JP7460480B2 - Three-phase heater phase current detection device and method - Google Patents
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Description
本発明は、デルタ結線の三相ヒータに流れる相電流を計算するための三相ヒータ相電流検出技術に関する。 The present invention relates to a three-phase heater phase current detection technology for calculating the phase currents flowing through a delta-connected three-phase heater.
三相ヒータを構成する3つの抵抗器は、初期の抵抗値と実際に測定した抵抗値との比較結果により寿命が判断される。このため、三相ヒータの寿命診断において、各抵抗器の抵抗値を測定することは極めて有効である。しかし、三相ヒータの多くは各抵抗器が一体化されているため、これら抵抗器に印加される電圧や電流を個別に直接検出することは難しい。例えば、デルタ結線の場合には相電流を直接検出することは難しく、スター結線の場合には相電圧を直接検出することは難しい。
従来、このような三相ヒータにおける各抵抗器の抵抗値を検出する際、相電流を推定する技術が提案されている(例えば、特許文献1など参照)。
The lifespan of the three resistors constituting the three-phase heater is determined based on the comparison result between the initial resistance value and the actually measured resistance value. Therefore, in diagnosing the lifespan of a three-phase heater, it is extremely effective to measure the resistance value of each resistor. However, in many three-phase heaters, each resistor is integrated, so it is difficult to directly detect the voltage and current applied to these resistors individually. For example, in the case of delta connection, it is difficult to directly detect the phase current, and in the case of star connection, it is difficult to directly detect the phase voltage.
Conventionally, a technique has been proposed for estimating phase current when detecting the resistance value of each resistor in such a three-phase heater (see, for example, Patent Document 1).
前述した従来技術では、三相電源の相間の角度が既知のとき、相電流の推定値をフィードバック処理することにより相電流の推定値を更新している。したがって、相電流を推定する際、フィードバック処理すなわち繰り返し演算を行う必要がある。しかし、三相ヒータの種類によっては、周囲温度に対する抵抗値変化が大きいことがある。このため、繰り返し演算を行う手法によれば、抵抗値の変化に起因して、推定値の追従が遅くなるという問題点があった。 In the prior art described above, when the angle between the phases of a three-phase power supply is known, the estimated value of the phase current is updated by performing feedback processing on the estimated value of the phase current. Therefore, when estimating the phase current, it is necessary to perform feedback processing, that is, repeated calculations. However, depending on the type of three-phase heater, the change in resistance value with respect to ambient temperature may be large. For this reason, the method of performing repeated calculations has a problem in that tracking of the estimated value becomes slow due to changes in the resistance value.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、繰り返し演算を必要とすることなく、デルタ結線の三相ヒータに流れる相電流を計算できる三相ヒータ相電流検出技術を提供することを目的としている。 The present invention is intended to solve these problems, and aims to provide a three-phase heater phase current detection technology that can calculate the phase current flowing through a delta-connected three-phase heater without the need for repeated calculations.
このような目的を達成するために、本発明にかかる三相ヒータ相電流検出装置は、デルタ結線された3つの抵抗器を有する三相ヒータに対して、3本の給電線を介してそれぞれ印加される線電流を検出するように構成された検出回路と、前記検出回路で検出した前記線電流に基づいて、前記3つの抵抗器のそれぞれに流れる相電流を計算するように構成された演算処理回路とを備え、前記演算処理回路は、前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算部と、前記線電流の実効値に基づいて、前記線電流と前記相電流の角度を計算するように構成された角度計算部と、前記線電流の実効値と前記角度とに基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算部とを備えている。 In order to achieve such an object, the three-phase heater phase current detection device according to the present invention applies voltage to a three-phase heater having three resistors connected in delta through three power supply lines. a detection circuit configured to detect a line current detected by the detection circuit; and an arithmetic processing configured to calculate a phase current flowing through each of the three resistors based on the line current detected by the detection circuit. and an effective value calculation unit configured to calculate an effective value of the line current, and an angle between the line current and the phase current based on the effective value of the line current. and a phase current calculation section configured to calculate the effective value of the phase current based on the effective value of the line current and the angle. .
また、本発明にかかる上記三相ヒータ相電流検出装置の一構成例は、前記角度計算部が、前記線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの内角角度を計算し、得られた内角角度に基づいて、前記線電流と前記相電流の角度を計算するように構成されている。 Further, in one configuration example of the three-phase heater phase current detection device according to the present invention, the angle calculation unit calculates three interior angles of a triangle whose three sides are the effective values of the line current, and The angle between the line current and the phase current is calculated based on the internal angle.
また、本発明にかかる上記三相ヒータ相電流検出装置の一構成例は、前記角度計算部が、前記線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Is、線電流Irおよび線電流It、線電流Isおよび線電流Itがなすそれぞれの内角角度を角度∠O,∠P,∠Qとし、相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとし、tan(α)の値を示す分数の分子および分母を変数X,Yとした場合、後述の式(1)により、これら変数X,Yおよび角度α,β,γを計算するように構成されている。 Further, in one configuration example of the three-phase heater phase current detection device according to the present invention, the angle calculation unit calculates the line current Ir and the line current among the three line currents Ir, Is, It that constitute the line current. Is, the line current Ir and the line current It, the internal angles formed by the line current Is and the line current It are angles ∠O, ∠P, ∠Q, and the angle between the phase current Irs and the line current Is is α, The angle between the phase current Itr and the line current Ir is β, the angle between the phase current Ist and the line current It is γ, and the numerator and denominator of the fraction representing the value of tan(α) are variables X and Y. In this case, the variables X and Y and angles α, β, and γ are calculated using equation (1) described later.
また、本発明にかかる上記三相ヒータ相電流検出装置の一構成例は、前記相電流計算部が、前記線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Isの相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、線電流Irおよび線電流Itの相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、線電流Isおよび線電流Itの相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとした場合、後述の式(2)の連立方程式を解くことにより、相電流Irs,Itr,Istを計算するように構成されている。 Further, in one configuration example of the three-phase heater phase current detection device according to the present invention, the phase current calculation unit calculates the line current Ir and the line current among the three line currents Ir, Is, It that constitute the line current. The angle between the phase current Irs of the current Is and the line current Is is α, the angle between the line current Ir and the phase current Itr of the line current It, and the line current Ir is β, and the phase of the line current Is and the line current It is When the angle formed by the current Ist and the line current It is γ, the phase currents Irs, Itr, and Ist are calculated by solving the simultaneous equations of Equation (2) described later.
また、本発明にかかる他の三相ヒータ相電流検出装置は、デルタ結線された3つの抵抗器を有する三相ヒータに対して、3本の給電線を介してそれぞれ印加される線電流を検出するように構成された検出回路と、前記検出回路で検出した前記線電流に基づいて、前記3つの抵抗器のそれぞれに流れる相電流を計算するように構成された演算処理回路とを備え、前記演算処理回路は、前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算部と、前記線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの頂点と、前記相電流が交差する交点の座標位置を計算するように構成された位置計算部と、前記頂点および交点の座標位置から求めた前記頂点と前記交点の距離に基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算部とを備えている。 Further, another three-phase heater phase current detection device according to the present invention detects line currents applied to a three-phase heater having three resistors connected in delta via three power supply lines. and an arithmetic processing circuit configured to calculate a phase current flowing through each of the three resistors based on the line current detected by the detection circuit, The arithmetic processing circuit includes an effective value calculation unit configured to calculate the effective value of the line current, and an intersection point where the phase current intersects three vertices of a triangle whose three sides are the effective value of the line current. and a position calculation unit configured to calculate the coordinate position of the phase current, and a position calculation unit configured to calculate the effective value of the phase current based on the distance between the apex and the intersection point determined from the coordinate positions of the apex and the intersection point. and a phase current calculation section.
