WO2006072981A1

WO2006072981A1 - 回転電機の定数測定装置及び定数測定方法

Info

Publication number: WO2006072981A1
Application number: PCT/JP2005/000062
Authority: WO
Inventors: Masahiro Fukuta; Yoshihiko Kinpara; Takahiko Kobayashi
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2006-07-13
Also published as: JPWO2006072981A1; CN1910466A; JP4771962B2; CN100492044C

Abstract

【課題】インバータ駆動される回転電機に対し、複雑な構成や方法をとることなく、無回転状態で定数測定を行うことができる回転電機の定数測定装置及び定数測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】電力変換器を介して可変周波数、可変電圧を供給され、可変速運転を行われる回転電機の定数測定装置において、電力変換器に電圧指令値を与える電圧指令演算器と、回転電機に流れる電流を検出する電流検出器と、回転電機の電流が流れる時間を測定する時間計測器と、前記検出した電流と時間から回転電機の定数を演算する定数演算器を備え、電圧指令値をステップ状に与え、その時の電流値の変化をある時刻T1からT2まで測定し、その変化量により回転電機の２次時定数を求める。

Description

明細書

回転電機の定数測定装置及び定数測定方法

技術分野

[0001] この発明は、インバータ駆動される回転電機の電気的定数を無回転で測定する装置及び方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来技術として、 JEC— 37に示されるような卷線抵抗測定、無負荷試験、拘束試験を行って回転電機定数を求める方法がある。

また、回転電機を停止したままの状態で、誘導電動機の定数を同定する方法として、特許文献 1がある。この方法では、単相交流を回転電機に供給し、 d軸電流検出値あるいは q軸電流検出値をフーリエ級数展開し、回転電機の定数を求めていた。

また、別の方法として特許文献 2がある。この方法では回転電機に電圧指令値として所定の一定値を与え、その際の回転電機に流れる電流値を測定し、その電流値が一定値に収束した値を用いることで回転電機の定数を求めて、た。

[0003] 特許文献 1：特開平 7— 55899号公報

特許文献 2 :特開 2002— 199798号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 前記の従来技術において、 JEC— 37に示されるような方法では、無負荷試験と拘束試験の間に回転電機の回転子の固定および固定の解除といった作業が必要であり、インバータ駆動による自動計測には向いていない面がある。また、無負荷試験では、回転電機単体で運転する必要があり、負荷が既に結合されている場合には、負荷をー且切り離して回転電機単体で回転させるという作業が必要となり、効率が悪いという問題があった。

また、特許文献 1で示される方法では、単相交流を印加し、フーリエ級数展開を利用して求めているのでソフトウェアが複雑になり、ソフトウェアの処理時間が長くなり、ソフトウアに大きな記憶容量を要するといった問題があった。また、特許文献 2で示される方法では、何度も電流を流す必要があり、かつ近似式が多くあるのでソフトウエアが複雑になり、ソフトウエアの処理時間が長くなり、ソフトゥヱァに大きな記憶容量を要するといった問題があった。

[0005] この発明は、インバータ駆動される回転電機に対し、複雑な構成や方法をとることなぐ無回転状態で定数測定を行うことができる回転電機の定数測定装置及び定数測定方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] この発明による回転電機の定数測定装置は、電力変を介して可変周波数、可変電圧を供給され、可変速運転を行われる回転電機の定数測定装置において、電力変換器に電圧指令値を与える電圧指令演算器と、回転電機に流れる電流を検出する電流検出器と、回転電機の電流が流れる時間を測定する時間計測器と、前記検出した電流と時間力回転電機の定数を演算する定数演算器を備え、電圧指令値をステップ状に与え、その時の電流値の変化をある時刻 T1から T2まで測定し、その変化量に基づき回転電機の 2次時定数を求める。

[0007] この発明による回転電機の定数測定方法は、電力変を介して可変周波数、可変電圧を供給され可変速運転を行われる回転電機の 2次時定数を測定する回転電機の定数測定方法において、電力変換器の電圧指令値をステップ状に与え、回転電機に流れる所定時刻の電流値と、その電流値の半減期に対応する時刻を計測し、前記所定時刻の電流値と前記半減期に対応する電流値をもとに直線補間して得られた時刻ゼロにおける補間電流点に基づく近似式により 2次時定数を算出する。発明の効果

[0008] この発明によれば、インバータ駆動される回転電機の定数の測定を、回転電機を回転すること無ぐ簡単な構成、方法により実施でき、従来に比べて簡単なソフトウェアで処理時間を短縮できると共に、ソフトウェア用に大きな記憶容量を必要としな！/、効果がある。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 実施の形態 1.

