KR20240019825A - 전동기 감시 장치 및 전동기 감시 방법 - Google Patents
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Abstract
철손 저항을 구하는 일 없이 토크 추정을 행하는 전동기 감시 장치이다. 고정자 전압, 고정자 전류 및 고정자 상저항으로부터 전동기(7)의 고정자 쇄교 자속을 산출하는 자속 산출부(131)와, 고정자 쇄교 자속, 고정자 전류 및 극쌍수로부터 총 토크를 산출하는 총 토크 산출부(132)와, 정격 출력 및 정격 효율로부터 총 손실을 산출하고, 고정자 상저항 및 정격 삼상 전류 실효값으로부터 일차 동손을 산출하고, 정격 슬립 및 정격 출력으로부터 2차 동손을 산출하고, 총 손실, 일차 동손, 이차 동손 및 정격 회전 각속도로부터 무부하손 토크를 산출하는 무부하손 토크 산출부(133)와, 총 토크 및 무부하손 토크로부터 추정 토크를 산출하는 추정 토크 산출부(134)를 구비한다.
Description
본원은 전동기 감시 장치 및 전동기 감시 방법에 관한 것이다.
폐쇄 배전반 등을 가지는 컨트롤 센터에 있어서는, 전기 회로의 제어, 감시 및 보호가 행해진다. 전동기에 연결되는 배선의 전류 및 전압을 검출함으로써, 전동기의 토크를 감시하는 전동기 감시 장치도 탑재할 수 있다. 전동기의 토크를 추정하는 방법으로서, 전동기의 고정자측의 전류 및 자속을 각각 이상으로 환산한 후, 그 외적을 계산함으로써 토크를 연산할 수 있는 것이 알려져 있다. 본 수법에서는, 삼상 중 적어도 이상의 전압 및 전류를 측정하면 되고, 그 외에 필요한 파라미터는 고정자 저항뿐이다. 다만, 실제로는 이 전류와 자속의 외적으로부터 구해지는 모터의 토크는, 실제의 전동기가 출력하는 토크보다도 크다. 이것은, 실제로는 전동기의 축에는 전해지지 않고, 손실로서 전동기 안에서 열 혹은 진동으로서 소비되는 에너지가 있기 때문이다. 즉, 상기 수법으로 연산한 토크는, 철손, 기계손, 및 표유 부하손에 상당하는 토크만큼 실제보다 높은 값으로 되어 있어, 오차가 존재한다. 오차를 보정하는 방법으로서, 예를 들면, 전동기의 T형 등가 회로에 있어서, 철손 저항을 고려하여, 철손 저항에 흐르는 전류는 토크에는 기여하지 않는 것으로서 제외해, 유효한 전류인 부하 전류를 연산한 다음, 부하 전류와 자속의 외적을 연산하여, 철손에 상당하는 토크를 포함하지 않는 토크를 연산하는 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 및 비특허 문헌 1 참조).
S. Yamamoto, H. Hirahara and B. A. Shantha, "A Method to Estimate Torque and Stray Load Loss of Induction Motor without Torque Detector," 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2019, pp.2341-2346
그러나, 전동기의 철손 저항을 파악하는 것은 용이하지 않다. 철손 저항을 포함하는 전동기의 파라미터 혹은 기계손를 취득하기 위해서는, 일반적으로 무부하 시험을 할 필요가 있다. 무부하 시험을 위해서는, 전동기를 동기 속도로 외부로부터 회전시키거나, 커플링을 분리한 다음에 운전할 필요가 있다. 철손을 기계손과 분리하여 철손 저항을 파악하기 위해서는, 복수의 전압값에 있어서의 무부하 시험 결과가 필요하다. 통상의 운전 상태와는 다른 조건으로 운전할 필요가 있어, 그 실시는 용이하지 않고, 결과적으로 토크 추정이 용이하지 않다고 하는 과제가 있었다.
본원은 상술의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 철손 저항을 구하지 않고 토크 추정을 행하는 전동기 감시 장치 및 전동기 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원에 개시되는 전동기 감시 장치는, 전동기의 고정자 전압을 검출하는 전압 검출 회로와, 전동기의 고정자 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 전동기에 관한 정보를 취득하는 모터 특성 입력기와, 전압 검출 회로, 전류 검출 회로 및 모터 특성 입력기로부터의 정보를 기초로 출력값을 산출하여 출력하는 논리 연산 회로를 구비하고, 모터 특성 입력기는 전동기의 고정자 상(相)저항, 극쌍수 및 정격 출력과, 전동기에 공급되는 전원 주파수와, 전동기에 전원 전압 및 전원 주파수가 공급되었을 때의 부하율 100%에 있어서의 부하 특성인 정격 슬립 및 정격 회전 각속도 중 적어도 일방, 정격 효율 및 정격 삼상 전류 실효값을 취득하고, 논리 연산 회로는 고정자 전압, 고정자 전류 및 고정자 상저항으로부터 전동기의 고정자 쇄교 자속을 산출하는 자속 산출부와, 고정자 쇄교 자속, 고정자 전류 및 극쌍수로부터 총 토크를 산출하는 총 토크 산출부와, 정격 출력 및 정격 효율로부터 총 손실을 산출하고, 고정자 상저항 및 정격 삼상 전류 실효값으로부터 일차 동손을 산출하고, 정격 슬립 및 정격 출력으로부터 이차 동손을 산출하고, 총 손실, 일차 동손, 이차 동손 및 정격 회전 각속도로부터 무부하손 토크를 산출하는 무부하손 토크 산출부와, 총 토크 및 무부하손 토크로부터 추정 토크를 산출하고, 추정 토크를 출력값으로서 출력하는 추정 토크 산출부를 구비한다.
