JP5434751B2 - インバータ負荷模擬装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータの負荷を模擬するためのインバータ負荷模擬装置に関する。

インバータの試験のためにインバータの負荷を模擬する模擬負荷装置が従来から提案されている。たとえばモータ駆動用インバータの試験に模擬負荷装置を使用することによって、モータを使用せずともインバータの試験が可能となる。

たとえば特許文献１（特開２００８−１６７６５５号公報）は、インバータに実際の負荷であるモータを接続することなく、モータの運転を模擬的に行ないながらインバータを試験することが可能なインバータ試験装置の構成を開示する。上記文献によれば、インバータ試験装置は、被試験用の第１のインバータの擬似負荷となる第２のインバータと、トランスと、制御手段とを備える。トランスの１次側には上記第１のインバータの交流出力が入力され、トランスの２次側には、上記第２のインバータの交流出力が入力される。制御手段は、第１のインバータの実負荷であるモータの角度センサを模擬する信号に応じて第１のインバータの出力電流を所定の値に制御する。制御手段は、モータ回転数とモータ定数と検出された第１のインバータの出力電圧・電流のいずれかまたは両方に基づいて第２のインバータの出力電圧の振幅・位相を所定に制御する。

また、特許文献２（特開２００５−１７６４２７号公報）は、出力電圧の基本波成分を正確に検出または制御できるインバータを開示する。上記文献によれば、インバータは、出力電圧を検出する出力電圧検出手段を備える。出力電圧検出手段は、出力電圧を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の出力電圧から基本波成分を取り出すローパスフィルタと、上記ローパスフィルタの出力信号を所定の位相値に基づいて三相／二相変換を行なう相変換手段と、上記相変換手段の基準となる位相値および相変換手段の出力信号の振幅に対してローパスフィルタの周波数特性の補正を行なう特性補正手段とを備える。

特開２００８−１６７６５５号公報 特開２００５−１７６４２７号公報

図６は、インバータ負荷模擬装置の動作確認試験の流れを示した模式図である。図６（ａ）を参照して、まず、インバータ負荷模擬装置（図中「ＩＬＳ」と示す）１１０および供試体１２０の各々の単体での動作確認試験が行なわれる。供試体１２０は、被試験インバータであり、具体的には三相インバータである。インバータ負荷模擬装置１１０は三相の模擬負荷として機能する。

インバータ負荷模擬装置１１０の単体試験では、インバータ負荷模擬装置１１０が単体試験用負荷１１２に接続されて動作試験が行なわれる。たとえばインバータ負荷模擬装置１１０が電圧制御されて、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが互いに等しいこと、すなわち出力電圧が三相で平衡していることが確認される。

同じく供試体１２０の単体試験では、供試体１２０は単体試験用負荷１１４に接続されて動作試験が行なわれる。たとえば供試体１２０であるインバータが電流制御されて、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが互いに等しいこと、すなわち出力電流が三相で平衡していることが確認される。

次に図６（ｂ）に示されるように、インバータ負荷模擬装置１１０と供試体１２０とが組み合わされる。単体試験では出力電圧および出力電流ともに三相平衡の状態にあるのでインバータ負荷模擬装置１１０と供試体１２０とを組み合わせても出力電圧、出力電流ともに三相平衡の状態が保たれるものと考えられる。

しかしながら、インバータ負荷模擬装置１１０と供試体１２０とを組み合わせて運転した場合に、種々の理由によって出力電圧が三相で不平衡となる場合がある。このような三相不平衡のままインバータの実際の試験を行なった場合、インバータを正確に評価できない可能性が生じ得る。

さらに、インバータ負荷模擬装置１１０の運転時においては、インバータ負荷模擬装置１１０に内蔵される模擬負荷用インバータがスイッチング制御（たとえばＰＷＭ制御（パルス幅変調制御））される。このスイッチング制御のために、インバータ負荷模擬装置の出力電圧を検出するとともに、その検出結果をインバータ負荷模擬装置１１０にフィードバックする必要がある。

インバータ負荷模擬装置の出力電圧にはスイッチング制御による成分が含まれる。このためインバータ負荷模擬装置１１０の内部でのフィードバック制御のためには、インバータ負荷模擬装置の出力電圧からスイッチング制御による成分を取り除く必要がある。このため特許文献２に示されるように、ローパスフィルタによって、インバータ負荷模擬装置の出力電圧から基本波成分が取り出される。

しかしながらローパスフィルタに信号を通過させることによって、その信号の振幅が減衰する可能性がある。特許文献２は、ローパスフィルタを通過後の信号に対して、ローパスフィルタの特性を補正することを開示しているが、三相不平衡の状態を解消するための制御については開示されていない。また、特許文献１においても三相不平衡の状態を解消するための制御については開示されていない。三相不平衡の状態を解消するためにインバータ負荷模擬装置１１０の制御を変更する場合、その制御が複雑化する可能性がある。

この発明は上述の課題を解決するためのものであって、その目的は、インバータと接続された状態において、処理が複雑化するのを回避しつつ相電圧が平衡するように運転することが可能なインバータ負荷模擬装置を提供することである。

