JP6575252B2 - Load simulator - Google Patents

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この発明は、インバータの試験技術に係り、特にインバータの試験の際にその対象であるインバータに所望の負荷を与える負荷模擬装置に関する。   The present invention relates to an inverter testing technique, and more particularly, to a load simulation apparatus that applies a desired load to an inverter that is a target of an inverter test.

図2は一般的なインバータの試験システムの構成を示すブロック図である。この試験システムにおいて、試験用インバータ202は、交流電源201から供給される交流電力を内蔵のAC−DCコンバータにより直流電力に変換し、さらにこの直流電力を交流電力に変換する。モータ203は、試験用インバータ202の駆動対象となるモータであり、試験用インバータ202からの交流電力が供給される。モータ203の機械軸にはトルクメータ、速度メータ等が取り付けられるとともに、負荷モータ204の機械軸が接続される。この負荷モータ204の駆動電圧入力端子には負荷制御用インバータ205の交流電圧出力端子が接続される。負荷モータ204のトルク、回転数は、この負荷制御用インバータ205によって制御される。回生コンバータ206は、交流電源201から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷制御用インバータ205に供給する一方、負荷制御用インバータ205において余剰な直流電力が発生する場合にはその直流電力を交流電力に変換して交流電源201に回生する。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a general inverter test system. In this test system, the test inverter 202 converts AC power supplied from the AC power supply 201 into DC power using a built-in AC-DC converter, and further converts this DC power into AC power. The motor 203 is a motor to be driven by the test inverter 202, and is supplied with AC power from the test inverter 202. A torque meter, a speed meter, and the like are attached to the mechanical shaft of the motor 203, and a mechanical shaft of the load motor 204 is connected. The drive voltage input terminal of the load motor 204 is connected to the AC voltage output terminal of the load control inverter 205. The torque and rotation speed of the load motor 204 are controlled by the load control inverter 205. The regenerative converter 206 converts the AC power supplied from the AC power source 201 into DC power and supplies it to the load control inverter 205. On the other hand, if excessive DC power is generated in the load control inverter 205, the DC power Is converted into AC power and regenerated in the AC power source 201.

この試験システムによれば、負荷制御用インバータ205により負荷モータ204からモータ203に与える負荷を各種変化させ、これにより試験用インバータ202にとっての負荷であるモータ203の状態を各種変化させ、試験用インバータ202の試験を行うことができる。   According to this test system, various loads applied from the load motor 204 to the motor 203 are changed by the load control inverter 205, thereby changing various states of the motor 203 that is a load for the test inverter 202. 202 tests can be performed.

しかしながら、図2に示す試験システムは、試験用インバータ202とその駆動対象であるモータ203に加えて、モータ203の負荷となる負荷モータ204とその駆動制御を行う負荷制御用インバータ205が必要となる。このため、試験システムの規模が非常に大型化する問題がある。また、例えば試験用インバータ202とモータ203とを別々の製造業者で生産して納入する場合は、モータ203が完成してからでないと試験用インバータ202に実際の電流を流して試験することができず、開発期間が長くなる恐れがある。   However, the test system shown in FIG. 2 requires a load motor 204 as a load of the motor 203 and a load control inverter 205 for controlling the drive in addition to the test inverter 202 and the motor 203 to be driven. . For this reason, there is a problem that the scale of the test system becomes very large. For example, when the test inverter 202 and the motor 203 are produced and delivered by different manufacturers, the test can be performed by supplying an actual current to the test inverter 202 until the motor 203 is completed. Therefore, the development period may be long.

そこで、試験用インバータ202側から見た電気的特性がモータ203と同一になるような模擬回路を試験用インバータ202の出力側に設けて、試験用インバータ202の試験を行う技術が例えば特許文献1に開示されている。図3はこの特許文献1に開示された試験システムの構成を示すブロック図である。また、図4は、同試験システムにおける試験用インバータ303の主回路303MとPWMコンバータ305の主回路305Mの構成を示す回路図である。   Therefore, a technique for testing the test inverter 202 by providing a simulation circuit on the output side of the test inverter 202 so that the electrical characteristics viewed from the test inverter 202 side is the same as that of the motor 203 is disclosed in Patent Document 1, for example. Is disclosed. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the test system disclosed in Patent Document 1. In FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the main circuit 303M of the test inverter 303 and the main circuit 305M of the PWM converter 305 in the test system.

