特許7514719リアクトル損失算出方法、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】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-03
(45)【発行日】2024-07-11
(54)【発明の名称】リアクトル損失算出方法、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 33/12 20060101AFI20240704BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20240704BHJP
【ＦＩ】
G01R33/12 Z
H02M7/48 Z
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020167697
(22)【出願日】2020-10-02
(65)【公開番号】P2022059842
(43)【公開日】2022-04-14
【審査請求日】2023-08-02
(73)【特許権者】
【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】
【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
【審査官】田口 孝明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１２２２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０１９６３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０６５６９４４７（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開平０１－２８７４７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１３００７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２７８１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４１７７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０４７８７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６、
１１／００－１１／６６、
２１／００－２２／１０、
３５／００－３５／０６、
２７／００－２７／３２、
Ｇ０１Ｎ ２７／７２－２７／９０９３、
Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波のスイッチング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高周波鉄損を算出するリアクトル損失算出方法であって、前記リアクトルを流れるリアクトル電流から高速フーリエ変換解析してスイッチング周波数を算出し、該スイッチング周波数からスイッチング周期を算出し、
前記スイッチング周期に基づいて前記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た測定信号の低周波成分を除去してスイッチング成分信号を抽出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて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リアクトル損失算出方法。
【請求項2】
高周波のスイッチング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高周波鉄損を測定するリアクトル損失測定装置であって、前記リアクトルを流れるリアクトル電流から高速フーリエ変換解析してスイッチング周波数を算出し、該スイッチング周波数からスイッチング周期を算出し、
前記スイッチング周期に基づいて前記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た測定信号の低周波成分を除去してスイッチング成分信号を抽出し、
前記スイッチング成分信号の電力演算にて前記リアクトル高周波鉄損を測定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】
高周波のスイッチング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高周波鉄損を測定するリアクトル損失測定装置であって、
前記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とし、
前記測定信号の時間を中心とし、前記スイッチング信号の前後１／２スイッチング周期又は前記前後１／２スイッチング周期の整数倍の平均値を算出し、該平均値を前記測定信号から減算してスイッチング成分信号を算出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて前記リアクトル高周波鉄損を測定することを特徴とするリアクトル損失測定装置。
【請求項4】
前記スイッチング信号のスイッチング周期又は前記スイッチング周期の倍数の期間毎に、前記リアクトル高周波鉄損を算出し記録することを特徴とする請求項３記載のリアクトル損失測定装置。
【請求項5】
交流周期又は前記交流周期の倍数にて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３記載のリアクトル損失測定装置。
【請求項6】
