JP6421150B2 - Test power supply - Google Patents
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Description
本発明は、試験用電源装置に係り、さらに詳しくは、基本周波数の交流電源の供給を受ける検査対象装置に対して電源を供給する試験用電源装置の改良に関する。 The present invention relates to a test power supply device, and more particularly to an improvement of a test power supply device that supplies power to a device to be inspected that is supplied with an AC power supply having a fundamental frequency.
商用電源から基本周波数の交流電源が供給される電力装置には、太陽電池や燃料電池の出力変換を行うPCS(Power Conditioning System)等がある。この種の電力装置は、商用電源の電圧変動に対する耐性試験に適合することが求められる。例えば、EMC(Electro-Magnetic Compatibility:電磁両立性)試験規格では、基本周波数の電圧波形に様々な周波数の電圧波形が妨害波として重畳された合成波に対するイミュニティ(電磁的な耐性)が要求される。耐性試験では、電源装置から供給される電圧波形が歪んでいても電力装置が正常に動作するか否かが判別される。 Examples of power devices that are supplied with AC power at a fundamental frequency from a commercial power source include PCS (Power Conditioning System) that performs output conversion of solar cells and fuel cells. This type of power device is required to meet a tolerance test against a voltage fluctuation of a commercial power source. For example, the EMC (Electro-Magnetic Compatibility) test standard requires immunity (electromagnetic resistance) to a composite wave in which voltage waveforms of various frequencies are superimposed as interference waves on the voltage waveform of the fundamental frequency. . In the tolerance test, it is determined whether or not the power device operates normally even if the voltage waveform supplied from the power supply device is distorted.
上述した耐性試験を行うための試験用電源装置は、ACシミュレータと呼ばれ、リニアアンプ方式の電源装置が知られている。リニアアンプ方式の電源装置は、信号発生器により生成される高調波信号を基本周波数の信号に加算し、能動素子の増幅作用を利用して電力増幅を行う装置であり、定格出力は高々数kVA〜数十kVA程度である。このため、大容量のPCSの耐性試験には適さないという問題があった。 A test power supply for performing the above-described resistance test is called an AC simulator, and a linear amplifier type power supply is known. The power supply device of the linear amplifier system is a device that adds a harmonic signal generated by a signal generator to a signal of a fundamental frequency and performs power amplification using the amplification action of an active element, and its rated output is several kVA at most. ~ About several tens of kVA. For this reason, there existed a problem that it was not suitable for the tolerance test of large capacity PCS.
そこで、インバータ方式の電源装置を用いて耐性試験を行うことが考えられる。インバータ方式の電源装置は、複数のスイッチング素子からなるインバータを所定のスイッチング周波数で動作させることによって合成波を生成する装置であり、大容量化が容易である。例えば、基本周波数は50Hz又は60Hzであることから、数kHz〜十数kHz程度のスイッチング周波数が使用される。ところが、上述したEMC試験規格では、基本周波数の40倍といった高次の高調波を生成する必要がある。数kHz〜十数kHz程度のスイッチング周波数で高次の高調波を生成すると、分解能不足によって電圧波形に歪みが生じてしまうという問題がある。 Therefore, it is conceivable to perform a resistance test using an inverter type power supply device. An inverter type power supply device is a device that generates a composite wave by operating an inverter composed of a plurality of switching elements at a predetermined switching frequency, and can easily increase the capacity. For example, since the fundamental frequency is 50 Hz or 60 Hz, a switching frequency of about several kHz to several tens of kHz is used. However, in the EMC test standard described above, it is necessary to generate a higher-order harmonic such as 40 times the fundamental frequency. When high-order harmonics are generated at a switching frequency of about several kHz to several tens of kHz, there is a problem that the voltage waveform is distorted due to insufficient resolution.
一方、スイッチング周波数を高くすることにより、高次の高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる。しかしながら、スイッチング周波数を高くすれば、スイッチングによる電力損失が増大してしまうという問題がある。 On the other hand, by increasing the switching frequency, it is possible to prevent distortion from occurring in the higher-order harmonic waveform. However, if the switching frequency is increased, there is a problem that power loss due to switching increases.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大容量化が容易であり、高次の高調波波形を発生させることができる試験用電源装置を提供することを目的とする。特に、スイッチング動作による電力損失の増大を抑制しつつ、高次の高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる試験用電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a test power supply device that can easily increase the capacity and can generate higher-order harmonic waveforms. In particular, it is an object of the present invention to provide a test power supply apparatus that can prevent distortion in a higher-order harmonic waveform while suppressing an increase in power loss due to a switching operation.