本発明は、被試験インバータに接続されて被試験インバータの負荷を模擬するインバータ負荷模擬装置であって、被試験インバータの模擬負荷となる負荷用インバータと、被試験インバータの出力電流を検出する電流検出部と、指令値生成部と、指令値補正部と、インバータ制御部と、ローパスフィルタ回路と、線間電圧検出部と、補正量算出部と、フィルタ処理部と、検出値補正部と、特性補正部とを備える。指令値生成部は、負荷用インバータの各相の相電圧を制御するための相電圧指令を生成する。指令値補正部は、指令値生成部によって生成された相電圧指令を、負荷用インバータの相電圧を各相の間で互いに平衡した状態にするための補正指令へと変換する。インバータ制御部は、補正指令に基づいて負荷用インバータをスイッチング動作させる。ローパスフィルタ回路は、負荷用インバータの線間電圧から基本波成分を取り出す。線間電圧検出部は、ローパスフィルタ回路によって取り出された線間電圧の基本波成分を用いて線間電圧を検出する。補正量算出部は、負荷用インバータの各相について、補正指令と相電圧指令との差としての補正量を算出する。フィルタ処理部は、ローパスフィルタ回路の周波数特性と実質的に同じ周波数特性を有し、負荷用インバータの各相について、補正量に対してフィルタ処理を実行する。検出値補正部は、フィルタ処理が実行された補正量と線間電圧検出部によって検出された線間電圧とを用いて、相電圧指令が補正量だけ変化したことによって、線間電圧検出部によって検出された線間電圧に含まれる、線間電圧の変化分を補正する。特性補正部は、検出値補正部によって補正された線間電圧に対して、ローパスフィルタ回路の特性の補正を行なう。指令値生成部は、模擬負荷を設定するための指令と電流検出部によって検出された出力電流とに基づいて負荷用インバータの出力電圧を制御するための基準電圧値を生成するとともに、特性補正部によって補正された線間電圧に基づく入力電圧値を基準電圧値に近づけるためのフィードバック制御を実行することにより、相電圧指令を生成する。

上記の構成によれば、指令値生成部は、負荷用インバータの出力電圧を制御するための基準電圧値を生成する。指令値生成部は、さらに、特性補正部によって補正された線間電圧に基づく入力電圧値を基準電圧値に近づけるためのフィードバック制御を実行することにより、負荷用インバータの各相の相電圧を制御するための相電圧指令を生成する。指令値補正部が、その相電圧指令を負荷用インバータの相電圧を各相の間で互いに平衡した状態にするための補正指令へと変換することによって、負荷用インバータの出力電圧を各相の間で互いに平衡した状態に調整できる。

一方、補正量算出部は、負荷用インバータの各相について、補正指令と相電圧指令との差としての補正量を算出する。フィルタ処理部は、負荷用インバータの各相について、補正量に対してフィルタ処理を実行する。フィルタ処理部の周波数特性がローパスフィルタ回路の周波数特性と実質的に同じであるので、フィルタ処理後の補正量は、ローパスフィルタ７を通過しかつ線間電圧検出部６によって検出された線間電圧のうち、相電圧指令の補正による補正量（調整分の電圧）と同じ大きさとなる。「実質的に同じ周波数特性」とは、ローパスフィルタとフィルタ処理部との間で周波数特性が厳密に一致する場合に限定されず、フィルタ処理部の周波数特性をローパスフィルタの周波数特性に近似させる場合も含む。ローパスフィルタの周波数特性を近似させるとは、たとえばローパスフィルタの周波数特性を近似する関数を用いることであり、たとえば指令値生成部におけるフィードバック制御が収束できるように指令値生成部の入力電圧値が生成できる程度に、ローパスフィルタの周波数特性と近似している場合を含む。

指令値生成部におけるフィードバック制御のためには、指令値生成部によって生成された相電圧指令に対する結果としての電圧値を入力しなければならない。このため線間電圧検出部によって検出された線間電圧を補正する必要がある。フィルタ処理が実行された補正量と線間電圧検出部によって検出された線間電圧とを用いて線間電圧を補正することによって、指令値生成部の入力電圧値を得るための処理が複雑化することを回避できる。

したがって、被試験インバータと接続された状態において、処理が複雑化するのを回避しつつ相電圧が平衡するように運転することが可能なインバータ負荷模擬装置を実現できる。

好ましくは、フィルタ処理部は、フィルタ処理を演算によって実行する。
上記の構成によれば、ローパスフィルタ回路と実質的に同じ周波数特性を有するフィルタ処理部を容易に実現できる。フィルタ処理部を電子部品（抵抗、コンデンサ等）によって構成した場合には、フィルタ処理部の構成部品の特性は、ローパスフィルタ回路の構成部品の特性と等しくなるとは限らないので、実質的に同じ周波数特性を得ることができないことも起こりうる。フィルタ処理を演算によって実行することで、フィルタ処理部を電子部品によって構成する場合に比べて、ローパスフィルタ回路と実質的に同じ周波数特性を容易に実現できる。

好ましくは、指令値補正部は、相電圧指令の値に所定の係数を乗じ、かつ、その乗算結果に所定のオフセット値を加算することによって、補正指令を生成する。インバータ負荷模擬装置は、所定の係数および所定のオフセット値を予め記憶する記憶部をさらに備える。

上記の構成によれば、記憶部に予め記憶されたパラメータ（係数およびオフセット値）を用いて、相電圧指令から補正指令に変換できる。これにより、相電圧が平衡となるようにインバータ負荷模擬装置を調整するための工数を削減することが可能となるので、被試験インバータの試験を効率よく行なうことが可能となる。

好ましくは、特性補正部は、検出値補正部によって補正された線間電圧に対して、ローパスフィルタ回路のゲイン特性による減衰分を補償する。

上記の構成によれば、ローパスフィルタ回路による線間電圧の減衰分が補償されることで、基本波成分を正確に検出することが可能になる。これにより、指令値生成部によるフィードバック制御のために指令値生成部に入力される電圧値の精度を高くすることができる。

