KR100867039B1 - 교류 회전기의 정수 측정 장치 - Google Patents

Abstract

유도 전동기(1)의 정수 측정 장치에 있어서, 인버터(2)는 입력되는 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 유도 전동기(1)에 급전하고, 전류 검출기(3)는 유도 전동기(1)에 급전되는 단상 교류 전력의 전류를 검출한다. 장치 컨트롤러(4)는 유도 전동기(1)에 인가해야 할 교류 전압에 대응하는 전압 지령 신호를 발생하여 인버터(2)에 출력한다. 장치 컨트롤러(4)는 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 범위에서 선택된 주파수를 갖는 단상 교류 전력을 유도 전동기(1)에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하여 인버터(2)를 제어하는 것에 의해, 정수 산출 컨트롤러(5)는 유도 전동기(1)에 급전된 단상 교류 전력의 전압과 전류의 관계에 근거하여 유도 전동기(1)의 전기적 정수를 계산한다.

Description

교류 회전기의 정수 측정 장치{AC ROTARY MACHINE CONSTANT MEASURING APPARATUS}

본 발명은, 정지되어 있는 교류 회전기의 전기적 정수를 측정하기 위한 교류 회전기의 정수 측정 장치에 관한 것이다.

예컨대, 유도 전동기, 유도 발전기, 동기 전동기, 동기 발전기 등을 포함하는 교류 회전기를 구동 제어하는 제어 장치에 있어서는, 당해 교류 회전기의 저항이나 인덕턴스의 값 등의 전기적 정수를 얻는 것이 필요하게 된다. 기계에 접속되어 있지 않은 회전기는 무부하 시험에 의해 인덕턴스의 값을 측정할 수 있지만, 기계에 접속되어 있는 회전기는 무부하 시험이 불가능하여, 종래부터, 무부하 시험을 필요로 하지 않는 회전기의 정수 측정이 요구되고 있다.

종래 기술에 따른 회전기의 정수 측정 장치에서는, 예컨대, 특허문헌 1의 3 페이지에 개시된 바와 같이, 정지한 상태의 유도 전동기의 3상(相) 입력 단자 중 2개의 단자 사이에, 주파수 f1을 갖는 단상 교류 전압을 인가하여, 유도 전동기에 흐르는 교류 전류 및 교류 전압을 검출하고, 상기 검출한 교류 전류 및 교류 전압 에 근거하여, 그것들의 기본파의 진폭과 위상을 계산해서, 상기 계산된 그들의 관계로부터 1차와 2차 누설 인덕턴스의 합과, 1차와 2차 권선 저항의 합을 계산하고 있다.

또한, 예컨대, 특허문헌 2의 4 페이지에 개시된 바와 같이, 단상 교류 여자 처리에 의해 정현파 변조 신호를 발생하여, 상기 발생된 정현파 변조 신호를 게이트 회로를 거쳐 인버터에 입력하는 것에 의해 인버터를 동작시키고, 상기 인버터에 의해 전력 변환된 교류 여자 전압을 이용하여 교류 전동기를 구동해서 당해 교류 전동기에 교류 전류를 흘린다. 이어서, 유효 파워분 전류 Iq 및 무효 파워분 전류 Id의 연산 처리에 있어서, 1차 주파수 지령을 적분한 교류 여자 전압 벡터의 회전 위상을 θ로 하고, 신호 sinθ와, 신호 －cosθ와, U상의 전동기 전류 iu에 근거하여, 유효 파워분 전류 Iq 및 무효 파워분 전류 Id를 연산한다. 또한, 1차와 2차 합성 저항과, 1차와 2차 합성 누설 인덕턴스의 연산 처리에 있어서, 유효 파워분 전류 Iq와 무효 파워분 전류 Id의 각 연산값과, 여자 전압 지령의 크기로부터, 1차와 2차 누설 인덕턴스의 합과, 1차와 2차 권선 저항의 합을 계산하고 있다.

또한, 예컨대, 특허문헌 3에 있어서는, 1차 각주파수 지령과 q축 전압 지령의 각 지령값을 각각 0으로 하고, d축 전압 지령의 지령값으로서 교류 신호를 부여하는 것을 측정 조건으로 하고 있다. 이 측정 조건에 따라 측정을 하면, 전동기 권선에는 3상 교류 전류가 흐르지 않고, V상과 W상의 전류가 동상(同相)으로 되어, 단상 교류 전류가 흐르기 때문에, 교류 전동기는 회전하지 않고서 정지 상태를 유지할 수 있다. 그리고, 교류 전동기의 회전이 정지되어 있을 때에, 교류 전동기에 흐르는 d축 전류 성분을 검출하여, 상기 검출된 d축 전류 성분의 검출값을, d축 전압 지령값을 기준으로 하는 삼각 함수에 의한 푸리에 전개에 따라서 분석하고, 이 기본파 성분의 푸리에 계수와 d축 전압 지령값에 근거하여 당해 교류 전동기의 정수를 계산하고 있다.

또한, 예컨대, 특허문헌 4에 있어서는, 인버터를 이용한 유도 전동기의 정수 측정 방법에 있어서, 실제로 운전하는 슬립(slip) 주파수에 가까운 2종류의 주파수로 구속 시험을 실시하여, 여자 인덕턴스를 포함하는 누설 리액턴스 및 2차 저항을 계산하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 있어서는, 유도 전동기의 입력 단자에 운전시의 주파수에 가까운 2개의 서로 다른 각주파수 ωa 및 ωb의 단상 교류 전압을 인가하여 각 각주파수 ωa 및 ωb에 있어서의 전류에 근거하여, 전동기 단자에서 본 직렬 임피던스 성분인 저항 Ra 및 Rb, 및 인덕턴스 Xa 및 Xb를 측정하고 있다.

또한, 예컨대, 특허문헌 5에 있어서, 권선 저항 측정과 구속 시험만을 이용하여, 벡터 제어용 유도 전동기의 각 정수를 용이하게 측정할 수 있는 유도 전동기의 정수 측정 방법이 개시되어 있다. 이 정수 측정 방법은, 누설 인덕턴스와 2차 저항과의 공통 접속점에 여자 인덕턴스가 접속된 구속 시험시의 유도 전동기의 T-1형 등가 회로의 각 정수를 측정하는 방법이다. 이 정수 측정 방법에 있어서는, 권선 저항 측정과, 임의의 서로 다른 2개의 주파수 중 제 1 주파수에 의해 우선 구속 시험을 실시하여 합성 임피던스의 저항 성분 R 및 리액턴스 성분 X를 측정한 후, 다음에 제 2 주파수에 의해 다시 구속 시험을 실시함으로써 합성 임피던스의 저항 성분 R' 및 리액턴스 성분 X'을 측정하고, 이들 저항 성분 및 리액턴스 성분을 연산하여 유도 전동기의 각 정수를 측정하고 있다.

또한, 특허문헌 6에 있어서는, 이하의 단계를 갖는, 유도 전동기의 정수를 산출하는 유도 전동기의 정수 측정 방법이 개시되어 있다.

(a) 유도 전동기에 제 1 주파수를 갖는 소정 전압을 인가하여, 상기 제 1 주파수를 갖는 소정 인가 전압에 대응한 유도 전동기 전류의 크기, 및 상기 제 1 주파수를 갖는 소정 인가 전압과의 위상차를 측정하는 단계.

(b) 상기 유도 전동기에 상기 제 1 주파수와는 다른 제 2 주파수를 갖는 소정 전압을 인가하여, 상기 제 2 주파수를 갖는 소정 인가 전압에 대응한 유도 전동기 전류의 크기, 및 상기 제 2 주파수를 갖는 소정 인가 전압과의 위상차를 측정하는 단계.

(c) 상기 제 1 주파수를 갖는 소정 인가 전압의 크기와, 상기 제 1 주파수를 갖는 소정 인가 전압에 대응한 유도 전동기 전류의 크기 및 상기 제 1 주파수를 갖는 소정 인가 전압과의 위상차와, 상기 제 2 주파수를 갖는 소정 인가 전압의 크기와, 상기 제 2 주파수를 갖는 소정 인가 전압에 대응한 유도 전동기 전류의 크기 및 상기 제 2 주파수를 갖는 소정 인가 전압과의 위상차를 이용하여 유도 전동기의 정수를 산출하는 단계.

이 유도 전동기의 정수 측정 방법에 있어서는, 종래 기술에서는 주파수 조건을 바꿔 2번 측정하고 있었지만, 상기 제 1 주파수를 갖는 소정 전압과 상기 제 2 주파수를 갖는 소정 전압을 중첩시켜 동시에 상기 유도 전동기에 인가하는 것을 특 징으로 하고 있으며, 이에 따라, 상기 전압 인가 단계를 1번의 측정으로 완료할 수 있다.

(특허문헌 1) 일본 특허 공보 제 2759932호

(특허문헌 2) 일본 특허 공보 제 3284602호

(특허문헌 3) 일본 특허 공보 제 2929344호

(특허문헌 4) 일본 특허 공보 제 3052315호

(특허문헌 5) 일본 공개 특허 공보 평6-153568호

(특허문헌 6) 일본 공개 특허 공보 제 2003-339198호

(비특허문헌 1) Y.Murai et al., "Three-Phase Current-Waveform-Detection on PWM Inverters from DC Link Current Steps", Proceedings of IPEC-Yokohama 1995, pp.271-275, Yokohama, Japan, April 1995.

(비특허문헌 2) 시티즌 시계 주식회사 홍보실, 「「시(時)의 기념일」(6월 10일) 앙케이트, 사업가의 「대기 시간」 의식」, http://www.citizen.co.jp/info/news.html, http://citizen.co.jp/release/03/0304dn/0305dn_t.htm, 2003년 5월 28일 공개.

(발명이 해결하고자 하는 과제)

전술한 교류 회전기의 정수 측정 장치에 있어서는, 단상 교류 급전한 경우의 전압과 전류의 관계에 근거하여, 교류 회전기의 정수를 산출하지만, 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 설정하는 지침이 없었다. 또한, 단상 교류 급전의 주기를 설정하는 지침이 없었다. 그 결과, 회전기의 정수 측정 정밀도를 소정값 이상으로 유지할 수 없다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 측정 정밀도의 향상을 도모하면, 정수 측정의 대기 시간이 길어지기 때문에, 해당 장치의 사용자가 불쾌감을 느끼게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 인버터의 전압 분해능, 내부의 데드 타임 전압(여기서, 「데드 타임 전압」이란, 스위칭의 휴지(休止) 시간으로서, 온(on)에서부터 오프(off)까지의 시간차이며, 이하 동일함), 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 전압 오차에 의해서 정수 정밀도가 열화하는 문제점도 있었다. 또한, 1차와 2차 권선 저항의 합, 또는, 직렬 합성 임피던스 성분으로부터 정수로 환산할 때에, 무엇인가의 방법으로 1차 저항을 별도 측정하지 않으면 안되는데, 1차 저항 오차에 의해 다른 정수의 정밀도가 열화한다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이상의 문제점을 해결하고, 종래 기술에 비해 높은 측정 정밀도로, 교류 회전기의 전기적 정수를 측정할 수 있으며, 나아가 사용자가 쾌적하게 조작할 수 있는 교류 회전기의 정수 측정 장치를 제공한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명에 따른 교류 회전기의 정수 측정 장치는, 교류 회전기와, 입력되는 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전하는 전력 변환 수단과, 상기 전력 변환 수단으로부터 상기 교류 회전기에 급전되는 단상 교류 전력의 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 전력 변환 수단으로부터 상기 교류 회전기에 인가해야 할 교류 전압에 대응하는 전압 지령 신호를 발생하여 상기 전력 변환 수단에 출력하는 제 1 제어 수단과, 상기 교류 회전기에 급전된 단상 교류 전력의 전압과 전류의 관계에 근거하여 상기 교류 회전기의 정수를 계산하는 제 2 제어 수단을 구비한 교류 회전기의 정수 측정 장치에 있어서, 상기 제 1 제어 수단은, 0.006㎐인 하한 주파수 이상이고 1.5㎐인 상한 주파수 이하인 범위에서 선택된 적어도 1개의 주파수를 갖는 단상 교류 전력을, 적어도 1회 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하여 상기 전력 변환 수단을 제어하는 것에 의해, 상기 제 2 제어 수단은 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

따라서, 본 발명에 따른 교류 회전기의 정수 측정 장치에 의하면, 상기 교류 회전기가 부하 설비에 접속되어 있는 경우에도, 예컨대, 적어도 정격 용량 1.5㎾에서 280㎾까지의 교류 회전기에 대하여, 1차 인덕턴스와 2차 저항과 2차 시정수 등의 교류 회전기의 전기적 정수를 종래 기술에 비해 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 교류 회전기의 전기적 정수를 신속히 측정할 수 있어, 사용자에 대하여 대기 시간을 의식하게 하는 일 없이 대단히 단시간에 쾌적하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 2는 도 1의 유도 전동기의 정수 측정 장치에 의해 유도 전동기(1)의 정수를 측정하기 위한 유도 전동기의 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도,

도 3은 도 1의 유도 전동기(1) 대신에 접속되는 LR 직렬 부하 회로를 나타내는 회로도,

도 4는 도 3의 LR 직렬 부하 회로에 있어서 전류 i가 전류 지령 신호 i^*＝cos(2πf_LRt)에 실질적으로 일치하도록 제어했을 때의 각 파라미터의 파형도로서,

도 4(a)는 신호 cos(2πf_LRt) 및 신호 －sin(2πf_LRt)의 파형도,

도 4(b)는 전압 지령 신호 v^*의 파형도,

도 4(c)는 직교 위상 성분의 진폭 B1의 파형도,

도 4(d)는 동(同) 위상 성분의 진폭 A1의 파형도,

도 5는 실시예 1에 있어서, 교류 유도 전동기(1) 대신에 LR 직렬 부하 회로를 접속하여, 도 2의 정수 측정 처리에 의해 저항 성분 및 인덕턴스 성분을 측정했을 때의 실험 결과로서, 급전 주기수에 대한 각 성분의 측정 정밀도를 나타내는 그래프,

도 6은 도 1의 유도 전동기(1)의 등가 회로의 회로도,

도 7은 도 6의 등가 회로의 근사 등가 회로의 회로도,

도 8은 정격 용량이 3.7㎾인 유도 전동기를 단상 교류 급전할 때의 저항 성분 Z_Re 및 리액턴스 성분 Z_Im의 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도 9는 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기에 대한 주파수 f_1MAX＝Rr／(2πM)을 나타내는 그래프,

도 10은 정격 용량이 1.5㎾에서 280㎾까지인 유도 전동기에 대한 주파수 f_1MAX＝Rr／(2πM)을 나타내는 그래프,

도 11은 도 1의 인버터(2)의 각 클래스에 대한 정격 용량 및 외경(外徑) 치수의 일례를 나타내는 표,

도 12는 도 1의 인버터(2)로부터의 출력 전압 Vout를 설명하기 위한 전압 지령과 삼각파 캐리어와의 관계를 나타내는 파형도,

도 13은 정격 용량 3.7㎾의 유도 전동기와, 정격 용량 11㎾의 유도 전동기와, 정격 용량 22㎾의 유도 전동기에 있어서의, 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1을 전압 분해능 C로 제산한 제산값의 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도 14는 도 2의 정수 측정 처리에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전하는 교류 전력의 주파수를 도 13의 값으로 부여했을 때, 30초 동안에 몇 주기 급전하는 것이 가능한지를 나타내는, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기의 정격 용량에 대한 30초간의 급전 주기수를 나타내는 그래프,

도 15는 도 2의 정수 측정 처리에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전하는 교류 전력의 주파수를 도 13의 값으로 부여했을 때, 30초 동안에 몇 주기 급전하는 것이 가능한지를 나타내는, 정격 용량이 1.5㎾에서 280㎾까지인 유도 전동기의 정격 용량에 대한 30초간의 급전 주기수를 나타내는 그래프,

도 16은 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기의 정격 용량에 대한 주파수 5(Ts＋Tr)／(2πσTsTr)[㎐]의 특성을 나타내는 그래프,

도 17은 도 2의 정수 측정 처리에 있어서, 유도 전동기(1) 대신에 도 3의 LR 직렬 부하를 접속했을 때의 인버터(2)의 캐리어 주파수에 대한 동 위상 성분의 정규화 진폭 A1(실험값)을 나타내는 그래프,

도 18은 도 2의 정수 측정 처리에 있어서, 유도 전동기(1) 대신에 도 3의 LR 직렬 부하를 접속했을 때의 인버터(2)의 캐리어 주파수에 대한 직교 위상 성분의 정규화 진폭 B1(실험값)을 나타내는 그래프,

도 19는 도 2의 정수 측정 처리에 있어서, 유도 전동기(1) 대신에 도 3의 LR 직렬 부하를 접속했을 때의 전류 I2에 대한 정규화 진폭 A1, B1(실험값)을 나타내는 그래프,

도 20은 본 발명의 실시예 6에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 21은 도 20의 유도 전동기(1)의 정지시의 T형 등가 회로의 회로도,

도 22는 도 21의 T형 등가 회로를 RX 직렬 회로를 이용하여 나타냈을 때의 등가 회로의 회로도,

도 23은 도 20의 정수 측정 장치에 의해 유도 전동기(1)의 정수를 측정하기 위한 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도,

도 24는 정격 용량이 3.7㎾, 11㎾ 및 22㎾인 유도 전동기에 있어서의 리액턴스 성분 X, X0의 정규화 주파수 fn 특성을 나타내는 그래프,

도 25는 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 3.7㎾인 유도 전동기에 있어서의 리액턴스 성분 X의 측정 오차의 정규화 주파수 fn 특성을 나타내는 그래프,

도 26은 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 3.7㎾, 11㎾ 및 22㎾인 유도 전동기에 있어서의 리액턴스 성분 X의 정규화 주파수 fn 특성을 나타내는 그래프,

도 27은 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기에 있어서의 정격 용량에 대한 주파수 1／(2πTr)의 특성을 나타내는 그래프,

도 28은 실시예 6에 있어서의, 저항 성분 R의 측정 오차 Rerr과 리액턴스 성분의 측정 오차 Xerr을 나타내는 그래프,

도 29는 본 발명의 실시예 7에 따른 유도 전동기의 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도,

도 30은 본 발명의 실시예 8에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 31은 도 30의 정수 측정 장치에 의해 실행되는 유도 전동기의 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도,

도 32는 본 발명의 실시예 9에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 33은 본 발명의 실시예 13에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어 서의 지령 신호를 나타내는 도면으로서,

도 33(a)는 전류 지령 신호 iu^*가 구형파(矩形波)일 때의 전류 지령 신호 iusq^* 및 그 기본파 성분 iubase^*를 나타내는 파형도,

도 33(b)는 그 때의 전압 지령 신호 vusq^*를 나타내는 파형도,

도 34는 본 발명의 실시예 14에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 및 신호를 나타내는 도면으로서,

도 34(a)는 전류 지령 신호 iuc^*를 나타내는 파형도,

도 34(b)는 신호 Kc·cos(2πft) 및 신호 Kc·sin(2πft)를 나타내는 파형도,

도 34(c)는 전압 지령 신호 vuc^*를 나타내는 파형도,

도 35는 본 발명의 실시예 15에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 신호를 나타내는 도면으로서,

도 35(a)는 진폭 변조된 전류 지령 신호 iu^*의 파형도,

도 35(b)는 진폭 변조된 전압 지령 신호 vu^*의 파형도,

도 36은 본 발명의 실시예 15에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 신호를 나타내는 도면으로서,

도 36(a)는 주파수 변조된 전류 지령 신호 iu^*의 파형도,

도 36(b)는 주파수 변조된 전압 지령 신호 vu^*의 파형도,

도 37은 본 발명의 실시예 16에 따른 동기 전동기의 정수 측정 장치의 측정 원리를 나타내기 위한 동기 전동기의 1상(U상)분의 등가 회로의 회로도,

도 38은 도 37의 등가 회로에 있어서 동기 전동기가 정지 중일 때의 등가 회로의 회로도,

도 39는 본 발명의 실시예 18에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 단상 교류 급전의 상태를 나타내는 도면으로서,