図3において、整流器302は交流電源301から供給される交流電力を整流し、直流電力として試験用インバータ303に供給する。試験用インバータ303は、図4に示すように、3相の上アームスイッチング素子3031〜3033と3相の下アームスイッチング素子3034〜3036とからなる主回路303Mを有する。試験用インバータ303では、この上アームスイッチング素子3031〜3033と3相の下アームスイッチング素子3034〜3036のスイッチングが行われることにより、整流器302から供給される直流電力から3相の交流電圧v、v、vが生成される。電圧検出部306は、この3相の交流電圧v、v、vを検出する手段である。この3相の交流電圧v、v、vは、3相の絶縁トランス304と3相のインダクタL、L、Lを各々介してPWMコンバータ305の3相の交流端子に供給される。 In FIG. 3, the rectifier 302 rectifies the AC power supplied from the AC power supply 301 and supplies it to the test inverter 303 as DC power. As shown in FIG. 4, the test inverter 303 includes a main circuit 303M including three-phase upper arm switching elements 3031 to 3033 and three-phase lower arm switching elements 3034 to 3036. In the test inverter 303, the upper arm switching elements 3031 to 3033 and the three-phase lower arm switching elements 3034 to 3036 are switched, so that the DC power supplied from the rectifier 302 is changed to the three-phase AC voltage v u , v v and v w are generated. The voltage detection unit 306 is means for detecting the three-phase AC voltages v u , v v , and v w . The three-phase AC voltages v u , v v , and v w are supplied to the three-phase AC terminals of the PWM converter 305 through the three-phase insulating transformer 304 and the three-phase inductors L u , L v , and L w , respectively. Is done.

PWMコンバータ305は、図4に示すように、3相の上アームスイッチング素子3051〜3053と3相の下アームスイッチング素子3054〜3056とからなる主回路305Mを有する。このPWMコンバータ305は、上アームスイッチング素子3031〜3033と3相の下アームスイッチング素子3034〜3036のスイッチング動作により、模擬対象モータが発生する逆起電力に相当する3相交流電圧を整流器302からの直流電力から生成し、3相のインダクタL、L、Lおよび3相の絶縁トランス304を介して試験用インバータ303に供給する。また、PWMコンバータ305は、余剰な交流電力を直流電力に変換して整流器302の出力端子に回生する。電流検出部307は、3相のインダクタL、L、Lを各々介してPWMコンバータ305の3相の交流端子に出入りする3相の電流i、i、iを検出する手段である。 As shown in FIG. 4, the PWM converter 305 includes a main circuit 305 </ b> M including three-phase upper arm switching elements 3051 to 3053 and three-phase lower arm switching elements 3054 to 3056. The PWM converter 305 generates a three-phase AC voltage corresponding to the counter electromotive force generated by the simulation target motor from the rectifier 302 by switching operations of the upper arm switching elements 3031 to 3033 and the three-phase lower arm switching elements 3034 to 3036. It is generated from the DC power and supplied to the test inverter 303 via the three-phase inductors L u , L v , L w and the three-phase insulating transformer 304. The PWM converter 305 converts surplus AC power into DC power and regenerates it at the output terminal of the rectifier 302. The current detection unit 307 detects the three-phase currents i u , i v , and i w that enter and leave the three-phase AC terminals of the PWM converter 305 through the three-phase inductors L u , L v , and L w , respectively. It is.

図3に示す試験システムでは、図4に示す試験用インバータ303の主回路303MとPWMコンバータ305の主回路305Mとの間に絶縁トランス304が介挿されている。この絶縁トランス304は、主回路303Mの交流出力端子と主回路305Mの交流出力端子とを直流的に絶縁、すなわち、両者間における交流電力の伝達のみを可能にし、直流電力の伝達を遮断するために設けられている。仮にこの絶縁トランス304がないとすると、図4に破線で例示するように、一方の主回路の高電位電源線から上アームスイッチング素子を通過して流れ、他方の主回路の下アームスイッチング素子を通過して低電位電源線に流れ込む短絡電流が発生する可能性がある。絶縁トランス304は、このような高電位電源線および低電位電源線間の短絡電流が発生するのを防止する役割を果たす。   In the test system shown in FIG. 3, an insulating transformer 304 is interposed between the main circuit 303M of the test inverter 303 and the main circuit 305M of the PWM converter 305 shown in FIG. This insulation transformer 304 is galvanically insulated from the AC output terminal of the main circuit 303M and the AC output terminal of the main circuit 305M, that is, only enables transmission of AC power between them, and cuts off transmission of DC power. Is provided. If this insulation transformer 304 is not provided, as illustrated by a broken line in FIG. 4, the high-potential power line of one main circuit flows through the upper arm switching element, and the lower arm switching element of the other main circuit There is a possibility that a short-circuit current passing through and flowing into the low potential power supply line may occur. The insulating transformer 304 plays a role in preventing such a short-circuit current between the high potential power line and the low potential power line.

図3において、電流指令演算回路310と、回転数演算回路320と、ゲート信号生成部330とからなる制御部340は、模擬対象モータの電気的特性をPWMコンバータ305により実現するための制御を行う。この例において、模擬対象モータは誘導電動機である。   In FIG. 3, a control unit 340 including a current command calculation circuit 310, a rotation speed calculation circuit 320, and a gate signal generation unit 330 performs control for realizing the electrical characteristics of the simulation target motor by the PWM converter 305. . In this example, the simulation target motor is an induction motor.