好ましくは、被試験インバータは、モータ駆動用インバータである。インバータ負荷模擬装置は、モータ駆動用インバータの出力電流を検出する電流検出部と、電流検出部によって検出された出力電流を、ｄ軸電流およびｑ軸電流に３相−２相変換する第１の変換部と、特性補正部によって補正された線間電圧を、指令値生成部に対する入力電圧値としてのｄ軸電圧およびｑ軸電圧に３相−２相変換する第２の変換部とをさらに備える。指令値生成部は、モータモデル演算部と、第１の増幅部と、第２の増幅部と、第３の変換部とを含む。モータモデル演算部は、モータ電圧方程式と、ｄ軸電流およびｑ軸電流と、模擬負荷を設定するための指令としての回転速度指令とを用いてｄ軸電圧およびｑ軸電圧のそれぞれの基準電圧値となるｄ軸基準電圧およびｑ軸基準電圧を生成する。第１の増幅部は、ｄ軸基準電圧とｄ軸電圧との間の偏差を増幅することによってｄ軸電圧指令を生成する。第２の増幅部は、ｑ軸基準電圧とｑ軸電圧との間の偏差を増幅することによってｑ軸電圧指令を生成する。第３の変換部は、ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を２相−３相変換することによって、相電圧指令を生成する。

上記の構成によれば、インバータ負荷模擬装置を、モータ駆動用インバータを試験するための装置として用いることができる。さらにモータ駆動用インバータとインバータ負荷模擬装置とを接続した状態において、三相平衡の状態を得ることができる。

本発明によれば、インバータと接続された状態において処理が複雑化するのを回避しつつ相電圧が平衡するように運転することが可能なインバータ負荷模擬装置を実現できる。

本発明の実施の形態によるインバータ負荷模擬装置の構成の例を示した図である。 図１に示した電圧補正部の構成を示したブロック図である。 図１に示したローパスフィルタ７の特性を示した図である。 図１に示したインバータ負荷模擬装置の比較例の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態によるインバータ負荷模擬装置によって三相間で相電圧が平衡した状態を示した図である。 インバータ負荷模擬装置の動作確認試験の流れを示した模式図である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態によるインバータ負荷模擬装置の構成の例を示した図である。図１を参照して、インバータ負荷模擬装置１００は供試体１の模擬負荷として供試体１に接続される。供試体１は、被試験インバータであり、この実施形態ではモータ駆動用の三相インバータである。供試体１すなわち三相インバータの交流出力側はインバータ負荷模擬装置１００のＵ、Ｖ、Ｗ端子に接続される。

インバータ負荷模擬装置１００は、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することによって、モータの運転を模擬的に行ないながら供試体１を試験する。この実施形態では、インバータ負荷模擬装置１００は、ＰＭモータ（永久磁石同期モータ）の運転を模擬する。モータを用いなくともインバータの試験が可能であるので、騒音の低下、装置の発熱の抑制、試験時の安全性の確保の点で有利となる。

インバータ負荷模擬装置１００は、線間電圧制御部２５と、インバータ２６と、出力リアクトル２７とを備える。線間電圧制御部２５は、入力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令（相電圧指令）に従って、三相交流の線間電圧を制御するためにインバータ２６を制御する。この実施の形態では、線間電圧制御部２５は、インバータ２６をＰＷＭ（パルス幅変調）方式に従って駆動するための制御信号を生成する。

インバータ２６は、供試体１の模擬負荷となる負荷用インバータである。インバータ２６は、図示しない半導体スイッチング素子（たとえばＩＧＢＴ）によって構成された三相インバータである。インバータ２６の構成としては公知の構成を適用できるのでここでは詳細な説明を繰返さない。線間電圧制御部２５からの制御信号は、インバータ２６を構成する半導体スイッチング素子のゲートに入力される。この制御信号によって半導体スイッチング素子がオンオフされる。インバータ２６の出力電流の振幅および位相を制御することにより、供試体１（三相インバータ）にモータが接続されているのと同等の状態で供試体１を試験することができる。

出力リアクトル２７は、インバータ２６の交流出力と供試体１である三相交流インバータの交流出力との間に接続されて、インバータ２６から発生するノイズを除去するためのフィルタとして機能する。

インバータ負荷模擬装置１００は、さらに、電流検出器２と、減算部３と、オフセット／ゲイン補正部４と、３相／２相変換部５とを備える。

電流検出器２は、供試体１（インバータ）の出力電流を検出する。この実施形態では、Ｕ相電流およびＷ相電流が電流検出器２によって直接的に検出され、Ｖ相電流は、減算部３によって算出される。減算部３は０からＵ相電流の検出値およびＷ相電流の検出値を減算することによって、Ｖ相電流の値を算出する。ただしインバータのＵ相、Ｖ相およびＷ相の各々の電流を電流検出器２によって直接的に検出してもよい。

オフセット／ゲイン補正部４は、電流検出器２および減算部３によって得られたＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流の各値をアナログ／デジタル変換するとともに、変換後のデジタル値に対して、アナログ／デジタル変換でのオフセットおよびゲインを補正する。３相／２相変換部５は、オフセット／ゲイン補正部４から出力されたＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗの値を、モータの回転角度に相当するθ（以後、回転角度θと呼ぶ）を用いて３相−２相変換する。これにより３相／２相変換部５はｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。

インバータ負荷模擬装置１００は、さらに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７と、線間電圧検出部６と、電圧補正部２２と、ＬＰＦゲイン補正部９Ａと、ＬＰＦ位相補正部９Ｂと、減算部８と、３相／２相変換部１０とを備える。

ローパスフィルタ７は、インバータ２６の線間電圧から基本波成分を取り出すためのものである。インバータ２６はＰＷＭ制御されるため、インバータ２６の出力電圧（すなわち線間電圧）にＰＷＭ制御による成分が含まれる。このため、ローパスフィルタ７は、Ｕ相−Ｖ相間の線間電圧ＶｕｖおよびＷ相−Ｕ相間の線間電圧Ｖｗｕから基本波成分を取り出す。線間電圧検出部６は、ローパスフィルタ７によって取り出された基本波成分を用いて線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｗｕを検出する。

