特開 2022-67219 位相誤差キャリブレーション方法とそれを用いたリアクトル損失測定装置及び波形測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022067219

(43)【公開日】2022-05-06

(54)【発明の名称】位相誤差キャリブレーション方法とそれを用いたリアクトル損失測定装置及び波形測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 27/26 20060101AFI20220425BHJP

   H02M 1/12 20060101ALI20220425BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220425BHJP

   G01R 33/12 20060101ALI20220425BHJP

【ＦＩ】

G01R27/26

H02M1/12

H02M7/48 Z

G01R33/12 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020175816

(22)【出願日】2020-10-20

(71)【出願人】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082876

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 一幸

(74)【代理人】

【識別番号】100086807

【弁理士】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(74)【代理人】

【識別番号】100178906

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 充和

(72)【発明者】

【氏名】郭 中為

(72)【発明者】

【氏名】石渡 洋志

【テーマコード（参考）】

2G017

2G028

5H740

5H770

【Ｆターム（参考）】

2G017AD04

2G017BA10

2G017BA15

2G017CA17

2G017CC02

2G028BB07

2G028CG11

2G028CG18

2G028LR10

2G028MS02

5H740AA00

5H740BA11

5H740BB05

5H740BB09

5H740BC01

5H740BC02

5H740JA01

5H740JB01

5H740NN17

5H770DA03

5H770DA41

5H770HA01Z

5H770HA02Y

5H770HA03Y

5H770HA05Y

5H770KA01W

5H770KA01Y

(57)【要約】

【課題】リアクトル損失を高精度に測定可能なリアクトル損失測定装置を提供し、専用励磁電源回路や位相誤差測定装置が不要で、実機運転状態にて測定可能にする。
【解決手段】リアクトル損失測定装置３０，４０は、高周波の駆動信号によりスイッチングして電力変換を行うスイッチング回路１０の出力側に設けられたフィルタ２０用のリアクトル２１～２３のリアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌを測定して測定信号を求める。そして、求めた測定信号により測定回路の位相誤差を算出し、処理部４１，４２にて、その位相誤差の位相調整を行い、演算部４５，４６にて、リアクトル信号の電力演算にてリアクトル損失を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波の駆動信号によりスイッチングして電力変換を行うスイッチング回路の出力側又は入力側に設けられたフィルタ用のリアクトルのリアクトル電圧及びリアクトル電流を測定して測定信号を求め、前記測定信号により測定回路の位相誤差を算出し、前記位相誤差の位相調整を行うことを特徴とする位相誤差キャリブレーション方法。

【請求項2】

高周波の駆動信号によりスイッチングして電力変換を行うスイッチング回路の出力側又は入力側に設けられたフィルタ用のリアクトルのリアクトル電圧及びリアクトル電流を測定して測定信号を求め、前記測定信号により測定回路の位相誤差を算出し、前記位相誤差の位相調整を行い、リアクトル信号の電力演算にてリアクトル損失を算出することを特徴とするリアクトル損失測定装置。

【請求項3】

前記リアクトルに測定用の２次巻線を設け、前記リアクトル電圧を測定することを特徴とする請求項２記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項4】

前記リアクトル電圧又は前記リアクトル電流の位相を所定範囲でシフトさせて信号移相処理を行い、前記信号移相処理における位相シフト量と電力値演算結果の関係により前記測定回路の前記位相誤差を算出することを特徴とする請求項２又は３記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項5】

複数の前記位相シフト量と前記電力値演算結果を用いて、前記各位相シフト量に対応した電力量変化率を算出し、前記電力量変化率の最小値に対応した前記位相シフト量を前記位相誤差とすることを特徴とする請求項４記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項6】

算出された前記位相誤差の値を中心に、複数の前記位相シフト量と前記電力量変化率の値を用いて、前記電力量変化率の２次多項式近似関数を求めることにより、前記位相誤差を算出することを特徴とする請求項５記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項7】

前記２次多項式近似関数を求める演算を所定回数まで繰り返し実行することを特徴とする請求項６記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項8】

前記位相誤差の位相調整結果を、前記信号移相処理のパラメータとし、前記駆動信号におけるスイッチング周期毎の前記リアクトル高周波鉄損を算出することを特徴とする請求項４記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項9】

前記位相誤差の位相調整結果を、前記信号移相処理のパラメータとし、交流周期の前記リアクトル高周波鉄損を算出することを特徴とする請求項４記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項10】

前記位相誤差の位相調整結果を、前記信号移相処理のパラメータとし、交流周期のリアクトル総損失及び銅損を算出することを特徴とする請求項４記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項11】

測定した前記リアクトル電圧及び前記リアクトル電流から高周波信号を除去して前記測定信号を求めることを特徴とする請求項２～１０のいずれか１項記載のリアクトル損失測定装置。

