JP2015126604A - インバータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インバータ装置の周囲の温度等により、母線電圧値にばらつきが生じても補正することが可能なインバータ装置を得ること。
【解決手段】2つの母線を有するインバータ部14と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部15と、を備えるインバータ装置16であって、補正部15は、インバータ装置16の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部12と、分圧電圧値、電源線11の電圧である電源電圧値、周囲温度検知信号を入力とする演算機7と、を備え、演算機7は、周囲温度検知信号等に応じた母線電圧補正係数を記憶し、分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と母線電圧補正係数を乗算することで母線電圧値を算出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、インバータ装置に関する。
従来から、様々な負荷に電力を供給するインバータ装置が広く知られ、普及している。インバータ装置では、母線間に抵抗を直列に接続し、分圧した電圧値を演算機(例えばマイコン)に入力し、予め設定した増幅値(母線電圧ゲイン)を利用して演算することで、母線電圧値をインバータ装置の制御や、インバータ装置内の回路保護などに利用している。ここで、「母線電圧」とは、交流電源からブリッジダイオード及び平滑コンデンサにより整流され、平滑されて生成した直流電圧をいう。
例えば、特許文献1には、「直流母線電流、直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいて出力電圧ベクトルVsを演算する出力電圧ベクトル演算手段と、前記出力電圧ベクトルVsに基づいて出力電圧ベクトルVs’及びVs’’を生成し、前記出力電圧ベクトルVs’に隣接する大きさが非零の2つの基本電圧ベクトルの1/2PWM周期当たりの出力時間の各々が所定時間TMIN以上となるように出力時間の管理を行う出力時間管理手段とを備えたインバータ制御部を設けた」3相電圧型PWMインバータ制御装置において、「直流電圧検出回路6は、コンバータ2の出力側である直流母線PN間の直流電圧を分圧してインバータ制御部7内のA/D変換回路9に出力する」ことが開示されている。
特開2011−234428号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、例えばインバータ装置の周囲の温度や電源電力により駆動される負荷(電源負荷)の変動によって電源の出力電圧が変動し、演算機が認識する母線電圧値にばらつきが生じ、演算機が認識する母線電圧値と実際の母線電圧とが異なるものとなってしまう、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ装置の周囲の温度等が変動することで電源電圧が変動し、認識される母線電圧値にばらつきが生じても補正することが可能なインバータ装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のインバータ装置は、2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、前記分圧電圧値、前記インバータ装置の電源線の電圧である電源電圧値及び前記周囲温度検知信号を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記周囲温度検知信号に応じた補正係数を記憶し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とする。
本発明によれば、インバータ装置の周囲の温度等が変動することで電源電圧が変動し、認識される母線電圧値にばらつきが生じても補正することが可能なインバータ装置を得ることができる、という効果を奏する。
図1は、実施の形態1にかかるインバータ装置の構成を示すブロック図である。 図2は、実施の形態2にかかるインバータ装置の構成を示すブロック図である。 図3は、実施の形態2にかかるインバータ装置の誤差検知部の構成を示す図である。
以下に、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態1の構成を示すブロック図である。図1に示すインバータ装置16は、交流電源1と回転機器10の間に配され、インバータ部14及び補正部15を備える。インバータ部14は、ダイオードブリッジ2、主回路コンデンサ4、母線5、抵抗6a,6b及びスイッチング素子群9を備える。補正部15は、演算機7、電圧変換機8、周囲温度検知信号入力部12及び各負荷検知信号入力部13を備える。
図1では、交流電源1として単相交流電源を示しているがこれに限定されるものではなく、三相交流電源を用いてもよい。ダイオードブリッジ2は、4つのダイオード素子がブリッジ接続して構成されている整流回路である。主回路コンデンサ4は、主回路であるインバータ部14が備えるコンデンサである。電圧変換機8は、各部品に適切な電圧を供給する変換機である。スイッチング素子群9は、6つのスイッチング素子及びダイオード素子によりインバータを構成している。回転機器10は、スイッチング素子群9から供給される電力によって回転運動を行う機器である。ただし、これに限定されず、他の負荷であってもよい。周囲温度検知信号入力部12は、インバータ装置16の周囲温度を検知するセンサ等(図示しない)からの信号が入力される部分であり、演算機7は周囲温度検知信号入力部12からの信号によりインバータ装置16の周囲温度を認識する。各負荷検知信号入力部13は、インバータ装置16内の各負荷の動作状態等の情報を示す信号が入力される部分であり、演算機7は各負荷検知信号入力部13からの信号により各負荷の動作状態を認識する。