また、本発明にかかる上記三相ヒータ相電流検出装置の一構成例は、前記位置計算部が、前記3辺のうち少なくとも2つの辺について、当該辺を弦とするとともに当該弦の円周角が120°となる円弧をそれぞれ求め、これら円弧が交差する点を前記交点として特定するように構成されている。 Further, in one configuration example of the three-phase heater phase current detection device according to the present invention, the position calculation unit determines that at least two of the three sides are chords and that the circumferential angle of the chord is The configuration is such that each arc whose angle is 120° is determined, and the point where these arcs intersect is specified as the intersection point.
また、本発明にかかる三相ヒータ相電流検出方法は、デルタ結線された3つの抵抗器を有する三相ヒータに対して、3本の給電線を介してそれぞれ印加される線電流を検出するように構成された検出回路と、前記検出回路で検出した前記線電流に基づいて、前記3つの抵抗器のそれぞれに流れる相電流を計算するように構成された演算処理回路とを備える三相ヒータ相電流検出装置で用いられる、三相ヒータ相電流検出方法であって、前記演算処理回路が、前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算ステップと、前記演算処理回路が、前記線電流の実効値に基づいて、前記線電流と前記相電流の角度を計算するように構成された角度計算ステップと、前記演算処理回路が、前記線電流の実効値と前記角度とに基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算ステップとを備えている。 The three-phase heater phase current detection method according to the present invention is a three-phase heater phase current detection method used in a three-phase heater phase current detection device that includes a detection circuit configured to detect line currents applied to a three-phase heater having three delta-connected resistors via three power supply lines, and a calculation processing circuit configured to calculate the phase currents flowing through each of the three resistors based on the line currents detected by the detection circuit, and includes an effective value calculation step in which the calculation processing circuit calculates the effective value of the line current, an angle calculation step in which the calculation processing circuit calculates the angle between the line current and the phase current based on the effective value of the line current, and a phase current calculation step in which the calculation processing circuit calculates the effective value of the phase current based on the effective value of the line current and the angle.
また、本発明にかかる他の三相ヒータ相電流検出方法は、デルタ結線された3つの抵抗器を有する三相ヒータに対して、3本の給電線を介してそれぞれ印加される線電流を検出するように構成された検出回路と、前記検出回路で検出した前記線電流に基づいて、前記3つの抵抗器のそれぞれに流れる相電流を計算するように構成された演算処理回路とを備える三相ヒータ相電流検出装置で用いられる、三相ヒータ相電流検出方法であって、前記演算処理回路が、前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算ステップと、前記演算処理回路が、前記線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの頂点と、前記相電流が交差する交点の座標位置を計算するように構成された座標計算ステップと、前記演算処理回路が、前記座標位置から求めた前記頂点と前記交点の距離に基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算ステップとを備えている。 Further, another three-phase heater phase current detection method according to the present invention detects line currents applied to a three-phase heater having three resistors connected in a delta connection through three power supply lines. and an arithmetic processing circuit configured to calculate a phase current flowing through each of the three resistors based on the line current detected by the detection circuit. A three-phase heater phase current detection method used in a heater phase current detection device, comprising: an effective value calculation step in which the arithmetic processing circuit is configured to calculate an effective value of the line current; and the arithmetic processing circuit. a coordinate calculating step configured to calculate coordinate positions of an intersection point where the phase current intersects three vertices of a triangle whose three sides are the effective values of the line current; and the arithmetic processing circuit. and a phase current calculation step configured to calculate an effective value of the phase current based on a distance between the apex and the intersection point determined from the coordinate position.
本発明によれば、従来技術のような相電流推定のための繰り返し演算を必要とすることなく、デルタ結線の三相ヒータに流れる相電流を計算することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to calculate the phase current flowing in a delta-connected three-phase heater without requiring repeated calculations for phase current estimation as in the prior art.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置の構成を示すブロック図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
First, a three-phase heater phase
[三相ヒータ相電流検出装置]
三相ヒータ相電流検出装置10は、工場やプラントで用いられて、通信回線NWを介して接続された産業用コントローラなどの上位装置30からの指示に応じて、配下に接続された三相ヒータ20を構成する3つの抵抗器R1,R2,R3に流れる相電流Irs,Itr,Istを個別に検出する装置である。三相ヒータ相電流検出装置10については、独立した装置であってもよく、例えば三相ヒータ20に供給する電力を調整する三相電力調整器などの、三相ヒータ相電流検出装置10とは別個の機器内に、三相ヒータ相電流検出装置10の一部またはすべてを実装してもよい。
[Three-phase heater phase current detection device]
The three-phase heater phase
[三相ヒータ]
三相ヒータ20は、3つの抵抗器(ヒータ)R1,R2,R3からなり、3本の給電線Lr,Ls,Ltを介して供給された三相交流電源R,S,Tを熱エネルギーに変換して出力する。本実施の形態では、図1に示すように、抵抗器R1,R2,R3がデルタ結線されている場合を例として説明する。
[Three-phase heater]
The three-
すなわち、三相ヒータ20において、抵抗器R1の一端は、給電線Lrを介して三相交流電源のR相(第1相)が供給されるノードN1に接続されており、抵抗器R1の他端は、給電線Lsを介して三相交流電源のS相(第2相)が供給されるノードN2に接続されている。また、抵抗器R2の一端はノードN2に接続されており、抵抗器R2の他端は、給電線Ltを介して三相交流電源のT相(第3相)が供給されるノードN3に接続されている。また、抵抗器R3の一端はノードN3に接続されており、抵抗器R3の他端はノードN1に接続されている。
That is, in the three-
[三相ヒータ相電流検出装置の構成]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置10の構成について詳細に説明する。
図1に示すように、三相ヒータ相電流検出装置10は、主な構成として、通信I/F11、操作入力回路12、表示回路13、検出回路14、記憶回路15、および演算処理回路16を備えている。
[Configuration of three-phase heater current detection device]
Next, with reference to FIG. 1, a configuration of the three-phase heater phase
As shown in FIG. 1, the three-phase heater phase
[通信I/F]
通信I/F11は、通信回線NWを介して上位装置30との間でデータ通信を行うように構成されている。
[操作入力回路]
操作入力回路12は、操作キー、操作スイッチ、タッチパネルなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理回路16へ出力するように構成されている。
[表示回路]
表示回路13は、LEDやLCDなどの表示装置からなり、演算処理回路16から出力された各種情報を表示するように構成されている。
[Communication I/F]
The communication I/
[Operation input circuit]
The
[Display circuit]
The
[検出回路]
検出回路14は、給電線Lr,Ls,Ltのそれぞれを流れる電流を検出して演算処理回路16へ出力するように構成されている。本実施の形態において、検出回路14は、給電線Lr,Ls,Ltを流れる線電流(瞬時値)を検出するように構成されている。
[Detection circuit]
The
[記憶回路]
記憶回路15は、半導体メモリなどの記憶回路からなり、演算処理回路16で実行する抵抗値計算処理に用いる各種処理データやプログラム15Pを記憶するように構成されている。
プログラム15Pは、演算処理回路16のCPUで実行されることにより、抵抗値計算処理に用いる各種処理部を実現するためのプログラムである。このプログラム15Pは、三相ヒータ相電流検出装置10に接続された外部装置や記録媒体(ともに図示せず)から読み出されて、記憶回路15に予め格納される。