【請求項12】

請求項２～１１のいずれか１項記載のリアクトル損失測定装置の機能を有することを特徴とする波形測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルタ用のリアクトルを有するスイッチング電源装置における位相誤差キャリブレーション方法と、それを用いたリアクトル損失測定装置及び波形測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣデバイス、ＧａＮデバイス等の次世代デバイス（半導体素子）を採用した直流／交流変換（ＤＣ／ＡＣ変換）を行うインバータ、力率改善回路（以下「ＰＦＣ回路」という。）、ＤＣ／ＤＣコンバータ等のスイッチング電源装置においては、デバイス損失が改善されるが、一方で、フィルタ用のＡＣリアクトル等の磁性部品の損失が示す割合が大きくなるため、更なる低損失化を図るために、磁性部品の損失測定が不可欠である。高周波インバータに使用されるリアクトルの高周波皮相電力に対して、損失となる有効電力の測定が低力率条件（例えば、０．０５以下）の電力測定であり、僅かの測定回路位相誤差が測定結果に大きな影響を与える。

【0003】

特許文献１には、電力測定装置における電力量の測定結果を調整するキャリブレーションシステムが開示されている。特許文献２には、鉄損測定時における誤差量（絶対値誤差量、位相誤差量）を定量的に把握し、鉄損の計算時にその誤差量の補正を施し、正確な鉄損の測定値を測定する磁性体の鉄損測定装置が開示されている。更に、非特許文献１には、位相誤差の低減を図ったシャント抵抗回路が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－２１６９９７号公報

【特許文献2】特開平１－２８５８８１号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】ＩＥＥＪ Ｊｏｕｒｎａｌ １Ａ、８［４］（２０１９）ｐ．６６９－６７６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図１７は、従来の課題を説明するためのリアクトル浮遊容量による高周波リンギング波形図である。図１７の上段及び下段の波形図の横軸は時間（ｓ）、上段の波形図の縦軸はリアクトル電圧、及び下段の波形図の縦軸はリアクトル電流である。

【0007】

特許文献１では、力率１の抵抗負荷を利用して、測定器の位相誤差キャリブレーション（調整）を行っているが、抵抗負荷にインダクタンスが含まれているため、位相キャリブレーションの誤差が発生する。特許文献２では、正確な鉄損の測定値を測定するために、鉄損演算の測定信号の移相処理を行っているが、位相シフト量は別途装置で測定する必要がある。非特許文献１では、特殊のシャント抵抗回路を提案し、位相誤差の低減を図っているが、実機回路にシャント抵抗回路を挿入する必要になり、回路動作への影響があるため、実機搭載運転状態では利用できない場合がある。

【0008】

又、図１７に示されるように、リアクトル浮遊容量（コンデンサ成分）の影響により、実機環境の高速スイッチング動作でリアクトル電圧及びリアクトル電流の高周波リンギング（例えば、１０ＭＨｚ）が発生するため、その影響で、僅かの位相誤差で演算結果に大きく影響する問題が確認されている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の位相誤差キャリブレーション方法は、高周波の駆動信号によりスイッチングして電力変換を行うスイッチング回路の出力側又は入力側に設けられたフィルタ用のリアクトルのリアクトル電圧及びリアクトル電流を測定して測定信号を求め、前記測定信号により測定回路の位相誤差を算出し、前記位相誤差の位相調整を行うことを特徴とする。

【0010】

本発明のリアクトル損失測定装置は、高周波の駆動信号によりスイッチングして電力変換を行うスイッチング回路の出力側又は入力側に設けられたフィルタ用のリアクトルのリアクトル電圧及びリアクトル電流を測定して測定信号を求め、前記測定信号により測定回路の位相誤差を算出し、前記位相誤差の位相調整を行い、リアクトル信号の電力演算にてリアクトル損失を算出することを特徴とする。

【0011】

本発明の波形測定装置は、前記リアクトル損失測定装置の機能を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、リアクトル電圧及びリアクトル電流の測定信号により、測定回路の位相誤差キャリブレーションと、リアクトル損失演算を行っているので、計測回路の位相誤差に影響されずに、リアクトル損失を高精度に測定可能なリアクトル損失測定装置を提供でき、専用励磁電源回路や位相誤差測定装置が不要で、実機運転状態にて測定可能である。そのため、三相インバータ、単相インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータやＰＦＣ回路等のリアクトル損失測定への適用が可能である。具体的には、以下のような効果がある。

【0013】

（ａ） 磁性ヒステリシス特性及びリアクトル浮遊容量特性を利用した位相誤差キャリブレーションが行える。
（ｂ） 測定対象のリアクトル電圧及びリアクトル電流により自動キャリブレーションを行うため、高精度で、操作が簡単である。
（ｃ） 実機搭載状態にて測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１におけるスイッチング電源装置（例えば、三相インバータ）の構成例を示す回路図