電流指令演算回路310は、所定のサンプリング時間間隔で電圧検出部306から3相交流電圧v、v、vの各電圧値を取り込むとともに、後述の回転数演算回路320によって演算される模擬対象モータの演算電気角速度ωを取り込み、模擬対象モータの固定子に流れるd軸電流予測値ids(n+1)およびq軸電流予測値iqs(n+1)と、模擬対象モータの回転子に流れるd軸電流予測値idr(n+1)およびq軸電流予測値iqr(n+1)と、相電流指令値i 、i 、i とを演算する。そして、電流指令演算回路310は、固定子のd軸電流予測値ids(n+1)およびq軸電流予測値iqs(n+1)と、回転子のd軸電流予測値idr(n+1)およびq軸電流予測値iqr(n+1)とを回転数演算回路320に供給するとともに、相電流指令値i 、i 、i をゲート信号生成部330に供給する。回転数演算回路320は、回転子のd軸電流予測値idr(n+1)およびq軸電流予測値iqr(n+1)とに基づいて、模擬対象モータの演算電気角速度ωを演算する。ゲート信号生成部330は、PWMコンバータ305の主回路305Mの上アームスイッチング素子3051〜3053と下アームスイッチング素子3054〜3056に供給するゲート信号のPWM制御を行うことにより、PWMコンバータ305にインダクタL、L、Lを介して出入りする電流i、i、iを相電流指令値i 、i 、i に一致させる。 The current command calculation circuit 310 takes in the voltage values of the three-phase AC voltages v u , v v , and v w from the voltage detection unit 306 at a predetermined sampling time interval, and is simulated by a rotation speed calculation circuit 320 described later. The calculated electric angular velocity ω r of the target motor is taken in, and the predicted d-axis current value i ds (n + 1) and the predicted q-axis current value i qs (n + 1) flowing in the stator of the simulation target motor, and flowing in the rotor of the simulation target motor. The predicted d-axis current value i dr (n + 1), predicted q-axis current value i qr (n + 1), and phase current command values i u * , i v * , i w * are calculated. Then, the current command calculation circuit 310 includes the stator d-axis current prediction value i ds (n + 1) and the q-axis current prediction value i qs (n + 1), and the rotor d-axis current prediction value i dr (n + 1) and q. The shaft current predicted value i qr (n + 1) is supplied to the rotation speed calculation circuit 320 and the phase current command values i u * , i v * , i w * are supplied to the gate signal generation unit 330. The rotation speed calculation circuit 320 calculates the calculated electrical angular velocity ω r of the simulation target motor based on the rotor d-axis current predicted value i dr (n + 1) and the q-axis current predicted value i qr (n + 1). The gate signal generation unit 330 performs PWM control of the gate signal supplied to the upper arm switching elements 3051 to 3053 and the lower arm switching elements 3054 to 3056 of the main circuit 305M of the PWM converter 305, thereby causing the inductor L u to be supplied to the PWM converter 305. , L v , L w , and the currents i u , i v , i w that enter and exit are made to coincide with the phase current command values i u * , i v * , i w * .

回転数演算回路320により演算された模擬対象モータの演算電気角速度ωは、電流指令演算回路310と試験用インバータ303に供給される。試験用インバータ303内の制御回路(図示略)は、模擬対象モータの演算電気角速度ωと試験用インバータ303の3相出力電流の電流値に基づいて、試験用インバータ303が模擬対象モータを駆動している場合と同様なPWM制御を主回路303Mに対するゲート信号について行う。 The calculated electrical angular velocity ω r of the simulation target motor calculated by the rotation speed calculation circuit 320 is supplied to the current command calculation circuit 310 and the test inverter 303. A control circuit (not shown) in the test inverter 303 drives the simulation target motor based on the calculated electrical angular velocity ω r of the simulation target motor and the current value of the three-phase output current of the test inverter 303. The same PWM control as in the case of the above is performed on the gate signal for the main circuit 303M.

特開2000−224866号公報JP 2000-224866 A

ところで、上述した特許文献1に開示の技術では、電流指令演算回路310および回転数演算回路320により模擬対象モータの等価回路の挙動を求める演算を行う。この演算を行うためには高速の演算装置が必要であり、コストが嵩む問題がある。一方、試験用インバータに関しては、例えば模擬対象モータの駆動時における試験用インバータの効率、発熱量等のみの評価を行う場合があり、そのような評価に高いコストが必要になるのは適切でない。   By the way, in the technique disclosed in Patent Document 1 described above, the current command calculation circuit 310 and the rotation speed calculation circuit 320 perform calculation to determine the behavior of the equivalent circuit of the simulation target motor. In order to perform this calculation, a high-speed calculation device is required, which increases the cost. On the other hand, with respect to the test inverter, for example, only the efficiency of the test inverter when driving the simulation target motor, the amount of heat generation, and the like may be evaluated, and it is not appropriate that high cost is required for such evaluation.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、高いコストの掛からない簡易な構成で試験用インバータの評価を行うことができる負荷模擬装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object thereof is to provide a load simulation device that can evaluate a test inverter with a simple configuration that does not require high costs.

