JP2009290938A - Inverter apparatus and method of measuring its noise - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力半導体素子のスイッチングにより直流を交流に電力変換するインバータ装置及びそのノイズ測定方法に関する。 The present invention relates to an inverter device that converts direct current to alternating current by switching of a power semiconductor element and a noise measurement method thereof.
この種のインバータ装置は、トランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の電力半導体素子のスイッチングにより直流を交流に電力変換するものあり、そのスイッチング動作に伴いノイズが発生する。
このノイズは周辺機器の誤動作や無線機器への雑音等の影響を及ぼすため、一般に下記(1)〜(4)などの対策を講じている。
(1)インバータ装置にノイズフィルタを内蔵する。
(2)制御盤や制御システムにノイズフィルタを挿入する。
(3)グランドを強化する。
(4)制御線や電力線にシールドを施す。
This type of inverter device converts DC power into AC power by switching power semiconductor elements such as transistors and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and noise is generated with the switching operation.
Since this noise affects the malfunction of peripheral devices and the noise to wireless devices, the following countermeasures (1) to (4) are generally taken.
(1) A noise filter is built in the inverter device.
(2) Insert a noise filter into the control panel or control system.
(3) Strengthen the ground.
(4) Shield control lines and power lines.
また、EMC(Electromagnetic Compatibility)規格により、システムとしてあるレベル以下でなければ流通を制限されるため、認定機関等において、インバータ装置を搭載した制御盤やシステムの電磁環境適合性試験(EMC試験)を実施し、ノイズレベルを測定する。EMC試験を実施して測定したノイズレベルが大きい場合には、ノイズ対策が必要となり、時間と費用を費やして対策している。 In addition, because distribution is restricted unless the system is below a certain level according to the EMC (Electromagnetic Compatibility) standard, an accreditation body or the like conducts an electromagnetic environment compatibility test (EMC test) of a control panel or system equipped with an inverter device. Implement and measure the noise level. When the noise level measured by conducting an EMC test is large, countermeasures against noise are necessary, and measures are taken by spending time and money.
このため、従来、交流を直流に電力変換するコンバータ部と、直流電圧を平滑する平滑主回路コンデンサと、直流を交流に電力変換するインバータ部と、を有するインバータ主回路部と、このインバータ主回路部の入力側においてアースと相間の電圧を取り出す高周波ノイズ測定部と、この高周波ノイズ測定部で高周波ノイズを測定したアナログ電圧値を取り込み、ある周波数成分における電圧レベルに変換する簡易周波数分析部と、前記インバータ主回路部を制御するとともに、前記簡易周波数分析部により取り込まれた値を入力するインバータ制御部と、インバータ装置の運転周波数や出力電流などのモニタをするとともに、前記インバータ制御部を介して前記簡易周波数分析部から取り込んだ値を高周波ノイズレベルとして表示するモニタ部とを備えたインバータ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1に記載の従来例にあっては、インバータ主回路部の入力側のノイズ電圧を測定してモニタすることができ、インバータ装置を搭載した制御盤やシステムのノイズレベルを容易に判断することができ、認定機関等でのEMC試験を実施することなく、ノイズ対策の是非を手軽に判定することができるものである。
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、インバータ主回路部の入力側のノイズ電圧測定するようにしているので、インバータ装置の出力側に接続する負荷(例えばモータなど)及び負荷とインバータ装置を接続するケーブルによってノイズレベルは変化するなど、ノイズ対策とその効果の関係は複雑で有効なノイズ対策方法を決定することは容易ではなかった。
In the conventional example described in
However, in the conventional example described in
つまり、負荷及び負荷とインバータ装置を接続するケーブルが変化すると、インバータ出力側からみたインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化に伴ってノイズ電流が変化して、ノイズレベルが変化する。また、フィルタ等のノイズ対策部品と負荷及び負荷とインバータ装置を接続するケーブルが共振することで、インバータ装置の出力側からさみたインピーダンスは大きく変化し、このときノイズレベルも変化することになり、ノイズ対策効果を予測することは容易ではないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、EMC試験を実施することなく、有効なノイズ対策の検討やノイズ対策の把握を行うことができ、簡便且つ確実に有効なノイズ対策を講じることができるインバータ装置及びそのノイズ測定方法を提供することを目的としている。
That is, when the load and the cable connecting the load and the inverter device change, the impedance viewed from the inverter output side changes. As the impedance changes, the noise current changes and the noise level changes. In addition, the noise components such as filters and the load and the cable connecting the load and the inverter device resonate, so that the impedance viewed from the output side of the inverter device changes greatly, and the noise level also changes at this time. There is an unsolved problem that it is not easy to predict the noise countermeasure effect.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and without conducting an EMC test, it is possible to study effective noise countermeasures and grasp noise countermeasures, and to simplify the process. An object of the present invention is to provide an inverter device and a noise measurement method thereof that can surely take effective noise countermeasures.