【図2】図１中の鉄損電力演算部４５の構成例を示す回路図

【図3】図１中の鉄損電力演算部４６の構成例を示す回路図

【図4】位相誤差キャリブレーション電力演算装置の機能ブロック図

【図5】図４中の鉄損位相特性演算処理を示すフローチャート

【図6】図４中の位相誤差キャリブレーション演算処理を示すフローチャート

【図7】浮遊容量による高周波リンギングが発生しない場合の鉄損位相特性演算結果例を示す波形図

【図8】図１７に示す高周波リンギングが発生する場合の鉄損位相特性演算結果例を示す波形図

【図9】図４の位相誤差キャリブレーション処理の全体を示すフローチャート

【図10】図９を含めたリアクトル損失演算処理を示すフローチャート

【図11】本発明の実施例２におけるスイッチング電源装置（例えば、三相インバータ）の構成例を示す回路図

【図12】位相誤差キャリブレーション電力演算装置の機能ブロック図

【図13】入力フィルタの説明図

【図14】単相インバータの構成例を示す回路図

【図15】三相ＰＦＣ回路の構成例を示す回路図

【図16】単相ＰＦＣ回路の構成例を示す回路図

【図17】リアクトル浮遊容量による高周波リンギング波形図

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

【実施例0016】

（実施例１の構成）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１におけるスイッチング電源装置（例えば、三相インバータ）の構成例を示す回路図であり、同図（ａ）は三相インバータの全体図、及び同図（ｂ）はその（ａ）中のリアクトル損失測定装置の図である。
図１（ａ）において、ＤＣ電源１には、三相のＤＣ／ＡＣ変換を行う三相インバータ２が接続され、その三相インバータ２から出力される三相ＡＣ電力が、負荷３に供給されるようになっている。なお、三相インバータ２の出力側には、負荷３に代えて、系統電源を接続しても良い。

【0017】

三相インバータ２は、ＤＣ電源１から供給されるＤＣ電力を三相ＡＣ電力に変換するスイッチング回路１０を有し、そのスイッチング回路１０の出力側に、出力フィルタ２０を介して、負荷３が接続されている。スイッチング回路１０は、図示しない制御部から供給される高周波の駆動信号（例えば、複数の駆動パルス）Ｓ１～Ｓ６によりオン／オフ動作する複数のスイッチ１１～１６を有し、それらがブリッジ接続されている。各スイッチ１１～１６は、ＳｉＣデバイス、ＧａＮデバイス等の次世代デバイス（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体素子）により構成されている。各スイッチ１１～１６には、帰還用のダイオード１１ａ～１６ａがそれぞれ逆並列に接続されている。出力フィルタ２０は、三相のリアクトル２１～２３と、それに分岐接続された三相のコンデンサ２４～２６と、からなるＬＣフィルタにより構成されている。リアクトル２１には、測定用の２次巻線２７が追加され、その２次巻線２７にリアクトル損失測定装置３０が接続されている。リアクトル２１と２次巻線２７とは、所定の電圧変換比（例えば、１：１）を有している。

【0018】

リアクトル損失測定装置３０は、２次巻線２７を介して、リアクトル２１のリアクトル鉄損を測定する装置であり、演算機能を有するオシロスコープ等の波形測定装置により構成されている。このリアクトル損失測定装置３０は、リアクトル２１の両端に印加されるリアクトル電圧ｖｌを、２次巻線２７を介して測定する電圧測定器３１と、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ｉｌを測定する電流測定器３２と、を有している。電圧測定器３１は、例えば、オシロスコープ用の電圧プローブ等により構成されている。電流測定器３２は、例えば、オシロスコープ用の電流プローブや、シャント抵抗測定回路等により構成されている。電圧測定器３１で測定されたリアクトル電圧ｖｌの測定信号（例えば、電圧測定信号）Ｓ３１と、電流測定器３２で測定されたリアクトル電流ｉｌの測定信号（例えば、電流測定信号）Ｓ３２と、は測定記録装置３３へ与えられる。測定記録装置３３は、入力された電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２を記録する装置であり、オシロスコープ等で構成され、その出力側に、演算装置３４が接続されている。演算装置３４は、演算によりリアクトル鉄損を求める装置であり、例えば、オシロスコープ内の演算機能や、パーソナルコンピュータ等により、構成されている。

【0019】

図１（ｂ）には、図１（ａ）の測定記録装置３３及び演算装置３４により構成される測定装置本体４０の機能ブロック図が示されている。
測定装置本体４０は、電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２により、電圧測定器３１及び電流測定器３２で構成される測定回路の位相誤差を算出して位相調整（キャリブレーション）を行い、リアクトル電圧信号Ｓ４１及びリアクトル電流信号Ｓ４２の電力演算（＝Ｓ４１×Ｓ４２）にてリアクトル鉄損Ｓ４５，Ｓ４６を測定等するものである。この測定装置本体４０は、電圧測定器３１で測定された電圧測定信号Ｓ３１を入力する信号移相処理部４１と、電流測定器３２で測定された電流測定信号Ｓ３２を入力する信号移相処理部４２及びスイッチング周波数算出部４３と、を有している。