インバータ装置16では、交流電源1からの交流がダイオードブリッジ2により整流されて主回路コンデンサ4により平滑され、接地3の電位を基準とした直流電圧の母線電圧が生成され、この母線電圧によって電圧変換機8が駆動される。電圧変換機8は、例えば演算機7を駆動する。演算機7には、電源線11から電源電圧Vddが供給され、スイッチング素子群9は、演算機7によって駆動されて回転機器10を回転させる。
インバータ装置16は、主回路コンデンサ4とインバータ素子群9の間に、直列接続された抵抗6a,6bを備える。抵抗6a,6bの間に演算機7が接続されることで演算機7には分圧された電圧が入力される。入力された電圧はA/D変換されてVADとして算出される。演算機7は、この算出値VADの整数値であるint(VAD)に補正係数Gdcを乗じた値Gdc・int(VAD)を母線電圧値として認識する。ここで、電源線11の電源電圧Vddが演算機7における電源線11の電源電圧の想定値からずれていると、演算機7が想定した値VADにずれが生じ、演算機7が認識する母線電圧値Gdc・int(VAD)にもずれを生じる。そのため、実際の母線電圧値と演算機7が認識する母線電圧値に誤差を生じてしまう。このような電源線11の電源電圧Vddに生じるずれは、インバータ装置16の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源1から供給される電力のばらつきなどに起因するものである。
そこで、本発明においては、さらに、ばらつき補正係数Gcrを導入して、演算機7が認識する母線電圧値をGdc・Gcr・int(VAD)とする。ばらつき補正係数Gcrは、インバータ装置16の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源1から供給される電力などによって決まる。これらのばらつき補正係数Gcrに影響する因子は、例えば図1に示すように周囲温度検知信号入力部12と各負荷検知信号入力部13から演算機7に入力されている。ばらつき補正係数Gcrは、インバータ装置16の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源1から供給される電力などの因子との関係について、テーブルデータとして演算機7内のメモリ(図示しない)に記憶されていればよい。このように、ばらつき補正係数Gcrを導入すると、実際の母線電圧値と演算機7が認識する母線電圧値の間に生じる誤差を小さくすることができる。
なお、演算機7は、例えばマイコン等により構成されるため、上記したように演算機7が認識する母線電圧値は整数値int(VAD)である。(実際の)母線電圧値Vと、抵抗6aの抵抗値Rと、抵抗6bの抵抗値Rと、電源電圧Vddと、演算機7の分解能(電圧値)Vresと、を用いると、int(VAD)は、{V*(R/R+R)}/(Vdd/Vres)により算出され、この算出値の小数点第一位を四捨五入して得られた整数値である。
なお、抵抗6aの抵抗値Rと、抵抗6bの抵抗値Rと、演算機7が想定している電源電圧値Vdd’と、演算機7の分解能(電圧値)Vresと、を用いると、補正係数Gdcは、{(R+R)/R)}*(Vdd’/Vres)で算出される値である。
次に、図1に示すインバータ装置16において、ばらつき補正係数Gcrを用いて演算機7が認識する母線電圧値を算出する手順について説明する。
演算機7には、周囲温度検知信号入力部12から周囲温度検知信号が入力され、各負荷検知信号入力部13から負荷パターンが入力されている。周囲温度検知信号入力部12は、例えばサーミスタに接続されており、サーミスタにより取得した周囲温度を演算機7に認識させることができる。なお、サーミスタがインバータ装置16に複数設けられ、複数のサーミスタから演算機7に周囲温度検知信号が入力される構成であってもよい。
各負荷検知信号入力部13は例えばインバータ装置16が備えるファンに接続されており、このファンがオンしているか否かを演算機7に認識させることができる。各負荷検知信号入力部13はインバータ装置16が備えるその他の部品にも接続されていてもよい。各負荷検知信号入力部13は、ファン及びその他の部品のオンオフを演算機7に認識させることができる。
このように周囲温度検知信号入力部12と各負荷検知信号入力部13を用いることで、インバータ装置16の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源1から供給される電力などの因子とばらつき補正係数Gcrの関係を演算機7内のメモリにテーブルデータとして記憶させる。演算機7が母線電圧を認識するときには、このテーブルデータを参照すればよい。動作時には、周囲温度検知信号入力部12や各負荷検知信号入力部13からの信号または信号の変化によってインバータ装置16の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源1から供給される電力などの因子の変化を検知すると、演算機7は演算機7内のメモリを参照してばらつき補正係数Gcrの値を更新する。