前記リアクトル電流の測定信号の高速フーリエ変換にて、前記スイッチング信号のスイッチング周波数及びスイッチング周期を算出することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載のリアクトル損失測定装置。
【請求項7】
前記測定信号の移相処理を行うことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項記載のリアクトル損失測定装置。
【請求項8】
請求項３から７のいずれか１項記載のリアクトル損失測定装置の演算機能を有する波形測定装置。
【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リアクトル損失算出方法、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。
【0003】
特許文献１には、専用励磁回路にて、２次測定巻線を追加して鉄損の測定を行う磁性体の鉄損計測装置が開示されている。特許文献２には、単相インバータにおけるフィルタ用のリアクトルに２次測定巻線を追加して、実回路環境にてリアクトルの損失を測定するリアクトル損失測定装置及びその測定方法が開示されている。更に、非特許文献１には、三相インバータにおけるフィルタ用のリアクトルに２次測定巻線を追加して、専用測定器によりリアクトル損失を測定するリアクトル損失測定方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平０１－２８５８８１号公報
【文献】特開２００８－１２２２１０号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＰＯＷＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、３１［４］（２０１６－４）（米）ｐ．３０８０－３０９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に開示された磁性体の鉄損計測装置では、２次測定巻線を追加して鉄損の測定を行っているので、専用回路が必要になる。特許文献２に開示されたリアクトル損失測定装置及びその測定方法では、実回路環境にてリアクトルの損失を測定しているが、２次測定巻線の追加が必要になると共に、リアクトル電流信号と電流基本波信号との交差点を利用してリアクトルの損失を測定しているため、複雑な電流波形である三相インバータに適用できない。又、非特許文献１に開示されたリアクトル損失測定方法では、専用測定器とこの専用測定器の信号に同期したインバータ制御回路とが必要になるため、実機搭載状態の測定に対応できない。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のリアクトル損失算出方法は、高周波のスイッチング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高周波鉄損を算出するリアクトル損失算出方法であって、前記リアクトルを流れるリアクトル電流から高速フーリエ変換解析してスイッチング周波数を算出し、該スイッチング周波数からスイッチング周期を算出し、前記スイッチング周期に基づいて前記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た測定信号の低周波成分を除去してスイッチング成分信号を抽出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて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。
【0008】
本発明のリアクトル損失測定装置は、高周波のスイッチング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高周波鉄損を測定するリアクトル損失測定装置であって、前記リアクトルを流れるリアクトル電流から高速フーリエ変換解析してスイッチング周波数を算出し、該スイッチング周波数からスイッチング周期を算出し、前記スイッチング周期に基づいて
前記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た測定信号の低周波成分を除去してスイッチング成分信号を抽出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて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。
本発明の別のリアクトル損失測定装置は、高周波のスイッチング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高周波鉄損を測定するリアクトル損失測定装置であって、前記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とし、前記測定信号の時間を中心とし、前記スイッチング信号の前後１／２スイッチング周期又は前記前後１／２スイッチング周期の整数倍の平均値を算出し、該平均値を前記測定信号から減算してスイッチング成分信号を算出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて前記リアクトル高周波鉄損を測定することを特徴とする。
前記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た測定信号の低周波成分を除去してスイッチング成分信号を抽出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて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。