【0020】

信号移相処理部４１は、移相パラメータｐｓ１に基づき、入力された電圧測定信号Ｓ３１の位相を変化（シフト）させ、電流測定信号Ｓ３２の位相に一致させるような処理を行ってリアクトル電圧信号Ｓ４１を出力するものである。信号移相処理部４２は、移相パラメータｐｓ２に基づき、入力された電流測定信号Ｓ３２の位相を変化（シフト）させ、電圧測定信号Ｓ３１の位相に一致させるような処理を行ってリアクトル電流信号Ｓ４２を出力するものである。スイッチング周波数算出部４３は、入力された電流測定信号Ｓ３２を、高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」という。）解析して、スイッチング周波数ｆｓｗを算出するものであり、この出力側に、スイッチング周期算出部４４が接続されている。スイッチング周期算出部４４は、１／ｆｓｗから、スイッチング周期Ｔｓｗを算出するものである。

【0021】

各信号移相処理部４１，４２には、２つの鉄損電力演算部４５，４６が接続されている。一方の鉄損電力演算部４５は、交流周期Ｔａｃに基づき、リアクトル電圧信号Ｓ４１とリアクトル電流信号Ｓ４２との電力演算（＝Ｓ４１×Ｓ４２）にてリアクトル鉄損Ｓ４５を算出するものであり、この出力側に、演算結果記録部４７が接続されている。他方の鉄損電力演算部４６は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、リアクトル電圧信号Ｓ４１とリアクトル電流信号Ｓ４２との電力演算（＝Ｓ４１×Ｓ４２）にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４６を算出するものであり、この出力側に、演算結果記録部４７が接続されている。演算結果記録部４７は、算出されたリアクトル鉄損Ｓ４５，Ｓ４６を記録するメモリやレジスタ等で構成されている。

【0022】

図２は、図１中の鉄損電力演算部４５の構成例を示す回路図である。
鉄損電力演算部４５は、リアクトル電圧信号Ｓ４１である電圧信号Ｖ（ｔ）とリアクトル電流信号Ｓ４２である電流信号ｉ（ｔ）とを乗算する乗算器４５ａと、この出力側に接続された平均演算部４５ｂと、により構成されている。平均演算部４５ｂは、乗算器４５ａの乗算結果を入力し、次式（１）に従い、指定周期Ｔの平均演算を行い、リアクトル鉄損Ｓ４５である電力値Ｐを求める回路である。

【数1】

但し、Ｔ；計算期間であって、交流周期Ｔａｃ又はその倍数。

【0023】

図３は、図１中の鉄損電力演算部４６の構成例を示す回路図である。
鉄損電力演算部４６は、リアクトル電圧信号Ｓ４１である電圧信号Ｖ（ｔ）とリアクトル電流信号Ｓ４２である電流信号ｉ（ｔ）とを乗算する乗算器４６ａと、この出力側に接続された平均演算部４６ｂと、により構成されている。平均演算部４６ｂは、乗算器４６ａの乗算結果を入力し、次式（２）に従い、指定周期Ｔの平均演算を行い、リアクトル鉄損Ｓ４６である電力値Ｐを求める回路である。

【数2】

但し、Ｔ；計算期間であって、スイッチング周期Ｔｓｗ又はその倍数。

【0024】

（実施例１の三相インバータの動作）
図１（ａ）において、図示しない制御部により、例えば、パルス幅変調（以下「ＰＷＭ」という。）によって定電圧制御用の三相の駆動パルスＳ１～Ｓ６が生成され、スイッチング回路１０内の複数のスイッチ１１～１６が交互にオン／オフ動作する。すると、ＤＣ電源１から供給されたＤＣ電圧が、スイッチングされて三相ＡＣ電圧に変換される。変換された三相ＡＣ電圧は、出力フィルタ２０内のリアクトル２１～２３及びコンデンサ２４～２６により、高調波成分が除去され、負荷３へ供給される。負荷３へ供給される三相出力電圧が変動すると、制御部により、その変動が抑制されるように、駆動パルスＳ１～Ｓ６のパルス幅が変化し、三相出力電圧が目標電圧に維持される。
実回路環境において、リアクトル損失測定装置３０を用いた位相誤差キャリブレーション方法及びリアクトル損失測定方法が、以下のようにして実行される。

【0025】

（実施例１の位相誤差キャリブレーション方法）
図４は、図１（ｂ）の測定装置本体４０を用いた位相誤差キャリブレーション方法を実行するための位相誤差キャリブレーション電力演算装置の機能ブロック図である。
この位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ａは、電圧測定信号Ｓ３１を入力する信号移相処理部４１と、電流測定信号Ｓ３２を入力する信号移相処理部４２と、を有している。一方の信号移相処理部４１は、鉄損位相特性演算部４８から供給される移相パラメータｐｓ１に基づき、電圧測定信号Ｓ３１をシフトして電流測定信号Ｓ３２へ同期（即ち、電圧測定信号Ｓ３１の位相をシフトして電流測定信号Ｓ３２の位相に一致）させる処理を行い、リアクトル電圧信号Ｓ４１を求めるものであり、この出力側に、鉄損電力演算部４５が接続されている。他方の信号移相処理部４２は、鉄損位相特性演算部４８から供給される移相パラメータｐｓ２に基づき、電流測定信号Ｓ３２をシフトして電圧測定信号Ｓ３１へ同期させる処理を行い、リアクトル電流信号Ｓ４２を求めるものであり、この出力側に、鉄損電力演算部４５が接続されている。鉄損位相特性演算部４８は、位相を変化させて鉄損を繰り返し演算し、２つの移相パラメータｐｓ１，ｐｓ２を求めて２つの信号移相処理部４１，４２へそれぞれ与えるものである。

