축 전류검출값 id＿fb 및 q축 전류검출값 iq＿fb 에서 전류검출값
    Figure 112007039005536-pct00062
    을 작성하는 단계,
    상기 제 2 시간 내의 임의의 시간 내에 기록한 v＿ref의 평균값과 i＿fb의 평균값을 제 1 데이터 v＿ref1, i＿fb1로 하는 단계,
    상기 두 비례적분 제어기의 게인을 원래의 값으로 되돌리고 미리 임의로 설정된 일정값의 d축 전류지령값 id＿ref2 와 q축 전류지령값 iq＿ref2 를 두번째의 지령값으로 부여하고, d축 보조 전압지령값 vd＿ref＿c 와 q축 보조 전압지령값 vq＿ref＿c 를 함께 0 으로 부여하여 상기 벡터제어장치를 동작시키는 단계, 및
    미리 설정된 제 1 설정시간이 경과된 후 d축 전류 비례적분 제어기의 비례 게인 및 q축 전류 비례적분 제어기의 비례 게인을 0 으로 하고, 이 시각에서 미리 설정된 제 2 시간이 경과된 후에 상기 제 2 시간 내의 임의의 시간 내에 기록한 v＿ref의 평균값과 i＿fb의 평균값을 제 2 데이터 v＿ref2, i＿fb2 로 하여 전동기의 1 차 저항을
    Figure 112007039005536-pct00063
    에서 구하고, 그리고 전동기의 선간 저항값을 RL-L=2ㆍR1 에서 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 시간이 경과된 후에 d축 전류 비례적분 제어기의 출력을 d축 보조 전압지령값으로 하는 동시에 d축 전류 비례적분 제어기의 비례 게인 및 적분 게인, 및 d축 전류 비례적분 제어기의 출력을 0 으로 하고, q축 전류 비례적분 제어기의 출력을 q축 보조 전압지령값으로 하는 동시에 q축 전류 비례적분 제어기의 비례 게인 및 적분 게인, 및 q축 전류 비례적분 제어기의 출력을 0 으로 하여 상기 제 1 시간 경과 후의 동작을 동일하게 실시하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    미리 임의로 설정된 일정값의 지령값인 d축 전류지령값과 q축 전류지령값을 3 종류 이상의 레벨로 하고, 각각의 구간에서 구한 1차 저항값의 평균값을 1차 저항값으로 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  4. 전동기의 1차 전류의 d축 (자속 축) 성분의 전류지령과 d축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 d축 전류 비례적분 제어기, 상기 d축 전류 비례적분 제어기의 출력과 임의의 d축 보조 전압지령값을 가산하여 d축 전압지령값을 얻는 제 1 가산기, 전동기의 1차 전류의 q축 (토크 축) 성분의 전류지령과 q축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 q축 전류 비례적분 제어기, 상기 q축 전류 비례적분 제어기의 출력과 임의의 q축 보조 전압지령값을 가산하여 q축 전압지령값을 얻는 제 2 가산기, 및 d축 전압지령값 및 q축 전압지령값에서 전압지령의 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 연산하고 전압지령의 크기와 전압지령의 위상을 기본으로 직류를 3상 교류로 변환하여 출력하는 출력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 취급함으로써 제어하는 전동기의 벡터제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    상기 두 비례적분 제어기의 게인 및 출력, 및 d축 보조 전압지령 및 q축 보조 전압지령을 0 으로 하고, 전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하며, 전압지령의 크기 v_ref 를 전동기의 정격 운전주파수의 10 분의 1 이상의 주파수 fh 및 전압의 진폭을 vamp 로 하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍfhㆍt)으로 부여하는 단계,
    vamp 는 d축 전류검출값 id＿fb 와 q축 전류검출값 iq＿fb 에서 구한 전류값
    Figure 112007039005536-pct00064
    이 미리 임의로 설정된 제 1 전류설정값이 되도록 i＿fb 를 감시하면서 vamp 를 가감 조정하는 단계,
    i＿fb 가 상기 제 1 전류설정값으로 된 후 임의의 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave1, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave1, 및 v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif1 로 하는 단계,