上記目的を達成するために、請求項1に係るインバータ装置は、電力半導体素子により構成され直流を交流に電力変換するインバータ部を有するインバータ主回路部と、
該インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流を測定するノイズ電流測定部およびノイズ電圧を測定するノイズ電圧測定部の少なくとも1つを有するノイズ測定部と、
該ノイズ測定部の測定結果及び当該測定結果に基づいて所定の演算を行った演算結果の少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力部とを備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an inverter device according to
A noise current measuring unit for measuring a noise current on an output side of the inverter main circuit unit and a noise voltage measuring unit for measuring a noise voltage when a phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit A noise measuring unit having at least one of:
And a noise measurement result output unit that outputs at least one of a measurement result of the noise measurement unit and a calculation result obtained by performing a predetermined calculation based on the measurement result.
また、請求項2に係るインバータ装置は、請求項1に係る発明において、前記ノイズ測定部を構成する前記ノイズ電流測定部は、全相一括の電流及びグランド電流の何れか一方を測定するように構成され、前記ノイズ電圧測定部はグランドと相間の電圧を測定するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項3に係るインバータ装置は、請求項1又は2に係る発明において、前記ノイズ測定結果出力部は、測定したノイズ電流とノイズ電圧の少なくとも1つを、そのまま時間に対する値として出力する構成、測定したノイズ電流とノイズ電圧の少なくとも1つを周波数変換して、周波数に対する値として出力する構成及び測定したノイズ電流とノイズ電圧のとの両方を、周波数変換し、さらに周波数変換したノイズ電流とノイズ電圧の商すなわちインピーダンスを演算し、周波数に対するインピーダンスを演算し、周波数に対するインピーダンスとして出力する構成の少なくとも1つの構成を有することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the inverter device according to the first aspect, the noise current measurement unit constituting the noise measurement unit is configured to measure either one of all-phase current and ground current. The noise voltage measuring unit is configured to measure a voltage between the ground and the phase.
Furthermore, the inverter device according to
さらにまた、請求項4に係るインバータ装置は、電力半導体素子により構成され直流を交流に電力変換するインバータ部を有するインバータ主回路部と、該インバータ主回路部の出力側において、少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流を測定するノイズ電流測定部を有するノイズ測定部と、前記インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときの、前記インバータ主回路部の出力側おけるノイズ電圧を記憶するノイズ電圧記憶部と、前記ノイズ電流測定部で測定したノイズ電流及び前記ノイズ電圧記憶部で記憶されているノイズ電圧と、前記ノイズ電流及びノイズ電圧に基づいて所定の演算を行った演算結果との少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力部とを備えたことを特徴としている。 Furthermore, an inverter device according to a fourth aspect includes an inverter main circuit unit including an inverter unit configured by a power semiconductor element and converting a direct current into an alternating current, and at least one phase on the output side of the inverter main circuit unit. A noise measuring unit having a noise current measuring unit for measuring a noise current on the output side of the inverter main circuit unit when the voltage is changed, and a phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit A noise voltage storage unit that stores a noise voltage on the output side of the inverter main circuit unit, a noise current measured by the noise current measurement unit and a noise voltage stored in the noise voltage storage unit, Noise measurement that outputs at least one of a calculation result obtained by performing a predetermined calculation based on the noise current and the noise voltage. It is characterized in that a result output unit.
なおさらに、請求項5に係るインバータ装置は、請求項4に係る発明において、前記ノイズ測定部を構成する前記ノイズ電流測定部は、全相一括の電流及びグランド電流の何れか一方を測定するように構成されていることを特徴としている。
また、請求項6に係るインバータ装置は、請求項4又は5に係る発明において、前記ノイズ測定結果出力部は、測定したノイズ電流と前記記憶部に記憶されたノイズ電圧の少なくとも1つを、そのまま時間に対する値として出力する構成、測定したノイズ電流と前記記憶部に記憶されたノイズ電圧の少なくとも1つを周波数変換して、周波数に対する値として出力する構成及び測定したノイズ電流と前記記憶部に記憶されたノイズ電圧のとの双方を、周波数変換し、さらに周波数変換したノイズ電流とノイズ電圧の商でなるインピーダンスを演算し、周波数に対するインピーダンスを演算し、周波数に対するインピーダンスとして出力する構成の少なくとも1つの構成を有することを特徴としている。
Still further, in the inverter device according to
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth or fifth aspect, the noise measurement result output unit directly outputs at least one of the measured noise current and the noise voltage stored in the storage unit. Configuration for outputting as a value for time, frequency conversion of at least one of measured noise current and noise voltage stored in the storage unit, and output as a value for frequency, and measurement noise current and storage in the storage unit At least one of the configurations of performing frequency conversion on both of the generated noise voltage, calculating an impedance that is a quotient of the noise current and the noise voltage after frequency conversion, calculating an impedance for the frequency, and outputting the impedance as an impedance for the frequency It has the structure.
さらに、請求項7に係るインバータ装置は、請求項1乃至6の何れか1項に係る発明において、前記インバータ主回路部の出力側における少なくとも1相の相電圧を、少なくとも1回変化するように、前記インバータ部に指令を与えるインバータ動作指令部を有することを特徴としている。
さらにまた、請求項8に係るインバータ装置のノイズ測定方法は、電力半導体素子により構成され直流を交流に電力変換するインバータ部を有するインバータ主回路部を備えたインバータ装置のノイズ測定方法であって、前記インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流及びノイズ電圧の少なくとも一方を測定するノイズ測定ステップと、該ノイズ測定ステップの測定結果及び当該測定結果に基づいて所定の演算を行った演算結果の少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力ステップとを備えたことを特徴としている。
Furthermore, an inverter device according to a seventh aspect is the invention according to any one of the first to sixth aspects, wherein the phase voltage of at least one phase on the output side of the inverter main circuit section is changed at least once. And an inverter operation command section for giving a command to the inverter section.
