JP3657820B2 - 自励式変換器の試験方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個のスイッチング素子をブリッジ接続して構成される自励式変換器の試験方法および装置に係り、特に小容量の試験設備で、スイッチング素子に実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なえるようにした自励式変換器の試験方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種の従来の自励式変換器の試験方法を実施するための試験装置の構成例を示す回路図である。
【０００３】
図３において、複数個のスイッチング素子を単相ブリッジ接続して、自励式変換器（単相インバータ）１が構成されている。
【０００４】
自励式変換器１の直流側には、直流電力を供給する整流器２が接続され、また自励式変換器１の交流側には、負荷としてのリアクトル３が接続されている。
【０００５】
さらに、リアクトル３に流れる電流（負荷電流）を計測する電流検出手段としての電流計測器４が備えられている。
【０００６】
図３に示す試験装置では、整流器２から、自励式変換器１およびリアクトル３の損失分の直流電力を供給しながら、定格直流電圧を維持する。
【０００７】
自励式変換器１は、定格運転状態、すなわち定格周波数、定格電流、定格出力電圧で運転される。
【０００８】
リアクトル３には、定格出力電圧において定格電流が流れるインダクタンス値が選定される。
【０００９】
図４は、自励式変換器１の１相分の構成例を示す回路図である。
【００１０】
図４において、スイッチング素子５−１，５−２には、ダイオード６−１，６−２が逆並列に接続されており、さらにダイオードＤ−１，Ｄ−２とコンデンサＣ−１，Ｃ−２と抵抗Ｒ−１，Ｒ−２とからなるスナバ回路が並列に接続されている。
【００１１】
図５は、従来の自励式変換器の試験装置の動作を説明するための波形図である。
【００１２】
図５において、（ａ）は三角波の搬送波と電圧基準を示し、（ｂ）は出力線間電圧を示し、（ｃ）はリアクトル３に流れる電流を示し、（ｄ）はスイッチング素子５−１，５−２を流れる電流を示す。
【００１３】
スイッチング素子５−１のオン・オフは、三角波の搬送波と電圧基準値である正弦波との比較で決定され、電圧基準値の値が搬送波よりも大きい場合にはオンとなる。
【００１４】
単相ブリッジ接続された自励式変換器１の場合には、任意の１相（第１相）に対して、残りの１相（第２相）は１８０度遅れた電圧基準値が与えられ、スイッチング素子のスイッチングが決定される。
【００１５】
図５において、（ｄ）はスイッチング素子５−１とダイオード６−１に流れる電流であり、正側はスイッチング素子５−１に流れる電流であり、負側はダイオード６−１に流れる電流である。
【００１６】
かかる構成の自励式変換器１の試験装置による試験方法においては、リアクトル３を負荷としているため、負荷力率はゼロであり、電流は電圧から９０度位相遅れとなる。
【００１７】
従って、電流の２分の１はスイッチング素子５−１に流れ、残りの２分の１はダイオード６−１に流れる。
【００１８】
このような方法によれば、少ない電力で自励式変換器１を定格状態で運転できるため、一般的に自励式変換器の試験方法として多く実施されてきている。
【００１９】
特に、大容量の自励式変換器においては、電源系統に接続したり、定格容量の抵抗負荷を準備することが不可能であることから、製造者における試験方法として広く行なわれている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自励式変換器の試験装置による試験方法においては、次のような問題点がある。
【００２１】
本来、自励式変換器１が有効電力を出力している時のスイッチング素子５−１に流れる電流は、図６に示す通りである。
【００２２】
すなわち、従来の試験方法における電流波形の方が明らかに楽になっている。このため、従来の試験方法では、実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なっているとは言えない。
【００２３】
また、電圧基準値を実際の運転状態に合わせるためには、リアクトル３のインダクタンス値を製品毎に準備する必要があり、非常に不経済である。
【００２４】
さらに、従来の試験方法では、正弦波状の交流電流を通電することはできるが、直流電流、またはパルス状の短時間の直流電流の通電をすることは不可能であり、実機で正弦波以外の電流が流れる場合の評価試験を実施することができない。
【００２５】
本発明の目的は、小容量の試験設備で、スイッチング素子に実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なうことが可能な、経済性および信頼性の高い自励式変換器の試験方法および装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、複数個のスイッチング素子を単相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の負荷側に、負荷としてのリアクトルを接続し、かつ当該リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段を備えて、自励式変換器の試験を行なう方法において、自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、自励式変換器の残りの１相（第２相）を第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する。