본원에 개시되는 전동기 감시 장치는, 고정자 전압, 고정자 전류 및 고정자 상저항으로부터 전동기의 고정자 쇄교 자속을 산출하는 자속 산출부와, 고정자 쇄교 자속, 고정자 전류 및 극쌍수로부터 총 토크를 산출하는 총 토크 산출부와, 정격 출력 및 정격 효율로부터 총 손실을 산출하고, 고정자 상저항 및 정격 삼상 전류 실효값으로부터 일차 동손을 산출하고, 정격 슬립 및 정격 출력으로부터 이차 동손을 산출하고, 총 손실, 일차 동손, 이차 동손 및 정격 회전 각속도로부터 무부하손 토크를 산출하는 무부하손 토크 산출부와, 총 토크 및 무부하손 토크로부터 추정 토크를 산출하고, 추정 토크를 출력값으로서 출력하는 추정 토크 산출부를 구비하고 있으므로, 철손 저항을 구하지 않고 토크 추정을 행할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부, 총 토크 산출부 및 추정 토크 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부의 적분 처리에 이용하는 필터의 보드선도이다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 추정 출력 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 추정 효율 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 8은 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 추정 토크 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 12는 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시 형태 3에 있어서의 논리 연산 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시 형태 1, 실시 형태 2 및 실시 형태 3에 있어서의 전동기 감시 장치의 하드웨어의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부, 총 토크 산출부 및 추정 토크 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부의 적분 처리에 이용하는 필터의 보드선도이다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 추정 출력 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 추정 효율 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 8은 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 추정 토크 산출부의 처리를 나타내는 블록선도이다.
도 12는 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시 형태 3에 있어서의 논리 연산 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시 형태 1, 실시 형태 2 및 실시 형태 3에 있어서의 전동기 감시 장치의 하드웨어의 일례를 나타내는 모식도이다.
이하, 본원을 실시하기 위한 실시 형태에 따른 전동기 감시 장치에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 부호는 동일 혹은 상당 부분을 나타내고 있다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 전력 계통의 주모선(1)으로부터 분기되어 인입된 주회로(2)에, 배선용 차단기(3), 전자 접촉기(4), 계기용 변압기(5) 및 계기용 변성기(6)가 마련되어 있고, 이 주회로(2)에 전동기(7)가 접속되어 있다. 전동기(7)는 예를 들면 삼상 유도 전동기이며, 이 전동기(7)에 부하 장치(8)가 접속되어 있다.
전동기 감시 장치(10)는 전동기(7)가 접속된 주회로(2)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(11)와, 주회로(2)의 전류를 검출하는 전류 검출 회로(12)와, 전동기(7)에 관한 정보를 취득하는 모터 특성 입력기(14)와, 전압 검출 회로(11), 전류 검출 회로(12) 및 모터 특성 입력기(14)로부터의 정보를 기초로 출력값을 산출하여 출력하는 논리 연산 회로(13)와, 논리 연산 회로(13)의 출력을 표시하는 출력기(15)를 구비하고 있다.
전압 검출 회로(11)는 계기용 변압기(5)를 통해 주회로(2)의 전압을 검출하고, 검출한 주회로(2)의 전압을 소정의 신호로 변환하여 논리 연산 회로(13)에 출력한다. 전압 검출 회로(11)는, 예를 들면, 삼상의 고정자 전압 vu, vv , vw를 검출하고, 삼상의 고정자 전압 vu, vv , vw를 이상의 고정자 전압 vα, vβ로 변환하여, 논리 연산 회로(13)에 출력한다. 삼상의 고정자 전압 vu, vv , vw로부터 이상의 고정자 전압 vα, vβ로의 변환은, 예를 들면, 이하의 식 (1)에 의해서 행해진다. 또, 영상 전압이 제로인 것으로 하고, 전압 검출 회로(11)에 있어서 삼상의 고정자 전압 vu, vv, vw 중 vu 및 vv의 2개의 전압을 검출하여, 이하의 식 (2)에 의해서 이상의 고정자 전압 vα, vβ로 변환해도 된다. 여기서 검출되는 고정자 전압은, 전동기(7)의 고정자 권선에 인가되는 전압이다.
[수 1]
전류 검출 회로(12)는 계기용 변성기(6)를 통해 주회로(2)의 부하 전류를 검출하고, 검출한 주회로(2)의 부하 전류를 소정의 신호로 변환하여 논리 연산 회로(13)에 출력한다. 전류 검출 회로(12)는, 예를 들면, 삼상의 고정자 전류 iu, iv, iw를 검출하고, 삼상의 고정자 전류 iu, iv, iw를 이상의 고정자 전류 iα, iβ로 변환하여, 논리 연산 회로(13)에 출력한다. 여기서 검출되는 고정자 전류는, 전동기(7)의 고정자 권선에 흐르는 전류이다.
모터 특성 입력기(14)는 전동기(7)에 관한 정보를 취득하여 입력하는 것으로, 취득된 정보는 논리 연산 회로(13)에 출력된다. 모터 특성 입력기(14)에 의해서 취득되는 정보는, 전동기(7)의 명판 또는 테스트 리포트 중 적어도 일방으로부터의 정보이며, 예를 들면, 전동기(7)의 고정자 상저항 Rs, 극쌍수 p 및 정격 출력 P와, 전동기(7)에 공급되는 전원 주파수 fs와, 주모선(1)에 접속되어 있는 전원의 전원 전압 및 전원 주파수 fs가 전동기(7)에 공급될 때의 부하율 100%에 있어서의 부하 특성인 정격 슬립 s100 및 정격 회전 각속도 ω100 중 적어도 일방, 정격 효율 η100 및 정격 삼상 전류 실효값 I100이다. 정격 회전 각속도 ω100［rad/s］는, 예를 들면, 명판 또는 테스트 리포트에 나타내지고 있는 정격 회전수 N100［rpm］으로부터 구할 수 있다. 정격 슬립 s100와 정격 회전 각속도 ω100는, 어느 일방의 정보를 입수하면, 전원 주파수 fs와 극쌍수 p를 이용하여 서로 환산할 수 있다. 전원 주파수 fs는, 예를 들면, 테스트 리포트에 기재되어 있는 값이며, 50Hz 또는 60Hz이다. 모터 특성 입력기(14)는, 예를 들면, 전동기(7)에 관한 정보를 취득하는 인터페이스이며, 키보드 혹은 터치 패널, 통신 회선으로부터 정보를 수취하는 수신기 등이다. 또한, 논리 연산 회로(13)에 출력된 정보는, 필요에 따라서 기억 장치에 저장해도 된다.
고정자 상저항 Rs는, 예를 들면, 테스트 리포트에 나타내진 단자 간의 권선 저항인 단자 간 저항 R의 절반이다. 또한, 테스트 리포트에 나타내지고 있는 단자 간의 권선 저항은, 계기용 변압기(5)가 주회로(2)에 접속된 위치인 측정점으로부터 전동기(7)까지의 배선의 저항은 고려되어 있지 않다. 따라서, 계기용 변압기(5)가 주회로(2)에 접속된 위치인 측정점에 있어서 전동기(7)의 단자 간 저항 R을 측정하고, 그 값을 기초로 고정자 상저항 Rs를 구해도 된다.