以下、この発明の実施の形態 1について説明する。図 1はこの発明の実施の形態に係わる回転電機の定数測定装置の構成を説明するためのブロック図、図 2は一般的な誘導電動機の T型等価回路を示す図、図 3は、実施の形態 1における電圧指令信号及び電流応答信号を示す図である。図 5は、実施の形態 1における定数測定方法を示すフローチャートである。

[0010] 図 1は、電圧指令演算器 3からの電圧指令値に応じた出力電圧を発生する電力変換器 2により、インバータ駆動される誘導電動機等の回転電機 1の 2次時定数を測定する場合の定数測定装置の概略構成を示すもので、回転電機 1に流れる電流を検出する電流検出器 4と、電流が変化して、る状態に対して時間を計測する時間計測器 5と、電流検出器 4力検出される電流値と時間計測器 5により計測された時間に基づき回転電機 1の定数を演算する定数演算器 6とを備えている。

そして、この定数測定装置は、あらかじめ定められた電圧指令値に基づき電圧指令演算器 3で電圧指令値が生成され、電力変換器 2から電圧指令値に基づく出力電圧が回転電機 1に供給された時、回転電機 1に流れる電流を電流検出器 4で検出し、定数演算器 6でその電流値を記憶すると共に、その電流値に基づき時間計測器 5にお！、て時間を計測し、記憶された電流値と時間計測値により定数演算器 6で 2次時定数を演算するように動作する。

[0011] 次に実施の形態 1による回転電機 1の 2次時定数測定方法について説明する。

回転電機 1の等価回路として図 2に示す一般的な誘導電動機の T型等価回路を例にとつて説明する。図中 Rs : l次側抵抗、 Ls : l次側漏れインダクタンス、 Lr: 2次側漏れインダクタンス、 M :相互インダクタンス、 Rr: 2次側抵抗、 is : 1次側電流、 vs : l次側電圧、である。また、 Ts : l次時定数、 Tr: 2次時定数、 σ：漏れ係数を式（1)一（3)で定義する。

[0012] [数 1]

7 ( 1 )

[数 2] [数 3]

電圧 vsから電流 isまでの伝達関数 G(s)は (4)式であらわされる。なお s：ラプラス演算子、である。

[数 4]

ここで、周波数が Ts+TrZ σ TsTrより十分低、領域では（5)式のように近似できる。

[数 5]

τ. τ

( 5 )

^ ,+^) R_S T_S+T_r)l₊(T_{S +}T_r)_s 次に電力変換器 2への電圧指令値の与え方を説明する。図 3 (a)において時刻 0までは電圧指令値 0[V]を与える。ついで時刻 0において最終的に電流 IA[A]に収束する電圧指令値 VA[V]を与える。

尚、 IAは回転電機 1の状態によっては時刻 0である値の電流が流れていることもあるので、 IAは図 3 (b)の通り十分長い時間経った時の電流 IUJNFと初期値 1(0)の差とする。

IA=IU_INF-I(0) (6) [0015] 電圧指令値を図 3 (a)のように 0→VA[V]にステップ状に立ち上がるように変化させた時の電流応答について、（5)式を用いて考える。電流の最終値 IUJNFは最終値定理3→0より

[数 6]

Rj mF =— ( 7 )

一 R_s である。電圧ステップ印加直後の電流 Ι( Δ T)は初期値定理 s→∞より

[数 7]

である。（図 5のステップ SI 1)

[0016] また、ステップ応答の電流は時定数 (Ts+Tr)で変化する。この変化を図 3 (b)に示す。

時刻 0秒で電圧がステップ変化した時、 (5)式は Ts+TrZ σ TsTrより高ヽ周波数を無視しており、また Rs^Rr、 Ls^Lrである時、

[数 8]

σΤ sΤ r oi_ss の近似式が成り立つ。そこで時刻 Tlを a LsZ2Rsより十分大きい値に設定する。時刻 T1 [秒]では電流を計測し IUJNF[A]と時刻 T1時の電流の差を IB[A]として記憶する。 IB= IUJNF-I(TI) (10)