Furthermore, the noise measurement method for an inverter device according to
なおさらに、請求項9に係るインバータ装置のノイズ測定方法は、電力半導体素子により構成され直流を交流に電力変換するインバータ部を有するインバータ主回路部を備えたインバータ装置のノイズ測定方法であって、該インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流を測定するノイズ電流測定ステップと、前記インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときの、前記インバータ主回路部の出力側おけるノイズ電圧を記憶するノイズ電圧記憶ステップと、前記ノイズ電流測定ステップで測定したノイズ電流及び前記ノイズ電圧記憶ステップで記憶されているノイズ電圧の測定結果と、前記ノイズ電流及びノイズ電圧に基づいて所定の演算を行った演算結果との少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力ステップとを備えたことを特徴としている。
Still further, the noise measurement method for an inverter device according to
本発明によれば、インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流及びノイズ電圧の少なくとも1つを測定し、この測定結果をそのまま出力するか又は測定結果を周波数変換して、周波数変換したノイズ電圧とノイズ電流との商でなるインピーダンスを算出し、周波数に対するインピーダンスとして出力することにより、EMC試験を実施することなく、有効なノイズ対策の検討やノイズ対策効果の把握を行うことができ、簡便且つ確実に有効なノイズ対策を講じることができるという効果が得られる。 According to the present invention, when at least one phase voltage is changed on the output side of the inverter main circuit unit, at least one of the noise current and noise voltage on the output side of the inverter main circuit unit is measured, and this measurement is performed. Without performing the EMC test by outputting the result as it is or frequency-converting the measurement result, calculating the impedance that is the quotient of the noise voltage and noise current that has been frequency-converted, and outputting it as the impedance with respect to the frequency, It is possible to examine effective noise countermeasures and grasp the noise countermeasure effects, and it is possible to obtain an effect that it is possible to simply and surely take effective noise countermeasures.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示すブロック図である。
図中、1はインバータ装置であって、交流電源2から出力される3相交流電力とグランド電位とが入力ケーブル3を介して供給されるインバータ主回路部4を有する。このインバータ主回路部4で入力される3相交流電力を全波整流してから再度3相交流電力に変換して出力ケーブル5を介して負荷としての3相交流モータ6に供給される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
In the figure,
インバータ主回路部4は、交流電源2から入力される3相交流で電力を全波整流する全波整流回路7と、この全波整流回路7から出力される直流電力を3相交流電力に変換するインバータ部8とを備えている。
全波整流回路7は、一対のダイオードD1及びD2を直列に接続した直列回路と、一対のダイオードD3及びD4を直列に接続した直列回路と、一対のダイオードD3及びD4を直列に接続した直列回路とを並列に接続したダイオードブリッジ回路DBと、このダイオードブリッジ回路DBの出力側に前記各直列回路と並列に接続された平滑用コンデンサCとで構成されている。
The inverter main circuit unit 4 converts a full-
The full-
インバータ部8は、一対の電力半導体スイッチング素子Q1及びQ2を直列に接続したU相アームAuと、一対の電力半導体スイッチング素子Q3及びQ4を直列に接続したV相アームAvと、一対の電力半導体スイッチング素子Q5及びQ6を直列に接続したW相アームAwとが並列に接続された構成を有する。各電力半導体スイッチング素子Q1〜Q6のエミッタ及びコレクタ間にはエミッタ側からコレクタ側へ電流を流す逆並列ダイオードD11〜D16が接続されている。ここで、電力半導体スイッチング素子Q1〜Q6としては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用されている。
The
また、U相アームAu、V相アームAv及びW相アームAwの電力半導体スイッチング素子Q1,Q2の接続中点、電力半導体スイッチング素子Q3,Q4の接続中点及び電力半導体スイッチング素子Q5,Q6の接続中点がそれぞれ、出力ケーブル5を構成する電力ケーブルPCu、PCv及びPCwを介して3相交流モータ6に接続されている。
そして、インバータ主回路部4の出力側にはノイズ測定部10が配設されている。このノイズ測定部10は、図2に示すように、インバータ部8に接続された電力ケーブルPCu、PCv及びPCwに流れる全相電流を測定する例えば変流器で構成される電流測定器11と、図3に示すように、インバータ部8に接続された電力ケーブルPCu、PCv及びPCwと接地ラインPCeとの間に介装されてコモンモード電圧Vcを測定する電圧測定器12とを備えている。
Further, the connection midpoint of power semiconductor switching elements Q1, Q2 of U phase arm Au, V phase arm Av, and W phase arm Aw, the connection midpoint of power semiconductor switching elements Q3, Q4, and the connection of power semiconductor switching elements Q5, Q6. The midpoints are respectively connected to the three-
A
また、インバータ部8の各電力半導体スイッチング素子Q1〜Q6は、例えばマイクロコンピュータで構成されるインバータ制御部15によって駆動制御される。このインバータ制御部15は、各電力半導体スイッチング素子Q1〜Q6のゲートに駆動指令信号を供給して制御するインバータ動作指令部16と、インバータ主回路部4の出力側に配設されたノイズ測定部10の測定結果が入力されるノイズ測定結果出力部17とで構成されている。
