JP4677641B2 - Reactor loss measuring device and measuring method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、リアクトル損失測定装置及びその測定方法に関し、特に、PWMインバータなどに用いられるフィルタ回路におけるリアクトルの鉄損について算定する仕方を工夫したリアクトル損失測定装置及びその測定方法に関わるものである。   The present invention relates to a reactor loss measuring apparatus and a measuring method thereof, and more particularly to a reactor loss measuring apparatus and a measuring method thereof that devise a method for calculating the iron loss of a reactor in a filter circuit used for a PWM inverter or the like.

近年、ハイブリッドカー、電気自動車、電車などに使用されるPWMインバータなどの電力変換器について、小型化、高出力化、軽量化、低損失化、低コストなどを目指して開発が進められている。この様な中で、特に、PWMインバータなどの電力変換における低損失化が重要である。ところで、従来においては、PWMインバータのフィルタ回路のリアクトル、或いは、DCチョッパ回路や、DC−DCコンバータの平滑リアクトルなどにおける磁気損失は、正弦波電圧を用いる励磁方法で求めた鉄損データから推測するものであった。   In recent years, power converters such as PWM inverters used in hybrid cars, electric cars, trains, and the like have been developed with the aim of reducing size, increasing output, reducing weight, reducing loss, and reducing costs. Under such circumstances, it is particularly important to reduce loss in power conversion such as a PWM inverter. Conventionally, the magnetic loss in the reactor of the filter circuit of the PWM inverter, the DC chopper circuit, the smoothing reactor of the DC-DC converter, or the like is estimated from the iron loss data obtained by the excitation method using the sine wave voltage. It was a thing.

そこで、PWMインバータのフィルタ回路のリアクトルにおける鉄損の算定方法が提案されている(例えば、非特許文献1を参照)。この提案された鉄損の算定方法について、以下に、説明する。   Therefore, a method for calculating the iron loss in the reactor of the filter circuit of the PWM inverter has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). The proposed method for calculating iron loss will be described below.

図11に、一般的な単相インバータの回路例を図示した。図中、Q1乃至Q4は、PWM駆動されるスイッチ素子である。なお、PWM駆動回路については、図示を省略されている。インバータの出力側に、リアクトルLとコンデンサCとによるフィルタ回路が接続され、そのフィルタ回路を介して、負荷抵抗Rに所定周波数を有する電力が供給される。同図において、iは、リアクトルLに流れる電流を、Vは、リアクトルLの両端の電圧をそれぞれ表し、iは、負荷抵抗Rを流れる電流を、Vは、負荷抵抗Rの両端の電圧をそれぞれ表している。 FIG. 11 shows a circuit example of a general single-phase inverter. In the figure, Q1 to Q4 are switching elements driven by PWM. Note that illustration of the PWM drive circuit is omitted. A filter circuit including a reactor L and a capacitor C is connected to the output side of the inverter, and power having a predetermined frequency is supplied to the load resistor R through the filter circuit. In the figure, i L is the current flowing through the reactor L, V L represents the voltage across the reactor L, respectively, i R is the current flowing through the load resistor R, V R is across the load resistor R Represents the voltage of each.

また、図12及び図13に、この単相インバータをユニポーラモード・サブハーモニック変調で動作させた時の、各部の出力周期Tの動作波形を示している。図12(a)は、スイッチ素子Q1とQ3の接続点とスイッチ素子Q2とQ4の接続点との間の電圧VPWMの波形を、同(b)は、負荷抵抗Rを流れる電流iの波形を、同(c)は、リアクトルLの両端の電圧Vの波形を、そして、同(d)は、リアクトルLに流れる電流iを、1出力周期Tについてそれぞれ示している。 FIGS. 12 and 13 show operation waveforms of the output cycle T of each part when this single-phase inverter is operated by unipolar mode subharmonic modulation. 12A shows the waveform of the voltage V PWM between the connection point of the switch elements Q1 and Q3 and the connection point of the switch elements Q2 and Q4, and FIG. 12B shows the current i R flowing through the load resistor R. The waveform (c) shows the waveform of the voltage V L across the reactor L, and (d) shows the current i L flowing through the reactor L for one output cycle T.

図13(e)には、図12(d)の電流iに基づいて算出された磁界の強さHの変化が、そして、図13(f)には、図12(c)の電圧Vに基づいて算出された磁束密度Bの変化が、1出力周期Tについてそれぞれ示されている。 FIG 13 (e), the change in the intensity H of the magnetic field which is calculated on the basis of the current i L shown in FIG. 12 (d) is then, in FIG. 13 (f), the voltage V shown in FIG. 12 (c) The change of the magnetic flux density B calculated based on L is shown for each output period T.

ここで、図13(e)の磁界強さHと図13(f)の磁束密度Bとに基づいて、1出力周期T分の磁束密度−磁束強さ曲線(B−H曲線)を作成すると、図14のようになる。図14は、出力1周期分の実際のB−H動作軌跡の模擬図である。ここで、矢印で示す部分が、1出力周期Tに含まれる1スイッチングリプル分(動的マイナーループと称す)を表す。   Here, when a magnetic flux density-magnetic flux strength curve (BH curve) for one output period T is created based on the magnetic field strength H of FIG. 13E and the magnetic flux density B of FIG. As shown in FIG. FIG. 14 is a simulation diagram of an actual BH motion trajectory for one output period. Here, a portion indicated by an arrow represents one switching ripple (referred to as a dynamic minor loop) included in one output cycle T.

さらに、図15は、フイルタリアクトルLに関する1出力周期Tにおける2スイッチングリプルに係るB−H曲線(2リプル周期の動的マイナーループ)を示している。ここで、以上の各図に示された波形を元にして、以下に、従来のフイルタリアクトルの鉄損の算定方法について説明する。   Further, FIG. 15 shows a BH curve (dynamic minor loop of 2 ripple cycles) related to 2 switching ripples in 1 output cycle T regarding the filter reactor L. Here, based on the waveforms shown in each of the above figures, a method for calculating the iron loss of a conventional filter reactor will be described below.

1出力周期Tのリアクトルの鉄損を算定する算定期間としては、図12(d)に示すリアクトルに流れる電流iのボトムピーク値(各スイッチングリプルにおける最小値)から隣接するボトムピーク値を示す間隔時間をΔtとしている。その時間Δtに対応した動的マイナーループを抜粋し、簡略化して示したB−H曲線が、図16の図形となる。 As a calculation period for calculating the iron loss of the reactor of one output cycle T, the bottom peak value adjacent to the bottom peak value (minimum value in each switching ripple) of the current i L flowing through the reactor shown in FIG. The interval time is Δt. A dynamic minor loop corresponding to the time Δt is extracted and a simplified BH curve is shown in FIG.

ここで、リアクトルLが無損失のものであれば、動的マイナーループは、直線PQと直線QRを描くことから、直線PQと直線QRから膨らんだ曲線部分の面積(以下、疑似マイナーループ面積と称す)が、スイッチングリプルによる鉄損Aとしていた。スイッチングリプルによる鉄損とは、リアクトル全鉄損から、出力電流iの基本周波数又は該基本周波数近傍の周波成分による鉄損A(メジャーループ面積とも称す)による寄与を差し引いた、スイッチングリプル分のみの鉄損を意味している。また、この算定区間である時間Δtにおけるバイアス磁界Hの時間平均を、この算定区間におけるバイアス磁界Hとしている。 Here, if the reactor L is lossless, the dynamic minor loop draws the straight line PQ and the straight line QR, and therefore the area of the curved portion swelled from the straight line PQ and the straight line QR (hereinafter referred to as the pseudo minor loop area). referred to) is, was the iron loss a r by the switching ripple. The iron loss due to switching ripple is the amount of switching ripple obtained by subtracting the contribution due to iron loss A b (also referred to as the major loop area) due to the fundamental frequency of output current i R or the frequency component near the fundamental frequency from reactor total iron loss. It means only iron loss. In addition, the time average of the bias magnetic field H at the time Δt that is the calculation section is set as the bias magnetic field H 0 in the calculation section.

図12に示された半出力周期T/2について、同様に、各リプル周期、即ち、算定区間毎に、前記疑似マイナーループ面積Aとバイアス磁界をH求め、H−A平面上にプロットしたものをループ面積軌跡と呼んでいる。このループ面積軌跡の例を、図17に示した。図17においては、横軸は、バイアス磁界Hを、そして縦軸は、疑似マイナーループ面積Aをそれぞれ表しており、算定区間毎に求めたバイアス磁界Hと疑似マイナーループ面積Aが丸印でプロットされている。 Similarly, with respect to the half output period T / 2 shown in FIG. 12, the pseudo minor loop area Ar and the bias magnetic field are determined H 0 for each ripple period, that is, for each calculation section, on the H 0 -A r plane. The one plotted in is called the loop area trajectory. An example of this loop area trajectory is shown in FIG. 17, the horizontal axis, a bias magnetic field H 0, and the vertical axis represents the pseudo-minor loop area A r, respectively, the bias magnetic field H 0 and the pseudo minor loop area A r are obtained for each calculation interval Plotted with circles.

