JP6590595B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の負荷に入力される電圧または電流を測定するための技術に関する。

従来から、機器の電気負荷に入力される電圧または電流を測定するための技術が知られている。たとえば、特開平０８−９５４８号公報（特許文献１）には、空気調和機の制御装置が開示されている。特開平０８−９５４８号公報（特許文献１）によると、インバータ装置では交流電源電圧をフィルタ回路に通し、整流回路および平滑回路で所定の直流電圧に変換し、インバータ回路で交流電圧に変換して圧縮機に供給する。入力電流はカレントトランス及び入力電流検出回路で検出し、インバータ回路の直流入力電圧は分圧抵抗器及び直流電圧検出回路で検出する。マイクロコンピュータには各運転周波数に対する入力電流の上限値と、直流入力電圧が過電流により低下した場合の判定基準値とを記憶させておく。過電流の時はインバータ制御を停止する。

特開平０８−９５４８号公報

しかしながら、従来の技術では、電流および電圧を測定するために、電圧検出回路および電流検出回路が共に必要であった。そこで、本発明は、従来よりも少ない部材で、電流および電圧を測定することができる電気機器を提供することを目的とする。

この発明のある態様に従うと、負荷に並列に接続される抵抗と、前記抵抗のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチと、前記負荷および前記抵抗に直列に接続されるカレントトランスと、前記カレントトランスを介して電圧または電流を取得し、前記スイッチをＯＦＦしたときの電流と、前記スイッチをＯＮしたときの電流とから、入力電流および入力電圧を計算する制御部とを備える、電気機器が提供される。

好ましくは、前記制御部は、前記スイッチをＯＦＦしたときの電流の波形と、前記スイッチをＯＮしたときの電流の波形とから、前記入力電流および入力電圧の波形を取得する。

好ましくは、前記制御部は、前記スイッチをＯＮしたときの電流の波形から、前記スイッチをＯＦＦしたときの電流の波形を減ずることによって、前記入力電流および入力電圧の波形を取得する。

好ましくは、前記制御部は、前記電圧または電流が安定していると判断した際に、前記入力電流および入力電圧を計算する。

好ましくは、前記制御部は、前記スイッチがＯＦＦのときに、前記電圧または電流が安定しているか否かを判断し、前記電圧または電流が安定していると判断した際に、前記スイッチをＯＮして前記入力電流および入力電圧を計算する。

以上のように、本発明によれば、従来よりも少ない部材で、電流および電圧を測定することができる電気機器を提供することができる。

本実施の形態にかかる電気機器１００の負荷１９０近傍のハードウェア構成の概略を示す図である。 本実施の形態にかかるマイクロコンピュータ１１０の処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態にかかる電圧−電流テーブルを示すイメージ図である。 本実施の形態にかかる電圧値や電流値の、平均値からの偏差ΔＶの取得方法を示すイメージ図である。 本実施の形態にかかるスイッチＯＦＦ時の電圧波形と、スイッチＯＮ時の電圧波形との差の波形の取得方法を示すイメージ図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
＜電気機器１００の全体構成＞

まずは、本実施の形態にかかる電気機器１００のハードウェア構成について説明する。より詳細には、電気機器１００の負荷１９０に入力される電流および電圧を測定するための構成について説明する。

図１は、本実施の形態にかかる電気機器１００の負荷１９０近傍のハードウェア構成の概略を示す図である。電気機器１００は、空気調和機や、エアコンや、その他の家電などである。電気機器１００の負荷１９０には、フィルタ回路などを介して交流電源から電力が供給される。

図１を参照して、本実施の形態にかかる電気機器１００では、負荷１９０に並列に、既知の抵抗値Ｒを有する抵抗１３０と、スイッチ１４０とが接続される。なお、負荷１９０は、整流回路、平滑回路、インバータ回路、圧縮機などを含む。具体的には、本実施の形態の負荷１９０では、整流回路および平滑回路で変換された所定の直流電圧がインバータ回路に供給され、圧縮機がインバータ制御される。

そして、負荷１９０・抵抗１３０・スイッチ１４０に直列にカレントトランス１２０が配置される。カレントトランス１２０には、マイクロコンピュータ１１０が接続される。具体的には、カレントトランス１２０で検出された入力電流は、直流電圧に変換されてからマイクロコンピュータのＡ／Ｄポートに入力される。

