All Time Torque Monitoring Method for Inverter-Fed AC Motors and Application to Failure Diagnosis

变频交流电机全时扭矩监测方法及其在故障诊断中的应用

基本信息

批准号：
22K04060
负责人：
山本修
金额：
$ 2.66万
依托单位：
独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構職業能力開発総合大学校(能力開発院、基盤整備センター)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、運転中の交流電動機端子間の電圧と電流の波形計測情報から電動機のトルクを高精度に常時トルク監視しながら各種の故障を検知できる手法を開発するものである。本年度は、改良型のトルク推定アリゴリズムを開発し実験によってその妥当性を明らかにすることができた。技術的な貢献は次のとおりである。（１）位置速度センサレス制御技術を導入することで、トルク計のみならず速度計の設置も不要にした。（２）効率改善や速度範囲拡大を目的として磁束レベルを可変する運転を伴う電動機への適用を可能にした。（３）我が国や欧米の電動機特性算定法に関する標準規格に見られる百分率漂遊負荷損の仮定値を用いることなく、一般的な無負荷試験と電動機銘板情報からモータ個々の特性を反映した百分率漂遊負荷損の推定値を求める新規な手段を考案した。上述した改良型トルク推定アルゴリズムを0.4kWの供試機に適用した実施例（トルクの推定値と実測値の比較）に基づいて、正弦波駆動時、非正弦波駆動時（方形波駆動時、PWM（パルス幅変調）駆動時）の何れの場合においても、定格速度、中速度、低速度（磁束レベル低減時を含む）の全速度域で±１％のトルクの推定精度を達成することを確認した。また、漂遊負荷損によるトルク減少分の定式化に際しては、漂遊負荷損がトルクの二乗に比例するモデルよりも、漂遊負荷損が回転子鎖交ベクトルを基準としたときのトルク分電流の二乗に比例するモデルの方が、トルク推定精度を向上できることを確認した。

这项研究开发了一种方法，可以检测各种类型的故障，同时根据运行期间交流电机端子之间的电压和电流的波形测量信息，持续高精度地监控电机扭矩。今年，我们开发了一种改进的扭矩估计算法，并通过实验证明了其有效性。技术贡献如下。 (1) 通过引入位置/速度无传感器控制技术，我们不仅不需要安装扭矩计，还不需要安装速度计。 (2) 可以将其应用于以可变磁通水平运行的电动机，以提高效率并扩大速度范围。 (3) 根据一般空载测试和电机铭牌信息，反映每台电机特性的杂散负载百分比，不使用日本、欧洲和美国电机特性计算标准中的杂散负载损耗百分比假设值我们设计了一种确定损失估计的新方法。基于将上述改进的扭矩估计算法应用于 0.4 kW 试验机的示例（估计扭矩值与测量扭矩值的比较），获得以下结果：在所有 PWM（脉冲宽度调制）驱动情况下），在所有速度范围内均可实现±1%的扭矩估算精度：额定速度、中速和低速（包括磁通量水平降低时）。此外，当制定由于杂散负载损耗而导致的扭矩减小时，当转子连杆矢量为时，杂散负载损耗与扭矩分量电流的平方成正比，而不是杂散负载损耗与扭矩的平方成正比的模型。我们证实比例模型可以提高扭矩估计精度。