JP4079201B2 - Inverter test equipment - Google Patents
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Description
本発明は、モータを負荷とするインバータの試験を行うインバータ試験装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter test apparatus for testing an inverter having a motor as a load.
図7はモータを負荷とする従来のインバータ試験装置の一例を示す回路構成図である。
図7において、被試験インバータ100の交流出力端子のU相、V相、W相に複数の抵抗R、インダクタンスL及びスイッチからなる疑似負荷回路200をそれぞれ接続すると共に、電流制御方式の場合には、モータの角度センサ300を設けたものである。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing an example of a conventional inverter test apparatus using a motor as a load.
In FIG. 7, a
次に動作について説明する。
一般にインバータの制御方式は、電流制御ループによる電流制御方式と電流制御ループを持たない電圧制御方式(V/F制御等)とに大別される。
電流制御方式の場合は、角度センサ300で検出したモータ回転子の位置を示す角度θm (位相)に対して、運転条件に応じた角度θm +θc で振幅ic の所定電流が流れるように被試験インバータ100が制御される。このとき、被試験インバータ100の出力電圧の角度(電流に対する位相)と振幅が実際の負荷であるモータの運転時と同等になるように、各疑似負荷回路200のスイッチを切り換えてR,Lを選択する。
尚、角度センサ300として、例えばレゾルバ、エンコーダ等を用い、上記角度θm が得られるように、角度センサ300を数ワット程度の小型のモータ(図示せず)を用いて回すことにより、角度センサ300よりθm に応じた模擬角度センサ信号Sθを発生するようになされる。
Next, the operation will be described.
In general, inverter control methods are roughly classified into a current control method using a current control loop and a voltage control method (V / F control or the like) having no current control loop.
In the case of the current control method, with respect to the angle θm (phase) indicating the position of the motor rotor detected by the
As the
また、電圧制御方式の場合は、運転条件に応じた角速度(出力周波数)と振幅の電圧が被試験インバータ100から出力される。このとき、被試験インバータ100の出力電流の角度(電圧に対する位相)と振幅がモータの運転時と同等になるように、各疑似負荷回路200のスイッチを切り換えてR,Lを選択する。尚、電圧制御方式の場合は、角度センサ300は省略される。
In the case of the voltage control method, a voltage having an angular velocity (output frequency) and an amplitude corresponding to the operating condition is output from the inverter under
上記のようにモータの運転状況に応じた電圧・電流の振幅、位相、力率、トルクが得られるようにR−Lを切り換えながら試験を行うことにより、発熱や電圧・電流波形等をチェックし、被試験インバータ100の評価を行う。
As described above, heat and voltage / current waveforms are checked by performing tests while switching RL so that the amplitude, phase, power factor, and torque of the voltage / current according to the motor operating conditions can be obtained. Then, the inverter under
しかしながら、上記従来のインバータ試験装置では、
1、モータの力行運転での試験が行われるが、回生運転での試験は不可能
2、力行運転での様々の運転条件に対応可能とするには、疑似負荷回路200を構成するR,L,スイッチの数を多くする必要があり、このため構成が複雑になり、重量も含めて装置が大型化し、コストもかかる。
3、試験時の電力は全て熱になり、無駄になってしまう。
4、定常時の特性に合わせてR,Lを選択するので、過渡時の特性をモータ運転時と同じにすることができない。
5、電流制御方式の場合、角度センサ300から模擬角度センサ信号Sθを発生させるために、角度センサ300を回すための小型モータ等の手段を別に用意しなければならない。
等々の問題があった。
However, in the conventional inverter test apparatus,
1. A test in the power running operation of the motor is performed, but a test in the regenerative operation is impossible. 2. To make it possible to cope with various operation conditions in the power running operation, R, L constituting the
3. All power during the test becomes heat and is wasted.
4. Since R and L are selected according to the steady state characteristics, the transient characteristics cannot be made the same as during motor operation.
5. In the case of the current control method, in order to generate the simulated angle sensor signal Sθ from the
And so on.
本発明は上記の問題を解決するため、電力変換器を2つ用い、一方の電力変換器をモータの出力を仮想する負荷として、実際にモータに接続することなくモータの運転を模擬的に行うことにより、インバータの試験を行うことを目的としている。 In order to solve the above-described problem, the present invention uses two power converters, and uses one power converter as a virtual load of the output of the motor to simulate the operation of the motor without actually connecting to the motor. The purpose of this is to test the inverter.