同時に電流 ICを IB/2[A]として記憶する。 (図 5のステップ S 12)

[0017] 電流の計測を続け、条件

IU_INF-l(t) = IC (11)

となった時刻を T2 [秒]として記憶する。電流振幅の半減期と時定数の関係は (12)式であらわされる

[数 9]

Γ2-7Ί

- = e^T^ ( 1 2 )

2

(12)式より（13)式が得られる。（13)式によって時定数 (Ts+Tr)を得る。（図 5のステップ S13)

[0018] [数 10]

Τ1-ΤΛ

T +T = - = 1.442(Γ2 - Γ1) ( 1 3 )

[0019] 図 3 (b)において B点と C点をもとに直線補関することにより、時刻 0における補間電流点である Z点を得る。（図 5のステップ S14)

この補間電流点 Z点と（8)式の関係から

[数 11]

T_r 、 T_{r ΤΑ} IB*T2-IC*T1 I(AT) ^r- ~ i(∞) =—— ^r- ~~ IA = IA

(T_r +T_r) (T_s +T_r) T2-T1 となるので（ 14)式の関係が導き出せる。

[数 12]

[0020] (13)及び（14)式から

[数 13]

を得、 2次時定数 Trを求める。（図 5のステップ S15)

[0021] 以上のように、この実施の形態 1によれば、電力変換器 2の電圧指令値としてステツプ状に立ち上がる電圧指令値を与え、回転電機 1に流れる所定時刻の電流値と、その電流値の半減期に対応する時刻を計測し、前記所定時刻の電流値と半減期に対応する電流値をもとに直線補間して得られた時刻ゼロにおける補間電流点に基づく近似式により 2次時定数を算出することにより、無回転状態で、容易に 2次時定数を算定でき、従来に比べて簡単なソフトウェアで実行でき処理時間を短縮できる。

[0022] 実施の形態 2.

次に実施の形態 2について説明する。

回転電機の定数測定装置の構成は実施の形態 1と同じ構成をしている。図 4は、実施の形態 2における電圧指令信号及び電流応答の信号を示す図である。図 6は、実施の形態 2における定数測定方法を示すフローチャートである。この場合も回転電機 1の等価回路として実施の形態 1と同じ T型等価回路を考える。

[0023] 次に電力変換器 2への電圧指令値の与え方を説明する。図 4 (a)において時刻 0までは電圧指令値 VD [V]を与える。この電圧指令値 VDに対して電流値が一定値 ID [A ]に収束する十分長、時間たつた後に、電圧指令値を図 4 (a)のように VD→0[V]にステツプ状に立ち下がるように変化させた時の電流応答について考える。

[0024] まず電流の最終値 IUJNFは 0 [A]である。

次に電圧ステップ降下直後の電流 Ι( Δ T)は電圧の VD→0[V]のステップ応答と考えれば良いので、

[数 14]

となる。（図 6のステップ S21) [0025] また、ステップ応答の電流は時定数 (Ts+Tr)で変化する。この変化を図 4 (b)に示す。

時刻 0秒で電圧がステップ変化した時（5)式は Ts+TrZ σ TsTrより高、周波数を無視しており、（9)式より T3を a LsZ2Rsより十分大きい値に設定する。時刻 T3 [秒]では電流を計測し IE[A]として記憶する。同時に電流 IFを IE/2[A]として記憶する。（図 6のステップ S22)

[0026] 電流の計測を続け、

Kt) = IF (17)

となった時刻を T4 [秒]として記憶する。（図 6のステップ S23)

[0027] 図 4 (b)において E点と F点を直線補関することにより、時刻 0における補間電流点である補間電流点 Y点を得る。（図 6のステップ S24)

[0028] この補間電流点 Y点と（16)式の関係から

[数 15]

となるので（18)式の関係が導き出せる。

[数 16]

IE *T4-IF *T3

( 1 8 )

T + T (Τ4 -Τ3)ω

(13)及び（18)式力

[数 17]

を得、 2次時定数 Trを求める。（図 6のステップ S25)