ローパスフィルタ７は、ハードウェア（電子部品）によって構成される。ローパスフィルタ７の構成には公知の様々な構成を適用することができるので、ローパスフィルタ７の構成に関する詳細な説明はここでは繰返さない。一例を示すとローパスフィルタ７は、抵抗とコンデンサとを組み合わせたＲＣフィルタによって構成することができる。

線間電圧検出部６によって検出された線間電圧の値は、電圧補正部２２によって補正されてＬＰＦゲイン補正部９Ａに送られる。電圧補正部２２による線間電圧値の補正については後に詳細に説明する。

ＬＰＦゲイン補正部９Ａは、ローパスフィルタ７を通過した信号を増幅することによって、ローパスフィルタ７による信号の減衰分を補償する。ＬＰＦ位相補正部９Ｂは、回転速度ωに従って、ローパスフィルタ７の位相遅れを補正するための信号を出力する。

減算部８は、ＬＰＦゲイン補正部９Ａによって補正された線間電圧ＶｕｖおよびＶｗｕの値を０から減算することで、Ｖ相およびＷ相間の線間電圧を算出する。

３相／２相変換部１０は、回転角度θを用いて、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｗｕ、およびＶ相−Ｗ相間の線間電圧を３相−２相変換して、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。

インバータ負荷模擬装置１００は、さらに、相電圧指令を生成するための電圧指令生成部５０を備える。電圧指令生成部５０は、模擬モータ負荷を設定するための指令と電流検出器２によって検出された電流とに基づいて、インバータ２６の出力電圧を制御するための基準電圧値を生成する。さらに電圧指令生成部５０は、入力電圧値（具体的には、３相／２相変換部１０によって算出されたｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑ）を基準電圧値に近づけるためのフィードバック制御を実行することにより、インバータ２６の出力電圧を制御するための相電圧指令を生成する。

具体的には、電圧指令生成部５０は、回転速度設定部１２と、角度算出部１３と、減算部１４〜１６と、モータモデル演算部１８と、減算部１９Ａ，１９Ｂと、増幅部２０Ａ，２０Ｂと、２相／３相変換部２１とを備える。

回転速度設定部１２は、モータの回転速度ωが入力されたときに、回転速度を０からωまで次第に大きくする。一方、回転速度設定部１２は回転速度を０にする場合には、回転速度ωから０まで次第に小さくする。回転速度設定部１２によって設定された回転速度ωは、角度算出部１３、モータモデル演算部１８、ＬＰＦゲイン補正部９ＡおよびＬＰＦ位相補正部９Ｂに送られる。回転速度ωは、模擬モータ負荷を設定するための指令である。

角度算出部１３は、回転速度設定部１２によって設定された回転速度ωを積分することによって回転角度θ_０を算出する。減算部１４は、供試体１との０°調整のための補正値Δθを回転角度θ_０から減算することによって回転角度θを算出する。

減算部１５は、回転角度θを３０°だけ低下させる。この３０°とは、線間電圧と相電圧との位相差に相当する。減算部１６は、減算部１５から出力された回転角度から、ＬＰＦ位相補正部９Ｂによる補正分（すなわちローパスフィルタ７の位相遅れ分）を減算する。減算部１６によって算出された回転角度は３相／２相変換部１０に送られる。

モータモデル演算部１８は、ＰＭモータの電圧方程式に従って、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧のそれぞれの基準電圧値となるｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。モータモデル演算部１８は、３相／２相変換部５からｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを受けるとともに、回転速度設定部１２から回転速度ωを受ける。ＰＭモータの電圧方程式は、以下の式（１）および式（２）によって表わされる。

Ｖｄ＝Ｒ×Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ ・・・（１）
Ｖｑ＝ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋Ｒ×Ｉｑ＋ω×φ ・・・（２）
Ｒはモータの電機子抵抗であり、Ｌｄはｄ軸上のモータインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸上のモータインダクタンスであり、φはモータ誘起電圧定数である。これらは、電圧方程式を解くための定数としてモータモデル演算部１８に予め記憶される。

減算部１９Ａは、ｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｒｅｆとｑ軸電圧Ｖｑとの偏差（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）を算出する。増幅部２０Ａは、ｑ軸偏差（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）を増幅してｑ軸電圧指令を生成する。

減算部１９Ｂは、ｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｒｅｆとｄ軸電圧Ｖｄとの偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ）を算出する。増幅部２０Ｂは、ｄ軸偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ）を増幅してｄ軸電圧指令を生成する。ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑは、電圧指令生成部５０への入力電圧値に対応する。

２相／３相変換部２１は、増幅部２０Ａ，２０Ｂからそれぞれ出力されたｑ軸電圧指令およびｄ軸電圧指令を、回転角度θを用いて２相−３相変換することによって、相電圧指令を生成する。

２相／３相変換部２１によって生成された相電圧指令は、相電圧を調整するために電圧補正部２２によって補正される。電圧補正部２２は、その補正指令を線間電圧制御部２５に与える。

インバータ負荷模擬装置１００は、さらに、角度センサ模擬制御部３０を備える。角度センサ模擬制御部３０は、モータの回転軸と共に回転する回転角度検出用のレゾルバの機能を模擬するものである。角度センサ模擬制御部３０は、供試体１内の角度センサ（図示せず）からの励磁信号に応答して、帰還信号（レゾルバ信号）Ｓ１，Ｓ２を出力するように構成されている。これにより、インバータ負荷模擬装置１００を、レゾルバ付きの模擬モータ負荷として機能させることができる。

具体的には、角度センサ模擬制御部３０は、余弦波信号生成部３１と、正弦波信号生成部３２と、乗算部３３〜３６とを備える。余弦波信号生成部３１は、回転角度θを受けて余弦波信号（ｃｏｓθ）を生成する。正弦波信号生成部３２は、回転角度θを受けて正弦波信号（ｓｉｎθ）を生成する。