マイクロコンピュータ１１０は、ドライブ回路を制御することによって、インバータ回路の複数のスイッチング素子を制御するものである。

そして特に、本実施の形態においては、マイクロコンピュータ１１０は、スイッチ１４０のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、カレントトランス１２０を介して、スイッチ１４０ＯＮ時の、すなわち抵抗１３０に電流が流れる時の、電圧値および電流値を取得したり、スイッチ１４０ＯＦＦ時の、すなわち抵抗１３０に電流が流れない時の、電圧値および電流値を取得したりすることができる。

これによって、後述するように、本実施の形態にかかるマイクロコンピュータ１１０は、スイッチ１４０のＯＮ／ＯＦＦ時の電流および電圧に基づいて、交流電源から入力される電流波形および電圧波形を取得することができる。
＜マイクロコンピュータ１１０の処理＞

次に、マイクロコンピュータ１１０が電源から入力される電流および電圧を取得するための処理手順について説明する。図２は、本実施の形態にかかるマイクロコンピュータ１１０の処理手順を示すフローチャートである。

図２を参照して、まず、マイクロコンピュータ１１０は、スイッチ１４０をＯＦＦする（ステップＳ１０２）。これによって、抵抗１３０には電流が流れない状態になる。この状態で、マイクロコンピュータ１１０は、カレントトランス１２０を介して電圧値を取得し、電圧波形を取得する（ステップＳ１０４）。マイクロコンピュータ１１０は、取得した電圧値から電流値を計算し、電流波形を取得する（ステップＳ１０６）。

なお、マイクロコンピュータ１１０は、取得した電圧値から電流値を取得するために、図３に示すような電圧−電流変換テーブルをメモリに記憶している。マイクロコンピュータ１１０は、当該テーブルに基づいて、取得した電圧値から電流値を計算する。これによって、マイクロコンピュータ１１０は、電流波形を取得することができる。

本実施の形態においては、マイクロコンピュータ１１０は、電圧波形や電流波形に基づいて、入力電圧や入力電流が安定しているか否かを判断する。具体的には、マイクロコンピュータ１１０は、定期的に、スイッチ１４０がＯＦＦ状態における電圧値や電流値の平均値またはそれらの平均的な波形を計算する。そして、図４に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、最新の電圧値や電流値の、当該平均値からの偏差ΔＶを計算する（ステップＳ１０８）。

マイクロコンピュータ１１０は、当該偏差ΔＶが、所定値以内に収まるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。マイクロコンピュータ１１０は、偏差ΔＶが、所定値以内に収まる場合は、電圧または電流が安定していると判断し、偏差ΔＶが、所定値以内に収まらない場合は、電圧または電流が安定していないと判断する。なお、本実施の形態においては、平均的な波形からの偏差ΔＶに基づいて、電圧または電流の安定を判断しているが、他の方法によって電圧または電流の安定を判断してもよい。

マイクロコンピュータ１１０は、電圧や電流が安定していない場合（ステップＳ１１０にてＮＯの場合）、ステップＳ１０４からの処理を繰り返す。

一方、マイクロコンピュータ１１０は、電圧や電流が安定している場合（ステップＳ１１０にてＹＥＳである場合）、スイッチ１４０をＯＮする（ステップＳ１１２）。これによって、抵抗１３０にも電流が流れるようになる。

この状態で、マイクロコンピュータ１１０は、カレントトランス１２０を介して電圧値を取得し、電圧波形を取得する（ステップＳ１１４）。そして、マイクロコンピュータ１１０は、ステップＳ１０６と同様に、取得した電圧値から電流値を計算することによって、電流波形も取得する（ステップＳ１１６）。

図５に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、ステップＳ１０４にて取得した電流波形と、ステップＳ１１４にて取得した電流波形との差の波形を取得する（ステップＳ１１８）。この差の波形は、交流電源から入力された電流の波形であるといえる。

次に、マイクロコンピュータ１１０は、図３のテーブルに基づいて、電流の波形から電圧波形を取得する（ステップＳ１２０）。この差の波形は、交流電源から入力された電圧の波形であるといえる。マイクロコンピュータ１１０は、上記のようにして、交流電源から入力された電圧の波形や電流の波形を取得することができる。

そして、マイクロコンピュータ１１０は、上記のように取得された、交流電源から入力された電圧の波形や電流の波形に基づいて、力率が向上するように、インバータを制御する（ステップＳ１２２）。なお、力率の制御は、公知の方法を利用することができる。
＜第２の実施の形態＞