도 39(a)는 단상 급전하는 전류 진폭을 나타내는 파형도,

도 39(b)는 단상 급전 중인 유도 전동기(1)의 U상 전류 ius를 나타내는 파형도,

도 40은 본 발명의 실시예 18에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 의해 측정된 인덕턴스 Ls 및 60㎐의 전압 실효값의 정규화 전류 진폭에 대한 특성을 나타내는 그래프,

도 41은 본 발명의 실시예 19에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 단상 교류 급전의 상태를 나타내는 도면으로서,

도 41(a)는 단상 급전하는 전류 진폭을 나타내는 파형도,

도 41(b)는 단상 급전 중인 주파수를 나타내는 도면,

도 41(c)는 단상 급전 중인 유도 전동기(1)의 U상 전류 ius를 나타내는 파형도,

도 42는 본 발명의 실시예 20에 따른, 급전 개시시에 전류가 파고값으로 되도록 전류 지령 신호 iu^*를 인가했을 때의 파형도로서,

도 42(a)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전압 vu, vv, vw의 파형도,

도 42(b)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전류 iu, iv, iw의 파형도,

도 42(c)는 그 때의 유도 전동기의 2차 자속 φur을 나타내는 파형도,

도 43은 본 발명의 실시예 20에 따른, 급전 개시시에 있어서 2차 자속 φur이 0으로 되도록 전류 지령 신호 iu^*를 인가했을 때의 파형도로서,

도 43(a)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전압 vu, vv, vw의 파형도,

도 43(b)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전류 iu, iv, iw의 파형도,

도 43(c)는 그 때의 유도 전동기의 2차 자속 φur을 나타내는 파형도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유도 전동기 2, 2A : 인버터

3 : 전류 검출기 4, 4A, 4B, 4C : 장치 컨트롤러

5, 5A, 5B, 5C : 정수 산출 컨트롤러 5m : 내부 메모리

8, 8A, 10 : 신호원 11 : 감산기

12 : 편차 증폭기 13 : 부호 반전기

13a, 13b : 승산기

이하, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 있어서, 교류 회전기인 3상 유도 전동기(1)는 전기적으로 인버터(2)와 접속되어 있다. 인버터(2)는 유도 전동기(1)에 단상 급전하기 위하여, U상, V상 및 W상의 3상 중의 1상을 개방하고 있다. 개방의 방법으로서, 인버터(2)의 1상분만 상하 암을 개방하여도 좋고, 유도 전동기(1)의 1상만 결선(結線)을 빼더라도 좋다. 즉, 인버터(2)는, 입력되는 직류 신호인 2개의 전압 지령 신호 vu^*, vv^*에 근거하여, 유도 전동기(1)에 회전 자계를 발생하지 않고, 회전 토크가 발생하지 않는 상태로 되도록, 단상 급전 상태로 되도록 하는 교류 전압을 발생하여 유도 전동기(1)에 인가한다. 또한, 전류 검출기(3)는 인버터(2)로부터 유도 전동기(1)에 급전되는 1상의 전류 iu를 검출하여, 검출된 전류 iu를 나타내는 전류 신호를 정수 산출 컨트롤러(5)에 출력하는 동시에, 감산기(11)에 출력한다. 전류 검출기(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, U상 전류를 직접 검출하는 방법 이외에, 공지의 기술인, 인버터(2)의 DC 링크 전류로부터 전류 iu를 검출하는 방법(예컨대, 비특허문헌 1 참조)을 이용하여도 좋다.

장치 컨트롤러(4)는, 예컨대, 디지털 계산기에 의해 구성되며, 상기 유도 전동기(1)에 대하여 인가해야 할 전압 vu^*, vv^*를 연산하여 인버터(2)에 출력한다. 또한, 정수 산출 컨트롤러(5)는 내부 메모리(5m)를 구비한, 예컨대, 디지털 계산기에 의해 구성되고, 인버터(2)로부터 유도 전동기(1)에 단상 급전했을 때의 전압 지령 신호 vu^*와 전류 iu의 관계로부터 유도 전동기(1)의 정수를 산출하여, 산출한 전동기 정수 중, 예컨대, 누설 인덕턴스 σLs를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 여기서, 장치 컨트롤러(4)는, 스위치(9)와, 2개의 신호원(8, 10)과, 감산기(11)와, 편차 증폭기(12)와, 부호 반전기(13)를 구비하여 구성된다. 신호원(8)은 주파수 f0의 교류 전압 지령 신호 vu0^*를 발생하여, 발생된 교류 전압 지령 신호 vu0^*를 전압 지령 신호 vu^*로서 스위치(9)의 접점 a측을 거쳐 인버터(2)에 출력하는 동시에, 스위치(9)의 접점 a측 및, (－1)을 승산함으로써 부호 반전을 행하는 부호 반전기(13)를 거쳐 인버터(2)에 전압 지령 신호 vv^*로서 출력한다. 또한, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*를 발생하여, 발생된 전류 지령 신호 iu^*를 정수 산출 컨트롤러(5) 및 감산기(11)에 출력한다. 감산기(11)는, 입력되는 전류 지령 신호 iu^*로부터, 전류 검출기(3)에 의해 검출된 전류 iu를 감산하여, 그 감산값인 전류 편차 Δi를 나타내는 전류 편차 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 또한, 편차 증폭기(12)는, 입력되는 전류 편차 신호에 대하여 정수 산출 컨트롤러(5)에 의해 산출 되는 누설 인덕턴스 σLs를 승산하도록 증폭하여 그 증폭 후의 전압 지령 신호 vu1^*를 연산하고, 연산 후의 전압 지령 신호 vu1^*를 스위치(9)의 접점 b측을 거쳐 인버터(2)에 출력하는 동시에, 스위치(9)의 접점 b측 및 부호 반전기(13)를 거쳐 인버터(2)에 전압 지령 신호 vv^*로서 출력한다.

도 2는 도 1의 유도 전동기의 정수 측정 장치에 의해 유도 전동기(1)의 정수를 측정하기 위한 유도 전동기의 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도이다. 이하, 도 2를 참조하여, 유도 전동기의 정수 측정 처리에 대해 설명한다.

도 2에 있어서, 우선, 단계 S101에 있어서, 단상 교류의 제 1 급전을 실행한다.

이 때, 스위치(9)는 접점 a측으로 전환되어, 유도 전동기(1)에 인가해야 할 전압 vu^*로서 주파수 f0의 교류 지령 vu0^*를 선택한다. 여기서, 주파수 f0은, 후술하는 단상 교류의 제 2 급전(단계 S106)의 주파수 f1보다도 높은 주파수로 설정된다. 또한, 전압 지령 신호 vu^*와, 부호 반전기(13)로부터 출력되는 전압 지령 신호 vv^*가 인버터(2)에 입력되고, 인버터(2)는 입력되는 2개의 전압 지령 신호 vu^*, vv^*에 따라서, 단상 교류 전압을 발생하여 유도 전동기(1)에 출력한다. 이어서, 단계 S102에 있어서, 누설 인덕턴스를 측정한다. 정수 산출 컨트롤러(5)는, 신호원(8)으로부터의 전압 지령 신호 vu^*의 진폭 V0과, 신호원(10)으로부터의 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I0에 근거하여 이들의 비(比) V0／I0을 계산하고, 당해 비 V0／I0에 근거하여, 다음 식을 이용해 누설 인덕턴스 l을 계산한다.

여기서, σ는 누설 계수이며, Ls는 1차 인덕턴스이다. 정수 산출 컨트롤러(5)는, 상기 수학식 2에 의해 계산된 누설 인덕턴스 σLs의 값을 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 이와 같이, 단계 S101 및 S102에서는, 주파수 f0의 교류 급전을 행하는 기간의 전압 진폭과 전류 진폭의 진폭비에 근거하여, 유도 전동기(1)의 누설 인덕턴스 l을 계산한다. 즉, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 대하여 단상 교류 급전을 행하는 기간 중, 가장 높은 주파수로 교류 급전을 행하는 기간의 전압 진폭과 전류 진폭의 진폭비 V0／I0에 근거하여, 유도 전동기(1)의 누설 인덕턴스 l을 계산한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 유도 전동기(1)의 누설 인덕턴스 l을 계산함으로써, 유도 전동기(1)의 전압 위상이나 전류 위상이라고 하는 위상 정보를 필요로 하지 않고서, 진폭 정보만으로 간단히 누설 인덕턴스 l을 측정할 수 있다고 하는 특유의 효과가 있다.

이어서, 단계 S103에 있어서, 단상 직류의 제 1 급전을 실행한다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서 직류 신호 I1을 출력하고, 감산기(11)는 전류 지령 신호 iu^*와 상기 검출된 전류 iu와의 전류 편차 Δi를 연산하여, 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 이것에 응답하여, 편차 증폭기(12)는, 다음 수학식에 따라 전압 지령 신호 vu1^*를 연산하여, 스위치(9)의 접점 b측을 거쳐 인버터(2)에 출력하는 동시에, 스위치(9)의 접점 b측 및 부호 반전기(13)를 거쳐 인버터(2)에 출력한다.

여기서, ωcc는 전류 응답 설정값이고, N은 임의의 정수이며, t는 시간이다. 또, 수학식 3의 우변의 적분 기간은 소정의 임계값보다도 충분히 긴 기간이다. 여기서, 스위치(9)는 접점 b측으로 전환되어, 편차 증폭기(12)로부터 출력되는 전압 지령 신호 vu1^*를 선택한다. 도 1의 장치 컨트롤러(4)와 인버터(2)와 전류 검출기(3)에 의해 형성되는 루프 제어 회로에 의해, 유도 전동기(1)에 공급되는 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 출력한다. 이 때, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 전류 지령 신호 iu^*의 값 및 전압 지령 신호 vu^*의 값을 각각 iu_S103, vu_S103으로서 내부 메모리(5m)에 기억한다.

이어서, 단계 S104에 있어서, 단상 직류의 제 2 급전을 실행한다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서 상기 직류 신호 I1과는 다른 직류 신호 I2를 출력하고, 감산기(11)는 전류 지령 신호 iu^*와 상기 전류 iu와의 사이의 전류 편차 Δi를 연산하여, 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 편차 증폭기(12)는, 수학식 3에 따라서 전압 지령 신호 vu1^*를 연산하여 출력한다. 이 때, 스위치(9)는 접점 b측으로 전환되어, 편차 증폭기(12)로부터 출력되는 전압 지령 신호 vu1^*를 선택한다. 도 1의 장치 컨트롤러(4)와 인버터(2)와 전류 검출기(3)에 의해 형성되는 루프 제어 회로에 의해, 유도 전동기(1)에 공급되는 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 출력한다. 이 때, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 전류 지령 신호 iu^*의 값 및 전압 지령 신호 vu^*의 값을 각각 iu_S104, vu_S104로서 내부 메모리(5m)에 기억한다.

이어서, 단계 S105에 있어서, 1차 저항 Rs를 측정한다. 즉, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 내부 메모리(5m)에 저장한 지령값 iu_S103, vu_S103, iu_S104, vu_S104에 근거하여, 다음 식을 이용해 1차 저항 Rs를 계산한다.

이상 설명한 바와 같이, 단계 S103 및 단계 S104에 있어서, 인버터(2)로부터 유도 전동기(1)에 급전되는 검출 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 장치 컨트롤러(5)는 전압 지령 신호 vu^* 및 vv^*를 인버터(2)에 인가하며, 인버터(2)는 이 전압 지령 신호 vu^* 및 vv^*에 따라서, 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 인가한다. 이 결과, 유도 전동기(1) 고유의 전기적 시정수가 아니라, 미리 설정한 전류 응답 설정값 ωcc로 설정되도록, 검출 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어된다. 이에 따라, 유도 전동기(1) 고유의 전기적 시정수에 관계없이, 단시간에 단계 S103 및 단계 S104의 단상 직류 급전을 완료시킬 수 있다. 또한, 유도 전동기(1)의 정수 측정을 단시간에 완료할 수 있기 때문에, 조작하는 사용자가 대기 시간으로 인해 초조해 하는 일 없이, 쾌적하게 유도 전동기(1)의 정수를 측정할 수 있다.

이어서, 단계 S106에 있어서, 단상 교류의 제 2 급전을 실행한다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서 주파수 f1의 교류 신호 iu1^*를 출력하고, 감산기(11)는 전류 지령 신호 iu^*와 상기 전류 iu 사이의 전류 편차 Δi를 연산하여, 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 편차 증폭기(12)는, 수학식 3에 따라서 전압 지령 신호 vu1^*를 연산하여 출력한다. 스위치(9)는 접점 b측으로 전환되어, 편차 증폭기(12)로부터 출력되는 전압 지령 신호 vu1^*를 선택 한다. 이 때, 도 1의 장치 컨트롤러(4)와 인버터(2)와 전류 검출기(3)에 의해 형성되는 루프 제어 회로에 의해, 유도 전동기(1)에 공급되는 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 출력한다.

또한, 단계 S107에 있어서, 2차 저항과 상호 인덕턴스를 측정한다. 우선, 단계 S107에 있어서의 측정 원리에 대하여 설명하기 위해, 유도 전동기(1) 대신에, 인덕턴스 L과 저항 R이 직렬로 접속되어 이루어지는 도 3의 LR 직렬 부하 회로를 접속하고, 이 저항 R과 인덕턴스 L을 구하는 수순에 대하여 이하에 설명한다.

본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에서는, 인버터(2)와, 전류 검출기(3)와, 장치 컨트롤러(4)로부터 루프 제어 회로에 있어서, 장치 컨트롤러(5)의 편차 증폭기(12)에 의해서, 유도 전동기(1)에 급전되는 검출 전류 iu를 소망하는 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치시키도록 제어할 수 있다. 여기서, 유도 전동기(1) 대신에, 도 3의 LR 직렬 부하 회로를 접속하면, 마찬가지로, LR 직렬 부하 회로의 전류 i를 전류 지령 신호 i^*에 실질적으로 일치시키도록 제어할 수 있다고 생각된다. 전류 지령 신호 i^*를, 진폭 I[A] 및 주파수 f_LR[㎐]를 갖는 교류 전류 신호 Icos(2πf_LRt)로 인가한다. 여기서, 인버터(2)의 전압 지령 신호 v^*와 LR 직렬 부하 회로의 단자 전압 v(도 3 참조)는 실질적으로 일치하도록 제어되어 있는 것으로 가정한다. 이 때, 교류 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 한, 전압 지령 신호 v^*의 동 위상 성분의 진폭 A1과 직교 위상 성분의 진폭 B1은, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식에 의해 계산할 수 있다.

여기서, T는 미리 설정된 적분 기간이다. 전류 지령 신호 i^*의 진폭 I가 기지(旣知)이고, 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 했을 때의 전압 지령 신호 v^*의 동 위상 성분의 진폭 A1을 알면, LR 직렬 부하 회로의 저항 성분 Z_Re를 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

또한, 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분의 진폭 B1을 알면, LR 직렬 부하 회로의 리액턴스 성분 Z_Im을 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

도 4는 도 3의 LR 직렬 부하 회로에 있어서, 적분 기간 T가 10초간일 때, 전류 i가 전류 지령 신호 i^*＝cos(2πf_LRt)에 실질적으로 일치하도록 제어했을 때의 각 파라미터의 파형도로서, 도 4(a)는 신호 cos(2πf_LRt) 및 신호 －sin(2πf_LRt)의 파형도이고, 도 4(b)는 전압 지령 신호 v^*의 파형도이며, 도 4(c)는 직교 위상 성분의 진폭 B1의 파형도이고, 도 4(d)는 동 위상 성분의 진폭 A1의 파형도이다. 도 4로부터 명백한 바와 같이, 전압 지령 신호 v^*의 동 위상 성분과 직교 위상 성분은, 적분 기간 T에 도달했을 때의 진폭 A1, B1에 의해 얻어진다.

수학식 5 및 수학식 6에 있어서, 적분 기간 T→∞로 하면, 전압 지령 신호 v^*의 동 위상 성분과 직교 위상 성분을 보다 높은 정밀도로 얻을 수 있다. 그러나, 적분 기간 T는, 바꿔 말하면, LR 직렬 부하 회로의 측정 시간이기도 하다. 측정 시간이 길면, 유도 전동기의 정수 측정 장치를 사용하는 사용자의 대기 시간이 길어진다. 사용자가 쾌적하게 사용하기 위해서는, 적분 기간은 보다 짧은 편이 좋다.

도 5는 실시예 1에 있어서, 교류 유도 전동기(1) 대신에 LR 직렬 부하 회로를 접속하여, 도 2의 정수 측정 처리의 단계 S107의 방법을 이용해 저항 성분 및 인덕턴스 성분을 측정했을 때의 실험 결과로서, 급전 주기수에 대한 각 성분의 측 정 정밀도를 나타내는 그래프이다.

도 5의 결과로부터 명백한 바와 같이, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±12％ 이내로 유지하기 위해서는, 단상 교류 급전을 2주기 이상 행할 필요가 있다. 또한, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±10％ 이내로 유지하기 위해서는, 단상 교류 급전을 3주기 이상 행할 필요가 있다. 또한, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±5％ 이내로 유지하기 위해서는, 단상 교류 급전을 5주기 이상 행할 필요가 있다. 따라서, 단계 S106에 있어서의 단상 교류 급전의 급전 주기수를 2주기 이상으로 설정하면, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±12％ 이내로 유지할 수 있다. 또한, 단계 S106에 있어서의 단상 교류 급전의 급전 주기수를 3주기 이상으로 설정하면, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±10％ 이내로 유지할 수 있다. 또한, 단계 S106에 있어서의 단상 교류 급전의 급전 주기수를 5주기 이상으로 설정하면, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±5％ 이내로 유지할 수 있다. 이상의 동작 원리에 의해, 단계 S107에서는, 수학식 5 내지 수학식 8을 이용하여, 유도 전동기(1)의 저항 성분과 리액턴스 성분을 측정할 수 있다.

도 6은 도 1의 유도 전동기(1)의 등가 회로의 회로도이며, 도 7은 도 6의 등가 회로의 근사 등가 회로의 회로도이다. 도 6에 있어서, 유도 전동기(1)의 등가 회로는, 누설 인덕턴스 l과 2차 저항 Rr과의 직렬 회로에 대하여 상호 인덕턴스 M이 병렬로 접속되고, 당해 병렬 회로에 대하여, 누설 인덕턴스 l과 1차 저항 Rs와의 직렬 회로가 직렬로 접속되어 구성된다. 여기서, 유도 전동기(1)에서는, 상호 인덕턴스 M≫누설 인덕턴스 l이 성립하기 때문에, 도 6의 등가 회로는, 도 7의 등가 회로에 근사시킬 수 있다. 도 7의 등가 회로의 임피던스 Z1은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, ω1＝2πf1이며, f1은 전류 지령 신호 iu^*의 주파수이다. 전술한 바와 같이 단계 S107에 있어서, 수학식 5 내지 수학식 8을 이용하여, 유도 전동기(1)의 임피던스의 저항 성분 Z_Re와 리액턴스 성분 Z_Im을 측정한다. 각각 측정된 저항 성분 Z_Re 및 리액턴스 성분 Z_Im 및 수학식 9로부터 다음 식의 연립 방정식이 얻어진다.

여기서, 2차 저항 Rr과 상호 인덕턴스 M의 값은 수학식 10 및 수학식 11의 연립 방정식을 푸는 것에 의해 얻어진다. 그 해(解)는 다음 식으로 표시된다.

이와 같이, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 인버터(2)가 교류 급전을 행하는 동안, 가장 낮은 주파수로 교류 급전을 행하는 기간에 있어서 전류에 대한 전압의 동 위상 성분의 크기와, 전류에 대한 전압의 직교 위상 성분의 크기를 산출하고, 이 산출값에 근거하여 상기 유도 전동기(1)의 2차 저항과 상호 인덕턴스를 산출한다. 이 결과, 1차 저항 Rs의 값의 측정이 완료되어 있으면, 단계 S106의 교류 급전만으로, 2차 저항과 상호 인덕턴스를 동시에 측정할 수 있다. 또한, 1차 인덕턴스 Ls 및 2차 인덕턴스 Lr의 값은 누설 인덕턴스 l과 상호 인덕턴스 M의 합에 의해 주어진다. 이 단계 S107의 처리가 종료됨으로써, 당해 유도 전동기의 정수 측정 처리가 종료된다.