乗算部３３は、余弦波信号（ｃｏｓθ）にレゾルバ変圧比Ｋを乗じる。乗算部３４は、正弦波信号（ｓｉｎθ）にレゾルバ変圧比Ｋを乗じる。

乗算部３５は、乗算部３３の算出結果（＝Ｋ×ｃｏｓθ）に、供試体１からの励磁信号によって示される定数（Ｒ１）を乗じて帰還信号Ｓ１を生成する。乗算部３６は、乗算部３５の算出結果（＝Ｋ×ｓｉｎθ）に、定数（Ｒ１）を乗じて帰還信号Ｓ２を生成する。すなわちＳ１＝Ｋ×Ｒ１×ｃｏｓθ、Ｓ２＝Ｋ×Ｒ２×ｓｉｎθである。

図２は、図１に示した電圧補正部の構成を示したブロック図である。図２を参照して、電圧補正部２２は、バランス調整設定部４１と、オフセット／ゲイン補正部４２と、減算部４３Ａ〜４３Ｃと、フィルタ処理部４４と、検出値補正部４５とを含む。

２相／３相変換部２１は、相電圧指令として、Ｕ相基準電圧Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相基準電圧Ｖｖ＿ｒｅｆ、およびＷ相基準電圧Ｖｗ＿ｒｅｆを出力する。オフセット／ゲイン補正部４２は、各相の基準電圧（Ｖｕ＿ｒｅｆ，Ｖｖ＿ｒｅｆ，Ｖｗ＿ｒｅｆ）に対してオフセット補正およびゲイン補正を行ない、補正指令を生成する。オフセット補正およびゲイン補正のためのパラメータはバランス調整設定部４１からオフセット／ゲイン補正部４２に与えられる。

具体的には、オフセット／ゲイン補正部４２は、バランス調整設定部４１から出力されたパラメータＡｕ，Ｂｕを用いて、Ｕ相基準電圧Ｖｕ＿ｒｅｆをＡｕ×Ｖｕ＿ｒｅｆ＋Ｂｕへと補正する。同様にオフセット／ゲイン補正部４２は、バランス調整設定部４１から出力されたパラメータＡｖ，Ｂｖを用いて、Ｖ相基準電圧Ｖｖ＿ｒｅｆをＡｖ×Ｖｖ＿ｒｅｆ＋Ｂｖへと補正する。さらにオフセット／ゲイン補正部４２は、バランス調整設定部４１から出力されたパラメータＡｗ，Ｂｗを用いて、Ｗ相電圧指令（Ｗ相基準電圧）Ｖｗ＿ｒｅｆをＡｗ×Ｖｗ＿ｒｅｆ＋Ｂｗに補正する。すなわち、２相／３相変換部２１から出力された相電圧指令に所定の係数（Ａｕ，Ａｖ，Ａｗ）を乗じることがゲイン補正であり、そのゲイン補正された相電圧指令に所定のオフセット値（Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗ）を加算することがオフセット補正である。

線間電圧制御部２５は、オフセット／ゲイン補正部４２から出力された補正指令（Ａｕ×Ｖｕ＿ｒｅｆ＋Ｂｕ、Ａｖ×Ｖｖ＿ｒｅｆ＋Ｂｖ、Ａｗ×Ｖｗ＿ｒｅｆ＋Ｂｗ）に従って図１に示されたインバータ２６を制御する。

減算部４３Ａ〜４３Ｃの各々は、オフセット／ゲイン補正部４２の出力値からオフセット／ゲイン補正部４２の入力値を減算する。これによって、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各相について電圧指令の差分すなわち相電圧指令の補正量が算出される。具体的には、減算部４３Ａは、Ｕ相電圧指令の補正量Ｖｕｖ＿ｈ（＝Ａｕ×Ｖｕ＿ｒｅｆ＋Ｂｕ−Ｖｕ＿ｒｅｆ）を算出する。減算部４３Ｂは、Ｖ相電圧指令の補正量Ｖｖｗ＿ｈ（＝Ａｖ×Ｖｖ＿ｒｅｆ＋Ｂｖ−Ｖｖ＿ｒｅｆ）を算出する。減算部４３Ｃは、Ｗ相電圧指令の補正量Ｖｗｕ＿ｈ（＝Ａｗ×Ｖｗ＿ｒｅｆ＋Ｂｗ−Ｖｗ＿ｒｅｆ）を算出する。

バランス調整設定部４１は、オフセット／ゲイン補正部４２による電圧指令の補正のためのパラメータ（Ａｕ，Ａｖ，Ａｗ，Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗ）を記憶するとともに、その値をオフセット／ゲイン補正部４２に出力する。バランス調整設定部４１には、相電圧が平衡となるように実験などによって予め定められた値がパラメータとして記憶される。予め定められた値を用いることによって、インバータ負荷模擬装置１００を調整するための工数を削減することが可能となるので、供試体１の試験を効率よく行なうことが可能となる。

フィルタ処理部４４は、ローパスフィルタ７の特性と実質的に同じ特性を有するフィルタを、ソフトウェアを実行することによって実現する。フィルタ処理部４４は、減算部４３Ａ〜４３Ｃの各々によって算出された相電圧指令の補正量（Ｖｕｖ＿ｈ，Ｖｖｗ＿ｈ，Ｖｗｕ＿ｈ）に対してフィルタ処理を実行する。フィルタ処理部４４をローパスフィルタ７と同様に抵抗、コンデンサ等の電子部品によって構成した場合には、フィルタ処理部４４の構成部品の特性がローパスフィルタ回路の構成部品の特性と等しくなるとは限らない。このため、ローパスフィルタ７と実質的に同じ周波数特性を得ることができないことも起こりうる。フィルタ処理を演算によって実行することで、フィルタ処理部４４を電子部品によって構成する場合に比べて、ローパスフィルタ７と実質的に同じ周波数特性を容易に実現できる。「実質的に同じ周波数特性」とは、ローパスフィルタ７とフィルタ処理部４４との間で周波数特性が厳密に一致する場合に限定されず、フィルタ処理部４４の周波数特性をローパスフィルタ７の周波数特性に近似させる場合も含む。ローパスフィルタ７の周波数特性を近似させるとは、たとえばローパスフィルタ７の周波数特性を近似する関数を用いることであり、たとえば指令値生成部におけるフィードバック制御が収束できるように指令値生成部の入力電圧値が生成できる程度に、ローパスフィルタ７の周波数特性と近似している場合を含む。