출력기(15)는 논리 연산 회로(13)로부터의 출력을 표시하는 것으로, 예를 들면, 출력값을 표시하는 디스플레이이며, 출력값을 통신 회선에 송신하는 송신기 등이다. 출력기(15)는 논리 연산 회로(13)로부터의 출력을 기초로 경보를 발행하는 경보기여도 된다. 출력기(15)가 경보기일 때는, 예를 들면, 논리 연산 회로(13)로부터의 출력이 미리 정해진 값을 초과했을 때 경보를 발행한다.
다음으로, 실시 형태 1에 의한 논리 연산 회로(13)에 대해 설명한다. 모터 특성 입력기(14)에 있어서 정격 슬립 s100 또는 정격 회전 각속도 ω100 중 어느 일방만을 취득했을 경우, 논리 연산 회로(13)는 전원 주파수 fs와 극쌍수 p를 이용하여, 이하에 나타내는 식 (3) 혹은 식 (4)에 의해서 정격 슬립 s100 및 정격 회전 각속도 ω100 중 일방으로부터 타방의 값을 구한다. 모터 특성 입력기(14)에 있어서, 정격 슬립 s100 및 정격 회전 각속도 ω100 양쪽의 값을 취득하고 있는 경우는, 이 처리는 불필요하다.
[수 2]
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)의 동작을 설명하는 순서도이다. 또한, 논리 연산 회로(13)는 전압 검출 회로(11), 전류 검출 회로(12) 및 모터 특성 입력기(14)로부터 입수한 정보를 기억 장치에 저장하고, 필요에 따라서 기억 장치로부터 판독해도 된다. 도 3에 나타내는 순서도에 있어서, 스텝 S01은 자속 산출 스텝이며, 스텝 S02는 총 토크 산출 스텝이며, 스텝 S03은 무부하손 토크 산출 스텝이며, 스텝 S04는 추정 토크 산출 스텝이며, 스텝 S05는 추정 출력 산출 스텝이며, 스텝 S06은 추정 효율 산출 스텝이다.
스텝 S01에서는, 자속 산출부(131)는 고정자 전압 vα, vβ, 고정자 전류 iα, iβ 및 고정자 상저항 Rs의 정보로부터 전동기(7)의 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ를 산출하고, 스텝 S02로 진행한다. 고정자 쇄교 자속을 시간 t로 미분한 값인 유기 전압은, 고정자 전압으로부터 저항에 의한 전압 강하를 뺀 값이며, 이하의 식 (5)(6)으로 나타내진다. 그 때문에, 이하의 식 (5)(6) 각각의 우변을 시간 t로 적분함으로써, 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ를 얻을 수 있다. 예를 들면, 고정자 상저항 Rs에 고정자 전류 iα를 곱한 것을 고정자 전압 vα에서 뺀 값을 시간 t로 적분함으로써 고정자 쇄교 자속 ψα가 얻어지고, 고정자 상저항 Rs에 고정자 전류 iβ를 곱한 것을 고정자 전압 vβ에서 뺀 값을 시간 t로 적분함으로써 고정자 쇄교 자속 ψβ가 얻어진다.
[수 3]
스텝 S02에서는, 총 토크 산출부(132)는 스텝 S01에서 구한 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ로 이루어지는 고정자 쇄교 자속 벡터와 고정자 전류 iα, iβ로 이루어지는 고정자 전류 벡터의 외적에 전동기(7)의 극쌍수 p를 곱함으로써, 이하의 식 (7)로부터 총 토크 Tall를 산출하고, 스텝 S03으로 진행한다.
[수 4]
스텝 S03에서는, 무부하손 토크 산출부(133)는 정격 출력 P, 정격 효율 η100, 고정자 상저항 Rs, 정격 삼상 전류 실효값 I100, 정격 슬립 s100 및 정격 회전 각속도 ω100의 정보로부터, 무부하손 토크 Tnll를 산출하고, 스텝 S04로 진행한다. 스텝 S03에서는, 무부하손 토크 산출부(133)는 정격 출력 P 및 정격 효율 η100의 정보로부터, 이하의 식 (8)에 의해서 부하율 100%에 있어서의 총 손실 Pall를 산출한다. 또, 고정자 상저항 Rs 및 정격 삼상 전류 실효값 I100의 정보로부터 이하의 식 (9)에 의해서 부하율 100%에 있어서의 일차 동손 Pc1를 구하고, 정격 슬립 s100와 정격 출력 P의 정보로부터 이하의 식 (10)에 의해서 부하율 100%에 있어서의 이차 동손 Pc2를 구한다. 마지막으로, 총 손실 Pall로부터 일차 동손 Pc1 및 이차 동손 Pc2의 값을 빼고, 정격 회전 각속도 ω100로 나눔으로써, 이하의 식 (11)에 의해서 무부하손 토크 Tnll를 산출하고, 스텝 S04로 진행한다. 또한, 실시 형태 1에 의한 무부하손 토크 산출부(133)에서는, 표유 부하손은 충분히 작아 무시할 수 있는 것으로 하고 있다. 따라서, 여기서 구한 무부하손 토크 Tnll는, 철손 토크 Tiron와 기계손 토크 Tmech를 더한 것에 상당한다.
[수 5]
스텝 S04에서는, 추정 토크 산출부(134)는 스텝 S02에서 구한 총 토크 Tall로부터 스텝 S03에서 구한 무부하손 토크 Tnll를 뺌으로써, 이하의 식 (12)에 의해서 추정 토크 T＇를 산출하고, 스텝 S05로 진행한다. 산출된 추정 토크 T＇의 정보는, 예를 들면, 논리 연산 회로(13)의 출력기(15)에 출력된다. 이상의 스텝 S01부터 스텝 S04의 처리에 의해서, 부하 시험 및 무부하 시험에 의해서 철손 저항을 구하지 않고, 또한, 철손과 기계손를 구별하여 구하지 않고, 토크 추정을 행할 수 있다.
[수 6]
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부(131), 총 토크 산출부(132) 및 추정 토크 산출부(134)의 처리를 나타내는 블록선도이다. 도 4에 있어서, G(s)는 자속 산출부(131)에 있어서 식 (5) (6) 각각의 우변을 시간 t로 적분할 때의 전달 함수를 나타내고 있다. G(s)는, 예를 들면, G(s)=1/s이다.