여기서, 단계 S106에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전할 때의 주파수에 대하여 이하에 설명한다. 도 7의 등가 회로에 있어서, 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 매우 높게 설정하면, 상호 인덕턴스 M의 임피던스는 개방으로 되고, 당해 등가 회로의 리액턴스 성분은 0(zero)으로 된다. 또한, 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 매우 낮게 설정하면, 상호 인덕턴스 M의 임피던스는 단락 상태로 되고, 당해 등가 회로의 리액턴스 성분은 0(zero)으로 된다. 따라서, 단계 S106에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전하는 주파수는 지나치게 높아도 지나치게 낮아도 안된다. 즉, 인버터(2)가 단상 교류 급전하는 주파수를 적절한 주파수로 설정할 필요가 있다.

도 7의 등가 회로에 있어서의 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분은 수학식 11로 표시된 임피던스 Z_Im이다. 여기서, 수학식 11로 표시된 임피던스 Z_Im의 양 변을 각주파수 ω1로 미분하면, 다음 식을 얻는다.

여기서, dZ_Im／dω1＝0일 때, 임피던스 Z_Im은 극대로 되고, 그 때의 각주파수 ω_{1 MAX}는 다음 식으로 표시된다.

따라서, 인버터(2)가 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전하는 주파수는, 다음 식으로 표시되는 주파수 f_1MAX로 설정하면 된다.

도 8은 정격 용량이 3.7㎾인 유도 전동기를 단상 교류 급전할 때의 저항 성 분 Z_Re 및 리액턴스 성분 Z_Im의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 여기서, 2차 저항 Rr은 0.28[Ω]이고, 1차 저항 Rs는 0.35[Ω]이며, 상호 인덕턴스 M은 0.062[H]이다. 따라서, 주파수 f_1MAX＝Rr／(2πM)은 0.72[㎐]이며, 도 8의 리액턴스 성분 Z_Im도 주파수 0.72㎐ 근방에서 극대로 되어 있다.

본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서는, 유도 전동기(1)의 2차 저항 Rr이나 상호 인덕턴스 M의 값은, 단계 S106의 종료 시점에서는 미지(未知)의 상태이다. 그래서, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)를 대상으로, 상기 수학식 16의 우변의 값에 대하여 측정한 바, 도 9 및 도 10의 결과를 얻었다. 여기서, 도 9는 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)에 대한 주파수 f_1MAX＝Rr／(2πM)을 나타내는 그래프이고, 도 10은 정격 용량이 1.5㎾에서 280㎾까지인 유도 전동기(1)에 대한 주파수 f_1MAX＝Rr／(2πM)을 나타내는 그래프이다. 도 9 및 도 10의 결과로부터 명백한 바와 같이, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)에 대하여, 리액턴스 성분이 극대로 되는 주파수의 대역은 0.2㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 것을 알 수 있다.

도 11은 도 1의 인버터(2)의 각 클래스에 대한 정격 용량 및 외경 치수의 일례를 나타내는 표이다. 인버터(2)를, 도 11에 나타내는 바와 같이, 외형 치수에 의해 각 용량마다 각 클래스로 분류할 수 있다.

도 9로부터, 클래스 A에 속하는 정격 용량 1.5㎾에서 2.2㎾까지의 유도 전동 기(1)에 대하여, 리액턴스 성분이 극대로 되는 주파수의 대역은 1.2㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 것을 알 수 있다. 따라서, 클래스 A에 속하는 정격 용량 1.5㎾에서 2.2㎾까지의 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분 Z_Im은, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 1.2㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 클래스 A에 속하는 정격 용량 1.5㎾에서 2.2㎾까지의 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 마찬가지로, 클래스 B에 속하는 정격 용량 3.7㎾에서 7.5㎾까지의 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분 Z_Im은, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.7㎐ 이상이고 1.2㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 것을, 도 9로부터 알 수 있다. 그 결과, 클래스 B에 속하는 정격 용량 3.7㎾에서 7.5㎾까지의 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 마찬가지로, 클래스 C에 속하는 정격 용량 11㎾에서 18.5㎾까지의 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분 Z_Im은, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.4㎐ 이상이고 0.7㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 것을, 도 9로부터 알 수 있다. 그 결과, 클래스 C에 속하는 정격 용량 11㎾에서 18.5㎾까지의 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 마찬가지로, 클래스 D에 속하는 정격 용량 22㎾에서 37㎾까지의 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분 Z_Im은, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.3㎐ 이상이고 0.5㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 것을, 도 9로부터 알 수 있다. 그 결과, 클래스 D의 정격 용량 22㎾에서 37㎾까지의 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 마찬가지로, 클래스 E에 속하는 정격 용량 45㎾에서 55㎾까지의 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분 Z_Im은, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.2㎐ 이상이고 0.3㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 것을, 도 9로부터 알 수 있다. 그 결과, 클래스 E에 속하는 정격 용량 45㎾에서 55㎾까지의 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 마찬가지로, 클래스 F에 속하는 정격 용량 55㎾ 이상 280㎾ 이하인 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분 Z_Im은, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.2㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 것을, 도 10으로부터 알 수 있다. 후술하는 바와 같이, 인버터(2)는, 0.006㎐ 이상에서 전압 분해능을 유지할 수 있으므로, 클래스 F에 속하는 정격 용량 55㎾ 이상의 유도 전동기(1)에 대하여, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.006㎐ 이상이고 0.2㎐ 이하로 설정함으로써, 보다 높은 정밀도로 측 정할 수 있다. 그 결과, 클래스 F에 속하는 정격 용량 55㎾ 이상의 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 도 9 및 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 유도 전동기(1)의 정격 용량이 커짐에 따라서, 주파수 f_1MAX는 작아지는 것을 알 수 있다. 정수를 측정할 수 있는 유도 전동기(1)의 정격 용량을 대용량까지 확보하기 위해서는, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 보다 작게 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치가 보다 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있는 주파수의 하한값에 대하여 이하에 설명한다. 여기서, 당해 주파수의 하한값을 결정하는 요인으로서 「인버터(2)의 전압 분해능」과 「교류 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1」을 들 수 있다.

우선, 인버터(2)의 전압 분해능에 대하여 이하에 설명한다. 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 인가하는 직류 전압은, 인버터(2)에 의존하는 전압 분해능의 간격마다 표본화되고 또한 양자화된다. 본 실시예에서는, 인버터(2)의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu는 실질적으로 일치하도록 제어되어 있는 것으로 가정하고 있다. 교류 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 v^*의 동 위상 성분의 진폭 A1과 직교 위상 성분의 진폭 B1는, 적어도 인버터(2)의 전압 분해능보다 큰 값으로 설정할 필요가 있다. 또한, 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성 분의 진폭 B1은, 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분과 전류 진폭의 곱이다. 유도 전동기(1)의 리액턴스 성분은, 도 8로부터 명백한 바와 같이, 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 인가하는 전압 주파수의 함수이다. 본 실시예에 있어서는, 인버터(2)가 디지털 처리를 이용하여 삼각파 비교형 펄스폭 변조법(이하, 펄스폭 변조법을 PWM 변조법이라고 함)을 이용하여 교류 전압을 출력하는 경우에 있어서의, 당해 인버터(2)의 전압 분해능 C[V]에 대하여 설명한다. 인버터(2)는, 전압 지령 신호 v^*와 삼각파 캐리어 Trc의 대소 관계로부터 교류 전압을 출력한다.

도 12는 도 1의 인버터(2)로부터의 출력 전압 Vout를 설명하기 위한 전압 지령 신호 v^*와 삼각파 캐리어 Trc와의 관계를 나타내는 파형도이다. 인버터(2)로부터의 출력 전압 Vout는, 디지털 처리의 샘플링 주기마다 이하와 같이 선택하여 출력된다. 여기서, 삼각파 캐리어 Trc의 최대 진폭을 Vdc[V]로 한다.

이 선택 출력 처리를 실시하면, 캐리어 주기의 반분(半分)의 구간에 있어서의 평균 전압이 전압 지령 신호 v^*에 실질적으로 일치하도록 제어할 수 있다. PWM 변조법에서 이용하는 삼각파 캐리어 Trc의 캐리어 주기를 T0[sec]이라고 하면, 캐리어 주기 T0의 반분의 기간은 T0÷2[sec]이다. 상기 디지털 처리의 샘플링 주기 가 D[sec]였을 때, 전압 지령 신호 v^*와 삼각파 캐리어 Trc의 비교 처리를, 캐리어 주기 T0의 반분의 기간 중에 T0÷(2×D)회 실행한다. 이상으로부터, 전압 분해능 C[V]는 다음 식으로 표시된다.

인버터(2)의 실용적인 값인 캐리어 주기 T0＝1㎳ 및 샘플링 주기 D＝25㎱인 경우에 대해서도, 전압 분해능 C[V]를 수학식 19를 이용하여 계산할 수 있다. 예컨대, 3상 200V 상용 전원으로부터의 교류 전압을 정류하는 것에 의해 DC 링크 전압을 얻는 경우, 삼각파 캐리어 Trc의 최대 진폭 Vdc는 Vdc＝280[V]이며, 전압 분해능 C[V]는 다음 식으로 계산할 수 있다.

이어서, 교류 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1에 대하여 설명한다. 저주파수 대역에서는, 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 했을 때의 전압의 동 위상 성분의 진폭 A1은 직교 위상 성분의 진폭 B1에 대하여 충분히 크다. 인버터(2)가, 상기 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1을 출력하는 만큼의 전압 분해능 C를 갖고 있으면 된다. 여기서, 상기 전압 진폭 B1을 전압 분해능 C로 제산한 값 B1／C에 대하여 이하에 설명한다.

도 13은 정격 용량 3.7㎾의 유도 전동기와, 정격 용량 11㎾의 유도 전동기와, 정격 용량 22㎾의 유도 전동기에 있어서의, 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1을 전압 분해능 C로 제산한 제산값 B1／C의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 여기서, 전류 지령 신호 i^*는 정격 여자 전류(무부하 전류) 상당값으로 설정하고, 상기 진폭 B1을 전류 지령 신호 i^*의 진폭 I와, 주파수 f에 대응하는 리액턴스 성분과의 곱으로 계산하고 있다. 도 13으로부터 명백한 바와 같이, 유도 전동기(1)의 정격 용량에 관계없이, 주파수 f와 상기 제산값 B1／C의 관계는 실질적으로 거의 일치하고 있어, 주파수 f가 0.006[㎐] 이상이면, 교류 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1은 인버터(2)의 전압 분해능 C보다 커지는 것을 알 수 있다.

이상으로부터 명백한 바와 같이, 정격 용량이 55㎾를 넘는 유도 전동기에 대해서도, 단계 S107에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수의 하한값을 0.006[㎐] 이상으로 설정하면, 본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치로 그 정수를 측정할 수 있다. 바꿔 말하면, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f가 0.006[㎐] 이상으로 설정하는 것에 의해, 인버터(2)가, 해당 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1을 출력하는 만큼의 전압 분해능 C를 가질 수 있어, 정격 용량이 55㎾를 넘는 유도 전동기(1)에 대해서도, 보다 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있다.

또한, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f의 하한값을 0.03[㎐] 이상으로 설정하면, 상기 전압 진폭 B1과 상기 전압 분해능 C의 비를 5배 이상으로 설정할 수 있기 때문에, 해당 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 분해능이 향상되어, 정격 용량이 55㎾를 넘는 유도 전동기에 대해서도, 보다 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있다. 또한, 단계 S106에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f의 하한값을 0.06[㎐] 이상으로 설정하면, 상기 전압 진폭 B1과 상기 전압 분해능 C의 비를 10배 이상으로 설정할 수 있기 때문에, 해당 전압 지령 신호 v^*의 직교 위상 성분의 분해능이 향상되어, 정격 용량이 55㎾를 넘는 유도 전동기(1)에 대해서도 보다 더욱 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있다.

그런데, 본 발명자 등이 유도 전동기의 정수 측정 장치에 대하여 사용자에게 의견을 물은 바, 정수 측정 기간 동안, 사용자가 초조함을 느끼게 하지 않는 대기 시간은 30초 이내라고 하는 의견이 많다. 또한, 비특허문헌 2에 따르면, 퍼스널 컴퓨터를 기동시켜 그것이 부팅될 때까지 초조함을 느끼는 한계 시간의 회답 비율은, 대기 시간이 1분일 때가 38.3％이고, 대기 시간이 30초일 때가 34.5％이며, 대기 시간이 1분 이내라는 회답은 7할을 넘는 72.8％이다. 이와 같이, 한쪽은 유도 전동기(1)의 정수 측정 장치, 다른 한쪽은 퍼스널 컴퓨터로서, 대상으로 하는 장치가 서로 다르지만, 본 발명자 등은, 사용자가 장치를 조작하지 않고 대기하는 시간으로서, 30초 이내인 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.

본 실시예에 따른 도 2의 유도 전동기의 정수 측정 처리에 있어서, 단계 S101 및 S102에서는, 후술하는 바와 같이 높은 주파수로 단상 교류 급전을 행하기 때문에, 단계 S101 및 S102에서의 단상 교류의 급전과 누설 인덕턴스의 측정은 수 초 이내에 완료된다. 또한, 단계 S103 내지 S105에 있어서 단상 직류의 급전과 1차 저항의 측정도, 이하의 이유에 의해 수 초 이내에 완료된다. 즉, 편차 증폭기(12)를 포함하는 인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4)로 구성되는 루프 제어 회로에 의해, 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 인가하여 전류 제어할 수 있기 때문이다.

한편, 단계 S106 및 S107의 처리에 있어서, 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하로 설정한다. 전술한 바와 같이, 단계 S107에 있어서의 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±10％ 이내로 유지하기 위해서는, 단상 교류 급전을 3주기 이상 행할 필요가 있다. 또한, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±5％ 이내로 유지하기 위해서는, 단상 교류 급전을 5주기 이상 행할 필요가 있다. 이와 같이, 단상 교류 급전의 주기를 길게 설정할수록, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 보다 높게 할 수 있다. 한편, 단계 S106에 있어서, 인버터(2)가 단상 교류 전압을 급전하고 있는 기간을 길게 설정하면, 당해 유도 전동기의 정수 측정 장치를 이용하는 사용자가 정수 측정을 완료하기까지의 대기 시간도 길어진다.

그래서, 단계 S107에서 인버터(2)가 단상 교류 전압을 급전할 때의 주기의 상한값에 대하여 이하에 설명한다. 도 14는 도 2의 정수 측정 처리에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전하는 교류 전력의 주파수를 도 13의 값으로 부여했을 때에, 30초 동안에 몇 주기 급전하는 것이 가능한지를 나타내는, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기의 정격 용량에 대한 30초간의 급전 주기수를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 15는 도 2의 정수 측정 처리에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전하는 교류 전력의 주파수를 도 13의 값으로 부여했을 때에, 30초 동안에 몇 주기 급전하는 것이 가능한지를 나타내는, 정격 용량이 1.5㎾에서 280㎾까지인 유도 전동기의 정격 용량에 대한 30초간의 급전 주기수를 나타내는 그래프이다.

도 14로부터 명백한 바와 같이, 예컨대, 정격 용량이 55㎾인 유도 전동기(1)에 있어서는, 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수는 0.24㎐이기 때문에, 7.2주기 급전한 지점에서 30초가 경과한다. 또한, 정격 용량이 2.2㎾인 유도 전동기(1)에 있어서는, 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수는 1.35㎐이기 때문에, 40.4주기 급전한 지점에서 30초가 경과한다. 전술한 바와 같이, 단계 S107에 있어서의 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 ±10％ 이내로 유지하기 위해서는, 단상 교류 급전을 3주기 이상 행할 필요가 있다. 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 0.1㎐ 이상으로 하면 측정 정밀도를 ±10％ 이내로 유지하면서 30초 이내에 당해 측정을 종료할 수 있다.

도 2의 단계 S101에서부터 단계 S105까지의 처리를 수 초에 완료할 수 있다. 또한, 단계 S106과 단계 S107의 처리에 있어서, 저항 성분과 리액턴스 성분의 측정 정밀도를 향상시키기 위해서는, 단계 S106에 있어서 인버터(2)가 단상 교류 급전할 때의 주기를 보다 길게 설정하고자 한다. 그러나, 당해 유도 전동기의 정수 측정 장치를 사용자가 쾌적하게 조작하기 위해서는, 전술한 바와 같이, 30초 이내에 정수 측정을 완료하게 할 필요가 있으며, 단계 S106에 있어서 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 단상 교류 급전하는 주기를, 도 14 및 도 15의 결과로부터, 최대로도 45주기 이하로 설정할 필요가 있다.

이와 같이, 단계 S106에 있어서의 단상 교류 급전의 급전 주기를 45주기 이하로 설정하는 것이, 단계 S106 및 S107에 필요한 시간을 30초 이내로 하기 위한 필요 조건이다. 그 결과, 본 실시예에 나타낸 유도 전동기의 정수 측정 장치가, 30초 이내에 정수 측정을 완료시키기 위한 필요 조건은, 인버터(2)가, 적어도 1회, 주파수 0.1㎐ 이상 1.5㎐ 이하이고, 급전 주기 45주기 이하인 단상 교류 급전을 행하는 것이다.

이어서, 단계 S101에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수에 대하여 이하에 설명한다. 라플라스 연산자를 s라고 하면, 도 6에 나타낸 유도 전동기(1)의 등가 회로의 전달 함수 G(s)는 다음 식으로 표시된다.

여기서,

이다.

여기서, 주파수의 대역이 (Ts＋Tr)÷(2πσTsTr)[㎐]보다 충분히 높은 영역에 있어서, 수학식 21은 후술하는 수학식 24와 같이 근사시킬 수 있다. 수학식 24의 라플라스 연산자 s에 j2πf0을 대입하면, 전술한 수학식 1에 의해 누설 인덕턴스 l의 측정을 행할 수 있다.

여기서, (Ts＋Tr)÷(2πσTsTr)[㎐]보다 충분히 높은 주파수를, (Ts＋Tr)÷(2πσTsTr)[㎐]의 5배로 정의한다. 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기를 대상으로 주파수 5×(Ts＋Tr)÷(2πσTsTr)[㎐]에 대하여 측정한 바, 도 16의 결과를 얻었다. 즉, 도 16은 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기의 정격 용량에 대한 주파수 5(Ts＋Tr)／(2πσTsTr)[㎐]의 특성을 나타내는 그래프이다.

도 16에 따르면, 주파수 5(Ts＋Tr)／(2πσTsTr)은, 정격 용량 2.2㎾의 유도 전동기에 있어서 38㎐이며, 45㎾의 유도 전동기에 있어서 8.22㎐이다. 따라서, 단계 S101의 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수를 40㎐ 이상으로 설정해 두면, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기에 대하여 다음 식의 근사식이 성립한다.

또한, 인버터(2)가 출력할 수 있는 주파수의 상한은, 인버터(2)의 캐리어 주파수이다. 이상으로부터, 인버터(2)는, 바람직하게는, 적어도 1회, 주파수 40㎐ 이상이고 캐리어 주파수 이하인 주파수 범위에서 선택된 주파수로 단상 교류 급전을 행하는 것에 의해 누설 인덕턴스 l을 측정한다. 이 결과, 누설 인덕턴스 l의 측정의 조건이 되는 수학식 24로 나타낸 근사식이 성립한다. 이 단상 교류 급전을 행하는 것에 의해, 유도 전동기(1)를 회전시키는 일 없이, 누설 인덕턴스 l을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서는, 단계 S106에 있어서 단상 교류의 제 2 급전을 실행하고 있다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서 주파수 f1의 교류 신호 iu1^*를 출력하고 있었지만, 직류 성분과 교류 성분을 가산한 다음 식으로 나타내는 전류 지령 신호 iu^*를 신호원(10)으로부터 출력시키더라도, 상기 수학식 5 및 수학식 6의 연산에서는 직류 성분은 제거된다. 실시예 2에 있어서는, 신호원(10)은 다음 식으로 나타내는 직류 성분과 교류 성분을 가산한 전류 지령 신호 iu^*를 출력하 는 것을 특징으로 한다.