[Memory circuit]
The
The
演算処理回路16は、検出回路14で検出した線電流Ir,Is,Itに基づいて、三相ヒータの3つの抵抗器R1,R2,R3のそれぞれに流れる相電流Irs,Itr,Istを計算するように構成されている。演算処理回路16は、CPUとその周辺回路を有し、記憶回路15からプログラム15Pを読み出してCPUで実行することにより、ハードウェアとソフトウェアを協働させて、相電流計算処理に用いる各種処理部を実現する機能を有している。
演算処理回路16で実現される主な処理部として、実効値計算部16A、角度計算部16B、および相電流計算部16Cがある。
The arithmetic processing circuit 16 is configured to calculate the phase currents Irs, Itr, and Ist flowing through the three resistors R1, R2, and R3 of the three-phase heater, respectively, based on the line currents Ir , Is , and It detected by the
The main processing units realized by the arithmetic processing circuit 16 include an effective
[実効値計算部]
実効値計算部16Aは、検出回路14で検出された線電流の瞬時値に基づいて、これら線電流の実効値Ir,Is,Itを計算するように構成されている。以下では、線電流の実効値Ir,Is,Itを、単に線電流Ir,Is,Itと云うことがある。また、相電流の実効値Irs,Itr,Istを、単に線電流Irs,Itr,Istと云うことがある。
[Effective value calculation section]
The effective
[角度計算部]
角度計算部16Bは、実効値計算部16Aで計算した線電流の実効値Ir,Is,Itに基づいて、線電流と相電流の角度を計算するように構成されている。この際、角度計算部16Bは、線電流の実効値Ir,Is,Itを3辺とする三角形OPQの3つの内角角度∠O,∠P,∠Qを計算し、得られた内角角度∠O,∠P,∠Qに基づいて、線電流と相電流の角度α,β,γを計算するように構成されている。
[Angle calculation section]
The
具体的には、角度計算部16Bは、線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Is、線電流Irおよび線電流It、線電流Isおよび線電流Itがなすそれぞれの内角角度を角度∠O,∠P,∠Qとし、相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとし、tan(α)の値を示す分数の分子および分母をX,Yとした場合、次の式(1)により、これらX,Y,α,β,γを計算するように構成してもよい。式(1)の詳細については後述する。
Specifically, the
[相電流計算部]
相電流計算部16Cは、実効値計算部16Aで計算した線電流の実効値Ir,Is,Itと、角度計算部16Bで計算した角度α,β,γとに基づいて、相電流の実効値Irs,Itr,Istを計算し、得られた相電流の実効値Irs,Itr,Istを記憶回路15に保存し、表示回路13で表示し、あるいは通信I/F11から通信回線NWを介して上位装置30へ配信するように構成されている。
[Phase current calculation section]
The phase
具体的には、線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Isの相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、線電流Irおよび線電流Itの相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、線電流Isおよび線電流Itの相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとした場合、次の式(2)の連立方程式を解くことにより、相電流Irs,Itr,Istを計算するように構成してもよい。式(2)の詳細については後述する。 Specifically, among the three line currents Ir, Is, and It that constitute the line current, if the angle between the phase current Irs of the line current Ir and the line current Is and the line current Is is α, the angle between the phase current Itr of the line current Ir and the line current It and the line current Ir is β, and the angle between the phase current Ist of the line current Is and the line current It and the line current It is γ, the phase currents Irs, Itr, and Ist may be calculated by solving the simultaneous equations of the following formula (2). Details of formula (2) will be described later.
[第1の実施の形態の動作]
次に、図2を参照して、本実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置10の動作について説明する。図2は、第1の実施の形態にかかる相電流検出処理を示すフローチャートである。
三相ヒータ相電流検出装置10の演算処理回路16は、三相ヒータ20の相電流を検出する場合、図2の相電流検出処理を実行する。
[Operation of the first embodiment]
Next, with reference to FIG. 2, the operation of the three-phase heater phase
When detecting the phase current of the three-
まず、演算処理回路16は、実効値計算部16Aにより、検出回路14で検出された、給電線Lr,Ls,Ltを流れる線電流の瞬時値に基づいて、これら線電流の実効値Ir,Is,Itを計算する(ステップS100)。
次に、演算処理回路16は、角度計算部16Bにより、線電流の実効値Ir,Is,Itに基づいて、線電流の実効値Ir,Is,Itを3辺の長さとする三角形OPQの3つの内角角度∠O,∠P,∠Qを計算する(ステップS101)。三角形の内角角度は、余弦定理により3辺の長さから求められる。
First, the arithmetic processing circuit 16 uses the effective
Next, the arithmetic processing circuit 16 uses the
続いて、演算処理回路16は、角度計算部16Bにより、前述の式(1)を用いて、内角角度∠O,∠P,∠Qから線電流と相電流の角度α,β,γを計算する(ステップS102)。
この後、演算処理回路16は、相電流計算部16Cにより、実効値計算部16Aで計算した線電流の実効値Ir,Is,Itと、角度計算部16Bで計算した角度α,β,γとに基づいて、前述の式(2)を用いて、相電流の実効値Irs,Itr,Istを計算し(ステップS103)、一連の相電流検出処理を終了する。
Subsequently, the arithmetic processing circuit 16 calculates the angles α, β, and γ of the line current and phase current from the internal angles ∠O, ∠P, and ∠Q using the above-mentioned equation (1) using the
Thereafter, the arithmetic processing circuit 16 uses the phase
[角度導出過程]
次に、図3を参照して、前述の式(1)を用いた、線電流と相電流の角度α,β,γの導出過程について詳細に説明する。図3は、角度導出過程を示す説明図である。
図3に示すように、相電流の実効値Irs,Itr,Istを3辺の長さとする三角形OPQを考える。図1に示すように、相電流Irsは、線電流Irと線電流Isとの間に生じる、抵抗器R1を流れる相電流である。相電流Itrは、線電流Itと線電流Irとの間に生じる、抵抗器R3を流れる相電流である。相電流Istは、線電流Isと線電流Itとの間に生じる、抵抗器R2を流れる相電流である。
[Angle derivation process]
Next, the process of deriving the angles α, β, and γ between the line current and the phase current using the above-mentioned equation (1) will be described in detail with reference to Fig. 3. Fig. 3 is an explanatory diagram showing the angle deriving process.
Consider a triangle OPQ with the lengths of the three sides being the effective values Irs, Itr, and Ist of the phase currents, as shown in Fig. 3. As shown in Fig. 1, the phase current Irs is a phase current that occurs between the line current Ir and the line current Is and flows through the resistor R1. The phase current Itr is a phase current that occurs between the line current It and the line current Ir and flows through the resistor R3. The phase current Ist is a phase current that occurs between the line current Is and the line current It and flows through the resistor R2.
三角形OPQの頂点O,P,Qを通過する3つの直線が、三角形OPQ内の交点Kにおいて互いに120°で交差する場合、交点Kと頂点O,P,Qのそれぞれとを結ぶ線分KO,KP,KQの長さが、相電流Irs,Itr,Istの大きさに相当する。これは、デルタ結線の三相ヒータにおいて、2つの相電流ベクトルの差が線電流ベクトルに相当し、相電流相互間の角度は120°であるからである。したがって、相電流の実効値Irs,Itr,Istに基づいて、頂点O,P,Qと交点Kとの位置関係を特定すれば、線分KO,KP,KQの長さから、相電流Irs,Itr,Istが求められる。 When three straight lines passing through vertices O, P, and Q of triangle OPQ intersect at 120° with each other at intersection K within triangle OPQ, the lengths of the line segments KO, KP, and KQ connecting intersection K with vertices O, P, and Q respectively correspond to the magnitudes of the phase currents Irs, Itr, and Ist. This is because in a delta-connected three-phase heater, the difference between two phase current vectors corresponds to the line current vector, and the angle between the phase currents is 120°. Therefore, if the positional relationship between vertices O, P, and Q and intersection K is identified based on the effective values Irs, Itr, and Ist of the phase currents, the phase currents Irs, Itr, and Ist can be found from the lengths of the line segments KO, KP, and KQ.