上記の目的を達成するために、本発明によるインバータ試験装置は、被試験用の第1のインバータの疑似負荷となる第2のインバータと、交流電源と第1のインバータの間に設けられ、第1のインバータに直流電力を供給する第1の電力変換器と、交流電源と第2のインバータの間に設けられ、第2のインバータに直流電力を供給する第2の電力変換器と、前記交流電源と前記第1のインバータの出力との間、又は、前記交流電源と前記第2のインバータの出力との間の少なくともいずれか一方の間を絶縁するトランスと、第1のインバータの実負荷であるモータの設定されたモータ回転数に応じて第1のインバータの出力電流を所定の値に制御すると共に、モータ回転数とモータ定数と検出された第1のインバータの出力電圧・電流のいずれか又は両方に基づいて第2のインバータの出力電圧の振幅・位相を所定に制御する制御手段とを有し、前記第2のインバータは、3つの単相インバータによって構成され、当該単相インバータが各相にそれぞれ設けられ、前記第2の電力変換器は、前記単相インバータに1つずつ接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an inverter testing apparatus according to the present invention is provided between a second inverter serving as a pseudo load of a first inverter to be tested, an AC power source, and a first inverter. A first power converter that supplies DC power to one inverter; a second power converter that is provided between the AC power supply and the second inverter and supplies DC power to the second inverter; and the AC A transformer that insulates between at least one of the power source and the output of the first inverter or between the AC power source and the output of the second inverter; and an actual load of the first inverter. The output current of the first inverter is controlled to a predetermined value in accordance with the motor rotation speed set for a certain motor, and the motor rotation speed, the motor constant, and the detected output voltage / current of the first inverter are determined. Or a control means for controlling the amplitude and phase of the output voltage of the second inverter based on the both, the second inverter is composed of three single-phase inverters, and the single-phase inverter The second power converter is provided for each phase and is connected to the single-phase inverter one by one.
なお、「前記交流電源と前記第1のインバータの出力との間」とは、交流電源と第1のインバータの出力との間であればどこに設けられていてもよいことを意味し、例えば、交流電源、第1の電力変換器又は第1のインバータに隣接して設けられていてもよいし、第1の電力変換器又は第1のインバータの中に設けられていてもよい。
また、同様にして、「前記交流電源と前記第2のインバータの出力との間」とは、交流電源と第2のインバータの出力との間であればどこに設けられていてもよいことを意味し、例えば、交流電源、第2の電力変換器又は第2のインバータに隣接して設けられていてもよいし、第2の電力変換器又は第2のインバータの中に設けられていてもよい。
Note that “between the AC power supply and the output of the first inverter” means that it may be provided anywhere between the AC power supply and the output of the first inverter. It may be provided adjacent to the AC power source, the first power converter or the first inverter, or may be provided in the first power converter or the first inverter.
Similarly, “between the AC power supply and the output of the second inverter” means that it may be provided anywhere between the AC power supply and the output of the second inverter. For example, it may be provided adjacent to the AC power supply, the second power converter or the second inverter, or may be provided in the second power converter or the second inverter. .
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記第1および第2の電力変換器は、電力回生を行う機能を持ったAC/DCコンバータであることを特徴とする。 The inverter test apparatus according to the present invention is characterized in that the first and second power converters are AC / DC converters having a function of performing power regeneration.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記第1および第2の電力変換器の一方が、電力回生を行う機能を持ったAC/DCコンバータであり、他方がダイオードを用いた整流器であることを特徴とする。 In the inverter testing apparatus according to the present invention, one of the first and second power converters is an AC / DC converter having a function of performing power regeneration, and the other is a rectifier using a diode. Features.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記交流電源と前記第2の電力変換器との間に、整流手段が設けられており、前記第2電力変換器が絶縁型双方向DC/DCコンバータであることを特徴とする。 In the inverter testing apparatus according to the present invention, rectifying means is provided between the AC power source and the second power converter, and the second power converter is an insulated bidirectional DC / DC converter. It is characterized by being.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記制御手段が、前記運転条件に含まれるモータ回転数に応じて第1のインバータの出力電流を所定の値に制御すると共に、モータ回転数と前記モータ特性に含まれるモータ定数と前記検出された第1のインバータの出力電圧・電流に基づいて第2のインバータの出力電圧の振幅・位相を所定に制御することを特徴とする。 In the inverter testing apparatus according to the present invention, the control means controls the output current of the first inverter to a predetermined value according to the motor rotational speed included in the operating condition, and the motor rotational speed and the motor characteristics. The amplitude and phase of the output voltage of the second inverter are controlled in a predetermined manner on the basis of the motor constant included in and the detected output voltage and current of the first inverter.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記モータ定数が、モータ等価回路の各構成要素の値を含み、前記制御手段は、このモータ定数を用いた所定の電圧変換式に基づいて制御することを特徴とする。 In the inverter testing apparatus according to the present invention, the motor constant includes a value of each component of the motor equivalent circuit, and the control means performs control based on a predetermined voltage conversion formula using the motor constant. Features.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記制御手段が、前記第1のインバータの出力電圧・電流とモータ特性からモータのトルクを算出し、そのトルクと前記モータ特性に含まれる機械的定数からモータ速度、角度を逐次算出して制御に用いることにより、モータの加減速時における運転を模擬することを特徴とする。 In the inverter testing apparatus according to the present invention, the control means calculates a motor torque from the output voltage / current of the first inverter and a motor characteristic, and the motor is calculated from the torque and a mechanical constant included in the motor characteristic. It is characterized by simulating the operation at the time of acceleration / deceleration of the motor by sequentially calculating the speed and angle and using them for control.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記第1、第2のインバータの出力はPWM信号であり、前記第1のインバータの交流出力と前記第2のインバータの交流出力との間に、モータのインダクタンスに相当するインダクタンスからなる第1のフィルタを設けると共に、前記第2のインバータの交流出力と前記第1のフィルタとの間に第2のインバータの出力から基本波を取り出す第2のフィルタを設けたことを特徴とする。 Further, in the inverter testing apparatus according to the present invention, the outputs of the first and second inverters are PWM signals, and the motor is connected between the AC output of the first inverter and the AC output of the second inverter. A first filter having an inductance corresponding to the inductance is provided, and a second filter for extracting a fundamental wave from the output of the second inverter is provided between the AC output of the second inverter and the first filter. It is characterized by that.