수학식 25에 있어서, I2는 정격 전류에 소정의 계수(예컨대, 0에서 0.5까지의 사이의 소정값)를 승산한 값으로 한다. 이 전류 I2를 이용하는 것에 의해, 전류 지령 신호 iu^*의 부호는 시각 t에 관계없이 정(正;positive)으로 되기 때문에, 데드 타임 오차의 영향을 받지 않는다고 하는 효과가 얻어진다.

또한, 전류 진폭을 I2로 부여하고, 감산기(11)는, 수학식 25에 나타낸 전류 지령 신호 iu^*와, 전류 검출기(3)에 의해 검출된 전류 iu와의 전류 편차 Δi를 연산하여, 그 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 이것에 응답하여, 편차 증폭기(12)는 수학식 3을 이용하여 연산한 값을 갖는 전압 지령 신호 vu1^*를 인버터(2)에 출력한다. 인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4)로 구성되는 루프 제어 회로에 있어서, 검출 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 인가하기 때문에, 주파수 f1의 값에 관계없이 유도 전동기(1)의 전류 진폭을 소정의 값으로 설정할 수 있다. 유도 전동기(1)의 상호 인덕턴스 M은 전류의 진폭에 의존하여 변화하는데, 전류 진폭을 소정의 값으로 설정하도록 제어한 결과, 주파수 f1의 값에 관계없이, 소정의 전류 진폭에 있어서의 상호 인덕턴스 M의 값을 측정할 수 있다.

(실시예 3)

상기 실시예 1에서는, 단계 S107에 있어서, 수학식 12 및 수학식 13을 이용하여, 2차 저항과 상호 인덕턴스를 측정하였지만, 단계 S102에서 누설 인덕턴스 l 및 σLs의 측정이 완료되어 있기 때문에, 이 값도 이용하여 2차 저항과 상호 인덕턴스를 구하여도 좋다(이하, 실시예 3이라고 함). 실시예 3에 있어서는, 실시예 1과 마찬가지로, 단계 S107에서는, 수학식 5, 수학식 6 및 수학식 7을 이용하여 유도 전동기(1)의 저항 성분과 리액턴스 성분을 측정한다. 유도 전동기(1)의 등가 회로인 도 6에 있어서, 당해 등가 회로의 임피던스 Z1은 다음 식으로 표시된다.

여기서, ω1＝2πf1이며, f1은 전류 지령 신호 iu^*의 주파수이다. 전술한 바와 같이 단계 S107에 있어서, 수학식 5, 수학식 6 및 수학식 7을 이용하여 유도 전동기(1)의 임피던스의 저항 성분 Z_Re와 리액턴스 성분 Z_Im을 측정한다. 측정한 저항 성분 Z_Re와 리액턴스 성분 Z_Im 및 수학식 26으로부터 다음 식의 연립 방정식이 얻어진다.

여기서, 2차 저항 Rr과 상호 인덕턴스 M의 값은, 수학식 27 및 수학식 28의 연립 방정식을 푸는 것에 의해 얻어진다. 그 해는 다음 식으로 표시된다.

이와 같이, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 인버터(2)가 교류 급전을 행하는 기간 중, 가장 낮은 주파수로 교류 급전을 행하는 기간에 있어서 전류에 대한 전압의 동 위상 성분의 크기와, 전류에 대한 전압의 직교 위상 성분의 크기를 산출하고, 이 산출값과 단계 S102에 있어서 측정한 누설 인덕턴스 l과 σLs에 근거하여, 유도 전동기(1)의 2차 저항과 상호 인덕턴스를 산출한다. 이 결과, 누설 인덕턴스 l과 σ Ls 및 1차 저항 Rs의 측정이 완료되어 있으면, 단계 S106의 교류 급전만으로, 2차 저항과 상호 인덕턴스를 동시에 측정할 수 있는 효과에 부가하여, 누설 인덕턴스분을 고려하였기 때문에, 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

(실시예 4)

전술한 실시예에 따른 단계 S107에서는, 교류 전류 지령 신호 i^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 v^*의 동 위상 성분의 진폭 A1과 직교 위상 성분의 진폭 B1은, 상호 상관 함수를 이용한 상기 수학식 4에 의해서 얻고 있었지만, 수학식 5 및 수학식 6 대신에 다음 식을 이용하여도 좋다(이하, 실시예 4라고 함).

여기서, ΔA1은 미리 설정된 A1 보정량이며, ΔB1은 미리 설정된 B1 보정량이다.

이어서, 수학식 5 및 수학식 6 대신에, 수학식 32 및 수학식 33을 이용하는 이유에 대하여 이하에 설명한다. 단계 S107에 있어서의 측정에서, 유도 전동기(1) 대신에, 인덕턴스 L과 저항 R로 이루어지는 도 3의 LR 직렬 부하 회로를 접속했을 때의 인버터(2)의 캐리어 주파수와, 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 실험에 의해 얻은 진폭 A1과의 관계를 도 17에 나타낸다. 즉, 도 17은 도 2의 정수 측정 처리에 있어서, 유도 전동기(1) 대신에 도 3의 LR 직렬 부하를 접속했을 때의 인버터(2)의 캐리어 주파수에 대한 동 위상 성분의 정규화 진폭 A1(실험값)을 나타내는 그래프이다. 여기서, 단계 S106에 있어서의 전류 지령 신호 iu^*는, 실시예 2에서 나타낸 수학식 25를 이용하여 계산하였다. 또한, 수학식 25의 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f1로서 2종류의 주파수 0.5㎐, 1㎐를 이용하였다. 도 17 및 후술하는 도 18에 있어서, ●는 0.5㎐의 경우이며, ○는 1㎐의 경우이다.

도 17의 종축은 동 위상 성분의 진폭 A1의 이론값을 기준으로 한 정규화값이며, 각 캐리어 주파수에 대하여 실험한 데이터를 도시하였다. 도 17로부터 명백한 바와 같이, 이론값에 대하여 측정된 진폭 A1의 오차는, 캐리어 주파수가 높아질수록 커지는 것과, 당해 진폭 A1의 오차는 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수에 의해 변화하지 않는 것을 알았다. 본 실시예에서는, 인버터(2)의 캐리어 주파수를 1000㎐로 고정하고, 미리, 동 위상 성분의 진폭 A1의 보정량 ΔA1의 값을 실험적으로 결정한다.

도 18은 도 2의 정수 측정 처리에 있어서, 유도 전동기(1) 대신에 도 3의 LR 직렬 부하를 접속했을 때의 인버터(2)의 캐리어 주파수에 대한 직교 위상 성분의 정규화 진폭 B1(실험값)을 나타내는 그래프이다. 도 18로부터 명백한 바와 같이, 이론값에 대하여 측정된 진폭 B1의 오차는, 캐리어 주파수에 대하여 약간 감소하지 만 거의 변화하지 않는 것과, 당해 진폭 B1의 오차는 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수에 의해 변화하지 않는 것을 알았다. 따라서, 진폭 B1에 대해서도, 진폭 A1과 마찬가지로 미리 진폭 B1의 보정량 ΔB1의 값을 실험적으로 결정한다.

이상 설명한 바와 같이, 정수 산출 컨트롤러(5)는, 인버터(2)가 교류 급전을 행하는 기간 중, 가장 낮은 주파수로 교류 급전을 행하는 기간에 있어서, 전류에 대한 전압의 동 위상 성분의 진폭 A1을 산출하여, 이 산출한 진폭 A1에 대해 미리 설정하고 있었던 소정의 보정량 ΔA1을 가산하는 동시에, 전류에 대한 전압의 직교 위상 성분의 진폭 B1을 산출하여, 이 산출한 진폭 B1에 대해 미리 설정하고 있었던 소정의 보정량 ΔB1을 가산한다. 이 결과, 인버터(2)의 캐리어 주파수에 기인하는 오차를 보정할 수 있기 때문에, 전류에 대한 전압의 동 위상 성분의 진폭 A1과 직교 위상 성분의 진폭 B1을, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 따라서, 단계 S107에 있어서의 2차 저항과 상호 인덕턴스의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

당해 실시예에 있어서, 상기 보정량 ΔA1, ΔB1을 수학식 25의 전류 I2의 함수로 나타내어도 좋다. 이에 따라, 전류 진폭의 설정을 변경하더라도 2차 저항과 상호 인덕턴스의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 유도 전동기(1) 대신에, 인덕턴스 L과 저항 R로 이루어지는 도 3의 LR 직렬 부하 회로를 접속했을 때의 상기 전류 I2와, 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 실험에 의해 얻은 정규화 진폭 A1, B1과의 관계를 도 19에 나타낸다. 즉, 도 19는 도 2의 정수 측정 처리에 있어서, 유도 전동기(1) 대신에 도 3의 LR 직렬 부하를 접속했을 때의 전류 I2에 대한 정규화 진폭 A1, B1(실험값)을 나타내는 그래프이다. 도 19의 종축은 진폭 A1의 이론값을 기준으로 한 것이며, 캐리어 주파수를 1000㎐로 고정했을 때의 각 전류 I2에 대하여 실험한 데이터를 도시한 것이다.

도 17, 도 18 및 도 19로부터 명백한 바와 같이, 이론값에 대한 측정한 진폭 A1, B1의 오차는, 상기 전류 I2의 함수인 것과, 그 오차는 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수에 의존하여 변화하지 않는 것을 알았다. 따라서, 본 실시예에서는, 인버터(2)의 캐리어 주파수를 1000㎐로 고정하고, 미리, 진폭 A1의 보정량 ΔA1의 값을 전류 I2의 함수로서 실험적으로 결정하며, 진폭 B1에 대해서도 마찬가지로 미리 진폭 B1의 보정량 ΔB1의 값을 I2의 함수로서 실험적으로 결정한다. 이에 따라, 전류 진폭의 설정을 변경하더라도 2차 저항과 상호 인덕턴스의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

(실시예 5)

상기 실시예에서는, 인버터(2)는 유도 전동기(1)에 단상 급전하기 위하여 1상을 개방하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 유도 전동기(1)에 회전 자계가 발생하지 않으면 되기 때문에, 예컨대, 1상을 개방하지 않고서, U상 전압 지령 신호 vu^*와 함께, 다음 식으로 각각 표시되는 V상 전압 지령 신호 vv^* 및 W상 전압 지령 신호 vw^*를 인버터(2)에 대하여 인가하여도 좋다(이하, 실시예 5라고 함).

상기 수학식 34 및 수학식 35로 나타낸 전압 지령 신호 vv^*, vw^*를 인버터(2)에 대하여 인가함으로써, 유도 전동기(1)에 단상 급전을 행할 수 있다. 그 결과, 인버터(2)로부터 유도 전동기(1)로 접속하고 있는 결선의 1상을 개방하는 작업을 생략할 수 있다.

(실시예 6)

도 20은 본 발명의 실시예 6에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 20에 있어서, 교류 회전기인 유도 전동기(1)는 인버터(2)와 접속되어 있고, 인버터(2)는 유도 전동기(1)에 대하여 단상 급전하기 위하여, U상, V상, W상의 3상 중의 1상을 개방하고 있다. 여기서, 개방 방법은, 인버터(2)의 1상분만 상하 암을 개방하여도 좋고, 또는 유도 전동기(1)의 1상만 결선을 빼더라도 좋다. 즉, 인버터(2)는, 유도 전동기(1)에 회전 자계를 발생하지 않고, 회전 토크가 발생하지 않도록, 단상 급전 상태로 되도록 하는 교류 전력을 유도 전동기(1)에 공급한다. 이것에 의해, 유도 전동기(1)가 부하 설비에 접속되어 있어 무부하 시험을 할 수 없는 경우에도 그 정수를 측정할 수 있다. 전류 검출기(3)는 인버터(2)로부터 유도 전동기(1)에 흐르는 1상의 전류 iu를 검출하여, 검출된 전류 iu를 나타내는 신호를 감산기(11)에 출력한다. 전류 검출기(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, U상 전류를 직접 검출하는 방법 이외에, 공지의 기술인, 전력 변환기의 DC 링크 전류로부터 3상 전류를 검출하는 방법이어도 좋다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).

장치 컨트롤러(4A)는, 예컨대, 디지털 계산기에 의해 구성되고, 구체적으로는, 신호원(10)과, 감산기(11)와, 편차 증폭기(12)와, 부호 반전기(13)를 구비하여 구성되며, 유도 전동기(1)에 인가해야 할 전압 지령 신호 vu^*, vv^*를 연산하여, 전압 지령 신호 vu^*, vv^*를 인버터(2)에 출력한다. 또한, 정수 산출 컨트롤러(5A)는 내부 메모리(5m)를 갖는, 예컨대, 디지털 계산기에 의해 구성되며, 유도 전동기(1)에 단상 급전했을 때의 전압 지령 신호 vu^*와 전류 지령 신호 iu^*의 관계로부터, 유도 전동기(1)의 정수를 산출하여 출력한다. 장치 컨트롤러(4A)에 있어서, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*를 발생하여 정수 산출 컨트롤러(5A) 및 감산기(11)에 출력한다. 감산기(11)는, 신호원(10)으로부터의 전류 지령 신호 iu^*와, 전류 검출기(3)에 의해 검출된 전류 iu와의 전류 편차 Δi를 연산하여 편차 증폭기(12)에 출력한다. 또한, 편차 증폭기(12)는, 입력되는 전류 편차 Δi를 소정의 증폭 정수로 증폭하여, 증폭 후의 전압 지령 신호 vu^*를 발생하고, 당해 전압 지령 신호 vu^*를 인버터(2) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력하는 동시에, 입력 신호를 －1배하는 부호 반전기(13)를 거쳐 인버터(2)에 출력한다.

도 21은 도 20의 유도 전동기(1)의 정지시의 T형 등가 회로의 회로도이다. 도 21에 있어서, 유도 전동기(1)의 등가 회로는, 누설 인덕턴스 l과 2차 저항 Rr과의 직렬 회로에 대하여 상호 인덕턴스 M이 병렬로 접속되고, 당해 병렬 회로에 대하여, 누설 인덕턴스 l과 1차 저항 Rs와의 직렬 회로가 직렬로 접속되어 구성된다. 본 실시예에 있어서는, 1차측과 2차측의 누설 인덕턴스는 동일한 값 l이라고 가정하고, 이 경우, 1차 인덕턴스와 2차 인덕턴스도 동일한 값 L이라고 가정한다.

도 22는 도 21의 T형 등가 회로를, RX 직렬 회로를 이용하여 나타냈을 때의 등가 회로의 회로도이다. 도 22에 있어서, RX 직렬 회로는, 저항 성분 R과, 리액턴스 성분 X와의 직렬 합성 임피던스 Z를 이용하여 나타낸 것이며, 이 직렬 합성 임피던스 Z는 다음 식으로 표시된다.

여기서, ω＝2πf이고, f는 전류 지령 신호 iu^*의 주파수이며, ω는 전류 지령 신호 iu^*의 각주파수이고, j는 허수 단위이다. 상기 수학식 36으로부터, 저항 성분 R 및 리액턴스 성분 X를 구하면 다음 식으로 표시된다.

여기서, L은 1차 인덕턴스이다. 본 실시예에 있어서는, 1차 인덕턴스 L은 2차 인덕턴스 L과 동등한 것으로 가정한다. 또한, 2차 시정수 Tr 및 누설 계수 σ는 다음 식으로 표시된다.

상기 수학식 37 및 수학식 38에 있어서, 2종류의 주파수 f1, f2에 대응한 리액턴스 성분 X를 각각 X1, X2라고 하면, 다음 식을 얻는다.

여기서, ω1＝2πf1 및 ω2＝2πf2이다. 상기 수학식 42 및 수학식 43을, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L을 미지수로 하는 연립 방정식으로 바꿔 쓰면, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L의 값은 다음 식의 연립 방정식을 푸는 것에 의해 얻어진다.

즉, 누설 계수 σ와 1차 인덕턴스 L의 곱인 누설 인덕턴스 σL이 기지(旣知)의 것이면, 직렬 합성 임피던스 Z의 저항 성분 R을 이용하지 않고서, 리액턴스 성분 X만으로 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L을 계산할 수 있다. 또, 누설 인덕턴스 σL의 값은, 상기 실시예 1의 단계 S102와 동일한 방법으로 측정하여도 좋고, 설계값이나 개산값(槪算値)을 이용하더라도 좋다.

여기서, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L이 구해지면, 2차 저항 Rr은 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

이상에서 나타낸 방법에 의해, 정수 산출 컨트롤러(5A)는, 2종류의 주파수 f1, f2에 대응한 리액턴스 성분 X1, X2와 누설 계수 σ와 1차 인덕턴스 L의 곱인 누설 인덕턴스 σL의 각 값으로부터, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 계산한다.

도 23은 도 20의 정수 측정 장치에 의해 유도 전동기(1)의 정수를 측정하기 위한 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도이다. 상기 리액턴스 성분 X1, X2를 측정하여, 유도 전동기(1)의 정수를 구하는 수순에 대해 도 23을 참조하여 이하에 설명한다.

도 23의 단계 S201에 있어서, 우선, 누설 인덕턴스 σL을 측정하거나 또는 추정한다. 여기서, 누설 인덕턴스 σL을, 전술한 방법도 포함하여, 어떠한 방법을 이용하여 측정하거나 또는 추정하여도 좋다. 이어서, 단계 S202에 있어서, 주파수 f1의 교류 급전을 개시한다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서, 주파수 f1의 교류 신호 iu1^*를 발생하여 감산기(11) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력한다. 감산기(11)는 신호원(10)으로부터의 전류 지령 신호 iu^*와, 전류 검출기(3)에 의해 검출된 전류 iu와의 전류 편차 Δi를 연산하여, 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 이것에 응답하여, 편차 증폭기(12)는, 다음 식 에 따라서 전압 지령 신호 vu^*를 발생하여 인버터(2) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력하는 동시에, 부호 반전기(13)를 거쳐 전압 지령 신호 vv^*로서 인버터(2)에 출력한다.

여기서, ωcc는 전류 응답 설정값이고, N은 임의의 정수이며, t는 시각을 나타낸다. 또한, 전류 편차 Δi는 다음 식으로 표시된다.

인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4A)로 이루어지는 루프 제어 회로에 있어서, 전류 검출기(3)에서 검출되는 유도 전동기(1)의 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 인가한다.

이어서, 단계 S203에 있어서, 정수 산출 컨트롤러(5A)는, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1을 산출하여 측정한다. 이 측정 원리에 대하여 이하에 설명한다. 본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서는, 장치 컨트롤러(4A)의 편차 증폭기(12)에 의해서, 유도 전동기(1)의 전류 iu를, 전류 지령으로 나타내는 소망값 iu^*에 실질적으로 일치시키도록 제어할 수 있다. 그래서, 단계 S202에 있어서, 전류 지령 신호 iu^*로서, 진폭 I1 및 주파수 f1을 이용하여 다음 식으로 표시된 교류 신호 iu1^*를 발생하여 출력한다.

이 때, 인버터(2)의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu를 각각, vu1^*, vu1로 한다. 인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4A)로 이루어지는 루프 제어 회로에 있어서, 전압 지령 신호 vu1^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu1이 실질적으로 일치하도록 제어되었을 때, 교류 신호 iu1^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu1^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1은, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식으로 표시된다.

여기서, T1은 미리 설정된 적분 시간이다. 상기 수학식 50에 있어서, 상기 적분 시간 T1을 교류 신호 iu1^*의 주기의 정수배로 설정하여도 좋다.

이어서, 교류 신호 iu1^*의 진폭 I1이 기지이고, 상기 수학식 50에 의해 교류 신호 iu1^*를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분 B1을 계산할 수 있으므로, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1을 다음 식에 의해 산출할 수 있다.