このようにして、周囲温度等に応じてばらつき補正係数Gcrを更新するので、実際の母線電圧値と演算機7が認識する母線電圧値の間に生じる誤差を小さくすることができる。換言すると、演算機7が認識する母線電圧値を正確な値に近づけることができる。そのため、インバータ出力時に適切な変調率を設定することができ、回転機器10を効率よく回転させることが可能となる。
すなわち、本実施の形態のインバータ装置は、2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、前記インバータ装置の電源線に接続された負荷の運転状態が検知されて生成された各負荷検知信号が入力される各負荷検知信号入力部と、前記分圧電圧値、前記電源線の電圧である電源電圧値、前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号に応じた補正係数を記憶し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とする。
なお、本実施の形態では、各負荷検知信号入力部を備える構成について説明したが、本発明のインバータ装置は、各負荷検知信号入力部を備えていなくてもよい。インバータ装置が各負荷検知信号入力部を備えていない場合には、インバータ装置の周囲温度が検知されて生成されて周囲温度検知信号入力部から入力された周囲温度検知信号のみを用いればよい。
すなわち、本実施の形態のインバータ装置は、2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、前記分圧電圧値、前記インバータ装置の電源線の電圧である電源電圧値及び前記周囲温度検知信号を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記周囲温度検知信号に応じた補正係数を記憶し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出する構成であってもよい。
本実施の形態のインバータ装置では、インバータ装置の周囲の温度や電源負荷が変動することで電源電圧が変動し、母線電圧にばらつきが生じても補正することが可能である。そのため、例えば演算機が設けられている場合には、この演算機が認識する母線電圧値と実際の母線電圧値のずれが小さくなり、インバータ出力を安定させ、演算機を構成するマイコン等が母線電圧値を認識することで保護できる母線電圧値の低下や過電圧となることを認識してインバータ動作を停止する等といった保護が、正しく検知できなくなることを防止することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、製品の機種及び出荷先によって補正係数Gcrのテーブルデータの内容が変わるため、製品の機種ごとまたは出荷先ごとにテーブルデータを作成する必要がある。本実施の形態では、自動で誤差を検知して条件ごとの電源電圧を把握することが可能な形態について説明する。
図2は、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態2の構成を示すブロック図である。図2に示すインバータ装置16aは、インバータ部14と補正部15aを備え、補正部15aには周囲温度検知信号入力部12と各負荷検知信号入力部13に代えて誤差検知部17の2つの出力部25a,25bが接続されている。
図3は、誤差検知部17の構成を示す図である。図3に示す誤差検知部17は、抵抗19a,19b,20a,20b,21a,21b,22a,22b及びオペアンプ23a,23bを備え、電源線11の電源電圧Vddと端子18から入力される基準電圧Vの差動増幅回路であり、出力は演算機7に入力される。なお、誤差検知部17は接地24により接地されている。誤差検知部17のオペアンプ23a側から出力される電圧をVo_mとし、オペアンプ23b側から出力される電圧をVo_nとする。なお、抵抗19aの抵抗値をR1_m、抵抗19bの抵抗値をR1_n、抵抗20aの抵抗値をR2_m、抵抗20bの抵抗値をR2_n、抵抗21aの抵抗値をR3_m、抵抗21bの抵抗値をR3_n、抵抗22aの抵抗値をR4_m、抵抗22bの抵抗値をR4_nとすると、R1_m=R3_m、R2_m=R4_m、R1_n=R3_n、R2_n=R4_nである。
基準電圧Vは、電源電圧Vddとは異なる電圧とする。基準電圧Vは、負荷がほとんどなく、負荷変動も生じず、また、負荷がほとんどないために周囲温度に依存しない高精度な電圧とする。
>Vddである場合には、Vo_m>0[V]且つVo_n=0[V]であり、Vo_m=Ga_m・(Vdd−V)である。ここで、Ga_m=R2_m/R1_m=R4_m/R3_mである。演算機7における電源線11の電源電圧Vddの想定値を5Vとすると、母線電圧ゲインGdcにおける補正係数の計算式はGdc・(Vdd/5)となり、補正係数Gcr=Vdd/5={Vo_m/(Ga_m+V)}/5となる。
または、V<Vddである場合には、Vo_n>0[V]且つVo_m=0[V]であり、Vo_n=Ga_n・(V−Vdd)である。ここで、Ga_n=R2_n/R1_n=R4_n/R3_nである。演算機7における電源線11の電源電圧Vddの想定値を5Vとすると、母線電圧ゲインGdcにおける補正係数の計算式はGdc・(Vdd/5)となり、補正係数Gcr=Vdd/5={(V−Vo_n)/Ga_n)}/5となる。
または、V=Vddである場合には、Vo_m=Vo_nであり、演算機7における電源線11の電源電圧Vddの想定値を5Vとすると、補正係数Gcr=5/5=1となる。
演算機7は、入力値(V,Vdd)から上記の場合分けを行い、適切な式を選択して補正係数Gcrを算出する。そして、補正係数Gcrを用いて母線電圧値をGdc・Gcr・int(VAD)として算出する。
