JPH06217585A - トルク推定機能を有する配電装置 - Google Patents

トルク推定機能を有する配電装置

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JPH06217585A
JPH06217585A JP5240218A JP24021893A JPH06217585A JP H06217585 A JPH06217585 A JP H06217585A JP 5240218 A JP5240218 A JP 5240218A JP 24021893 A JP24021893 A JP 24021893A JP H06217585 A JPH06217585 A JP H06217585A
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JP
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current
voltage
motor
torque
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP5240218A
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English (en)
Inventor
Gerald B Kliman
ジェラルド・バート・クリマン
Kamakshi Srinivasan
カマクシ・スリニバサン
Doncker Rik Wivina Anna A De
リック・ビフィーナ・アンナ・アデルソン・ドゥ・ドンカー
David Eric Ritscher
デイビッド・エリック・リッシャー
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0822—Integrated protection, motor control centres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータ駆動式システムを過電流および不足電
圧から保護する遮断器または接触器を提供する。 【構成】 電流および電圧センサ、１６−１８，３２−
３４と、モータ用の接点４６−４８を開閉する作動手段
４４と、上記センサにより検知された電流および電圧に
応じて作動手段を制御するコンピュータ手段３１とを有
し、コンピュータ手段はさらに上記検知された電流およ
び電圧から電磁出力トルクの正確な推定値を得るトルク
推定手段５０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概して配電装置に関す
る。更に詳しくは、本発明は、内部に使用されている遮
断器または接触器センサからトルク測定値を導き出すト
ルク推定装置を有する遮断器または接触器に関する。
【０００２】
【従来の技術】モータシステムにおいては、特にモータ
（電動機）が例えばポンプまたはバルブのような複素負
荷を駆動するように使用されている場合にモータの発生
するトルクを監視することがしばしば必要である。電気
機械トルク変換システムが時々使用されるが、物理的制
約、高い価格、ならびに信頼性および頑丈さの不足によ
り制限される。トルクを監視する最近の代わりの方法
は、駆動モータに供給される３相のうちの１つにおいて
単一の変流器によって検知される電流に依存している。
特に、電流はモータによって出力される実際のトルクに
比例した値を表していると考えられる。
【０００３】しかしながら、不幸なことに、誘導モータ
の定常等価回路から得られるように、電流と出力トルク
（または軸トルク）との間の関係は、一定ではなく、図
１に示すように力率および効率の両方が異なる負荷およ
び速度で変化するにつれて変化する。電流と軸トルクと
の間の関係に影響を与える他の要因には回転子の電気的
および機械的時定数および飽和がある。従って、電流を
使用して、負荷の状態および障害の性質を推論すると、
重大な誤りが生ずることになる。
【０００４】誘導モータの出力トルクを監視する他の方
法には、モータの電流および電圧に加えて、モータのパ
ラメータ（例えば、回転子および固定子の抵抗、漏洩イ
ンダクタンスおよび磁化インダクタンス）およびモータ
速度の情報を必要とするモデルベース方法がある。しか
しながら、不幸にして、モータのパラメータは設定、測
定または推定しなければならず、また過渡的な状態にお
ける推定は難しく、複雑な計算を必要とする。
【０００５】従って、電流および電圧情報の両方を使用
して誘導モータのトルクを正確に推定する手段を提供す
ることが好ましい。前記情報は過電流および不足電圧か
らモータを保護するように機能する遮断器センサから得
られる。同様に、このような情報はモータ制御センタの
接触器センサまたは同様な装置から得られる。更に、モ
ータのパラメータまたは速度の測定値を必要とすること
なく、上述したようなトルク測定値を得ることが好まし
い。
【０００６】
【発明の概要】過電流および不足電圧からモータ駆動式
システムを保護する遮断器は、電流および電圧センサ、
および検知した電流および電圧からトルク測定値を発生
するトルク推定手段を有する。トルク推定手段は遮断器
用のコンピュータ制御チップ上のソフトウエアで実施さ