단계 S204에 있어서 주파수 f1의 교류 급전을 종료한다. 이어서, 단계 S205에 있어서, 단계 S202와 마찬가지의 방법을 이용하여, 주파수 f2의 교류 급전을 개시한다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서, 주파수 f2의 교류 신호 iu2^*를 발생하여 감산기(11) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력한다. 감산기(11)는 신호원(10)으로부터의 전류 지령 신호 iu^*와, 유도 전동기(1)에 공급되어 전류 검출기(3)에 의해 검출되는 전류 iu와의 전류 편차 Δi를 연산하여, 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 이것에 응답하여, 편차 증폭기(12)는, 수학식 47을 이용하여 전압 지령 신호 vu^*를 발생하여 인버터(2)에 출력한다. 인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4A)로 이루어지는 루프 제어 회로에 있어서, 유도 전동기(1)의 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 발생하여 유도 전동기(1)에 인가한다.

단계 S206에 있어서, 단계 S203의 처리와 마찬가지로, 정수 산출 컨트롤러(5A)는, 상기 주파수 f1과는 다른 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2를 산출 하여 측정한다. 단계 S205에 있어서, 전류 지령 신호 iu^*로서, 다음 식으로 나타낸, 진폭 I2 및 주파수 f2의 교류 신호 iu2^*를 발생하여 인가된 것으로 한다. 여기서, 전류 진폭 I2는, 상기 전류 지령 신호 iu1^*와 iu2^*에서 동일한 값이어도 다른 값이어도 좋다.

이 때의 인버터(2)의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu를 각각 vu2^*, vu2로 한다. 전압 지령 신호 vu2^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu2가 실질적으로 일치하도록 제어되었을 때, 교류 신호 iu2^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu2^*의 직교 위상 성분의 진폭 B2는, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식에 의해 얻어진다.

여기서, T2는 미리 설정된 적분 시간이다. 또, 수학식 53에 있어서, 상기 적분 시간 T2를 교류 신호 iu2^*의 주기의 정수배로 설정하여도 좋다.

전류 지령 신호 iu2^*의 진폭 I2가 기지이고, 상기 수학식 53에 의해 전류 지 령 신호 iu2^*를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분 B2를 계산할 수 있으므로, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2는 다음 식에 의해 산출된다.

이어서, 단계 S207에 있어서 주파수 f2의 교류 급전을 종료한다. 또한, 단계 S208에 있어서, 단계 S203과 단계 S206에서 각각 측정된, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2에 근거하여, 상기 수학식 44 내지 수학식 46을 이용하여, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 산출한다. 단계 S208의 처리가 종료하여 당해 유도 전동기의 정수 측정 처리를 종료한다. 또, 단계 S203 및 단계 S206에 있어서, 전류 지령 신호(교류 신호) iu^*를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분 B1, B2를 계산하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전류 검출기(3)에서 검출된 전류 iu를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분을 계산하여, 그들의 값을 진폭 B1, B2로 하여도 좋다.

이어서, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서, 인버터(2)가 급전할 때의 주파수에 대하여 이하에 설명한다. 우선, 본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서, 보다 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있는 주파수의 상한값에 대하여 이하에 설명한다.

도 23의 단계 S201에 있어서, 누설 계수 σ와 1차 인덕턴스 L의 곱인 누설 인덕턴스 σL을 측정하거나 또는 추정한다. 또한, 단계 S208에 있어서, 상기 수학 식 44 및 수학식 45를 이용하여 유도 전동기(1)의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L을 계산할 때에, 단계 S201에서 측정되는 누설 인덕턴스 σL의 값이 필요하게 된다. 그러나, 상기 누설 인덕턴스 σL의 값에 오차가 포함되어 있으면, 비록 상기 리액턴스 성분 X1, X2가 정확히 측정된 경우에도, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L의 산출 오차가 커진다. 따라서, 리액턴스 성분 X가 누설 인덕턴스 σL의 값에 의존하지 않는 주파수 대역에서 측정할 필요가 있다.

도 24는 정격 용량이 3.7㎾, 11㎾ 및 22㎾인 유도 전동기(1)에 있어서의 리액턴스 성분 X, X0의 정규화 주파수 fn 특성을 나타내는 그래프이다. 즉, 도 24에서는, 상기 수학식 38의 리액턴스 성분 X의 계산식을 이용하여 계산할 수 있는 리액턴스 성분 X와, 누설 계수 σ를 0으로 간주하여 누설 인덕턴스의 영향을 무시했을 때의 리액턴스 성분 X0의 주파수 특성을 도시한 것이다. 여기서, 주파수 f에 대응한 누설 인덕턴스의 영향을 무시했을 때의 리액턴스 성분 X0은, 상기 수학식 38에 있어서의 누설 계수 σ를 O으로 했을 때의 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, ω＝2πf이고, f는 전류 지령 신호 iu^*의 주파수이다. 도 24에 있어서, 상기 리액턴스 성분 X, X0의 크기는, 유도 전동기(1)의 정격 용량과 주파수 f에 크게 의존하기 때문에, 양 축 모두 이하의 방법으로 정규화하였다. 횡축의 정규화 주파수 fn은, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐]를 1[p.u.]로서 정규화하고, 정규화 주파수 fn을 대수 스케일로 나타내고 있다. 또한, 종축의 리액턴스 성분 X와 누설 인덕턴스의 영향을 무시했을 때의 리액턴스 성분 X0은, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐]일 때의 리액턴스 성분 X의 값을 1[p.u.]로서 정규화하였다.

도 24에 나타내는 바와 같이, 유도 전동기(1)의 정격 용량에 관계없이, 정규화 주파수 fn＝1[p.u.]＝1／(2πTr)[㎐] 근방을 경계로 하여, 이 정규화 주파수 fn＝1보다도 높은 주파수 대역에서는, 리액턴스 성분 X와 누설 인덕턴스의 영향을 무시했을 때의 리액턴스 성분 X0과의 사이에 차이가 나타난다. 즉, 누설 계수 σ의 값이 리액턴스 성분 X에 대하여 영향을 미치는 것을 나타내고 있다. 따라서, 리액턴스 성분 X가 누설 인덕턴스 σL의 값에 의존하지 않는 주파수 대역은, 대략 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐] 이하인 주파수 대역인 것을 알 수 있다.

또한, 도 24로부터 명백한 바와 같이, 주파수 f＝1[p.u.]＝1／(2πTr)[㎐] 근방이 리액턴스 성분 X가 극대로 되어 있다. 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐] 근방에서 리액턴스 성분 X가 극대로 되는 것을, 수학식을 이용하여 이하에 설명한다. 리액턴스 성분 X는 주파수 f, 즉, 각주파수 ω의 함수이다. 여기서, 상기 수학식 38로 나타낸 리액턴스 성분 X의 산출식의 양 변을 각주파수 ω로 미분하면, 다음 식으로 표시된다.

여기서, σω⁴Tr⁴≪1로 하고 있다. dX／dω＝0일 때, 리액턴스 성분 X는 극대로 되고, 그 때의 각주파수 ωmax는 다음 식으로 표시된다.

여기서, 3σ≪1로 하고 있다. 상기 각주파수 ωmax의 주파수 fmax는 다음 식으로 표시된다.

이상으로부터, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐] 근방에서 리액턴스 성분 X가 극대로 되는 것이 수학식을 이용하여 나타나 있다.

또한, 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B가 클수록, 인버터(2)에 기인하는 전압 오차의 영향을 받기 어렵게 된다. 따라서, 주파수 f를, 상기 B가 극대로 되도록 하는 주파수로 설정하면, 보다 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 급전하는 주파수 f1, f2에 관계없이, 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2를 일정값 I로 하는 경우, 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B는, 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I와 주파수 f에 대응하 여 변화되는 리액턴스 성분 X와의 곱으로 된다. 따라서, 상기 진폭 B가 극대로 되는 주파수는, 리액턴스 성분 X가 극대로 되는 주파수와 일치한다. 즉, 주파수 f는 1／(2πTr)[㎐] 근방에서 상기 진폭 B도 극대로 된다.

도 25는 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 3.7㎾인 유도 전동기(1)에 있어서의 리액턴스 성분 X의 측정 오차의 정규화 주파수 fn 특성을 나타내는 그래프이다. 즉, 도 25는, 주파수 f에 대응한 리액턴스 성분 X의 오차를, 도 23의 단계 S201 내지 S204의 방법으로 측정했을 때의 시험 결과이다. 도 25에 있어서, 횡축의 정규화 주파수 fn은, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐]를 1[p.u.]로서 정규화한 것이다. 도 25에 나타내는 바와 같이, 주파수 f가 1／(2πTr)[㎐]보다 높은 주파수 대역에 있어서, 리액턴스 성분 X의 측정 정밀도가 열화하는 것을 발견하였다. 이것으로부터도, 주파수 f는 1／(2πTr)[㎐]보다 낮은 주파수 대역으로 설정하는 편이 좋다. 이상으로부터, 단계 S202 및 단계 S205에 있어서, 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 급전할 때의 주파수의 상한은, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐]로 된다.

또한, 본 실시예에 있어서도, 보다 높은 정밀도로 정수를 측정할 수 있는 주파수의 하한값에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지로 생각할 수 있으며, 삼각파 비교형 PWM 변조법을 이용하여 디지털 처리하는 경우에는, 상기 수학식 19에 의해 정의한 전압 분해능 C를 이용하여 고찰할 수 있다. 전술한 도 13으로부터 명백한 바와 같이, 유도 전동기(1)의 정격 용량에 관계없이, 주파수 f와 상기 진폭 B의 관계는 대략 일치하여, 주파수 f가 0.006[㎐] 이상이면, 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B는 인버터(2)의 전압 분해능 C보다 커지는 것을 알 수 있다. 여기서, 정수 측정 정밀도를 더욱 향상시키기 위해서는, 상기 제산값 B／C가 커지도록 주파수 f의 하한을 결정하면 된다. 예컨대, 제산값 B／C를 5로 설정하면 주파수를 0.03[㎐] 이상으로 설정하고, 제산값 B／C를 10 이상으로 설정하면 주파수를 0.06[㎐] 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

도 26은 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 3.7㎾, 11㎾ 및 22㎾인 유도 전동기(1)에 있어서의 리액턴스 성분 X의 정규화 주파수 fn 특성을 나타내는 그래프이다. 즉, 도 26에 있어서는, 도 5와 마찬가지로, 정격 용량이 3.7㎾, 11㎾ 및 22㎾인 유도 전동기(1)에 대하여, 상기 수학식 38을 이용하여 계산되는 리액턴스 성분 X를 정규화 주파수 fn에 대하여 도시한 것이다. 또, 도 26에 있어서, 도 5와 마찬가지로, 횡축의 정규화 주파수 fn은, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐]를 1[p.u.]로서 정규화한 것이다. 또한, 종축의 리액턴스 성분 X는, 주파수 f＝1／(2πTr)[㎐]일 때의 리액턴스 성분 X의 값을 1[p.u.]로서 정규화한 정규화된 리액턴스 성분이다.

도 26에 나타내는 바와 같이, 유도 전동기(1)의 정격 용량에 관계없이, 정규화 주파수 fn＝0.2[p.u.]＝0.2／(2πTr)[㎐]를 경계로 하여, 이 주파수보다 낮은 주파수 대역의 리액턴스 성분 X는 주파수 f와 비례 관계로 된다. 이것은 상기 수학식 38의 리액턴스 성분 X의 계산식에 있어서, 주파수 f, 즉, 각주파수 ω가 매우 낮으므로, σω²Tr²≪1이고, 또한, ω²Tr²≪1이기 때문에, 상기 수학식 38의 리액턴스 성분 X의 계산식을 다음 식으로 근사시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 상기 수학식 59의 근사가 성립하는 주파수 대역에서, 2종류의 각주파수 ω1, ω2에 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 각각 측정하면, 리액턴스 성분 X1, X2에 있어서 다음 식의 근사가 만족된다.

상기 수학식 60 및 수학식 61의 근사가 만족되면, 상기 수학식 44에 있어서의 (ω2X1－ω1X2)의 값이 매우 작아져서, 0(zero)에 가까워진다. 한편, 상기 수학식 44에 있어서의 (ω2X1－ω1X2)의 값을 0과 비교하여 충분히 크게 하기 위해서는, 주파수 f1과 f2를 주파수 0.2／(2πTr)[㎐] 이상의 주파수 대역으로 설정한다. 이와 같이 하면, (ω2X1－ω1X2)의 값이 0과 비교하여 충분히 커져, 2차 시정수 Tr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 이상으로부터, 보다 높은 정밀도로 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 측정하기 위해서는, 2차 시정수 Tr의 값에 근거하여 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 급전하는 주파수 f1, f2를 결정하면 된다는 것을 알았다.

그러나, 본 실시예에서 나타낸 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서는, 2차 시정수 Tr을 구하는 것이 목적이기 때문에, 주파수 f1의 1회째의 교류 급전을 실행하는 단계 S102의 단계에서는, 2차 시정수 Tr의 값은 미지이다. 그래서, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기를 대상으로 주파수 1／(2πTr)의 값을 측정한 바, 도 27의 결과를 얻었다. 도 27은 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)에 있어서의 정격 용량에 대한 주파수 1／(2πTr)의 특성을 나타내는 그래프이다.

도 27로부터 명백한 바와 같이, 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기에 대하여, 1／(2πTr)의 주파수 대역은, 0.24㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 정격 용량이 1.5㎾에서 45㎾까지인 유도 전동기에 대하여, 1／(2πTr)의 주파수 대역은, 0.3㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 예컨대, 엘리베이터에 이용되는 유도 전동기(1)는, 정격 용량 3㎾ 이상이 주류이다. 정격 용량 3㎾의 유도 전동기(1)의 주파수 1／(2πTr)은 대개 1.2㎐이다. 또한, 정격 용량이 1.5㎾에서 45㎾까지인 유도 전동기에 대하여, 0.2／(2πTr)의 주파수 대역은, 0.06㎐ 이상이고 0.3㎐ 이하인 것을 알 수 있다.

인버터(2)의 전압 분해능 C에 의해 결정되는 주파수 f의 하한이 0.006㎐인 것을 고려하여, 도 23의 단계 S202에 있어서 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f1과, 단계 S205에 있어서 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f2를, 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 범위 내로 설정함으로써, 적어도 정격 용량 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)에 대하여, 주파수 f1, f2에 각각 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 적어도 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다고 하는 특유의 효과가 얻어진다.

또한, 인버터(2)의 전압 분해능 C와 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B의 비(比)인 제산값 B／C가 10 이상으로 되는 주파수 f의 하한은 0.06㎐이다. 정격 용량이 45㎾인 유도 전동기(1)의 0.2／(2πTr)도 0.06㎐이다. 이것을 고려하여, 도 23의 단계 S202에 있어서 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f1과, 단계 S205에 있어서 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f2를, 0.06㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 범위 내로 설정함으로써, 적어도 정격 용량 1.5㎾에서 45㎾까지의 유도 전동기(1)에 대하여, 주파수 f1, f2에 각각 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 적어도 정격 용량이 1.5㎾에서 45㎾까지인 유도 전동기(1)의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다고 하는 특유의 효과가 얻어진다.

여기서, 주파수 f를 0.06㎐ 이상으로 설정하면, 인버터(2)의 전압 분해능 C에 기인하는 영향을 제거하는 효과를 얻을 수 있는 동시에, 정격 용량이 적어도 1.5㎾에서 45㎾까지인 유도 전동기(1)에 있어서, 상기 수학식 44의 (ω2X1－ω1X2)의 값을 1과 비교하여 충분히 크게 하여, 오차를 적게 하는 효과도 얻어진다.

또한, 도 23의 단계 S202에 있어서 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f1과, 단계 S205에 있어서 단상 교류 급전되는 교류 전력의 주파수 f2를, 0.06㎐ 이상이고 1.2㎐ 이하인 주파수 범위 내로 설정함으로써, 적어도 엘리베이터에 이용되는 유도 전동기(1)에 대하여 주파수 f1, f2에 각각 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 적어도 엘리베이터에 이용되는 유도 전동기(1)의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다고 하는 특유의 효과가 얻어진다.

이상으로부터, 인버터(2)의 전압 분해능 C에 기인하는 영향과, 유도 전동기(1)의 누설 인덕턴스 l에 기인하는 영향을 없애는 것을 목적으로 하여, 인버터(2)는, 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 범위에서 교류 전력을 유도 전동기(1)에 공급한다. 이 교류 전력의 급전을 적어도 2종류의 전력으로 실행함으로써, 유도 전동기(1)가 부하 설비에 접속되어 있는 경우에도, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

이어서, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 구할 때에, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2로부터 구하는 것의 이점을, 인버터(2)에서 발생하는 전압 오차의 측면에서 이하에 설명한다.

전압 지령 신호 vu^*와 인버터(2)가 유도 전동기(1)에 인가하는 전압 vu와의 사이에는, 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압에 기인하는 전압 오차가 발생한다. 또한, 인버터(2)의 내부의 소자가 온 상태일 때에 발생하는 전력 손실에 의해, 온 전압이라고 불리는 스위칭 소자에서의 전압 강하가 발생하여, 전압 오차의 원인이 된다. 그러나, 본 실시예에 있어서는, 상기한 전압 오차는 직렬 합성 임피던스 Z 의 저항 성분 R에만 영향을 미치고, 리액턴스 성분 X에는 영향을 미치지 않는다.

도 28은, 실시예 6에 있어서, 정격 용량이 3.7㎾인 유도 전동기(1)의 주파수 0.18㎐에 대응한 직렬 합성 임피던스 Z의 저항 성분 R과 리액턴스 성분 X의 측정 오차 Rerr, Xerr을 나타낸 그래프이다. 여기서, 리액턴스 성분 X를 도 23의 단계 S201 내지 단계 S204의 처리의 방법을 이용하여 측정하였다. 인버터(2)의 데드 타임에 기인하는 전압 오차와 온 전압에 기인하는 전압 오차에 대하여, 전압 보정은 행하지 않는다.

저항 성분 R은, 도 23의 단계 S203에 있어서, 전류 지령의 교류 신호 iu1^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu1^*의 직교 위상 성분의 진폭 B1의 측정과 병행하여, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

여기서, I1은 교류 신호 iu1^*의 진폭이다. 또한, T1은 미리 설정된 적분 기간이며, 상기 수학식 50에 있어서의 적분 기간 T1과 마찬가지로 설정된다. 또한, 도 28에 있어서, 종축의 저항 성분 R의 측정 오차 Rerr과 리액턴스 성분 X의 측정 오차 Xerr은 다음 식과 같이 정의된다.

여기서, Rbase는 저항 성분 R의 이론값이며, Xbase는 리액턴스 성분 X의 이론값이다. 또한, Rm은 저항 성분 R의 측정값이며, Xm은 리액턴스 성분 X의 측정값이다. 상기 이론값 Rbase, Xbase는, 기지(旣知)인 정격 용량 3.7kw의 유도 전동기(1)의 1차 저항 Rs, 1차 인덕턴스 L, 2차 저항 Rr, 2차 시정수 Tr의 참값을 상기 수학식 37 및 수학식 38에 대입하여 계산된 값이다. 도 28로부터 명백한 바와 같이, 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압과 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 전압 오차의 영향은, 저항 성분 R에는 측정 오차로서 나타나지만, 리액턴스 성분 X에는 영향을 미치지 않는 것을 알았다.

따라서, 2종류의 주파수에 대응한 유도 전동기(1)의 등가 회로의 직렬 합성 임피던스의 리액턴스 성분 X를, 2종류의 주파수의 단상 교류 전력을 시분할로 급전하여 계산함으로써, 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압과 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 오차에 영향을 받는 일 없이, 1차 인덕턴스와 2차 저항과 2차 시정수를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 구하는 프로세스에 있어서, 1차 저항 Rs의 값이 불필요하다. 즉, 1차 저항 Rs의 측정을 생략할 수 있다. 대신에, 1차 저항 Rs를 별도 측정한 경우에도, 1차 저항 Rs의 측정 오차가, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr의 정밀도에 영향을 미치지 않는다고 하는 효과가 얻어진다.

