感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置及常數(shù)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置及常數(shù)測量方法。感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置具有：調(diào)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(yīng)電動機(1)施加電壓；U相電流檢測器(14)，其檢測流過感應(yīng)電動機(1)的電流；以及電動機常數(shù)運算器(20a)，其使用電壓(Vu)和電流值(iu)運算電動機常數(shù)(一次電阻、二次電阻和漏電感)，電動機常數(shù)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(shù)(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(shù)之一的勵磁電流(I0)。
【專利說明】感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置及常數(shù)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通過約束試驗測量感應(yīng)電動機的電動機常數(shù)的感應(yīng)電動機的常數(shù)測 量裝置以及常數(shù)測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在高性能地控制感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電動機的多個電動機常數(shù)。因此，在要使用的感應(yīng)電動機 不確定的通用逆變器中，具有自動測量感應(yīng)電動機的電動機常數(shù)的自動調(diào)諧功能，使得即 便使用各種各樣的感應(yīng)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(shù)：使交流電動機在穩(wěn)定狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，根據(jù)對 此時的1次角頻率指令進行積分后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(yīng)電流和無效功率的相應(yīng)電流，并根據(jù)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(yīng)電流和無效功率的相應(yīng)電流，運算電動機的1次自電感。
[0004] 在感應(yīng)電動機的電動機常數(shù)的自動調(diào)諧（自動測量）在JEC - 37 (電氣協(xié)會電氣 規(guī)格調(diào)查會標準規(guī)格）中示出，通過進行基于約束試驗和無負載試驗的處理來實現(xiàn)。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，并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] 這里，無負載試驗需要在基本未連接任何負載的狀態(tài)下實施，但實際上在使用感 應(yīng)電動機的設(shè)備中，難以分開感應(yīng)電動機單體，大多必須在不使感應(yīng)電動機旋轉(zhuǎn)的情況下 進行電動機常數(shù)的測量。因此，在測量感應(yīng)電動機1的電動機常數(shù)的以往的常數(shù)測量裝置 10中，如圖7所示，對于在不使感應(yīng)電動機1旋轉(zhuǎn)時無法直接計測的電動機常數(shù)即勵磁電流 以及自電感和互電感，按照感應(yīng)電動機1的每個容量設(shè)置預(yù)先存儲的電動機數(shù)據(jù)表19,僅 進行可直接測量的電動機常數(shù)的更新。
[0006] 參照圖7,以往的常數(shù)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(diào)諧電壓指令值運算器17、 電流有效值運算器18、電動機數(shù)據(jù)表19和電動機常數(shù)運算器20。另外，整流電路11通過 二極管實現(xiàn)，平滑電路12通過電容器實現(xiàn)，逆變器電路13通過功率開關(guān)元件實現(xiàn)。此外， PWM選通信號生成器16、調(diào)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(shù)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(gòu)成的計算機，以及存儲在 ROM、RAM等中的程序?qū)崿F(xiàn)。并且，電動機數(shù)據(jù)表19是閃存等存儲單元。
[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(zhuǎn)換為直流電壓，轉(zhuǎn)換后的 直流電壓通過平滑電路12進行平滑化。然后，通過平滑電路12進行平滑化后的直流電壓 被供給到逆變器電路13,通過逆變器電路13對感應(yīng)電動機1進行直流勵磁或交流勵磁。
[0008] 調(diào)諧電壓指令值運算器17在約束試驗中被指示自動調(diào)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(yīng)電動機1的U相、V相和W相后的端子間。電動機常數(shù)運算 器20根據(jù)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，并且在施 加單相交流電壓時運算二次電阻和漏電感。并且，電動機常數(shù)運算器20針對勵磁電流以及 自電感和互電感，構(gòu)成為通過未圖示的輸入單元受理感應(yīng)電動機1的容量輸入，根據(jù)所受 理的容量確定預(yù)先存儲在電動機數(shù)據(jù)表19中的電動機常數(shù)。
[0009] 【專利文獻1】日本特開2011-199024號
[0010] 但是，在現(xiàn)有技術(shù)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、扭矩的誤差由于無傳感器矢量控制而增大的問題。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，必須準備預(yù) 先存儲了與要驅(qū)動的感應(yīng)電動機1對應(yīng)的相似電動機常數(shù)的電動機數(shù)據(jù)表19,在感應(yīng)電動 機1為特殊電動機等而在電動機數(shù)據(jù)表19中未存儲相似的電動機常數(shù)的情況下，存在無 法確定要驅(qū)動的感應(yīng)電動機1的電動機常數(shù)，無法進行利用無傳感器矢量控制的驅(qū)動的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于鑒于上述問題點，解決現(xiàn)有技術(shù)的問題而提供如下所述的感應(yīng) 電動機的常數(shù)測量裝置以及常數(shù)測量方法：能夠基于可通過約束試驗直接測量的測量結(jié) 果，運算通過無負載試驗測量出的電動機常數(shù)。
