JP2005086990A - インバータ試験装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 被試験インバータが異常停止したときに起こり得る、直流入力コンデンサへの耐圧以上の電圧印加による直流入力コンデンサおよびその周辺回路の劣化または耐圧破壊を防止することができるインバータ試験装置を提供する。
【解決手段】 ダイオードD311〜D313、抵抗R311、R312、コンデンサC311および絶縁アンプInsOPは、三相交流の各相電圧のピーク値を測定する。絶縁アンプInsOPは、入出力のグランドを分離して信号を伝達する。且つ、抵抗R313とコンデンサC313からなるロ−パスフィルタを介して信号をコンパレータCPの非反転入力端に出力する。コンパレータCPは、絶縁アンプInsOPからの入力電圧を基準電圧E3と比較し、該入力電圧が基準電圧E3より高い場合は、擬似負荷用のインバータの制御回路にインバータ停止の指示をする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、主にモータを疑似負荷用インバータによってシミュレートした疑似負荷によって、被試験インバータの試験を行うインバータ試験装置に係り、特に疑似負荷が発生する過電圧に対して、被試験インバータを保護する回路を設けたインバータ試験装置に関する。
従来、モータを負荷とするインバータの試験において、制御の自由度に制約があり、構成が複雑になりがちなL(インダクタ)、R(抵抗)並びにスイッチ群の組み合わせからなる擬似負荷に代わり、インバータをもう一系統設けて、それを疑似負荷として出力電圧の振幅・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を作り出し、任意の運転条件で任意の負荷におけるインバータの試験を行うことができるシステムが開発されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
特開2003−153546号公報 特開2003−153547号公報
しかしながら、図2に示すようなインバータ試験装置において、以下のような問題が起こる可能性がある。例えば、被試験インバータ1は、試験中に過電流が流れたり、温度が上昇したりといった異常を感知した場合、スイッチング素子Tr1〜Tr6を全てOFFしたり、直流電圧を調整するチョッパ回路6を停止させたりして、異常停止する。この場合に、モータを模擬する擬似負荷21が、被試験インバータ1より遅れて停止すると、擬似負荷21の出力電圧がスイッチング素子Tr1〜Tr6のエミッタ−コレクタ間に接続される帰還ダイオードD1〜D6を通して、被試験インバータ1の直流側のコンデンサC1を充電してしまう。通常、擬似負荷21内の擬似負荷用インバータ2は、試験の都合上、被試験インバータ1の最大出力電圧以上の電圧が出力可能となるように設計されるため、被試験インバータ1の直流入力コンデンサC1およびその周辺回路(例えば、放電回路、電圧検出回路)に、耐圧以上の電圧がかかる可能性がある。
例え、このような状態になっても、チョッパ回路6が動作状態にあれば、被試験インバータ1の直流入力電圧E2を降下させるように働くので(例えば、回生動作)、問題はない。しかし、一般的に、被試験インバータ1が異常停止したときには、チョッパ回路6の動作を停止させるので、擬似負荷21から入力された電気エネルギーは、チョッパ回路6によって吸収されないため直流入力電圧E2が降下しない。よって、直流入力コンデンサC1が耐圧以上の電圧で充電されてしまい、直流入力コンデンサC1およびその周辺回路の劣化又は耐圧破壊を引き起こすという問題があった。
また、上記の問題を解決する装置として、被試験インバータ1の直流入力電圧E2を直接取り出して、試験用回路に入力する装置が考えられるが、被試験インバータ1が顧客側の設備である場合があり、これから試験用の信号を取り出すことが困難な場合があるといった問題もあった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、被試験インバータが異常停止したときに起こり得る、直流入力コンデンサおよびその周辺回路への耐圧以上の電圧印加による直流入力コンデンサおよびその周辺回路の劣化または耐圧破壊を防止することができるインバータ試験装置を提供することにある。
また、顧客側の被試験インバータから試験用の信号を取り出すことなく試験することができるインバータ試験装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、この発明では、以下の手段を提案している。