적분의 연산에 있어서 예를 들면 G(s)=1/s에 의해서 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ를 구하려고 하면, 저주파수에 있어서의 전달 함수 G(s)의 게인이 크기 때문에, 고정자 전압 vα, vβ 혹은 고정자 전류 iα, iβ의 검출값에, 직류 성분 혹은 저주파 성분이 포함되어 있는 경우는 산출된 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ의 값이 부정확해지는 경우가 있다. 따라서, 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부(131)에서는, 예를 들면, 이하의 식 (13)의 전달 함수에 의해서 나타내진 필터를 이용하여 적분 처리를 행한다. 식 (13)은 시정수 T1의 로우패스 필터 2개와, 시정수 T2의 하이패스 필터 1개를 직렬로 연결한 것을 나타내고 있다. 시정수 T1에 대응하는 로우패스 필터의 컷오프 주파수를 f1, 시정수 T2에 대응하는 하이패스 필터의 컷오프 주파수를 f2라고 했을 때, 로우패스 필터의 컷오프 주파수 f1는 전원 주파수 fs로 하고, 하이패스 필터의 컷오프 주파수 f2는 전원 주파수 fs의 1/10 이하로 한다.
[수 7]
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 자속 산출부(131)의 적분 처리에 이용하는 식 (13)에 나타내는 필터의 보드선도이다. 도 5에 있어서, 실선은 식 (13)에 나타내는 필터의 특성을 나타내고 있고, 점선은 이상적인 적분기인 G(s)=1/s로 나타내지는 필터의 특성을 나타내고 있다. 전원 주파수 fs의 1/10 이하의 주파수를 컷오프 주파수 f2로 하는 하이패스 필터를 구비함으로써, 전압 검출 회로(11)의 출력인 고정자 전압 vα , vβ 혹은 전류 검출 회로(12)의 출력인 고정자 전류 iα, iβ에 오프셋에 기인하는 오차를 포함하고 있는 경우에, 저주파수의 게인을 작게 함으로써 오프셋에 기인하는 오차의 영향을 작게 할 수 있음과 아울러, 하이패스 필터에 의한 위상의 영향을 작게 할 수 있다. 또, 전원 주파수 fs를 컷오프 주파수로 하는 로우패스 필터를 2개 직렬로 연결함으로써, 전원 주파수 fs에 있어서 필터의 위상 및 게인이 이상적인 적분기인 G(s)=1/s와 일치하기 때문에, 전원 주파수 fs에 있어서 필터의 출력이 이상적인 적분기를 통했을 때의 결과와 일치한다. 또, 식 (13)에 나타내는 필터에 의해서 적분 처리를 행함으로써, 역상(逆相) 토크도 정확하게 고려할 수 있다. 이상과 같이, 자속 산출부(131)에 있어서, 전원 주파수 fs를 컷오프 주파수 f1로 하는 로우패스 필터 2개와, 전원 주파수 fs의 1/10 이하의 주파수를 컷오프 주파수 f2로 하는 하이패스 필터 1개를 직렬로 연결한 필터에 의해서 적분 처리를 행함으로써, 저주파수의 오차 성분의 영향을 억제한 적분 처리를 행할 수 있다.
도 3에 나타내는 순서도의 스텝 S05에서는, 추정 출력 산출부(135)는 정격 출력 P, 정격 회전 각속도 ω100 , 전원 주파수 fs, 극쌍수 p, 정격 슬립 s100 및 추정 토크 T＇로부터 추정 출력 Pout를 산출하고, 스텝 S06으로 진행한다. 스텝 S05에서는, 추정 출력 산출부(135)는, 먼저, 정격 출력 P를 정격 회전 각속도 ω100로 나눔으로써, 이하의 식 (14)에 의해서 부하율 100%에서의 정격 토크 T100를 구한다. 다음으로, 토크와 슬립이 비례 관계에 있다고 가정하여, 전원 주파수 fs와, 극쌍수 p와, 정격 슬립 s100와, 정격 토크 T100와, 스텝 S04에서 구한 추정 토크 T＇로부터, 이하의 식 (15)에 의해서 추정 회전 각속도 ωr를 산출한다. 마지막으로, 추정 토크 T＇에 추정 회전 각속도 ωr를 곱함으로써, 이하의 식 (16)에 의해서 추정 출력 Pout를 산출하고, 스텝 S06으로 진행한다. 도 6은 추정 출력 산출부(135)의 처리를 나타내는 블록선도이다. 산출된 추정 출력 Pout의 정보는, 예를 들면, 논리 연산 회로(13)의 출력값으로서 출력기(15)에 출력된다. 이상의 스텝 S01부터 스텝 S05의 처리에 의해서, 부하 시험 및 무부하 시험에 의해서 철손 저항을 구하지 않고, 또한, 철손과 기계손를 구별하여 구하지 않고, 출력 추정을 행할 수 있다.
[수 8]
스텝 S06에서는, 추정 효율 산출부(136)는 추정 출력 Pout, 고정자 전압 vα, vβ 및 고정자 전류 iα, iβ로부터, 추정 효율 η＇을 산출하고, 논리 연산 회로(13)의 처리를 종료한다. 스텝 S06에서는, 추정 효율 산출부(136)는, 먼저, 고정자 전압 vα, vβ 및 고정자 전류 iα, iβ로부터, 이하의 식 (17)에 의해서 입력 전력 Pin를 구한다. 다음으로, 스텝 S05에서 구한 추정 출력 Pout를 입력 전력 Pin로 나눔으로써, 이하의 식 (18)에 의해서 추정 효율 η＇을 산출하고, 논리 연산 회로(13)의 처리를 종료한다. 도 7은 추정 효율 산출부(136)의 처리를 나타내는 블록선도이다. 산출된 추정 효율 η＇의 정보는, 예를 들면, 논리 연산 회로(13)의 출력값으로서 출력기(15)에 출력된다. 이상의 스텝 S01부터 스텝 S06의 처리에 의해서, 부하 시험 및 무부하 시험에 의해서 철손 저항을 구하지 않고, 또한, 철손과 기계손를 구별하여 구하지 않고, 효율 추정을 행할 수 있다.