れる。従って、有益なことに、モータ軸に対する負荷の
状態が、モータの速度またはパラメータの情報を必要と
することなく、正確に決定される。
【０００７】同様に、接触器は電流および電圧センサ、
および検知した電流および電圧からトルク測定値を発生
するトルク推定手段を有する。本発明の特徴および利点
は添付図面とともに本発明の次に示す詳細な説明を閲読
することにより明らかになるであろう。
【０００８】
【詳しい説明】図２は、本発明のモータ駆動式システム
用の遮断器または接触器の構成を示す図であり、モータ
の出力トルクの正確な測定値を得る手段を有している。
図２の遮断器または接触器は、ケース１０内に設けられ
ている。入力線路１２−１４は３相交流電源（図示せ
ず）に接続されている。線路１２−１４の電流はそれぞ
れ電流センサ１６−１８によって検知される。これらの
電流センサはそれぞれ図２において変流器として示され
ている。しかしながら、例えばホール効果電流センサま
たは磁束ナルシステム（flux-null system）のような他
の適当な電流センサを使用してもよい。各変流器はそれ
ぞれのコア２４−２６の周りに巻回されたコイル２０−
２２を有している。抵抗２８−３０がそれぞれ各コイル
２０−２２の両端間に接続されて、それぞれの抵抗２８
−３０の両端間の電圧がそれぞれ対応する入力線路１２
−１４を通る電流に比例する。各変流器の出力は遮断器
を制御するコンピュータシステム３１に供給される。
【０００９】図１の遮断器または接触器は、各モータ相
の電圧を検知する電圧センサ３２−３４を更に有する。
電圧センサは計器用変圧器３６−３８および抵抗分圧器
４０−４２を有して示されている。しかしながら、容量
または抵抗分圧器のような他の適当な電圧センサを使用
してもよい。各分圧器４０−４２の出力電圧は、（アナ
ログ−ディジタルＡ／Ｄ変換器４３を介して）コンピュ
ータシステム３１に供給され、該電圧はそれぞれのモー
タ相電圧に比例している。
【００１０】接点アクチュエータ４４が出力ドライバ回
路４５を介してコンピュータシステム３１によって制御
され、周知のように電流センサ１６−１８によって検知
されるような過電流または不足電圧（すなわち、遮断器
用）または他の所定の電流信号（すなわち、接触器用）
に応答して接点４６−４８を開放または閉成する。代わ
りとして、アクチュエータ４４は本技術分野で周知の方
法に従って遠隔指令によりコンピュータシステム３１を
介して制御されてもよい。
【００１１】コンピュータシステム３１は、更にトルク
推定値をインジケータ／インタフェース５２に供給する
トルク推定手段５０を有する。該インジケータ／インタ
フェース５２は図示のようにトルク測定値を通信ネット
ワークに供給するか、または所望により局部的または遠
隔的なトルク測定値の読み出しを可能とする。本発明に
よれば、トルク推定手段５０は、センサ１６−１８およ
び３２−３４からのそれぞれの電流および電圧測定値に
応じて電気機械における電磁トルクＴ e の次に示す式を
使用してトルク推定値を発生する。
【００１２】
【数７】
【００１３】ここにおいて、Ｌ（θ）はモータのインダ
クタンスマトリックスを表し、ｉT は電流ベクトルｉの
転置行列を表し、ここで ｉ＝［ｉs1，ｉs2，ｉs3，ｉr1，ｉr2，ｉr3］ および
【００１４】
【数８】
【００１５】ｉsiは３相固定子電流を表し、ｉriは３相
回転子電流を表す（下付文字ｉ＝１，２，３）。同様
に、３相固定子および回転子電圧は次に示すベクトルに
よって表される。 ｖ＝［ｖsi，ｖs2，ｖs3，ｖr1，ｖr2，ｖr3］ それから、電圧は鎖交磁束を得るために積分される。
【００１６】 λ＝［λs1，λs2，λs3，λr1，λr2，λr3］ 式（１）のすべての変数を固定子基準系に、および３相
から２相座標系に周知の方法で変換すると、電磁トルク
Ｔe は固定子鎖交磁束および固定子電流に関して次のよ
うに表される。
【００１７】
【数９】
【００１８】ここで、ｐは極対の数を表し、λsd，
λsq，ｉsd，およびｉsqはそれぞれ固定子磁束および固
定子電流の２相成分である。固定子電流および固定子電
圧の変換された２相成分は３相成分を用いて次のように
表される。
【００１９】
【数１０】
【００２０】また、固定子電流および固定子磁束の変換
された成分は次のように関連付けることができる。
【００２１】
【数１１】
【００２２】ここで、ｒs は固定子抵抗を表している。
固定子電圧および電流は上述したように電圧および電流
センサによって測定され、固定子抵抗ｒs は容易に測定
される。（固定子抵抗の測定値を使用することによって
トルク推定値の精度が改良される。）トルクは式（２）
および（３）を使用したトルク推定手段５０によってこ
れらの測定値から正確に決定される。
【００２３】比較のため、図３は電気機械トルク変換器
を使用した３相モータの動作中において測定されたトル
クを示し、図４は本発明によって推定されたトルクを示
している。図５はＲＭＳモータ電流を示している。図３
および図４のグラフを比較すると、本発明のトルク推定
手段は正確なトルク推定値を提供していることが明らか
である。実際、トルク推定手段はゼロトルクにおいてト
ルク変換器よりもトルクの更に良好な測定を行う。更
に、図５のグラフは、図３および図４のグラフと比較し
て、電流が如何にモータの発生する実際のトルクを表わ