本発明の別のリアクトル損失測定装置は、高周波のスイッチング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高周波鉄損を測定するリアクトル損失測定装置であって、前記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とし、前記測定信号の時間を中心とし、前記スイッチング信号の前後１／２スイッチング周期又は前記前後１／２スイッチング周期の整数倍の平均値を算出し、該平均値を前記測定信号から減算してスイッチング成分信号を算出し、前記スイッチング成分信号の電力演算にて前記リアクトル高周波鉄損を測定することを特徴とする。
【0009】
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演算機能を有するオシロスコープ等の波形測定用の装置である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、リアクトル電圧及びリアクトル電流を測定した測定信号の低周波成分を除去し、スイッチング成分信号の電力演算にてリアクトル高周波鉄損を算出しているので、２次測定巻線の追加が不要で、高周波鉄損を精度良く測定できる。しかも、スイッチング成分信号の抽出時に、低周波成分を除去しているので、銅損による影響を除去できると共に、計測誤差変動の対策にも有効である。更に、専用回路が不要で、実機運転状態にて測定可能であるため、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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【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7】本発明の実施例２におけるスイッチング周波数高周波成分抽出部４５の構成例を示す機能ブロック図
【図8】本発明の実施例３におけるスイッチング周波数高周波成分抽出部４５の構成例を示す機能ブロック図
【図9】単相インバータ２Ａの構成例を示す回路図
【図10】三相ＰＦＣ回路２Ｂの構成例を示す回路図
【図11】単相ＰＦＣ回路２Ｃの構成例を示す回路図
【図12】測定対象回路としてリアクトル単品の構成例を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【0012】
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1】
【0013】
（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），（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。
【0014】
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。
【0015】
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スイッチング信号（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、リアクトル損失測定装置３０が接続されている。
【0016】
リアクトル損失測定装置３０は、リアクトル２１のリアクトル高周波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を測定する電圧計測器３１と、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ｉｌを測定する電流計測器３２と、を有している。電圧計測器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。電流計測器３２は、例えば、オシロスコープ用の電流プローブや、シャント抵抗計測回路等により構成されている。電圧計測器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、電流計測器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、は計測記録装置３３へ与えられる。計測記録装置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高周波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。
【0017】
図１（ｂ）には、図１（ａ）の計測記録装置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の低周波成分を除去してスイッチング成分信号（例えば、スイッチング成分電圧信号）Ｓ４５を抽出すると共に、電流測定信号Ｓ３２の低周波成分を除去してスイッチング成分信号（例えば、スイッチング成分電流信号）Ｓ４６を抽出し、それらのスイッチング成分電圧信号Ｓ４５及びスイッチング成分電流信号Ｓ４６の電力演算（＝Ｓ４５×Ｓ４６）にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を測定等するものである。この測定装置本体４０は、電圧計測器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、電流計測器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。
測定装置本体４０は、電圧測定信号Ｓ３１の低周波成分を除去してスイッチング成分信号（例えば、スイッチング成分電圧信号）Ｓ４５を抽出すると共に、電流測定信号Ｓ３２の低周波成分を除去してスイッチング成分信号（例えば、スイッチング成分電流信号）Ｓ４６を抽出し、それらのスイッチング成分電圧信号Ｓ４５及びスイッチング成分電流信号Ｓ４６の電力演算（＝Ｓ４５×Ｓ４６）にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を測定等するものである。この測定装置本体４０は、電圧計測器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、電流計測器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。
