JP5402622B2

JP5402622B2 - インバータ試験装置及びインバータ試験方法

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Publication number: JP5402622B2
Application number: JP2009296306A
Authority: JP
Inventors: 裕司山下
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2008-12-27
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP2010172187A

Description

本発明は、例えば、インバータの試験を行うためのインバータ試験装置及びインバータ試験方法に関する。

インバータからモータに電力を供給してモータを駆動する場合、モータの回転角を回転角センサにより検出して、その検出結果をインバータに帰還してインバータを制御することが行われている。モータの回転軸の回転角を検出する回転角センサとしてはレゾルバ等が用いられる。インバータからレゾルバに励振信号ｓｉｎωｔを与えると、そのときのレゾルバのロータの回転角θに応じて正弦波出力信号（ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）と余弦波出力信号（ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）が得られ、これら２つの信号がインバータにそれぞれ帰還される（帰還信号）。インバータはこれらの信号をもとにレゾルバのロータの回転角θをモータの回転角として検出する。

レゾルバの出力を処理する装置としては、例えば、特許文献１等に開示されるものがある。この特許文献１では、例えばレゾルバがある角度で止まっている場合、帰還信号は一定振幅で励振信号と同じ周波数の正弦波となる。一定間隔で励振信号を出力して、その帰還信号をサンプルすることにより、逐次レゾルバの角度検出が行われる。この際に励振信号と帰還信号との間に生じる位相遅れを解決する技術を特許文献１は開示している。

特開２００７−２４８２４６号公報（図１）

ところで、インバータの試験を行う場合には、モータの様々な動作条件に応じた試験評価を行うことが可能なように、モータ（負荷）に代えてインバータ負荷シミュレータをインバータに接続してインバータの試験が行われる。インバータ負荷シミュレータでは、モータの回転角を検出する回転角センサに代えて、モータの回転角の信号を模擬生成する擬似レゾルバ信号発生器が用いられる。

また、インバータの効率などの評価を行うために、模擬されたモータから出力される電流の位相角や電圧の位相角、つまり、上記インバータ負荷シミュレータに含まれる擬似レゾルバ信号発生器から出力される電流の位相角や電圧の位相角などの計測が、外部の計測器を用いて行われることがある。上述のように、擬似レゾルバ信号発生器からは、その回転角θに応じた正弦波出力信号（ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）と余弦波出力信号（ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）とが得られる。外部計測器により、それら取り込まれた２つの信号に基づいて電流の位相角や電圧の位相角を計測するには、それらの位相角の基準となる基準位相角が必要になる。

しかしながら、外部計測器によりそれらの２つの信号に基づいて基準位相角を求めることは容易ではない。具体的には、外部計測器が演算によりその基準位相角を求める場合、擬似レゾルバ信号発生器から出力される上記２つの帰還信号と励起信号とから基準位相角の信号を復号するか、２つの帰還信号を周波数分解して励振信号成分を取り除く必要があった。これらの信号処理は複雑であるため、基準位相角に対する電流の位相角、電圧の位相角を高い精度で計測することが困難であり、インバータの試験を良好に行うことができないという問題があった。また、その場合、計測器の大型化を招くという問題もあった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、基準位相角に対する電流位相角、電圧位相角を外部の計測器にて容易に計測することができ、インバータの試験を良好に行うことができるインバータ試験装置及びインバータ試験方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一形態に係るインバータ試験装置は、角度センサ模擬制御部を含むインバータ負荷シミュレータと、計測器とを具備する。
前記インバータ負荷シミュレータは、インバータから供給される出力を受けて動作するモータを模擬する。
前記角度センサ模擬制御部は、前記インバータから供給される励振信号と、前記励起信号を変調するための、前記励起信号の周波数より低い周波数の正弦波信号または余弦波信号である基準位相角の信号とに基づき、前記モータの回転角を模擬する信号を生成してこれを前記インバータに帰還するための第１の出力端子と、前記基準位相角の信号を外部に出力可能な第２の出力端子とを有する。
前記計測器は、前記角度センサ模擬制御部の前記第２の出力端子を通じて前記基準位相角の信号が入力される入力端子を有し、前記入力端子より入力された前記基準位相角に対する、前記模擬されたモータの出力の位相角の計測を行う。