本発明の第1の態様による試験用電源装置は、基本周波数の試験用電源装置であって、上記基本周波数の電圧波形を基本波として生成する低帯域インバータと、上記低帯域インバータよりも高いスイッチング周波数で動作し、上記基本周波数よりも高い周波数として予め定められた第1閾値周波数以上の高帯域テスト周波数の電圧波形を妨害波として生成する高帯域インバータと、上記低帯域インバータ及び上記高帯域インバータが1次コイル及び2次コイルにそれぞれ接続され、上記基本波に上記妨害波を重畳させるトランス結合回路と、上記高帯域テスト周波数を指定するテスト周波数指定手段とを備える。 A test power supply apparatus according to the first aspect of the present invention is a test power supply apparatus having a fundamental frequency, and a low-band inverter that generates a voltage waveform of the fundamental frequency as a fundamental wave, and switching higher than the low-band inverter. A high-band inverter that operates at a frequency and generates a voltage waveform of a high-band test frequency equal to or higher than a first threshold frequency that is predetermined as a frequency higher than the basic frequency as an interference wave, the low-band inverter, and the high-band inverter Is connected to the primary coil and the secondary coil, respectively, and includes a transformer coupling circuit that superimposes the interference wave on the fundamental wave, and a test frequency designating unit that designates the high-band test frequency.
この様な構成によれば、低帯域インバータ及び高帯域インバータのスイッチング動作によって電力増幅が行われるため、大容量化が容易である。また、低帯域インバータよりも高いスイッチング周波数で動作する高帯域インバータによって妨害波が生成されるため、高次の高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる。また、トランス結合回路が基本波に妨害波を重畳させるため、1つのインバータによって電力増幅が行われる場合に比べ、スイッチング動作による電力損失の増大を抑制することができる。 According to such a configuration, since power amplification is performed by the switching operation of the low-band inverter and the high-band inverter, the capacity can be easily increased. Further, since the interference wave is generated by the high-band inverter that operates at a higher switching frequency than that of the low-band inverter, it is possible to prevent distortion of the higher-order harmonic waveform. Further, since the transformer coupling circuit superimposes the interference wave on the fundamental wave, an increase in power loss due to the switching operation can be suppressed as compared with the case where power amplification is performed by one inverter.
本発明の第2の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、上記低帯域インバータが、上記基本波に上記第1閾値周波数以上の周波数として予め定められた第2閾値周波数未満の低帯域テスト周波数の電圧波形が重畳された合成波を生成し、上記テスト周波数指定手段が、上記低帯域テスト周波数を指定するように構成される。この様な構成によれば、基本波に低帯域テスト周波数の電圧波形が妨害波として重畳された合成波を生成することができる。 In addition to the above-described configuration, the test power supply apparatus according to the second aspect of the present invention is configured such that the low-band inverter includes a low band less than a second threshold frequency that is predetermined as a frequency equal to or higher than the first threshold frequency in the fundamental A composite wave on which the voltage waveform of the test frequency is superimposed is generated, and the test frequency specifying means is configured to specify the low-band test frequency. According to such a configuration, it is possible to generate a synthesized wave in which the voltage waveform of the low-band test frequency is superimposed on the fundamental wave as an interference wave.
本発明の第3の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、上記低帯域インバータが、上記基本周波数の整数倍の高調波又は上記基本周波数の非整数倍の次数間高調波が重畳された合成波を生成し、上記次数間高調波には、上記基本周波数の1倍未満の電圧波形が含まれるように構成される。 In addition to the above-described configuration, the test power supply apparatus according to the third aspect of the present invention is configured such that the low-band inverter is superimposed with harmonics that are integer multiples of the fundamental frequency or non-integer multiples of the fundamental frequency. The synthesized wave is generated, and the inter-order harmonics are configured to include a voltage waveform less than 1 times the fundamental frequency.
この様な構成によれば、基本周波数の整数倍の高調波が妨害波として重畳された合成波だけでなく、基本周波数の非整数倍の次数間高調波が妨害波として重畳された合成波も生成することができる。 According to such a configuration, not only a composite wave in which a harmonic of an integral multiple of the fundamental frequency is superimposed as an interference wave, but also a composite wave in which an inter-order harmonic of a non-integer multiple of the fundamental frequency is superimposed as an interference wave Can be generated.