このループ面積軌跡は、各バイアス磁界Hに対する単位体積当たりのスイッチングリプルによる鉄損を1リプル周期ごとに、丸印で表したものであり、リアクトルを構成する鉄芯材料やインバータの動作法を変えることにより異なった軌跡を描くことが知られており、インバータの動作制御法とリアクトルの鉄損の関係を評価する上で非常に有用であることが知られている。 This loop area trajectory represents the iron loss due to switching ripple per unit volume with respect to each bias magnetic field H 0 in a circle for each ripple period, and the operation method of the iron core material constituting the reactor and the operation method of the inverter. It is known to draw different trajectories by changing, and it is known to be very useful in evaluating the relationship between the inverter operation control method and the iron loss of the reactor.

電気学会誌、SPC−06−37、「単相電圧型PWMインバ−タ回路用フイルタリアクトルの鉄損評価および損失低減手法の検討」Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, SPC-06-37, “Evaluation of Iron Loss and Loss Reduction Technique for Filter Reactor for Single-phase Voltage Type PWM Inverter Circuit”

ところが、従来の鉄損の算定方法には、次のような問題があった。
まず、第1の問題としては、従来の算定方法を半出力周期T/2だけでなく、出力周期のすべてに適用する場合、時間T/2を中心に対称性のある1出力周期Tの鉄損を算定しようとすると、図12に示すように、時間T/2を境界として、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する期間を、ボトムピーク値から隣接するボトムピーク値を示す時間Δtから、時間T/2を跨いだ時間では、ボトムピーク値からトップピーク値(各スイッチングリプルにおける最大値)に、それ以降の時間では、トップピーク値から隣接するトップピーク値を示す時間Δt’に変更しなければならない。そのため、算定処理が、非常に複雑なものとなった。
However, the conventional iron loss calculation method has the following problems.
First, as a first problem, when the conventional calculation method is applied not only to the half output period T / 2 but also to all of the output periods, the iron of one output period T that is symmetrical around the time T / 2 is used. When trying to calculate the loss, as shown in FIG. 12, the time period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple period with the time T / 2 as a boundary is determined from the time Δt indicating the adjacent bottom peak value from the bottom peak value. In the time spanning the time T / 2, the bottom peak value is changed to the top peak value (the maximum value in each switching ripple), and in the subsequent time, the top peak value is changed to the time Δt ′ indicating the adjacent top peak value. Must. Therefore, the calculation process has become very complicated.

また、第2の問題として、図16に示されるように、無損失のリアクトルであれば、動的マイナーループは、直線PQと直線QRを描くことになるので、直線PQと直線QRから膨らんだ曲線部分の面積がスイッチングリプルによる鉄損Aとしていたが、この算定方法では、以下の理由により、スイッチングリプルによる鉄損のみを正確には算定できていなかった。 Further, as a second problem, as shown in FIG. 16, if the reactor is lossless, the dynamic minor loop draws a straight line PQ and a straight line QR, and therefore swells from the straight line PQ and the straight line QR. area of the curved portion had the iron loss a r by switching ripple, but this calculation method, the following reasons, were not able to calculate the accurate only the iron loss by the switching ripple.

このスイッチングリプルによる鉄損を正確に算定する方法を以下に説明する。図18は、図12及び図13に示された各々のスイッチングリプルの、即ち、1算定区間t〜tにおける、リアクトルLに流れる電流i、リアクトルLの両端の電圧V、リアクトルLに印加されるバイアス磁界H、リアクトルLに生じる磁束密度Bに係る波形を抜き出して表示した波形図である。図18(a)は、図12(c)に、同(b)は、図12(d)に、同(c)は、図13(e)に、同(d)は、図13(f)にそれぞれ対応している。上記の区間t〜tは、図12における区間Δtに対応するものであり、インバータのスイッチ素子のリプル周期に一致している。 A method for accurately calculating the iron loss due to the switching ripple will be described below. Figure 18 is the switching ripple of each shown in FIGS. 12 and 13, i.e., in one calculation period t p ~t r, reactor L to flow current i L, the reactor L voltage V L across the, reactor L It is the wave form diagram which extracted and displayed the waveform which concerns on the magnetic flux density B which arises in the bias magnetic field H and the reactor L which are applied to. 18 (a) is the same as FIG. 12 (c), FIG. 18 (b) is the same as FIG. 12 (d), FIG. 18 (c) is the same as FIG. 13 (e), and FIG. ) Respectively. Interval t p ~t r above, which corresponds to the interval Δt in FIG. 12 coincides with the ripple period of the switching elements of the inverter.

また、図19は、図18に対応した磁界Hと磁束密度BをB−H平面上に描いた図形であり、1出力周期Tにおける1スイッチングリプルに係る動的マイナーループPQRと、当該スイッチングリプルに係る基本周波数成分によるメジャーループP’R’を示している。   FIG. 19 is a diagram in which the magnetic field H and the magnetic flux density B corresponding to FIG. 18 are drawn on the BH plane. The dynamic minor loop PQR related to one switching ripple in one output period T, and the switching ripple. The major loop P′R ′ based on the fundamental frequency component is shown.

1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損Aは、本来、図20において、閉曲線JPQRKJ(以下、閉曲線Cと称す)に囲まれた面積A(以下、動的マイナーループ面積と称す)から、低周波成分に対応する閉曲線J’P’R’K’J’(以下、閉曲線Cと称す)に囲まれた面積A(以下、メジャーループ面積と称す)を減ずれば正確に求めることができる。 1 iron loss A r by switching ripple of the ripple period, originally in FIG. 20, a closed curve JPQRKJ (hereinafter, a closed curve C hereinafter) from the enclosed area A (hereinafter, referred to as dynamic minor loop area), low frequency It can be accurately obtained by reducing the area A b (hereinafter referred to as the major loop area) surrounded by the closed curve J′P′R′K′J ′ (hereinafter referred to as the closed curve C b ) corresponding to the component. .

或いは、図18において、1リプル周期のスイッチングリプルについて、リアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、電流iの基本周波電流成分ILbと、電圧Vの基本周波電圧成分VLbとの積の積分から求めた電力量を減ずれば、同様に、鉄損Aは正確に求めることができる。 Alternatively, in FIG. 18, for a switching ripple of one ripple period, the fundamental frequency current component I Lb of the current i L is obtained from the electric energy obtained by integrating the product of the current i L flowing through the reactor and the voltage V L at both ends of the reactor. When, if Genzure the amount of power obtained from the integral of the product of the fundamental frequency voltage component V Lb of the voltage V L, similarly, the iron loss a r can be determined accurately.

以下に、その鉄損Aを正確に求めることができる理由を説明する。
図20において、各点の近傍に示された括弧内には、各点に係るH成分及びB成分を表している。なお、図18(c)及び(d)においても、各点に対応するH成分及びB成分の記号を付してある。ここで、一般に良く知られているように、図20に示された閉曲線Cの面積Aは、磁界H及び磁束密度Bを用いて、次の(1)式で表すことができる。
The following describes the reason why the iron loss A r can be determined accurately.
In FIG. 20, the H component and the B component related to each point are shown in parentheses shown in the vicinity of each point. In FIGS. 18C and 18D, symbols of the H component and the B component corresponding to each point are given. Here, as is generally well known, the area A of the closed curve C shown in FIG. 20 can be expressed by the following equation (1) using the magnetic field H and the magnetic flux density B.

また、リアクトルに流れる電流iは、磁界Hに比例し、リアクトルの両端の電圧Vは、磁束密度Bの時間微分に比例することが知られている。従って、上記の(1)式は、次の(2)式に書き改めることができる。 Further, it is known that the current i L flowing through the reactor is proportional to the magnetic field H, and the voltage V L across the reactor is proportional to the time differentiation of the magnetic flux density B. Therefore, the above equation (1) can be rewritten into the following equation (2).

上記の(1)式及び(2)式は、図20に示された閉曲線Cの面積Aは、1リプル周期のリアクトルに生じる電力量、即ち、全鉄損に比例していることを示している。同様のことが、基本周波成分に対応する閉曲線Cについても成り立つ。図20に示された閉曲線Cの面積Aは、リアクトルに流れる電流iの基本周波電流成分をiLb、リアクトル両端の電圧Vの基本周波電圧成分をVLbとすると、次の(3)式が成り立つ。 The above equations (1) and (2) show that the area A of the closed curve C shown in FIG. 20 is proportional to the amount of power generated in the reactor of one ripple period, that is, the total iron loss. Yes. The same is also true for the closed curve C b corresponding to the basic frequency component. Area A b of the closed curve C b shown in FIG. 20, the fundamental frequency current component of the current i L flowing through the reactor i Lb, if the fundamental frequency voltage component of the voltage V L of the reactor across the V Lb, the following ( 3) Equation holds.

これは、基本周波成分に対応する図20の閉曲線Cの面積Aが、1リプル周期のスイッチングリプルにおいて、リアクトルLに生じる基本周波成分の電力量、即ち、基本周波成分に係る鉄損に比例していることを示している。 This is because the area A b of the closed curve C b in FIG. 20 corresponding to the fundamental frequency component corresponds to the electric energy of the fundamental frequency component generated in the reactor L in the switching ripple of one ripple period, that is, the iron loss related to the fundamental frequency component. It shows that it is proportional.

