感應電動機的常數測量裝置及常數測量方法
2023-04-27 18:16:26
感應電動機的常數測量裝置及常數測量方法
【專利摘要】本發明提供感應電動機的常數測量裝置及常數測量方法。感應電動機的常數測量裝置具有：調諧電壓指令值運算器(17)，其通過將三相電壓指令信號(Vu*、Vv*、Vw*)輸出到PWM選通信號生成器(16)，從逆變器電路(13)向感應電動機(1)施加電壓；U相電流檢測器(14)，其檢測流過感應電動機(1)的電流；以及電動機常數運算器(20a)，其使用電壓(Vu)和電流值(iu)運算電動機常數(一次電阻、二次電阻和漏電感)，電動機常數運算器(20a)使用可利用電壓(Vu)和電流值(iu)直接運算的電動機常數(一次電阻、二次電阻和漏電感)、以及所受理的電動機信息，運算作為電動機常數之一的勵磁電流(I0)。
【專利說明】感應電動機的常數測量裝置及常數測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通過約束試驗測量感應電動機的電動機常數的感應電動機的常數測 量裝置以及常數測量方法。
【背景技術】
[0002] 在高性能地控制感應電動機的情況下，使用獨立控制磁通和扭矩的矢量控制。特 別是，在最近，在不進行利用速度（PG)傳感器等的感應電動機的速度檢測的情況下進行控 制的、無傳感器矢量控制的市場需求正在增加。在高精度地進行無傳感器矢量控制的情況 下，需要掌握作為控制對象的感應電動機的多個電動機常數。因此，在要使用的感應電動機 不確定的通用逆變器中，具有自動測量感應電動機的電動機常數的自動調諧功能，使得即 便使用各種各樣的感應電動機，也始終能夠進行精度高的矢量控制。
[0003] 例如，在專利文獻1中示出了如下技術：使交流電動機在穩定狀態下運轉，根據對 此時的1次角頻率指令進行積分後的相位和交流電動機的電流檢測值，運算電動機電流矢 量有效功率的相應電流和無效功率的相應電流，並根據1次角頻率指令值和1次電壓指令 值、以及有效功率的相應電流和無效功率的相應電流，運算電動機的1次自電感。
[0004] 在感應電動機的電動機常數的自動調諧（自動測量）在JEC - 37 (電氣協會電氣 規格調查會標準規格）中示出，通過進行基於約束試驗和無負載試驗的處理來實現。公知 有在約束試驗中，能夠通過施加直流電壓來測量一次電阻，能夠通過施加單相交流電壓來 測量二次電阻和漏電感，並且在無負載試驗中能夠測量勵磁電流以及自電感和互電感。
[0005] 這裡，無負載試驗需要在基本未連接任何負載的狀態下實施，但實際上在使用感 應電動機的設備中，難以分開感應電動機單體，大多必須在不使感應電動機旋轉的情況下 進行電動機常數的測量。因此，在測量感應電動機1的電動機常數的以往的常數測量裝置 10中，如圖7所示，對於在不使感應電動機1旋轉時無法直接計測的電動機常數即勵磁電流 以及自電感和互電感，按照感應電動機1的每個容量設置預先存儲的電動機數據表19,僅 進行可直接測量的電動機常數的更新。
[0006] 參照圖7,以往的常數測量裝置10具有整流電路11、平滑電路12、逆變器電路13、 U相電流檢測器14、W相電流檢測器15、PWM選通信號生成器16、調諧電壓指令值運算器17、 電流有效值運算器18、電動機數據表19和電動機常數運算器20。另外，整流電路11通過 二極體實現，平滑電路12通過電容器實現，逆變器電路13通過功率開關元件實現。此外， PWM選通信號生成器16、調諧電壓指令值運算器17、電流有效值運算器18和電動機常數運 算器 20 通過由 CPU(Central Processing Unit :中央處理器）、R0M(Read Only Memory :只 讀存儲器）、RAM (Random Access Memory :隨機存取存儲器）等構成的計算機，以及存儲在 ROM、RAM等中的程序實現。並且，電動機數據表19是快閃記憶體等存儲單元。