[수 9]
식 (17)에 의해서 입력 전력 Pin를 구한다고 했지만, 전압 검출 회로(11)로부터 삼상의 고정자 전압 vu, vv , vw를 취득하고, 전류 검출 회로(12)로부터 삼상의 고정자 전류 iu, iv, iw를 취득하여, Pin=vuiu＋vviv＋vwiw에 의해서 입력 전력 Pin를 구해도 된다. 또한, 영상 전류가 제로이면, 전압 검출 회로(11)에 있어서 uw 간 전압인 vuw 및 vw간 전압인 vvw를 취득하고, 전류 검출 회로(12)로부터 삼상의 고정자 전류 중 고정자 전류 iu, iv를 취득하고, Pin=vuwiu＋vvwiv에 의해서 입력 전력 Pin를 구해도 된다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치(10)는, 전동기(7)의 고정자 전압 vα, vβ을 검출하는 전압 검출 회로(11)와, 전동기(7)의 고정자 전류 iα, iβ를 검출하는 전류 검출 회로(12)와, 전동기(7)에 관한 정보를 취득하는 모터 특성 입력기(14)와, 전압 검출 회로(11), 전류 검출 회로(12) 및 모터 특성 입력기(14)로부터의 정보를 기초로 출력값을 산출하여 출력하는 논리 연산 회로(13)를 구비하고, 모터 특성 입력기(14)는 전동기(7)의 고정자 상저항 Rs, 극쌍수 p 및 정격 출력 P와, 전동기(7)에 공급되는 전원 주파수 fs와, 전동기(7)에 전원 전압 및 전원 주파수 fs가 공급되었을 때의 부하율 100%에 있어서의 부하 특성인 정격 슬립 s100 및 정격 회전 각속도 ω100 중 적어도 일방, 정격 효율 η100 및 정격 삼상 전류 실효값 I100를 취득하고, 논리 연산 회로(13)는 고정자 전압 vα, vβ, 고정자 전류 iα, iβ 및 고정자 상저항 Rs로부터 전동기(7)의 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ를 산출하는 자속 산출부(131)와, 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ, 고정자 전류 iα, iβ 및 극쌍수 p로부터 총 토크 Tall를 산출하는 총 토크 산출부(132)와, 정격 출력 P 및 정격 효율 η100으로부터 총 손실 Pall를 산출하고, 고정자 상저항 Rs 및 정격 삼상 전류 실효값 I100로부터 일차 동손 Pc1를 산출하고, 정격 슬립 s100 및 정격 출력 P로부터 이차 동손 Pc2를 산출하고, 총 손실 Pall, 일차 동손 Pc1, 이차 동손 Pc2 및 정격 회전 각속도 ω100로부터 무부하손 토크 Tnll를 산출하는 무부하손 토크 산출부(133)와, 총 토크 Tall 및 무부하손 토크 Tnll로부터 추정 토크 T＇를 산출하고, 추정 토크 T＇를 출력값으로서 출력하는 추정 토크 산출부(134)를 구비했으므로, 철손 저항을 구하지 않고 토크 추정을 행할 수 있다.
실시 형태 2.
도 8은 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치(10a)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치(10a)를 도 1에 나타내는 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치(10)와 비교하면, 논리 연산 회로(13)가 논리 연산 회로(13a)로, 모터 특성 입력기(14)가 모터 특성 입력기(14a)로 되어 있다. 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치(10a)의 다른 구성은, 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치(10)의 구성과 동일하다.
실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치(10a)의 모터 특성 입력기(14a)에 있어서는, 실시 형태 1에 있어서의 모터 특성 입력기(14)와 동일한 정보를 취득함과 아울러, 정격 출력 P에 대한, 정격 출력 P에 있어서의 표유 부하손 PSLL의 비율인 표유 부하손 비율 x의 정보를 취득한다. 표유 부하손 비율 x는, 예를 들면 0.5%이다. 표유 부하손 비율 x는, 예를 들면 0.1%에서 10%까지의 값이어도 된다.
도 9는 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로(13a)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 10은 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로(13a)의 동작을 설명하는 순서도이다. 도 9에 나타내는 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로(13a)를 도 2에 나타내는 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)와 비교하면, 무부하손 토크 산출부(133)가 무부하손 토크 산출부(133a)로 되어 있고, 추정 토크 산출부(134)가 추정 토크 산출부(134a)로 되어 있다. 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로(13a)의 다른 구성은, 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)의 구성과 동일하다. 마찬가지로, 도 10에 나타내는 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로(13a)의 동작을 설명하는 순서도를 도 3에 나타내는 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)의 동작을 설명하는 순서도와 비교하면, 스텝 S03가 스텝 S03a로 되어 있고, 스텝 S04가 스텝 S04a로 되어 있다. 실시 형태 2에 있어서의 논리 연산 회로(13a)의 동작의 다른 스텝은, 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)와 동일하다.
스텝 S03a에서는, 무부하손 토크 산출부(133a)는, 식 (8)에 의해서 총 손실 Pall를 산출하고, 식 (9)에 의해서 일차 동손 Pc1를 구하고, 식 (10)에 의해서 이차 동손 Pc2를 구하는 것은, 실시 형태 1에 있어서의 무부하손 토크 산출부(133)와 동일하다. 다음으로, 무부하손 토크 산출부(133a)는 정격 출력 P에 표유 부하손 비율 x를 곱함으로써, 이하의 식 (19)로부터 정격 출력 P에 있어서의 표유 부하손 PSLL를 산출한다. 예를 들면, 표유 부하손 비율 x를 0.5%로 했을 경우는, 이하의 식 (20)에 의해서 정격 출력 P에 있어서의 표유 부하손 PSLL가 산출된다. 마지막으로, 총 손실 Pall로부터 일차 동손 Pc1, 이차 동손 Pc2 및 정격 출력 P에 있어서의 표유 부하손 PSLL를 뺀 값을 정격 회전 각속도 ω100로 나눔으로써, 이하의 식 (21)에 의해서 무부하손 토크 Tnll를 산출하고, 스텝 S04a로 진행한다. 실시 형태 2에 있어서의 무부하손 토크 산출부(133a)에서는, 정격 출력 P에 있어서의 표유 부하손 PSLL를 고려하여, 보다 정확하게 무부하손 토크 Tnll를 구하고 있다.