本発明では、インバータ負荷シミュレータ内の角度センサ模擬制御部より、インバータから供給される励振信号と、基準位相角の信号とに基づき、モータの回転角を模擬する信号が生成されて第１の出力端子を通じてインバータに帰還され、基準位相角の信号が第２の出力端子より外部の計測器に出力される。計測器には、角度センサ模擬制御部の第２の出力端子より出力される基準位相角の信号が入力端子を通じて入力され、この計測器によりこの基準位相角に対する、模擬されたモータの出力の位相角が計測される。
このように角度センサ模擬制御部から計測器に、励起信号を変調するための、励起信号の周波数より低い周波数の正弦波信号または余弦波信号である基準位相角の信号が直接入力されるので、計測器は、その基準位相角の信号を用いて、前記模擬されたモータの出力の位相角の計測を容易に行うことができる。これにより、計測器は複雑な信号処理を行う必要がないので高い精度で出力電流の位相角または出力電圧の位相角を計測することができ、インバータの試験を良好に行うことができる。
また、角度センサ模擬制御部に、基準位相角の信号を外部に出力可能な第２の出力端子を付加する以外、変更を加える必要がないので、小型のインバータ試験装置を提供することができる。
なお、計測器は、模擬されたモータの出力の位相角を計測しているが、これはインバータの出力の位相角を計測しているのと等価である。

前記計測器は、前記インバータから出力される電流の位相角および電圧の位相角を計測する電流電圧計であってもよい。

本発明の一形態に係るインバータ試験方法は、インバータから供給される出力を受けて動作するモータを模擬するインバータ負荷シミュレータであって、前記インバータから供給される励振信号と、前記模擬されたモータからの出力の位相角を計測するための基準となる位相角である基準位相角の信号とに基づき、前記モータの回転角を模擬する信号を生成してこれを前記インバータに帰還するための第１の出力端子と、前記基準位相角の信号を外部に出力可能な第２の出力端子とを有する角度センサ模擬制御部を含むインバータ負荷シミュレータを、前記インバータに接続するステップを備える。
前記角度センサ模擬制御部の前記第２の出力端子を通じて前記基準位相角の信号が計測器にて取り込まれる。
前記計測器にて、前記取り込んだ基準位相角に対する、前記模擬されたモータの出力の位相角が計測される。

本発明では、角度センサ模擬制御部を含むインバータ負荷シミュレータが、前記インバータに接続され、インバータ負荷シミュレータ内の角度センサ模擬制御部より、インバータから供給される励振信号と、基準位相角の信号とに基づき、モータの回転角を模擬する信号が生成されて第１の出力端子を通じてインバータに帰還され、基準位相角の信号が第２の出力端子より外部の計測器に出力される。計測器には、角度センサ模擬制御部の第２の出力端子より出力される基準位相角の信号が入力端子を通じて入力され、この計測器によりこの基準位相角に対する、模擬されたモータの出力の位相角が計測される。

本発明によれば、角度センサ模擬制御部から計測器に、励起信号を変調するための、励起信号の周波数より低い周波数の正弦波信号または余弦波信号である基準位相角の信号が直接入力されるので、計測器は、その基準位相角の信号を用いて、前記模擬されたモータの出力の位相角の計測を容易に行うことができる。これにより、計測器は複雑な信号処理を行う必要がないので高い精度で出力電流の位相角または出力電圧の位相角を計測することができ、インバータの試験を良好に行うことができる。
また、角度センサ模擬制御部に、基準位相角の信号を外部に出力可能な第２の出力端子を付加する以外、変更を加える必要がないので、小型のインバータ試験装置を提供することができる。

本発明によれば、基準位相角に対する電流位相角または電圧位相角を外部の計測器にて容易に計測することができるため、インバータの試験を良好に行うことができる。

本発明の実施形態に係るインバータ試験装置の構成を示すブロック図である。図１に示す擬似レゾルバ信号発生器の構成を示すブロック図である。図２に示す擬似レゾルバ信号発生器の各部の信号波形図である。図１に示す擬似レゾルバ信号発生器の他の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るインバータ試験装置の構成を示す図である。図２は図１に示す、角度センサ模擬制御部としての擬似レゾルバ信号発生器の構成を示すブロック図、図３は図２に示す擬似レゾルバ信号発生器の各部の信号波形図である。