この発明は、試験用インバータの交流端子に対してインダクタを介して交流端子が接続されるインバータ主回路と、電流振幅指令により指示された振幅を有するとともに前記試験用インバータの出力電圧に対して位相角指令により指示された位相角を有する交流電流を前記試験用インバータから前記インバータ主回路に流す前記インバータ主回路の制御を行うインバータ制御部とを具備することを特徴とする負荷模擬装置を提供する。   The present invention relates to an inverter main circuit in which an AC terminal is connected to an AC terminal of a test inverter via an inductor, and has an amplitude indicated by a current amplitude command and a phase with respect to an output voltage of the test inverter. Provided is a load simulation device comprising: an inverter control unit that controls the inverter main circuit that causes an alternating current having a phase angle specified by an angle command to flow from the test inverter to the inverter main circuit. .

この発明によれば、インバータ制御部による制御の下、電流振幅指令により指示された振幅を有するともに試験用インバータの出力電圧に対して位相角指令により指示された位相角を有する交流電流が試験用インバータからインバータ主回路に出力される。このインバータ制御部による制御は低コストの簡易な演算手段により実現可能である。従って、この発明によれば、高いコストの掛からない簡易な構成で、試験用インバータの効率や発熱量等の評価を行うことが可能になる。   According to the present invention, under the control of the inverter control unit, the alternating current having the amplitude specified by the current amplitude command and having the phase angle specified by the phase angle command with respect to the output voltage of the test inverter is used for the test. Output from the inverter to the inverter main circuit. The control by the inverter control unit can be realized by a low-cost simple arithmetic means. Therefore, according to the present invention, it is possible to evaluate the efficiency of the test inverter, the heat generation amount, and the like with a simple configuration that does not require high costs.

この発明の一実施形態による負荷模擬装置を利用した試験システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the test system using the load simulation apparatus by one Embodiment of this invention. 従来のインバータの試験システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the test system of the conventional inverter. 従来の負荷模擬装置を用いた試験システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the test system using the conventional load simulation apparatus. 同試験システムにおける試験用インバータおよびPWMコンバータの主回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the main circuit of the test inverter and PWM converter in the test system.

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。
図1は、この発明の一実施形態である負荷模擬装置10を利用したインバータの試験システムの構成を示すブロック図である。図1において、交流電源1が出力する3相交流電力は絶縁トランス2を介して試験用インバータ3に与えられる。試験用インバータ3は、絶縁トランス2を介して供給される交流電力を内蔵のコンバータにより直流電力に変換し、この直流電力を3相交流電力に変換して出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an inverter test system using a load simulator 10 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, three-phase AC power output from an AC power source 1 is applied to a test inverter 3 via an insulating transformer 2. The test inverter 3 converts AC power supplied via the insulating transformer 2 into DC power by a built-in converter, converts this DC power into three-phase AC power, and outputs the DC power.

試験用インバータ3が出力する3相交流電力はインダクタL、L、Lを各々介してインバータ主回路4の3相交流端子に供給される。ここで、インダクタL、L、Lは、模擬対象モータの固定子巻線に介在するインダクタを模擬したものである。本実施形態における模擬対象モータは、誘導電動機であってもよく、同期電動機であってもよい。 The three-phase AC power output from the test inverter 3 is supplied to the three-phase AC terminal of the inverter main circuit 4 through the inductors L u , L v , and L w . Here, the inductors L u , L v and L w simulate the inductors interposed in the stator windings of the simulation target motor. The simulation target motor in the present embodiment may be an induction motor or a synchronous motor.

インバータ主回路4は、インバータ制御部100による制御の下、回生コンバータ5から供給される直流電力のスイッチングを行い、模擬対象モータが発生する逆起電力に相当する3相交流電圧を3相交流端子に発生する。回生コンバータ5は、交流電源1から供給される3相交流電力を直流電力に変換してインバータ主回路4に供給する一方、インバータ主回路4において発生する余剰な交流電力を交流電源1に回生する。   The inverter main circuit 4 switches the DC power supplied from the regenerative converter 5 under the control of the inverter control unit 100, and applies a three-phase AC voltage corresponding to the counter electromotive force generated by the simulation target motor to the three-phase AC terminal. Occurs. The regenerative converter 5 converts the three-phase AC power supplied from the AC power source 1 into DC power and supplies it to the inverter main circuit 4, while regenerating surplus AC power generated in the inverter main circuit 4 to the AC power source 1. .

電圧検出部6は、試験用インバータ3が出力する3相の交流電圧の電圧値v、v、vを検出する回路である。また、電流検出部7は、インダクタL、L、Lを介してインバータ主回路4の3相交流端子に供給される3相の交流電流の電流値i、i、iを検出する回路である。 The voltage detector 6 is a circuit that detects the voltage values v u , v v , and v w of the three-phase AC voltage output from the test inverter 3. Further, the current detection unit 7 obtains the current values i u , i v , i w of the three-phase alternating current supplied to the three-phase alternating current terminal of the inverter main circuit 4 via the inductors L u , L v , L w. It is a circuit to detect.

試験用インバータ3は、前掲図4の試験用インバータの主回路303Mと同様な主回路を有する。また、インバータ主回路4は、前掲図4の主回路305Mと同様な構成の主回路である。   The test inverter 3 has a main circuit similar to the main circuit 303M of the test inverter shown in FIG. The inverter main circuit 4 is a main circuit having the same configuration as the main circuit 305M in FIG.