The power semiconductor switching elements Q1 to Q6 of the
インバータ動作指令部16は、図4に示す測定用インバータ制御処理を実行する。この測定用インバータ制御処理は、インバータ制御部15の電源が投入されたときに実行開始され、先ず、ステップS1で、図5(a)に示すように、電源投入時にインバータ部8の電力半導体スイッチング素子Q1、Q3及びQ5をオフ状態とし、且つ電力半導体スイッチング素子Q2、Q4及びQ6をオン状態とすることにより、U相電圧Vu、V相電圧Vv及びW相電圧Vwをそれぞれ全波整流回路7の負側電圧に維持する。
The inverter
次いで、ステップS2に移行して、予め設定した所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過していないときにはこれが経過するまで待機し、所定時間が経過したときには、ステップS3に移行して、例えば電力半導体スイッチング素子Q2をオフ状態とし、次いでステップS4に移行して、予め設定した所定のデッドタイムTdが経過したか否かを判定し、デッドタイムTdが経過していないときにはこれが経過するまで待機し、デッドタイムTdが経過したときにはステップS5に移行する。 Next, the process proceeds to step S2, where it is determined whether or not a predetermined time has elapsed. When the predetermined time has not elapsed, the process waits until this elapses, and when the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S3. Then, for example, the power semiconductor switching element Q2 is turned off, and then the process proceeds to step S4 to determine whether or not a predetermined dead time Td that has been preset has elapsed. The process waits until it elapses, and when the dead time Td elapses, the process proceeds to step S5.
このステップS5では、ノイズ測定結果出力部17に対して測定開始指令を出力し、次いでステップS6に移行して、電力半導体スイッチング素子Q1をオン状態に制御して、図5に示すようにU相電圧Vuを全波整流回路7の正側電圧に反転させる。
次いで、ステップS7に移行して、交流モータ6に対する電流指令値が入力されたか否かを判定し、電流指令値が入力されていないときにはこれが入力されるまで待機し、電流指令値が入力されたときにはステップS8に移行して、電流指令値に基づいて前記インバータ部8の各電力半導体スイッチング素子Q1〜Q6を駆動制御するモータ駆動制御処理を実行し、次いでステップS9に移行して、電源がオフ状態になったか否かを判定し、電源がオン状態を継続しているときには前記ステップS8に戻り、電源がオフ状態となったときには処理を終了する。
In step S5, a measurement start command is output to the noise measurement
Next, the process proceeds to step S7, where it is determined whether or not the current command value for the
また、ノイズ測定結果出力部17では、図6に示す測定結果出力処理を実行する。この測定結果出力処理は、先ず、ステップS11で、インバータ動作指令部16から例えば電源投入時に出力される測定開始指令が入力されたか否かを判定し、測定開始指令が入力されていないときにはこれが入力されるまで待機し、測定開始指令が入力されたときにはステップS12に移行する。
このステップS12では、電流測定器11及び電圧測定器12で測定されたコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcを予め設定した所定期間読込んでインバータ制御部15を構成するマイクロコンピュータのRAM等の記憶媒体に記憶し、所定期間のコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcの読込みが完了するとステップS13に移行する。
Further, the noise measurement
In step S12, the common mode current Ic and the common mode voltage Vc measured by the current measuring device 11 and the voltage measuring device 12 are read for a predetermined period, and a storage medium such as a RAM of a microcomputer constituting the
このステップS13では、読込んだコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcをそれぞれ例えば高速フーリエ変換処理することにより周波数変換し、次いで、ステップS14に移行して、予め設定した所要数の周波数帯域毎に周波数変換したコモンモード電圧Vc′を同様に周波数変換したコモンモード電流Ic′で除して両者の商でなる周波数領域のインピーダンスZcを算出し、次いでステップS15に移行して、算出した周波数に対するインピーダンス特性データを測定結果データとして外部の表示器、プリンタ等に出力してから前記ステップS11に移行する。 In this step S13, the read common mode current Ic and common mode voltage Vc are frequency-converted by, for example, fast Fourier transform processing, and then the process proceeds to step S14, and for each required number of frequency bands set in advance. The frequency-converted common mode voltage Vc ′ is divided by the frequency-converted common mode current Ic ′ to calculate the impedance Zc in the frequency domain that is the quotient of both, and then the process proceeds to step S15, where the impedance for the calculated frequency is calculated. After the characteristic data is output as measurement result data to an external display, printer, etc., the process proceeds to step S11.