[角度∠O,∠P,∠Qと角度α,β,γの関係]
まず、頂点O,P,Qの角度を∠O,∠P,∠Qとした場合、これら角度∠O,∠P,∠Qは、相電流の実効値Irs,Itr,Istに基づいて、式(3)に示す余弦定理から求められる。
First, assuming that the angles of vertices O, P, and Q are ∠O, ∠P, and ∠Q, these angles ∠O, ∠P, and ∠Q can be found from the cosine theorem shown in equation (3) based on the effective values Irs, Itr, and Ist of the phase currents.
次に、図3に示すように、相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとした場合、角度∠O,∠P,∠Qと角度α,β,γとの関係は、次の式(4)で表される。
[角度の求め方]
このように、角度α,β,γのうち、いずれか1つが求まれば、式(4)に基づいて、残りの角度も求まることになる。以下では、例として角度αを先に求め、角度αから角度β,γを求めることにする。なお、角度βまたは角度γを先に求めてもよい。
また、本実施の形態は、角度αの正接tan(α)が正弦sin(α)と余弦cos(α)の比で表現できることに着目し、次の式(5)に示すように、sin(α)とcos(α)の比をX/Yとし、この比X/Yを求めた後、比X/Yの逆正接tan-1(X/Y)に基づいて角度αを求めるようにしたものである。
In this way, if any one of angles α, β, and γ is found, the remaining angles can be found based on equation (4). In the following, as an example, angle α is found first, and angles β and γ are found from angle α. Note that angle β or angle γ may be found first.
Furthermore, in this embodiment, focusing on the fact that the tangent tan(α) of angle α can be expressed as the ratio of sine sin(α) to cosine cos(α), the ratio of sin(α) to cos(α) is defined as X/Y, and after this ratio X/Y is calculated, the angle α is calculated based on the inverse tangent tan −1 (X/Y) of the ratio X/Y, as shown in the following equation (5).
[チェバの定理]
図3に示した線分KO,KP,KQは、三角形OPQの頂点O,P,Qを通過して、辺またはその延長線上にない、三角形OPQ内の交点Kで交差している。このような位置関係が成立する条件は、チェバの定理で規定される。次の式(6)は、チェバの定理の逆の三角比表現に、角度α,β,γを適用したものである。
Line segments KO, KP, and KQ shown in FIG. 3 pass through vertices O, P, and Q of triangle OPQ, and intersect at an intersection K in triangle OPQ that is not on a side or its extension. The conditions for establishing such a positional relationship are defined by Ceva's theorem. The following equation (6) is obtained by applying angles α, β, and γ to the inverse trigonometric expression of Ceva's theorem.
[左辺の変形]
次に、式(6)の左辺を変形する。三角関数の積和公式には、次の式(7)がある。したがって、式(6)の左辺は、次の式(8)のように変形される。
[Transformation of the left side]
Next, the left side of equation (6) is transformed. The product-sum formula for trigonometric functions is given by the following equation (7). Therefore, the left side of equation (6) is transformed into the following equation (8).
ここで、式(9)に示す変数w,x,y,zを導入し、式(8)の角度α,β,γの加減算式を変数w,x,y,zで置換すると、式(6)の左辺は、次の式(10)のように変形される。 Now, by introducing the variables w, x, y, and z shown in equation (9) and replacing the addition and subtraction formulas for angles α, β, and γ in equation (8) with the variables w, x, y, and z, the left side of equation (6) is transformed into the following equation (10).
[右辺の変形]
次に、式(6)の右辺を変形する。式(6)の左辺と同様にして、式(6)の右辺を、式(7)に示した三角関数の積和公式で変形する。続いて、角度α,β,γの加減算式を変数w,x,y,zで置換する。これにより、式(6)の右辺は、次の式(11)のように変形される。
[Transformation of the right side]
Next, the right side of equation (6) is transformed. In the same manner as the left side of equation (6), the right side of equation (6) is transformed using the product-sum formula of trigonometric functions shown in equation (7). Next, the addition and subtraction formulas for angles α, β, and γ are replaced with variables w, x, y, and z. As a result, the right side of equation (6) is transformed into the following equation (11).
ここで、三角関数の加法定理には、次の式(12)がある。したがって、式(11)の左辺の各項は、次の式(13)のように変形される。 Here, the addition theorem of trigonometric functions includes the following equation (12). Therefore, each term on the left side of equation (11) is transformed as shown in equation (13) below.
[左右両辺の整理]
したがって、式(13)を式(11)に適用して、式(6)の右辺を変形したものと、式(6)の左辺を変形して得られた式(10)とに基づいて、式(6)の左右両辺を整理すると、次の式(14)が得られる。
[Organization of both left and right sides]
Therefore, based on the formula (13) applied to formula (11) and the right-hand side of formula (6) transformed, and the formula (10) obtained by transforming the left-hand side of formula (6), By rearranging both the left and right sides of equation (6), the following equation (14) is obtained.
[角度の導出]
式(9)の変数w,x,y,zは、式(4)により、次の式(15)に示すように、角度αと角度∠O,∠P,∠Qとで表される。
[Angle derivation]
The variables w, x, y, and z in equation (9) are expressed by angle α and angles ∠O, ∠P, and ∠Q according to equation (4), as shown in the following equation (15).
式(15)に基づいて、式(14)の各項を計算すると、次の式(16)となる。これにより、式(16)を式(14)に適用すると、次の式(17)が得られる。 When each term of equation (14) is calculated based on equation (15), the following equation (16) is obtained. As a result, when formula (16) is applied to formula (14), the following formula (17) is obtained.
したがって、この式(17)を変形すれば、sin(α)とcos(α)の比X/Yが式(18)で求められ、式(5)に基づいて、角度αは次の式(19)で求められることになる。 Therefore, by transforming this equation (17), the ratio X/Y of sin(α) and cos(α) can be found using equation (18), and based on equation (5), the angle α can be calculated using the following equation ( 19).
この際、式(16)の分子と分母が、式(5)の変数X,Yに相当することになる。また、式(4)に基づいて、角度αから角度β,γが求められる。したがって、角度∠O,∠P,∠Qから、変数X,Yが求められ、これらの比X/Yから角度αが求められ、角度αから角度β,γが求められることになり、結果として前述した式(1)が得られることになる。 In this case, the numerator and denominator of equation (16) correspond to the variables X and Y in equation (5). Furthermore, angles β and γ can be found from angle α based on equation (4). Therefore, variables X and Y can be found from angles ∠O, ∠P, and ∠Q, angle α can be found from the ratio X/Y, and angles β and γ can be found from angle α, resulting in equation (1) described above.