請求項1に係る発明は、インバータ試験装置であって、被試験用の第1のインバータに対して、モータの運転を模擬する疑似負荷となる第2のインバータと、第1のインバータの実負荷であるモータについて設定された運転条件及びモータ特性に基づいて、前記第2のインバータを制御する制御信号を生成することにより、モータの運転を模擬する制御手段とを備えるインバータ試験装置において、前記第1のインバータの出力電圧を検出し、前記出力電圧に応じて、前記第2のインバータの動作を停止させる過電圧保護回路を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、インバータ試験装置内の過電圧保護回路が、被試験インバータの出力電圧を検出し、前記出力電圧に応じて、擬似負荷を構成するインバータの動作を停止させるので、擬似負荷によって被試験インバータに高い電圧がかかってしまう場合、その不具合を回避することができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のインバータ試験装置であって、前記過電圧保護回路が、前記第1のインバータの出力の相電圧のピーク値を検出する相電圧最大値検出手段と、前記相電圧最大値検出手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号を所定の電位と比較し、その結果を前記制御手段に出力する比較手段とから構成されることを特徴とする。
この発明によれば、被試験インバータの出力の相電圧の最大値をコンデンサに保持する回路構成とし、その電圧をコンパレータによって所定の電圧と比較した結果により、擬似負荷を制御することが可能になる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載のインバータ試験装置であって、前記増幅手段が、入出力のグランドを分離して信号を伝達する、絶縁アンプであることを特徴とする。
この発明によれば、インバータ試験装置が、絶縁アンプによって、入出力のグランドを分離して信号を伝達するので、主回路系と制御系との相互干渉を回避することが可能になる。
請求項4に係る発明は、請求項1に記載のインバータ試験装置であって、前記過電圧保護回路が、前記第1のインバータの出力の線間電圧を検出する線間電圧検出手段と、前記線間電圧検出手段の出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号を所定の電位と比較し、その結果を前記制御手段に出力する比較手段とから構成されることを特徴とする。
この発明によれば、被試験インバータの出力の線間電圧の最大値をコンデンサに保持する回路構成とし、その電圧をコンパレータによって所定の電圧と比較した結果により、擬似負荷を制御することが可能になる。
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のインバータ試験装置であって、前記増幅手段が、入出力のグランドを分離して信号を伝達する、絶縁アンプであることを特徴とする。
この発明によれば、インバータ試験装置が、絶縁アンプによって、入出力のグランドを分離して信号を伝達するので、主回路系と制御系との相互干渉を回避することが可能になる。
本発明によれば、被試験インバータが異常停止したときに起こり得る、直流入力コンデンサおよびその周辺回路への耐圧以上の電圧印加による直流入力コンデンサおよびその周辺回路の劣化または耐圧破壊を防止することができる効果がある。
以下、本発明の第1の実施形態を図面を参照して説明する。
図2は本発明の一実施形態によるインバータ試験装置を示す回路構成図である。この図において、インバータ試験装置は、被試験インバータ1(第1のインバータ)(以下、インバータ1と言う)と、疑似負荷用インバータ2(第2のインバータ)(以下、インバータ2と言う)を応用しモータを模擬する擬似負荷21と、直流電源5(電源供給手段)と、チョッパ回路6(電圧調整手段)と、インバータ1の交流出力端に接続される過電圧保護回路31とから構成される。インバータ1は、交流出力端子からPWM変調された矩形波電圧PWM1 を出力する。直流電源5は、試験電圧調整用のチョッパ回路6に直流電圧E1を供給し、チョッパ回路6は入力された直流電圧を調整して直流電圧E2としてインバータ1に出力する。また、直流電源5は、インバータ2にも直流電圧E1を供給する。
擬似負荷21は、インバータ2と、フィルタ7と、トランス8と、フィルタ9と、変流器10と、モータ模擬運転制御部11(制御手段)とから構成され、インバータ1に接続されて、実際のモータを模擬する。トランス8は、その巻数比によってインバータ1に対してモータ模擬を行うために必要な電圧を得ると同時に、インバータ1とインバータ2の中性電位差による電流を防止する。尚、トランス8は、直流電圧E1と直流電圧E2が互いに絶縁され、制御に必要な電圧関係があれば不要となる。
次に、擬似負荷21が実際のモータを模擬する原理を説明する。
インバータ1から出力された矩形波電圧PWM1が、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。一方、インバータ2が、交流出力端子からPWM変調された矩形波電圧PWM2を出力し、この矩形波電圧PWM2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。これによりインバータ1とインバータ2がトランス8を介して接続されることとなり、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から見たインピーダンスが変化し、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。