[0007] 從商用三相交流電源2供給的交流電壓被整流電路11轉換為直流電壓，轉換後的 直流電壓通過平滑電路12進行平滑化。然後，通過平滑電路12進行平滑化後的直流電壓 被供給到逆變器電路13,通過逆變器電路13對感應電動機1進行直流勵磁或交流勵磁。
[0008] 調諧電壓指令值運算器17在約束試驗中被指示自動調諧時，將三相電壓指令信 號Vu*、Vv*、Vw*輸出到PWM選通信號生成器16,由此從逆變器電路13將直流電壓和單相 交流電壓依次施加到匯總感應電動機1的U相、V相和W相後的端子間。電動機常數運算 器20根據三相電壓指令信號Vu*、Vv*、Vw*、由U相電流檢測器14檢測到的U相電流Iu、以 及由W相電流檢測器15檢測到的W相電流Iw，在施加直流電壓時運算一次電阻，並且在施 加單相交流電壓時運算二次電阻和漏電感。並且，電動機常數運算器20針對勵磁電流以及 自電感和互電感，構成為通過未圖示的輸入單元受理感應電動機1的容量輸入，根據所受 理的容量確定預先存儲在電動機數據表19中的電動機常數。
[0009] 【專利文獻1】日本特開2011-199024號
[0010] 但是，在現有技術中，無法直接測量勵磁電流以及自電感和互電感，因此存在誤差 較大、扭矩的誤差由於無傳感器矢量控制而增大的問題。此外，在現有技術中，必須準備預 先存儲了與要驅動的感應電動機1對應的相似電動機常數的電動機數據表19,在感應電動 機1為特殊電動機等而在電動機數據表19中未存儲相似的電動機常數的情況下，存在無 法確定要驅動的感應電動機1的電動機常數，無法進行利用無傳感器矢量控制的驅動的問 題。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在於鑑於上述問題點，解決現有技術的問題而提供如下所述的感應 電動機的常數測量裝置以及常數測量方法：能夠基於可通過約束試驗直接測量的測量結 果，運算通過無負載試驗測量出的電動機常數。
[0012] 本發明的感應電動機的常數測量裝置，其通過不使軸進行旋轉的約束試驗，測量 在利用三相交流電源進行驅動的感應電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電動機常 數，所述感應電動機的常數測量裝置的特徵在於，具有：電壓施加單元，其向所述感應電動 機施加電壓；電流檢測單元，其檢測流過所述感應電動機的電流；以及電動機常數運算單 元，其使用通過所述電壓施加單元施加到所述感應電動機的電壓值和通過所述電流檢測單 元檢測到的電流值運算所述電動機常數，所述電動機常數運算單元使用能夠利用所述電壓 值和所述電流值直接運算的所述電動機常數、以及所受理的電動機信息，運算作為所述電 動機常數之一的勵磁電流。
[0013] 並且，在本發明的感應電動機的常數測量裝置中，所述電動機常數運算單元可以 根據所述感應電動機的有效功率和視在功率運算功率因數，並根據該功率因數運算所述勵 磁電流。
[0014] 並且，在本發明的感應電動機的常數測量裝置中，所述電動機常數運算單元可以 進行限制處理，通過該限制處理將運算出的所述功率因數收斂到預先設定的上限與下限之 間的範圍內。
[0015] 並且，在本發明的感應電動機的常數測量裝置中，所述電動機常數運算單元可以 受理所述感應電動機的額定電壓、額定電流和容量作為所述電動機信息。
[0016] 此外，本發明的感應電動機的常數測量方法，通過不使軸進行旋轉的約束試驗，測 量在利用三相交流電源進行驅動的感應電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電動機 常數，所述感應電動機的常數測量方法的特徵在於，具有：一次電阻運算處理步驟，通過電 壓施加單元向所述感應電動機施加直流電壓，並且通過電流檢測單元檢測流過所述感應電 動機的電流，通過電動機常數運算單元，使用施加到所述感應電動機的電壓值和流過所述 感應電動機的電流值運算一次電阻；二次電阻運算處理步驟，通過所述電壓施加單元向所 