本発明の第4の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、上記基本周波数が50Hz又は60Hzであり、上記低帯域インバータが、20kHz以下のスイッチング周波数で動作し、上記テスト周波数指定手段が、上記基本周波数の12倍以下の範囲内で予め定められた周波数を上記第1閾値周波数及び上記第2閾値周波数として上記低帯域テスト周波数及び上記高帯域テスト周波数を指定するように構成される。 In addition to the above configuration, the test power supply apparatus according to the fourth aspect of the present invention has the basic frequency of 50 Hz or 60 Hz, the low-band inverter operates at a switching frequency of 20 kHz or less, and the test frequency designation means The low-band test frequency and the high-band test frequency are designated with a predetermined frequency within a range of 12 times or less of the basic frequency as the first threshold frequency and the second threshold frequency.
この様な構成によれば、低帯域インバータで生成される合成波形に歪みが生じるのを抑制するとともに、高帯域インバータにおけるスイッチング損失の増大を抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress distortion in the combined waveform generated by the low-band inverter and to suppress an increase in switching loss in the high-band inverter.
本発明の第5の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、上記高帯域インバータが、上記低帯域インバータよりも出力が小さいように構成される。この様な構成によれば、スイッチング動作による電力損失の増大を抑制することができる。 In addition to the above-described configuration, the test power supply apparatus according to the fifth aspect of the present invention is configured such that the high-band inverter has a smaller output than the low-band inverter. According to such a configuration, an increase in power loss due to the switching operation can be suppressed.
本発明の第6の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、上記トランス結合回路の上記1次コイルに並列に接続されるコンデンサを備え、上記1次コイルの漏れインダクタンスと上記コンデンサとが上記高帯域インバータのキャリア除去フィルタを形成するように構成される。 A test power supply apparatus according to a sixth aspect of the present invention includes a capacitor connected in parallel to the primary coil of the transformer coupling circuit in addition to the above configuration, and the leakage inductance of the primary coil and the capacitor are The high band inverter is configured to form a carrier removal filter.
この様な構成によれば、キャリア除去フィルタ用のコイルをトランス結合回路とは別個に設ける場合に比べ、部品点数の増加を抑制しつつ、高帯域インバータの出力からスイッチング周波数成分を除去することができる。 According to such a configuration, it is possible to remove the switching frequency component from the output of the high-band inverter while suppressing an increase in the number of parts as compared with the case where the coil for the carrier removal filter is provided separately from the transformer coupling circuit. it can.
本発明の第7の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、商用電源を利用して直流電圧を生成するコンバータを備え、上記低帯域インバータ及び上記高帯域インバータが、共通の上記コンバータから供給される上記直流電圧を利用して電圧波形を生成するように構成される。この様な構成によれば、インバータごとにコンバータを設ける場合に比べ、装置を小型化することができる。 A test power supply apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes a converter that generates a DC voltage using a commercial power supply in addition to the above-described configuration, and the low-band inverter and the high-band inverter are common to the converter. A voltage waveform is generated using the supplied DC voltage. According to such a configuration, the apparatus can be reduced in size as compared with the case where a converter is provided for each inverter.
本発明の第8の態様による試験用電源装置は、上記構成に加え、上記高帯域インバータが、炭化ケイ素を用いた電界効果トランジスタからなるように構成される。この様な構成によれば、高帯域インバータがケイ素を用いた絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなる場合に比べ、高帯域インバータにおける電力損失を低減させることができる。 In addition to the above configuration, the test power supply apparatus according to the eighth aspect of the present invention is configured such that the high-band inverter includes a field effect transistor using silicon carbide. According to such a configuration, the power loss in the high-band inverter can be reduced as compared with the case where the high-band inverter is composed of an insulated gate bipolar transistor using silicon.
本発明によれば、大容量化が容易であり、高次の高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる試験用電源装置を提供することができる。特に、スイッチング動作による電力損失の増大を抑制しつつ、高次の高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a test power supply device that is easy to increase in capacity and can prevent distortion in a high-order harmonic waveform. In particular, it is possible to prevent distortion from occurring in higher-order harmonic waveforms while suppressing an increase in power loss due to the switching operation.