【００２７】
また、請求項２の発明では、複数個のスイッチング素子を単相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の試験を行なう装置において、自励式変換器の負荷側に接続された負荷としてのリアクトルと、リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段と、自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、電流検出手段により検出された電流検出値に基づいて前記自励式変換器の残りの１相（第２相）を前記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する手段とを備えている。
【００２８】
従って、請求項１および請求項２の発明の自励式変換器の試験方法および装置においては、単相ブリッジ接続された自励式変換器の第１相を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、第２相を第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御することにより、第１相の通電電流を実際の運転状態と同じ状態に作り出すことができ、スイッチング素子に実際の運転と等価な責務を与えた試験を行なうことができる。
また、試験回路には、負荷としてリアクトルを備えるだけであるため、電力は、従来の自励式変換器の試験と同様に、自励式変換器の損失とリアクトルの損失分だけで済み、大きな電力を必要としない。
さらに、第２相の調整によって、リアクトルのインダクタンス値がどのような値でも必要な電流値に調整することが可能であるため、リアクトルのインダクタンス値を製品毎に調整する必要がなくなる。
さらにまた、リアクトルのインダクタンス値が小さくても定格電流になるように調整ができるため、リアクトルのインダクタンス値は小さなもので良く、試験設備を小さくすることができる。
【００２９】
一方、請求項３の発明では、複数個のスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の負荷側に、負荷としてのリアクトルを接続し、かつ当該リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段を備えて、自励式変換器の試験を行なう方法において、自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、自励式変換器の残りの２相のうちの１相（第２相）を第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する。
【００３０】
また、請求項４の発明では、複数個のスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の試験を行なう装置において、自励式変換器の負荷側に接続された負荷としてのリアクトルと、リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段と、自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、電流検出手段により検出された電流検出値に基づいて自励式変換器の残りの２相のうちの１相（第２相）を第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する手段とを備えている。
【００３１】
従って、請求項３および請求項４の発明の自励式変換器の試験方法および装置においては、三相ブリッジ接続された自励式変換器の第１相を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、第２相を第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御することにより、第１相の通電電流を実際の運転状態と同じ状態に作り出すことができ、スイッチング素子に実際の運転と等価な責務を与えた試験を行なうことができる。
また、試験回路には、負荷としてリアクトルを備えるだけであるため、電力は、従来の自励式変換器の試験と同様に、自励式変換器の損失とリアクトルの損失分だけで済み、大きな電力を必要としない。
さらに、第２相の調整によって、リアクトルのインダクタンス値がどのような値でも必要な電流値に調整することが可能であるため、リアクトルのインダクタンス値を製品毎に調整する必要がなくなる。
さらにまた、リアクトルのインダクタンス値が小さくても定格電流になるように調整ができるため、リアクトルのインダクタンス値は小さなもので良く、試験設備を小さくすることができる。
【００３２】
以上により、小容量の試験設備で、スイッチング素子に実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なうことが可能となり、経済性および信頼性を向上させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による自励式変換器の試験方法を実施するための試験装置の構成例を示すブロック図であり、図３および図４と同一要素には同一符号を付して示している。
【００３５】
図１において、複数個のスイッチング素子を単相ブリッジ接続して、自励式変換器（単相インバータ）１が構成されている。
【００３６】
自励式変換器１の直流側には、直流電力を供給する整流器２が接続され、また自励式変換器１の交流側には、負荷としてのリアクトル３が接続されている。