なお、オペアンプ23a,23bは、誤差検知部17ではなく、演算機7内に設けられていてもよい。
すなわち、本実施の形態のインバータ装置は、2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、差動入力の正入力端子に電源線の電圧である電源電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に予め設定された基準電圧値が入力される第1のオペアンプ、及び差動入力の正入力端子に前記基準電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に前記電源電圧値が入力される第2のオペアンプを有し、この第1のオペアンプと第2のオペアンプの出力を出力とする誤差検知部と、前記分圧電圧値、前記電源電圧値及び前記誤差検知部の2つの出力を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記電源電圧値と前記基準電圧値に応じた算出式を用いて補正係数を算出し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とする。
本実施の形態にて説明したように、電源電圧Vddと基準電圧Vの大小関係により演算機7内の算出式を切り替えて補正係数を算出することで、周囲温度及び電源負荷による電源電圧のばらつきを演算機7で検知して母線電圧ゲインを自動で補正することができ、実施の形態1におけるサーミスタ等のセンサが不要となり、小型且つ低コストで母線電圧ゲインの補正を行えるインバータ装置を実現することができる。また、製品の機種及び出荷先ごとにテーブルデータを作成する必要性がなく、製品の機種ごと及び出荷先ごとのカスタマイズが不要であり、回路の標準化が可能になる。
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、母線電圧のばらつきが生じやすい環境下のインバータ装置に有用である。
1 交流電源、2 ダイオードブリッジ、3 接地、4 主回路コンデンサ、5 母線、6a,6b 抵抗、7 演算機、8 電圧変換機、9 スイッチング素子群、10 回転機器、11 電源線、12 周囲温度検知信号入力部、13 各負荷検知信号入力部、14 インバータ部、15,15a 補正部、16,16a インバータ装置、17 誤差検知部、18 基準電圧入力部、19a,19b,20a,20b,21a,21b,22a,22b 抵抗、23a,23b オペアンプ、24 接地、25a,25b 出力部。

Claims (3)

  1. 2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、
    前記補正部は、
    前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、
    前記分圧電圧値、前記インバータ装置の電源線の電圧である電源電圧値及び前記周囲温度検知信号を入力とする演算機と、を備え、
    前記演算機は、
    前記周囲温度検知信号に応じた補正係数を記憶し、
    前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とするインバータ装置。
  2. 2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、
    前記補正部は、
    前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、
    前記インバータ装置の電源線に接続された負荷の運転状態が検知されて生成された各負荷検知信号が入力される各負荷検知信号入力部と、
    前記分圧電圧値、前記電源線の電圧である電源電圧値、前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号を入力とする演算機と、を備え、
    前記演算機は、
    前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号に応じた補正係数を記憶し、
    前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とするインバータ装置。
  3. 2つの母線を有するインバータ部と、この2つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、
    前記補正部は、
    差動入力の正入力端子に電源線の電圧である電源電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に予め設定された基準電圧値が入力される第1のオペアンプ、及び差動入力の正入力端子に前記基準電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に前記電源電圧値が入力される第2のオペアンプを有し、この第1のオペアンプと第2のオペアンプの出力を出力とする誤差検知部と、
    前記分圧電圧値、前記電源電圧値及び前記誤差検知部の2つの出力を入力とする演算機と、を備え、
    前記演算機は、
    前記電源電圧値と前記基準電圧値に応じた算出式を用いて補正係数を算出し、
    前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とするインバータ装置。
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