モータ模擬運転制御部11は、インバータ1から出力される矩形波電圧PWM1のU相及びW相について変流器10によって検出された電流iu ,iwと、矩形波電圧PWM1をフィルタ7を通じて得られる正弦波の電圧Vu ′,Vw ′と、オペレータによって、負荷としてのモータの運転条件およびモータ定数が入力され、これらの定数に基づいてインバータ2を制御する。
また、モータ模擬運転制御部11に、角度センサ模擬制御部12(制御手段)が設けられている。角度センサ模擬制御部12は、インバータ1からセンサ駆動用信号Seを入力し、模擬角度センサ信号Sθをインバータ1へ出力する。インバータ1は模擬角度センサ信号Sθに基づいて電圧、電流の制御を行う。尚、インバータ1内のスイッチング素子のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)Tr1〜Tr6の切換回路は、インバータ1内に含まれている。
図1は、過電圧保護回路31aの構成を示すブロック図である。絶縁アンプInsOP(増幅手段)は、パワーエレクトロニクスの分野において、主回路系と制御系との相互干渉を防ぐため、入出力間のグランドを分離し、信号伝達を行うアンプである。本実施形態においては、絶縁アンプInsOPは、インバータ1およびインバータ2のグランドと過電圧保護回路31aのグランドを分離して信号伝達を行う。具体的に、絶縁アンプInsOPの入力側のグランドがインバータ1およびインバータ2のグランドと接続され、絶縁アンプInsOPの出力側のグランドが過電圧保護回路31aのグランドと接続される。尚、インバータ1とインバータ2の直流電源が分離されている場合は、インバータ1の直流電源5のマイナス側を絶縁アンプInsOPの入力側のグランドと接続して測定する。
過電圧保護回路31aは、インバータ1の出力端の相電圧のピーク値を測定して、間接的にE2を検出し、その値が一定値以上であった場合にインバータ2の動作を停止させる。本実施形態において、上述したインバータ1の交流出力端の相電圧のピーク値が、インバータ1の直流入力電圧E2と等しいため、インバータ1の交流出力端の相電圧によって、間接的にインバータ1の直流入力電圧E2を観測する。
インバータ1の各相(U、V、W)電圧Vu、Vv、Vwは、それぞれ入力端Ipu、Ipv、Ipwから、ダイオードD311〜D313(相電圧最大値検知手段)のアノード側に接続される。ダイオードD311〜D313のカソード側は共通に接続されると共に、抵抗R311を介して絶縁アンプInsOPの一方の入力端に接続される。絶縁アンプInsOPの他方の入力端は、並列に接続された抵抗R312(相電圧最大値検知手段)とコンデンサC311(相電圧最大値検知手段)を介し、絶縁アンプInsOPの一方の入力端に接続されると共にグランド入力端Gndiに接続される。グランド入力端Gndiは、直流電源5のマイナス側と接続され、グランド入力端Gndiのグランド電位Gdcは、直流電源5のマイナス側の電位と等しくされる。
絶縁アンプInsOPの出力端が抵抗R313を介してコンパレータCP(比較手段)の非反転入力端子に接続されると共に、コンデンサC313を介して、過電圧保護回路31のグランド電位Gpcに接地される。コンパレータCPの反転入力端子には、基準の電圧源E3のプラス側が接続されている。基準の電圧源E3のマイナス側は過電圧保護回路31aのグランド電位Gpcに接地されている。コンパレータCPの出力端OUTは、モータ模擬運転制御部11に接続されている。
次に、第1の実施形態の動作を図2を参照して説明する。
インバータ試験装置の各部の電源が投入され、試験がスタートする。直流電源5はチョッパ回路6に直流電圧E1を供給する。チョッパ回路6はインバータ1の運転状況を制御すべく、直流電圧E1を調整して、インバータ1へ直流電圧E2を供給する。インバータ1は角度センサ模擬制御部12へセンサ駆動用信号Seを出力し、角度センサ模擬制御部12は模擬角度センサ信号Sθをインバータ1へ出力する。インバータ1は模擬角度センサ信号Sθに基づいて電圧、電流の制御を行い、フィルタ7を介して矩形波電圧PWM1をトランス8に供給する。
一方、擬似負荷21内部では、インバータ2が直流電源5から直流電圧E1を供給される。モータ模擬運転制御部11は、モータ運転条件、モータ定数、電圧Vu ′,Vw ′、電流iu ,iwを受けて、インバータ2を制御するゲート信号を算出し、インバータ2を制御する。インバータ2は、上記定数によりモータを模擬するように制御され、矩形波電圧PWM2を出力し、フィルタ9を介してトランス8に供給する。以上の動作により、実際のモータを模擬する動作を行う。