図３は、図１に示したローパスフィルタ７の特性を示した図である。図３（ａ）は、ローパスフィルタ７のゲイン特性を示す。図３（ｂ）は、ローパスフィルタ７の位相特性を示す。図３（ａ）に示すように、ローパスフィルタ７のゲインは、周波数が所定値（すなわちカットオフ周波数）に達するまではほぼ一定であるが、周波数がその所定値より高くなると、ゲインは周波数が高くなるにつれて低下する。一方、図３（ｂ）を参照して、周波数が所定値に達するまでは位相のずれが０であるので、位相遅れが発生しない。周波数がその所定値より高い場合には、位相差が負の値となる。すなわち位相遅れが発生する。

図２に戻り、検出値補正部４５は、減算部４５Ａと、加算部４５Ｂ，４６と、減算部４７とを含む。減算部４５Ａは、線間電圧検出部６によって検出された線間電圧Ｖｕｖから、フィルタ処理が実行された補正量Ｖｕｖ＿ｈを減算する。加算部４５Ｂは、減算部４５Ａの出力値（＝Ｖｕｖ−Ｖｕｖ＿ｈ）に、フィルタ処理が実行された補正量Ｖｖｗ＿ｈを加算する。

加算部４６は、線間電圧検出部６によって検出された線間電圧Ｖｗｖに、フィルタ処理が実行された補正量Ｖｕｖ＿ｈを加算する。減算部４７は、加算部４６の出力値（＝Ｖｗｕ＋Ｖｕｖ＿ｈ）から、フィルタ処理が実行された補正量Ｖｗｕ＿ｈを減算する。

加算部４５Ｂの出力値は、以下の式（３）のように表わされる。
Ｖｕｖ−Ｖｕｖ＿ｈ＋Ｖｖｗ＿ｈ＝Ｖｕｖ−（Ｖｕｖ＿ｈ−Ｖｖｗ＿ｈ） ・・・（３）
（Ｖｕｖ＿ｈ−Ｖｖｗ＿ｈ）は、オフセット／ゲイン補正部４２がＵ相およびＶ相の相電圧指令を補正することで生じた線間電圧Ｖｕｖの変化分に対応する。線間電圧検出部６によって検出された線間電圧Ｖｕｖからこの補正分を差し引くことによって、相電圧指令を補正しない場合における線間電圧Ｖｕｖの値を得ることができる。

同じく、減算部４７の出力値は、以下の式（４）のように表わされる。
Ｖｗｕ＋Ｖｕｖ＿ｈ−Ｖｗｕ＿ｈ＝Ｖｗｕ−（Ｖｗｕ＿ｈ−Ｖｕｖ＿ｈ） ・・・（４）
（Ｖｕｖ＿ｈ−Ｖｖｗ＿ｈ）は、オフセット／ゲイン補正部４２がＵ相およびＷ相の相電圧指令を補正することで生じた線間電圧Ｖｗｕの変化分に対応する。電圧Ｖｗｕからこの補正分を差し引くことによって、相電圧指令を補正しない場合における線間電圧Ｖｗｕの値を得ることができる。

図１を参照して、インバータ負荷模擬装置１００は、基本的に、偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ），（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）を０に近づけるフィードバック制御を実行する。インバータ負荷模擬装置１００は、電圧補正部２２を備えることで、供試体であるインバータと接続された状態において、相電圧が平衡となるように運転することが可能となる。この点について、比較例の構成と本実施の形態に係る構成とを対比しながら説明する。

図４は、図１に示したインバータ負荷模擬装置の比較例の構成を示したブロック図である。図４を参照して、インバータ負荷模擬装置１００Ａは、図１に示したインバータ負荷模擬装置１００から電圧補正部２２を省略した構成を有する。図４には示していないがインバータ負荷模擬装置１００Ａの他の部分の構成は図１に示したインバータ負荷模擬装置１００の対応する部分の構成と同じである。このため図４にはインバータ負荷模擬装置１００と共通の部分について示していない。

図４に示した構成によれば、線間電圧検出部６によって、Ｕ相およびＶ相間の線間電圧Ｖｕｖ＿ＦＢと、Ｕ相およびＷ相間の線間電圧Ｖｗｖ＿ＦＢとがフィードバック制御のために検出される。このように相電圧ではなく線間電圧を検出することによって、配線の本数を少なくすることができる。ＬＰＦゲイン補正部９Ａは、ローパスフィルタ７のゲイン特性（図３参照）による線間電圧の低下分を補正するために、回転速度ωを用いて線間電圧Ｖｕｖ＿ＦＢ，Ｖｗｖ＿ＦＢに対してゲイン補正を実行する。減算部８は、０から線間電圧Ｖｕｖ＿ＦＢおよびＶｗｖ＿ＦＢを減算することによって、Ｖ相およびＷ相間の線間電圧Ｖｖｗ＿ＦＢを算出する。

上記の３つの線間電圧は３相−２相変換部１０によってｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに変換される。インバータ負荷模擬装置１００Ａは、ｄ軸偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ）およびｑ軸偏差（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）を０に近づけるフィードバック制御を実行する。