次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
今、インバータ制御部15の電源がオフ状態となっており、インバータ動作指令部16のインバータ駆動制御処理が停止状態にあると共に、ノイズ測定結果出力部17の測定結果出力処理が停止状態にあるものとする。この状態では、インバータ主回路部4のインバータ部8における各電力半導体スイッチング素子Q1〜Q6が全てオフ状態であり、交流モータ6に三相交流が出力されず、交流モータ6が回転停止状態にある。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
Now, the power source of the
この状態から、インバータ制御部15の電源をオン状態とすると、インバータ動作指令部16で、図4に示す測定用インバータ制御処理が実行開始される。このため、先ず、インバータ主回路部4のインバータ部8における上アームを構成するスイッチング素子Q1、Q3及びQ5をオフ状態に制御すると共に、下アームを構成するスイッチング素子Q2、Q4及びQ6をオン状態に制御して、電力ケーブルPCu、PCv及びPCwの相電圧Vu、Vv及びVwを、図5(a)、(b)及び(c)に示すように、全てインバータ主回路部4の全波整流回路7の負側電圧に維持する(ステップS1)。このため、相間電圧でなるノーマルモード電圧Vu−v、Vv−w及びVw−uは図5(d)、(e)及び(f)に示すように全て中間電圧となり、電圧測定器12で検出されるコモンモード電圧Vcは図5(g)に示すように、負側電圧を維持する。
When the power source of the
その後、所定時間経過した後に、電力半導体スイッチング素子Q2をオフ状態に制御し(ステップS3)、次いで所定のデッドタイムTdが経過した時点で、ノイズ測定結果出力部17に対して測定開始指令を出力し(ステップS5)、次いで、電力半導体スイッチング素子Q1をオン状態に制御して、図5(a)に示すように、U相電圧Vuを全波整流回路7の正側電圧に反転させる(ステップS6)。
Thereafter, after a predetermined time has elapsed, the power semiconductor switching element Q2 is controlled to be in an OFF state (step S3), and then when the predetermined dead time Td has elapsed, a measurement start command is output to the noise measurement
このように、U相電圧Vuを正側電圧に反転させることにより、線間電圧でなるノーマルモード電圧は、U相−V相間の相間電圧Vu−vは図5(c)に示すように、中間電圧から正側電圧に増加し、逆にW相−U相間の相間電圧Vw−uは図5(f)に示すように、中間電圧から負側電圧に低下し、V相−W相間の相間電圧Vv−wは図5(e)に示すように中間電圧を維持する。
このため、電圧測定器12で検出されるコモンモード電圧Vcは、図5(g)に示すように、負側電圧から中間電圧よりは低い電圧に増加する。このとき、電流測定器11で検出されるコモンモード電流Icは、コモンモード電圧Vcの変化に応じて振動し、時間の経過と共に減衰することになる。
In this way, by inverting the U-phase voltage Vu to the positive side voltage, the normal mode voltage, which is a line voltage, can be obtained as shown in FIG. 5C. As shown in FIG. 5 (f), the interphase voltage Vw-u increases from the intermediate voltage to the positive side voltage. On the contrary, the interphase voltage Vw-u decreases from the intermediate voltage to the negative side voltage as shown in FIG. The interphase voltage Vv-w maintains an intermediate voltage as shown in FIG.
For this reason, the common mode voltage Vc detected by the voltage measuring instrument 12 increases from the negative voltage to a voltage lower than the intermediate voltage, as shown in FIG. At this time, the common mode current Ic detected by the current measuring device 11 oscillates according to the change of the common mode voltage Vc and attenuates with the passage of time.
このコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcが電流測定器11及び電圧測定器12で測定される。このとき、ノイズ測定結果出力部17では、インバータ動作指令部16から出力された測定開始指令が入力されるので、図6の測定結果出力処理でステップS11からステップS12に移行し、電流測定器11で検出されたコモンモード電流Ic及び電圧測定器12で測定されたコモンモード電圧Vcをそれらの減衰が終了するまでの時間に相当する所定期間読込み、読込んだコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcを、インバータ制御部15を構成するマイクロコンピュータに含まれるRAM等の記憶媒体に記憶される。
The common mode current Ic and the common mode voltage Vc are measured by the current measuring device 11 and the voltage measuring device 12. At this time, since the measurement start command output from the inverter
そして、所定期間のコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcの記憶が完了すると、記憶されたコモンモード電流Ic及びコモンモード電圧Vcを高速フーリエ変換処理することにより周波数変換し(ステップS13)、周波数変換されたコモンモード電流Ic′及びコモンモード電圧Vc′を所定数に分割された周波数帯域毎に、コモンモード電圧Vc′をコモンモード電流Ic′で除した商即ちインピーダンスZcを算出し、算出したインピーダンスZcを前述したRAM等の記憶媒体に記憶する。 When the storage of the common mode current Ic and the common mode voltage Vc for a predetermined period is completed, the stored common mode current Ic and the common mode voltage Vc are subjected to frequency conversion by fast Fourier transform processing (step S13), and the frequency conversion is performed. The quotient obtained by dividing the common mode voltage Vc ′ by the common mode current Ic ′, that is, the impedance Zc is calculated for each frequency band obtained by dividing the common mode current Ic ′ and the common mode voltage Vc ′ into a predetermined number. Zc is stored in a storage medium such as the RAM described above.