【００３７】
さらに、リアクトル３に流れる電流（負荷電流）を計測する電流検出手段としての電流計測器４が備えられている。
【００３８】
一方、試験素子である任意の１相（第１相）の電圧基準７と搬送波８とを比較するコンパレータ９−１と、電流指令１０と電流計測器４により計測された電流計測値と、試験素子である相の電圧基準７とを入力とし、電流計測値が電流指令１０に追従するように、残りの相（第２相）の電圧基準を決定する電流制御部１１と、電流制御部１１により決定された電圧基準と搬送波８とを比較するコンパレータ９−２とが備えられている。
【００３９】
図２は、電流制御部１１の構成例を示す回路図である。
【００４０】
すなわち、電流指令１０と電流計測値との差分に、比例ゲインＫｐを乗算回路１２により乗算し、乗算回路１２からの出力とＵ相の電圧基準７とを加算してＶ相の電圧基準とする。本電流制御により、負荷電流を電流指令１０に追従させるようにしている。
【００４１】
次に、以上のように構成した自励式変換器１の試験装置による試験方法について説明する。
【００４２】
以下、ここでは、Ｕ相（第１相）のスイッチング素子５の試験を行なう場合を例として説明する。
【００４３】
本実施の形態では、単相ブリッジ接続された自励式変換器１の任意の１相（第１相）を、所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、自励式変換器１の残りの１相（第２相）を、上記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する。
【００４４】
すなわち、図１に示すように、試験素子（Ｕ相のスイッチング素子５）であるＵ相の電圧基準７を実機の電圧基準と同等の模擬波形とし、このＵ相の電圧基準７と搬送波８とをコンパレータ９−１で比較する。
【００４５】
コンパレータ９−１は、Ｕ相の電圧基準７が搬送波８に比較して大きければ１を出力し、逆に小さければ０を出力する。
【００４６】
コンパレータ９−１が１を出力した時にＵ相をオンし、０を出力した時にＸ相をオンすることにより、Ｕ相、Ｘ相のスイッチングパターンを決定する。
【００４７】
また、試験素子であるＵ相の通電電流が実機相当の電流となるように、電流指令１０を設定する。
【００４８】
この電流指令１０と、電流計測器４により計測した電流計測値と、Ｕ相の電圧基準７とを入力とし、電流計測値が電流指令１０に追従するように、電流制御部１１によりＶ相（第２相）の電圧基準を決定する。
【００４９】
このＶ相の電圧基準と搬送波８とをコンパレータ９−２で比較することにより、Ｖ相、Ｙ相のスイッチングパターンを決定する。
【００５０】
かかる電流制御により、負荷電流を電流指令１０に追従させることができる。
【００５１】
以上のように電流制御することにより、Ｕ相のスイッチング素子５に流れる電流を自由に変えることができる。
【００５２】
上述したように、本実施の形態の自励式変換器１の試験方法では、試験素子であるＵ相（第１相）の残りの相のＶ相（第２相）で負荷電流を制御することにより、試験素子であるＵ相に通電する電流を自由に調整することができ、Ｕ相のスイッチング素子５には、実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なうことが可能となる。
【００５３】
また、自励式変換器１は有効電力を出力していないため、整流器２が供給する電力は、従来と同じく自励式変換器の損失分とリアクトル３の損失分だけで済み、大きな電力を必要としない。
【００５４】
さらに、Ｖ相（第２相）の調整によって、リアクトル３のインダクタンス値がどのような値でも必要な電流値に調整することができるため、リアクトル３のインダクタンス値を製品毎に調整する必要がなくなる。
【００５５】
さらにまた、リアクトル３のインダクタンス値は小さなもので良く、試験設備を小さくすることが可能となる。
【００５６】
以上により、小容量の試験設備で、スイッチング素子に実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なうことが可能となり、経済性および信頼性を向上させることができる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、前述した第１の実施の形態における自励式変換器１を、複数個のスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成されたもの（三相インバータ）としている以外は、その基本的な考え方は、前述した単相ブリッジ接続された自励式変換器１の場合と同様であり、異なるのは第３相の取り扱いである。
【００５８】
本実施の形態では、自励式変換器１の試験を次のようにして行なう。
【００５９】
すなわち、三相ブリッジ接続された自励式変換器（三相インバータ）１の任意の１相（第１相：本例では前述と同様にＵ相）を、所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、自励式変換器１の残りの２相のうちの１相（第２相：本例では前述と同様にＶ相）を、上記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する。
【００６０】
すなわち、第１相（Ｕ相）の電圧基準値７を定格運転状態に設定しておき、第２相（Ｖ相）にて負荷電流を制御する。そして、残りの２相のうちの他の１相 （第３相：本例ではＷ相）は、停止状態にするか、第２相と同じ電圧基準で運転する。
【００６１】
これにより、前述した単相ブリッジ接続された自励式変換器１の場合と同様の作用を奏することができる。