[相電流導出過程]
次に、図4を参照して、前述の式(2)を用いた、相電流Irs,Itr,Istの導出過程について詳細に説明する。図4は、相電流導出過程を示す説明図である。
図4に示すように、図3で特定した交点Kから、辺OP,OQ,PQへ降ろした垂線が、辺OP,OQ,PQと交差する点をD,E,Fとする。これにより、線電流Irは、点Dで2分割され、線分ODに相当する電流IrOと線分PDに相当する電流IrPの和で表される。また、線電流Isは、点Eで2分割され、線分OEに相当する電流IsOと線分QEに相当する電流IsQの和で表される。また、線電流Itは、点Fで2分割され、線分PFに相当する電流ItPと線分QEに相当する電流ItQの和で表される。
[Phase current derivation process]
Next, with reference to FIG. 4, the process of deriving the phase currents Irs, Itr, and Ist using the above-mentioned equation (2) will be described in detail. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the phase current derivation process.
As shown in FIG. 4, the points D, E, and F are where perpendicular lines drawn from the intersection K identified in FIG. 3 to the sides OP, OQ, and PQ intersect the sides OP, OQ, and PQ. Thereby, the line current Ir is divided into two at point D, and is represented by the sum of the current IrO corresponding to the line segment OD and the current IrP corresponding to the line segment PD. Further, the line current Is is divided into two at point E, and is represented by the sum of a current IsO corresponding to the line segment OE and a current IsQ corresponding to the line segment QE. Further, the line current It is divided into two at point F, and is represented by the sum of a current ItP corresponding to the line segment PF and a current ItQ corresponding to the line segment QE.
一方、電流IrOは、相電流Irsとcos(60°-β)の積で表され、電流IrPは、相電流Itrとcos(β)の積で表される。また、電流IsOは、相電流Irsとcos(α)の積で表され、電流IsQは、相電流Istとcos(60°-α)の積で表される。また、電流Itpは、相電流Itrとcos(γ)の積で表され、電流ItQは、相電流Istとcos(60°-γ)の積で表される。
したがって、線電流Ir,Is,Itは、前述した式(2)に示すように、相電流Irs,Itr,Istと角度α,β,γで求められることになる。このため、線電流Ir,Is,Itと角度α,β,γが既知の場合、式(2)は連立方程式となり、これを解くことにより、相電流Irs,Itr,Istが得られる。
On the other hand, current IrO is expressed as the product of phase current Irs and cos(60°-β), and current IrP is expressed as the product of phase current Itr and cos(β). Current IsO is expressed as the product of phase current Irs and cos(α), and current IsQ is expressed as the product of phase current Ist and cos(60°-α). Current Itp is expressed as the product of phase current Itr and cos(γ), and current ItQ is expressed as the product of phase current Ist and cos(60°-γ).
Therefore, the line currents Ir, Is, It can be obtained from the phase currents Irs, Itr, Ist and the angles α, β, γ as shown in the above-mentioned equation (2). Therefore, when the line currents Ir, Is, It and the angles α, β, γ are known, equation (2) becomes a simultaneous equation, and by solving this, the phase currents Irs, Itr, Ist can be obtained.
[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、三相ヒータ相電流検出装置10の演算処理回路16が、実効値計算部16Aにより、検出回路14で検出した線電流の実効値を計算し、角度計算部16Bにより、線電流の実効値に基づいて、線電流と相電流の角度を計算し、相電流計算部16Cにより、線電流の実効値と角度とに基づいて、相電流の実効値を計算するように構成したものである。
より具体的には、角度計算部16Bにより、線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの内角角度を計算し、得られた内角角度に基づいて、線電流と相電流の角度を計算するように構成したものである。
[Advantages of the First Embodiment]
As described above, in this embodiment, the arithmetic processing circuit 16 of the three-phase heater phase
More specifically, the
これにより、線電流の実効値、線電流と相電流の角度、および相電流の実効値は、予め設定されている計算式で計算することが可能となる。したがって、従来技術のような相電流推定のための繰り返し演算を必要とすることなく、デルタ結線の三相ヒータに流れる相電流を計算することが可能となる。このため、三相ヒータの種類によっては、周囲温度に対する抵抗値変化が大きい場合でも、相電流の計算処理時間が遅延することはなくなるため、精度よく相電流の実効値を検出することができる。 This makes it possible to calculate the effective value of the line current, the angle between the line current and the phase current, and the effective value of the phase current using preset formulas. Therefore, it is possible to calculate the phase current flowing through a delta-connected three-phase heater without the need for repeated calculations to estimate the phase current as in conventional technology. For this reason, even if the resistance value changes significantly with respect to the ambient temperature depending on the type of three-phase heater, there is no delay in the calculation processing time for the phase current, and the effective value of the phase current can be detected with high accuracy.
また、本実施の形態において、角度計算部16Bにより、線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Is、線電流Irおよび線電流It、線電流Isおよび線電流Itがなすそれぞれの内角角度を角度∠O,∠P,∠Qとし、相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとし、tan(α)の値を示す分数の分子および分母をX,Yとした場合、前述した式(1)により、これらX,Y,α,β,およびγを計算するように構成してもよい。
これにより、角度∠O,∠P,∠Qを式(1)に適用するだけで、即座に角度α,β,γを得ることが可能となる。
In addition, in this embodiment, the
This makes it possible to instantly obtain angles α, β, and γ by simply applying angles ∠O, ∠P, and ∠Q to equation (1).
また、本実施の形態において、相電流計算部16Cにより、線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Isの相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、線電流Irおよび線電流Itの相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、線電流Isおよび線電流Itの相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとした場合、前述した式(2)の連立方程式を解くことにより、相電流Irs,Itr,Istを計算するように構成してもよい。
これにより、線電流Ir,Is,Itと角度α,β,γを式(2)に適用するだけで、即座に相電流Irs,Itr,Istを得ることが可能となる。
In the present embodiment, the phase
Thereby, by simply applying the line currents Ir, Is, It and the angles α, β, γ to equation (2), it becomes possible to immediately obtain the phase currents Irs, Itr, Ist.
[第2の実施の形態]
次に、図5を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置10について説明する。図5は、第2の実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態では、三角関数を用いて線電流Ir,Is,Itから相電流Irs,Itr,Istを検出する場合を例として説明した。本実施の形態では、座標位置を用いて線電流Ir,Is,Itから相電流Irs,Itr,Istを検出する場合を例として説明する。なお、本実施の形態のうち、演算処理回路16の処理部が一部異なるだけで、他の構成については、第1の実施の形態と同様または同じであり、第1の実施の形態と同一符号を付してある。
[Second embodiment]
Next, referring to FIG. 5, a three-phase heater phase
In the first embodiment, an example has been described in which the phase currents Irs, Itr, and Ist are detected from the line currents Ir, Is, and It using trigonometric functions. In this embodiment, a case where phase currents Irs, Itr, and Ist are detected from line currents Ir, Is, and It using coordinate positions will be described as an example. Note that in this embodiment, only a part of the processing unit of the arithmetic processing circuit 16 is different, and other configurations are the same or the same as in the first embodiment. A code is attached.