    미리 설정된 제 2 전류설정값이 되도록 vamp 를 조정하고 상기 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave2, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave2, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif2 로 하고,
    Figure 112007039005536-pct00065
    을 계산하는 단계, 및
    이들로부터 전동기의 2 차 저항을 R2=Zx＿r-R1, 누설 인덕턴스를 L=Zx＿i/(2ㆍπㆍfh) 로 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    전압지령값에 직류 오프셋 성분 v＿ref＿ofs를 부가하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍfhㆍt)+v＿ref＿ofs가 되는 전압지령을 부여하고, 전류검출값 i＿fb 를 직류 성분을 제거하여 fh 성분의 신호는 통과할 수 있도록 설계된 하이 패스 필터에 입력하여 그 출력을 새로 i＿fb 로 사용하고, 동일하게 v＿ref 를 i＿fb 에 사용한 것과 동일한 특성을 갖는 하이 패스 필터에 입력하여 그 출력을 새로 v＿ref 로서 사용하며 상기 연산식을 이용하여 전동기의 2차 저항 R2 및 누설 인덕턴스 L 을 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1 전류설정값에서의 하이 패스 필터에 입력하기 전의 전압지령 v＿ref의 평균값 v＿ref＿dc1 및 전류검출값 i＿fb 의 평균값 i＿fb＿dc1 과 제 2 전류설정값에서의 하이 패스 필터에 입력하기 전의 전압지령 v＿ref 의 평균값 v＿ref＿dc2 및 전류검출값 i＿fb 의 평균값 i＿fb＿dc2를 사용하여 1차 저항
    Figure 112006018954793-pct00066
    을 구하고, 상기 1차 저항값을 이용하여 2차 저항 R2를 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  7. 전동기의 1차 전류의 d축 (자속 축) 성분의 전류지령과 d축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 d축 전류 비례적분 제어기, 상기 d축 전류 비례적분 제어기의 출력과 임의의 d축 보조 전압지령값을 가산하여 d축 전압지령값을 얻는 제 1 가산기, 전동기의 1차 전류의 q축 (토크 축) 성분의 전류지령과 q축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 q축 전류 비례적분 제어기, 상기 q축 전류 비례적분 제어기의 출력과 임의의 q축 보조 전압지령값을 가산하여 q축 전압지령값을 얻는 제 2 가산기, d축 전압지령값 및 q축 전압지령값에서 전압지령의 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 연산하고 전압지령의 크기와 전압지령의 위상을 기본으로 직류를 3상 교류로 변환하여 출력하는 출력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 취급함으로써 제어하는 전동기의 벡터제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    상기 두 비례적분 제어기의 게인 및 출력, 및 d축 보조 전압지령 및 q축 보조 전압지령을 0 으로 하고, 전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하며, 전압지령의 크기 v_ref 를 전동기의 정격 운전주파수의 5 분의 1 이하의 적당한 주파수 fl 및 전압의 진폭을 vamp 로 하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍflㆍt)으로 부여하는 단계,
    vamp 는 d축 전류검출값 id＿fb 와 q축 전류검출값 iq＿fb 에서 구한 전류값
    Figure 112007039005536-pct00067
    이 미리 임의로 설정된 제 1 전류설정값이 되도록 i＿fb 를 감시하면서 vamp 를 가감 조정하는 단계,
    i＿fb 가 상기 제 1 전류설정값으로 된 후, 임의의 제 1 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave3, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave3, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif3 로 하는 단계,