<試験用電源装置1>
図1は、本発明の実施の形態による試験用電源装置1の一構成例を示したシステム図である。図中には、検査対象のPCS(Power Conditioning System)2に接続された試験用電源装置1が示されている。PCS2は、太陽電池又は燃料電池で発電された直流電力を交流電力に変換し、安定した電圧及び周波数で電力系統へ出力する電力変換装置である。
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FIG. 1 is a system diagram showing a configuration example of a test
試験用電源装置1は、基本周波数f0の交流電源の供給を受ける検査対象装置に対し、電源を供給するACシミュレータであり、基本周波数f0の電圧波形に様々な周波数の電圧波形が妨害波として重畳された合成波を生成して各種の耐性試験を行う。この試験用電源装置1は、基本周波数f0や耐性試験のためのテスト周波数を指定する情報処理端末11と、情報処理端末11からのテスト周波数指示に基づいて、合成波を生成し、PCS2に電源として印加する電源生成ユニット12とにより構成される。
The test
情報処理端末11は、例えば、耐性試験用のアプリケーションプログラムに基づいて動作するパーソナルコンピュータである。この情報処理端末11は、閾値周波数fts1未満の低帯域テスト周波数f1を指定し、或いは、閾値周波数fts2以上の高帯域テスト周波数f2を指定するためのテスト周波数指示を生成し、電源生成ユニット12へ出力する。
The
閾値周波数fts1及びfts2は、いずれも基本周波数f0よりも高い周波数の固定値であり、予め定められる。閾値周波数fts1は、閾値周波数fts2以上である。低帯域テスト周波数f1及び高帯域テスト周波数f2は、ユーザ操作に基づいて指定され、或いは、予め定められたテストスケジュールに従って自動的に指定される。 The threshold frequencies fts1 and fts2 are both fixed values of frequencies higher than the basic frequency f0 and are determined in advance. The threshold frequency fts1 is equal to or higher than the threshold frequency fts2. The low-band test frequency f1 and the high-band test frequency f2 are specified based on a user operation, or are automatically specified according to a predetermined test schedule.
基本周波数f0は、商用電源3の周波数に対応し、例えば、f0=50Hzである。情報処理端末11は、基本周波数f0の12倍以下の範囲内で予め定められる周波数を閾値周波数fts1及びfts2として、低帯域テスト周波数f1及び高帯域テスト周波数f2を指定する。閾値周波数fts1及びfts2は、例えば、fts1=fts2であり、基本周波数f0の9倍、すなわち、fts1,fts2=450Hzが用いられる。
The basic frequency f0 corresponds to the frequency of the commercial power supply 3, and is, for example, f0 = 50 Hz. The
低帯域テスト周波数f1は、基本周波数f0の0.33倍以上9倍未満の範囲内で指定される。一方、高帯域テスト周波数f2は、基本周波数f0の9倍以上40倍以下の範囲内で指定される。この様な構成を採用することにより、EMC試験規格で定められた様々な耐性試験を行うことができる。 The low-band test frequency f1 is specified within a range of 0.33 times or more and less than 9 times the basic frequency f0. On the other hand, the high-band test frequency f2 is specified within a range of 9 to 40 times the basic frequency f0. By adopting such a configuration, various resistance tests defined in the EMC test standards can be performed.
例えば、個別高調波試験、次数間高調波試験及び周波数スイープ試験を行うことができる。個別高調波試験は、2次から40次までの高調波を順次に重畳させる耐性試験である。次数間高調波試験は、基本周波数f0の非整数倍の電圧波形を次数間高調波と呼び、この次数間高調波を重畳させる耐性試験である。周波数スイープ試験は、0.33次から40次までの高調波を段階的又は連続的に重畳させる耐性試験である。なお、基本周波数f0がf0=60Hzであれば、閾値周波数ftsには、fts=540Hzが用いられる。 For example, individual harmonic tests, interharmonic harmonic tests, and frequency sweep tests can be performed. The individual harmonic test is a tolerance test in which harmonics from the second order to the 40th order are sequentially superimposed. The interharmonic test is a tolerance test in which a voltage waveform that is a non-integer multiple of the fundamental frequency f0 is called an interharmonic harmonic and this interharmonic harmonic is superimposed. The frequency sweep test is a tolerance test in which harmonics from the 0.33rd order to the 40th order are superimposed stepwise or continuously. If the basic frequency f0 is f0 = 60 Hz, fts = 540 Hz is used as the threshold frequency fts.