【0026】

ここで、２つの信号移相処理部４１，４２は、パワーアナライザ等で利用されているデスキュー機能と同等な処理であって、電圧測定信号Ｓ３１と電流測定信号Ｓ３２との位相を同期させるために、その電圧測定信号Ｓ３１又は電流測定信号Ｓ３２のいずれか一方の位相を進み又は遅れ方向にシフトさせている。又、周波数が一定で、角度パラメータが時間に換算することができるし、変調方式の影響で、２つのスイッチング周波数成分が存在する場合があるため、角度で表すことができない場合がある。そこで、本実施例１の移相処理では、位相誤差を時間単位に換算したものとする。

【0027】

鉄損電力演算部４５は、交流周期Ｔａｃに基づき、入力されたリアクトル電圧信号Ｓ４１とリアクトル電流信号Ｓ４２とを乗算してリアクトル鉄損Ｓ４５を算出するものであり、この出力側に、演算結果記録部４７及び位相誤差キャリブレーション演算部４９が接続されている。演算結果記録部４７は、後段の位相誤差キャリブレーション演算に必要なデータを記録するために、算出されたリアクトル鉄損Ｓ４５等を記録するものである。位相誤差キャリブレーション演算部４９は、記録されたリアクトル鉄損Ｓ４５等により、位相誤差のキャリブレーション演算を行い、位相誤差キャリブレーション結果Ｓ４９を出力するものである。

【0028】

図５は、図４中の鉄損位相特性演算部４８における鉄損位相特性演算処理を示すフローチャートである。
鉄損位相特性演算部４８における鉄損位相特性演算処理では、位相を変化（シフト）させて鉄損を繰り返し演算し、最終の鉄損演算を行うための移相パラメータｐｓ１，ｐｓ２を求める。この鉄損位相特性演算処理では、一定（変化ステップΔＴ）の刻みで、電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２を所定位相範囲で変化させて（つまり、位相（時間換算値）をｔ１～ｔ２の範囲で変化させて）、各位相値に対応した鉄損の演算を行う。

【0029】

例えば、鉄損位相特性演算処理が開始されると、ステップＳＴ１において、位相シフト量（Ｔｓｈｉｆｔ）を初期値（ｔ１）に設定する（Ｔｓｈｉｆｔ＝ｔ１）。ここで、初期値（ｔ１）は、負の値であって、電圧測定信号Ｓ３１に対して電流測定信号Ｓ３２を進ませる方向である。初期値設定後、ステップＳＴ２において、高周波鉄損演算を行い、次のステップＳＴ３において、演算結果（即ち、位相シフト量に対する高周波鉄損演算結果）を記録する。

【0030】

記録後、ステップＳＴ４において、位相シフト量（Ｔｓｈｉｆｔ）を変化させ（Ｔｓｈｉｆｔ＝Ｔｓｈｉｆｔ前回値＋ΔＴ、但し、ΔＴは変化ステップ）、ステップＳＴ５へ進む。ステップＳＴ５において、位相シフト量（Ｔｓｈｉｆｔ）の変化範囲の計算が完了したか否かの判定を行い（Ｔｓｈｉｆ＞ｔ２？）、その計算が未完了の場合（Ｎｏ）、ステップＳＴ２へ戻り、その計算が完了している場合（Ｙｅｓ）、鉄損位相特性演算処理を終了する。

【0031】

図６は、図４中の位相誤差キャリブレーション演算部４９における位相誤差キャリブレーション演算処理を示すフローチャートである。
図７（ａ），（ｂ）は、浮遊容量による高周波リンギングが発生しない場合の鉄損位相特性演算結果例を示す波形図であり、同図（ａ）は、図５のフローチャートの処理結果の鉄損演算値をグラフ化した例を示す波形図、及び、同図（ｂ）は、図６のフローチャートの処理結果の変化率演算値をグラフ化した例を示す波形図である。図７（ａ），（ｂ）の横軸は、位相シフトの時間換算値ｔ（ｎｓ）（但し、正；電流信号を遅延させる。負；電圧信号を遅延させる。）である。図７（ａ）の縦軸は鉄損演算結果（電力Ｐの損失Ｐｌｏｓｓ）、更に、図７（ｂ）の縦軸は演算結果変化率（単位時間（１ｎｓ、５ｎｓ等）に対応した電力変化ΔＰの損失ΔＰｌｏｓｓ）である。

【0032】

図８（ａ），（ｂ）は、図１７に示す高周波リンギングが発生する場合の鉄損位相特性演算結果例を示す波形図であり、同図（ａ）は、図５のフローチャートの演算結果をグラフ化した例を示す波形図、及び、同図（ｂ）は、図６のフローチャートの演算結果をグラフ化した例を示す波形図である。図８（ａ），（ｂ）の横軸は、位相シフトの時間換算値ｔ（ｎｓ）である。図８（ａ）の縦軸は鉄損演算結果（電力Ｐの損失Ｐｌｏｓｓ）、更に、図８（ｂ）の縦軸は演算結果変化率（単位時間（１ｎｓ、５ｎｓ等）に対応した電力変化ΔＰの損失ΔＰｌｏｓｓ）である。