이상으로부터, 정수 산출 컨트롤러(5A)는, 적어도 2종류의 주파수에 대응한 유도 전동기(1)의 등가 회로의 직렬 합성 임피던스의 리액턴스 성분 X를 계산한다. 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압과 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 오차는, 유도 전동기(1)의 등가 회로의 직렬 합성 임피던스의 저항 성분 R에 나타난다. 이 계산을 행함으로써, 1차 저항 오차와 상기 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압과 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 오차에 영향을 받는 일 없이, 유도 전동기(1)가 부하 설비에 접속되어 있는 경우에도, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 인버터(2)가 상기 주파수 범위의 교류 전력을 2회 급전함으로써, 전류 진폭 I1과 I2, 주파수 f1과 f2의 값을 소망하는 값으로 설정할 수 있어, 유도 전동기(1)가 부하 설비에 접속되어 있는 경우에도, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

(실시예 6의 변형예)

상기 실시예 6에 있어서는, 2종류의 주파수 f에 대응한 유도 전동기(1)의 등가 회로의 직렬 합성 임피던스의 리액턴스 성분 X로부터 유도 전동기(1)의 정수를 계산하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 3종류 이상의 주파수 f에 대응한 유도 전동기(1)의 등가 회로의 직렬 합성 임피던스의 리액턴스 성분 X로부터 유도 전동기(1)의 정수를 계산하여도 좋다(이하, 실시예 6의 변형예라고 함).

예컨대, 주파수 f1, f2에 대응한 리액턴스 성분 X1, X2 이외에, 주파수 f1, f2와는 다른 주파수 f3에 대응한 리액턴스 성분 X3을, 상기 리액턴스 성분 X1, X2를 측정한 방법과 마찬가지로 측정한다. 즉, 주파수 f와 리액턴스 성분 X의 조합으로서, 3개조 (f1, X1), (f2, X2), (f3, X3) 측정할 수 있다. 이들의 조합 중, 임의의 2조를 이용하여, 상기 수학식 44 내지 수학식 46으로부터, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 산출하여, 그 결과를 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr의 측정값으로 한다.

3종류의 주파수에 대응한 리액턴스 성분을 측정하는 경우에는, (f1, X1)(f2, X2)(f3, X3)의 3조 중 2조를 선택하는 방법은 3가지가 있다. 따라서, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr의 조를 최대 3조를 측정할 수 있으며, 얻어진 최대 3개의 정수 L, Rr, Tr에 관하여, 각 정수마다 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 상기 정수 L, Rr, Tr의 측정값으로 하여도 좋다. 이와 같이, 상기 측정된 복수 개의 정수 L, Rr, Tr에 관하여, 각 정수마다 평균값을 계산함으로써, 정수의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 4종류 이상의 주파수에 대응한 리액턴스 성분을 측정하는 경우에도, 3종류의 주파수에 대응한 리액턴스 성분을 계산한 방법과 마찬가지의 방법으로, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 계산할 수 있다.

(실시예 7)

상기 실시예 6에서는, 도 23의 단계 S202 및 S205의 2회 교류의 급전을 실행 하고, 단계 S203 및 S206에 있어서, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2로부터 각각 계산하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 주파수 f1, f2의 2종류의 성분을 중첩한 전력을 급전하여, 1회의 교류 급전으로 2개의 리액턴스 성분 X1, X2를 이하와 같이 계산하여도 좋다(이하, 실시예 7이라고 함).

도 20의 신호원(10)은, 전류 지령 신호 iu^*로서 주파수 f1의 교류 신호와, 주파수 f2의 교류 신호를 중첩하여 이루어지는, 다음 식으로 표시되는 중첩 교류 신호 iu3^*를 발생하여 출력하면, 주파수 f1, f2의 2종류의 성분을 중첩한 교류 전력을 인버터(2)에 의해서 유도 전동기(1)에 급전할 수 있다.

여기서, I01은 주파수 f1 성분의 전류 진폭이고, I02는 주파수 f2 성분의 전류 진폭이다.

도 29는 본 발명의 실시예 7에 따른 유도 전동기의 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도이다. 실시예 7에 따른 유도 전동기의 정수 측정 처리에 대하여 도 29를 참조하여 이하에 설명한다.

도 29의 단계 S301에 있어서, 도 23의 단계 S201과 마찬가지로 누설 인덕턴스 σL을 측정하거나 또는 추정한다. 이어서, 단계 S302에 있어서, 2종류의 주파수 f1, f2의 성분을 중첩한 교류 신호의 급전을 개시한다. 이 때, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서, 상기 수학식 65로 나타낸 중첩 교류 신호 iu3^*를 발생하여 감산기(11) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력한다. 감산기(11)는, 전류 지령 신호 iu^*(＝iu3^*)와, 전류 검출기(3)에서 검출된 전류 iu와의 전류 편차 Δi를 연산하여, 연산된 전류 편차 Δi를 나타내는 신호를 편차 증폭기(12)에 출력한다. 이것에 응답하여, 편차 증폭기(12)는, 상기 수학식 47을 이용하여 전압 지령 신호 vu^*를 연산하고, 전압 지령 신호 vu^*를 발생하여 인버터(2)에 출력한다. 전류 검출기(3)에 의해 검출되는 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 발생하여 유도 전동기(1)에 인가한다.

이어서, 단계 S303에 있어서, 정수 산출 컨트롤러(5A)는 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1을 산출하여 측정한다. 또한, 단계 S304에 있어서, 정수 산출 컨트롤러(5A)는 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2를 산출하여 측정한다. 여기서, 단계 S303 및 S304에 있어서 리액턴스 성분 X1, X2를 측정하기 위한 측정 원리에 대하여 이하에 설명한다.

도 29의 단계 S302에 있어서, 상기 수학식 65를 이용하여 계산된 전류 지령 신호 iu3^*를 전류 지령 신호 iu^*로서 인가했을 때에 있어서의, 인버터(2)의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu를 각각 vu3^*, vu3으로 한다. 전압 지령 신호 vu3^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu3이 실질적으로 일치하도록 제어되었을 때, 전류 지령 신호 iu3^*를 기준으로 한, 전압 지령 신호 vu3^*의 주파수 f1에 대응한 직교 위상 성분의 진폭 B01은, 상호 상관 함수를 이용하여 다음 식으로 표시된다.

여기서, TO1은 미리 설정된 적분 시간이다. 또한, 상기 수학식 66에 있어서, 상기 적분 시간 TO1을 주기 1／f1의 정수배로 설정하여도 좋다. 마찬가지로, 교류 신호 iu3^*를 기준으로 한, 전압 지령 신호 vu3^*의 주파수 f2에 대응한 직교 위상 성분의 진폭 B02는 다음 식으로 표시된다.

여기서, T02는 미리 설정된 적분 시간이다. 또, 상기 수학식 67에 있어서, 상기 적분 시간 T02를 주기 1／f2의 정수배로 설정하여도 좋다. 따라서, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X2는 각각 다음 식에 의해 계산된다.

도 29의 흐름도로 되돌아가서, 단계 S305에 있어서 교류 급전을 종료한다. 그리고, 단계 S306에 있어서, 단계 S303과 S304에 있어서 측정된, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2에 근거하여, 상기 수학식 44 내지 수학식 46을 이용하여, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 계산한다. 당해 단계 S306의 처리를 실행한 후, 당해 유도 전동기의 정수 측정 처리를 종료한다.

당해 실시예 7에 있어서도, 실시예 6과 마찬가지로, 전류 지령 신호 iu^*가 아니라, 전류 검출기(3)에서 검출되는 전류 iu를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분을 계산하여, 그들의 진폭값을 각각 B01, B02로 하여도 좋다.

실시예 7에 있어서는, 교류의 급전을 적어도 1회 실시하면 되기 때문에, 실시예 6과 비교하여 단시간에 유도 전동기(1)의 정수를 측정할 수 있다.

이상으로부터, 인버터(2)의 전압 분해능에 기인하는 영향과, 유도 전동기(1)의 누설 인덕턴스에 기인하는 영향을 없애는 것을 목적으로 하여, 인버터(2)는, 적어도 2개 종류의 주파수 성분을 갖는 중첩 교류 전력을 유도 전동기(1)에 공급한다. 이 중첩 교류 급전을 행함으로써, 인버터(2)의 전압 분해능 C에 의해 결정되는 주파수 f의 하한이 0.006㎐인 것을 고려하여, 도 29의 단계 S302에 있어서 중첩하는 전력의 주파수 f1과 f2를, 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 범위 내로 설정함으로써, 적어도 정격 용량 1.5㎾에서 55㎾까지의 유도 전동기(1)에 대하여, 주파수 f1, f2에 각각 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 적어도 정격 용량이 1.5㎾에서 55㎾까지인 유도 전동기(1)의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을, 단시간에 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 인버터(2)의 전압 분해능 C와 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B의 비인 제산값 B／C가 10 이상으로 되는 주파수 f의 하한이 0.06㎐이다. 정격 용량이 45㎾인 유도 전동기의 주파수 0.2／(2πTr)도 0.06㎐이다. 이것을 고려하여, 도 29의 단계 S302에 있어서 중첩하는 교류 전력의 주파수 f1과 f2를, 0.06㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 범위 내로 설정함으로써, 적어도 정격 용량 1.5㎾에서 45㎾까지의 유도 전동기(1)에 대하여, 주파수 f1, f2에 각각 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 적어도 정격 용량이 1.5㎾에서 45㎾까지인 유도 전동기(1)의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을, 단시간에 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 단계 S203에서 중첩하는 전력의 주파수 f1과 f2를, 0.06㎐ 이상이고 1.2㎐ 이하인 범위내로 하는 것에 의해, 적어도 엘리베이터에 이용되는 유도 전동기(1)에 대하여 주파수 f1, f2에 대응한 리액턴스 성분 X1, X2를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그 결과, 적어도 엘리베이터에 이용되는 회전기의 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을, 단시간에 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 2개 종류의 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 성분을 갖는 교류 전력을 중첩하여, 적어도 1회 급전함으로써, 전류 진폭 I01과 I02, 주파수 f1과 f2의 값을 소망하는 값으로 설정할 수 있어, 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

(실시예 8)

상기 실시예 6에서는, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서, 신호원(10)으로부터 출력되는 전류 지령 신호 iu^*에 근거하여, 유도 전동기(1)의 전류 iu가 전류 지령 신호 iu^*에 실질적으로 일치하도록 제어되고, 인버터(2)는 대응한 교류 전력을 유도 전동기(1)에 급전한다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전류 지령 신호 iu^*가 아니라, 전압 지령 신호 vu^*에 근거하여, 인버터(2)에 의해서 교류 전력을 유도 전동기(1)에 급전하고, 전압 지령 신호 vu^*와 전류 검출기(3)에서 검출되는 전류 iu와의 관계로부터, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2를 계산하여도 좋다(이하, 실시예 8이라고 함).

도 30은 본 발명의 실시예 8에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 30에 있어서, 유도 전동기(1)와 인버터(2)와 전류 검출기(3)는, 도 20에 나타내는 실시예 6에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 그것 들과 마찬가지이다. 본 실시예에 있어서도 단상 급전시의 일례에 대하여 이하에 설명한다.

장치 컨트롤러(4B)는, 예컨대, 디지털 계산기에 의해 구성되고, 신호원(8A)과 부호 반전기(13)를 구비하여 구성된다. 장치 컨트롤러(4B)에 있어서, 신호원(8A)은 전압 지령 신호 vu^*를 발생하여 인버터(2)와 정수 산출 컨트롤러(5B)와 부호 반전기(13)에 출력한다. 부호 반전기(13)는, 입력되는 전압 지령 신호 vu^*를 －1배함으로써 부호 반전 후의 전압 지령 신호 vv^*를 연산하여 인버터(2)에 출력한다. 따라서, 장치 컨트롤러(4B)는 유도 전동기(1)로 인가해야 할 전압 지령 신호 vu^* 및 vv^*를 연산하여 인버터(2)에 출력한다. 또한, 정수 산출 컨트롤러(5B)는, 예컨대, 디지털 계산기에 의해 구성되며, 유도 전동기(1)에 단상 급전했을 때의 신호원(8A)으로부터의 전압 지령 신호 vu^*와, 전류 검출기(3)에서 검출된 전류 iu와의 관계로부터 유도 전동기(1)의 정수를 산출하여 출력한다.

도 31은 도 30의 정수 측정 장치에 의해 실행되는 유도 전동기의 정수 측정 처리를 나타내는 흐름도이다. 당해 유도 전동기의 정수 측정 처리에 대하여 도 31을 참조하여 이하에 설명한다.

도 31에 있어서, 우선, 단계 S401에 있어서 도 23의 단계 S201과 마찬가지로 누설 인덕턴스 σL을 측정하거나 또는 추정한다. 이어서, 단계 S402에 있어서, 주파수 f1의 교류 급전을 개시한다. 이 때, 신호원(8a)은 전압 지령 신호 vu^*로서 주파수 f1의 교류 신호 vua^*를 발생하여 출력하고, 교류 신호 vua^*에 따라서, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 인가한다. 그리고, 단계 S403에 있어서, 단계 S402의 교류 급전에 의해, 전류 검출기(3)에서 검출되는 유도 전동기(1)의 전류 iua로부터, 진폭 Ia를 측정한다. 또한, 단계 S404에 있어서, 정수 산출 컨트롤러(5B)는 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1을 산출하여 측정한다. 이하에, 단계 S404에 있어서 리액턴스 성분 X1을 측정하는 측정 원리에 대하여 설명한다.

도 31의 단계 S402에 있어서, 전압 지령 신호 vu^*로서, 다음 식으로 표시된 진폭 Va 및 주파수 f1을 갖는 교류 신호 vua^*를 인가한 것으로 가정한다.

이 때의 유도 전동기(1)의 전류를 iua라고 하면, 전류 iua를 기준으로 한 전압 지령 신호 vua^*의 직교 위상 성분의 진폭 Ba는, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식으로 표시된다.

여기서, Ta는 미리 설정된 적분 시간이다. 상기 수학식 71에 있어서, 상기 적분 시간 Ta를 교류 신호 vua^*의 주기의 정수배로 설정하여도 좋다. 상기 전류 iua의 진폭 Ia를 도 31의 단계 S403에 있어서 측정하고, 상기 수학식 71을 이용하여 상기 전류 iua를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분의 진폭 Ba를 계산할 수 있으므로, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1을 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

도 31의 흐름도로 되돌아가서, 단계 S405에 있어서 주파수 f1의 교류 급전을 종료한다. 이어서, 단계 S406에 있어서, 단계 S402의 처리와 동일한 방법을 이용하여, 주파수 f2의 교류 급전을 실행한다. 이 때, 신호원(8A)은 전압 지령 신호 vu^*로서 주파수 f2의 교류 신호 vub^*를 발생하여 인버터(2)와 부호 반전기(13)와 정수 산출 컨트롤러(5B)에 출력한다. 이것에 응답하여, 교류 신호 vub^*에 따라서, 인버터(2)는 교류 전압 vu 및 vv를 유도 전동기(1)에 인가한다. 그리고, 단계 S407에 있어서, 단계 S406의 교류 급전에 의해, 전류 검출기(3)에서 검출되는 유도 전동기(1)의 전류 iub로부터, 진폭 Ib를 측정한다. 또한, 단계 S408에 있어서, 정수 산출 컨트롤러(5B)는, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2를 이하와 같이 산출하여 측정한다. 단계 S406에 있어서, 전압 지령 신호 vu^*로서, 다음 식으로 나타낸, 진폭 Vb 및 주파수 f2를 갖는 전압 지령 신호 vub^*를 인가한 것으로 가정한다.

이 때의 유도 전동기(1)의 전류를 iub라고 하면, 전류 iub를 기준으로 한 교류 신호 vub^*의 직교 위상 성분의 진폭 Bb는, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식에 의해 얻어진다.

여기서, Tb는 미리 설정된 적분 시간이다. 상기 수학식 74에 있어서, 상기 적분 시간 Tb를 교류 신호 vub^*의 주기의 정수배로 설정하여도 좋다. 상기 전류 iub의 진폭 Ib를 단계 S407에서 측정하고, 상기 수학식 74를 이용하여 전류 iub를 기준으로 했을 때의 전압의 직교 위상 성분의 진폭 Bb를 계산할 수 있으므로, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2를 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

도 31의 흐름도로 되돌아가서, 단계 S409에 있어서 주파수 f2의 교류 급전을 종료한다. 이어서, 단계 S410에 있어서, 상기 단계 S404 및 단계 S408에 있어서 각각 측정된, 주파수 f1에 대응한 리액턴스 성분 X1과, 주파수 f2에 대응한 리액턴스 성분 X2를 이용하여, 상기 수학식 44 내지 수학식 46을 이용하여, 2차 시정수 Tr과 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr을 계산한다. 단계 S410의 처리가 종료한 후, 당해 유도 전동기의 정수 측정 처리를 종료한다.

실시예 8에 있어서는, 실시예 6에서 필요한 편차 증폭기(12)가 불필요하게 되어, 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 간단화할 수 있다. 또한, 실시예 6과의 상위점은, 전류 지령 신호 iu^*가 아니라, 전압 지령 신호 vu^*에 근거하여, 실시예 6에서 나타낸 주파수 범위에서, 인버터(2)에 의해 유도 전동기(1)에 급전하는 점이므로, 실시예 6과 마찬가지의 작용 효과도 얻어진다.

(실시예 9)

전술한 실시예 6 내지 실시예 8에서는, 인버터(2)는 유도 전동기(1)에 단상 급전하기 위하여 1상을 개방하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 유도 전동기(1)에 회전 자계가 발생하지 않으면 되어, 예컨대, 1상을 개방하지 않고서, U상 전압 지령 신호 vu^*와 함께, 상기 수학식 34 및 수학식 35로 나타낸, V상 전압 지령 신호 vv^*, W상 전압 지령 신호 vw^*를 계산하여 인버터(2)에 인가하여도 좋다(이하, 실시예 9라고 함).

도 32는 본 발명의 실시예 9에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 32에 도시된 실시예 9에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치는, 도 20에 도시된 실시예 6에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치와 비교하여, 이하의 점이 다르다.

(1) 장치 컨트롤러(4A)를 대신하는 장치 컨트롤러(4C)에 있어서, 편차 증폭기(12)로부터의 전압 지령 신호 vu^*를 －1배하여 전압 지령 신호 vv^*를 연산해서 인버터(2)에 출력하는 부호 반전기(13) 대신에, 전압 지령 신호 vu^*를 －1／2배하여 전압 지령 신호 vv^*를 연산해서 인버터(2)에 출력하는 승산기(13a)와, 전압 지령 신호 vu^*를 －1／2배하여 전압 지령 신호 vw^*를 연산해서 인버터(2)에 출력하는 승산기(13b)를 구비한 점.

(2) 유도 전동기(1)와 인버터(2) 사이를 3상으로 결선한 점.

이상과 같이 구성된 실시예 9에 있어서는, 상기 수학식 34 및 수학식 35로 나타낸, V상 전압 지령 신호 vv^*, W상 전압 지령 신호 vw^*를 계산하여 인버터(2)에 인가함으로써, 유도 전동기(1)에 단상 급전을 행할 수 있으며, 정수 산출 컨트롤러(5C)는 전류 지령 신호 iu^*와 전압 지령 신호 vu^*에 근거하여 유도 전동기(1)의 전기적 정수를 계산한다. 그 결과, 인버터(2)로부터 유도 전동기(1)로 접속하고 있는 결선의 1상을 개방하는 작업을 생략할 수 있다.

(실시예 10)

상기 실시예 6에 있어서, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에서 설정하는 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2에 관한 설정 지침이 나타나 있지 않았다. 유도 전동기(1)의 1차 인덕턴스 L의 값은, 전류 진폭에 의존하여 변화되며, 정격 여자 전 류(무부하 전류)의 진폭에 있어서의 1차 인덕턴스 L의 값을 이용하여, 유도 전동기(1)를 벡터 제어하는 것이 바람직한 것으로 되어 있다. 따라서, 정격 여자 전류(무부하 전류)의 진폭을 상기 진폭 I1, I2의 설정값으로 하여도 좋다. 예컨대, 정격 여자 전류의 진폭의 개수값(槪數値) I0을, 유도 전동기(1)의 명판으로부터 다음 식을 이용하여 계산하여, 상기 계산된 정격 여자 전류의 진폭의 개수값 I0을 상기 진폭 I1, I2의 설정값으로 하여도 좋다(이하, 실시예 10이라고 함).