従って、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損Aは、従来のように、図16に示す直線PQと直線QRから膨らんだ曲線部分の面積から算定するのではなく、図20の閉曲線Cに囲まれた面積Aから、基本周波成分に対応する閉曲線Cに囲まれた面積Aを減ずれば正確に求めることができる。 Therefore, 1 iron loss A r by switching ripple of the ripple period, as in the prior art, rather than calculated from the area of the bulging curved portion from the straight line PQ and the line QR shown in FIG. 16, surrounded by a closed curve C in FIG. 20 from the area a, it is possible to accurately determine if Genzure a closed curve C b surrounded by the area a b corresponding to the basic frequency component.

或いは、上述した面積の減算からのみではなく、1リプル周期のリアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、iの基本周波電流成分iLbと電圧Vの基本周波電圧成分VLbとの積の積分から求めた電力量を減ずれば、同様に、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損Aは、正確に求めることができることも判る。 Alternatively, not only from the subtraction of the area described above, but also from the amount of power obtained by integrating the product of the current i L flowing through the reactor having one ripple period and the voltage V L at both ends of the reactor, the fundamental frequency current component i of i L if Genzure the amount of power obtained from the integral of the product of the fundamental frequency voltage component V Lb of Lb and the voltage V L, similarly, the iron loss a r by switching ripple of 1 ripple cycle, also can be determined accurately I understand.

しかしながら、以上に説明した鉄損の算出方法のように、図20の閉曲線Cに囲まれた面積Aから、基本周波成分に対応する閉曲線Cに囲まれた面積Aを減じることにより、或いは、1リプル周期のリアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、iの基本周波電流成分iLbと電圧Vの基本周波電圧成分VLbとの積の積分から求めた電力量を減じることにより、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損Aが正確に求められるとしても、この鉄損の算出方法では、上述した第1の問題点を解消するものではない。 However, as in the iron loss calculation method described above, by subtracting the area A b surrounded by the closed curve C b corresponding to the fundamental frequency component from the area A surrounded by the closed curve C in FIG. , from the power amount determined from the integral of the product of the voltage V L across the current i L and a reactor flowing through the reactor of 1 ripple period, i L fundamental frequency current component i Lb and fundamental frequency voltage component V of the voltage V L of by reducing the amount of power obtained from the integral of the product of the Lb, 1 even iron loss a r by switching ripple of the ripple period is accurately determined, the calculation method of the iron loss, the first problem described above Is not a solution.

そこで、本発明は、出力周期Tのすべてに渡って、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する場合、時間T/2を境界として、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する期間を変更しなくとも、簡便に時間T/2を中心に対称性のある1リプル周期の鉄損を算定することができ、しかも、スイッチングリプルによる鉄損のみを正確に算定することができるリアクトル損失測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, when calculating the iron loss of the reactor of one ripple cycle over the entire output cycle T, the period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple cycle is changed with the time T / 2 as a boundary. Even if not, the reactor loss measuring device can easily calculate the iron loss of one ripple period with symmetry around the time T / 2, and can accurately calculate only the iron loss due to the switching ripple. And it aims at providing the measuring method.

以上の課題を解決するため、本発明によるリアクトル損失測定装置では、PWMスイッチングにより変化するリアクトル電流及びリアクトル両端電圧に係る計測データが格納される記憶装置と、前記記憶手段に格納された前記リアクトル電流及び前記リアクトル両端電圧のデータから所定周波電流成分と所定周波電圧成分を抽出する抽出手段と、前記リアクトル電流によるリアクトルにおける磁界の強さと前記所定周波電流成分による該リアクトルにおける磁界の強さとを演算し、前記リアクトル両端電圧による該リアクトルにおける磁束密度と前記所定周波電圧成分による該リアクトルにおける磁束密度を演算する演算手段と、前記リアクトル電流と前記所定周波電流成分とが交叉する時点を求め、求められた隣り合う奇数番目又は偶数番目の前記交叉時点の間隔を損失算定期間とし、前記PWMスイッチングに係る出力周期に渡って該損失算定期間を求める期間算定手段と、求められた前記損失算定期間毎に、当該期間に係る演算された前記リアクトル電流及び前記所定周波電流成分による前記磁界の強さと、前記リアクトル両端電圧及び前記所定周波電圧成分による前記磁束密度に基づいて、前記リアクトルの損失を算出する損失算定手段と、を備えた。   In order to solve the above-described problems, in the reactor loss measuring apparatus according to the present invention, a storage device that stores measurement data related to a reactor current that changes due to PWM switching and a voltage across the reactor, and the reactor current that is stored in the storage means And extracting means for extracting a predetermined frequency current component and a predetermined frequency voltage component from the data of the voltage across the reactor, and calculating a magnetic field strength in the reactor by the reactor current and a magnetic field strength in the reactor by the predetermined frequency current component. , Calculating means for calculating the magnetic flux density in the reactor due to the voltage across the reactor and the magnetic flux density in the reactor due to the predetermined frequency voltage component, and the time point when the reactor current and the predetermined frequency current component intersect Adjacent odd or even number The interval between the crossover times is a loss calculation period, period calculation means for determining the loss calculation period over the output period related to the PWM switching, and for each of the calculated loss calculation periods, the calculation for the period is performed. Loss calculating means for calculating a loss of the reactor based on the strength of the magnetic field due to the reactor current and the predetermined frequency current component, and the magnetic flux density due to the voltage across the reactor and the predetermined frequency voltage component.

また、リアクトルの鉄損の算定においては、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する算定期間について、リアクトルに流れるリアクトル電流とその所定周波電流成分との交点を求め、そのうちのリプル周期を満足する、隣り合う奇数番目、或いは、偶数番目の交叉時点の間隔を損失算定期間とし、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損の算出は、対応する前記損失算定期間の動的マイナーループの面積から、所定周波成分によるメジャーループの面積を差し引く、或いは、対応する前記損失算定期間の前記リアクトル電流と前記リアクトルの両端の電圧とから算出した電力量から、前記リアクトル電流に係る所定周波電流成分と、前記リアクトル両端電圧の所定周波電圧成分から算出した電力量を差し引いて、前記鉄損を算出するようにした。   In calculating the iron loss of the reactor, the intersection of the reactor current flowing through the reactor and the predetermined frequency current component is obtained for the calculation period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple cycle, and the ripple cycle is satisfied. The interval between adjacent odd-numbered or even-numbered crossing points is set as the loss calculation period, and the calculation of the iron loss by switching ripple of one ripple period is based on the area of the dynamic minor loop in the corresponding loss calculation period. Subtract the area of the major loop due to the frequency component, or from the power amount calculated from the reactor current and the voltage at both ends of the reactor in the corresponding loss calculation period, the predetermined frequency current component related to the reactor current, and the reactor The iron loss is calculated by subtracting the amount of power calculated from the predetermined frequency voltage component of the voltage at both ends. It was so.

以上のように、本発明によれば、PWMインバータにおける出力周期Tすべてに渡って、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する場合、時間T/2を境界として、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する期間を変更しなくとも、簡便に、時間T/2を中心に対称性のある1リプル周期の鉄損を算定することができ、また、スイッチングリプルによる鉄損のみを正確に算定することができる。   As described above, according to the present invention, when calculating the iron loss of a reactor having one ripple period over the entire output period T in the PWM inverter, the iron of the reactor having one ripple period is defined with the time T / 2 as a boundary. Even without changing the period for calculating the loss, it is possible to easily calculate the iron loss of one ripple period with symmetry around the time T / 2, and accurately calculate only the iron loss due to switching ripple. can do.

次に、本発明によるリアクトル損失測定装置及びその測定方法の実施形態について、図1乃至図11を参照しながら説明する。先ず、本実施形態におけるリアクトルの鉄損に係る算出の仕方について説明する。ここでは、PWMスイッチングにより電力変換する代表例として、図1に示されたユニポーラモード・サブハーモニック変調の単相インバータの場合で説明する。   Next, an embodiment of a reactor loss measuring apparatus and measuring method according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the calculation method related to the iron loss of the reactor in the present embodiment will be described. Here, as a typical example of power conversion by PWM switching, the case of the single-phase inverter of unipolar mode subharmonic modulation shown in FIG. 1 will be described.

本実施形態では、リアクトルLに流れる電流iとその所定周波電流成分iLbとが交叉する時点を求め、そのうちリプル周期を満足する、隣り合う奇数番目、或いは、偶数番目に交叉する時点間の時間から、1リプル周期のリアクトルLの鉄損を算定する損失算定期間を求めることを特徴とし、出力周期に渡って求められた各損失算定期間に基づいて、スイッチングリプルによる損失のみを算定している。 In the present embodiment, a time point at which the current i L flowing through the reactor L and the predetermined frequency current component i Lb cross each other is obtained, and between the time points at which adjacent odd-numbered or even-numbered times satisfy the ripple cycle. It is characterized by calculating the loss calculation period for calculating the iron loss of the reactor L of one ripple period from the time, and calculating only the loss due to switching ripple based on each loss calculation period obtained over the output period. Yes.