前掲図3の試験システムでは、試験用インバータ303の主回路303MとPWMコンバータ305の主回路305Mとを電気的に絶縁するために、試験用インバータ303とPWMコンバータ305との間に絶縁トランス304が設けられていた。しかし、本実施形態では、試験用インバータ3とインバータ主回路4との間に絶縁トランスは設けられていない。その代わりに本実施形態では、交流電源1および回生コンバータ5を試験用インバータ3から電気的に絶縁する絶縁トランス2が設けられている。   In the test system shown in FIG. 3, an insulating transformer 304 is provided between the test inverter 303 and the PWM converter 305 in order to electrically insulate the main circuit 303M of the test inverter 303 from the main circuit 305M of the PWM converter 305. It was provided. However, in this embodiment, no insulating transformer is provided between the test inverter 3 and the inverter main circuit 4. Instead, in this embodiment, an insulating transformer 2 is provided that electrically insulates the AC power supply 1 and the regenerative converter 5 from the test inverter 3.

本実施形態では、交流電源1および回生コンバータ5を試験用インバータ3から電気的に絶縁する絶縁トランス2を設けることにより、試験用インバータ3の主回路の高電位電源線および低電位電源線に電力を供給する直流電源と、インバータ主回路4の高電位電源線および低電位電源線に電力を供給する直流電源の両方をフローティング状態としている。従って、上述した短絡電流が発生することはない。なお、絶縁トランス2は、図1において破線で示すように、回生コンバータ5の3相交流端子と交流電源1の3相交流端子との間に設けてもよい。   In this embodiment, by providing an insulating transformer 2 that electrically insulates the AC power supply 1 and the regenerative converter 5 from the test inverter 3, power is supplied to the high potential power line and the low potential power line of the main circuit of the test inverter 3. Both the DC power supply that supplies power and the DC power supply that supplies power to the high potential power line and the low potential power line of the inverter main circuit 4 are in a floating state. Therefore, the short-circuit current described above does not occur. The insulating transformer 2 may be provided between the three-phase AC terminal of the regenerative converter 5 and the three-phase AC terminal of the AC power supply 1 as indicated by a broken line in FIG.

図1において、インバータ主回路4、インダクタL、L、L、電圧検出部6、電流検出部7およびインバータ制御部100は、本実施形態による負荷模擬装置10を構成している。ここで、インバータ制御部100は、インバータ主回路4とインダクタL、L、Lとにより、模擬対象モータの電気的特性を実現するためのインバータ主回路4の制御を行う手段である。以下、インバータ制御部100の詳細について説明する。 In FIG. 1, an inverter main circuit 4, inductors L u , L v , L w , a voltage detection unit 6, a current detection unit 7, and an inverter control unit 100 constitute a load simulation device 10 according to the present embodiment. Here, the inverter control unit 100 is means for controlling the inverter main circuit 4 for realizing the electrical characteristics of the simulation target motor by the inverter main circuit 4 and the inductors L u , L v , and L w . Details of the inverter control unit 100 will be described below.

インバータ制御部100には、電流振幅指令Iおよび位相角指令φが図示しない外部コントローラ等から入力される。ここで、電流振幅指令Iは、インバータ主回路4の3相交流端子に流れ込む3相交流電流の電流値を指示する指令値である。また、位相角指令φは、インバータ主回路4の3相交流端子に発生する3相交流電圧とインバータ主回路4の3相交流端子に流れ込む3相交流電流との間の位相角を指示する指令値である。インバータ制御部100は、電流振幅指令Iにより指示された振幅を有するともに試験用インバータ3の出力電圧に対して位相角指令φにより指示された位相角を有する交流電流を試験用インバータ3からインバータ主回路4に流すためのインバータ主回路4の制御を行う。 A current amplitude command I * and a phase angle command φ * are input to the inverter control unit 100 from an external controller or the like (not shown). Here, the current amplitude command I * is a command value that indicates the current value of the three-phase alternating current flowing into the three-phase alternating current terminal of the inverter main circuit 4. The phase angle command φ * indicates the phase angle between the three-phase AC voltage generated at the three-phase AC terminal of the inverter main circuit 4 and the three-phase AC current flowing into the three-phase AC terminal of the inverter main circuit 4. It is a command value. The inverter control unit 100 generates an alternating current from the test inverter 3 having an amplitude indicated by the current amplitude command I * and having a phase angle indicated by the phase angle command φ * with respect to the output voltage of the test inverter 3. Control of the inverter main circuit 4 for flowing through the inverter main circuit 4 is performed.

このインバータ制御部100において、三角関数演算部101は、位相角指令φから余弦値cosφと正弦値sinφを算出する。成分分離部102は、電流振幅指令Iおよび位相角指令φにより定まる電流ベクトルを模擬対象モータのd軸(回転子の磁極方向の軸)方向の成分と、q軸(d軸に直交する方向の軸)の成分に分離し、d軸方向の成分を指示するd軸電流指令i とq軸方向の成分を指示するq軸電流指令i を出力する。 In the inverter control unit 100, the trigonometric function calculation unit 101 calculates a cosine value cosφ * and a sine value sinφ * from the phase angle command φ * . The component separation unit 102 converts the current vector determined by the current amplitude command I * and the phase angle command φ * to a component in the d-axis (axis of the rotor magnetic pole direction) direction of the simulation target motor and the q-axis (perpendicular to the d-axis). And a d-axis current command i d * indicating the d-axis direction component and a q-axis current command i q * indicating the q-axis direction component are output.