述感應電動機施加交流電壓，並且通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應電動機的電 流，通過所述電動機常數運算單元，根據有效功率、流過所述感應電動機的電流值和所述一 次電阻運算二次電阻；漏電感運算處理步驟，通過所述電壓施加單元向所述感應電動機施 加交流電壓，並且通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應電動機的電流，通過所述電動 機常數運算單元，一併向所述電動機的各個輸入施加交流電壓，並根據流過所述感應電動 機的電流值和所施加的交流電壓的頻率運算漏電感；勵磁電流運算處理步驟，受理所述感 應電動機的額定電壓、額定電流和容量作為電動機信息，通過所述電動機常數運算單元，根 據能夠利用所述電動機信息、所述一次電阻和所述二次電阻運算出的所述感應電動機的有 效功率和視在功率，運算功率因數，並根據該功率因數運算勵磁電流；一次電感運算處理步 驟，受理所述感應電動機的額定頻率作為所述電動機信息，通過所述電動機常數運算單元， 根據所述勵磁電流、所述電動機信息和所述一次電阻運算一次電感；以及互電感運算處理 步驟，通過所述電動機常數運算單元，根據所述一次電感和所述漏電感運算互電感。
[0017] 根據本發明，能夠在不依靠電動機數據表的情況下，基於可通過約束試驗直接測 量的測量結果，運算作為通過無負載試驗測量出的電動機常數的勵磁電流1〇,因此能夠進 行精度高的感應電動機的常數計測，能夠高精度地進行無傳感器矢量控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是示出本發明的感應電動機的常數測量裝置的實施方式結構的電路結構圖。
[0019] 圖2是示出圖1所示的電動機常數運算器的運算動作的流程圖。
[0020] 圖3是向圖1所示的感應電動機施加了直流電壓時的等效電路圖。
[0021] 圖4是向圖1所示的感應電動機施加了單相交流電壓時的等效電路圖。
[0022] 圖5是圖1所示的感應電動機的額定負載時的電流矢量圖。
[0023] 圖6是圖1所示的感應電動機的無負載運轉時的等效電路圖。
[0024] 圖7是示出以往的常數測量裝置的實施方式結構的電路結構圖。
[0025] 標號說明
[0026] 1 :感應電動機；2 :商用三相交流電源；IOUOa :常數測量裝置；11 :整流電路；12 : 平滑電路；13 :逆變器電路；14 :U相電流檢測器；15 :W相電流檢測器；16 :PWM選通信號生 成器；17 :調諧電壓指令值運算器；18 :電流有效值運算器；19 :電動機數據表；20、20a :電 動機常數運算器。
【具體實施方式】
[0027] 接著，參照附圖具體地說明本發明的實施方式。另外，在各圖中，對相同結構標註 相同標號並省略部分說明。
[0028] 參照圖1，本實施方式的常數測量裝置IOa構成為未設置電動機數據表19,在電動 機常數運算器20a中，基於可通過約束試驗直接測量的測量結果，運算以往通過無負載試 驗測量出的電動機常數（勵磁電流以及自電感和互電感）。
[0029] 以下，參照圖2至圖6詳細說明本實施方式的常數測量裝置IOa中的自動調諧動 作。
[0030] 調諧電壓指令值運算器17在約束試驗中被指示自動調諧時，將三相電壓指令信 號Vu*、Vv*、Vw*輸出到PWM選通信號生成器16,由此執行從逆變器電路13將直流電壓施 加到匯總感應電動機1的U相、V相和W相後的端子間的直流電壓施加處理，並且電動機常 數運算器20a執行運算施加到感應電動機1的電壓Vu、和流過感應電動機1的電流iu的平 均值的電壓/電流平均值運算處理（步驟101)。在步驟101中，調諧電壓指令值運算器17 被反饋由電流有效值運算器18運算出的電流有效值I，並以流過感應電動機1的電流不過 大的方式，調整施加電壓（三相電壓指令信號Vu*、Vv*、Vw*)的大小。