    미리 설정된 제 2 전류설정값이 되도록 vamp 를 조정하고 상기 제 1 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave4, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave4, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif4 로 하고,
    Figure 112007039005536-pct00068
    을 계산하는 단계, 및
    이들로부터 전동기의 상호 인덕턴스를
    Figure 112007039005536-pct00069
    로 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    전압지령값에 직류 오프셋 성분 v＿ref＿ofs를 부가하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍfhㆍt)+v＿ref＿ofs가 되는 전압지령을 부여하고, 전류검출값 i＿fb 를 직류 성분을 제거하여 fh 성분의 신호는 통과할 수 있도록 설계된 하이 패스 필터에 입력하여 그 출력을 새로 i＿fb 로 사용하고, 동일하게 v＿ref 를 i＿fb 에 사용한 것과 동일한 특성을 갖는 하이 패스 필터에 입력하여 그 출력을 새로 v＿ref 로서 사용하며 상기 연산식을 이용하여 전동기의 상호 인덕턴스 M 을 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 1 전류설정값에서의 하이 패스 필터에 입력하기 전의 전압지령 v＿ref 의 평균값 v＿ref＿dc1 및 전류검출값 i＿fb 의 평균값 i＿fb＿dc1 과 제 2 전류설정값에서의 하이 패스 필터에 입력하기 전의 전압지령 v＿ref 의 평균값 v＿ref＿dc2 및 전류검출값 i＿fb 의 평균값 i＿fb＿dc2를 사용하여 1차 저항
    Figure 112006018954793-pct00070
    을 구하고, 상기 1차 저항값을 이용하여 2차 저항 R2를 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  10. 전동기의 1차 전류의 d축 (자속 축) 성분의 전류지령과 d축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 d축 전류 비례적분 제어기, 전동기의 1차 전류의 q축 (토크 축) 성분의 전류지령과 q축 성분의 전류검출값을 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 제어하는 q축 전류 비례적분 제어기, 상기 d축 전류 비례적분 제어기의 출력인 d축 전압지령값 및 상기 q축 전류 비례적분 제어기의 출력인 q축 전압지령값에서 전압지령의 크기 v＿ref 와 전압위상 θv 를 연산하고 전압지령의 크기와 전압지령의 위상을 기본으로 직류를 3상 교류로 변환하여 출력하는 출력변환기를 구비하고, 임의의 속도지령에 일치시켜 운전하도록 d축 전류지령 및 q축 전류지령을 제어하는 전동기제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    임의의 부하 상태, 임의의 속도로 전동기를 운전한 상태로 임의의 시각에서 출력주파수 fphi, d축 전압지령 vd＿ref, q축 전압지령 vq＿ref, d축 전류검출값 id＿fb, q축 전류검출값 iq＿fb 및 전동기의 기저전압 v＿base, 기저주파수 f＿base, 1차 저항값 R1, 누설 인덕턱스 L 을 이용하여,
    Figure 112007039005536-pct00071
    을 계산함으로써, 전동기의 상호 인덕턴스 M 및 무부하 전류 IO 의 양쪽 또는 어느 한쪽을 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  11. 인버터에 의해 3상 교류를 유도전동기에 공급하고, 상기 전동기의 가변속운전을 실행하는 전동기 제어장치로서, 인버터 출력의 임의의 2상 또는 3상을 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기, 전동기에 흐르는 1차 전류의 전류지령값과 상기 전류검출기에 의해 검출된 전류값에서 얻은 1차 전류검출기의 1차 전류값 i＿fb 를 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 출력전압지령값 v＿ref 를 제어하는 비례적분 제어기, 및 전압지령값 v＿ref 과 전압출력위상 θv 를 기본으로 3상 교류를 출력하는 전력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 취급하는 전동기제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    전압출력위상 θv 는 미리 설정된 임의의 위상으로 하고, 미리 임의로 설정된 일정값의 전류지령값 i＿ref1 을 첫번째의 지령값으로 부여하여 상기 비례적분 제어기를 동작시키는 단계,