【0018】
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電流信号Ｓ４２を出力するものである。２つの信号移相処理部４１，４２は、電圧信号Ｓ４１と電流信号Ｓ４２との位相を一致させるために、例えば、その電圧信号Ｓ４１と電流信号Ｓ４２とのいずれか一方の位相を零にしている。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。
【0019】
信号移相処理部４１，４２には、スイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６がそれぞれ接続されている。一方のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、信号移相処理部４１から出力された電圧信号Ｓ４１から低周波成分を除去し、スイッチング周波数高周波成分を抽出して、スイッチング成分信号（例えば、スイッチング成分電圧信号）Ｓ４５を出力するものであり、この出力側に、鉄損電力演算部４７，４８が接続されている。他方のスイッチング周波数高周波成分抽出部４６は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、信号移相処理部４２から出力された電流信号Ｓ４２から、低周波成分を除去し、スイッチング周波数高周波成分を抽出して、スイッチング成分信号（例えば、スイッチング成分電流信号）Ｓ４６を出力するものであり、この出力側に、鉄損電力演算部４７，４８が接続されている。
【0020】
一方の鉄損電力演算部４７は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５とスイッチング成分電流信号Ｓ４６との電力演算（＝Ｓ４５×Ｓ４６）にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４７を算出するものであり、この出力側に、演算結果記録部４９が接続されている。他方の鉄損電力演算部４８は、交流周期Ｔａｃに基づき、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５とスイッチング成分電流信号Ｓ４６との電力演算（＝Ｓ４５×Ｓ４６）にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４８を算出するものであり、この出力側に、演算結果記録部４９が接続されている。演算結果記録部４９は、算出されたリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を記録するメモリやレジスタ等で構成されている。
【0021】
図２は、図１中のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５の構成例を示す機能ブロック図である。
スイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、遅延処理部４５ａ、ローパスフィルタ４５ｂ、及び減算器４５ｃを有している。そして、入力される電圧信号Ｓ４１は、遅延処理部４５ａにより、ローパスフィルタ時定数に相当の遅延処理が行われると共に、ローパスフィルタ４５ｂにより、低周波成分が抽出され、減算器４５ｃにより、その遅延処理結果から低周波成分が減算され、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５が出力される構成になっている。
スイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、遅延処理部４５ａ、ローパスフィルタ４５ｂ、及び減算器４５ｃを有している。そして、入力される電圧信号Ｓ４１は、遅延処理部４５ａにより、ローパスフィルタ時定数に相当の遅延処理が行われると共に、ローパスフィルタ４５ｂにより、低周波成分が抽出され、減算器４５ｃにより、その遅延処理結果から低周波成分が減算され、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５が出力される構成になっている。
【0022】
図１中の他のスイッチング周波数高周波成分抽出部４６は、スイッチング周波数高周波成分抽出部４５と略同様に、入力される電流信号Ｓ４２が、遅延処理部により、ローパスフィルタ時定数に相当の遅延処理が行われると共に、ローパスフィルタにより、低周波成分が抽出され、減算器により、その遅延処理結果から低周波成分が減算され、スイッチング成分電流信号Ｓ４６が出力される構成になっている。
【0023】
図３は、図１中の鉄損電力演算部４７の構成例を示す機能ブロック図である。
鉄損電力演算部４７は、乗算器４７ａ及び指定周期Ｔの平均演算部４７ｂを有している。そして、入力されるスイッチング成分電圧信号Ｓ４５である電圧信号Ｖ（ｔ）と、入力されるスイッチング成分電流信号Ｓ４６である電流信号ｉ（ｔ）と、が乗算器４７ａにより乗算され、その乗算結果に対して、指定周期Ｔの平均演算部４７ｂにより、次式（１）の演算が行われ、リアクトル高周波鉄損Ｓ４７である電力値Ｐが算出される構成になっている。
ここで、指定周期Ｔの平均演算部４７ｂにおいて、そのＴは計算期間（即ち、スイッチング周期Ｔｓｗ又はその倍数）である。
鉄損電力演算部４７は、乗算器４７ａ及び指定周期Ｔの平均演算部４７ｂを有している。そして、入力されるスイッチング成分電圧信号Ｓ４５である電圧信号Ｖ（ｔ）と、入力されるスイッチング成分電流信号Ｓ４６である電流信号ｉ（ｔ）と、が乗算器４７ａにより乗算され、その乗算結果に対して、指定周期Ｔの平均演算部４７ｂにより、次式（１）の演算が行われ、リアクトル高周波鉄損Ｓ４７である電力値Ｐが算出される構成になっている。