[수 10]
스텝 S04a에서는, 추정 토크 산출부(134a)는, 먼저, 스텝 S02에서 구한 총 토크 Tall로부터 스텝 S03a에서 구한 무부하손 토크 Tnll를 뺌으로써, 이하의 식 (22)에 의해서 일차 추정 토크 T"를 산출한다. 다음으로, 식 (14)에 의해서, 정격 출력 P 및 정격 회전 각속도 ω100로부터 부하율 100%에서의 정격 토크 T100를 구한다. 부하율 100%에 있어서의 표유 부하손에 의한 토크 손실은 부하율 100%의 정격 토크 T100에 표유 부하손 비율 x를 곱한 것이며, 또한, 표유 부하손에 의한 토크 손실인 표유 부하손 토크 TSLL가 운전시의 토크의 2승에 비례한다고 가정하고, 정격 토크 T100와 일차 추정 토크 T"와 표유 부하손 비율 x로부터, 이하의 식 (23)에 의해서 표유 부하손 토크 TSLL를 산출한다. 예를 들면, 표유 부하손 비율 x를 0.5%로 했을 경우는, 이하의 식 (24)에 의해서 표유 부하손 토크 TSLL를 산출한다. 마지막으로, 일차 추정 토크 T"로부터 표유 부하손 토크 TSLL를 뺌으로써, 이하의 식 (25)에 의해서 추정 토크 T＇를 산출하고, 스텝 S05로 진행한다. 산출된 추정 토크 T＇의 정보는, 예를 들면, 논리 연산 회로(13)의 출력값으로서 출력기(15)에 출력된다. 실시 형태 2에 있어서의 추정 토크 산출부(134a)에서는, 일차 추정 토크 T"로부터 표유 부하손 토크 TSLL를 뺌으로써, 보다 정확하게 추정 토크 T＇를 구하고 있다. 도 11은 실시 형태 2에 있어서의 추정 토크 산출부(134a)의 처리를 나타내는 블록선도이다.
[수 11]
이상과 같이, 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치(10a)는, 모터 특성 입력기(14a)는 정격 출력 P에 있어서의 표유 부하손 PSLL의 비율인 표유 부하손 비율 x의 정보를 취득하고, 무부하손 토크 산출부(133a)는 정격 출력 P에 표유 부하손 비율 x를 곱한 것을 표유 부하손 PSLL로서 산출하고, 총 손실 Pall, 일차 동손 Pc1, 이차 동손 Pc2, 표유 부하손 PSLL 및 정격 회전 각속도 ω100로부터 무부하손 토크 Tnll를 산출하고, 추정 토크 산출부(134a)는 총 토크 Tall 및 무부하손 토크 Tnll로부터 일차 추정 토크 T"를 산출하고, 정격 출력 P 및 정격 회전 각속도 ω100로부터 정격 토크 T100를 산출하고, 정격 토크 T100, 일차 추정 토크 T" 및 표유 부하손 비율 x로부터 표유 부하손 토크 TSLL를 산출하고, 일차 추정 토크 T"로부터 표유 부하손 토크 TSLL를 뺌으로써 추정 토크 T＇를 산출하므로, 철손 저항을 구하지 않고, 표유 부하손에 의한 영향을 포함하여 정확하게 토크 추정을 행할 수 있다.
실시 형태 3.
도 12는 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치(10b)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 12에 나타내는 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치(10b)를 도 1에 나타내는 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치(10)와 비교하면, 논리 연산 회로(13)가 논리 연산 회로(13b)가 되어 있다. 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치(10b)의 다른 구성은, 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치(10)의 구성과 동일하다.
도 13은 실시 형태 3에 있어서의 논리 연산 회로(13b)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 실시 형태 3에 있어서의 논리 연산 회로(13b)를 도 2에 나타내는 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)와 비교하면, 전원 주파수 검출부(137)가 추가되어 있고, 자속 산출부(131)가 자속 산출부(131b)로 되어 있고, 추정 출력 산출부(135)가 추정 출력 산출부(135b)로 되어 있다. 실시 형태 3에 있어서의 논리 연산 회로(13b)의 다른 구성은, 실시 형태 1에 있어서의 논리 연산 회로(13)의 구성과 동일하다.
전원 주파수 검출부(137)는 전압 검출 회로(11)로부터의 고정자 전압 vα, vβ 또는 전류 검출 회로(12)로부터의 고정자 전류 iα, iβ를 취득하고, 주파수 해석을 행함으로써, 주모선(1)에 접속되어 있는 전원의 전원 주파수를 추정하고, 추정 전원 주파수 fes를 검출한다. 전원 주파수 검출부(137)는, 예를 들면, 고정자 전압 vα, vβ 또는 고정자 전류 iα, iβ의 각 주파수의 주파수 성분을 구하고, 가장 큰 주파수 성분을 가진 주파수를 추정 전원 주파수 fes라고 한다.
자속 산출부(131b)는, 식 (5) (6) 각각의 우변을, 식 (13)의 전달 함수에 의해서 나타내진 필터를 이용하여 적분 처리를 행하지만, 로우패스 필터의 컷오프 주파수 f1는 전원 주파수 검출부(137)에서 검출한 추정 전원 주파수 fes로 하고, 하이패스 필터의 컷오프 주파수 f2는 추정 전원 주파수 fes의 1/10 이하로 한다. 추정 전원 주파수 fes의 정보로부터 컷오프 주파수 f1 및 f2를 정함으로써, 자속 산출부(131b)에 있어서의 적분 처리를 보다 정확하게 행할 수 있다.
총 토크 산출부(132), 무부하손 토크 산출부(133), 추정 토크 산출부(134) 및 추정 효율 산출부(136)에 있어서의 처리는, 실시 형태 1에 있어서의 처리와 동일하다. 추정 출력 산출부(135b)는 정격 출력 P, 정격 회전 각속도 ω100, 추정 전원 주파수 fes, 극쌍수 p, 정격 슬립 s100 및 추정 토크 T＇로부터 추정 출력 Pout를 산출한다. 추정 출력 산출부(135b)는, 먼저, 정격 출력 P를 정격 회전 각속도 ω100로 나눔으로써, 식 (14)에 의해서 부하율 100%에서의 정격 토크 T100를 구하는 것은, 실시 형태 1에 있어서의 추정 출력 산출부(135)와 동일하다. 추정 출력 산출부(135b)는, 다음으로, 토크와 슬립이 비례 관계에 있다고 가정하고, 추정 전원 주파수 fes와, 극쌍수 p와, 정격 슬립 s100와, 정격 토크 T100와, 스텝 S04에서 구한 추정 토크 T＇로부터, 이하의 식 (26)에 의해서 추정 회전 각속도 ωr를 산출한다. 마지막으로, 추정 토크 T＇에 추정 회전 각속도 ωr를 곱함으로써, 식 (16)에 의해서 추정 출력 Pout를 산출한다. 추정 전원 주파수 fes의 정보로부터 추정 회전 각속도 ωr를 산출함으로써, 추정 출력 산출부(135b)에 있어서 보다 정확하게 추정 출력 Pout를 산출할 수 있다.