このインバータ試験装置は、典型的には、ＩＰＭモータを実際の負荷として想定した場合の電流制御方式のインバータを対象としたものである。本インバータ試験装置は、図示のように、インバータ１と、インバータ１に対する負荷としてのモータを模擬するインバータ負荷シミュレータ１００と、計測器としての電流電圧計２００とを備える。インバータ１としては、小型化に有利な電圧（源）型インバータが用いられる。インバータ負荷シミュレータ１００は、インバータ１から供給される励振信号と、模擬されたモータの基準位相（インバータ１の出力の位相角を計測するための基準となる位相）の信号とをもとに当該モータの回転角に応じたレゾルバ信号を生成してインバータ１に帰還するとともに、基準位相角の信号を外部に出力可能な出力端子５２とを有する擬似レゾルバ信号発生器１２を含むモータ模擬運転制御部１１と、モータ模擬運転制御部１１によって制御されるインバータ２とで構成される。

図１において、商用交流電源３からの交流電圧はトランス４を介して整流回路５で直流電圧に変換され、試験電圧調整用のチョッパ回路６で調整された後、インバータ１に供給される。また、前記直流電圧はインバータ２にも供給される。インバータ１の交流出力端子からは、ＰＷＭ変調された矩形波電圧としてのＰＷＭ₁信号が出力される。このＰＷＭ₁信号は、インダクタンスＬからなるフィルタ７によりフィルタリングされてトランス８の１次側に加えられる。インバータ２の交流出力端子からは、ＰＷＭ変調された矩形波電圧としてのＰＷＭ₂信号が出力される。このＰＷＭ₂信号は、インダクタンスｌ、コンデンサｃ、抵抗ｒ等からなるフィルタ９によりフィルタリングされて、トランス８の２次側に加えられる。なお、フィルタ７のインダクタンスＬは、インバータ１の実際の負荷となるモータのインダクタンスに略等しいものとする。ただし、ここで言う「等しい」とは、負荷としてモータに与える影響に有意な差異を生じない程度のインダクタンスの違いを含むことを意味する。もちろん、文言通りの「同値」をも含む。

インバータ１から出力される前記ＰＷＭ₁信号のＵ相及びＷ相の各電流ｉ_u，ｉ_w（電流制御方式により所定の値に制御される）が変流器１０で検出されてモータ模擬運転制御部１１に加えられる。また、前記ＰＷＭ₁信号をフィルタ７を通じて得られるＵ相及びＷ相の電圧ｖ_u’，ｖ_w’がモータ模擬運転制御部１１に加えられる。さらに、Ｗ相の電流ｉ_wとＷ相の電圧ｖ_w’は電流電圧計２００にも供給される。

モータ模擬運転制御部１１には、負荷としてのモータの運転条件とモータ特性が設定される。運転条件としては所望のモータ速度等が含まれる。モータ特性としては、巻線抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等のモータ定数、モータの電圧方程式等が含まれる。

また、モータ模擬運転制御部１１にはレゾルバを模擬する擬似レゾルバ信号発生器１２が設けられている。

図２は１相励磁／２相出力方式（振幅変調型）によるレゾルバを模擬した擬似レゾルバ信号発生器１２の構成を示す図である。図３はインバータ１から擬似レゾルバ信号発生器１２に供給される励振信号Ｅ_１１、擬似レゾルバ信号発生器１２からインバータ１に帰還される正弦波出力信号Ｅ_１２および余弦波出力信号Ｅ_１３の波形図である。

擬似レゾルバ信号発生器１２の入力端子４０に、模擬運転されるモータの角速度が入力される。この角速度は乗算器４１で軸倍角Ｐと乗算され、乗算により得られた値が積分器４２で積分されることによって角度信号Ｐθ、つまり位相信号Ｐθが得られる。得られた位相信号Ｐθは、ｓｉｎ信号発生器４３とｃｏｓ信号発生器４４にそれぞれ供給される。ｓｉｎ信号発生器４３およびｃｏｓ信号発生器４４は位相信号Ｐθによって駆動され、この結果、ｓｉｎ信号発生器４３からはｓｉｎＰθ信号が、ｃｏｓ信号発生器４４からはｃｏｓＰθ信号がそれぞれ出力される。これらのｓｉｎＰθ信号及びｃｏｓＰθ信号は、励起信号Ｅ_１１を、乗算型Ｄ／Ａ変換器４８及び５０でそれぞれ変調するための、励起信号Ｅ_１１の周波数より低い周波数の正弦波信号及び余弦波信号である、基準位相角の信号Ｅ_refである。ｓｉｎＰθ信号、ｃｏｓＰθ信号はそれぞれ、乗算器４５、４６にて変圧比Ｋと乗算され、それぞれの乗算結果は、乗算型Ｄ／Ａ変換器４８、５０に入力される。