ここで、指定周期Ｔの平均演算部４７ｂにおいて、そのＴは計算期間（即ち、スイッチング周期Ｔｓｗ又はその倍数）である。
【数1】
【0024】
図１中の他の鉄損電力演算部４８は、鉄損電力演算部４７と略同様に、入力されるスイッチング成分電圧信号Ｓ４５である電圧信号Ｖ（ｔ）と、入力されるスイッチング成分電流信号Ｓ４６である電流信号ｉ（ｔ）と、が乗算器により乗算され、その乗算結果に対して、指定周期Ｔの平均演算部により、上記式（１）の演算が行われ、リアクトル高周波鉄損Ｓ４８である電力値Ｐが算出される構成になっている。
ここで、指定周期Ｔの平均演算部において、そのＴは計算期間（即ち、交流周期Ｔａｃ又はその倍数）である。
ここで、指定周期Ｔの平均演算部において、そのＴは計算期間（即ち、交流周期Ｔａｃ又はその倍数）である。
【0025】
（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２１～２２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により、リアクトル２１の高周波鉄損が、以下のようにして測定される。
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２１～２２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により、リアクトル２１の高周波鉄損が、以下のようにして測定される。
【0026】
（実施例１のリアクトル損失算出方法）
図４（ａ），（ｂ）は、図１中のスイッチング周波数算出部４３におけるスイッチング周波数算出方法を示す波形図であり、同図（ａ）はリアクトル電流ｉｌにおける電流測定信号Ｓ３２のＦＦＴ解析を示す波形図、及び同図（ｂ）はリアクトル電圧ｖｌにおける電圧測定信号Ｓ３１のＦＦＴ解析を示す波形図である。図５（ａ），（ｂ）は、図２のスイッチング周波数高周波成分抽出機能を説明するための波形図である。更に、図６は、図５の波形の拡大図である。
図４（ａ），（ｂ）は、図１中のスイッチング周波数算出部４３におけるスイッチング周波数算出方法を示す波形図であり、同図（ａ）はリアクトル電流ｉｌにおける電流測定信号Ｓ３２のＦＦＴ解析を示す波形図、及び同図（ｂ）はリアクトル電圧ｖｌにおける電圧測定信号Ｓ３１のＦＦＴ解析を示す波形図である。図５（ａ），（ｂ）は、図２のスイッチング周波数高周波成分抽出機能を説明するための波形図である。更に、図６は、図５の波形の拡大図である。
【0027】
三相インバータ２が動作すると、リアクトル２１の両端にリアクトル電圧ｖｌが印加されると共に、そのリアクトル２１にリアクトル電流ｉｌが流れる。図１に示す電圧計測器３１により、リアクトル電圧ｖｌが測定され、電流計測器３２により、リアクトル電流ｉｌが測定される。電圧計測器３１で測定された電圧測定信号Ｓ３１は、測定装置本体４０内の信号移相処理部４１へ入力され、更に、電流計測器３２で測定された電流測定信号Ｓ３２が、信号移相処理部４２及びスイッチング周波数算出部４３へ入力される。
【0028】
一方の信号移相処理部４１は、位相パラメータｐｓ１に基づき、入力された電圧測定信号Ｓ３１に対して、電流測定信号Ｓ３２との位相を一致させるような位相処理を行い、その処理結果の電圧信号Ｓ４１を出力して一方のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５へ入力する。他方の信号移相処理部４２は、位相パラメータｐｓ２に基づき、入力された電流測定信号Ｓ３２に対して、電圧測定信号Ｓ３１との位相を一致させるような位相処理を行い、その処理結果の電流信号Ｓ４２を出力して他方のスイッチング周波数高周波成分抽出部４６へ入力する。同時に、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に対し、ＦＦＴ解析を行ってスイッチング周波数ｆｓｗを算出し、そのスイッチング周波数ｆｓｗをスイッチング周期算出部４４へ入力する。スイッチング周期算出部４４は、スイッチング周波数ｆｓｗの逆数よりスイッチング周期Ｔｓｗ（＝１／ｆｓｗ）を算出する。
【0029】
図４（ａ）に、リアクトル電流ｉｌにおける電流測定信号Ｓ３２のＦＦＴ解析結果が示されている。２つの周波数ｆ１，ｆ２にてリアクトル電流ｉｌの電流測定信号Ｓ３２が最大になっていることが分かる。図４（ｂ）に示されている、リアクトル電圧ｖｌにおける電圧測定信号Ｓ３１のＦＦＴ解析結果では、２つの周波数ｆ１，ｆ２にてリアクトル電圧ｖｌの電圧測定信号Ｓ３１が最大になっており、その形状が、リアクトル電流ｉｌの電流測定信号Ｓ３２と殆ど変わらない。そのため、図１（ｂ）において、スイッチング周波数算出部４３及びスイッチング周期演算部４４は、電圧測定信号Ｓ３１を入力する回路構成に変更しても良い。
【0030】
一方のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、入力された電圧信号Ｓ４１のスイッチング周波数低周波成分を除去し、スイッチング周波数高周波成分を抽出してスイッチング成分電圧信号Ｓ４５を算出し、そのスイッチング成分電圧信号Ｓ４５を、２つの鉄損電力演算部４７，４８へ入力する。スイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、例えば、図２に示されるように、電圧信号Ｓ４１に対して、遅延処理部４５ａにより、ローパスフィルタ時定数に相当の遅延処理が行われると共に、ローパスフィルタ４５ｂにより、その電圧信号Ｓ４１の低周波成分が抽出される。そして、減算器４５ｃにより、遅延処理部４５ａの処理結果から、抽出された低周波成分が減算され、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５が算出される。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４５の動作波形が、図５及び図６に示されている。