[0012] 本發(fā)明的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置，其通過不使軸進行旋轉(zhuǎn)的約束試驗，測量 在利用三相交流電源進行驅(qū)動的感應(yīng)電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電動機常 數(shù)，所述感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置的特征在于，具有：電壓施加單元，其向所述感應(yīng)電動 機施加電壓；電流檢測單元，其檢測流過所述感應(yīng)電動機的電流；以及電動機常數(shù)運算單 元，其使用通過所述電壓施加單元施加到所述感應(yīng)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(shù)，所述電動機常數(shù)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(shù)、以及所受理的電動機信息，運算作為所述電 動機常數(shù)之一的勵磁電流。
[0013] 并且，在本發(fā)明的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置中，所述電動機常數(shù)運算單元可以 根據(jù)所述感應(yīng)電動機的有效功率和視在功率運算功率因數(shù)，并根據(jù)該功率因數(shù)運算所述勵 磁電流。
[0014] 并且，在本發(fā)明的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置中，所述電動機常數(shù)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(shù)收斂到預(yù)先設(shè)定的上限與下限之 間的范圍內(nèi)。
[0015] 并且，在本發(fā)明的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置中，所述電動機常數(shù)運算單元可以 受理所述感應(yīng)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(fā)明的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量方法，通過不使軸進行旋轉(zhuǎn)的約束試驗，測 量在利用三相交流電源進行驅(qū)動的感應(yīng)電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電動機 常數(shù)，所述感應(yīng)電動機的常數(shù)測量方法的特征在于，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(yīng)電動機施加直流電壓，并且通過電流檢測單元檢測流過所述感應(yīng)電 動機的電流，通過電動機常數(shù)運算單元，使用施加到所述感應(yīng)電動機的電壓值和流過所述 感應(yīng)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(yīng)電動機施加交流電壓，并且通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應(yīng)電動機的電 流，通過所述電動機常數(shù)運算單元，根據(jù)有效功率、流過所述感應(yīng)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(yīng)電動機施 加交流電壓，并且通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應(yīng)電動機的電流，通過所述電動 機常數(shù)運算單元，一并向所述電動機的各個輸入施加交流電壓，并根據(jù)流過所述感應(yīng)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(yīng)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(shù)運算單元，根 據(jù)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(yīng)電動機的有 效功率和視在功率，運算功率因數(shù)，并根據(jù)該功率因數(shù)運算勵磁電流；一次電感運算處理步 驟，受理所述感應(yīng)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(shù)運算單元， 根據(jù)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(shù)運算單元，根據(jù)所述一次電感和所述漏電感運算互電感。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，能夠在不依靠電動機數(shù)據(jù)表的情況下，基于可通過約束試驗直接測 量的測量結(jié)果，運算作為通過無負載試驗測量出的電動機常數(shù)的勵磁電流1〇,因此能夠進 行精度高的感應(yīng)電動機的常數(shù)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(fā)明的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置的實施方式結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖2是示出圖1所示的電動機常數(shù)運算器的運算動作的流程圖。
[0020] 圖3是向圖1所示的感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)電動機的無負載運轉(zhuǎn)時的等效電路圖。
[0024] 圖7是示出以往的常數(shù)測量裝置的實施方式結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 標號說明
[0026] 1 :感應(yīng)電動機；2 :商用三相交流電源；IOUOa :常數(shù)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(diào)諧電壓指令值運算器；18 :電流有效值運算器；19 :電動機數(shù)據(jù)表；20、20a :電 動機常數(shù)運算器。