減算部103dは、d軸電流指令i から後述する座標変換部108が出力するd軸電流値iを減算し、両者の差分値を出力する。また、減算部103qは、q軸電流指令i から後述する座標変換部108が出力するq軸電流値iを減算し、両者の差分値を出力する。 Subtraction unit 103d subtracts the d-axis current value i d of the coordinate conversion unit 108 to be described later from the d-axis current command i d * is outputted, and outputs both the difference value. In addition, the subtracting unit 103q subtracts a q-axis current value i q output from the coordinate conversion unit 108, which will be described later, from the q-axis current command i q *, and outputs a difference value therebetween.

電流制御部104は、減算部103dおよび103qが出力する各差分値をゼロにするd軸電圧指令v およびq軸電圧指令v を生成する。具体的には、電流制御部104は、PI制御器により、減算部103dおよび103qが出力する各差分値からd軸電圧指令v およびq軸電圧指令v を各々生成する。 The current control unit 104 generates a d-axis voltage command v d * and a q-axis voltage command v q * that make each difference value output from the subtraction units 103 d and 103 q zero. Specifically, the current control unit 104 generates a d-axis voltage command v d * and a q-axis voltage command v q * from the difference values output from the subtraction units 103 d and 103 q by the PI controller.

座標変換部105には、後述する角度検出部107から出力電圧位相角θが供給される。この出力電圧位相角θは、試験用インバータ3の3相交流端子の出力電圧の位相角である。本実施形態では、試験用インバータ3の3相交流端子の出力電圧の位相に同期して模擬対象モータの回転子が回転することを前提としている。従って、出力電圧位相角θは、模擬対象モータの回転子の角度の推定値としての役割を果たす。そこで、座標変換部105は、この出力電圧位相角θに基づいて、d軸およびq軸を有する2軸座標系からu軸、v軸、w軸を有する3軸座標系への座標変換処理をd軸電圧指令v およびq軸電圧指令v に施す。この座標変換処理により、模擬対象モータの固定子のU相、V相、W相の各巻線に供給すべき相電圧を指示する相電圧指令v 、v 、v が生成される。 The coordinate conversion unit 105 is supplied with an output voltage phase angle θ from an angle detection unit 107 described later. This output voltage phase angle θ is the phase angle of the output voltage of the three-phase AC terminal of the test inverter 3. In the present embodiment, it is assumed that the rotor of the simulation target motor rotates in synchronization with the phase of the output voltage of the three-phase AC terminal of the test inverter 3. Therefore, the output voltage phase angle θ serves as an estimated value of the rotor angle of the simulation target motor. Therefore, the coordinate conversion unit 105 performs a coordinate conversion process from the biaxial coordinate system having the d axis and the q axis to the triaxial coordinate system having the u axis, the v axis, and the w axis based on the output voltage phase angle θ. This is applied to the d-axis voltage command v d * and the q-axis voltage command v q * . By this coordinate conversion processing, phase voltage commands v u * , v v * , and v w * are generated that indicate phase voltages to be supplied to the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the stator of the simulation target motor. The

ゲート信号生成部106は、相電圧指令v 、v 、v を用いて、インバータ主回路4の上アームスイッチング素子に供給するゲート信号Su1、Sv1、Sw1と、下アームスイッチング素子に供給するゲート信号Su2、Sv2、Sw2のパルス幅変調を行う。 The gate signal generation unit 106 uses the phase voltage commands v u * , v v * , v w * to supply the gate signals S u1 , S v1 , S w1 to be supplied to the upper arm switching element of the inverter main circuit 4, Pulse width modulation of the gate signals S u2 , S v2 and S w2 supplied to the arm switching element is performed.

角度検出部107には、電圧検出部6が検出した試験用インバータ3の出力電圧値v、v、vが供給される。角度検出部107は、出力電圧値v、v、vに基づき、上述した出力電圧位相角θを検出する。出力電圧位相角θの検出方法には各種の方法が考えられるが、例えばU相の出力電圧値vの波形のゼロクロス点に同期した鋸歯状波等の周期波形をPLL(位相同期ループ)により生成し、この周期波形の波形値から出力電圧位相角θを算出してもよい。あるいはU相出力電圧vに対してπ/2だけ位相の進んだ信号(U相出力電圧vがsinθである場合にcosθに相当)を生成し、この信号とU相出力電圧vとの比からtanθを求め、θ=tan−1(tanθ)なる演算により出力電圧位相角θを算出してもよい。角度検出部107は、このようにして得た出力電圧位相角θを上述した座標変換部105と座標変換部108に供給する。 The output voltage values v u , v v , v w of the test inverter 3 detected by the voltage detector 6 are supplied to the angle detector 107. The angle detection unit 107 detects the above-described output voltage phase angle θ based on the output voltage values v u , v v , and v w . Various methods are conceivable as a method for detecting the output voltage phase angle θ. For example, a periodic waveform such as a sawtooth wave synchronized with the zero cross point of the waveform of the U-phase output voltage value v u is obtained by a PLL (phase locked loop). The output voltage phase angle θ may be calculated from the waveform value of the periodic waveform. Alternatively, a signal whose phase is advanced by π / 2 with respect to the U-phase output voltage v u (corresponding to cos θ when the U-phase output voltage v u is sin θ) is generated, and this signal and the U-phase output voltage v u The output voltage phase angle θ may be calculated by calculating tan θ from the ratio and calculating θ = tan −1 (tan θ). The angle detection unit 107 supplies the output voltage phase angle θ thus obtained to the coordinate conversion unit 105 and the coordinate conversion unit 108 described above.