ここでは、前記交叉時点は既に求められており、前記隣り合う奇数番目、或いは、偶数番目に交叉する時点間の時間のうち、偶数番目の交叉時点間隔の時間がリプル周期を満足しているものとして、本実施形態による損失の測定について説明する。   Here, the crossing time point has already been obtained, and among the time points between the adjacent odd-numbered or even-numbered time points, the time of the even-numbered crossing time interval satisfies the ripple cycle. The measurement of loss according to the present embodiment will be described.

図1は、図12と同様に、図11に示された単相インバータをユニポーラモード・サブハーモニック変調で動作させた時の、各部における出力周期Tの動作波形を示している。図1(a)は、スイッチ素子Q1とQ3の接続点とスイッチ素子Q2とQ4の接続点との間の電圧VPWMの波形を、同(b)は、負荷抵抗Rを流れる電流iの波形を、同(c)は、リアクトルLの両端の電圧Vの波形を、そして、同(d)は、リアクトルLに流れる電流iを、出力周期Tについてそれぞれ示している。 FIG. 1 shows operating waveforms of the output period T in each part when the single-phase inverter shown in FIG. 11 is operated by unipolar mode subharmonic modulation, as in FIG. 1A shows a waveform of the voltage V PWM between the connection point of the switch elements Q1 and Q3 and the connection point of the switch elements Q2 and Q4, and FIG. 1B shows the current i R flowing through the load resistor R. The waveform (c) shows the waveform of the voltage V L across the reactor L, and (d) shows the current i L flowing through the reactor L with respect to the output period T.

図1(d)に示された波形には、リアクトルLを流れる電流iとその基本周波電流成分iLbとが交叉する時点について、便宜的に、出力周期Tすべてに渡って順に番号1〜37が付されている。この波形例においては、出力周期Tすべてに渡って求めた奇数番目の交叉時点との間の時間と、偶数番目の交叉時点との間の時間と比較して、偶数番目の交叉時点との間の時間が、リプル周期を満たしているとして選択されている。図中では、算定期間Δtが、代表的に、偶数番目の交叉時点6、8との間の間隔として示されている。 The waveform shown in FIG. 1 (d) includes numbers 1 to 1 in order over the entire output period T for convenience when the current i L flowing through the reactor L intersects with the fundamental frequency current component i Lb. 37 is attached. In this waveform example, the time between the odd-numbered crossover time obtained over the entire output cycle T is compared with the time between the even-numbered crossover time and the even-numbered crossover time. Is selected as satisfying the ripple period. In the figure, the calculation period Δt is typically shown as an interval between the even-numbered crossing points 6 and 8.

図2(e)には、図1(d)の電流iに基づいて算出された磁界の強さHの変化が、そして、図2(f)には、図1(c)の電圧Vに基づいて算出された磁束密度Bの変化が、出力周期Tについてそれぞれ示されている。ここで、図1及び図2に示した本実施形態による波形図が図12及び図13の場合と異なる点は、図12及び図13の場合では、縦の破線が、インバータのスイッチ素子のリプル周期に一致しているのに対して、本実施形態の場合には、縦の破線で示されている1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する算定期間を偶数番目の交叉時点間の算定期間が、図示のようなΔtとされている点である。 The FIG. 2 (e), the change in the intensity H of the calculated magnetic field based on the current i L shown in FIG. 1 (d) is, and, in FIG. 2 (f), the voltage V of FIG. 1 (c) The change in the magnetic flux density B calculated based on L is shown for the output period T, respectively. Here, the waveform diagrams according to the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are different from those in FIGS. 12 and 13 in that, in FIGS. 12 and 13, the vertical broken line indicates the ripple of the switching element of the inverter. In the case of the present embodiment, in contrast to the period, the calculation period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple period indicated by the vertical broken line is the calculation period between the even-numbered crossover points. Is Δt as shown in the figure.

この様な算定期間にすると、図1に示された波形から容易に判るように、出力周期Tのすべてに渡って、1リプル周期、即ち、各算定期間のリアクトルの鉄損を算定する場合、従来の場合のように、時間T/2を境界として、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する期間を変更しなくとも、時間T/2を中心に対称性のある1リプル周期の鉄損を算定することができる。   In such a calculation period, as easily understood from the waveform shown in FIG. 1, when calculating the ripple loss of one ripple period, that is, the reactor in each calculation period, over the entire output period T, As in the conventional case, without changing the period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple period with the time T / 2 as a boundary, the iron loss of one ripple period that is symmetrical around the time T / 2 Can be calculated.

また、本実施形態では、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損の算出は、対応する前記算定期間の動的マイナーループの面積から、メジャーループの面積を差し引くか、或いは、対応する前記算定期間のリアクトルLに流れるリアクトル電流iとリアクトルLの両端のリアクトル電圧Vとから算出した電力量から、リアクトル電流iの基本周波電流成分iLbと、リアクトル電圧Vの基本周波電圧成分VLbから算出した電力量を差し引く算出方法としている。 Further, in the present embodiment, the calculation of the iron loss by the switching ripple of one ripple period is performed by subtracting the area of the major loop from the area of the dynamic minor loop of the corresponding calculation period or the corresponding calculation period. From the amount of electric power calculated from the reactor current i L flowing through the reactor L and the reactor voltage V L at both ends of the reactor L , the fundamental frequency current component i Lb of the reactor current i L and the fundamental frequency voltage component V Lb of the reactor voltage V L. The calculation method is to subtract the amount of power calculated from.

図5は、図1及び図2に示された算定期間Δtに対応したリプル周期の、即ち、1算定期間t〜tにおける、リアクトルLに流れる電流i、リアクトルLの両端の電圧V、リアクトルLに印加されるバイアス磁界H、リアクトルLに生じる磁束密度Bに係る波形を抜き出したものである。図15(a)は、図1(c)に、同(b)は、図1(d)に、同(c)は、図2(e)に、同(d)は、図2(f)にそれぞれ対応している。上記の期間t〜tは、上述の算定期間Δtに対応している。 5, the ripple period corresponding to the calculation period Δt shown in FIGS. 1 and 2, i.e., 1 Calculation Period t d in ~t e, current flows through the reactor L i L, the voltage across the reactor L V L , a bias magnetic field H applied to the reactor L, and a waveform relating to a magnetic flux density B generated in the reactor L are extracted. 15 (a) is the same as FIG. 1 (c), FIG. 15 (b) is the same as FIG. 1 (d), FIG. 15 (c) is the same as FIG. 2 (e), and FIG. ) Respectively. The above-described periods t d to t e correspond to the above-described calculation period Δt.

また、図3及び図4は、図5に対応した磁界Hと磁束密度BをB−H平面上に描いたもので、1リプル周期の動的マイナーループDQREとメジャーループD’E’を示している。図3及び図4に示された動的マイナーループとメジャーループが、図19及び図20に示された従来の場合における動的マイナーループとメジャーループの形状と異なるのは、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する算定期間の求め方が従来と異なるためである。   3 and 4 depict a magnetic field H and a magnetic flux density B corresponding to FIG. 5 on the BH plane, showing a dynamic minor loop DQRE and a major loop D′ E ′ having one ripple period. ing. The dynamic minor loop and the major loop shown in FIGS. 3 and 4 are different from the shapes of the dynamic minor loop and the major loop in the conventional case shown in FIGS. 19 and 20 in that the reactor has one ripple period. This is because the method for determining the calculation period for calculating the iron loss is different from the conventional method.

この様に、算定期間の求め方が異なっていても、上述したのと同様の損失算定手法を採用することができ、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損αは、図4において示されるように、閉曲線JDQREKJ(以下、閉曲線Γと称す)に囲まれた面積αから、基本周波成分に対応する閉曲線J’D’E’K’J’(以下、閉曲線Γと称す)に囲まれた面積αを減ずることにより、鉄損αを正確に求めることができる。 In this way, even if the calculation period is determined differently, the same loss calculation method as described above can be adopted, and the iron loss α r due to the switching ripple of one ripple period is as shown in FIG. The area α surrounded by the closed curve JDQREKJ (hereinafter referred to as the closed curve Γ) is surrounded by the closed curve J′D′E′K′J ′ (hereinafter referred to as the closed curve Γ b ) corresponding to the fundamental frequency component. By reducing the area α b , the iron loss α r can be accurately obtained.