一方、入力端子４７には、インバータ１より励振信号Ｅ_１１（ｓｉｎωｔ）（図３参照）が印加される。この励振信号Ｅ_１１とｓｉｎＰθ信号とが乗算型Ｄ／Ａ変換器４８で乗算され、その結果であるＥ_１２＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎＰθ（図３参照）が、出力端子４９（第１の出力端子）に余弦波出力信号として印加される。また、励振信号Ｅ_１１とｃｏｓＰθ信号とが乗算型Ｄ／Ａ変換器５０で乗算され、その結果であるＥ_１３＝ｓｉｎωｔ・ｃｏｓＰθ（図３参照）が出力端子５１（第１の出力端子）に正弦波出力信号として印加される。なお、入力端子４７に印加される励振信号Ｅ_１１の周波数は使用するインバータに応じて予め決められる。また、出力端子４９、５１に印加される信号Ｅ_１２、Ｅ_１３はインバータ１に模擬角度センサ信号Ｓθ（図１参照）として帰還される。一方、ｓｉｎ信号発生器４３の出力であるｓｉｎＰθ信号、つまり上記基準位相角の信号Ｅ_refは、出力端子５２（第２の出力端子）より外部へ出力可能とされている。

ｓｉｎ信号発生器４３、ｃｏｓ信号発生器４４は、ＣＰＵやＤＳＰ（ディジタル信号処理装置）等のディジタル回路が用いられる。

図１に示すように、電流電圧計２００は、擬似レゾルバ信号発生器１２の出力端子５２（第２の出力端子）と接続可能な入力端子２００Ａを有する。電流電圧計２００は、この入力端子２００Ａより、擬似レゾルバ信号発生器１２の出力端子５２（第２の出力端子）より出力されるｓｉｎＰθ信号を基準位相角の信号Ｅ_refとして取り込む。そして電流電圧計２００は、この基準位相角の信号Ｅ_refに対する出力電流ｉ_u’、ｉ_w’の位相角及び出力電圧ｖ_u’、ｖ_w’の位相角を計測する。

次に、インバータ１の試験動作について説明する。

電流制御方式によるインバータ１の試験を行う場合は、インバータ１の出力電流ｉ_u，ｉ_wは、インバータ２の出力電圧に関わらず所定の値に制御される。なお、図示のインバータ１は、電流制御を行うための図示しない制御回路を含むものとする。

モータ模擬運転制御部１１には、前述した運転条件とモータ特性とがオペレータにより入力設定される。擬似レゾルバ信号発生器１２は、運転条件に応じた模擬角度センサ信号Ｓθを出力し、インバータ１はこの模擬角度センサ信号Ｓθに基づいて出力電流を制御する。

また、モータ模擬運転制御部１１は、インバータ２をスイッチングするゲート信号を生成し、インバータ２はこのゲート信号に応じて動作する。

ここで、インバータ１の出力電圧ｖ_u’，ｖ_w’はインバータ１の出力電流ｉ_u，ｉ_wと設定された運転条件、モータ特性により決まり、これらの電圧となるように、モータ模擬運転制御部１１によって制御される。すなわち、インバータ１の出力電流が一定の状態において、インバータ２の出力電圧の振幅・位相が所望の状態（オペレータにより入力された運転条件やモータ特性に基づく所望の値）となるようにその出力電圧の振幅・位相を制御することにより、インバータ１にあたかもモータが接続されているかのような状態でインバータ１の試験を行うことができる。

以上により、モータの任意の運転条件に応じて任意の力率、負荷のインピーダンスを設定して、インバータ１の試験を行うことができる。

さらに、このインバータ試験装置では、電流電圧計２００にて、擬似レゾルバ信号発生器１２の出力端子５２（第２の出力端子）より出力されるｓｉｎＰθ信号を基準位相角の信号Ｅ_refとして、この基準位相角の信号Ｅ_refに対する出力電流ｉ_u’，ｉ_w’の位相角及び出力電圧ｖ_u’，ｖ_w’の位相角を計測し、これらの計測結果を用いてインバータ１の効率等の評価が行われる。