【0033】

図６に示すように、位相誤差キャリブレーション演算部４９における位相誤差キャリブレーション演算処理では、図５の鉄損位相特性演算処理結果より、各位相値の変化率を算出し、変化率の最小値に対応した位相値を測定回路の位相誤差とする。更に、高精度且つ安定なキャリブレーション結果を算出するために、図７及び図８の最小値近接部分のデータ（太い線に示す部分）の２次多項式近似関数を求め、その近似関数の係数により位相誤差の算出を行う。

【0034】

図８（ａ），（ｂ）に、リンギング動作が発生する条件における鉄損位相特性演算結果例が示されている。この図８（ａ），（ｂ）は、リアクトル電圧及びリアクトル電流の位相差を疑似的に変化させた時のリアクトル損失演算結果及びその変化率を示す波形図である。理想的であるならば、リアクトル損失が位相差に比例して変化するが、磁性部品のヒステリシス特性、及び浮遊容量によるリンギング動作は、演算結果の変化特性に影響する。本実施例１では、このような物理現象を利用し、図の太い線の低い値に対応した時間（位相）を求めることにより、測定回路の位相誤差を求めている。

【0035】

例えば、図６の位相誤差キャリブレーション演算処理が開始されると、ステップＳＴ１１において、次式の単位時間演算結果変化率を求める。
変化率（ｎ）＝（鉄損（ｎ－１）－鉄損（ｎ＋１））／２
但し、ｎ：データのインデックス番号
そして、ステップＳＴ１２において、変化率最小値に対応する位相シフト量を位相誤差の初期値とする。
このステップＳＴ１１，ＳＴ１２の処理（Ａ）では、複数の位相シフト量と電力値演算結果を用いて、各位相シフト量に対応した電力量変化率を算出し、その電力量変化率の最小値に対応した位相シフト量を位相誤差としている。

【0036】

次に、ステップＳＴ１３において、ｘは位相シフト量、ｙは単位時間変化率とし、位相シフト量範囲ｔｍｉｎ－Ｔ～ｔｍｉｎ＋Ｔ範囲のデータを利用し、位相シフト量に対して、次式のような、変化率の２次多項式近似関数を求める。
Ｐ（ｔ）＝ｐ１＊ｔ＾２＋ｐ２＊ｔ＋ｐ３
そして、ステップＳＴ１４において、位相誤差を更新する（ｔｍｉｎ＝－ｐ２／ｐ１／２）。
このステップＳＴ１３及びＳＴ１４の処理（Ｂ）では、算出された位相誤差の値を中心に、複数の位相シフト量と電力量変化率の値を用いて、電力量変化率の２次多項式近似関数を求めることにより、位相誤差を算出している。

【0037】

ステップＳＴ１４後のステップＳＴ１５において、繰り返し演算は、所定回数以上行われたか否かを判定し、所定回数行われていなければ（Ｎｏ）、ステップＳＴ１３へ戻り、所定回数以上行われている場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１６へ進む。ステップＳＴ１５における繰り返し演算にて、計算精度を高めることができる。
このステップＳＴ１５の処理（Ｃ）では、２次多項式近似関数を求める演算を所定回数まで繰り返し実行している。
その後、ステップＳＴ１６において、位相誤差キャリブレーション結果を確定した後（ｔｍｉｎ）、位相誤差キャリブレーション演算処理を終了する。

【0038】

図８（ａ），（ｂ）に、リンギング動作が発生する条件における鉄損位相特性演算結果例が示されている。演算結果の高周波電力変動は配線インダクタンスとリアクトル浮遊容量との共振動作によるものであり、電力変動のゼロクロスを求めることにより測定回路の位相誤差を算出することができる。前記ゼロクロスに対応する変化率も最小値になるため、図６のフローチャートはどちらのケースも対応できる。

【0039】

図９は、図４の位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ａにおける位相誤差キャリブレーション処理の全体を示すフローチャートである。
この図９の位相誤差キャリブレーション処理では、ステップＳＴ２１において、電圧測定器３１及び電流測定器３２により、リアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌを測定し、電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２を取得する。なお、他の波形測定装置で測定し、通信又はデータコピーで電圧測定信号及び電流測定信号を取得しても良い。

【0040】

次に、ステップＳＴ２２において、図５の鉄損位相特性演算処理を行い、次のステップＳＴ２３において、図６の位相誤差キャリブレーション演算処理を行う。その後、ステップＳＴ２４において、位相誤差キャリブレーション結果Ｓ４９を出力し、記録及び表示を行って、位相誤差キャリブレーション処理を終了する。