[0031] 圖3是步驟101中的直流電壓施加時的感應電動機1的等效電路，電動機常數運 算器20a執行如下的一次電阻運算處理：使用在步驟101中運算出了平均的電壓Vum和電 流ium，通過下式[式1]運算一次電阻R 1 (步驟102)。另外，在一次電阻R1的運算中使用 的電壓Vum和電流ium使用了穩定狀態下的恆定期間內的平均值，由此提高了檢測精度。 [00 32]【式1】
【權利要求】
1. 一種感應電動機的常數測量裝置，所述常數測量裝置通過不使軸進行旋轉的約束試 驗，測量在利用三相交流電源進行驅動的感應電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電 動機常數，所述感應電動機的常數測量裝置的特徵在於，具有： 電壓施加單元，其向所述感應電動機施加電壓； 電流檢測單元，其檢測流過所述感應電動機的電流；以及 電動機常數運算單元，其使用通過所述電壓施加單元施加到所述感應電動機的電壓值 和通過所述電流檢測單元檢測到的電流值運算所述電動機常數， 所述電動機常數運算單元使用能夠利用所述電壓值和所述電流值直接運算的所述電 動機常數、以及所受理的電動機信息，運算作為所述電動機常數之一的勵磁電流。
2. 根據權利要求1所述的感應電動機的常數測量裝置，其特徵在於， 所述電動機常數運算單元根據所述感應電動機的有效功率和視在功率運算功率因數， 並根據該功率因數運算所述勵磁電流。
3. 根據權利要求1或2所述的感應電動機的常數測量裝置，其特徵在於， 所述電動機常數運算單元進行限制處理，該限制處理如下：將運算出的所述功率因數 收斂到預先設定的上限與下限之間的範圍內。
4. 根據權利要求1?3中的任意一項所述的感應電動機的常數測量裝置，其特徵在於， 所述電動機常數運算單元受理所述感應電動機的額定電壓、額定電流和容量作為所述 電動機信息。
5. -種感應電動機的常數測量方法，通過不使軸進行旋轉的約束試驗，測量在利用三 相交流電源進行驅動的感應電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電動機常數，所述感 應電動機的常數測量方法的特徵在於，具有： 一次電阻運算處理步驟，通過電壓施加單元向所述感應電動機施加直流電壓，並且通 過電流檢測單元檢測流過所述感應電動機的電流，通過電動機常數運算單元，使用施加到 所述感應電動機的電壓值和流過所述感應電動機的電流值運算一次電阻； 二次電阻運算處理步驟，通過所述電壓施加單元向所述感應電動機施加交流電壓，並 且通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應電動機的電流，通過所述電動機常數運算單 元，根據有效功率、流過所述感應電動機的電流值和所述一次電阻運算二次電阻； 漏電感運算處理步驟，通過所述電壓施加單元向所述感應電動機施加交流電壓，並且 通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應電動機的電流，通過所述電動機常數運算單元， 一併向所述電動機的各個輸入施加交流電壓，並根據流過所述感應電動機的電流值和所施 加的交流電壓的頻率運算漏電感； 勵磁電流運算處理步驟，受理所述感應電動機的額定電壓、額定電流和容量作為電動 機信息，通過所述電動機常數運算單元，根據能夠利用所述電動機信息、所述一次電阻和所 述二次電阻運算出的所述感應電動機的有效功率和視在功率，運算功率因數，並根據該功 率因數運算勵磁電流； 一次電感運算處理步驟，受理所述感應電動機的額定頻率作為所述電動機信息，通過 所述電動機常數運算單元，根據所述勵磁電流、所述電動機信息和所述一次電阻運算一次 電感；以及 互電感運算處理步驟，通過所述電動機常數運算單元，根據所述一次電感和所述漏電 感運算互電感。
【文檔編號】G01R31/34GK104459536SQ201410408850
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2013年9月20日
【發明者】中島洋一郎 申請人:三墾電氣株式會社