そして、周波数帯域毎のインピーダンスZcの算出が完了すると、RAM等の記憶媒体に記憶されている周波数に対するインピーダンス特性データを外部の表示器、プリンタ等に出力する(ステップS15)。
この周波数に対するインピーダンス特性データは、高周波ノイズ成分を含むことから図7(b)において特性曲線L21で示すように、7MHz〜10MHzで大きく低下することになる。
When the calculation of the impedance Zc for each frequency band is completed, impedance characteristic data for the frequency stored in a storage medium such as a RAM is output to an external display, printer, etc. (step S15).
Since the impedance characteristic data with respect to this frequency includes a high frequency noise component, as shown by the characteristic curve L21 in FIG. 7B, the impedance characteristic data greatly decreases at 7 MHz to 10 MHz.
このように、電力半導体スイッチング素子Q1がオフ状態からオン状態に反転すると、インバータ部8の出力即ちインバータ主回路部4の出力側においてノイズ電流が流れる。このノイズ電流は、オーム則に従い、高周波インピーダンスが大きければ小さくなり、逆に高周波インピーダンスが小さければ大きくなる。
そして、ノイズ電流は、インバータ装置1の各部を流れ、電源2側に流れたノイズ電流は、雑音端子電圧として測定される。
このため、周波数に対するインピーダンス特性が図7(b)の特性曲線L21で示すように7MHz〜10MHzの高周波数領域で低下すると、雑音端子電圧は、図7(a)の特性曲線L11で示すように、7MHz〜10MHzの高周波数領域で上昇することになる。
Thus, when the power semiconductor switching element Q1 is inverted from the off state to the on state, a noise current flows on the output of the
And a noise current flows through each part of the
For this reason, when the impedance characteristic with respect to the frequency decreases in the high frequency region of 7 MHz to 10 MHz as shown by the characteristic curve L21 in FIG. 7B, the noise terminal voltage becomes as shown by the characteristic curve L11 in FIG. , It rises in the high frequency range of 7 MHz to 10 MHz.
このため、図7(b)に示すインピーダンス特性データに基づいて7MHz〜10MHzの高周波数領域のインピーダンス特性の低下を改善するために、インバータ主回路部4と電源2との間の入力ケーブル3に7MHz〜10MHzのインピーダンス特性の低下を補償するコアを選択して挿入する。このように入力ケーブル3にコアを挿入することにより、図7(b)において特性曲線L22で示すように、3MHz以上の高周波数帯域でインピーダンスを増加させることができた。このため、雑音端子電圧も図7(a)において特性曲線L12で示すように、5MHz〜25MHzの高周波数帯域で低減しており、ノイズ対策効果が得られたことが確認された。
For this reason, the
以上のように、上記実施形態によれば、電力半導体スイッチング素子をスイッチングさせることにより、インバータ主回路部4の出力側において電圧が急激に変化し、インバータ主回路部4の出力側にノイズ電流が流れ、このノイズ電流を電流測定器11で正確に検出することができる。そして、検出したノイズ電流と同様にインバータ主回路部4の出力側のノイズ電圧とに基づいてインピーダンス特性を正確に測定することができる。このとき、層電圧を変化させたときのノイズ電流及びノイズ電圧を測定するだけで、EMC試験を実施することなく簡便な方法でインピーダンス特性を測定してノイズ対策を講じることができる。 As described above, according to the above embodiment, by switching the power semiconductor switching element, the voltage rapidly changes on the output side of the inverter main circuit unit 4, and noise current is generated on the output side of the inverter main circuit unit 4. This noise current can be accurately detected by the current measuring device 11. Then, the impedance characteristic can be accurately measured based on the noise voltage on the output side of the inverter main circuit unit 4 as well as the detected noise current. At this time, only by measuring the noise current and noise voltage when the layer voltage is changed, the impedance characteristic can be measured by a simple method without taking the EMC test, and noise countermeasures can be taken.
因みに、インバータ主回路部4のインバータ部8が通常作動状態にあるときには、図8に示すように、インバータ部8から出力されるU相、V相及びW相の相電圧Vu、Vv及びVwは、図8(a)、(b)及び(c)に示すように、短い周期で絶えず変化しており、これに応じて、線間電圧であるノーマルモード電圧Vu−v、Vv−w及びVw−uも図8(d)、(e)及び(f)に示すように、短い周期で絶えず変化し、中性点電圧でなるコモンモード電圧も図8(g)に示すように短い周期で絶えず変化することから電流測定器11で検出するノイズ電流も絶えず変化することになり、複雑な演算が必要となると共に、正確なノイズ電流の検出を行なうことができない。
Incidentally, when the
しかしながら、上記実施形態によれば、電力半導体スイッチング素子の何れか一つをスイッチングさせて1相の相電圧を1回変化させた状態で、電流測定器11でノイズ電流を測定すると共に、電圧測定器12でノイズ電圧を測定することにより、正確なノイズ電流及びノイズ電圧を測定することができ、これらに基づいて周波数領域のインピーダンス特性を解析することができ、簡便且つ確実に有効なノイズ対策を講じることができる。
なお、上記実施形態においては、U相電圧を1回変化させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、V相電圧又はW相電圧を1回変化させるようにしてもよい。
However, according to the above-described embodiment, while any one of the power semiconductor switching elements is switched and the phase voltage of one phase is changed once, the noise current is measured by the current measuring device 11 and the voltage measurement is performed. By measuring the noise voltage with the device 12, the accurate noise current and noise voltage can be measured, and the impedance characteristics in the frequency domain can be analyzed based on these, and an effective noise countermeasure can be easily and reliably performed. Can be taken.