すものでないことを例証している。
【００２４】別の実施例によれば、電圧および電流セン
サは、図２の点線で示すように、コンピュータシステム
３１および遮断器または接触器から分離されたモジュー
ル８０内に設けられる。このようにして、より高精度の
電圧および電流測定値、従ってトルク推定値が小型化部
品を使用することなく得られる。更に別の実施例では、
図６に示すように、（１）電流および電圧センサ（変流
器ＣＴおよび計器用変圧器ＰＴとして示されている）、
（２）変更したコンピュータシステム３１’を有する
（すなわち、トルク推定手段のない）遮断器または接触
器１０’、および（３）トルク推定手段５０’を有する
３モジュール構成にしてある。この実施例では、トルク
推定手段は遮断器または接触器１０’の電子回路から分
離されたそれ自身の電子回路、すなわちＡ／Ｄ変換器お
よび制御部を有する。
【００２５】有益なことに、本発明の遮断器は単一のパ
ッケージ内に過電流および不足電圧保護機能および高精
度トルク推定機能を有する。同様に、本発明の接触器は
トルク推定機能を有する。従って、モータ駆動式負荷の
状態およびモータまたは負荷における障害の性質を正確
にかつ高い信頼性をもって確定することができる。本発
明の好適実施例について図示し説明したが、このような
実施例は単なる一例として示されたものであることは明
らかであろう。本技術分野に専門知識を有する者には本
発明から逸脱することなく多くの変形、変更および置き
換えが可能であろう。従って、本発明は特許請求の範囲
および精神によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的なモータの線路電流の関数としての軸ト
ルクを表すグラフである。
【図２】本発明によるトルク推定手段を有する遮断器ま
たは接触器を示す回路図である。
【図３】従来の機械的方法によるトルク測定値を示すグ
ラフである。
【図４】本発明によるトルク推定値を示すグラフであ
る。
【図５】ＲＭＳモータ電流を示すグラフである。
【図６】図２の遮断器または接触器の別の実施例を示す
ブロック図である。
【符号の説明】 １０ ケース １２−１４ 入力線路 １６−１８ 電流センサ ２０−２２ コイル ２４−２６ コア ２８−３０ 抵抗 ３１ コンピュータシステム ３２−３４ 電圧センサ ３６−３８ 計器用変圧器 ４０−４２ 分圧器 ４４ 接点アクチュエータ ４６−４８ 接点 ５０ トルク推定手段 ５２ インジケータ／インタフェース
フロントページの続き (72)発明者 カマクシ・スリニバサン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ケ ンブリッジ、モモライアル・ドライブ、 350、グリーン・ホール、305番 (72)発明者 リック・ビフィーナ・アンナ・アデルソ ン・ドゥ・ドンカー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ロウゼンデイル・ロード、2386 番 (72)発明者 デイビッド・エリック・リッシャー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、トロ イ、パインウッズ・アベニュー、33番

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータの各相の電流を測定する電流検知
    手段と、 モータの各相の電圧を測定する電圧検知手段と、 モータの各相内において動作し得るように接続された一
    対の接点を制御するとともに、前記電流検知手段による
    過電流状態または前記電圧検知手段による不足電圧状態
    の指示に応答して前記接点を分離または閉成する作動手
    段と、 前記電流検知手段および前記電圧検知手段からの各電流
    および電圧測定値を受けて、該測定値に応答して前記作
    動手段を制御するコンピュータ手段であって、前記電流
    および電圧測定値からモータの出力トルクを推定するト
    ルク推定手段を含んでいるコンピュータ手段と、 を有するモータ駆動式システム用の遮断器。
  2. 【請求項２】 前記モータは３相であり、前記トルク推
    定手段は前記電流および電圧測定値を２相固定子基準系
    に変換し、次式のように出力トルクＴe を導き出し、 【数１】 ここで、λsd、λsq、ｉsd、およびｉsqはそれぞれ固定
    子磁束および電流測定値の変換された２相成分であり、
    ｐは極対の数を表し、 【数２】 ここで、ｖsdおよびｖsqは変換された２相電圧測定値を
    表し、ｒs は固定子抵抗を表す請求項１記載の遮断器。
  3. 【請求項３】 前記電流検知手段は電流検知変流器を有
    する請求項１記載の遮断器。
  4. 【請求項４】 前記電圧検知手段は計器用変圧器を有す
    る請求項１記載の遮断器。
  5. 【請求項５】 エンクロージャ用のケースを更に有する
    請求項１記載の遮断器。
  6. 【請求項６】 前記電流検知手段および前記電圧検知手
    段は、前記作動手段、前記接点、および前記コンピュー
    タ手段から分離された検知モジュール内に設けられてい
    る請求項１記載の遮断器。
  7. 【請求項７】 前記コンピュータ手段を通信手段に接続