【0041】

（実施例１のリアクトル損失測定方法）
図１０は、図９の位相誤差キャリブレーション処理を含めたリアクトル損失演算処理を示すフローチャートである。
このリアクトル損失演算処理では、ステップＳＴ２１において、電圧測定器３１及び電流測定器３２により、リアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌを測定し、電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２を取得する。なお、他の波形測定装置で測定し、通信又はデータコピーで電圧測定信号及び電流測定信号を取得しても良い。

【0042】

次に、ステップＳＴ２２において、図５の鉄損位相特性演算処理を行い、次のステップＳＴ２３において、図６の位相誤差キャリブレーション演算処理を行う。更に、ステップＳＴ２５において、位相誤差キャリブレーション演算結果を、図１（ｂ）の移相パラメータｐｓ１，ｐｓ２とし、リアクトル損失演算処理を行う。その後、ステップＳＴ２６において、リアクトル損失演算結果を出力し、記録及び表示を行って、リアクトル損失演算処理を終了する。

【0043】

（実施例１の効果）
本実施例１のリアクトル損失測定は、低力率条件（例えば、０．０５以下）の電力測定であり、僅かの測定回路位相誤差が測定結果に大きな影響を与える。理想的なリアクトル動作として、位相誤差（Δφ）に比例した電力演算誤差が発生するが、ＡＣリアクトル磁気ヒステリシス特性と高周波リンギング波形の影響により、図７（ａ），（ｂ）と図８（ａ），（ｂ）に示す演算誤差特性が確認されている。図７（ａ），（ｂ）と図８（ａ），（ｂ）の横軸は位相誤差に相当の時間換算値であり、正の場合は信号の移相処理にてリアクトル電流を遅らせて、負の場合は移相処理にてリアクトル電流を進ませている（リアクトル電圧を遅らせても良い）。図７（ａ），（ｂ）と図８（ａ），（ｂ）は、それぞれ信号位相を変化させた時のリアクトル損失演算結果とその変化率を示す。図７（ａ），（ｂ）はリンギング波形がない場合の演算結果例、図８（ａ），（ｂ）はリンギング波形が発生している状態の演算結果例を示す。測定回路の位相誤差がない場合は、移相処理のシフト量が零でその変化率が最小になる。逆に、その変化率が最小になる位相シフト量が測定回路の位相誤差と見なすことができる。

【0044】

つまり、図７（ａ），（ｂ）と図８（ａ），（ｂ）は、リアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌの位相差を疑似的に変化させた時のリアクトル損失演算結果及びその変化率を示す波形図である。理想的であるならば、リアクトル損失が位相差に比例して変化するが、磁性部品のヒステリシス特性、浮遊容量によるリンギング動作は、演算結果の変化特性に影響する。本実施例１は、このような物理現象を利用し、図の太い線の低い値に対応した時間（位相）を求めることにより、測定回路の位相誤差を求めている。

【0045】

このように、本実施例１によれば、リアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌの測定信号により、測定回路の位相誤差キャリブレーションと、リアクトル損失演算を行っているので、リアクトル鉄損を高精度に測定可能なリアクトル損失測定装置を提供でき、専用励磁電源回路や位相誤差測定装置が不要で、実機運転状態にて測定可能である。そのため、三相インバータ、単相インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータやＰＦＣ回路等のリアクトル損失測定への適用が可能である。具体的には、以下のような効果がある。

【0046】

（ａ） 磁性ヒステリシス特性及びリアクトル浮遊容量特性を利用した位相誤差キャリブレーションが行える。
（ｂ） 測定対象のリアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌにより自動キャリブレーションを行うため、高精度で、操作が簡単である。
（ｃ） 実機搭載状態にて測定が可能である。

【実施例0047】

（実施例２の構成）
図１１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例２におけるスイッチング電源装置（例えば、三相インバータ）の構成例を示す回路図であり、同図（ａ）は三相インバータの全体図、及び同図（ｂ）はその（ａ）中のリアクトル損失測定装置の図である。なお、図１１（ａ），（ｂ）では、実施例１を示す図１（ａ），（ｂ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

【0048】

図１１（ａ）に示すように、本実施例２のリアクトル損失測定装置３０Ａでは、実施例１のリアクトル２１に設けられた測定用の２次巻線２７が省略され、電圧測定器３１により、そのリアクトル２１の両端から直接、リアクトル電圧ｖｌを測定する構成になっている。
更に、図１１（ｂ）に示すように、本実施例２のリアクトル損失測定装置３０Ａを構成する測定装置本体４０Ｂの構成が、実施例１の測定装置本体４０の構成と少し異なっている。本実施例２の測定装置本体４０Ｂでは、実施例１の測定装置本体４０に対して、２つのスイッチング周波数高周波成分抽出部５１，５２、総損失電力演算部５３、及び減算部５４が追加されている。

【0049】

一方のスイッチング周波数高周波成分抽出部５１は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、信号移相処理部４１から出力されたリアクトル電圧信号Ｓ４１から、スイッチング周波数高周波成分を抽出し、その高周波成分が抽出されたスイッチング成分電圧信号Ｓ５１を、２つの鉄損電力演算部４５，４６へ与えるものである。他方のスイッチング周波数高周波成分抽出部５２は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、信号移相処理部４２から出力されたリアクトル電流信号Ｓ４２から、スイッチング周波数高周波成分を抽出し、その高周波成分が抽出されたスイッチング成分電流信号Ｓ５２を、２つの鉄損電力演算部４５，４６へ与えるものである。