단, P100은 유도 전동기(1)의 정격 용량(정격 전력)이고, I100은 그 정격 전류이며, V100은 그 정격 전압이고, F100은 그 정격 주파수이며, N100은 그 정격 회전수이고, Pm은 그 극대수(極對數)이다. 이들의 값은 유도 전동기(1)의 명판에 기재되어 있다. 또한, 상기 수학식 76에 있어서, H1, H2, H3, H4는 미리 정해진 정수로서, 여러 가지 유도 전동기(1)의 명판으로부터 경험적으로 얻어진 값이다.

이상과 같이 구성된 실시예 10에 따르면, 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2를 정격 여자 전류의 상당값으로 설정함으로써, 유도 전동기(1)를 벡터 제어할 때에 최적인, 정격 여자 전류의 진폭에 있어서의 1차 인덕턴스 L을 측정할 수 있다. 또한, 상기 수학식 76을 이용하여 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2를 계산함으로써, 정격 여자 전류의 진폭을 추정할 수 있다고 하는 특유의 효과를 갖는다.

(실시예 11)

상기 실시예 10에 있어서, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서 설정하는 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2를 정격 여자 전류의 진폭 개수값으로 하였다. 이 때, 도 21에 도시된 상호 인덕턴스 M에 대응하는 여자 회로에, 정격 여자 전류가 흐르도록 전류 지령 신호 iu^*를 설정하면, 더욱 높은 정밀도로 1차 인덕턴스를 계산할 수 있다. 그러나, 유도 전동기(1)의 전류 iu는, 여자 회로와 2차 회로로 분류(分流)하여, 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2를 동일한 정격 여자 전류 I0으로 설정한 경우, 여자 회로에 흐르는 전류의 진폭은 I0보다 작아진다. 또한, 여자 회로의 임피던스는 주파수 f에 의존하여 변화하기 때문에, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서 각각 설정하는 주파수 f1과 f2에 관계없이 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I1, I2를 일정한 것으로 하면, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서, 여자 회로에 흐르는 전류의 진폭이 달라지게 된다. 그래서, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에서 설정되는 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I를, 다음 식의 전류 I00으로 부여하고, 주파수 f에 의존하여 진폭 I를 가변으로 하여도 좋다(이하, 실시예 11이라고 함).

상기 수학식 77에 있어서, 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I를 I00으로 부여하는 이유를 이하에 설명한다. 도 21에 나타내는 유도 전동기(1)의 정지시의 T형 등가 회로에 있어서, 누설 인덕턴스 l을 무시했을 때에, 유도 전동기(1)의 전류 iu의 진폭을 I0으로 하고, 주파수를 f로 한 경우, 여자 회로에 흐르는 전류의 진폭 Im은 다음 식으로 근사된다.

따라서, 상기 수학식 77에 의해 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I를 부여하면, 여자 회로에 흐르는 전류의 진폭이 I0으로 된다. 단, 상기 수학식 77에 의해 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I를 설정하기 위해서는, 2차 시정수 Tr의 값이 필요하게 된다. 그러나, 본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서는, 2차 시정수 Tr을 구하는 것이 목적이기 때문에, 1회째의 교류 급전을 실시하는 도 23의 단계 S202의 단계에서는, 2차 시정수 Tr의 값은 미지이다. 그래서, 설계값이나 개산값을 이용하여 2차 시정수 Tr의 개수값을 얻는다. 얻어진 2차 시정수 Tr의 개수값을 이용하여, 주파수 f1, f2를 설정하여도 좋다. 따라서, 상기 수학식 77을 이용하여 전류 지령 신호 iu^*의 진폭 I를 결정함으로써, 정격 여자 전류의 진폭에 있어서의 1차 인덕턴스 L의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

(실시예 12)

상기 실시예 6에서는, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서, 신호원(10)은 전류 지령 신호(교류 신호) iu^*를 출력하고, 여기서, 단계 S202에서는 주파수 f1의 전류 지령 신호 iu^*를 출력하고, 단계 S205에서는 주파수 f2로서 평균값 0A의 전류 지령 신호 iu^*를 출력하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 다음 식에 나타내는 직류 성분과 교류 성분을 가산한 전류 지령 신호 iu1^*, iu2^*를 출력하도록 하여도 좋고, 이에 따라, 상기 수학식 50 및 수학식 53의 연산에서는 직류 성분은 제거된다. 따라서, 신호원(10)은, 상기 수학식 49 및 수학식 52 대신에, 다음 식에 나타내는 직류 성분과 교류 성분을 가산한 신호를 출력하도록 하여도 좋다(이하, 실시예 12라고 함).

여기서, I001과 I002는 교류 전류 성분의 진폭이며, Kdc1과 Kdc2는 임의의 직류 성분이다. 직류 성분 Kdc1 및 Kdc2를 1 이상으로 설정하거나, 또는 －1 이하로 설정하면, 전류 지령 신호 iu1^* 및 iu2^*의 부호는 시각 t에 관계없이 항상 동일하게 된다. 또한, 전류 I001과 I002는 동일한 값이어도, 실시예 11에 나타낸 방법 에 근거하여 서로 다른 값으로 설정하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 전류 지령 신호 iu1^* 및 iu2^*의 부호가 시각 t에 관계없이 항상 동일하게 되도록 설정한 다음, 신호원(10)이 상기 수학식 79 및 수학식 80을 이용하여 계산된 전류 지령 신호 iu1^* 및 iu2^*를 출력함으로써, 데드 타임 전압에 기인하는 전압 오차의 영향을 받지 않는다고 하는 특유의 효과가 얻어진다.

(실시예 13)

상기 실시예 6에서는, 도 23의 단계 S202 및 단계 S205에 있어서, 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*를 출력하고, 여기서, 단계 S202에서는 주파수 f1, 단계 S205에서는 주파수 f2의 정현파 교류 신호를 출력하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 정현파 교류 신호가 아니라 구형파 교류 신호를 출력하도록 하더라도, 출력하는 구형파 기본파 성분의 진폭과 위상을 특정할 수 있으면, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 측정할 수 있다. 따라서, 전류 지령 신호 iu^*를 정현파 신호가 아니라 구형파 신호로 하여도 좋다(이하, 실시예 13이라고 함). 이것은, 구형파가 기본파 성분과 기본파 성분의 정수배의 주파수를 갖는 정현파의 중첩의 신호파이며, 기준이 되는 정현파 신호를 얻을 수 있으면, 상기 수학식 50 및 수학식 53의 연산에서는 기본파 성분 이외의 고조파 성분을 제거할 수 있기 때문이다.

이어서, 전류 지령 신호 iu^*가 구형파 신호일 때의 주파수 f에 대응한 리액턴스 성분 X를 측정하는 측정 원리에 대하여 이하에 설명한다.

도 20의 신호원(10)은 전류 지령 신호 iu^*로서, 상기 수학식 81로 표시되는 진폭 Isq 및 주기 1／f를 갖는 구형파 신호 iusq^*를 감산기(11) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력하고, 도 20의 인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4A)로 이루어지는 루프 제어 회로에서는, 유도 전동기(1)의 전류 iusq가 전류 지령 신호 iusq^*에 실질적으로 일치하도록 제어되어 있다. 단, 상기 수학식 81은 1주기분을 나타내고, 2주기째 이후는 상기 수학식 81을 반복 이용하여 연산한다.

여기서, 상기 전류 지령 신호 iusq^*의 기본파 성분 iubase^*는 다음 식에 의해 주어진다.

이 때, 인버터(2)로의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu 를 각각 vusq^*, vusq로 한다. 전압 지령 신호 vusq^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vusq가 실질적으로 일치하도록 제어되어 있다고 가정하면, 상기 전류 지령 신호 iusq^*의 기본파 성분 iubase^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vusq^*의 주파수 f에 관한 직교 위상 성분의 진폭 Bsq는, 상호 상관 함수를 이용한 다음 식으로 표시된다.

여기서, Tsq는 미리 설정된 적분 시간이다. 상기 수학식 83에 있어서, 적분 시간 Tsq를 주기 1／f의 정수배로 설정하여도 좋다. 또한, 상기 수학식 83에서는, 전압 지령 신호 vusq^*의 주파수 f 성분 이외의 고조파 성분은 제거된다. 따라서, 주파수 f에 대응한 리액턴스 성분 X를 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

도 33은 본 발명의 실시예 13에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 신호를 나타내는 도면이며, 도 33(a)는 전류 지령 신호 iu^*가 구형파일 때의 전류 지령 신호 iusq^* 및 그 기본파 성분 iubase^*를 나타내는 파형도, 도 33(b)는 그 때의 전압 지령 신호 vusq^*를 나타내는 파형도이다. 전술한 바와 같이, 전류 지령 신호 iu^*가 정현파 신호가 아니라 구형파 신호인 경우에도, 주파수 f에 대응하는 리액턴스 성분 X를 계산할 수 있다. 따라서, 리액턴스 성분 X를 적어도 2종류의 주파수에 대하여 측정함으로써, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 측정할 수 있다. 전류 지령 신호 iu^*를 구형파 신호로 인가한 경우에도, 구형파 신호가 기본파 성분과 기본파 성분의 정수배의 주파수를 갖는 정현파의 중첩의 신호이므로, 전류 지령 신호 iu^*가 정현파 신호일 때와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(실시예 14)

전술한 각 실시예에 있어서는, 전류의 정부(正負)가 반전하는 타이밍에서, 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압과 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 전압 오차의 정부도 반전하여, 전류 제로크로스(zero cross) 부근의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu에 오차가 발생한다. 상기한 사정을 감안하여, 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B를 계산할 때(예컨대, 도 23의 단계 S203의 수학식 50을 이용하여 진폭 B를 계산할 때)의 설정 적분 구간으로부터, 전류 제로크로스 근방을 제외하고, 상기 진폭 B를 구하는 방법을 이용하여도 좋다(이하, 실시예 14라고 함). 이어서, 이하에, 본 실시예의 방법에 대하여 설명한다.

도 20의 신호원(10)이 전류 지령 신호 iu^*로서, 다음 식으로 표시되는 진폭 Ic 및 주파수 f를 갖는 교류 전류 신호 iuc^*를 감산기(11) 및 정수 산출 컨트롤러(5A)에 출력하고, 인버터(2)와 전류 검출기(3)와 장치 컨트롤러(4A)로 이루어지는 루프 제어 회로에 있어서, 유도 전동기(1)의 전류 iuc가 전류 지령 신호 iuc^*에 실질적으로 일치하도록 제어되어 있는 것으로 가정한다.

이 때의 인버터(2)의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu를 각각 vuc^*, vuc로 한다. 전압 지령 신호 vuc^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vuc는 실질적으로 일치하도록 제어되어 있는 것으로 가정한다. 단, 교류 신호 iuc^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vuc^*의 직교 위상 성분의 진폭 Bc를, 상호 상관 함수를 이용하여 구할 때, 전류 지령 신호 iuc^*가 진폭 Ic의 ±K％ 이하로 되는 전류 제로크로스 근방 기간을 적분 범위에서 제외한다. 즉, 다음 식의 연산을 실시한다.

여기서, 계수 Kc는 다음 식으로 표시된다.

여기서, Tc는 미리 설정된 적분 시간으로, 제외하는 적분 범위 TcO도 포함한다. 또한, Tc0은 적분 시간 Tc 중 제외하는 적분 범위(｜cos(2πft)｜＜K／100으로 되는 시간 기간)이며, 전류가 0(zero)으로 되는 시각의 근방인 전류 제로크로스 근방 기간이다. 여기서, 상기 수학식 86에 있어서, 상기 적분 시간 Tc를 교류 신호 iuc^*의 주기의 정수배로 설정하여도 좋다. 전체 적분 구간 Tc 중, 제외하는 적분 범위 Tc0이 차지하는 비율을 구하면, 그 비율은 K＝5％이면 3.2％이며, K＝10％이면 6.4％로 된다.

또한, 미리 보정 계수 Jc를 설정하여, 상기 수학식 86 대신에 다음 식을 이용하여 상기 진폭 Bc를 계산하여도 좋다.

따라서, 상기 수학식 86 또는 수학식 88에 의해 계산되는 상기 진폭 Bc를 이용하여, 주파수 f에 대응한 리액턴스 성분 X를 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

도 34는 본 발명의 실시예 14에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 신호 및 신호를 나타내는 도면으로서, 도 34(a)는 전류 지령 신호 iuc^*를 나타내는 파형도이고, 도 34(b)는 신호 Kc·cos(2πft) 및 신호 Kc·sin(2πft)를 나타내는 파형도이며, 도 34(c)는 전압 지령 신호 vuc^*를 나타내는 파형도이다. 본 실시예에서는, 적어도 2종류의 주파수에 대응하는 리액턴스 성분 X를 계산함으로써, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 계산할 수 있다. 전류 지령 신호 iu^*를 기준으로 한 전압 지령 신호 vu^*의 직교 위상 성분의 진폭 B를 계산할 때에, 적분 구간으로부터 전류 제로크로스 근방을 제외함으로써, 인버터(2)의 내부의 데드 타임 전압과 스위칭 소자의 온 전압에 기인하는 전압 오차의 정부 반전에 의해 발생하는 악영향을 제거하여, 보다 높은 정밀도로 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 계산할 수 있다.

(실시예 15)

상기 실시예 6에서는, 전류 지령 신호 iu^*를 정현파 교류 신호로 부여하고, 상기 실시예 13에서는, 전류 지령 신호 iu^*를 구형파 교류 신호로 부여하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전류 지령 신호 iu^* 또는 유도 전동기(1)의 전류와 전압 지령 신호 vu^*에 관하여, 적어도 2종류의 주파수 f1과 f2에 대응한 전류와 전압을 계산하여, 그들의 진폭과 위상차를 계산할 수 있는 것이면, 전류 지령 신호 iu^* 또는 전압 지령 신호 vu^*에 부여하는 입력 신호는, 주파수와 진폭 중의 적어도 한쪽이 규칙적으로 시간에 대응하여 변화되는 AM 변조파 또는 FM 변조파 등의 변조파 파형이어도 좋다(이하, 실시예 15라고 함).

도 35는 본 발명의 실시예 15에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 신호를 나타내는 도면으로서, 도 35(a)는 진폭 변조된 전류 지령 신호 iu*의 파형도, 도 35(b)는 진폭 변조된 전압 지령 신호 vu^*의 파형도이다. 또한, 도 36은 본 발명의 실시예 15에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 지령 신호를 나타내는 도면으로서, 도 36(a)는 주파수 변조된 전류 지령 신호 iu^*의 파형도, 도 36(b)는 주파수 변조된 전압 지령 신호 vu^*의 파형도이다. 본 실시예의 방법에 대하여 이하에 설명한다.

도 20의 신호원(10)이 전류 지령 신호 iu^*로서, 임의의 파형을 갖는 신호 iud^*를 출력하고, 유도 전동기(1)의 전류 iud가 전류 지령 신호 iud^*에 실질적으로 일치하도록 제어되어 있는 것으로 가정한다. 이 때의 인버터(2)의 전압 지령 신호 vu^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vu를 각각 vud^*, vud로 한다. 전압 지령 신호 vud^*와 유도 전동기(1)의 단자 전압 vud는 실질적으로 일치하도록 제어되어 있는 것으로 가정한다. 본 실시예에 있어서, 상기 실시예 8과 같이, 전압 지령 신호 vu^*에 근거하여, 인버터(2)에 의해 유도 전동기(1)에 급전하는 방법을 이용하여도 좋다.

본 실시예에 있어서, 진폭 1인 정현파의 위상 Δ에 대한, 전류 지령 신호 iud^*의 주파수 fd 성분의 진폭 Ifd는 다음 식으로 표시된다. 다음 식에 있어서, 전류 지령 신호 iud^* 대신에 유도 전동기(1)의 전류 iud를 이용하여도 좋다.

여기서, Tfd는 미리 설정되는 적분 시간이며, Δ는 미리 설정되는 위상이다. 이 때, 진폭 1인 정현파의 위상 Δ의 직교 위상에 대한, 전압 지령 신호 vud^*의 주파수 fd 성분의 진폭 Vfd는 다음 식으로 표시된다.

여기서, Δ는 상기 수학식 90과 동일한 값으로 설정된다. 따라서, 주파수 fd에 대응한 리액턴스 성분 X는 다음 식으로 계산된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 0.006㎐ 이상이고 1.5㎐ 이하인 주파수 범위에서, 적어도 2종류의 주파수에 대응하는 리액턴스 성분 X를 계산함으로써, 1차 인덕턴스 L과 2차 저항 Rr과 2차 시정수 Tr을 계산할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 전류 지령 신호 iu^* 또는 전압 지령 신호 vu^*에 부여하는 입력 신호의 자유도가 커진다고 하는 효과가 있다.

(실시예 16)

이상의 실시예에 있어서는, 유도 전동기(1)의 정수를 측정하기 위한 장치에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 바와 같이, 동기 전동기에 적용할 수 있다(이하, 실시예 16이라고 함).

도 37은 본 발명의 실시예 16에 따른 동기 전동기의 정수 측정 장치의 측정 원리를 나타내기 위한 동기 전동기의 1상(U상)분의 등가 회로의 회로도이다. 또한, 도 38은 도 37의 등가 회로에 있어서 동기 전동기가 정지 중일 때의 등가 회로의 회로도이다.

도 37에 있어서, 동기 전동기의 1상(U상)분의 등가 회로는, 전기자 저항 Ra와, 전기자 인덕턴스 La와, U상 유기 전압 esu의 전압원과의 직렬 회로로 표시된다. 여기서, U상 유기 전압 esu는 동기 전동기의 회전 각속도에 비례한다. 따라서, 동기 전동기가 정지하고 있을 때, U상 유기 전압은 0(zero)으로 되고, 도 37의 U상 유기 전압 esu의 전압원은 단락 상태로 된다. 도 38은 정지 상태인 동기 전동기의 등가 회로를 나타낸 것이며, U상 유기 전압 esu의 전압원은 단락 상태로 되어있다. 도 38을, 실시예 6에 따른 도 3과 비교하면, 도 38의 등가 회로는, 도 3의 등가 회로에 있어서의 저항 R을 전기자 저항 Ra로 치환하고, 인덕턴스 L을 전기자 인덕턴스 La로 치환한 것과 동등하다. 따라서, 전술한 각 실시예에 따른 정수 측정 장치를 이용하여, 동기 전동기의 정수를 측정할 수 있다.

(실시예 17)

이상의 실시예에 있어서는, 정수 산출 컨트롤러(5, 5A, 5B)는 전압 정보로서, 장치 컨트롤러(4, 4A, 4B)로부터의 전압 지령 신호를 이용하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 유도 전동기(1)의 단자 전압을 측정하는 전압 검출기를 마련하여, 장치 컨트롤러(4, 4A, 4B)로부터의 전압 지령 신호를 이용하는 대신에, 전압 검출기로부터의 출력 신호를 상기 전압 정보로서 이용하여도 좋다(이하, 실시예 17이라고 함). 이 경우에 있어서, 전술한 것과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 18)

이상의 실시예에 있어서는, 인버터(2)는 적어도 1회, 주파수 0.2㎐ 이상 1.5㎐ 이하인 단상 교류의 급전을 행하는 것에 의해, 1차 인덕턴스(또는 상호 인덕턴 스)와 2차 저항을 보다 높은 측정 정밀도로 측정할 수 있다. 상기 각 실시예에서는 정격 여자 전류가 필요하게 되는데, 유도 전동기(1)의 명판에 기재된 정격값이 오차를 갖는 경우, 상기 실시예 10에 따른 명판값에 기초한 정격 여자 전류 산출 방법도 측정값에 있어서 오차를 갖게 된다. 본 실시예에서는, 적어도 2가지의 전류 진폭으로, 주파수 0.2㎐ 이상 1.5㎐ 이하인 단상 교류의 급전을 행함으로써, 정확한 정격 여자 전류와 상호 인덕턴스를 측정한다.