[수 12]
전원 주파수는, 통상은, 전원 주파수는 50Hz 혹은 60Hz이며, 거의 변동하지 않는다. 그러나, 전원 주파수가 50Hz 혹은 60Hz로부터 변동하는 경우가 있다. 또 50Hz 혹은 60Hz와는 다른 전원 주파수가 이용되는 경우가 있다. 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치(10b)는, 논리 연산 회로(13b)는 고정자 전압 vα, vβ 혹은 고정자 전류 iα, iβ로부터 추정 전원 주파수 fes를 검출하는 전원 주파수 검출부(137)와, 정격 출력 P, 정격 회전 각속도 ω100, 추정 전원 주파수 fes, 극쌍수 p, 정격 슬립 s100 및 추정 토크 T＇로부터 추정 출력 Pout를 산출하고, 추정 출력 Pout를 출력값으로서 출력하는 추정 출력 산출부(135b)를 구비하고, 자속 산출부(131b)는 고정자 상저항 Rs에 고정자 전류 iα, iβ를 곱한 것을 고정자 전압 vα, vβ에서 뺀 값을 적분 처리함으로써 고정자 쇄교 자속 ψα, ψβ를 산출하고, 적분 처리는 추정 전원 주파수 fes를 컷오프 주파수 f1로 하는 로우패스 필터 2개와, 추정 전원 주파수 fes의 1/10 이하의 주파수를 컷오프 주파수 f2로 하는 하이패스 필터 1개를 직렬로 연결한 필터에 의해서 행함으로써, 실시 형태 1에 의한 전동기 감시 장치(10)의 효과에 더하여, 전원 주파수가 변동되거나, 혹은, 50Hz 혹은 60Hz와는 상이한 전원 주파수가 이용되었을 때에도, 추정 토크 T＇를 정밀도 좋게 구할 수 있다.
또한, 전동기 감시 장치(10b)에 있어서, 모터 특성 입력기(14)를 실시 형태 2에 나타낸 모터 특성 입력기(14a)로 하고, 논리 연산 회로(13b)에 있어서, 무부하손 토크 산출부(133)를 실시 형태 2에 나타낸 무부하손 토크 산출부(133a)로 하고, 추정 토크 산출부(134)를 실시 형태 2에 나타낸 추정 토크 산출부(134a)로 해도 된다. 이것에 의해, 실시 형태 2에 의한 전동기 감시 장치(10a)의 효과에 더하여, 전원 주파수가 변동되거나, 혹은, 50Hz 혹은 60Hz와는 상이한 전원 주파수가 이용되었을 때에도, 추정 토크 T＇혹은 추정 출력 Pout를 정밀도 좋게 구할 수 있다.
도 14는 실시 형태 1, 실시 형태 2 및 실시 형태 3에 의한 전동기 감시 장치의 하드웨어의 일례를 나타내는 모식도이다. 논리 연산 회로(13, 13a, 13b)는 메모리(202)에 기억된 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서(201)에 의해서 실현된다. 메모리(202)는 프로세서(201)가 실행하는 각 처리에 있어서의 일시 기억 장치로서도 사용된다. 또, 복수의 처리 회로가 제휴하여 상기 기능을 실행해도 된다. 또한, 전용의 하드웨어에 의해서 상기 기능을 실현해도 된다. 전용의 하드웨어에 의해서 상기 기능을 실현하는 경우는, 전용의 하드웨어는, 예를 들면, 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화된 프로세서, ASIC, FPGA, 혹은, 이것들을 조합한 것이다. 상기 기능은 전용 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 혹은, 전용 하드웨어와 펌웨어의 조합에 의해서 실현해도 된다. 메모리(202)는, 예를 들면, RAM, ROM, 플래쉬 메모리, EPROM 등의 불휘발성 또는 휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광 디스크, 또는, 이것들을 조합한 것이다. 프로세서(201), 메모리(202), 전압 검출 회로(11), 전류 검출 회로(12), 모터 특성 입력기(14) 및 출력기(15)는 서로 버스 연결되어 있다.
본원은 다양한 예시적인 실시 형태가 기재되어 있지만, 1개 또는 복수의 실시 형태에 기재된 다양한 특징, 양태, 및 기능은 특정의 실시 형태의 적용에 한정되는 것이 아니라, 단독으로, 또는 다양한 조합으로 실시 형태에 적용 가능하다.
따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본원에 개시되는 기술의 범위내에 있어서 상정된다. 예를 들면, 적어도 1개의 구성요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 나아가서는, 적어도 1개의 구성요소를 추출하여, 다른 실시 형태의 구성요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.