【0031】
同時に、他方のスイッチング周波数高周波成分抽出部４６でも、スイッチング周期Ｔｓｗに基づき、入力された電流信号Ｓ４２のスイッチング周波数低周波成分を除去し、スイッチング周波数高周波成分を抽出してスイッチング成分電流信号Ｓ４６を算出し、そのスイッチング成分電流信号Ｓ４６を、２つの鉄損電力演算部４７，４８へ入力する。
【0032】
一方の鉄損電力演算部４７は、入力されたスイッチング成分電圧信号Ｓ４５及びスイッチング成分電流信号Ｓ４６に対し、スイッチング周期Ｔｓｗに基づいて電力演算（＝Ｓ４５×Ｓ４６）を行い、リアクトル高周波鉄損Ｓ４７を算出し、そのリアクトル高周波鉄損Ｓ４７を演算結果記録部４９へ入力する。鉄損電力演算部４７は、例えば、図３に示されるように、乗算器４７ａにより、入力されたスイッチング成分電圧信号Ｓ４５である電圧信号Ｖ（ｔ）とスイッチング成分電流信号Ｓ４６である電流信号ｉ（ｔ）とが乗算され、指定周期Ｔの平均演算部４７ｂにより、その乗算結果に対して、式（１）に示されるような指定周期Ｔの平均演算が行われ、リアクトル高周波鉄損Ｓ４７である電力値Ｐが算出される。
【0033】
同時に、他方の鉄損電力演算部４８でも、入力されたスイッチング成分電圧信号Ｓ４５及びスイッチング成分電流信号Ｓ４６に対し、交流周期Ｔａｃに基づいて電力演算（＝Ｓ４５×Ｓ４６）を行い、リアクトル高周波鉄損Ｓ４８を算出し、そのリアクトル高周波鉄損Ｓ４８を演算結果記録部４９へ入力する。鉄損電力演算部４８は、図３の鉄損電力演算部４７と同様に、例えば、乗算器により、入力されたスイッチング成分電圧信号Ｓ４５である電圧信号Ｖ（ｔ）とスイッチング成分電流信号Ｓ４６である電流信号ｉ（ｔ）とが乗算され、指定周期Ｔの平均演算部により、その乗算結果に対して、式（１）に示されるような指定周期Ｔの平均演算が行われ、リアクトル高周波鉄損Ｓ４８である電力値Ｐが算出される。
演算結果記録部４９は、入力された２つのリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を記録し、リアクトル損失測定処理を終了する。
演算結果記録部４９は、入力された２つのリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を記録し、リアクトル損失測定処理を終了する。
【0034】
（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（１）～（４）のような効果がある。
（１） 電圧計測器３１で測定したリアクトル電圧ｖｌの電圧測定信号Ｓ３１と、電流計測器３２で測定したリアクトル電流ｉｌの電流測定信号Ｓ３２と、をスイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６にて低周波成分を除去した後、鉄損電力演算部４７，４８により、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５及びスイッチング成分電流信号Ｓ４６の電力演算にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を算出している。そのため、２次測定巻線の追加が不要で、高周波鉄損を精度良く測定できる。
本実施例１によれば、次の（１）～（４）のような効果がある。
（１） 電圧計測器３１で測定したリアクトル電圧ｖｌの電圧測定信号Ｓ３１と、電流計測器３２で測定したリアクトル電流ｉｌの電流測定信号Ｓ３２と、をスイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６にて低周波成分を除去した後、鉄損電力演算部４７，４８により、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５及びスイッチング成分電流信号Ｓ４６の電力演算にてリアクトル高周波鉄損Ｓ４７，Ｓ４８を算出している。そのため、２次測定巻線の追加が不要で、高周波鉄損を精度良く測定できる。
【0035】
（２） スイッチング成分信号の抽出時に、低周波成分を除去しているので、銅損による影響を除去できる。
即ち、リアクトル２１～２３の銅損は、低周波成分による部分と高周波成分による損失に分類される。リアクトル２１～２３に流れる高周波成分電流による銅損は小さく、例えば、鉄損の１％程度以下であるので、それを誤差として無視できる。これに対して、低周波成分電流による銅損は大きいが、これをスイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６のフィルタ処理で、低周波成分を除去しているので、銅損による影響を除去できる。従って、２次測定巻線の追加が不要で、高周波鉄損を精度良く測定できる。
即ち、リアクトル２１～２３の銅損は、低周波成分による部分と高周波成分による損失に分類される。リアクトル２１～２３に流れる高周波成分電流による銅損は小さく、例えば、鉄損の１％程度以下であるので、それを誤差として無視できる。これに対して、低周波成分電流による銅損は大きいが、これをスイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６のフィルタ処理で、低周波成分を除去しているので、銅損による影響を除去できる。従って、２次測定巻線の追加が不要で、高周波鉄損を精度良く測定できる。
【0036】
（３） スイッチング成分信号の抽出時に、低周波成分を除去しているので、計測誤差変動の対策にも有効である。