或いは、図5に示されるように、1リプル周期のリアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、リアクトル電流iの基本周波電流成分iLbと、リアクトル両端電圧Vの基本周波電圧成分VLbとの積の積分から求めた電力量を減ずれば、同様に、1リプル周期のリアクトルに係る鉄損αを正確に求めることができる。図4において、各点の近傍に示された括弧内の記号は、各点のH成分及びB成分を表している。図5(c)及び(d)に示された波形図においても、図4の図示と同様に、H成分及びB成分の記号を付してある。 Alternatively, as shown in FIG. 5, the fundamental frequency current component i of the reactor current i L is obtained from the amount of power obtained by integrating the product of the current i L flowing through the reactor having one ripple period and the voltage V L at both ends of the reactor. and Lb, if Genzure the amount of power obtained from the integral of the product of the fundamental frequency voltage component V Lb of the reactor voltage across V L, likewise, be obtained iron loss alpha r according to reactor 1 ripple cycle accurately it can. In FIG. 4, symbols in parentheses shown in the vicinity of each point represent the H component and B component of each point. Also in the waveform diagrams shown in FIGS. 5C and 5D, the symbols of the H component and the B component are added as in the illustration of FIG.

ここで、図4に示された閉曲線Γの面積αは、磁界H及び磁束密度Bを用いて、上記の(1)式と同様に、(4)式で表すことができる。   Here, the area α of the closed curve Γ shown in FIG. 4 can be expressed by the equation (4), similarly to the above equation (1), using the magnetic field H and the magnetic flux density B.

また、上記の(2)式と同様に、リアクトルに流れる電流iは、磁界Hに比例し、リアクトルの両端の電圧Vは、磁束密度Bの時間微分に比例することから、上記の(4)式は、次の(5)式に書き改めることができる。 Similarly to the above equation (2), the current i L flowing through the reactor is proportional to the magnetic field H, and the voltage V L across the reactor is proportional to the time derivative of the magnetic flux density B. Equation (4) can be rewritten as the following equation (5).

上記の(4)式及び(5)式により、図4に示された閉曲線Γの面積αは、1リプル周期のリアクトルに生じる電力量、即ち、全鉄損に比例していることを示している。同様に、基本周波成分に対応する閉曲線Γについても、このことが成り立つ。図4に示された閉曲線Γの面積αは、リアクトルに流れる電流iの基本周波電流成分をiLb、リアクトル両端の電圧Vの基本周波電圧成分をVLbとすると、上記の(3)式と同様に、次の(6)式が成り立つ。 From the above equations (4) and (5), it is shown that the area α of the closed curve Γ shown in FIG. 4 is proportional to the amount of power generated in the reactor of one ripple period, that is, the total iron loss. Yes. Similarly, this is also true for the closed curve Γ b corresponding to the fundamental frequency component. The area α b of the closed curve Γ b shown in FIG. 4 is expressed as follows, assuming that the fundamental frequency current component of the current i L flowing through the reactor is i Lb and the fundamental frequency voltage component of the voltage V L across the reactor is V Lb. Similar to equation (3), the following equation (6) holds.

上記の(6)式により、基本周波成分に対応する図4に示された閉曲線Γの面積αが、1リプル周期のリアクトルに生じる基本周波成分の電力量、即ち、基本周波成分に係る鉄損に比例していることを示している。 According to the above equation (6), the area α b of the closed curve Γ b shown in FIG. 4 corresponding to the fundamental frequency component is related to the electric energy of the fundamental frequency component generated in the reactor of one ripple period, that is, the fundamental frequency component. This shows that it is proportional to iron loss.

従って、本実施形態によるリアクトル損失算定の手法によっても、1リプル周期のスイッチングリプルによる鉄損αは、図4に示された閉曲線Γに囲まれた面積αから、基本周波成分に対応する閉曲線Γに囲まれた面積αを減ずるという算定方法で正確に求めることができる。 Therefore, even by the reactor loss calculation method according to the present embodiment, the iron loss α r due to the switching ripple of one ripple period is the closed curve corresponding to the fundamental frequency component from the area α surrounded by the closed curve Γ shown in FIG. It can be accurately obtained by a calculation method of reducing the area α b surrounded by Γ b .

或いは、上記の(5)式及び(6)式から明らかなように、前記面積の減算からのみではなく、1リプル周期のリアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、iの低周波成分iLbとVの低周波成分VLbとの積の積分から求めた電力量を減ずる方法でも、同様に、鉄損αを正確に求めることができることを示している。 Or, as apparent from the above formulas (5) and (6), not only from the subtraction of the area, but the product of the current i L flowing through the reactor of one ripple period and the voltage VL at both ends of the reactor. from the power amount obtained from integration, it is a method of reducing the amount of power obtained from the integral of the product of the low frequency component V Lb of the low-frequency component i Lb and V L of the i L, similarly, accurately iron loss alpha r It shows that it can be obtained.

よって、本実施形態によれば、出力周期Tすべてに渡って、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する場合、従来のように時間T/2を境界として、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する期間を変更しなくとも、簡便に時間T/2を中心に対称性のある1リプル周期の鉄損を算定することができ、また、スイッチングリプルによる鉄損のみを正確に算定することができる。   Therefore, according to the present embodiment, when calculating the iron loss of the reactor of one ripple cycle over the entire output cycle T, the iron loss of the reactor of one ripple cycle with the time T / 2 as a boundary as in the conventional case. Even without changing the period for calculating the time, it is possible to easily calculate the iron loss of one ripple period with symmetry around the time T / 2, and to accurately calculate only the iron loss due to switching ripple Can do.

以上では、本実施形態によるリアクトル損失の算定方法について説明されたが、次に、本実施形態のリアクトル損失の算定方法を用いたリアクトル損失測定装置について説明する。そのリアクトル損失測定装置のシステム構成の概要を図6に示した。   The reactor loss calculation method according to this embodiment has been described above. Next, a reactor loss measurement apparatus using the reactor loss calculation method according to this embodiment will be described. An outline of the system configuration of the reactor loss measuring apparatus is shown in FIG.

本実施形態のリアクトル損失測定装置は、制御装置1、入力装置2、表示装置3、記憶装置4、そして計測装置5を備えている。制御装置1は、中央処理ユニットCPUを有しており、入力装置2からのオペレータによる入力操作で、格納されたプログラムに従って種々の演算処理を実行する。表示装置3は、制御装置1による演算処理の結果、動作波形などを表示する。制御装置1には、計測装置5で計測された情報が入力され、記憶装置4に格納される。計測装置5には、図11に示されるように、リアクトルLを流れる電流iを検出するリアクトル電流検出手段51と、リアクトルLの両端の電圧Vを検出するリアクトル電圧検出手段52とが備えられる。 The reactor loss measuring device of this embodiment includes a control device 1, an input device 2, a display device 3, a storage device 4, and a measuring device 5. The control device 1 has a central processing unit CPU, and executes various arithmetic processes according to a stored program by an input operation by an operator from the input device 2. The display device 3 displays an operation waveform and the like as a result of arithmetic processing by the control device 1. Information measured by the measuring device 5 is input to the control device 1 and stored in the storage device 4. As shown in FIG. 11, the measuring device 5 includes a reactor current detection unit 51 that detects a current i L flowing through the reactor L, and a reactor voltage detection unit 52 that detects a voltage V L at both ends of the reactor L. It is done.

制御装置1は、基本周波成分抽出手段11、磁束密度演算手段12、バイアス磁界演算手段13、期間算定手段14、損失算定手段15、そして、ループ面積軌跡描画手段16を有している。これらの各手段は、本実施形態のリアクトル損失の算定方法を実現するためのものであり、プログラムに従って処理が実行される。   The control device 1 includes a fundamental frequency component extraction unit 11, a magnetic flux density calculation unit 12, a bias magnetic field calculation unit 13, a period calculation unit 14, a loss calculation unit 15, and a loop area locus drawing unit 16. Each of these means is for realizing the reactor loss calculation method of the present embodiment, and processing is executed according to a program.

図7には、図11に示した単相インバータ回路における各部の具体的な動作波形が示されている。この単相インバータ回路に接続されたフィルタ回路において、リアクトルLとして、フェライト・コアを有し、インダクタンスL=1[mH]のものを用いた。他の回路定数としては、負荷抵抗R=100[Ω]、コンデンサC=10[μF]、電源電圧E=50[V]とした。そして、出力周波数50[Hz]、スイッチング周波数20[kHz]、変調度70[%]のユニポーラモード・サブハーモニック変調で単相インバータを動作させた時の、各部の出力周期T=20[msec]の動作波形を示している。   FIG. 7 shows specific operation waveforms of each part in the single-phase inverter circuit shown in FIG. In the filter circuit connected to this single-phase inverter circuit, the reactor L having a ferrite core and an inductance L = 1 [mH] was used. Other circuit constants were a load resistance R = 100 [Ω], a capacitor C = 10 [μF], and a power supply voltage E = 50 [V]. Then, when the single-phase inverter is operated by unipolar mode subharmonic modulation with an output frequency of 50 [Hz], a switching frequency of 20 [kHz], and a modulation degree of 70 [%], the output cycle of each part T = 20 [msec] The operation waveform is shown.