1: 주모선
2: 주회로
3: 배선용 차단기 4: 전자 접촉기
5: 계기용 변압기 6: 계기용 변성기
7: 전동기 8: 부하 장치
10, 10a, 10b: 전동기 감시 장치 11: 전압 검출 회로
12: 전류 검출 회로 13, 13a, 13b: 논리 연산 회로
14, 14a: 모터 특성 입력기 15: 출력기
131, 131b: 자속 산출부 132: 총 토크 산출부
133, 133a: 무부하손 토크 산출부 134, 134a: 추정 토크 산출부
135, 135b: 추정 출력 산출부 136: 추정 효율 산출부
137: 전원 주파수 검출부 201: 프로세서
202: 메모리
3: 배선용 차단기 4: 전자 접촉기
5: 계기용 변압기 6: 계기용 변성기
7: 전동기 8: 부하 장치
10, 10a, 10b: 전동기 감시 장치 11: 전압 검출 회로
12: 전류 검출 회로 13, 13a, 13b: 논리 연산 회로
14, 14a: 모터 특성 입력기 15: 출력기
131, 131b: 자속 산출부 132: 총 토크 산출부
133, 133a: 무부하손 토크 산출부 134, 134a: 추정 토크 산출부
135, 135b: 추정 출력 산출부 136: 추정 효율 산출부
137: 전원 주파수 검출부 201: 프로세서
202: 메모리
Claims (8)
- 전동기의 고정자 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
상기 전동기의 고정자 전류를 검출하는 전류 검출 회로와,
상기 전동기에 관한 정보를 취득하는 모터 특성 입력기와,
상기 전압 검출 회로, 상기 전류 검출 회로 및 상기 모터 특성 입력기로부터의 정보를 기초로 출력값을 산출하여 출력하는 논리 연산 회로를 구비하고,
상기 모터 특성 입력기는
상기 전동기의 고정자 상저항, 극쌍수 및 정격 출력과,
상기 전동기에 공급되는 전원 주파수와,
상기 전동기에 전원 전압 및 상기 전원 주파수가 공급되었을 때의 부하율 100%에 있어서의 부하 특성인 정격 슬립 및 정격 회전 각속도 중 적어도 일방, 정격 효율 및 정격 삼상 전류 실효값을 취득하고,
상기 논리 연산 회로는
상기 고정자 전압, 상기 고정자 전류 및 상기 고정자 상저항으로부터 상기 전동기의 고정자 쇄교 자속을 산출하는 자속 산출부와,
상기 고정자 쇄교 자속, 상기 고정자 전류 및 상기 극쌍수로부터 총 토크를 산출하는 총 토크 산출부와,
상기 정격 출력 및 상기 정격 효율로부터 총 손실을 산출하고, 상기 고정자 상저항 및 상기 정격 삼상 전류 실효값으로부터 일차 동손을 산출하고, 상기 정격 슬립 및 상기 정격 출력으로부터 이차 동손을 산출하고, 상기 총 손실, 상기 일차 동손, 상기 이차 동손 및 상기 정격 회전 각속도로부터 무부하손 토크를 산출하는 무부하손 토크 산출부와,
상기 총 토크 및 상기 무부하손 토크로부터 추정 토크를 산출하고, 상기 추정 토크를 상기 출력값으로서 출력하는 추정 토크 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 모터 특성 입력기는 상기 정격 출력에 있어서의 표유 부하손의 비율인 표유 부하손 비율의 정보를 취득하고,
상기 무부하손 토크 산출부는 상기 정격 출력에 상기 표유 부하손 비율을 곱한 것을 상기 표유 부하손으로서 산출하고, 상기 총 손실, 상기 일차 동손, 상기 이차 동손, 상기 표유 부하손 및 상기 정격 회전 각속도로부터 상기 무부하손 토크를 산출하고,
상기 추정 토크 산출부는 상기 총 토크 및 상기 무부하손 토크로부터 일차 추정 토크를 산출하고, 상기 정격 출력 및 상기 정격 회전 각속도로부터 정격 토크를 산출하고, 상기 정격 토크, 상기 일차 추정 토크 및 상기 표유 부하손 비율로부터 표유 부하손 토크를 산출하고, 상기 일차 추정 토크로부터 상기 표유 부하손 토크를 뺌으로써 상기 추정 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 논리 연산 회로는
상기 정격 출력, 상기 정격 회전 각속도, 상기 전원 주파수, 상기 극쌍수, 상기 정격 슬립 및 상기 추정 토크로부터 추정 출력을 산출하고, 상기 추정 출력을 상기 출력값으로서 출력하는 추정 출력 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 논리 연산 회로는
상기 추정 출력을, 상기 고정자 전압 및 상기 고정자 전류로부터 구한 입력 전력으로 나눠 추정 효율을 산출하고, 상기 추정 효율을 상기 출력값으로서 출력하는 추정 효율 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자속 산출부는 상기 고정자 상저항에 상기 고정자 전류를 곱한 것을 상기 고정자 전압에서 뺀 값을 적분 처리함으로써 상기 고정자 쇄교 자속을 산출하고,
상기 적분 처리는 상기 전원 주파수를 컷오프 주파수로 하는 로우패스 필터 2개와, 상기 전원 주파수의 1/10 이하의 주파수를 컷오프 주파수로 하는 하이패스 필터 1개를 직렬로 연결한 필터에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 논리 연산 회로로부터의 출력을 표시하거나 혹은 상기 논리 연산 회로로부터의 출력을 기초로 경보를 발행하는 출력기를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 논리 연산 회로는
상기 고정자 전압 혹은 상기 고정자 전류로부터 추정 전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출부와,
상기 정격 출력, 상기 정격 회전 각속도, 상기 추정 전원 주파수, 상기 극쌍수, 상기 정격 슬립 및 상기 추정 토크로부터 추정 출력을 산출하고, 상기 추정 출력을 상기 출력값으로서 출력하는 추정 출력 산출부를 구비하고,
상기 자속 산출부는 상기 고정자 상저항에 상기 고정자 전류를 곱한 것을 상기 고정자 전압에서 뺀 값을 적분 처리함으로써 상기 고정자 쇄교 자속을 산출하고,
상기 적분 처리는, 상기 추정 전원 주파수를 컷오프 주파수로 하는 로우패스 필터 2개와, 상기 추정 전원 주파수의 1/10 이하의 주파수를 컷오프 주파수로 하는 하이패스 필터 1개를 직렬로 연결한 필터에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 전동기 감시 장치. - 전동기의 고정자 전압, 상기 전동기의 고정자 전류 및 상기 전동기의 고정자 상저항으로부터 고정자 쇄교 자속을 산출하는 자속 산출 스텝과,
상기 고정자 쇄교 자속, 상기 고정자 전류 및 상기 전동기의 극쌍수로부터 총 토크를 산출하는 총 토크 산출 스텝과,
상기 전동기의 정격 출력 및 상기 전동기의 정격 효율로부터 총 손실을 산출하고, 상기 고정자 상저항 및 상기 전동기의 정격 삼상 전류 실효값으로부터 일차 동손을 산출하고, 상기 전동기의 정격 슬립 및 상기 정격 출력으로부터 이차 동손을 산출하고, 상기 총 손실, 상기 일차 동손, 상기 이차 동손 및 상기 전동기의 정격 회전 각속도로부터 무부하손 토크를 산출하는 무부하손 토크 산출 스텝과,
상기 총 토크 및 상기 무부하손 토크로부터 추정 토크를 산출하는 추정 토크 산출 스텝을 포함하는 전동기 감시 방법.
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/032583 WO2023032182A1 (ja) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 電動機監視装置および電動機監視方法 |
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Citations (1)
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| JP2018046723A (ja) | 2016-09-16 | 2018-03-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 回転機制御装置及び回転機制御方法 |
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| S. Yamamoto, H. Hirahara and B. A. Shantha, "A Method to Estimate Torque and Stray Load Loss of Induction Motor without Torque Detector," 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2019, pp.2341-2346 |
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