次に、この実施形態における過電圧保護回路31aの動作を図1と図2を参照して説明する。
インバータ1から出力された相電圧Vu、Vv、Vwが、ダイオードD311〜D313、抵抗R311,R312およびコンデンサC311からなる回路に入力される。相電圧Vu、Vv、Vwのピーク値がコンデンサC311に保持される。このとき、相電圧Vu、Vv、VwをダイオードD311〜D313のアノード側からC311にR311を介して充電する時定数を速くし、R312を介して放電する時定数を遅くするよう、R311、R312、C311を決定する。よって、C311は、相電圧Vu、Vv、Vwのピーク値がさらに高い値に更新されるときに素早く充電され、一方、相電圧Vu、Vv、Vwのピーク値がC311に蓄積されている電圧以下の電圧であるときには、ゆっくり放電されるので、現在蓄積されている電圧値を保持できるようになる。この電圧のピーク値の情報は、絶縁アンプInsOPによって増幅される。この絶縁アンプInsOPの出力は、抵抗R313とコンデンサC313からなるローパスフィルタを介して、コンパレータCPの非反転入力端に入力される。一方、コンパレータCPの反転入力端には、基準電圧E3が入力され、上述したコンパレータCPの非反転入力端の入力電圧と比較される。
ここで、何らかの異常の発生によりインバータ1が停止(IGBT Tr1〜Tr6が全てオフ)すると、インバータ2の出力電圧がトランス8およびフィルタ7を介してインバータ1の出力側へ供給され、これにより、インバータ1の出力側の相電圧Vu、Vv、Vwが上昇する。インバータ1の出力側の相電圧Vu、Vv、Vwが上昇すると、過電圧保護回路31のコンデンサC311の両端電圧が上昇し、絶縁アンプInsOPの出力が上昇する。そして、絶縁アンプInsOPの出力が基準電圧E3を越えると、コンパレータCPの出力が反転し、この反転出力がモータ模擬運転制御部11へ出力される。モータ模擬運転制御部11はこの反転出力を受け、インバータ2を停止させる。
上記実施形態によれば、インバータ試験装置が、被試験インバータの出力電圧を観測し、その値が一定以上であったときに、擬似負荷用インバータの動作を停止させる回路を備えたので、被試験インバータの直流入力コンデンサおよびその周辺回路への耐圧以上の電圧印加による劣化または耐圧破壊を防止することができる。
次に、この発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態によるインバータ試験装置のブロック構成は図2と類似しているが、過電圧保護回路31bならびに周辺の構成および動作が第1の実施形態における過電圧保護回路31aならびに周辺と異なっている。図3は、第2の実施形態による過電圧保護回路31bの構成を示すブロック図である。図4は、同実施形態のインバータ試験装置の構成を示すブロック図である。
以下、図に従ってこの実施形態の構成を説明する。
過電圧保護回路31bは、第1の実施形態による過電圧保護回路31aと比較して、絶縁アンプInsOP、コンパレータCP、抵抗R313、コンデンサC313および基準の電圧源E3は同一であるが、入力端Ipu、Ipv、Ipwと絶縁アンプInsOPとの間の回路構成が異なっている。また、図3ならびに図4は、入力端Gndiが不要になっていることが図1ならびに図2と異なっている。
インバータ1の各相(U、V、W)電圧Vu、Vv、Vwは、それぞれ入力端Ipu、Ipv、Ipwから、ダイオードD321のアノードとダイオードD322のカソードとの、ダイオードD323のアノードとダイオードD324のカソードとの、ダイオードD325のアノードとダイオードD326のカソードとの各接続点に入力される。(D321〜D326)(線間電圧検知手段)のアノード側に接続される。ダイオードD321、D323、D325のカソード側は共通に接続されると共に、絶縁アンプInsOPの一方の入力端に接続される。絶縁アンプInsOPの他方の入力端は、並列に接続された抵抗R321(線間電圧検知手段)とコンデンサC321(線間電圧検知手段)を介し、絶縁アンプInsOPの一方の入力端に接続されると共に、ダイオードD322、D324、D326のアノード側に共通に接続される。尚、絶縁アンプInsOPの出力端からコンパレータCPの出力端OUTまでは図1と同じ構成なので、説明を省略する。
次に、第2の実施形態の過電圧保護回路31bの動作を図3を参照して説明する。
インバータ1から出力された相電圧Vu、Vv、Vwが、ダイオードD321〜D326、抵抗R321およびコンデンサC321からなる回路に入力され、整流される。整流された電圧は、絶縁アンプInsOPによって増幅される。この絶縁アンプInsOPの出力は、抵抗R313とコンデンサC313からなるローパスフィルタを介して、コンパレータCPの非反転入力端に入力される。一方、コンパレータCPの反転入力端には、基準電圧E3が入力され、上述したコンパレータCPの非反転入力端の入力電圧と比較される。