【００６２】
上述したように、本実施の形態の自励式変換器１の試験方法でも、前述した第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることが可能であり、従来と同じ電力でスイッチング素子に実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なうことが可能で、またリアクトル３も小さくて済み、経済性および信頼性の高い試験を行なうことができる。
【００６３】
（他の実施の形態）
前記各実施の形態では、単相ブリッジ接続された自励式変換器（単相インバータ）、または三相ブリッジ接続された自励式変換器（三相インバータ）に、本発明を適用した場合について説明したが、自励式変換器の接続方式にはよらず、どんな接続方式の自励式変換器についても、本発明を前述の場合と同様に適用して同様の効果を得ることが可能である。
【００６４】
例えば、多レベルインバータ方式であってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自励式変換器の試験方法および装置によれば、小容量の試験設備で、スイッチング素子に実際の運転状態と等価な責務を与えた試験を行なうことができ、経済性および信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自励式変換器の試験方法を実施するための試験装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同第１の実施の形態の試験装置における電流制御部１１の構成例を示すブロック図。
【図３】従来の自励式変換器の試験方法を実施するための試験装置の構成例を示す回路図。
【図４】単相インバータの１相分の構成例を示す回路図。
【図５】同従来の自励式変換器の試験方法を実施するための試験装置の動作を説明するための波形図。
【図６】自励式変換器が有効電力を出力している時にスイッチング素子に流れる電流波形図。
【符号の説明】
１…自励式変換器
２…整流器
３…リアクトル
４…電流計測器
５−１，５−２…スイッチング素子
６−１，６−２…ダイオード
７…電圧基準
８…搬送波
９−１，９−２…コンパレータ
１０…電流指令
１１…電流制御部
１２…乗算回路。

Claims (4)

1. 複数個のスイッチング素子を単相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の負荷側に、負荷としてのリアクトルを接続し、かつ当該リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段を備えて、前記自励式変換器の試験を行なう方法において、
   前記自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、
   前記自励式変換器の残りの１相（第２相）を前記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御することを特徴とする自励式変換器の試験方法。
2. 複数個のスイッチング素子を単相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の試験を行なう装置において、
   前記自励式変換器の負荷側に接続された負荷としてのリアクトルと、
   前記リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段と、
   前記自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、前記電流検出手段により検出された電流検出値に基づいて前記自励式変換器の残りの１相（第２相）を前記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する手段と、
   を備えて成ることを特徴とする自励式変換器の試験装置。
3. 複数個のスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の負荷側に、負荷としてのリアクトルを接続し、かつ当該リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段を備えて、前記自励式変換器の試験を行なう方法において、
   前記自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、
   前記自励式変換器の残りの２相のうちの１相（第２相）を前記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御することを特徴とする自励式変換器の試験方法。
4. 複数個のスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成される自励式変換器の試験を行なう装置において、
   前記自励式変換器の負荷側に接続された負荷としてのリアクトルと、
   前記リアクトルに流れる電流（負荷電流）を検出する電流検出手段と、
   前記自励式変換器の任意の１相（第１相）を所定の運転状態におけるスイッチング状態に設定し、前記電流検出手段により検出された電流検出値に基づいて前記自励式変換器の残りの２相のうちの１相（第２相）を前記第１相の通電電流が所定の電流となるように電流制御する手段と、
   を備えて成ることを特徴とする自励式変換器の試験装置。

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