[三相ヒータ相電流検出装置]
三相ヒータ相電流検出装置10は、工場やプラントで用いられて、通信回線NWを介して接続された産業用コントローラなどの上位装置30からの指示に応じて、配下に接続された三相ヒータ20を構成する3つの抵抗器R1,R2,R3に流れる相電流Irs,Itr,Istを個別に検出する装置である。三相ヒータ相電流検出装置10については、独立した装置であってもよく、例えば三相ヒータ20に供給する電力を調整する三相電力調整器などの、三相ヒータ相電流検出装置10とは別個の機器内に、三相ヒータ相電流検出装置10の一部またはすべてを実装してもよい。
[Three-phase heater current detection device]
The three-phase heater phase
[三相ヒータ]
三相ヒータ20は、3つの抵抗器(ヒータ)R1,R2,R3からなり、3本の給電線Lr,Ls,Ltを介して供給された三相交流電源R,S,Tを熱エネルギーに変換して出力する。本実施の形態では、図5に示すように、抵抗器R1,R2,R3がデルタ結線されている場合を例として説明する。
[Three-phase heater]
The three-
すなわち、三相ヒータ20において、抵抗器R1の一端は、給電線Lrを介して三相交流電源のR相(第1相)が供給されるノードN1に接続されており、抵抗器R1の他端は、給電線Lsを介して三相交流電源のS相(第2相)が供給されるノードN2に接続されている。また、抵抗器R2の一端はノードN2に接続されており、抵抗器R2の他端は、給電線Ltを介して三相交流電源のT相(第3相)が供給されるノードN3に接続されている。また、抵抗器R3の一端はノードN3に接続されており、抵抗器R3の他端はノードN1に接続されている。
That is, in the three-
[三相ヒータ相電流検出装置の構成]
次に、図5を参照して、本実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置10の構成について詳細に説明する。
図5に示すように、三相ヒータ相電流検出装置10は、主な構成として、通信I/F11、操作入力回路12、表示回路13、検出回路14、記憶回路15、および演算処理回路16を備えている。
[Configuration of three-phase heater current detection device]
Next, the configuration of the three-phase heater phase
As shown in FIG. 5, the three-phase heater phase
[通信I/F]
通信I/F11は、通信回線NWを介して上位装置30との間でデータ通信を行うように構成されている。
[操作入力回路]
操作入力回路12は、操作キー、操作スイッチ、タッチパネルなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理回路16へ出力するように構成されている。
[表示回路]
表示回路13は、LEDやLCDなどの表示装置からなり、演算処理回路16から出力された各種情報を表示するように構成されている。
[Communication I/F]
The communication I/
[Operation input circuit]
The
[Display circuit]
The
[検出回路]
検出回路14は、給電線Lr,Ls,Ltのそれぞれを流れる電流を検出して演算処理回路16へ出力するように構成されている。本実施の形態において、検出回路14は、給電線Lr,Ls,Ltを流れる線電流(瞬時値)を検出するように構成されている。
[Detection circuit]
The
[記憶回路]
記憶回路15は、半導体メモリなどの記憶回路からなり、演算処理回路16で実行する抵抗値計算処理に用いる各種処理データやプログラム15Pを記憶するように構成されている。
プログラム15Pは、演算処理回路16のCPUで実行されることにより、抵抗値計算処理に用いる各種処理部を実現するためのプログラムである。このプログラム15Pは、三相ヒータ相電流検出装置10に接続された外部装置や記録媒体(ともに図示せず)から読み出されて、記憶回路15に予め格納される。
[Memory circuit]
The
The
演算処理回路16は、検出回路14で検出した線電流Ir,Is,Itに基づいて、三相ヒータの3つの抵抗器R1,R2,R3のそれぞれに流れる相電流Irs,Itr,Istを計算するように構成されている。演算処理回路16は、CPUとその周辺回路を有し、記憶回路15からプログラム15Pを読み出してCPUで実行することにより、ハードウェアとソフトウェアを協働させて、相電流計算処理に用いる各種処理部を実現する機能を有している。
演算処理回路16で実現される主な処理部として、実効値計算部16A、位置計算部16D、および相電流計算部16Eがある。
The arithmetic processing circuit 16 calculates phase currents Irs, Itr, Ist flowing through the three resistors R1, R2, R3 of the three-phase heater based on the line currents I r , I s , It detected by the
The main processing units implemented in the arithmetic processing circuit 16 include an effective
[実効値計算部]
実効値計算部16Aは、検出回路14で検出された線電流の瞬時値に基づいて、これら線電流の実効値Ir,Is,Itを計算するように構成されている。以下では、線電流の実効値Ir,Is,Itを、単に線電流Ir,Is,Itと云うことがある。また、相電流の実効値Irs,Itr,Istを、単に線電流Irs,Itr,Istと云うことがある。
[Effective value calculation section]
The effective
[位置計算部]
位置計算部16Dは、実効値計算部16Aで計算した線電流の実効値Ir,Is,Itを3辺とする三角形OPQの3つの頂点O,P,Qと、相電流の実効値Irs,Itr,Istが交差する交点Kの座標位置を計算するように構成されている。座標位置の計算には平面上の直交座標系を用いる。この際、直交座標系において、線電流の実効値Ir,Is,Itを3辺の長さとする三角形OPQは、例えばいずれかの頂点を原点に配置するなど、任意の位置に配置すればよい。
[Position calculation section]
The
[相電流計算部]
相電流計算部16Eは、位置計算部16Dで計算した、頂点O,P,Qおよび交点Kの座標位置から、頂点O,P,Qのそれぞれと交点Kとの距離を計算し、得られた距離に基づいて相電流の実効値Irs,Itr,Istを計算し、得られた相電流の実効値Irs,Itr,Istを記憶回路15に保存し、表示回路13で表示し、あるいは通信I/F11から通信回線NWを介して上位装置30へ配信するように構成されている。
[Phase current calculation section]
The phase
[第2の実施の形態の動作]
次に、図6を参照して、本実施の形態にかかる三相ヒータ相電流検出装置10の動作について説明する。図6は、第2の実施の形態にかかる相電流検出処理を示すフローチャートである。
三相ヒータ相電流検出装置10の演算処理回路16は、三相ヒータ20の相電流を検出する場合、図6の相電流検出処理を実行する。
[Operation of the second embodiment]
Next, the operation of the three-phase heater phase
When detecting the phase currents of the three-
まず、演算処理回路16は、実効値計算部16Aにより、検出回路14で検出された、給電線Lr,Ls,Ltを流れる線電流の瞬時値に基づいて、これら線電流の実効値Ir,Is,Itを計算する(ステップS200)。
First, the arithmetic processing circuit 16 calculates the effective values Ir, Is, and It of the line currents based on the instantaneous values of the line currents flowing through the power supply lines Lr, Ls, and Lt detected by the
次に、演算処理回路16は、位置計算部16Dにより、線電流の実効値Ir,Is,Itに基づいて、線電流の実効値Ir,Is,Itを3辺の長さとする三角形OPQの3つの頂点O,P,Qの座標位置を計算する(ステップS201)。頂点O,P,Qの座標位置を、それぞれ(Xo,Yo),(Xp,Yp),(Xq,Yq)とすると、線電流の実効値Ir,Is,Itは、2点間距離の公式に基づいて、次の式(20)で表される。なお、三角形OPQは、例えばいずれかの頂点を原点に配置するなど、任意の位置に配置すればよい。
Next, the arithmetic processing circuit 16 calculates, based on the effective values Ir, Is, It of the line current, the
続いて、演算処理回路16は、位置計算部16Dにより、三角形OPQの3つの辺OP,OQ,PQのうち少なくとも2つの辺について、当該辺を弦とするとともに当該弦の円周角が120°となる円弧Ar,As,Atを計算する(ステップS202)。
Subsequently, the arithmetic processing circuit 16 uses the
図7は、辺OPを弦とする円弧Arを示す説明図である。点Zrを中心として辺OPを弦とする円弧Arは、頂点O,Pの両方を通過する。この際、円周角が120°であるから、円弧Arの半径Rrが辺OPと交差する角度は30°となる。このため、半径Rrは、辺OPの長さ、すなわち線電流の実効値Irの1/√3となる。 Figure 7 is an explanatory diagram showing an arc Ar with side OP as its chord. The arc Ar has a center at point Zr and a chord at side OP, passing through both vertices O and P. In this case, since the circumferential angle is 120°, the angle at which the radius Rr of the arc Ar intersects with side OP is 30°. Therefore, the radius Rr is 1/√3 of the length of side OP, i.e., the effective value Ir of the line current.