座標変換部108には、インダクタL、L、Lを介してインバータ主回路4に供給されるU、V、Wの各相の電流値i、i、iが電流検出部7から供給される。座標変換部108は、出力電圧位相角θに基づいて、U軸、V軸、W軸を有する3軸座標系からd軸およびq軸を有する2軸座標系への座標変換処理をU、V、Wの各相の電流値i、i、iに施し、d軸電流値iおよびq軸電流値iを生成する。そして、座標変換部108は、このd軸電流値iおよびq軸電流値iを上述した減算部103dおよび103qに各々供給する。
以上がインバータ制御部100の詳細である。
The coordinate conversion unit 108, an inductor L u, L v, L U which w is supplied to the inverter main circuit 4 through, V, the current value of each phase i u of W, i v, i w are current detector 7 is supplied. Based on the output voltage phase angle θ, the coordinate conversion unit 108 performs coordinate conversion processing from a three-axis coordinate system having a U-axis, a V-axis, and a W-axis to a two-axis coordinate system having a d-axis and a q-axis. , W are applied to the current values i u , i v , i w of each phase to generate a d-axis current value i d and a q-axis current value i q . The coordinate transformation unit 108, respectively supplies the d-axis current value i d and the q-axis current value i q to the subtraction unit 103d and 103q described above.
The details of the inverter control unit 100 have been described above.

本実施形態では、負荷模擬装置10の電流制御性能を試験用インバータ3の電流制御性能よりも高くしている。これには2つの理由がある。第1の理由は、制御で用いる出力電圧位相角θを高速に演算しなければ、試験用インバータ3の出力電圧変動に出力電流を追従させることができなくなるからである。第2の理由は、インダクタL、L、Lに流れる電流のリプルが大きくなると、制御が不安定になる恐れがあるからである。目安として、試験用インバータ3のスイッチング周波数がfi、試験用インバータ3の制御周期が1/fiである場合に、負荷模擬装置10のインバータ主回路4のスイッチング周波数を2fi以上とし、制御周期を1/2fi以下とする。このように、負荷模擬装置10のインバータ主回路4のスイッチング周波数を試験用インバータ3のスイッチング周波数の倍以上とすることにより、試験システムでは、ナイキスト周波数による折り返し雑音の影響を受けることなく、制御系を安定させ、インダクタL、L、Lに流れる電流のリプル等の影響を防止することができる。
以上が本実施形態の詳細である。
In the present embodiment, the current control performance of the load simulation device 10 is made higher than the current control performance of the test inverter 3. There are two reasons for this. The first reason is that the output current cannot follow the output voltage fluctuation of the test inverter 3 unless the output voltage phase angle θ used in the control is calculated at high speed. The second reason is that if the ripple of the current flowing through the inductors L u , L v and L w becomes large, the control may become unstable. As a guide, when the switching frequency of the test inverter 3 is fi and the control cycle of the test inverter 3 is 1 / fi, the switching frequency of the inverter main circuit 4 of the load simulator 10 is set to 2 fi or more, and the control cycle is 1 / 2fi or less. In this way, by setting the switching frequency of the inverter main circuit 4 of the load simulation device 10 to be more than twice the switching frequency of the test inverter 3, the test system is not affected by aliasing noise due to the Nyquist frequency. And the influence of ripples of the current flowing in the inductors L u , L v , and L w can be prevented.
The above is the details of the present embodiment.

本実施形態によれば、インバータ制御部100による制御の下、電流振幅指令Iにより指示された振幅を有するともに試験用インバータ3の出力電圧に対して位相角指令φにより指示された位相角を有する交流電流が試験用インバータ3からインバータ主回路4に出力される。このインバータ制御部100による制御は、制御のための演算量が少なく、低コストの簡易な演算手段により実現可能である。従って、本実施形態によれば、高いコストの掛からない簡易な構成で、試験用インバータ3の効率や発熱量等の評価を行うことが可能になる。 According to the present embodiment, under the control of the inverter control unit 100, the phase angle indicated by the phase angle command φ * having the amplitude indicated by the current amplitude command I * and the output voltage of the test inverter 3 is indicated. Is output from the test inverter 3 to the inverter main circuit 4. The control by the inverter control unit 100 has a small amount of calculation for control, and can be realized by simple calculation means at low cost. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to evaluate the efficiency and the amount of heat generated by the test inverter 3 with a simple configuration that does not require high costs.