また、本発明によるインバータ試験装置は、前記第1のインバータの出力電圧・電流とモータ定数からモータのトルク、速度、回転位置、損失、効率、温度等の全部又はいずれかを計算して、表示又は出力することを特徴とする。 The inverter testing apparatus according to the present invention calculates and displays all or any of the torque, speed, rotational position, loss, efficiency, temperature, etc. of the motor from the output voltage / current of the first inverter and the motor constant. Or output.
従って、本発明によれば、モータの回転数とモータ定数を制御手段に設定すると共に、第1のインバータの出力電流・電圧を検出し、制御手段は、モータ回転数に応じて第1のインバータの出力電流を所定の値に制御すると共に、モータ回転数、モータ定数及び出力電流・電圧に基づいて第2のインバータの出力電圧の振幅・位相を制御することにより、実際のモータを接続することなく、モータを接続したのと同様の運転状態を模擬的に実現することができる。 Therefore, according to the present invention, the rotational speed of the motor and the motor constant are set in the control means, and the output current / voltage of the first inverter is detected, and the control means detects the first inverter according to the motor rotational speed. The output current of the inverter is controlled to a predetermined value, and the actual motor is connected by controlling the amplitude and phase of the output voltage of the second inverter based on the motor speed, motor constant and output current / voltage. In addition, it is possible to simulate the same operating state as when the motor is connected.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の参考例によるインバータ試験装置を示す回路構成図である。
本試験装置は、IPMモータ(埋込磁石型同期モータ)を実際の負荷として想定した場合の電流制御方式によるものであり、図示のように、被試験インバータ1(以下、インバータ1と言う)に対して疑似負荷用インバータ2(以下、インバータ2と言う)を用いている。インバータ1、2としては、小型化に有利な電圧(源)型インバータが用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an inverter test apparatus according to a first reference example of the present invention.
This test apparatus is based on a current control method when an IPM motor (embedded magnet type synchronous motor) is assumed as an actual load. As shown in the drawing, the test apparatus is connected to an inverter under test 1 (hereinafter referred to as an inverter 1). On the other hand, a pseudo load inverter 2 (hereinafter referred to as an inverter 2) is used. As the
図1において、商用交流電源3からの3相交流電圧はトランス4を介して整流回路5で直流電圧に変換され、試験電圧調整用のチョッパ回路6で調整された後、インバータ1に供給される。また、上記直流電圧はインバータ2にも供給される。インバータ1の交流出力端子からは、PWM変調された矩形波電圧としてのPWM1 信号が出力される。このPWM1 信号は、インダクタンスLからなるフィルタ7により正弦波に変換されてトランス8の1次側に加えられる。インバータ2の交流出力端子からは、PWM変調された矩形波電圧としてのPWM2 信号が出力される。このPWM2 信号は、インダクタンスl、コンデンサc、抵抗rからなるフィルタ9を介して基本波の正弦波が取り出され、トランス8の2次側に加えられる。尚、フィルタ7におけるインダクタンスLは、負荷としてのモータのインダクタンスに相当するものである。
In FIG. 1, a three-phase AC voltage from a commercial
インバータ1から出力される上記PWM1 信号のU相及びW相の各電流iu ,iw (電流制御方式により所定の値に制御される)が変流器10で検出されてモータ模擬運転制御部11に加えられる。また、上記PWM1 信号をフィルタ7を通じて得られる正弦波の電圧vu ′,vw ′が検出されてモータ模擬運転制御部11に加えられる。
The U-phase and W-phase currents iu and iw (controlled to a predetermined value by the current control method) of the PWM1 signal output from the
モータ模擬運転制御部11には、負荷としてのモータの運転条件とモータ特性が入力され設定される。運転条件としては、所望のモータ速度N、トルク(負荷)、制御モード等である。モータ特性としては、モータ定数や電圧・電流方程式である。モータ定数は、モータ等価回路の各構成要素である。IPMモータの場合のモータ定数としては、モータの電機子抵抗R、モータ固定子上のd,q直交座標軸におけるd軸上のモータインダクタンLd とq軸上のモータインダクタンスLq 、モータ誘起電圧定数φa 及びフィルタ7のインダクタンスLが入力される。また、モータ模擬運転制御部11には、角度センサ模擬制御部12が設けられている。