即ち、リアクトル損失測定装置３０の測定回路を、例えば、オシロスコープ、電圧プローブ及び電流プローブで構成した場合、その測定回路の誤差変動は、スイッチング周波数ｆｓｗより低い周波数成分と、スイッチング周波数ｆｓｗ及び関連高調波成分と、スイッチング周波数ｆｓｗより高い周波数成分と、に分類される。この中で、高い周波数成分は、鉄損電力演算部４７，４８における電力演算の積分処理で除去できる。スイッチング周波数成分は、電圧プローブ及び電流プローブの特性に依存している。そのため、低周波成分を除去することにより、銅損による影響を除去できると共に、測定回路の誤差対策にも有効である。
即ち、リアクトル損失測定装置３０の測定回路を、例えば、オシロスコープ、電圧プローブ及び電流プローブで構成した場合、その測定回路の誤差変動は、スイッチング周波数ｆｓｗより低い周波数成分と、スイッチング周波数ｆｓｗ及び関連高調波成分と、スイッチング周波数ｆｓｗより高い周波数成分と、に分類される。この中で、高い周波数成分は、鉄損電力演算部４７，４８における電力演算の積分処理で除去できる。スイッチング周波数成分は、電圧プローブ及び電流プローブの特性に依存している。そのため、低周波成分を除去することにより、銅損による影響を除去できると共に、測定回路の誤差対策にも有効である。
【0037】
（４） 専用回路が不要で、実機運転状態にて測定可能であるため、三相インバータ、単相インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＰＦＣ回路等のスイッチング電源装置におけるリアクトル損失測定への適用が可能である。
【実施例2】
【0038】
図７は、本発明の実施例２におけるスイッチング周波数高周波成分抽出部４５の構成例を示す機能ブロック図である。
本実施例２のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、入力された電圧信号Ｓ４１に対してスイッチング周期整数倍期間の平均演算を行う平均演算部４５ｄと、減算器４５ｃと、により構成されている。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４５では、平均演算部４５ｄにより、入力された電圧信号Ｓ４１に対して、次式（２）のスイッチング周期整数倍期間の平均演算が行われる。
ｔ－Ｔｓｗ／２＊Ｎ～ｔ＋Ｔｓｗ／２＊Ｎ （２）
但し、Ｔｓｗ；スイッチング周期
Ｎ＝１，２，・・・
そして、減算器４５ｃにより、入力された電圧信号Ｓ４１から、式（２）の演算結果が減算され、スイッチン成分電圧信号Ｓ４５が出力される。
本実施例２のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、入力された電圧信号Ｓ４１に対してスイッチング周期整数倍期間の平均演算を行う平均演算部４５ｄと、減算器４５ｃと、により構成されている。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４５では、平均演算部４５ｄにより、入力された電圧信号Ｓ４１に対して、次式（２）のスイッチング周期整数倍期間の平均演算が行われる。
ｔ－Ｔｓｗ／２＊Ｎ～ｔ＋Ｔｓｗ／２＊Ｎ （２）
但し、Ｔｓｗ；スイッチング周期
Ｎ＝１，２，・・・
そして、減算器４５ｃにより、入力された電圧信号Ｓ４１から、式（２）の演算結果が減算され、スイッチン成分電圧信号Ｓ４５が出力される。
【0039】
他のスイッチング周波数高周波成分抽出部４６も略同様に、入力された電流信号Ｓ４２に対してスイッチング周期整数倍期間の平均演算を行う平均演算部と、減算器と、により構成されている。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４６では、平均演算部により、入力された電流信号Ｓ４２に対して、スイッチング周期整数倍期間の平均演算が行われ、減算器により、入力された電流信号Ｓ４２から、平均演算部の演算結果が減算され、スイッチン成分電流信号Ｓ４６が出力される。
【0040】
このようなスイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６を有する測定装置本体４０であっても、実施例１と略同様の作用効果を奏することができる。
【実施例3】
【0041】
図８は、本発明の実施例３におけるスイッチング周波数高周波成分抽出部４５の構成例を示す機能ブロック図である。
本実施例３のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、入力された電圧信号Ｓ４１に対して遅延処理を行う遅延処理部４５ｅと、入力された電圧信号Ｓ４１に対してスイッチング周期整数倍期間の平均演算を行う平均演算部４５ｆと、減算器４５ｃと、により構成されている。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４５では、遅延処理部４５ｅにより、入力された電圧信号Ｓ４１に対して、次式（３）の遅延処理が行われる。
Ｔｓｗ／２＊Ｎ （３）
但し、Ｔｓｗ；スイッチング周期
Ｎ＝１，２，・・・
本実施例３のスイッチング周波数高周波成分抽出部４５は、入力された電圧信号Ｓ４１に対して遅延処理を行う遅延処理部４５ｅと、入力された電圧信号Ｓ４１に対してスイッチング周期整数倍期間の平均演算を行う平均演算部４５ｆと、減算器４５ｃと、により構成されている。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４５では、遅延処理部４５ｅにより、入力された電圧信号Ｓ４１に対して、次式（３）の遅延処理が行われる。
Ｔｓｗ／２＊Ｎ （３）
但し、Ｔｓｗ；スイッチング周期
Ｎ＝１，２，・・・
【0042】
同時に、平均演算部４５ｆにより、入力された電圧信号Ｓ４１に対して、次式（４）のスイッチング周期整数倍期間の平均演算が行われる。
ｔ－Ｔｓｗ／２＊Ｎ～ｔ （４）
但し、Ｔｓｗ；スイッチング周期
Ｎ＝１，２，・・・