【0050】

総損失電力演算部５３は、交流周期Ｔａｃに基づき、信号移相処理部４１から出力されたリアクトル電圧信号Ｓ４１と、信号移相処理部４２から出力されたリアクトル電流信号Ｓ４２と、を乗算して総損失Ｓ５３を求めるものであり、その出力側に、減算器５４が接続されている。減算器５４は、総損失Ｓ５３と、鉄損電力演算部４５から出力されるリアクトル高周波鉄損Ｓ４５と、を入力し、その総損失Ｓ５３からリアクトル高周波鉄損Ｓ４５を減算して銅損Ｓ５４を求め、演算結果記録部４７へ与えるものである。演算結果記録部４７は、与えられたリアクトル高周波鉄損Ｓ４５，Ｓ４６及び銅損Ｓ５４を記録するメモリやレジスタ等で構成されている。

【0051】

（実施例２の三相インバータの動作）
図１１（ａ）の三相インバータ２は、図１（ａ）に示される実施例１の三相インバータ２と同様の動作を行う。
実回路環境において、リアクトル損失測定装置３０Ａを用いた位相誤差キャリブレーション方法及びリアクトル損失測定方法が、以下のようにして実行される。

【0052】

（実施例２の位相誤差キャリブレーション方法）
図１２は、図１１（ｂ）の測定装置本体４０Ｂを用いた位相誤差キャリブレーション方法を実行するための位相誤差キャリブレーション電力演算装置の機能ブロック図である。
この位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ｃでは、図４に示された実施例１の位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ａに対して、２つのスイッチング周波数高周波成分抽出部５１，５２が追加されている。

【0053】

本実施例２の位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ｃを用いた位相誤差キャリブレーション処理では、電圧測定器３１及び電流測定器３２により、リアクトル電圧ｖｌ及びリアクトル電流ｉｌを測定し、電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２を取得する。なお、他の波形測定装置で測定し、通信又はデータコピーで電圧測定信号及び電流測定信号を取得しても良い。

【0054】

次に、鉄損位相特性演算部４８により、実施例１と同様の鉄損位相特性演算処理を行い、位相パラメータｐｓ１，ｐｓ２を求める。信号移相処理部４１，４２は、位相パラメータｐｓ１，ｐｓ２に基づき、電圧測定信号Ｓ３１及び電流測定信号Ｓ３２に対して位相処理を行い、リアクトル電圧信号Ｓ４１及びリアクトル電流信号Ｓ４２を出力する。スイッチング周波数高周波成分抽出部５１，５２により、リアクトル電圧信号Ｓ４１及びリアクトル電流信号Ｓ４２から、スイッチング周波数高周波成分が抽出される。高周波成分が抽出されたスイッチング成分電圧信号Ｓ５１及びスイッチング成分電流信号Ｓ５２は、鉄損電力演算部４５により乗算されてリアクトル高周波鉄損Ｓ４５が求められ、演算結果記録部４７に記録される。その後、位相誤差キャリブレーション演算部４９により、位相誤差キャリブレーション演算処理が行われ、その位相誤差キャリブレーション結果Ｓ４９が出力され、記録及び表示が行われて、位相誤差キャリブレーション処理が終了する。

【0055】

（実施例２のリアクトル損失測定方法）
本実施例２のリアクトル損失測定方法では、上記の位相誤差キャリブレーション処理が行われた後、リアクトル損失演算処理が行われる。そして、リアクトル損失演算結果が出力され、記録及び表示が行われて、リアクトル損失演算処理が終了する。

【0056】

（実施例２の入力フィルタ）
図１３は、電圧測定器３１及び電流測定器３２と信号移相処理部４１，４２との間に設けられる入力フィルタ５５，５６の説明図である。
電圧測定器３１で測定された電圧測定信号Ｓ３１に対し、入力フィルタ５５で、浮遊容量による高周波信号を除去した後、信号移相処理部４１に入力すると共に、電流測定器３２で測定された電流測定信号Ｓ３２に対し、入力フィルタ５６で、浮遊容量による高周波信号を除去した後、信号移相処理部４２に入力する構成にしても良い。これにより、演算精度が向上する。

【0057】

（実施例２の効果）
本実施例２では、実施例１と略同様の効果がある。

【0058】

（実施例１，２の変形例）
（ｉ） 図１１（ｂ）の測定装置本体４０Ｂ及び図１２の位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ｃは、図１（ａ）の三相インバータ２に対しても適用が可能である。
（ｉｉ） 図１（ｂ）の測定装置本体４０、図１１（ｂ）の測定装置本体４０Ｂ、図４の位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ａ、及び図１２の位相誤差キャリブレーション電力演算装置４０Ｃは、図示以外の構成に変更しても良い。
（ｉｉｉ） 図１３の入力フィルタ５５，５６は、図１中の電圧測定器３１及び電流測定器３２の出力側に設けても良い。