The motor simulation
次にインバータ1の試験について原理的に説明する。インバータ1とインバータ2をインピーダンスを介して接続された2つの交流電圧源として考えた場合、インバータ1、2の各出力電圧の関係によってインバータ1から見たインピーダンスが変化する。このインピーダンスはモータの負荷インピーダンスに相当する。例えば各出力電圧を同相とすれば、インバータ1の負荷インピーダンスは各出力電圧の振幅に応じた抵抗成分となる。また、インバータ1の出力電圧の位相に対して電流が90°遅れるようにインバータ2の出力電圧を制御すれば、負荷インピーダンスはインダクタンス成分となる。即ち、インバータ1の出力電圧に対してインバータ2の出力電圧の振幅・位相を制御することにより、負荷インピーダンスが可変となる。
Next, the principle of the
従って、本参考例によれば、議事付加としてのインバータ2の出力電圧の振幅・位相を制御することにより、実際の負荷であるモータを模擬的に運転した状態とすることができる。これにより、任意の運転条件で任意の負荷におけるインバータ1の試験を行うことができる。
Therefore, according to this reference example, by controlling the amplitude and phase of the output voltage of the
次に、実際の試験動作について説明する。電流制御方式によるインバータ1の試験を行う場合は、インバータ1の出力電流iu ,iw は、インバータ2の出力電圧に関わらず所定の値に制御される。尚、図示のインバータ1は、電流制御を行うための制御回路を含むものとする。モータ模擬運転制御部11には、前述した運転条件であるNとモータ定数であるR,Ld ,Lq ,L,φa がオペレータにより入力設定される。角度センサ模擬制御部12は、Nに応じた模擬角度センサ信号Sθを出力し、インバータ1はこの模擬角度センサ信号Sθに基づいて出力電流が所定の値に制御される。
Next, an actual test operation will be described. When testing the
また、モータ模擬運転制御部1は、運転条件N,モータ定数R,Ld ,Lq ,L,φa に基づいてインバータ2をスイッチングするゲート信号を生成して出力し、インバータ2はこのゲート信号に応じて動作する。即ち、インバータ2は、インバータ1の動作に応じた電圧・電流の振幅・位相となるように制御されることになる。モータ模擬運転制御部11は、インバータ1の出力電流iu ,iw 及び出力電圧vu ′,vw ′を見ながら制御を行う。出力電圧vu ′,vw ′の振幅・位相は、負荷により決まる。
Further, the motor simulation
即ち、インバータ1の出力電流が一定の状態において、出力電圧の振幅・位相が所望となるようにインバータ2の出力電圧の振幅・位相を制御することにより、インバータ1にあたかもモータが接続されているかのような状態でインバータ1の試験を行うことができる。以上により、モータの任意の運転条件に応じて任意の力率、負荷のインピーダンスを設定して、インバータ1の試験を行うことができる。
That is, whether the motor is connected to the
次に、本参考例においては、インバータ1とインバータ2との間にトランス8を設けて両者を直流的に絶縁することにより、インバータ1の3相出力電圧の中性点変動の影響をなくし、良好な制御が行われるようにしている。即ち、インバータにおいては、図2(a)に示すように、出力電圧(線間電圧)の範囲を広げるために、中性点電圧変動回路15により中性点電圧を所定のタイミングで変動させることがある。この場合、負荷がモータの場合は、中性点電圧がどのように変動してもモータへの影響はないが、図2(b)のように負荷がインバータ2の場合は、中性点電圧変動回路15、16により中性点電圧を変動させると、その影響によりインバータ1とインバータ2との間に実際のモータ電流とは無関係な電流ix が流れてしまう。この電流ix をゼロに制御することは困難である。そこで、本実施の形態においては、トランス8を設けることにより、上記電流ix を遮断するようにしている。
Next, in this reference example, by providing a transformer 8 between the
次に、インバータ1、2の各出力電圧はPWM波形であり、遅れなしでインバータ1の基本波電圧の振幅と位相を検出することが難しいため、フィルタ7、9によりPWM波形を正弦波状にして、トランス8の1次側の電圧vu ′,vw ′を検出する。この電圧と電流iu ,iw に基づいてインバータ1の出力電圧vuを次式により算出する。vu =L・iu +vu ′───(1)
Next, since the output voltages of the
負荷がIPMモータの場合は、 If the load is an IPM motor,
による電圧方程式を満足するように制御が行われる。(2)式において、Vd , Vq :d,q軸の電機子電圧、id , iq :d,q軸の電機子電流、R:電機子抵抗、Ld , Lq :d,q軸インダクタンス、ωm :角速度(Nに対応)、p:d/dt、φa :永久磁石による電機子鎖交磁束の最大値×(3/2の平方根)、pn :極対数である。Tは出力トルクで T=〔pn {φa iq +(Ld −Lq )id iq }〕───(3)である。 Control is performed so as to satisfy the voltage equation. In equation (2), Vd, Vq: d, q-axis armature voltage, id, iq: d, q-axis armature current, R: armature resistance, Ld, Lq: d, q-axis inductance, ωm: Angular velocity (corresponding to N), p: d / dt, φa: maximum value of armature flux linkage by permanent magnet × (square root of 3/2), pn: number of pole pairs. T is an output torque, and T = [pn {φa iq + (Ld−Lq) id iq}] (3).