In the above embodiment, the case where the U-phase voltage is changed once has been described. However, the present invention is not limited to this, and the V-phase voltage or the W-phase voltage may be changed once.
また、図9(a)、(b)及び(c)に示すように、U相電圧Vu、V相電圧Vv及びW相電圧Vwを同時に一回変化させるようにしてもよく、この場合には、線間電圧でなるノーマルモード電圧Vu−v、Vv−w及びVw−vが図9(d)、(e)及び(f)に示すように中間電圧を維持し、中性点電圧でなるコモンモード電圧は図9(g)に示すように負側電圧から中間電圧を超えて正側電圧に変化することになり、前述した実施形態と同様に相電圧変化によるノイズ電流及びノイズ電圧を正確に測定することができる。 Further, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the U-phase voltage Vu, the V-phase voltage Vv, and the W-phase voltage Vw may be changed once at the same time. Normal mode voltages Vu-v, Vv-w, and Vw-v, which are line voltages, maintain an intermediate voltage as shown in FIGS. 9D, 9E, and 9F, and are neutral point voltages. As shown in FIG. 9 (g), the common mode voltage changes from the negative side voltage to the positive side voltage beyond the intermediate voltage, and the noise current and noise voltage due to the phase voltage change can be accurately determined as in the above-described embodiment. Can be measured.
さらに、図10(a)、(b)及び(c)に示すように、U相電圧Vu、V相電圧Vv及びW相電圧Vwのうちの一相例えばU相電圧Vuを2回変化させるようにしてもよく、この場合には、線間電圧でなるノーマルモード電圧Vu−v及びVw−vが図10(d)及び(f)に示すように中間電圧から正側電圧及び負側電圧に変化し、ノーマルモード電圧Vv−wは中間電圧を維持し、その後、各ノーマルモード電圧Vu−v、Vv−w及びVw−vが図10(d)、(e)及び(f)に示すように中間電圧に復帰する。 Further, as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, one phase of the U-phase voltage Vu, the V-phase voltage Vv, and the W-phase voltage Vw, for example, the U-phase voltage Vu is changed twice. In this case, the normal mode voltages Vu-v and Vw-v, which are line voltages, are changed from the intermediate voltage to the positive voltage and the negative voltage as shown in FIGS. 10 (d) and 10 (f). The normal mode voltage Vv-w maintains an intermediate voltage, and then the normal mode voltages Vu-v, Vv-w, and Vw-v are as shown in FIGS. 10D, 10E, and 10F. Return to the intermediate voltage.
これに応じて中性点電圧でなるコモンモード電圧も図10(g)に示すように負側電圧から中間電圧に向かって増加した状態を維持した後に負側電圧に復帰する。
このため、電流測定器11及び電圧測定器12でノイズ電流及びノイズ電圧の変化を2回測定することができ、例えば各測定値に基づいて算出するインピーダンス特性の平均値を算出することにより、より正確なインピーダンス特性を測定してより確実なノイズ対策を行なうことができる。
In response to this, the common mode voltage, which is a neutral point voltage, also maintains the state of increasing from the negative side voltage toward the intermediate voltage as shown in FIG. 10 (g), and then returns to the negative side voltage.
For this reason, the current measuring device 11 and the voltage measuring device 12 can measure the change in the noise current and the noise voltage twice. For example, by calculating the average value of the impedance characteristics calculated based on each measured value, More accurate noise countermeasures can be taken by measuring accurate impedance characteristics.
また、上記実施形態においては、電源2から3相交流が入力される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電源2から入力される相数及び電圧値に制約はなく、通常運転時におけるインバータ主回路部4の出力相数や制御方式や変調方式にも制約されるものではなく、任意の出力相数や制御方式や変調方式を適用することができる。
さらに、上記実施形態においては、インバータ主回路部4の全相出力電流を電流測定器11で測定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図11に示すように、インバータ主回路部4及び3相交流モータ6との間に接続された接地ラインPCeを流れるノイズ電流を電流測定器11で測定するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where a three-phase alternating current is input from the
Furthermore, in the said embodiment, although the case where the all-phase output current of the inverter main circuit part 4 was measured with the current measuring device 11 was demonstrated, it is not limited to this, As shown in FIG. You may make it measure the noise current which flows through the grounding line PCe connected between the circuit part 4 and the three-phase alternating
さらにまた、上記実施形態においては、ノイズ測定結果出力部17において電流測定器11で測定したノイズ電流及び電圧測定器12で測定したノイズ電流に基づいて周波数領域のインピーダンス特性を演算して出力する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電流測定器11で測定したノイズ電流及び電圧測定器12で測定したノイズ電圧をそのまま又は何れか一方のみを周波数変換して周波数領域の測定値として外部の演算部に出力し、外部の演算部でノイズ電流及びノイズ電圧に基づいて周波数領域のインピーダンス特性を演算するようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, when the noise measurement
なおさらに、上記実施形態においては、電圧測定器12で測定したノイズ電圧を使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、相電圧を変化させたときのノイズ電圧の変化を不揮発性メモリ等の記憶媒体に記憶しておき、記憶されたノイズ電圧と測定したノイズ電流とに基づいてインピーダンス特性を演算するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、インバータ制御部15にノイズ測定結果出力部17を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、独立したノイズ測定結果出力部17を設けるようにしてもよく、電流測定器11及び電圧測定器12も常時接続せず、測定が必要なときに接続するようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the noise voltage measured by the voltage measuring device 12 is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and the change in the noise voltage when the phase voltage is changed is non-volatile. The impedance characteristics may be calculated based on the stored noise voltage and the measured noise current.