図５に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、上記のように取得された交流電源から入力された電圧の波形や電流の波形に基づいて、交流電圧の歪みを抑制するための制御を行う（ステップＳ１２４）ようにしてもよい。なお、交流電圧の歪み制御は、公知の方法を利用することができる。
＜第３の実施の形態＞

図５に示すように、マイクロコンピュータ１１０は、上記のように取得された、交流電源から入力された電圧の波形や電流の波形に基づいて、高調波を測定してもよい。さらに、測定した高調波が所定の範囲内に収まるように追従制御を行う（ステップＳ１２６）ようにしてもよい。なお、高調波の追従制御は、公知の方法を利用することができる。

以上のように、本実施の形態にかかるマイクロコンピュータ１１０は、下記の（式）のように、抵抗１３０に電流を流す場合のカレントトランス１２０に流れる電流Ｉ_ＯＮと、抵抗１３０に電流を流さない場合のカレントトランス１２０に流れる電流Ｉ_ＯＦＦとから、抵抗１３０に流れる電流Ｉ_Ｒを取得することができる。
Ｉ_ＯＮ−Ｉ_ＯＦＦ＝Ｉ_Ｒ・・・（式）

そして、抵抗１３０の電流は、入力される電圧に比例しているので、マイクロコンピュータ１１０は、入力される電圧の波形を取得することができる。

つまり、本実施の形態にかかる電気機器１００は、カレントトランス１２０を利用することによって、入力された交流電源の電流波形と電圧波形とを取得することができる。すなわち、従来よりも少ない部材で、電流および電圧を測定することができ、測定した電流及び電圧を用いる従来と同等の制御が可能になる。
＜まとめ＞

上記の実施の形態においては、電気機器１００は、負荷１９０に並列に接続される抵抗１３０と、前記抵抗１３０のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチ１４０と、前記負荷１９０および前記抵抗１３０に直列に接続されるカレントトランス１２０と、前記カレントトランス１２０を介して電圧または電流を取得し、前記スイッチ１４０をＯＦＦしたときの電流と、前記スイッチ１４０をＯＮしたときの電流とから、入力電流および入力電圧を計算する制御部１１０とを備える。

好ましくは、前記制御部１１０は、前記スイッチ１４０をＯＦＦしたときの電流の波形と、前記スイッチ１４０をＯＮしたときの電流の波形とから、前記入力電流および入力電圧の波形を取得する。

好ましくは、前記制御部１１０は、前記スイッチ１４０をＯＮしたときの電流の波形から、前記スイッチ１４０をＯＦＦしたときの電流の波形を減ずることによって、前記入力電流および入力電圧の波形を取得する。

好ましくは、前記制御部１１０は、前記電圧または電流が安定していると判断した際に、前記入力電流および入力電圧を計算する。

好ましくは、前記制御部１１０は、前記スイッチ１４０がＯＦＦのときに、前記電圧または電流が安定しているか否かを判断し、前記電圧または電流が安定していると判断した際に、前記スイッチ１４０をＯＮして前記入力電流および入力電圧を計算する。

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、上記した説明ではなく、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。

１００ ：電気機器
１１０ ：マイクロコンピュータ
１２０ ：カレントトランス
１３０ ：抵抗
１４０ ：スイッチ
１９０ ：負荷

Claims (3)

1. 負荷に並列に接続される、既知の抵抗値を有する抵抗と、前記抵抗に直列に接続されるスイッチと、からなる直列回路と、
   電源から前記負荷および前記抵抗に電力を供給する線路の電流を取得するためのカレントトランスと、
   前記カレントトランスを利用して、前記スイッチをＯＦＦしたときの前記線路の電流と、前記スイッチをＯＮしたときの前記線路の電流との差分を計算し、前記差分と前記抵抗値とに基づいて前記負荷にかかる入力電圧と前記負荷に流れる入力電流とを計算する制御部とを備える、電気機器。
2. 前記制御部は、前記スイッチをＯＦＦしたときの電流の波形と、前記スイッチをＯＮしたときの電流の波形とから両者の差分の波形を作成し、当該波形と前記抵抗値とに基づいて前記入力電圧の波形を取得する、請求項１に記載の電気機器。
3. 前記制御部は、前記スイッチがＯＦＦのときに、前記カレントトランスを利用して取得した電流が安定しているか否かを判断し、前記電流が安定していると判断した際に、前記スイッチをＯＮして前記入力電圧を計算する、請求項１または２に記載の電気機器。

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