図3は上記(2)式による電圧変換方程式をハード構成で実現した場合のモータ模擬運転制御部11を示すもので、加算器、乗算器、補正回路、微分回路、2/3回路(3相−2相変換回路)、PWM回路13等により図示のように構成されている。尚、(2)式における pLd , pLq は過度項であり、実際の運転においては値が小さいので、本実施の形態では無視される。
FIG. 3 shows the motor simulation
図3において、上記入力されたR,Ld ,Lq 、θm (模擬角度センサ信号Sθが示す角度:Nに対応),φa ,L、及び電圧vu ′,vw ′、電流iu ,iw を用いて図示の各演算が行われる。これにより、相電圧指令Vou* ,Vov* ,Vow* を生成し、これに基づいてPWM回路13よりインバータ2のゲート信号が生成される。
In FIG. 3, the input R, Ld, Lq, θm (angle corresponding to the simulated angle sensor signal Sθ: corresponding to N), φa, L, and voltages vu ′, vw ′, currents iu, iw are illustrated. Each calculation is performed. Thereby, phase voltage commands Vou *, Vov * and Vow * are generated, and the gate signal of the
図3において、iu ,iw をθm を角度補正した値に基づいて3相−2相変換して直交2軸上のid ,iq を得ると共に、vu ′,vw ′をθm を角度補正した値に基づいて3相−2相変換してvd ,vq を得る。また、Ld ,Lq と実際のLとの差分を求め、この差分とR,id ,iq に基づいてvd * ,vq * を求める。このvd * ,vq * と実際のvd ,vq とを突き合わせ、その結果をθmを角度補正した値に基づいて2相−3相変換することにより、Vou* ,Vov* ,Vow* が得られる。 In FIG. 3, iu and iw are subjected to three-phase to two-phase conversion based on the value obtained by correcting the angle of θm to obtain id and iq on two orthogonal axes, and vu ′ and vw ′ are set to values obtained by correcting the angle of θm. Based on the three-phase to two-phase conversion, vd and vq are obtained. Further, the difference between Ld and Lq and the actual L is obtained, and vd * and vq * are obtained based on this difference and R, id and iq. Vou *, Vov * and Vow * are obtained by matching the vd * and vq * with the actual vd and vq and subjecting the result to a two-phase to three-phase conversion based on the angle corrected value of θm.
次に、本実施の形態の第2の参考例について説明する。上述した第1の参考例では、モータ回転数N(θm )を予め設定して制御を行っているが、Nを設定せずに、インバータ1の出力電流・電圧からモータトルクを計算し、そのトルクと試験で想定する機械のイナーシャ(重量相当等)からN(θm )を算出して制御に用いることにより、モータの加減速時の状態を模擬することができる。即ち、モータが停止している状態からインバータ1が動作して加速していくとき、どのように加速していくのかは、どのようなパターンで電流・電圧が加えられたかによって決まる。
Next, a second reference example of the present embodiment will be described. In the first reference example described above, control is performed by setting the motor rotational speed N (θm) in advance. However, without setting N, the motor torque is calculated from the output current / voltage of the
例えば、電気自動車を駆動するモータの場合、モータ模擬運転制御部11により、入力される出力電圧・電流(vu ′,vw ′,iu ,iw )によりとれだけトルクが出ているかを計算することができ、そのトルクに応じてどのように加速していくのかを、車体の重さ等からモータ軸換算でのイナーシャが分かっていれば、走行抵抗等を考慮して計算することができる。
For example, in the case of a motor that drives an electric vehicle, the motor simulation
即ち、計算したトルクとイナーシャ、走行抵抗等から、どれだけ加速すればどれだけの回転数Nとなり、次にどれだけの回転数Nとなるかを計算し、そのNに基づいて模擬角度センサ信号Sθを作ってインバータ1にフィードバックすることにより、実際にモータを加減速している状態で様々な試験を行うことができる。従って、本実施の形態の場合は、モータ模擬運転制御部11には、車体重量やイナーシャ、走行抵抗等の機械的定数が入力設定される。
That is, from the calculated torque, inertia, running resistance, etc., how much the speed N is to be accelerated and then how many the speed N is to be calculated is calculated. Based on the N, the simulated angle sensor signal is calculated. By making Sθ and feeding it back to the
尚、上述した各参考例は、IPMモータを負荷とした場合について説明したが、電圧方程式があれば、IMモータ(誘導電動機)、SPM(表面磁石同期)モータ等々どのようなモータでも模擬運転可能である。 In addition, although each reference example mentioned above demonstrated the case where an IPM motor was used as a load, if there is a voltage equation, any motor, such as an IM motor (induction motor) and an SPM (surface magnet synchronous) motor, can be simulated. It is.