そして、減算器４５ｃにより、遅延処理部４５ｅの処理結果から、平均演算部４５ｆの演算結果が減算され、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５が出力される。
ｔ－Ｔｓｗ／２＊Ｎ～ｔ （４）
但し、Ｔｓｗ；スイッチング周期
Ｎ＝１，２，・・・
そして、減算器４５ｃにより、遅延処理部４５ｅの処理結果から、平均演算部４５ｆの演算結果が減算され、スイッチング成分電圧信号Ｓ４５が出力される。
【0043】
他のスイッチング周波数高周波成分抽出部４６も略同様に、入力された電流信号Ｓ４２に対して遅延処理を行う遅延処理部と、入力された電流信号Ｓ４２に対してスイッチング周期整数倍期間の平均演算を行う平均演算部と、減算器と、により構成されている。このスイッチング周波数高周波成分抽出部４６では、遅延処理部により、入力された電流信号Ｓ４２に対して、遅延処理が行われる。同時に、平均演算部により、入力された電流信号Ｓ４２に対して、スイッチング周期整数倍期間の平均演算が行われる。そして、減算器により、遅延処理部の処理結果から、平均演算部の演算結果が減算され、スイッチング成分電流信号Ｓ４６が出力される。
【0044】
このようなスイッチング周波数高周波成分抽出部４５，４６を有する測定装置本体４０であっても、実施例１と略同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
上記実施例１～３では、測定対象回路として三相インバータについて説明したが、本発明のリアクトル損失測定装置３０は、測定対象回路として単相インバータ、三相ＰＦＣ回路、単相ＰＦＣ回路等の種々の回路に適用できる。
【0046】
例えば、図９は、単相インバータ２Ａの構成例を示す回路図である。この単相インバータ２Ａでは、ＤＣ電源１のＤＣ電力を、複数のスイッチ１１～１４を有するスイッチング回路１０ＡによりスイッチングしてＡＣ電力に変換する。そして、スイッチング回路１０Ａの出力側に、リアクトル２１及びコンデンサ２４からなる出力フィルタ２０Ａを介して、負荷３又は系統電源が接続されている。このような単相インバータ２Ａにおいて、リアクトル２１の両端に印加されるリアクトル電圧ｖｌと、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ｉｌと、を図１のリアクトル損失測定装置３０により測定して、リアクトル高周波鉄損を算出できる。
【0047】
図１０は、三相ＰＦＣ回路２Ｂの構成例を示す回路図である。この三相ＰＦＣ回路２Ｂでは、三相ＡＣ電源１Ｂの三相ＡＣ電力を、インダクタ２１～２３及びコンデンサ２４～２６からなる入力フィルタ２０Ｂを介して入力し、複数のスイッチ１１～１６からなるスイッチング回路１０ＢによりＤＣ電力に変換する。そして、力率が改善されたＤＣ電力を負荷３に供給している。このような三相ＰＦＣ回路２Ｂにおいて、リアクトル２１の両端に印加されるリアクトル電圧ｖｌと、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ｉｌと、を図１のリアクトル損失測定装置３０により測定して、リアクトル高周波鉄損を算出できる。
【0048】
図１１は、単相ＰＦＣ回路２Ｃの構成例を示す回路図である。この単相ＰＦＣ回路２Ｃでは、ＡＣ電源１ＣのＡＣ電力を、インダクタ２１及びコンデンサ２４からなる入力フィルタ２０Ｃを介して入力し、複数のスイッチ１１～１４からなるスイッチング回路１０ＣによりＤＣ電力に変換する。そして、力率が改善されたＤＣ電力を負荷３に供給している。このような単相ＰＦＣ回路２Ｃにおいて、リアクトル２１の両端に印加されるリアクトル電圧ｖｌと、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ｉｌと、を図１のリアクトル損失測定装置３０により測定して、リアクトル高周波鉄損を算出できる。
【0049】
図１２は、測定対象回路としてリアクトル単品の構成例を示す回路図である。２次測定巻線をリアクトル２１に追加し、高周波電源１Ｅをそのリアクトル２１に接続し、２次測定巻線の出力電圧ｖｌと、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ｉｌと、を図１のリアクトル損失測定装置３０により測定すれば、計測器誤差変動の対策として有効である。
【符号の説明】
【0050】
２ 三相インバータ
２Ａ 単相インバータ
２Ｂ 三相ＰＦＣ回路
２Ｃ 単相ＰＦＣ回路
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ スイッチング回路
１１～１６ スイッチ
１１ａ～１６ａ ダイオード
２０，２０Ａ 出力フィルタ
２０Ｂ，２０Ｃ 入力フィルタ
２１～２３ リアクトル
２４～２６ コンデンサ
３０ リアクトル損失測定装置
３１ 電圧計測器
３２ 電流計測器
３３ 計測記録装置
３４ 演算装置
４０ 測定装置本体
４１，４２ 信号移相処理部
４３ スイッチング周波数算出部
４４ スイッチング周期算出部
４５，４６ スイッチング周波数高周波成分抽出部
４７，４８ 鉄損電力演算部
４９ 演算結果記録部
２Ａ 単相インバータ
２Ｂ 三相ＰＦＣ回路
２Ｃ 単相ＰＦＣ回路
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ スイッチング回路
１１～１６ スイッチ
１１ａ～１６ａ ダイオード
２０，２０Ａ 出力フィルタ
２０Ｂ，２０Ｃ 入力フィルタ
２１～２３ リアクトル
２４～２６ コンデンサ
３０ リアクトル損失測定装置
３１ 電圧計測器
３２ 電流計測器
３３ 計測記録装置
３４ 演算装置
４０ 測定装置本体
４１，４２ 信号移相処理部
４３ スイッチング周波数算出部
４４ スイッチング周期算出部
４５，４６ スイッチング周波数高周波成分抽出部
４７，４８ 鉄損電力演算部
４９ 演算結果記録部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】