ここで、何らかの異常の発生によりインバータ1が停止(IGBT Tr1〜Tr6が全てオフ)し、且つ、チョッパ回路6も停止すると、インバータ2の出力電圧がトランス8およびフィルタ7を介してインバータ1の出力側へ供給され、これにより、インバータ1の出力側に相電圧Vu、Vv、Vwが印加される。インバータ1の出力側に相電圧Vu、Vv、Vwが印加されると、インバータ1の帰還ダイオードD1〜D6によって整流回路が形成され、インバータ1がPWM制御を行わないことから、インバータ1の各相間の線間電圧とインバータ1の直流電圧E2とが等しくなる。該線間電圧は絶縁アンプInsOPに出力される。そして、絶縁アンプInsOPの出力が基準電圧E3を越えると、コンパレータCPの出力が反転し、この反転出力がモータ模擬運転制御部11へ出力される。モータ模擬運転制御部11はこの反転出力を受け、インバータ2を停止させる。
上記実施形態によれば、インバータ試験装置が、被試験インバータ1の三相出力電圧を整流し、その値が一定以上であったときに、擬似負荷用インバータの動作を停止させる回路構成としたので、被試験インバータ1から過電圧保護回路31bに接続される線は、三相出力分のみとなる。そのため、被試験インバータ1の直流電源5のマイナス側と、過電圧保護回路31b内の絶縁アンプInsOPの入力側のグランドとを接続せず、被試験インバータの出力電圧のピーク値を観測する方法に比して、過電圧保護回路31bから被試験インバータ1への接続箇所を少なくして、被試験インバータ1の直流入力コンデンサおよびその周辺回路への耐圧以上の電圧印加による劣化または耐圧破壊を防止することができる。
特に、被試験インバータ1の直流電源と疑似負荷用のインバータ2の直流電源が絶縁分離されている場合は、被試験インバータ1の直流電源のマイナス側を疑似負荷装置に対して接続することが不要になる点で本発明は有効である。
尚、第1の実施形態並びに第2の実施形態では、過電圧保護回路31内において、絶縁アンプInsOPの出力信号をコンパレータCPに入力してハードウェア的に処理する構成としたが、絶縁アンプInsOPの出力信号をA/Dコンバータを介してCPUに入力して、その値が一定値以上のときに、CPUからの指示によってインバータ2を停止させてもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更も含まれる。
本発明の第1の実施形態の構成における過電圧保護回路31aの構成を示す回路図である。 同実施形態のインバータ試験装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態の構成における過電圧保護回路31bの構成を示す回路図である。 同実施形態のインバータ試験装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
1 被試験インバータ(第1のインバータ)
2 疑似負荷用インバータ(第2のインバータ)
5 直流電源(電源供給手段)
6 チョッパ回路(電圧調整手段)
7、9 フィルタ
8 トランス
10 変流器
11 モータ模擬運転制御部(制御手段)
12 角度センサ模擬制御部(制御手段)
21 擬似負荷
31a、31b 過電圧保護回路

Claims (5)

  1. 被試験用の第1のインバータに対して、モータの運転を模擬する疑似負荷となる第2のインバータと、
    第1のインバータの実負荷であるモータについて設定された運転条件及びモータ特性に基づいて、前記第2のインバータを制御する制御信号を生成することにより、モータの運転を模擬する制御手段と、
    を備えるインバータ試験装置において、
    前記第1のインバータの出力電圧を検出し、前記出力電圧に応じて、前記第2のインバータの動作を停止させる過電圧保護回路を設けたことを特徴とするインバータ試験装置。
  2. 前記過電圧保護回路が、前記第1のインバータの出力の相電圧のピーク値を検出する相電圧最大値検出手段と、
    前記相電圧最大値検出手段の出力信号を増幅する増幅手段と、
    前記増幅手段の出力信号を所定の電位と比較し、その結果を前記制御手段に出力する比較手段と、
    から構成されることを特徴とする請求項1に記載のインバータ試験装置。
  3. 前記増幅手段が、入出力のグランドを分離して信号を伝達する、絶縁アンプであることを特徴とする請求項2に記載のインバータ試験装置。
  4. 前記過電圧保護回路が、前記第1のインバータの出力の線間電圧を検出する線間電圧検出手段と、
    前記線間電圧検出手段の出力信号を増幅する増幅手段と、
    前記増幅手段の出力信号を所定の電位と比較し、その結果を前記制御手段に出力する比較手段と、
    から構成されることを特徴とする請求項1に記載のインバータ試験装置。
  5. 前記増幅手段が、入出力のグランドを分離して信号を伝達する、絶縁アンプであることを特徴とする請求項4に記載のインバータ試験装置。
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