また、第3の参考例として、図1に示すように、モータ模擬運転制御部1において、インバータ1の出力電圧・電流とモータ定数からモータのトルク、速度、回転位置、損失効率、温度等を計算して、表示又は出力するように構成してもよい。
As a third reference example, as shown in FIG. 1, in the motor simulation
次に、本発明の第1〜3の実施の形態を説明する。前述した図1の第1の参考例では、インバータ1とインバータ2との間にトランス8を挿入して両者を絶縁している。このため、インバータ1を直流に近い周波数で動作させてモータの低速運転時の状態を模擬して試験を行うと、トランス8が飽和して疑似負荷としてのインバータ2の制御が不能になるという問題が生じる。
Next, first to third embodiments of the present invention will be described. In the first reference example of FIG. 1 described above, a transformer 8 is inserted between the
また、インバータ1を直流で動作させてモータの停止状態を模擬して試験を行う場合は、トランス8のインバータ2側を短絡して(インバータ2の各相の下側又は上側のスイッチング素子を全てONさせる等の方法で短絡して)試験を行うが、その場合、トランス8の飽和は問題にならないが、インバータ2を制御してもモータの運転と等価にはならず、特性としては挿入したトランス8や線路のインダクタンスと抵抗等で決まってしまうという問題が生じる。
When the
上述のように、モータの模擬運転を回生運転から力行運転まで行おうとすると、トランス8を直流から高い周波数まで使用可能にするために、トランス8が大型化すると共に、コストアップになるという問題が生じる。 As described above, when the simulated operation of the motor is performed from the regenerative operation to the power running operation, there is a problem that the transformer 8 becomes larger and the cost is increased in order to make the transformer 8 usable from a direct current to a high frequency. Arise.
従って、第1〜3の実施の形態は、上記の問題を解決するためのもので、インバータ1とインバータ2とを上記トランス8に代わる手段を用いて絶縁するようにしたものである。
Therefore, the first to third embodiments are for solving the above-described problem, and the
図4に第1の実施の形態を示す。
図4においては、図1と対応する部分には同一番号を付して重複する説明は省略する。
また、図4は原理的な構成を簡略的に示しており、図1のインバータ1、2間は/// で3相を示し、また、モータ模擬運転制御部11及びこれに関する部分は図示を省略されている。
図4において、インバータ1の入力側にはチョッパ6及びコンデンサC1 を介してAC/DCコンバータとしての回生コンバータ(正弦波コンバータ)21が接続され、インバータ2の入力側にはコンデンサC2 を介してAC/DCコンバータとしての回生コンバータ22が接続されている。
FIG. 4 shows a first embodiment.
In FIG. 4, parts corresponding to those in FIG.
FIG. 4 shows the basic configuration in a simplified manner. The
In FIG. 4, a regenerative converter (sine wave converter) 21 as an AC / DC converter is connected to the input side of the
回生コンバータ21には、商用交流電源3からの3相交流電圧がトランス4、インダクタンス23を通じて加えられ、コンデンサC1 に得られるDC(直流)電圧がチョッパ回路6で調整された後、インバータ1に供給される。また、回生コンバータ22には、商用交流電源3からの3相交流電圧がトランス4、トランス20及びインダクタンス24を通じて加えられ、コンデンサC2 に得られるDC電圧がインバータ2に供給される。
A three-phase AC voltage from the commercial
尚、図示ではトランス20をトランス4の2次側に接続しているが、点線で示すように商用交流電源3に直接接続してもよい。また、トランス4は必ずしも必要ではない。また、図1のフィルタ9は図示を省略しているが、必要に応じて設けられる。
Although the
上記のように本実施の形態においては、図1の絶縁用のトランス8に代えてトランス20を用い、このトランス20によりインバータ1とインバータ2を交流電源側において分離し、直流的に絶縁するようにしている。これによって、図2において説明したインバータ1、2における中性点変動による電流ix が流れないようにすることができる。また、トランス20は商用交流電源3の周波数で固定して用いられるので、小型のものを用いることができる。また、回生コンバータ21、22はインバータ1、2に対して直流(DC)電圧を供給するために設けられる。即ち、回生コンバータ21、22は入力交流電圧をAC/DC変換してコンデンサC1 ,C2 に蓄積する。
As described above, in the present embodiment, the
次に、動作について説明する。
モータの力行運転を模擬する場合は、回生コンバータ21を制御して交流電源電圧より振幅が大きく、かつ位相の遅れた電圧を発生させることにより、その差の電圧がインダクタンス23にかかり、交流電圧と同相の電流が流れ、コンデンサC1 にエネルギーが蓄積され、チョッパ6を介してインバータ1に供給される。即ち、インバータ1が交流電源からエネルギーを供給されることになる。一方、インバータ2はインバータ1から供給されたエネルギーをコンデンサC2 に蓄積し、また、回生コンバータ22を制御して交流電源電圧より振幅が大きく、かつ位相の進んだ電圧を発生させることにより、コンデンサC2 からインダクタンス24にかかる交流電圧と逆相の電流が流れ、この電流はトランス20を通じて交流電源側に戻される。
Next, the operation will be described.