図8は、辺OQを弦とする円弧Asを示す説明図である。点Zsを中心として辺OQを弦とする円弧Asは、頂点O,Qの両方を通過する。この際、円周角が120°であるから、円弧Asの半径Rsが辺OQと交差する角度は30°となる。このため、半径Rsは、辺OQの長さ、すなわち線電流の実効値Isの1/√3となる。 Figure 8 is an explanatory diagram showing the arc As with side OQ as its chord. The arc As has its center at point Zs and its chord at side OQ, and passes through both vertices O and Q. In this case, since the inclination angle is 120°, the angle at which the radius Rs of the arc As intersects with side OQ is 30°. Therefore, the radius Rs is the length of side OQ, i.e., 1/√3 of the effective value Is of the line current.
図9は、辺PQを弦とする円弧Atを示す説明図である。点Ztを中心として辺PQを弦とする円弧Atは、頂点P,Qの両方を通過する。この際、円周角が120°であるから、円弧Atの半径Rtが辺PQと交差する角度は30°となる。このため、半径Rtは、辺PQの長さ、すなわち線電流の実効値Itの1/√3となる。 Figure 9 is an explanatory diagram showing the arc At with side PQ as its chord. The arc At has its center at point Zt and its chord at side PQ, and passes through both vertices P and Q. In this case, since the inclination angle is 120°, the angle at which the radius Rt of the arc At intersects with side PQ is 30°. Therefore, the radius Rt is the length of side PQ, i.e., 1/√3 of the effective value It of the line current.
したがって、点Zr,Zs,Ztの位置座標を、それぞれ(Xr,Yr),(Xs,Ys),(Xt,Yt)とすると、円弧Ar,As,Atは、次の式(21)で表される。 Therefore, if the position coordinates of points Zr, Zs, and Zt are (Xr, Yr), (Xs, Ys), and (Xt, Yt), respectively, the arcs Ar, As, and At are expressed by the following equation (21). be done.
このようにして求まる円弧Ar,As,Atのうち、少なくともいずれか2が交差する点が、相電流の実効値Irs,Itr,Istが交差する交点Kに相当する。これは、デルタ結線の三相ヒータにおいて、2つの相電流ベクトルの差が線電流ベクトルに相当し、相電流相互間の角度は120°であるからである。
演算処理回路16は、位置計算部16Dにより、式(21)の連立方程式を解くと、交点Kの位置座標(Xk,Yk)を計算する(ステップS203)。
The point at which at least two of the thus obtained arcs Ar, As, and At intersect corresponds to the intersection point K at which the effective values Irs, Itr, and Ist of the phase currents intersect. This is because, in a delta-connected three-phase heater, the difference between two phase current vectors corresponds to the line current vector, and the angle between the phase currents is 120°.
The arithmetic processing circuit 16 solves the simultaneous equations of equation (21) by the
この後、演算処理回路16は、相電流計算部16Eにより、位置計算部16Dで計算した、頂点O,P,Qの座標位置(Xo,Yo),(Xp,Yp),(Xq,Yq)と、交点Kの座標位置(Xk,Yk)とから、図10に示すように、次の式(22)に示す2点間距離の公式に基づいて、頂点O,P,Qのそれぞれと交点Kとの距離を、相電流の実効値Irs,Itr,Istとして計算し(ステップS204)、一連の相電流検出処理を終了する。
Thereafter, the arithmetic processing circuit 16 uses the phase
[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、三相ヒータ相電流検出装置10の演算処理回路16が、実効値計算部16Aにより、検出回路14で検出した線電流の実効値を計算し、位置計算部16Dにより、線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの頂点と、相電流が交差する交点の座標位置を計算し、相電流計算部16Eにより、頂点および交点の座標位置から求めた頂点と交点の距離に基づいて、相電流の実効値を計算するように構成したものである。
より具体的には、位置計算部16Dにより、3辺のうち少なくとも2つの辺について、当該辺を弦とするとともに当該弦の円周角が120°となる円弧をそれぞれ求め、これら円弧が交差する点を交点として特定するように構成したものである。
[Effects of the second embodiment]
As described above, in this embodiment, the arithmetic processing circuit 16 of the three-phase heater phase
More specifically, the
これにより、線電流の実効値、三角形の3つの頂点と交点の位置座標、および相電流の実効値は、予め設定されている計算式で計算することが可能となる。したがって、従来技術のような相電流推定のための繰り返し演算を必要とすることなく、デルタ結線の三相ヒータに流れる相電流を計算することが可能となる。このため、三相ヒータの種類によっては、周囲温度に対する抵抗値変化が大きい場合でも、相電流の計算処理時間が遅延することはなくなるため、精度よく相電流の実効値を検出することができる。 This makes it possible to calculate the effective value of the line current, the position coordinates of the three vertices and intersections of the triangle, and the effective value of the phase current using preset formulas. Therefore, it is possible to calculate the phase current flowing through a delta-connected three-phase heater without the need for repeated calculations to estimate the phase current as in conventional technology. For this reason, even if the resistance value changes significantly with the ambient temperature depending on the type of three-phase heater, there is no delay in the calculation processing time for the phase current, and the effective value of the phase current can be detected with high accuracy.
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extended embodiments]
Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. Various modifications that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, the respective embodiments can be implemented in any combination within a range that does not contradict each other.
また、以上の各実施の形態では、デルタ結線の三相ヒータを例として説明したが、これに限定されるものではなく、スター結線の三相ヒータにも応用できる。この場合、線電流に代えて給電線Lr,Ls,Ltの線間電圧を用いて、各抵抗器の両端に発生する相電圧を求め、これら相電圧と線電流から各抵抗器の抵抗値を計算し、デルタ-スター(Δ-Y)変換することにより、スター結線の三相ヒータにおける各抵抗器の抵抗値を推定することができる。 Furthermore, in each of the above embodiments, a delta-connected three-phase heater has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and can also be applied to a star-connected three-phase heater. In this case, the line voltages of the feeder lines Lr, Ls, and Lt are used instead of the line currents to find the phase voltages generated across each resistor, and the resistance value of each resistor is calculated from these phase voltages and line currents. By calculating and performing delta-star (Δ-Y) conversion, it is possible to estimate the resistance value of each resistor in a star-connected three-phase heater.
10…三相ヒータ相電流検出装置、11…通信I/F、12…操作入力回路、13…表示回路、14…検出回路、15…記憶回路、15P…プログラム、16…演算処理回路、16A…実効値計算部、16B…角度計算部、16C,16E…相電流計算部、16D…位置計算部、20…三相ヒータ、R1,R2,R3…抵抗器(ヒータ)、Lr,Ls,Lt…給電線、Ir,Is,It…線電流(実効値)、O,P,Q…頂点、K…交点、∠O,∠P,∠Q…角度、α,β,γ…角度、X,Y…変数、Irs,Itr,Ist…相電流(実効値)。 10...Three-phase heater phase current detection device, 11...Communication I/F, 12...Operation input circuit, 13...Display circuit, 14...Detection circuit, 15...Memory circuit, 15P...Program, 16...Calculation processing circuit, 16A...Effective value calculation unit, 16B...Angle calculation unit, 16C, 16E...Phase current calculation unit, 16D...Position calculation unit, 20...Three-phase heater, R1, R2, R3...Resistor (heater), Lr, Ls, Lt...Power supply line, Ir, Is, It...Line current (effective value), O, P, Q...Vertex, K...Intersection, ∠O, ∠P, ∠Q...Angle, α, β, γ...Angle, X, Y...Variable, Irs, Itr, Ist...Phase current (effective value).