【具體實施方式】
[0027] 接著，參照附圖具體地說明本發(fā)明的實施方式。另外，在各圖中，對相同結(jié)構(gòu)標注 相同標號并省略部分說明。
[0028] 參照圖1，本實施方式的常數(shù)測量裝置IOa構(gòu)成為未設(shè)置電動機數(shù)據(jù)表19,在電動 機常數(shù)運算器20a中，基于可通過約束試驗直接測量的測量結(jié)果，運算以往通過無負載試 驗測量出的電動機常數(shù)（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(shù)測量裝置IOa中的自動調(diào)諧動 作。
[0030] 調(diào)諧電壓指令值運算器17在約束試驗中被指示自動調(diào)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(zhí)行從逆變器電路13將直流電壓施 加到匯總感應(yīng)電動機1的U相、V相和W相后的端子間的直流電壓施加處理，并且電動機常 數(shù)運算器20a執(zhí)行運算施加到感應(yīng)電動機1的電壓Vu、和流過感應(yīng)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(diào)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，并以流過感應(yīng)電動機1的電流不過 大的方式，調(diào)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(yīng)電動機1的等效電路，電動機常數(shù)運 算器20a執(zhí)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(wěn)定狀態(tài)下的恒定期間內(nèi)的平均值，由此提高了檢測精度。 [00 32]【式1】

【權(quán)利要求】
1. 一種感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置，所述常數(shù)測量裝置通過不使軸進行旋轉(zhuǎn)的約束試 驗，測量在利用三相交流電源進行驅(qū)動的感應(yīng)電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電 動機常數(shù)，所述感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置的特征在于，具有： 電壓施加單元，其向所述感應(yīng)電動機施加電壓； 電流檢測單元，其檢測流過所述感應(yīng)電動機的電流；以及 電動機常數(shù)運算單元，其使用通過所述電壓施加單元施加到所述感應(yīng)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(shù)， 所述電動機常數(shù)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(shù)、以及所受理的電動機信息，運算作為所述電動機常數(shù)之一的勵磁電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置，其特征在于， 所述電動機常數(shù)運算單元根據(jù)所述感應(yīng)電動機的有效功率和視在功率運算功率因數(shù)， 并根據(jù)該功率因數(shù)運算所述勵磁電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置，其特征在于， 所述電動機常數(shù)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(shù) 收斂到預(yù)先設(shè)定的上限與下限之間的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任意一項所述的感應(yīng)電動機的常數(shù)測量裝置，其特征在于， 所述電動機常數(shù)運算單元受理所述感應(yīng)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(yīng)電動機的常數(shù)測量方法，通過不使軸進行旋轉(zhuǎn)的約束試驗，測量在利用三 相交流電源進行驅(qū)動的感應(yīng)電動機的無傳感器矢量控制中使用的多個電動機常數(shù)，所述感 應(yīng)電動機的常數(shù)測量方法的特征在于，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(yīng)電動機施加直流電壓，并且通 過電流檢測單元檢測流過所述感應(yīng)電動機的電流，通過電動機常數(shù)運算單元，使用施加到 所述感應(yīng)電動機的電壓值和流過所述感應(yīng)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(yīng)電動機施加交流電壓，并 且通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應(yīng)電動機的電流，通過所述電動機常數(shù)運算單 元，根據(jù)有效功率、流過所述感應(yīng)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(yīng)電動機施加交流電壓，并且 通過所述電流檢測單元檢測流過所述感應(yīng)電動機的電流，通過所述電動機常數(shù)運算單元， 一并向所述電動機的各個輸入施加交流電壓，并根據(jù)流過所述感應(yīng)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(yīng)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(shù)運算單元，根據(jù)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(yīng)電動機的有效功率和視在功率，運算功率因數(shù)，并根據(jù)該功 率因數(shù)運算勵磁電流； 一次電感運算處理步驟，受理所述感應(yīng)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(shù)運算單元，根據(jù)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(shù)運算單元，根據(jù)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(yōu)先權(quán)日:2013年9月20日
【發(fā)明者】中島洋一郎 申請人:三墾電氣株式會社