Moreover, in the said embodiment, although the case where the noise measurement
1…インバータ装置、2…電源、3…入力ケーブル、4…インバータ主回路部、5…出力ケーブル、6…3相交流モータ、7…全波整流回路、8…インバータ部、10…ノイズ測定部、11…電流測定部、12…電圧測定部、15…インバータ制御部、16…インバータ動作指令部、17…ノイズ測定結果出力部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流を測定するノイズ電流測定部およびノイズ電圧を測定するノイズ電圧測定部の少なくとも1つを有するノイズ測定部と、
該ノイズ測定部の測定結果及び当該測定結果に基づいて所定の演算を行った演算結果の少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力部とを備えたことを特徴とするインバータ装置。 An inverter main circuit unit having an inverter unit configured by a power semiconductor element and converting direct current into alternating current;
A noise current measuring unit for measuring a noise current on an output side of the inverter main circuit unit and a noise voltage measuring unit for measuring a noise voltage when a phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit A noise measuring unit having at least one of:
An inverter device comprising: a noise measurement result output unit that outputs at least one of a measurement result of the noise measurement unit and a calculation result obtained by performing a predetermined calculation based on the measurement result.
該インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流を測定するノイズ電流測定部を有するノイズ測定部と、
前記インバータ主回路部の出力側において少なくとも1相の相電圧を変化させたときの、前記インバータ主回路部の出力側おけるノイズ電圧を記憶するノイズ電圧記憶部と、
前記ノイズ電流測定部で測定したノイズ電流及び前記ノイズ電圧記憶部で記憶されているノイズ電圧と、前記ノイズ電流及びノイズ電圧に基づいて所定の演算を行った演算結果との少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力部とを備えたことを特徴とするインバータ装置。 An inverter main circuit unit having an inverter unit configured by a power semiconductor element and converting direct current into alternating current;
A noise measuring unit having a noise current measuring unit for measuring a noise current on the output side of the inverter main circuit unit when the phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit;
A noise voltage storage unit for storing a noise voltage on the output side of the inverter main circuit unit when the phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit;
Noise that outputs at least one of the noise current measured by the noise current measurement unit and the noise voltage stored in the noise voltage storage unit, and a calculation result obtained by performing a predetermined calculation based on the noise current and noise voltage An inverter device comprising a measurement result output unit.
前記インバータ主回路部の出力側において、少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流及びノイズ電圧の少なくとも一方を測定するノイズ測定ステップと、
該ノイズ測定ステップの測定結果及び当該測定結果に基づいて所定の演算を行った演算結果の少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力ステップとを備えたことを特徴とするインバータ装置のノイズ測定方法。 A noise measurement method for an inverter device including an inverter main circuit unit having an inverter unit configured by a power semiconductor element and converting DC power to AC power,
A noise measuring step for measuring at least one of a noise current and a noise voltage on the output side of the inverter main circuit unit when the phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit;
A noise measurement method for an inverter device, comprising: a noise measurement result output step for outputting at least one of a measurement result of the noise measurement step and a calculation result obtained by performing a predetermined calculation based on the measurement result.
該インバータ主回路部の出力側において、少なくとも1相の相電圧を変化させたときに、前記インバータ主回路部の出力側におけるノイズ電流を測定するノイズ電流測定ステップと、
前記インバータ主回路部の出力側において、少なくとも1相の相電圧を変化させたときの、前記インバータ主回路部の出力側おけるノイズ電圧を記憶するノイズ電圧記憶ステップと、
前記ノイズ電流測定ステップで測定したノイズ電流及び前記ノイズ電圧記憶ステップで記憶されているノイズ電圧の測定結果と、前記ノイズ電流及びノイズ電圧に基づいて所定の演算を行った演算結果との少なくとも一方を出力するノイズ測定結果出力ステップとを備えたことを特徴とするインバータ装置のノイズ測定方法。 A noise measurement method for an inverter device including an inverter main circuit unit having an inverter unit configured by a power semiconductor element and converting DC power to AC power,
A noise current measuring step for measuring a noise current on the output side of the inverter main circuit unit when the phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit;
A noise voltage storing step for storing a noise voltage on the output side of the inverter main circuit unit when the phase voltage of at least one phase is changed on the output side of the inverter main circuit unit;
At least one of the measurement result of the noise current measured in the noise current measurement step and the noise voltage stored in the noise voltage storage step and the calculation result obtained by performing a predetermined calculation based on the noise current and the noise voltage. A noise measurement method for an inverter device, comprising: a noise measurement result output step for outputting.
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