    미리 설정된 제 1 시간이 경과된 후 상기 비례적분 제어기의 비례 게인을 0 으로 하고, 이 시각에서 미리 설정된 제 2 시간이 경과된 후에 상기 제 2 시간 내의 임의의 시간 내에 기록한 v＿ref의 평균값과 i＿fb의 평균값을 제 1 데이터 v＿ref1, i＿fb1 로 하는 단계,
    상기 비례적분 제어기의 게인을 원래의 값으로 되돌리고 미리 임의로 설정된 일정값의 전류지령값 i＿ref2를 두번째의 지령값으로 부여하여 상기 비례적분 제어기를 동작시키는 단계,
    미리 설정된 제 1 시간이 경과된 후 상기 비례적분 제어기의 비례 게인을 0 으로 하고, 이 시각에서 미리 설정된 제 2 시간이 경과된 후에 상기 제 2 시간 내의 임의의 시간 내에 기록한 v＿ref의 평균값과 i＿fb의 평균값을 제 2 데이터 v＿ref2, i＿fb2 로 하는 단계, 및
    전동기의 1 차 저항 R1을
    Figure 112003000587243-pct00072
    에서 구하고, 전동기의 선간 저항값을 RL-L=2ㆍR1 에서 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    미리 임의로 설정된 일정값의 지령값인 전류지령값을 3 종류 이상의 레벨로 하고, 각각의 구간에서 구한 1차 저항값의 평균값을 1차 저항값으로 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    계측한 값 v＿ref1, i＿fb1, v＿ref2, i＿fb2에서 얻은 1차 방정식에서 전류검출값 if＿fb 가 0 일 때의 전류지령값 v＿ref0 을 연산하여 전압 오프셋값으로 하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  14. 인버터에 의해 3상 교류를 유도전동기에 공급하고, 상기 전동기의 가변속운전을 실행하는 전동기 제어장치로서, 인버터 출력의 임의의 2상 또는 3상에 설치된 전류검출기, 전동기에 흐르는 1차 전류의 전류지령값과 상기 전류검출기에 의해 검출된 전류값에서 얻은 1차 전류검출기의 1차 전류값 i＿fb 를 입력하여 양자의 편차를 0 이 되도록 출력전압지령값 v＿ref 를 제어하는 비례적분 제어기, 및 전압지령값 v＿ref 과 전압출력위상 θv 를 기본으로 3상 교류를 출력하는 전력변환기를 구비하고, 전동기를 3상 Y (스타) 결선의 등가회로로 변환하여 취급하는 전동기제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하며, 전압지령의 크기 v_ref 를 전동기의 기저 운전주파수의 10 분의 1 이상의 주파수 fh1 및 전압의 진폭을 vamp 로 하여 v＿ref=vampㆍsin(2ㆍπㆍfh1ㆍt) 으로 부여하는 단계,
    전류검출값 i＿fb 가 미리 임의로 설정된 전류설정값이 되도록 i＿fb 를 감시하면서 vamp 를 가감 조정하는 단계,
    i＿fb 가 상기 전류설정값으로 된 후 임의의 설정시간이 경과된 후에 전압지 령의 크기 v＿ref의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave1, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave1, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif1 로 하는 단계,
    주파수를 전동기의 기저 운전주파수의 10 분의 1 이상으로 fh1 과는 다른 주파수 fh2 로 하고, 상기 전류설정값이 되도록 vamp 를 조정하고 상기 설정시간이 경과된 후에 전압지령의 크기 v＿ref 의 절대값의 평균값을 v＿ref＿ave2, 전류검출값 i＿fb 의 크기의 절대값의 평균값을 i＿fb＿ave2, v＿ref 를 기준으로 한 i＿fb 의 위상을 θdif2 로 하여,
    Figure 112003000587243-pct00073
    을 계산하는 단계,
    주파수가 fh1 일 때의 Zxr1 및 주파수가 fh2 일 때의 Zxr2 를 사용하여 얻은 1차 방정식에서 주파수 fh 가 fh1ㆍfh2/(fh1+fh2) 일 때의 Zxr 값을 연산하고, 이와 전동기의 1차 저항값 R1 을 이용하여 전동기의 2차 저항을 R2=Zxr-R1 에서 구하는 단계, 및
    또한, fh1 및 fh2 의 높은 쪽 주파수를 fh＿1 로 하고, 이 때의 Zxi 값을 Zxi 로 한 경우에, 누설 인덕턴스를 L=Zxi/(2ㆍπㆍfh＿1) 에서 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제 13 항에 기재된 방법으로 구한 전압 오프셋값 v＿ref0 을 이용하여
    Figure 112003000587243-pct00074