しかしながら図５の実線の波形に示されるように、インバータ負荷模擬装置１００Ａと供試体１とを接続した段階で、供試体１の出力電圧（Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧ＶｖおよびＷ相電圧Ｖｗ）が三相不平衡となる場合が生じうる。この場合、３相／２相変換部１０に入力される線間電圧も不平衡となる。その一方で、インバータ負荷模擬装置１００Ａではフィードバック制御が実行されることによって、偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ），（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）が、ある値（好ましくは０である）に収束する。したがって、供試体１の出力電圧が三相不平衡の状態であるものの、インバータ負荷模擬装置１００Ａの制御にとっては三相平衡であるのと同じ状態になる。

ここで、供試体１の出力電圧（Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧ＶｖおよびＷ相電圧Ｖｗ）を三相平衡にするための方法として、たとえば三相平衡の状態が得られるように、線間電圧制御部２５に入力される相電圧指令のみを調整する方法が考えられる。しかしながら偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ），（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）が変化するためインバータ負荷模擬装置１００Ａは、偏差（Ｖｄ＿ｒｅｆ−Ｖｄ），（Ｖｑ＿ｒｅｆ−Ｖｑ）を収束させるためのフィードバック制御を実行する。この結果、供試体１の出力電圧が再び三相不平衡となる可能性がある。したがって、検出された線間電圧から、相電圧指令の補正による変化分を差し引くことによって、三相平衡の状態を保ちつつフィードバック制御を安定に実行することができると考えられる。

しかしながら、線間電圧検出部６の前段にローパスフィルタ７が設けられているため、線間電圧検出部６によって検出された電圧の値に対して、ローパスフィルタ７のゲインを考慮した補正を行なわなければならない。インバータ２６がＰＷＭ制御されているため、インバータ２６の出力電圧の波形がＰＷＭ波形となる。電圧波形がＰＷＭ波形のままでは線間電圧検出部６によって線間電圧を検出することが困難となる。このため、ローパスフィルタ７によって、インバータ２６の出力電圧（線間電圧）から基本波成分が取り出される。

このように、インバータ負荷模擬装置１００Ａは、相電圧に対する指令を出力する一方で、線間電圧を検出する。さらに、インバータ負荷模擬装置１００Ａは、線間電圧検出部の検出結果に対して、ローパスフィルタの特性を補正する。したがって、三相平衡の状態が得られるように相電圧指令を補正し、かつ、線間電圧検出部によって検出された線間電圧から相電圧指令の補正分を差し引く場合には、演算が複雑化する可能性がある。この場合の課題として、処理時間が長くなることによる制御演算周波数の低下が生じることが想定される。

一方、図２に示すように、本発明の実施の形態においては、三相平衡の状態を得るために相電圧指令を補正するオフセット／ゲイン補正部４２と、オフセット／ゲイン補正部４２の出力値からオフセット／ゲイン補正部４２の入力値を減算する減算部４３Ａ〜４３Ｃと、フィルタ処理部４４と、検出値補正部４５（減算部４５Ａ、加算部４５Ｂ，４６および減算部４７）とを備える。検出値補正部４５は、フィルタ処理が実行された補正量と、線間電圧検出部６によって検出された線間電圧とを用いて、相電圧指令の補正量による線間電圧の変化分を補正する。

オフセット／ゲイン補正部４２が２相／３相変換部１０によって生成された相電圧指令を補正する。これによって、図５において破線の波形で示すように、Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧ＶｖおよびＷ相電圧Ｖｗの大きさを互いに等しくすることができる。すなわち、三相平衡の状態を得ることができる。したがってインバータ負荷模擬装置１００を運転して被試験インバータを評価した際に、正確な評価結果を得ることが可能となる。

減算部４３Ａ〜４３Ｃの各々は、相電圧指令の補正量を算出する。フィルタ処理部４４は、ローパスフィルタ７と実質的に同じ特性（ゲイン特性および位相特性）を有している。減算部４３Ａ〜４３Ｃの各々によって算出された補正量に対してフィルタ処理部４４が上記特性に従うフィルタ処理を実行することによって、ローパスフィルタ７を通過し、かつ線間電圧検出部６によって検出された線間電圧のうち、相電圧指令の補正による調整分と同じ大きさの電圧を演算によって求めることができる。

電圧指令生成部５０におけるフィードバック制御のためには、電圧指令生成部５０によって生成された相電圧指令に対する結果としての電圧値を入力しなければならない。このため線間電圧検出部６によって検出された線間電圧を補正する必要がある。

減算部４５Ａおよび加算部４５Ｂによって、相電圧指令の補正による調整分に相当する電圧が線間電圧検出部６によって検出された線間電圧Ｖｕｖから差し引かれる。同様に、加算部４６および減算部４７によって、相電圧指令の補正による調整分に相当する電圧が線間電圧検出部６によって検出された線間電圧Ｖｗｕから差し引かれる。これにより、ＬＰＦゲイン補正部９Ａには、検出された線間電圧から、オフセット／ゲイン補正部４２による補正分が除かれた電圧値が入力される。したがって、三相平衡状態を得るために相電圧指令が補正されても、３相／２相変換部１０に入力される電圧値はその影響を受けない。

これにより、三相平衡状態を得るために相電圧指令が補正されても、インバータ負荷模擬装置１００におけるフィードバック制御への影響（ｄ軸偏差およびｑ軸偏差の拡大）を小さくすることができる。このため、インバータ負荷模擬装置１００と供試体１とを接続した状態で三相平衡となり、かつ、供試体１の試験のためにインバータ負荷模擬装置１００を所定の試験条件に従って運転することができる。この結果、供試体１であるモータ駆動用インバータの試験において正確な評価結果を得ることが可能になる。

さらに、本発明の実施の形態によれば、電圧補正部２２が相電圧指令の補正による線間電圧の変化分を演算によって算出するとともに、線間電圧検出部で検出された線間電圧からその変化分を減算する。このような処理によって、相電圧指令の補正による線間電圧の変化分を線間電圧検出部で検出された線間電圧の値から差し引く際の演算処理が複雑化することを回避することができる。