以上のように、この実施の形態 2によれば、電力変換器 2の電圧指令値としてステツプ状に立ち下がる電圧指令値を与え、回転電機 1に流れる所定時刻の電流値と、その電流値の半減期に対応する時刻を計測し、前記所定時刻の電流値と半減期に対応する電流値をもとに直線補間して得られた時刻ゼロにおける補間電流点に基づく近似式により 2次時定数を算出することにより、無回転状態で、容易に 2次時定数を算定でき、従来に比べて簡単なソフトウェアで実行でき処理時間を短縮できる。図面の簡単な説明

[0031] [図 1]この発明の実施の形態 1, 2係わる回転電機の定数測定装置の概略構成図である。

[図 2]—般的な誘導電動機の T型等価回路を示す図である。

[図 3]この発明の実施の形態 1における電圧指令信号及び電流応答信号を示す図である。

[図 4]この発明の実施の形態 2における電圧指令信号及び電流応答信号を示す図である。

[図 5]この発明の実施の形態 1における測定方法を示すフローチャートである。

[図 6]この発明の実施の形態 2における測定方法を示すフローチャートである。

符号の説明

[0032] 1 回転電機、 2 電力変換器、 3 電圧指令演算器、 4 電流検出器、 5 時間計測器、 6 定数演算器

Claims

請求の範囲

[1] 電力変換器を介して可変周波数、可変電圧を供給され、可変速運転を行われる回転電機の定数測定装置において、前記電力変換器に電圧指令値を与える電圧指令演算器と、前記回転電機に流れる電流を検出する電流検出器と、前記回転電機の電流が流れる時間を測定する時間計測器と、前記検出した電流と時間から前記回転電機の定数を演算する定数演算器を備え、前記電圧指令値をステップ状に与え、その時の電流値の変化をある時刻 T1から T2まで測定し、その変化量に基づき前記回転電機の 2次時定数を求めることを特徴とする回転電機の定数測定装置。

[2] 一定の電圧指令値に対して電流値が一定値に収束する十分長い時間たつた後の電流値 IAを記憶し、次に前記電圧指令値をゼロから VAに変化させた時の、ある時刻 T1から T2までの電流値変化量を測定することにより、前記回転電機の 2次時定数を求めることを特徴とする請求項 1記載の回転電機の定数測定装置。

[3] 一定の電圧指令値に対して電流値が一定値に収束する十分長い時間たつた後に電圧指令値をゼロにステップ状に変化させた時の、ある時刻 T1から T2までの電流値変化量を測定することにより、前記回転電機の 2次時定数を求めることを特徴とする請求項 1記載の回転電機の定数測定装置。

[4] 電力変換器を介して可変周波数、可変電圧を供給され可変速運転を行われる回転電機の 2次時定数を測定する回転電機の定数測定方法において、前記電力変換器の電圧指令値をステップ状に与え、前記回転電機に流れる所定時刻の電流値と、その電流値の半減期に対応する時刻を計測し、前記所定時刻の電流値と前記半減期に対応する電流値をもとに直線補間して得られた時刻ゼロにおける補間電流点に基づく近似式により 2次時定数を算出することを特徴とする回転電機の定数測定方法。

[5] 前記電圧指令値としてステップ状に立ち上がる電圧指令値 VAを与えた場合、前記近似式は、次式で表されることを特徴とする請求項 4記載の回転電機の定数測定方法。

[数 18] Γ 2善 ^{r2 C}*ⁿ、

IA 但し、 Tr: 2次時定数

IA:電圧指令値 VAにより最終的に収束する電流値

T1： σ LsZ2Rs(Ls: 1次側漏れインダクタンス、 Lr: 2次側漏れインダクタンス、 σ：漏れ係数)より十分大きい値に設定された時刻

IB:時刻 T1における電流値

IC, T2： IB/2として記憶された電流値及びその電流値になった時刻

[6] 前記電圧指令値としてステップ状に立ち下がる電圧指令値を与えた場合、前記近似式は、次式で表されることを特徴とする請求項 4記載の回転電機の定数測定方法

[数 19]

但し、 Tr: 2次時定数

ID：電圧指令値 VDの時に流れて、る電流値

T3: aLsZ2Rs(Ls:l次側漏れインダクタンス、 Lr: 2次側漏れインダクタンス、 σ：漏れ係数)より十分大きい値に設定された時刻

IE:時刻 Τ3における電流値

IF, T4： IE/2として記憶された電流値及びその電流値になった時刻