リアクトルLに流れる電流Iは、リアクトル電流検出手段51である電流プロ−ブ(図示せず)で計測され、リアクトルの両端電圧Vは、リアクトル電圧検出手段52となるリアクトルLのフェライト・コアに巻いた2次巻線に誘起された電圧が計測されたものである。なお、例えば、差動プローブ等で、リアクトル両端の電圧を直接計測した場合、その計測結果を使用して損失計算を行なうと、リアクトルの鉄損だけでなく、銅損をも含んだ損失を測定することになる。そのため、本実施形態では、リアクトル両端電圧は、リアクトルLのフェライト・コアに巻いた2次巻線に誘起された電圧Vを指している。 A current IL flowing through the reactor L is measured by a current probe (not shown) which is a reactor current detection means 51, and a voltage V L across the reactor is a ferrite core of the reactor L which is a reactor voltage detection means 52. The voltage induced in the secondary winding wound around is measured. For example, when the voltage across the reactor is directly measured with a differential probe, etc., if the loss calculation is performed using the measurement result, not only the reactor iron loss but also the loss including the copper loss is measured. Will do. Therefore, in the present embodiment, the voltage across the reactor indicates the voltage V L induced in the secondary winding wound around the ferrite core of the reactor L.

基本周波成分抽出手段11において、入力され記憶装置4に格納されたリアクトル電流i及びリアクトル電圧Vから、それぞれの基本周波電流成分iLb及び基本周波電圧成分VLbが、電流i及び電圧Vに対してそれぞれ一般に良く知られているフーリエ変換を施して抽出される。その時抽出に用いた基本周波成分のしきい値周波数は、出力電流iの基本周波数の50[Hz]とした。また、電流iと電圧Vの測定系に起因する測定位相誤差は、測定前にキャンセルされているものとする。 In the basic-frequency component extraction unit 11, from the input storage device stored in the 4 reactor current i L and reactor voltage V L, the respective fundamental frequency current components i Lb and fundamental frequency voltage components V Lb, the current i L and the voltage Each V L is extracted by applying a generally well-known Fourier transform. Threshold frequency of the fundamental frequency component used for extraction at that time, was 50 [Hz] of the fundamental frequency of the output current i R. In addition, it is assumed that the measurement phase error caused by the measurement system of the current i L and the voltage V L is canceled before the measurement.

次いで、バイアス磁界演算手段13において、リアクトルLに印加されるバイアス磁界H及びその基本周波磁界成分Hが、一般に良く知られている次の(7)式で演算され、また、磁束密度演算手段12において、リアクトルLに生じる磁束密度B及びその基本周波密度成分Bが、同様に一般に良く知られている次の(8)式より求められる。 Next, the bias magnetic field calculation means 13 calculates the bias magnetic field H applied to the reactor L and the fundamental frequency magnetic field component Hb by the following well-known formula (7), and the magnetic flux density calculation means: 12, the magnetic flux density B generated in the reactor L and its fundamental frequency density component B b are obtained from the following equation (8) that is generally well known.

図8は、図7のリアクトル電流iの一部を抜粋し拡大した波形を示している。図8において、丸印で表されている点のうち、その丸印の2点間が本実施形態の1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する算定期間を示しおり、リプル周期を満足する隣り合う奇数番目の電流iと基本周波電流成分iLbとの交点を示している。 Figure 8 shows an enlarged waveform excerpted part of the reactor current i L in FIG. In FIG. 8, among the points indicated by circles, the point between the two circles indicates a calculation period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple period according to the present embodiment, and is adjacent to the ripple period. It shows an intersection between the odd-numbered current i L and the basic frequency current component i Lb fit.

この丸印の交叉時点は、期間算定手段14において求められるものであり、出力周期T=20[msec]すべてに渡って、電流iと基本周波電流成分iLbと差の絶対値が最小になる交叉時点を半リプル周期ごとに求めている。この求められた隣り合う奇数番目、或いは、偶数番目の交叉時点間隔の時間うち、リプル周期を満足する方を選択したものが算定期間とされる。 The crossing point of this circle is obtained by the period calculation means 14, and the absolute value of the difference between the current i L and the fundamental frequency current component i Lb is minimized over the entire output period T = 20 [msec]. Is obtained every half ripple period. Of the obtained odd-numbered or even-numbered crossing time intervals adjacent to each other, the one that satisfies the ripple cycle is selected as the calculation period.

この様に求められたリプル周期を満足する隣り合う奇数番目の交叉時点間隔、即ち、本実施形態における算定期間を用いて、損失算定手段15で算定したスイッチングリプルの鉄損に基づいて、ループ面積描画手段16によって、ループ面積軌跡データが作成され、作成されたループ面積軌跡データが表示装置3の画面に描画される。その描画されたループ面積軌跡の例が図9及び図10に示されている。   Based on the iron loss of the switching ripple calculated by the loss calculating means 15 using the odd-numbered adjacent crossing time intervals satisfying the ripple period thus determined, that is, the calculation period in the present embodiment, the loop area is determined. The drawing means 16 creates loop area trajectory data, and the created loop area trajectory data is drawn on the screen of the display device 3. Examples of the drawn loop area trajectory are shown in FIGS.

図10に示されたループ面積軌跡のスイッチングリプルの鉄損は、本実施形態の各算定期間の動的マイナーループの面積から、メジャーループの面積を差し引く方法で求めたものであり、図9のループ面積軌跡のスイッチングリプルによる鉄損は、同様に、本実施形態の各算定期間のリアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、電流iの基本周波電流成分iLbと、電圧Vの基本周波電圧成分VLbとの積の積分から求めた電力量を減ずる方法で求めたものである。 The iron loss of the switching ripple of the loop area locus shown in FIG. 10 is obtained by a method of subtracting the area of the major loop from the area of the dynamic minor loop in each calculation period of the present embodiment. Similarly, the iron loss due to the switching ripple of the loop area trajectory is determined based on the electric energy obtained from the integration of the product of the current i L flowing through the reactor and the voltage V L at both ends of the reactor in each calculation period of the present embodiment. L and fundamental frequency current component i Lb of, those obtained by the method of reducing the amount of power obtained from the integral of the product of the fundamental frequency voltage component V Lb of the voltage V L.

図8及び図9に示されているバイアス磁界Hは、各算定期間での磁界Hの時間平均であることから、バイアス磁界演算手段13において、次の(9)式で求められた。 The bias magnetic field H 0 shown in FIG. 8 and FIG. 9 is a time average of the magnetic field H in each calculation period, and thus was obtained by the bias magnetic field calculation means 13 by the following equation (9).

図10における単位体積当たりのスイッチングリプルによる鉄損Praは、各算定期間における動的マイナーループの面積から、メジャーループの面積を引いて算出した損失αを用いて、損失算定手段15において、次の(10)式で求められた。 Iron loss P ra by switching ripple per unit volume in Figure 10, from the area of the dynamic minor loops at each calculation period, with losses alpha r calculated by subtracting the area of the major loop, the loss calculation unit 15, It calculated | required by following (10) Formula.

また、図9における単位体積当たりのスイッチングリプルによる鉄損Prpは、各算定期間のリアクトルに流れる電流iとリアクトルの両端の電圧Vとの積の積分から求めた電力量から、電流iの基本周波電流成分iLbと、電圧Vの基本周波電圧成分VLbとの積の積分から求めた電力量を引いて算出したWを用いて、損失算定手段15において、次の(11)式で求められた。 Further, the iron loss P rp due to the switching ripple per unit volume in FIG. 9 is obtained from the electric energy obtained by integrating the product of the current i L flowing through the reactor and the voltage V L at both ends of the reactor in each calculation period. In the loss calculation means 15, the following is calculated using the W r calculated by subtracting the electric energy obtained from the integration of the product of the fundamental frequency current component i Lb of L and the fundamental frequency voltage component V Lb of the voltage VL : It was calculated by equation (11).

図9及び図10のループ面積軌跡を見比べれば明らかなように、同じバイアス磁界Hに対する単位体積当たりのスイッチングリプルによる鉄損Pra、Prpは、同じ値が得られている。 As is clear from a comparison of the loop area trajectories in FIGS. 9 and 10, the same values are obtained for the iron losses P ra and P rp due to the switching ripple per unit volume for the same bias magnetic field H 0 .

よって、本実施形態によれば、出力周期T=20[msec]すべてに渡って、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定し、ループ面積軌跡を描く場合、従来のように時間T/2を境界として、1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する期間を変更しなくとも、簡便に、時間T/2を中心に対称性のある1リプル周期の鉄損を算定することができ、また、スイッチングリプルによる鉄損のみについて正確に算定することができる。   Therefore, according to the present embodiment, when calculating the iron loss of the reactor of one ripple period over the entire output period T = 20 [msec] and drawing the loop area trajectory, the time T / 2 is conventionally used. Without changing the period for calculating the iron loss of a reactor with one ripple cycle as a boundary, it is possible to easily calculate the iron loss of one ripple cycle with symmetry around time T / 2, Only iron loss due to switching ripple can be accurately calculated.

これまでの説明では、PWMインバータの動作、制御方式として、説明を簡単にするため、単相インバータを用いたユニポーラモード・サブハ−モニック変調で動作させた時の状態で説明が行なわれたが、本発明は、この動作、制御方式に限定されるものでなく、また、他のPWM制御による電力変換器の場合にも適用される。   In the description so far, the operation and control method of the PWM inverter has been described in a state where the PWM inverter is operated in unipolar mode / subharmonic modulation using a single-phase inverter in order to simplify the description. The present invention is not limited to this operation and control method, and is also applied to the case of a power converter based on other PWM control.