このように本実施形態のインバータ試験装置では、励起信号Ｅ_１１を変調するための、励起信号Ｅ_１１の周波数より低い周波数の正弦波信号または余弦波信号である基準位相角の信号Ｅ_refを外部に出力可能な出力端子５２が擬似レゾルバ信号発生器１２に設けられている。そして、この擬似レゾルバ信号発生器１２の出力端子５２を通じて基準位相角の信号Ｅ_refを外部の電流電圧計２００に入力端子２００Ａより供給することが可能である。これにより、電流電圧計２００は、その基準位相角の信号Ｅ_refを用いて、模擬されたモータの、出力電流の位相角及び／または出力電圧の位相角の計測を容易に行うことができる。これにより、電流電圧計２００は、複雑な信号処理を行う必要がないので高い精度で出力電流の位相角または出力電圧の位相角を計測することができ、インバータ１の試験を良好に行うことができる。
また、擬似レゾルバ信号発生器１２に、基準位相角の信号Ｅ_refを外部に出力可能な出力端子５２を付加する以外、変更を加える必要がないので、小型のインバータ試験装置を提供することができる。
なお、電流電圧計２００は、模擬されたモータの出力の位相角を計測しているが、これはインバータの出力の位相角を計測しているのと等価である。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

本発明は、前記のような電流制御方式のインバータ試験装置に限られず、電圧制御方式のインバータ試験装置にも適用可能である。この場合、インバータ１の出力電圧が所定の値の状態において、インバータ１の出力電流の振幅・位相が所望の状態となるように、インバータ２の出力電流の振幅・位相を制御することにより、インバータ１にモータが接続されているのと同等の状態でインバータ１の試験を行うことができる。モータの任意の運転条件に応じて任意の負荷インピーダンスを設定して、インバータ１の試験を行うことができる。

また、前記の実施形態では、図２に示したように、ｓｉｎＰθ信号を出力する出力端子５２を擬似レゾルバ信号発生器１２に設けて、電流電圧計２００にそのｓｉｎＰθを基準位相角の信号Ｅ_refとして出力することとしたが、図４に示すように、ｓｉｎＰθ信号に代えてｃｏｓＰθ信号を出力する出力端子５３を擬似レゾルバ信号発生器１２に設けて、電流電圧計２００にそのｃｏｓＰθ信号を基準位相角の信号として出力するように構成してもよい。あるいは、ｓｉｎＰθ信号及びｃｏｓＰθ信号の両方が、擬似レゾルバ信号発生器１２から出力されるようにしてもよい。

さらに、前記実施形態では、電流電圧計２００にてＷ相の電流ｉ_wとＷ相の電圧ｖ_w’それぞれの、基準位相に対する位相角を計測することとしたが、その他の相の電流と電圧の基準位相に対する位相角を計測するようにしてもよい。

１インバータ
１２擬似レゾルバ信号発生器（角度センサ模擬制御部に相当）
４９、５１出力端子（第１の出力端子に相当）
５２、５３出力端子（第２の出力端子に相当）
１００インバータ負荷シミュレータ
２００電流電圧計（計測器に相当）
２００Ａ入力端子

Claims

インバータから供給される出力を受けて動作するモータを模擬するインバータ負荷シミュレータであって、前記インバータから供給される励振信号と、前記励起信号を変調するための、前記励起信号の周波数より低い周波数の正弦波信号または余弦波信号である基準位相角の信号とに基づき、前記モータの回転角を模擬する信号を生成してこれを前記インバータに帰還するための第１の出力端子と、前記基準位相角の信号を外部に出力可能な第２の出力端子とを有する角度センサ模擬制御部を含むインバータ負荷シミュレータと、
前記角度センサ模擬制御部の前記第２の出力端子を通じて前記基準位相角の信号が入力される入力端子を有し、前記入力端子より入力された前記基準位相角に対する、前記模擬されたモータの出力の位相角を計測する計測器と
を具備するインバータ試験装置。
請求項１に記載のインバータ試験装置であって、
前記計測器は、前記模擬されたモータから出力される電流の位相角および電圧の位相角を計測する電流電圧計である
インバータ試験装置。
インバータから供給される出力を受けて動作するモータを模擬するインバータ負荷シミュレータであって、前記インバータから供給される励振信号と、前記励起信号を変調するための、前記励起信号の周波数より低い周波数の正弦波信号または余弦波信号である基準位相角の信号とに基づき、前記モータの回転角を模擬する信号を生成してこれを前記インバータに帰還するための第１の出力端子と、前記基準位相角の信号を外部に出力可能な第２の出力端子とを有する角度センサ模擬制御部を含むインバータ負荷シミュレータを、前記インバータに接続するステップと、
前記角度センサ模擬制御部の前記第２の出力端子を通じて前記基準位相角の信号を計測器にて取り込むステップと、
前記計測器にて、前記取り込んだ基準位相角に対する、前記模擬されたモータの出力の位相角を計測するステップと
を具備するインバータ試験方法。