    로 함으로써, 전동기의 2차 저항 R2 및 누설 인덕턴스 L 을 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  16. 인버터에 의해 3상 교류를 유도전동기에 공급하고, 상기 전동기의 가변속운전을 실행하는 전동기제어장치로서, 출력전압지령값 v＿ref 와 전압출력위상 θv 를 기본으로 3상 교류를 출력하는 전력변환기 및 상기 유도전동기에 흐르는 1차 전류를 검출하는 전류검출기를 구비하고, 상기 전류검출기에 의해 검출된 전류값에서 얻은 1차 전류검출값 i1 을 입력하는 전동기제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    유도전동기의 1상 마다의 등가회로를 T-1형 등가회로로 하는 단계,
    전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하고, 전압지령 v＿ref 로서 소정의 일정값을 부여하고, 이 때에 유도전동기에 흐르는 1차 전류검출값 i1 을 판독하여 상기 1차 전류값 i1 및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 2차 저항값 R2 를 이용하여, 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 im 을
    Figure 112003000587243-pct00075
    으로 추정하는 단계,
    상기 전류추정값
    Figure 112003000587243-pct00076
    이 상승하는 파형으로부터 시정수
    Figure 112003000587243-pct00077
    를 구하는 단계, 및
    상호 인덕턴스 M 을
    Figure 112003000587243-pct00078
    으로 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상호 인덕턴스 M 또는 시정수
    Figure 112003000587243-pct00079
    및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 누설 인덕턴스 L, 2차 저항값 R2 및 전동기의 정격으로서 부여되는 정격전압 Vrate, 정격 주파수 frate 와 상기 상호 인덕턴스 M 을 이용하여 무부하 전류 IO 를 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  18. 인버터에 의해 3상 교류를 유도전동기에 공급하고, 상기 전동기의 가변속운전을 실행하는 전동기제어장치로서, 출력전압지령값 v＿ref 와 전압출력위상 θv 를 기본으로 3상 교류를 출력하는 전력변환기 및 상기 유도전동기에 흐르는 1차 전류를 검출하는 전류검출기를 구비하고, 상기 전류검출기에 의해 검출된 전류값에서 얻은 1차 전류검출값 i1 을 입력하는 전동기제어장치에서의 유도전동기의 전동기 정수 측정방법으로서,
    유도전동기의 1상 마다의 등가회로를 T-1형 등가회로로 하는 단계,
    전압위상 θv 를 미리 설정된 임의의 고정값으로 하고, 전압지령 v＿ref 로서 소정의 일정값을 부여하고, 이 때에 유도전동기에 흐르는 1차 전류검출값 i1 을 판독하고, 또한 전압지령 v＿ref 를 부여한 경우에 1차 전류검출값 i1 이 일정값에 수렴되었을 때의 값을 i1∞ 로 한 경우에, 상기 1차 전류값 i1 및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 2차 저항값 R2 를 이용하여, 상호 인덕턴스 M 에 흐르는 전류 im 을
    Figure 112003000587243-pct00080
    로 추정하는 단계,
    상기 전류추정값
    Figure 112003000587243-pct00081
    이 상승하는 파형으로부터 시정수
    Figure 112003000587243-pct00082
    를 구하는 단계, 및
    상호 인덕턴스 M 을
    Figure 112003000587243-pct00083
    로 구하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    구한 상호 인덕턴스 M 또는 시정수
    Figure 112006018954793-pct00084
    및 다른 수단에 의해 부여된 1차 저항값 R1, 누설 인덕턴스 L, 2차 저항값 R2 및 전동기의 정격으로서 부여되는 정격전압 Vrate, 정격 주파수 frate 와 상기 상호 인덕턴스 M 을 이용하여 무부하 전류 IO 를 구하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 전동기 정수 측정방법.
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KR101535727B1 (ko) * 2013-11-29 2015-07-09 엘에스산전 주식회사 유도전동기 제어장치

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