도 39는 본 발명의 실시예 18에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 단상 교류 급전의 상태를 나타내는 도면으로서, 도 39(a)는 단상 급전하는 전류 진폭을 나타내는 파형도, 도 39(b)는 단상 급전 중인 유도 전동기(1)의 U상 전류 ius를 나타내는 파형도이다. 또, 도 39(a)의 단상 급전하는 전류 진폭은, 명판값에 기초한 정격 여자 전류에 의해 정규화한 것이다. 도 39에 있어서, 기간 Ta에서는, 전류 진폭 지령 신호를 제 1 진폭인 0.7[p.u.]로 인가하여 단상 급전했을 때의 1차 인덕턴스(또는 상호 인덕턴스)와 2차 저항을 전술한 각 실시예에 의한 방법에 따라서 측정한다. 이어서, 기간 Tb에 있어서, 전류 진폭 지령 신호를 제 2 진폭인 1.3[p.u.]로 인가하여 단상 급전했을 때의 1차 인덕턴스(또는 상호 인덕턴스)와 2차 저항을 전술한 각 실시예에 따른 방법에 따라서 측정한다.

도 40은 본 발명의 실시예 18에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 의해 측정된 인덕턴스 Ls 및 60㎐의 전압 실효값의 정규화 전류 진폭에 대한 특성을 나타내는 그래프이다. 도 40으로부터 명백한 바와 같이, 인덕턴스값은 전류 진폭이 커짐에 따라서, 자기 포화에 의해 작아진다. 한편, 정격 주파수 F100[㎐]로 운전 중인 무부하 전압 V0[V]는, 1차 인덕턴스 Ls와 전류 진폭 I^*를 이용한 다음 식으로 표시된다.

도 39와 같이 측정된 전류 진폭과 1차 인덕턴스(또는 상호 인덕턴스)의 관계를 상기 수학식 93의 Ls, I^*에 대입하면, 2개의 무부하 전압 V0이 얻어진다. 정격 주파수 F100＝60㎐로 했을 때의 무부하 전압 실효값 V0을 도 40에 있어서 ●로 도시하였다. 예컨대, 유도 전동기(1)의 정격 전압이 200V이면, 도 40의 관계로부터 정격 여자 전류는 1.07[p.u.]이고, 그 때의 인덕턴스는 0.065[H]인 것을 알 수 있다. 도 40의 관계로부터 인덕턴스를 측정하는 것은, 다음 식을 이용하여 정격 여자 전류 진폭 I100 및 인덕턴스값 Ls0을 계산하는 것에 대응한다.

여기서, Ls1은 제 1 전류 진폭 I1에 대한 제 1 인덕턴스이며, Ls2는 제 2 전류 진폭 I2에 대한 제 2 인덕턴스이다. 또한, V100은 유도 전동기(1)의 정격 전압 이며, 또한, 전류 진폭 I1, I2에 각각 대응하는 전압 V1, V2는 다음 식으로 표시된다.

또한, 2개의 전류 진폭 I1, I2에 근거하여 2차 저항 Rr을 측정하고, 그 2회의 측정 결과의 2차 저항 Rr이 Rr1, Rr2인 경우, 마찬가지의 다음 식을 이용하여 2차 저항값 Rr0을 재계산하더라도 좋다.

여기서, Rr1은 제 1 전류 진폭 I1에 대한 제 1 2차 저항이고, Rr2는 제 2 전류 진폭 I2에 대한 제 2 2차 저항이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 따르면, 인버터(2)가 주파수 0.006㎐ 이상 1.5㎐ 이하인 주파수 범위에서 적어도 2개의 전류 진폭으로 단상 교류 급전을 행하기 때문에, 전류와 인덕턴스의 관계를 계산할 수 있다. 이에 따라, 정격 여자 전류값이 부정확하더라도, 소망하는 주파수 운전시에 소망하는 전압으로 되는 여자 전류값을 계산할 수 있다. 또한, 자기 포화에 의해 인덕턴스값이 변화하는 유도 전동기(1)에 대해서도, 상기 소망하는 주 파수 운전시에 소망하는 전압으로 되는 여자 전류에 대응하는 인덕턴스를 계산할 수 있다.

(실시예 19)

상기 실시예 18에 있어서는, 인버터(2)가 주파수 0.006㎐ 이상 1.5㎐ 이하인 주파수 범위에서 적어도 2개의 전류 진폭으로 단상 교류의 급전을 행하여, 전류와 인덕턴스의 관계를 계산하고 있다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 인버터(2)가, 주파수 0.006㎐ 이상 1.5㎐ 이하인 주파수 범위에서, 적어도 2개의 주파수로 단상 교류의 급전을 행하며, 이 단상 교류 급전은 적어도 2개의 전류 진폭으로 실시하여, 전류와 인덕턴스의 관계를 계산하더라도 좋다.

도 41은 본 발명의 실시예 19에 따른 유도 전동기의 정수 측정 장치에 있어서의 단상 교류 급전의 상태를 나타내는 도면으로서, 도 41(a)는 단상 급전하는 전류 진폭을 나타내는 파형도이고, 도 41(b)는 단상 급전 중인 주파수를 나타내는 도면이며, 도 41(c)는 단상 급전 중인 유도 전동기(1)의 U상 전류 ius를 나타내는 파형도이다. 또, 도 41(a)에 도시된 단상 급전하는 전류 진폭은, 명판값에 기초한 정격 여자 전류에 의해 정규화한 값이다.

도 41에 있어서, 기간 Ta에서는, 전류 진폭 지령 신호를 제 1 주파수인 0.5㎐, 제 1 진폭 I1인 0.7[p.u.]로 인가한다. 이어서, 기간 Tb에서는, 전류 진폭 지령 신호를 제 1 주파수인 0.5㎐, 제 2 진폭 I2인 1.3[p.u.]로 인가한다. 그리고, 기간 Tc에서는, 전류 진폭 지령 신호를 제 2 주파수인 1.0㎐, 제 2 진폭 I2인 1.3[p.u.]로 인가한다. 또한, 기간 Td에서는, 전류 진폭 지령 신호를 제 2 주파수인 1.0㎐, 제 1 진폭 I1인 0.7[p.u.]로 인가한다. 여기서, 기간 Ta와 기간 Td의 측정에 의해, 전술한 실시예 10에 따른 정수 측정 방법을 이용하여, 제 1 인덕턴스 Ls1과 제 1 2차 저항 Rr1을 측정한다. 또한, 기간 Tb와 기간 Tc의 측정에 의해, 전술한 실시예 10에 따른 정수 측정 방법을 이용하여, 제 2 인덕턴스 Ls2와 제 2 2차 저항 Rr2를 측정한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 서로 다른 전류 진폭으로 측정한 2조의 측정값 (Ls1, Rr1);(Ls2, Rr2)에 근거하여, 상기 실시예 18에 따른 정수 측정 방법과 동일한 방법을 이용하여, 정격 여자 전류값이 부정확하더라도, 소망하는 주파수 운전시에 소망하는 전압으로 되는 여자 전류값 I100과 인덕턴스값 Ls100을 보다 정확히 계산할 수 있다. 즉, 제 1 진폭 I1, 제 2 진폭 I2, 제 1 인덕턴스값 Ls1, 제 2 인덕턴스값 Ls2를, 실시예 18에 따른 상기 수학식 93 및 수학식 94에 대입함으로써, 정격 여자 전류 진폭 I100과 인덕턴스 Ls100을 계산할 수 있다. 또, 도 41의 시간 3∼4초, 6∼7초, 8∼9초와 같이, 주파수 또는 진폭을 램프적으로 변경하였지만, 단계적으로 변경하더라도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(실시예 20)

이상의 실시예에 있어서는, 급전 개시 시각 t＝O[sec]에 파고값으로 되는 전류 지령 신호 iu^*를 인가하고 있었다. 그러나, 유도 전동기(1)에 있어서, 전류의 시정수보다 자속의 시정수가 크기 때문에, 보다 높은 정밀도로 정수를 구하기 위해서는, 급전 개시에서부터 자속이 정상 상태에 도달한 후의 전압 지령 신호 vu^*를 이용하여 리액턴스 성분 X를 구하는 것이 좋다.

도 42는, 본 발명의 실시예 20에 따른, 급전 개시 시각 t＝0[sec]에 파고값으로 되는 0.255[㎐]의 전류 지령 신호 iu^*를 인가했을 때의 파형도로서, 도 42(a)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전압 vu, vv, vw의 파형도이고, 도 42(b)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전류 iu, iv, iw의 파형도이며, 도 42(c)는 그 때의 유도 전동기의 2차 자속 φur을 나타내는 파형도이다. 도 42는, 도 32의 회로 구성을 이용하여 실시한 결과를 나타낸다. 도 42에 있어서, 급전 개시 직후의 2차 자속 φur은 정현파의 형상, 즉, 정상 상태로 되어 있지 않다. 자속이 정상 상태에 도달하고 나서 리액턴스 성분 X의 산출을 실시하여도 좋지만, 급전 개시에서부터 자속이 정상 상태에 도달할 때까지, 쓸모없는 시간이 되어, 측정 시간이 길어지는 문제가 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 급전 직후에 2차 자속 φur이 정상 상태로 되도록 하는 전류 iu를 유도 전동기(1)에 공급하도록, 전류 지령 신호 iu^*를 다음 식으로 인가한다.

여기서, t는 급전 개시 시각을 t＝O[sec]로 했을 때의 시각이고, Iamp는 전 류 지령 신호 iu^*의 전류 진폭[A]이며, f는 전류 지령 신호 iu^*의 주파수[㎐]이고, Tr은 2차 시정수[sec]이며, k는 임의의 정수이다.

이하에, 수학식 99로 표시된 전류 지령 신호 iu^*를 인버터(2)에 인가함으로써, 급전 직후에 2차 자속 φur이 정상 상태로 안정화하는 이유에 대하여 설명한다.

급전 개시 직후에 2차 자속 φur을 안정화시키기 위해서는, 급전 개시시에 2차 자속 φur이 0이고, 시간 t에 대하여 정현파 형상으로 자속이 상승하도록 하면 된다. 그래서, 급전 개시시에 2차 자속 φur이 0으로 되도록 하는, 전류 지령 신호 iu^*를 구한다. 전류 iu와 2차 자속 φur의 관계식은 다음 식으로 표시된다.

따라서, 수학식 100으로부터 명백한 바와 같이, 급전 개시 직후에 O으로 되도록 하는 2차 자속 φur은 다음 식으로 표시된다.

여기서, φamp는 2차 자속의 진폭이다. 2차 자속 φur이 수학식 101로 되도록 하는 전류 iu는 수학식 100과 수학식 101의 관계에 의해 수학식 102의 식으로 된다. 여기서, 2πfTr≪1이라고 가정하고, 수학식 103의 근사식을 이용하였다.

따라서, 수학식 102의 식으로 나타낸 급전 개시 시각 t＝O[sec]의 위상이 (2πfTr＋kπ)[rad]로 되는 전류 iu가 유도 전동기(1)에 흐르도록, 전류 지령 신호 iu^*를 인버터(2)에 인가하면, 급전 개시 직후에 2차 자속 φur이 0으로 된다.

도 43은, 본 발명의 실시예 20에 따른, 급전 개시시에 있어서 2차 자속 φur이 0으로 되도록 0.255[㎐]의 전류 지령 신호 iu^*를 인버터(2)에 인가했을 때의 파형도로서, 도 43(a)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전압 vu, vv, vw의 파형도이고, 도 43(b)는 그 때의 유도 전동기의 3상 전류 iu, iv, iw이며, 도 43(c)는 그 때의 유도 전동기의 2차 자속 φur을 나타내는 파형도이다. 도 43은, 도 32의 회로 구성을 이용하여 얻어진 결과를 나타내고 있다. 수학식 99로 표시된 전류 지령 신호 iu^*를 인버터(2)에 인가함으로써, 2차 자속 φur이 급전 개시 직후부터 정현파 형상으로 되는 것을 알 수 있다.

단, 본 실시예에서 나타낸 교류 회전기의 정수 측정 장치에 있어서는, 2차 시정수 Tr을 구하는 것이 목적이기 때문에, 2차 시정수 Tr의 값은 미지이다. 본 실시예는, 2차 시정수 Tr의 추정값을 설계값이나 개산값을 이용하여 실시한다. 이상으로부터, 전류 지령 신호 iu^*를 급전 개시시에 2차 자속이 대개 0으로 되는 수학식 99에 의해 부여함으로써, 2차 자속 φur이 정상 상태로 되기까지의 정정(整定) 시간이 단축되고, 급전 개시 직후의 측정 정밀도가 향상되며, 리액턴스 성분 X를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 효과가 얻어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 교류 회전기의 정수 측정 장치에 따르면, 정상 상태로 되기까지의 정정 시간을 단축하고, 급전 개시 직후의 측정 정밀도를 향상시키기 위하여, 인버터(2)는, 급전 개시시에 2차 자속이 대개 0으로 되는 정현파 전류를 유도 전동기(1)에 공급한다. 이 전류를 유도 전동기(1)에 공급함으로써, 2차 자속이 정상 상태로 되기까지의 정정 시간을 단축할 수 있으며, 급전 개시 직후의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 도 43은, 1개의 주파수를 급전한 경우를 나타내었지만, 도 41과 같이 서로 다른 주파수를 연속하여 급전하는 경우에도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(변형예)

이상의 실시예에 있어서는, 유도 전동기(1) 및 동기 전동기의 정수를 측정하기 위한 장치에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전술한 각 실시예에 따른 정수 측정 방법은, 이들 기기의 발전기의 정수를 측정하는 장치에도 용이하게 적용할 수 있으며, 따라서, 전술한 각 실시예에 따른 정수 측정 방법은, 유도 전동기, 동기 전동기, 유도 발전기, 동기 발전기 등을 포함하는 교류 회전기에 널리 적용할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 교류 회전기의 정수 측정 장치에 따르면, 교류 회전기가 부하 설비에 접속되어 있는 경우에도, 예컨대, 적어도 정격 용량이 1.5㎾에서 280㎾까지인 교류 회전기에 대하여, 1차 인덕턴스와 2차 저항과 2차 시정수 등의 교류 회전기의 전기적 정수를 종래 기술에 비해 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 교류 회전기의 전기적 정수를 신속히 측정할 수 있어, 사용자에 대하여 대기 시간을 의식하게 하는 일 없이 대단히 단시간에 쾌적하게 측정할 수 있다.

Claims (16)

1. 교류 회전기와,

   상기 교류 회전기에 인가해야 할 교류 전압에 대응하는 전압 지령 신호를 출력하는 제 1 제어 수단과,

   상기 제 1 제어 수단으로부터 얻은 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전하는 전력 변환 수단과,

   상기 전력 변환 수단으로부터 상기 교류 회전기에 급전되는 단상 교류 전력의 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,

   상기 교류 회전기에 급전된 단상 교류 전력의 전압과 전류의 관계에 근거하여 상기 교류 회전기의 정수를 계산하는 제 2 제어 수단

   을 구비하되,

   상기 제 1 제어 수단은, 0.006㎐인 하한 주파수 이상이고 1.5㎐인 상한 주파수 이하인 범위에서 선택된 적어도 1개의 주파수를 갖는 단상 교류 전력을, 적어도 1회 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 전력 변환 수단은 상기 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전함으로써, 상기 제 2 제어 수단은 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것

   을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 제어 수단은, 0.006㎐인 하한 주파수 이상이고 1.5㎐인 상한 주파수 이하인 범위에서 선택된 적어도 1개의 주파수를 갖는 단상 교류 전력을, 적어도 1회 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 주파수 범위에서 선택된 전압 지령 신호의 주기는 2주기인 하한 주기수 이상이고 45 주기인 상한 주기수 이하인 주기수 범위에서 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 하한 주파수는 0.06㎐인 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 하한 주파수는 0.06㎐이고, 상기 상한 주기수는 45주기인 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 하한 주파수는 0.1㎐이고, 상기 하한 주기수는 3주기이며, 상기 상한 주기수는 45주기인 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 제어 수단은, 40㎐ 이상이고 또한 상기 전력 변환 수단의 캐리어 주파수 이하인 주파수 범위에서 선택된 주파수를 갖는 단상 교류 전력을 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 전력 변환 수단은 상기 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전함으로써, 상기 제 2 제어 수단은, 상기 전압 지령 신호의 진폭과 상기 전력 변환 수단에 입력되는 전류 지령 신호의 진폭과의 비에 근거하여 상기 교류 회전기의 누설 인덕턴스를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 제어 수단은, 서로 다른 적어도 2개의 주파수의 각 단상 교류 전력을 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 전력 변환 수단은 상기 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전함으로써, 상기 제 2 제어 수단은 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 제어 수단은, 서로 다른 적어도 2개의 전류 진폭을 갖는 각 단상 교류 전력을 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 전력 변환 수단은 상기 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전함으로써, 상기 제 2 제어 수단은 상기 교류 회전기의 정격 여자 전류 및 상호 인덕턴스를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 제어 수단은, 서로 다른 적어도 2개의 주파수의 각 단상 교류 전력을 시분할로 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 전력 변환 수단은 상기 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전함으로써, 상기 제 2 제어 수단은 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 제어 수단은, 서로 다른 적어도 2개의 주파수의 각 단상 교류 전력을 중첩하여 상기 교류 회전기에 급전하도록 전압 지령 신호를 발생하고, 상기 전력 변환 수단은 상기 전압 지령 신호를 단상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전함으로써, 상기 제 2 제어 수단은 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 제어 수단은, 상기 서로 다른 적어도 2개의 주파수에 대응하는 상기 교류 회전기의 등가 회로의 직렬 합성 임피던스의 리액턴스 성분을 계산하고, 상기 계산된 각 직렬 합성 임피던스의 리액턴스 성분에 근거하여 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 제 2 제어 수단은, 상기 전압 지령 신호를 기준으로 했을 때의, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 직교 위상 성분의 진폭비를 상기 적어도 2개의 주파수에 대응하여 측정하는 것에 의해, 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
13. 제 7 항에 있어서,

    상기 전력 변환 수단은, 상기 입력되는 전압 지령 신호를 단상 급전과 등가인 3상 교류 전력으로 전력 변환하여 상기 교류 회전기에 급전하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
14. 제 7 항에 있어서,

    상기 제 1 제어 수단은, 발생되는 전류 지령 신호와, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류에 근거하여, 상기 전압 지령 신호를 발생하여 상기 전력 변환 수단에 출력하고,

    상기 전류 지령 신호는 상기 교류 회전기의 정격 여자 전류값으로 설정된 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
15. 제 7 항에 있어서,

    상기 제 2 제어 수단은, 상기 전류 지령 신호를 기준으로 한 전압 지령 신호의 직교 위상 성분의 진폭을, 소정의 설정 적분 기간으로부터 전류 제로크로스 근방 기간을 제외하고 이루어지는 적분 기간에 상기 전류 지령 신호의 적분을 행하는 적분 연산식을 이용하여 계산하는 것에 의해, 상기 교류 회전기의 전기적 정수를 계산하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 제어 수단은, 발생되는 전류 지령 신호와, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류에 근거하여, 상기 전압 지령 신호를 발생하여 상기 전력 변환 수단에 출력하고,

    적어도 급전 개시시의 상기 전류 지령 신호는, 0.006㎐인 하한 주파수 이상 이고 1.5㎐인 상한 주파수 이하인 범위에서 선택된 하나의 주파수 f의 정현파이며, 또한, 급전 개시 시각 t＝0[sec]에 0으로 되는 정현파에 대하여, 2차 시정수 Tr과 상기 주파수 f와 임의의 정수 k에 근거하여, 상기 급전 개시 시각 t＝O[sec]일 때의 당해 전류 지령 신호의 위상은 (2πfTr＋kπ)[rad]로 설정된 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 정수 측정 장치.

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