また、本実施形態では、負荷模擬装置10のスイッチング周波数を試験用インバータ3のスイッチング周波数の倍以上としているので、試験システムの制御系を安定させ、インダクタL、L、Lに流れる電流のリプル等の影響を防止することができる。 In this embodiment, since the switching frequency of the load simulator 10 is set to be more than twice the switching frequency of the test inverter 3, the control system of the test system is stabilized and the currents flowing through the inductors L u , L v , L w It is possible to prevent the influence of ripples and the like.

また、本実施形態では、絶縁トランス2を交流電源1と試験用インバータ3との間または交流電源1と回生コンバータ5との間に設けるので、絶縁トランス2として、交流電源1の交番周波数付近の周波数帯域に対応した安価な絶縁トランスを使用することが可能である。従って、試験システムを安価にすることができる。   In the present embodiment, since the insulating transformer 2 is provided between the AC power source 1 and the test inverter 3 or between the AC power source 1 and the regenerative converter 5, the insulating transformer 2 is provided near the alternating frequency of the AC power source 1. It is possible to use an inexpensive insulating transformer corresponding to the frequency band. Therefore, the test system can be made inexpensive.

1……交流電源、2……絶縁トランス、3……試験用インバータ、4……インバータ主回路、5……回生コンバータ、6……電圧検出部、7……電流検出部、L,L,L……インダクタ、10……負荷模擬装置、100……インバータ制御部、101……三角関数演算部、102……成分分離部、103d,103q……減算部、104……電流制御部、105,108……座標変換部、106……ゲート信号生成部、107……角度検出部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AC power source, 2 ... Insulation transformer, 3 ... Test inverter, 4 ... Inverter main circuit, 5 ... Regenerative converter, 6 ... Voltage detection part, 7 ... Current detection part, Lu , L v , L w …… Inductor, 10 …… Load simulation device, 100 …… Inverter control unit, 101 …… Trigonometric function calculation unit, 102 …… Component separation unit, 103 d, 103 q …… Subtraction unit, 104 …… Current control , 105, 108 ... coordinate conversion unit, 106 ... gate signal generation unit, 107 ... angle detection unit.

Claims (1)

試験用インバータの交流端子に対してインダクタを介して交流端子が接続されるインバータ主回路と、
電流振幅指令により指示された振幅を有するとともに前記試験用インバータの出力電圧に対して位相角指令により指示された位相角を有する交流電流を前記試験用インバータから前記インバータ主回路に流す前記インバータ主回路の制御を行うインバータ制御部と
前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記試験用インバータの出力電圧を検出する電圧検出部とを具備し、
前記インバータ制御部は、
前記出力電圧の位相角を検出する角度検出部と、
前記電流振幅指令により指示された振幅と前記位相角指令により指示された位相角を有する電流を直交2軸の成分に分離する成分分離部と、
前記角度検出部により検出される位相角に基づき、前記電流検出部により検出された電流を前記直交2軸の成分に変換する第1の座標変換部と、
前記成分分離部により得られた直交2軸の成分と前記第1の座標変換部により得られた直交2軸の成分との差分に基づいて、前記直交2軸の電圧指令を生成する電流制御部と、
前記角度検出部により検出された位相角に基づき、前記直交2軸の電圧指令を前記インバータ主回路の出力電圧を指示する電圧指令に変換する第2の座標変換部と、
前記第2の座標変換部により得られた電圧指令に基づいて、前記インバータ主回路をスイッチング駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部とを具備し、
前記試験用インバータのスイッチング周波数より高いスイッチング周波数で前記インバータ主回路のスイッチング駆動を行うことを特徴とする負荷模擬装置。

An inverter main circuit in which the AC terminal is connected to the AC terminal of the test inverter via an inductor;
The inverter main circuit having an amplitude instructed by a current amplitude command and an alternating current having a phase angle instructed by a phase angle command with respect to an output voltage of the test inverter from the test inverter to the inverter main circuit an inverter control unit for controlling the,
A current detector for detecting a current flowing through the inductor;
A voltage detector for detecting the output voltage of the test inverter;
The inverter control unit
An angle detector for detecting a phase angle of the output voltage;
A component separation unit that separates a current having an amplitude instructed by the current amplitude command and a phase angle instructed by the phase angle command into orthogonal biaxial components;
A first coordinate conversion unit that converts the current detected by the current detection unit into the orthogonal biaxial component based on the phase angle detected by the angle detection unit;
A current control unit that generates the orthogonal biaxial voltage command based on the difference between the orthogonal biaxial component obtained by the component separation unit and the orthogonal biaxial component obtained by the first coordinate conversion unit. When,
A second coordinate converter that converts the orthogonal two-axis voltage command into a voltage command that indicates the output voltage of the inverter main circuit based on the phase angle detected by the angle detector;
A gate signal generation unit that generates a gate signal for switching and driving the inverter main circuit based on the voltage command obtained by the second coordinate conversion unit;
A load simulator for switching driving the inverter main circuit at a switching frequency higher than the switching frequency of the test inverter .

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