なお、図１に示した構成において、ローパスフィルタ７の前段に、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｗｕを増幅するためのアンプ（たとえば絶縁アンプ）が設けられていてもよい。また、線間電圧検出部６が２つの線間電圧を検出するのであれば、Ｕ相−Ｖ相間の電圧、Ｖ相−Ｗ相間の電圧、およびＷ相−Ｕ相間の電圧のうちのいずれの２つの電圧を検出してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１２０ 供試体、２ 電流検出器、３，８，１４〜１６，１９Ａ，１９Ｂ，４３Ａ〜４３Ｃ，４５Ａ，４７ 減算部、４，４２ オフセット／ゲイン補正部、５，１０ ３相／２相変換部、６ 線間電圧検出部、７ ローパスフィルタ、９Ａ ＬＰＦゲイン補正部、９Ｂ ＬＰＦ位相補正部、１２ 回転速度設定部、１３ 角度算出部、１８ モータモデル演算部、２０Ａ，２０Ｂ 増幅部、２１ ２相／３相変換部、２２ 電圧補正部、２５ 線間電圧制御部、２６ インバータ、２７ 出力リアクトル、３０ 角度センサ模擬制御部、３１ 余弦波信号生成部、３２ 正弦波信号生成部、３３〜３６ 乗算部、４１ バランス調整設定部、４４ フィルタ処理部、４５ 検出値補正部、４５Ｂ，４６ 加算部、５０ 電圧指令生成部、１００，１００Ａ，１１０ インバータ負荷模擬装置、１１２，１１４ 単体試験用負荷。

Claims (5)

1. 被試験インバータに接続されて前記被試験インバータの負荷を模擬するインバータ負荷模擬装置であって、
   前記被試験インバータの模擬負荷となる負荷用インバータと、
   前記被試験インバータの出力電流を検出する電流検出部と、
   前記負荷用インバータの各相の相電圧を制御するための相電圧指令を生成する指令値生成部と、
   前記指令値生成部によって生成された前記相電圧指令を、前記負荷用インバータの前記相電圧を各相の間で互いに平衡した状態にするための補正指令へと変換する指令値補正部と、
   前記補正指令に基づいて前記負荷用インバータをスイッチング動作させるインバータ制御部と、
   前記負荷用インバータの線間電圧から基本波成分を取り出すためのローパスフィルタ回路と、
   前記ローパスフィルタ回路によって取り出された前記線間電圧の前記基本波成分を用いて前記線間電圧を検出する線間電圧検出部と、
   前記負荷用インバータの各相について、前記補正指令と前記相電圧指令との差としての補正量を算出する補正量算出部と、
   前記ローパスフィルタ回路の周波数特性と実質的に同じ周波数特性を有し、前記負荷用インバータの各相について、前記補正量に対してフィルタ処理を実行するフィルタ処理部と、
   前記フィルタ処理が実行された前記補正量と前記線間電圧検出部によって検出された前記線間電圧とを用いて、前記相電圧指令が前記補正量だけ変化したことによって、前記線間電圧検出部によって検出された前記線間電圧に含まれる、前記線間電圧の変化分を補正する検出値補正部と、
   前記検出値補正部によって補正された前記線間電圧に対して、前記ローパスフィルタ回路の特性の補正を行なう特性補正部とを備え、
   前記指令値生成部は、前記模擬負荷を設定するための指令と前記電流検出部によって検出された前記出力電流とに基づいて前記負荷用インバータの前記出力電圧を制御するための基準電圧値を生成するとともに、前記特性補正部によって補正された前記線間電圧に基づく入力電圧値を前記基準電圧値に近づけるためのフィードバック制御を実行することにより、前記相電圧指令を生成する、インバータ負荷模擬装置。
2. 前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を演算によって実行する、請求項１に記載のインバータ負荷模擬装置。
3. 前記指令値補正部は、前記相電圧指令の値に所定の係数を乗じ、かつ、その乗算結果に所定のオフセット値を加算することによって、前記補正指令を生成し、
   前記インバータ負荷模擬装置は、
   前記所定の係数および前記所定のオフセット値を予め記憶する記憶部をさらに備える、請求項１または２に記載のインバータ負荷模擬装置。
4. 前記特性補正部は、前記検出値補正部によって補正された前記線間電圧に対して、前記ローパスフィルタ回路のゲイン特性による減衰分を補償する、請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータ負荷模擬装置。
5. 前記被試験インバータは、モータ駆動用インバータであり、
   前記インバータ負荷模擬装置は、
   前記電流検出部によって検出された前記出力電流を、ｄ軸電流およびｑ軸電流に３相−２相変換する第１の変換部と、
   前記特性補正部によって補正された前記線間電圧を、前記指令値生成部に対する前記入力電圧値としてのｄ軸電圧およびｑ軸電圧に３相−２相変換する第２の変換部とをさらに備え、
   前記指令値生成部は、
   モータ電圧方程式と、前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流と、前記模擬負荷を設定するための指令としての回転速度指令とを用いてｄ軸電圧およびｑ軸電圧のそれぞれに対する前記基準電圧値となるｄ軸基準電圧およびｑ軸基準電圧を生成するモータモデル演算部と、
   前記ｄ軸基準電圧と前記ｄ軸電圧との間の偏差を増幅することによってｄ軸電圧指令を生成する第１の増幅部と、
   前記ｑ軸基準電圧と前記ｑ軸電圧との間の偏差を増幅することによってｑ軸電圧指令を生成する第２の増幅部と、
   前記ｄ軸電圧指令および前記ｑ軸電圧指令を２相−３相変換することによって、前記相電圧指令を生成する第３の変換部とを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のインバータ負荷模擬装置。

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