以上の説明で容易に判るように、本発明の1リプル周期のリアクトルの鉄損を算定する算定期間である、リアクトルに流れる電流iとその基本周波電流成分iLbとの交点のうち、リプル周期を満足する隣り合う奇数番目の交叉時点間隔、或いは、隣り合う偶数番目の交点間隔の時間は、リプル周期が予め判明していて、経時変動がない動作、制御方式であれば算出することできる。 As can be easily understood from the above description, of the intersection of the current i L flowing through the reactor and its fundamental frequency current component i Lb , which is a calculation period for calculating the iron loss of the reactor of one ripple period according to the present invention, the ripple The time of the adjacent odd-numbered crossing time intervals or the adjacent even-numbered crossing time intervals satisfying the cycle can be calculated if the ripple cycle is known in advance and there is no change with time. .

従って、リプル周期が予め判明していて経時変動しない、例えば、一般に良く知られている単相バイポーラモード・サブハーモニック変調や3相PWM変調の動作、制御方式においても本発明を適用することができる。   Therefore, the present invention can also be applied to the operation and control method of the well-known single-phase bipolar mode subharmonic modulation or three-phase PWM modulation, for example, in which the ripple period is known in advance and does not change with time. .

また、以上に説明した本実施形態の例では、所定周波成分のしきい値周波数を、出力電流iにおける基本周波数である50[Hz]としたが、必ずしも出力電流iは、基本周波数の単一周波数成分のみで構成されているわけではなく、ひずみ波となる場合も多いので、リアクトルLに流れる電流iにフーリエ変換を施した結果を見て判断することができ、出力電流iの基本周波数近傍までを低周波成分のしきい値周波数としても良い。 In the example of this embodiment described above, the threshold frequency of the predetermined frequency component, has been that the fundamental frequency 50 [Hz] in the output current i R, i R is always output current, the fundamental frequency Since it is not composed of only a single frequency component and often becomes a distorted wave, it can be judged by looking at the result of applying Fourier transform to the current i L flowing through the reactor L, and the output current i R The vicinity of the fundamental frequency may be used as the threshold frequency of the low frequency component.

さらに、任意の周波数以上のリアクトルの鉄損、及び任意の周波数以下の鉄損を求めたいのであれば、リアクトルLに流れる電流i及びリアクトル両端電圧Vにフーリエ変換を施した結果を見て、本発明の所定周波成分のしきい値周波数に、その任意の周波数を設定すれば、以上に説明した本発明のスイッチングリプルによる鉄損を求めるのと同様にして求めることができる。 Furthermore, if you want to find the iron loss of the reactor above the arbitrary frequency and the iron loss below the arbitrary frequency, look at the result of Fourier transform of the current i L flowing through the reactor L and the voltage across the reactor V L If the arbitrary frequency is set as the threshold frequency of the predetermined frequency component of the present invention, it can be obtained in the same manner as the iron loss due to the switching ripple of the present invention described above.

本発明の算定期間を説明するインバータ各部の動作波形である。It is an operation | movement waveform of each part of an inverter explaining the calculation period of this invention. 図1の動作波形に関連した磁界と磁束密度の変化を示した波形である。It is a waveform which showed the change of the magnetic field and magnetic flux density relevant to the operation | movement waveform of FIG. 本発明の面積からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する1リプル周期のB−H曲線である。It is a BH curve of one ripple period explaining iron loss calculation by switching ripple from the area of the present invention. 本発明の面積からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する1リプル周期のB−H曲線である。It is a BH curve of one ripple period explaining iron loss calculation by switching ripple from the area of the present invention. 本発明の電力量からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する1リプル周期のインバータ各部の動作波形である。It is an operation waveform of each part of an inverter of 1 ripple period explaining iron loss calculation by switching ripple from the amount of electric power of the present invention. 本発明のリアクトル損失測定装置に係るシステム構成図である。It is a system configuration figure concerning the reactor loss measuring device of the present invention. 本発明の実施例を説明するインバータ各部の動作波形である。It is an operation | movement waveform of each part of an inverter explaining the Example of this invention. 本発明の算定期間を説明するリアクトル電流波形の拡大図である。It is an enlarged view of the reactor current waveform explaining the calculation period of the present invention. 本発明の電力量からスイッチングリプルによる鉄損を算定したループ面積軌跡である。It is the loop area locus which calculated the iron loss by switching ripple from the electric energy of this invention. 本発明の面積からスイッチングリプルによる鉄損を算定したループ面積軌跡である。It is a loop area locus which calculated the iron loss by switching ripple from the area of the present invention. 単相インバータの回路図である。It is a circuit diagram of a single phase inverter. 従来の算定期間を説明するインバータ各部の動作波形である。It is an operation | movement waveform of each part of an inverter explaining the conventional calculation period. 図10の動作波形に関連した磁界と磁束密度の変化を示した波形である。It is a waveform which showed the change of the magnetic field and magnetic flux density relevant to the operation | movement waveform of FIG. 出力1周期分の実際のB−H動作軌跡の模擬図である。It is a simulation diagram of an actual BH operation locus for one output cycle. 従来の面積からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する2リプル周期のB−H曲線である。It is a BH curve of the 2 ripple period explaining the iron loss calculation by the switching ripple from the conventional area. 従来の面積からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する1リプル周期のB−H曲線である。It is a BH curve of 1 ripple period explaining the iron loss calculation by the switching ripple from the conventional area. 従来の面積からスイッチングリプルによる鉄損を算定したループ面積軌跡である。It is the loop area locus which calculated the iron loss by switching ripple from the conventional area. 従来算定期間での1リプル周期のインバータ各部の動作波形である。It is an operation waveform of each part of an inverter of one ripple period in the conventional calculation period. 従来算定期間で本発明の面積からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する1リプル周期のB−H曲線である。It is a BH curve of one ripple period explaining iron loss calculation by switching ripple from the area of the present invention in the conventional calculation period. 従来算定期間で本発明の面積からのスイッチングリプルによる鉄損算出を説明する1リプル周期のB−H曲線である。It is a BH curve of one ripple period explaining iron loss calculation by switching ripple from the area of the present invention in the conventional calculation period.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御装置
11 基本周波成分抽出手段
12 磁束密度演算手段
13 バイアス磁界演算手段
14 期間算定手段
15 損失算定手段
16 ループ面積軌跡描画手段
2 入力装置
3 表示装置
4 記憶装置
5 計測装置
51 リアクトル電流検出手段
52 リアクトル電圧検出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 11 Fundamental frequency component extraction means 12 Magnetic flux density calculation means 13 Bias magnetic field calculation means 14 Period calculation means 15 Loss calculation means 16 Loop area locus drawing means 2 Input device 3 Display device 4 Storage device 5 Measurement device 51 Reactor current detection means 52 Reactor voltage detection means

Claims (12)