When simulating the power running operation of the motor, the
モータの回生運転を模擬する場合は、上記と逆に回生コンバータ21により交流電源電圧より振幅が大きく、かつ位相の進んだ電圧を発生させることにより、インダクタンス23にかかる交流電圧と逆向きの電流が流れる。また、インバータ2は回生コンバータ22からのエネルギーをコンデンサC2 に蓄積し、これをインバータ2からインバータ1に供給することになる。
When simulating the regenerative operation of the motor, the
以上は、インバータ1、2側にAC/DCコンバータとして回生コンバータ21、22を設けた場合について説明したが、回生コンバータ21又は22に代えて、図1の整流回路5と同等のダイオードブリッジで構成されたダイオード整流器をAC/DCコンバータとして用いてもよい。その場合、回生コンバータ21に代えてダイオード整流器を用いた場合は、インバータ1が力行運転を行う場合のみ有効である。また、回生コンバータ22に代えてダイオード整流器を用いた場合は、インバータ1が回生運転を行う場合のみ有効である。そして、図4のように回生コンバータ21、22を用いる場合は、インバータ1が力行/回生運転を行う場合に有効である。
In the above description, the case where the
次に、第2の実施の形態を図5と共に説明する。
尚、図5においては、図4、図1と対応する部分には同一番号を付してある。本実施の形態は、上述した第4の実施の形態の変形例であり、インバータ2を3つの単相インバータ2aで構成すると共に、各単相インバータ2aに回生コンバータ22を接続した場合である。この場合は、3つの単相インバータ2aにより3相インバータ2と同じ動作が行われるように制御される。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, parts corresponding to those in FIGS. 4 and 1 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is a modification of the above-described fourth embodiment, and is a case where the
本実施の形態によれば、直流部分が各相共通である3相インバータと比較して出力電圧の自由度が高く、インバータ1の不平衡電圧に対する制御も可能である。尚、回生コンバータ21又は22に代えてダイオード整流器を用いてもよい。
According to the present embodiment, the degree of freedom of the output voltage is higher than that of a three-phase inverter in which the DC portion is common to each phase, and control of the unbalanced voltage of the
次に、第3の実施の形態を図6と共に説明する。尚、図6においては、図4、図1と対応する部分には同一番号を付してある。本実施の形態は、図示のように整流器5とインバータ2との間に絶縁型双方向DC/DCコンバータ25を設けて、インバータ1、2間を絶縁したものである。絶縁型双方向DC/DCコンバータ25は、単相インバータ26、トランス27、単相インバータ28で構成される。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 6, parts corresponding to those in FIGS. 4 and 1 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, an insulating bidirectional DC /
上記構成によれば、 単相インバータ26、28の交流出力の振幅・位相を制御することにより、エネルギーの流れを双方向に制御することができる。本実施の形態によれば、絶縁型双方向DC/DCコンバータ25のトランス27によりインバータ1、2間を絶縁することができる。
According to the above configuration, the flow of energy can be controlled bidirectionally by controlling the amplitude and phase of the AC output of the single-
以上説明したように本発明によれば、モータを実際に使用することなく、モータの動作を模擬的に行いながらインバータの試験を行うことができる。また、従来のR−L負荷の切り換えではできなかった回生運転試験を行うことができる。また、R−L負荷の切り換えの場合に比べて装置の大幅な省エネルギー化が可能となる。さらに、電流制御の場合、被試験インバータの電圧、力率の調整が可能となる。 As described above, according to the present invention, the inverter can be tested while simulating the operation of the motor without actually using the motor. In addition, a regenerative operation test that cannot be performed by switching the conventional RL load can be performed. In addition, the energy saving of the apparatus can be greatly reduced as compared with the case of switching the RL load. Furthermore, in the case of current control, the voltage and power factor of the inverter under test can be adjusted.
また、被試験インバータと疑似負荷用インバータとの間にトランスを設けることにより、被試験インバータにおける中性点電圧の変動による影響をなくし、良好な制御を行うことができる。また、被試験インバータと疑似負荷用インバータとの間を絶縁するために、回生コンバータ、ダイオード整流器、絶縁型双方向DC/DCコンバータを設けることにより、上記中性点電圧の変動による影響をなくし、良好な制御を行うことができると共に、直流から高い周波数までの試験、即ち、モータの停止から高速回転まで、周波数に無関係にモータの模擬試験を行うことができる。 Further, by providing a transformer between the inverter under test and the pseudo load inverter, it is possible to eliminate the influence due to the fluctuation of the neutral point voltage in the inverter under test and perform good control. Moreover, in order to insulate between the inverter under test and the inverter for pseudo load, by providing a regenerative converter, a diode rectifier, and an insulation type bidirectional DC / DC converter, the influence due to the fluctuation of the neutral point voltage is eliminated, In addition to being able to perform good control, it is possible to perform a test from a direct current to a high frequency, that is, a motor simulation test regardless of the frequency from the stop of the motor to high-speed rotation.