    し、前記コンピュータ手段を介して前記作動手段を遠隔
    制御する手段を更に有する請求項１記載の遮断器。
  8. 【請求項８】 前記電圧および電流検知手段、前記作動
    手段、および前記トルク推定手段は、それぞれ別々のモ
    ジュール内にパッケージ化されている請求項１記載の遮
    断器。
  9. 【請求項９】 モータの各相の電流を測定する電流検知
    手段と、 モータの各相の電圧を測定する電圧検知手段と、 モータの各相内において動作し得るように接続された一
    対の接点を制御するとともに、制御信号に応答して前記
    接点を分離または閉成する作動手段と、 前記電流検知手段および前記電圧検知手段からの各電流
    および電圧測定値を受けて、該測定値に応答して前記作
    動手段を制御するコンピュータ手段であって、前記電流
    および電圧測定値からモータの出力トルクを推定するト
    ルク推定手段を含むコンピュータ手段と、 を有するモータ駆動式システム用の接触器。
  10. 【請求項１０】 前記モータは３相であり、前記トルク
    推定手段は前記電流および電圧測定値を２相固定子基準
    系に変換し、次式のように出力トルクＴe を導き出し、 【数３】 ここで、λsd、λsq、ｉsd、およびｉsqはそれぞれ固定
    子磁束および電流測定値の変換された２相成分であり、
    ｐは極対の数を表し、 【数４】 ここで、ｖsdおよびｖsqは変換された２相電圧測定値を
    表し、ｒs は固定子抵抗を表す請求項９記載の接触器。
  11. 【請求項１１】 前記電流検知手段は電流検知変流器を
    有する請求項９記載の接触器。
  12. 【請求項１２】 前記電圧検知手段は計器用変圧器を有
    する請求項９記載の接触器。
  13. 【請求項１３】 エンクロージャ用のケースを更に有す
    る請求項９記載の接触器。
  14. 【請求項１４】 前記電流検知手段および前記電圧検知
    手段は、前記作動手段、前記接点、および前記コンピュ
    ータ手段から分離された検知モジュール内に設けられて
    いる請求項９記載の接触器。
  15. 【請求項１５】 前記コンピュータ手段を通信手段に接
    続し、前記コンピュータ手段を介して前記作動手段を遠
    隔制御する手段を更に有する請求項９記載の接触器。
  16. 【請求項１６】 前記電圧および電流検知手段、前記作
    動手段、および前記トルク推定手段は、それぞれ別々の
    モジュール内にパッケージ化されている請求項９記載の
    接触器。
  17. 【請求項１７】 モータの各相の電流を測定する電流検
    知手段と、 モータの各相の電圧を測定する電圧検知手段と、 モータを制御する作動手段と、 前記作動手段を制御するコンピュータ手段であって、前
    記電流検知手段および前記電圧検知手段からの各電流お
    よび電圧測定値を受けて、該測定値からモータの出力ト
    ルクを推定するトルク推定手段を含むコンピュータ手段
    と、 前記トルク推定手段を通信手段に接続し、前記トルク推
    定手段からの出力トルク推定値に応答してモータを遠隔
    制御する手段と、 を有するモータ制御センタの配電システム。
  18. 【請求項１８】 前記モータは３相であり、前記トルク
    推定手段は前記電流および電圧測定値を２相固定子基準
    系に変換し、次式のように出力トルクＴe を導き出し、 【数５】 ここで、λsd、λsq、ｉsd、およびｉsqはそれぞれ固定
    子磁束および電流測定値の変換された２相成分であり、
    ｐは極対の数を表し、 【数６】 ここで、ｖsdおよびｖsqは変換された２相電圧測定値を
    表し、ｒs は固定子抵抗を表す請求項１７記載の配電シ
    ステム。
  19. 【請求項１９】 前記電流検知手段は電流検知変流器を
    有する請求項１７記載の配電システム。
  20. 【請求項２０】 前記電圧検知手段は計器用変圧器を有
    する請求項１７記載の配電システム。
  21. 【請求項２１】 前記電流検知手段および前記電圧検知
    手段は前記トルク推定手段から分離された検知モジュー
    ル内に設けられている請求項１７記載の配電システム。
JP5240218A 1992-10-02 1993-09-28 トルク推定機能を有する配電装置 Pending JPH06217585A (ja)

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US07/955,808 US5345158A (en) 1992-10-02 1992-10-02 Electrical distribution equipment with torque estimating capability
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CA002108403A CA2108403C (en) 1992-10-02 1993-10-14 Electrical distribution equipment with torque estimating capability

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