Claims (8)
前記検出回路で検出した前記線電流に基づいて、前記3つの抵抗器のそれぞれに流れる相電流を計算するように構成された演算処理回路とを備え、
前記演算処理回路は、
前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算部と、
前記線電流の実効値に基づいて、前記線電流と前記相電流の角度を計算するように構成された角度計算部と、
前記線電流の実効値と前記角度とに基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算部とを備える
ことを特徴とする三相ヒータ相電流検出装置。 a detection circuit configured to detect line currents applied to a three-phase heater having three delta-connected resistors via three power feeders;
and a processing circuit configured to calculate a phase current flowing through each of the three resistors based on the line current detected by the detection circuit;
The arithmetic processing circuit includes:
an effective value calculation unit configured to calculate an effective value of the line current;
an angle calculation unit configured to calculate an angle between the line current and the phase current based on an effective value of the line current;
a phase current calculation unit configured to calculate an effective value of the phase current based on the effective value of the line current and the angle.
前記角度計算部は、前記線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの内角角度を計算し、得られた内角角度に基づいて、前記線電流と前記相電流の角度を計算するように構成されていることを特徴とする三相ヒータ相電流検出装置。 The three-phase heater phase current detection device according to claim 1,
The angle calculation unit calculates three interior angles of a triangle whose three sides are the effective values of the line current, and calculates the angle between the line current and the phase current based on the obtained interior angles. A three-phase heater phase current detection device comprising:
前記角度計算部は、前記線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Is、線電流Irおよび線電流It、線電流Isおよび線電流Itがなすそれぞれの内角角度を角度∠O,∠P,∠Qとし、相電流Irsと線電流Isとのなす角度をαとし、相電流Itrと線電流Irとのなす角度をβとし、相電流Istと線電流Itとのなす角度をγとし、tan(α)の値を示す分数の分子および分母を変数X,Yとした場合、次の式により、これら変数X,Yおよび角度α,β,γを計算するように構成されていることを特徴とする三相ヒータ相電流検出装置。
the angle calculation unit is configured to calculate the variables X and Y and the angles α, β, and γ by the following equation, where the interior angles formed by the line current Ir and the line current Is, the line current Ir and the line current It, and the line current Is and the line current It are angles ∠O, ∠P, and ∠Q, respectively, of the three line currents Ir, Is, and It that constitute the line current, the angle formed by the phase current Irs and the line current Is is α, the angle formed by the phase current Itr and the line current Ir is β, and the angle formed by the phase current Ist and the line current It is γ, and the numerator and the denominator of a fraction indicating a value of tan(α) are variables X and Y:
前記相電流計算部は、前記線電流を構成する3つの線電流Ir,Is,Itのうち、線電流Irおよび線電流Isの相電流Irsと線電流Isとの角度をαとし、線電流Irおよび線電流Itの相電流Itrと線電流Irとの角度をβとし、線電流Isおよび線電流Itの相電流Istと線電流Itとの角度をγとした場合、次の連立方程式を解くことにより、相電流Irs,Itr,Istを計算するように構成されていることを特徴とする三相ヒータ相電流検出装置。
The phase current calculation unit calculates the line current Ir by setting the angle between the phase current Irs and the line current Is of the line current Ir and the line current Is to α among the three line currents Ir, Is, and It constituting the line current. When the angle between the phase current Itr of the line current It and the line current Ir is β, and the angle between the line current Is and the phase current Ist of the line current It and the line current It is γ, solve the following simultaneous equations. A three-phase heater phase current detection device, characterized in that it is configured to calculate phase currents Irs, Itr, and Ist.
前記検出回路で検出した前記線電流に基づいて、前記3つの抵抗器のそれぞれに流れる相電流を計算するように構成された演算処理回路とを備え、
前記演算処理回路は、
前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算部と、
前記線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの頂点と、前記相電流が交差する交点の座標位置を計算するように構成された位置計算部と、
前記頂点および交点の座標位置から求めた前記頂点と前記交点の距離に基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算部とを備える
ことを特徴とする三相ヒータ相電流検出装置。 a detection circuit configured to detect line currents applied to a three-phase heater having three delta-connected resistors via three power supply lines, respectively;
an arithmetic processing circuit configured to calculate a phase current flowing through each of the three resistors based on the line current detected by the detection circuit;
The arithmetic processing circuit is
an effective value calculation unit configured to calculate an effective value of the line current;
a position calculation unit configured to calculate the coordinate position of an intersection point where the phase current intersects three vertices of a triangle whose three sides are the effective value of the line current;
A three-phase heater comprising: a phase current calculation unit configured to calculate an effective value of the phase current based on a distance between the apex and the intersection point determined from the coordinate positions of the apex and the intersection point. Phase current detection device.
前記位置計算部は、前記3辺のうち少なくとも2つの辺について、当該辺を弦とするとともに当該弦の円周角が120°となる円弧をそれぞれ求め、これら円弧が交差する点を前記交点として特定するように構成されていることを特徴とする三相ヒータ相電流検出装置。 6. The three-phase heater phase current detection device according to claim 5.
the position calculation unit is configured to determine, for at least two of the three sides, arcs whose chords are the sides and whose inclination angles are 120°, and to identify, as the intersection points, the points at which these arcs intersect.
前記演算処理回路が、前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算ステップと、
前記演算処理回路が、前記線電流の実効値に基づいて、前記線電流と前記相電流の角度を計算するように構成された角度計算ステップと、
前記演算処理回路が、前記線電流の実効値と前記角度とに基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算ステップと
を備えることを特徴とする三相ヒータ相電流検出方法。 A three-phase heater phase current detection method for use in a three-phase heater phase current detection device including: a detection circuit configured to detect line currents applied via three power feeders to a three-phase heater having three delta-connected resistors; and an arithmetic processing circuit configured to calculate phase currents flowing through each of the three resistors based on the line currents detected by the detection circuit, the method comprising:
an effective value calculation step, in which the processing circuitry is configured to calculate an effective value of the line current;
an angle calculation step, in which the processing circuitry is configured to calculate an angle between the line current and the phase current based on an effective value of the line current;
and a phase current calculation step, the calculation processing circuit being configured to calculate an effective value of the phase current based on the effective value of the line current and the angle.
前記演算処理回路が、前記線電流の実効値を計算するように構成された実効値計算ステップと、
前記演算処理回路が、前記線電流の実効値を3辺とする三角形の3つの頂点と、前記相電流が交差する交点の座標位置を計算するように構成された座標計算ステップと、
前記演算処理回路が、前記座標位置から求めた前記頂点と前記交点の距離に基づいて、前記相電流の実効値を計算するように構成された相電流計算ステップとを備える
ことを特徴とする三相ヒータ相電流検出方法。 A three-phase heater phase current detection method for use in a three-phase heater phase current detection device including: a detection circuit configured to detect line currents applied via three power feeders to a three-phase heater having three delta-connected resistors; and an arithmetic processing circuit configured to calculate phase currents flowing through each of the three resistors based on the line currents detected by the detection circuit, the method comprising:
an effective value calculation step, in which the processing circuitry is configured to calculate an effective value of the line current;
a coordinate calculation step in which the arithmetic processing circuit calculates coordinate positions of three vertices of a triangle whose three sides are the effective values of the line currents and the intersection points where the phase currents intersect;
and a phase current calculation step in which the arithmetic processing circuit is configured to calculate an effective value of the phase current based on a distance between the vertex and the intersection obtained from the coordinate position.
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