なお、図5においては、各々絶縁された3つの単相インバータ2aの出力をデルタ結線して、3相交流電源、つまりインバータを構成している例を示したが、各々絶縁された3つの単相インバータ2aの出力をスター結線して3相交流電源を構成しても良いことは言うまでもない。
また、直流電源に3つのブリッジを接続し、各々のブリッジの上下のスイッチの中間を出力として3相交流を構成する通常のインバータは、各々のブリッジは可変の直流電源として動作しており、概念的には、可変の直流電源の、例えばマイナス側を接続し、プラス側3本を出力として3相交流電源を構成していると言える。
従って、3つの単相インバータ2aの出力をスター結線して3相交流電源を構成した場合は、各々の単相インバータ2aの2つのブリッジ(上下直列に接続されたスイッチ)の内、一方のブリッジの上、または下のスイッチを固定でオン(導通)させると同時に、もう一方のブリッジの上下スイッチを交互にオン、オフさせ直流電源として動作させて、この直流電源として動作させている単相インバータの各々の出力電圧の大小関係で、3相の交流電源を構成してもインバータと同様な機能となることは自明である。
FIG. 5 shows an example in which the outputs of the three isolated single-
In addition, a normal inverter that connects three bridges to a DC power source and constitutes a three-phase AC with the middle of the upper and lower switches of each bridge as an output, each bridge operates as a variable DC power source. Specifically, it can be said that a three-phase AC power source is configured by connecting, for example, the minus side of a variable DC power source and outputting three plus sides.
Therefore, when a three-phase AC power source is configured by star-connecting the outputs of the three single-
スター結線する場合は、各々の直流電源は、絶縁されていても、絶縁されていなくても良い。つまり、スター結線された3つの単相インバータ2aでインバータを構成している場合において、直流電源として動作させている1番目の単相インバータの出力電圧 V1と直流電源として動作させている2番目の単相インバータの出力電圧 V2が、各々がプラスの電圧であっても(上の説明で一方のプリッジの下のスイッチを常時オンさせる場合)、 V1<V2 となるように制御を行えば、1番目の単相インバータの出力から見た、2番目の単相インバータの出力はプラスになり、一方、 V1>V2 となるように制御を行えば、1番目の単相インバータの出力から見た、2番目の単相インバータの出力はマイナスになる。結果として、1番目の単相インバータの出力と2番目の単相インバータの出力の間の電圧は交流とすることが可能であることは明らかである。
In the case of star connection, each DC power supply may or may not be insulated. That is, in the case where an inverter is configured by three single-
1 被試験インバータ
2 疑似負荷用インバータ
7 フィルタ
8 トランス
9 フィルタ
10 変流器
11 モータ模擬運転制御部
12 角度センサ模擬制御部
13 PWM回路
20 トランス
21、22 回生コンバータ(AC/DCコンバータ)
23、24 インダクタンス
2a 単相インバータ
25 絶縁型双方向DC/DCコンバータ
DESCRIPTION OF
23, 24
Claims (9)
交流電源と第1のインバータの間に設けられ、第1のインバータに直流電力を供給する第1の電力変換器と、
交流電源と第2のインバータの間に設けられ、第2のインバータに直流電力を供給する第2の電力変換器と、
前記交流電源と前記第1のインバータの出力との間、又は、前記交流電源と前記第2のインバータの出力との間の少なくともいずれか一方の間を絶縁するトランスと、
第1のインバータの実負荷であるモータの設定されたモータ回転数に応じて第1のインバータの出力電流を所定の値に制御すると共に、モータ回転数とモータ定数と検出された第1のインバータの出力電圧・電流のいずれか又は両方に基づいて第2のインバータの出力電圧の振幅・位相を所定に制御する制御手段と
を有し、
前記第2のインバータは、3つの単相インバータによって構成され、当該単相インバータが各相にそれぞれ設けられ、
前記第2の電力変換器は、前記単相インバータに1つずつ接続されている
ことを特徴とするインバータ試験装置。 A second inverter serving as a pseudo load for the first inverter under test;
A first power converter provided between the AC power source and the first inverter and supplying DC power to the first inverter;
A second power converter provided between the AC power source and the second inverter and supplying DC power to the second inverter;
A transformer that insulates between at least one of the AC power supply and the output of the first inverter or between the AC power supply and the output of the second inverter;
The output current of the first inverter is controlled to a predetermined value according to the set motor speed of the motor that is the actual load of the first inverter, and the motor speed and the motor constant are detected and the first inverter detected Control means for controlling the amplitude and phase of the output voltage of the second inverter in a predetermined manner based on either or both of the output voltage and current of
The second inverter is composed of three single-phase inverters, and the single-phase inverter is provided for each phase,
The said 2nd power converter is connected to the said single phase inverter 1 each. The inverter test apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第2電力変換器が絶縁型双方向DC/DCコンバータであることを特徴とする請求項1記載のインバータ試験装置。 Rectifying means is provided between the AC power source and the second power converter,
The inverter test apparatus according to claim 1, wherein the second power converter is an insulated bidirectional DC / DC converter.
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