PWMスイッチングにより変化するリアクトル電流及びリアクトル両端電圧に係る計測データが格納される記憶装置と、
前記記憶手段に格納された前記リアクトル電流及び前記リアクトル両端電圧のデータから所定周波電流成分と所定周波電圧成分を抽出する抽出手段と、
前記リアクトル電流によるリアクトルにおける磁界の強さと前記所定周波電流成分による該リアクトルにおける磁界の強さとを演算し、前記リアクトル両端電圧による該リアクトルにおける磁束密度と前記所定周波電圧成分による該リアクトルにおける磁束密度を演算する演算手段と、
前記リアクトル電流と前記所定周波電流成分とが交叉する時点を求め、求められた隣り合う奇数番目又は偶数番目の前記交叉時点の間隔を損失算定期間とし、前記PWMスイッチングに係る出力周期に渡って該損失算定期間を求める期間算定手段と、
求められた前記損失算定期間毎に、当該期間に係る演算された前記リアクトル電流及び前記所定周波電流成分による前記磁界の強さと、前記リアクトル両端電圧及び前記所定周波電圧成分による前記磁束密度に基づいて、前記リアクトルの損失を算出する損失算定手段と、を備えたことを特徴とするリアクトル損失測定装置。
A storage device for storing measurement data relating to the reactor current and the voltage across the reactor, which are changed by PWM switching;
Extraction means for extracting a predetermined frequency current component and a predetermined frequency voltage component from the data of the reactor current and the voltage across the reactor stored in the storage means;
The magnetic field strength in the reactor by the reactor current and the magnetic field strength in the reactor by the predetermined frequency current component are calculated, and the magnetic flux density in the reactor by the voltage across the reactor and the magnetic flux density in the reactor by the predetermined frequency voltage component are calculated. Computing means for computing;
A time point at which the reactor current and the predetermined frequency current component cross each other is obtained, and an interval between the obtained odd-numbered and even-numbered crossing time points adjacent to each other is set as a loss calculation period. A period calculation means for determining a loss calculation period;
For each calculated loss calculation period, based on the calculated magnetic field strength due to the reactor current and the predetermined frequency current component calculated for the period, and the magnetic flux density due to the voltage across the reactor and the predetermined frequency voltage component. A reactor loss measuring device comprising: a loss calculating means for calculating the loss of the reactor.
前記抽出手段は、前記所定周波電流成分及び前記所定周波電圧成分として、前記リアクトル電流及び前記リアクトル両端電圧から得られる基本周波電流成分及び基本周波電圧成分を抽出し、或いは、該基本周波数の近傍の周波数による周波電流成分及び周波電圧成分を抽出することを特徴とする請求項1に記載のリアクトル損失測定装置。   The extraction means extracts the fundamental frequency current component and the fundamental frequency voltage component obtained from the reactor current and the voltage across the reactor as the predetermined frequency current component and the predetermined frequency voltage component, or is in the vicinity of the fundamental frequency. 2. The reactor loss measuring apparatus according to claim 1, wherein a frequency current component and a frequency voltage component according to frequency are extracted. 前記期間算定手段は、前記リアクトル電流と前記所定周波電流成分との差の絶対値が最小となる時点を前記交叉時点とし、該交叉時点に基づいて前記損失算定期間を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル損失測定装置。   The time period calculating means determines a time point at which an absolute value of a difference between the reactor current and the predetermined frequency current component is minimum as the crossing time point, and determines the loss calculation time period based on the crossing time point. Item 3. The reactor loss measuring apparatus according to Item 1 or 2. 前記損失算定手段は、前記損失算定期間に対応する前記リアクトル電流から算出された前記磁界の強さと、前記リアクトル両端電圧から算出された前記磁束密度とによる磁束密度−磁界強さ曲線の面積から、前記所定周波電流成分から算出した磁界の強さと、前記所定周波電圧成分から算出した磁束密度とで描かれた磁束密度−磁界強さ曲線の面積を差し引いて、前記損失算定期間におけるリアクトル損失を求めることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリアクトル損失測定装置。   The loss calculation means, from the area of the magnetic flux density-magnetic field strength curve by the strength of the magnetic field calculated from the reactor current corresponding to the loss calculation period and the magnetic flux density calculated from the voltage across the reactor, The reactor loss in the loss calculation period is obtained by subtracting the area of the magnetic flux density-magnetic field strength curve drawn by the magnetic field strength calculated from the predetermined frequency current component and the magnetic flux density calculated from the predetermined frequency voltage component. The reactor loss measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記損失算定手段は、前記損失算定期間に対応する前記リアクトル電流と前記リアクトル両端電圧とに基づいて算出した電力量から、前記所定周波電流成分と前記所定周波電圧成分とに基づいて算出した電力量を差し引いて、前記損失算定期間におけるリアクトル損失を求めることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリアクトル損失測定装置。   The loss calculating means calculates the amount of power calculated based on the predetermined frequency current component and the predetermined frequency voltage component from the amount of power calculated based on the reactor current corresponding to the loss calculation period and the voltage across the reactor. The reactor loss measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the reactor loss in the loss calculation period is obtained by subtracting. 前記演算手段により前記損失算定期間毎に演算された前記磁界の強さと、前記損失算定手段により前記損失算定期間毎に算出された前記損失とに基づいて、ループ面積軌跡を描く描画データを作成する描画手段を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のリアクトル損失測定装置。   Based on the strength of the magnetic field calculated for each loss calculation period by the calculation means and the loss calculated for each loss calculation period by the loss calculation means, drawing data for drawing a loop area locus is created. The reactor loss measuring apparatus according to claim 1, further comprising a drawing unit. PWMスイッチングにより変化するリアクトル電流及びリアクトル両端電圧に係る計測データを格納するステップと、
格納された前記リアクトル電流及び前記リアクトル両端電圧のデータから所定周波電流成分と所定周波電圧成分を抽出するステップと、
前記リアクトル電流によるリアクトルにおける磁界の強さと前記所定周波電流成分による該リアクトルにおける磁界の強さとを演算し、前記リアクトル両端電圧による該リアクトルにおける磁束密度と前記所定周波数電圧成分による該リアクトルにおける磁束密度を演算するステップと、
前記リアクトル電流と前記所定周波電流成分とが交叉する時点を求め、求められた隣り合う奇数番目又は偶数番目の前記交叉時点の間隔を損失算定期間とし、前記PWMスイッチングに係る出力周期に渡って該損失算定期間を求めるステップと、
求められた前記損失算定期間毎に、当該期間に係る演算された前記リアクトル電流及び前記所定周波電流成分による前記磁界の強さと、前記リアクトル両端電圧及び前記所定周波電圧成分による前記磁束密度に基づいて、前記リアクトルの損失を算出するステップと、を有することを特徴とするリアクトル損失測定方法。
Storing measurement data relating to the reactor current and the voltage across the reactor that change due to PWM switching;
Extracting a predetermined frequency current component and a predetermined frequency voltage component from the stored data of the reactor current and the voltage across the reactor; and
The magnetic field strength in the reactor by the reactor current and the magnetic field strength in the reactor by the predetermined frequency current component are calculated, and the magnetic flux density in the reactor by the voltage across the reactor and the magnetic flux density in the reactor by the predetermined frequency voltage component are calculated. A step of calculating;
A time point at which the reactor current and the predetermined frequency current component cross each other is obtained, and an interval between the obtained odd-numbered and even-numbered crossing time points adjacent to each other is set as a loss calculation period. Determining the loss calculation period;
For each calculated loss calculation period, based on the calculated magnetic field strength due to the reactor current and the predetermined frequency current component calculated for the period, and the magnetic flux density due to the voltage across the reactor and the predetermined frequency voltage component. And a step of calculating the loss of the reactor.
前記抽出ステップにおいて、前記所定周波電流成分及び前記所定周波電圧成分として、前記リアクトル電流及び前記リアクトル両端電圧から得られる基本周波電流成分及び基本周波電圧成分を抽出し、或いは、該基本周波数の近傍の周波数による周波電流成分及び周波電圧成分を抽出することを特徴とする請求項7に記載のリアクトル損失測定方法。   In the extraction step, as the predetermined frequency current component and the predetermined frequency voltage component, the fundamental frequency current component and the fundamental frequency voltage component obtained from the reactor current and the voltage across the reactor are extracted, or in the vicinity of the fundamental frequency 8. The reactor loss measuring method according to claim 7, wherein a frequency current component and a frequency voltage component according to frequency are extracted. 前記期間算定ステップにおいて、前記リアクトル電流と前記所定周波電流成分との差の絶対値が最小となる時点を前記交叉時点とし、該交叉時点に基づいて前記損失算定期間を求めることを特徴とする請求項7又は8に記載のリアクトル損失測定方法。   The time period calculating step is characterized in that a time point at which an absolute value of a difference between the reactor current and the predetermined frequency current component is minimum is set as the crossing time point, and the loss calculation period is obtained based on the crossing time point. Item 9. The reactor loss measurement method according to Item 7 or 8. 前記損失算定ステップにおいて、前記損失算定期間に対応する前記リアクトル電流から算出された前記磁界の強さと、前記リアクトル両端電圧から算出された前記磁束密度とによる磁束密度−磁界強さ曲線の面積から、前記所定周波電流成分から算出した磁界の強さと、前記所定周波電圧成分から算出した磁束密度とで描かれた磁束密度−磁界強さ曲線の面積を差し引いて、前記損失算定期間におけるリアクトル損失を求めることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載のリアクトル損失測定方法。   In the loss calculation step, from the area of the magnetic flux density-magnetic field strength curve by the magnetic field strength calculated from the reactor current corresponding to the loss calculation period and the magnetic flux density calculated from the voltage across the reactor, The reactor loss in the loss calculation period is obtained by subtracting the area of the magnetic flux density-magnetic field strength curve drawn by the magnetic field strength calculated from the predetermined frequency current component and the magnetic flux density calculated from the predetermined frequency voltage component. The reactor loss measuring method according to claim 7, wherein the reactor loss is measured. 前記損失算定ステップにおいて、前記損失算定期間に対応する前記リアクトル電流と前記リアクトル両端電圧とに基づいて算出した電力量から、前記所定周波電流成分と前記所定周波電圧成分とに基づいて算出した電力量を差し引いて、前記損失算定期間におけるリアクトル損失を求めることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載のリアクトル損失測定方法。   In the loss calculation step, the electric energy calculated based on the predetermined frequency current component and the predetermined frequency voltage component from the electric energy calculated based on the reactor current and the voltage across the reactor corresponding to the loss calculation period. The reactor loss measurement method according to any one of claims 7 to 9, wherein the reactor loss in the loss calculation period is obtained by subtracting. 前記演算ステップで前記損失算定期間毎に演算された前記磁界の強さと、前記損失算定ステップで前記損失算定期間毎に算出された前記損失とに基づいて、ループ面積軌跡を描く描画データを作成するステップを有することを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一項に記載のリアクトル損失測定方法。   Based on the magnetic field strength calculated for each loss calculation period in the calculation step and the loss calculated for each loss calculation period in the loss calculation step, drawing data for drawing a loop area trajectory is created. The reactor loss measuring method according to claim 7, further comprising a step.
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