電源生成ユニット12は、商用電源3から供給される電力を利用して所望の交流電圧を電源として生成するインバータユニットである。商用電源3は、例えば、3相3線式で周波数が50Hz、電圧の実効値が420Vの交流電力を電源生成ユニット12に供給する。
The
<電源生成ユニット12>
図2は、図1の電源生成ユニット12の構成例を示した図である。この電源生成ユニット12は、コンバータ121、低帯域インバータ122、高帯域インバータ123、トランス結合回路124、開閉器125、出力端子126、コンバータ制御回路127、インバータ制御回路128及び129により構成される。
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FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
コンバータ121は、商用電源を利用して直流電圧を生成する変換器であり、複数のスイッチング素子、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなる。このコンバータ121は、商用電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換し、低帯域インバータ122及び高帯域インバータ123へ出力する。コンバータ121の各スイッチング素子は、ゲート駆動信号GSによってスイッチングする。コンバータ121から出力される直流電圧は、例えば、650Vである。
The
低帯域インバータ122は、コンバータ121から入力される直流電圧を低帯域の交流電圧に変換し、トランス結合回路124又は開閉器125を介して出力端子126から出力するスイッチング方式の変換器であり、複数のスイッチング素子、例えば、IGBTからなる。低帯域インバータ122の各スイッチング素子は、ゲート駆動信号GS1によってスイッチングする。
The low-
この低帯域インバータ122は、所定のスイッチング周波数fs1、例えば、fs1=7kHzで動作し、基本周波数f0の電圧波形を基本波として生成し、或いは、当該基本波に低帯域テスト周波数f1の電圧波形が妨害波として重畳された合成波を生成する。低帯域インバータ122により基本波に重畳される妨害波の電圧レベルは、基本波の電圧レベルの0〜十数%程度である。なお、スイッチング周波数fs1は、数kHzを上回る周波数、例えば、十数kHz、具体的には、16kHz〜18kHzであってもよい。
The low-
また、低帯域インバータ122は、基本周波数f0の整数倍の高調波が妨害波として重畳され、或いは、基本周波数f0の非整数倍の次数間高調波が妨害波として重畳された合成波を生成する。次数間高調波には、基本周波数f0の1倍未満の電圧波形が含まれる。
In addition, the low-
高帯域インバータ123は、コンバータ121から入力される直流電圧を高帯域の交流電圧に変換し、トランス結合回路124へ出力するスイッチング方式の変換器であり、複数のスイッチング素子からなる。高帯域インバータ123の各スイッチング素子は、ゲート駆動信号GS2によってスイッチングする。
The high-
この高帯域インバータ123は、低帯域インバータ122よりも高いスイッチング周波数fs2、例えば、fs2=42kHzで動作し、高帯域テスト周波数f2の電圧波形を妨害波として生成する。また、高帯域インバータ123は、低帯域インバータ122よりも出力が小さい。例えば、低帯域インバータ122の出力が800kVA程度であるのに対し、高帯域インバータ123の出力は、150kVA程度であり、低帯域インバータ122の1/5以下である。
The high-
トランス結合回路124は、低帯域インバータ122により生成される基本波に対し、高帯域インバータ123により生成される妨害波を重畳させるための変圧器回路であり、低帯域インバータ122及び高帯域インバータ123が1次コイル及び2次コイルにそれぞれ接続される。このトランス結合回路124により基本波に重畳される妨害波の電圧レベルは、基本波の電圧レベルの0〜十数%程度である。
The
開閉器125は、低帯域テスト周波数f1の電源を出力する場合に導通し、高帯域テスト周波数f2の電源を出力する場合に遮断する電磁開閉方式のスイッチであり、トランス結合回路124に並列に接続される。
The
電流計131は、低帯域インバータ122の出力電流Ioutを検出するための電流検出器であり、低帯域インバータ122とトランス結合回路124との間に配置される。出力電流Ioutは、出力端子126に接続されている負荷を流れる負荷電流である。電流計132は、高帯域インバータ123の出力電流Iinvを検出するための電流検出器であり、高帯域インバータ123とトランス結合回路124との間に配置される。
The
電圧計133は、電流計131とトランス結合回路124との間に配置され、低帯域インバータ122の出力電圧Voutが検出される。この電圧計133は、1次コイル及び2次コイルがそれぞれ交流の各相とデルタ結線される。電圧計134は、トランス結合回路124の1次コイルに並列に配置され、高帯域インバータ123の出力電圧Vinvが検出される。この電圧計134は、1次コイルが交流の各相とスター結線され、2次コイルが交流の各相とデルタ結線される。
The
コンバータ制御回路127は、コンバータ121を制御するための制御回路であり、ゲート駆動信号GSを生成し、コンバータ121へ出力する。インバータ制御回路128は、情報処理端末11からのテスト周波数指示に基づいて、低帯域インバータ122を制御する制御回路であり、出力電流Iout及び出力電圧Voutを参照してゲート駆動信号GS1を生成し、低帯域インバータ122へ出力する。
インバータ制御回路129は、情報処理端末11からのテスト周波数指示に基づいて、高帯域インバータ123を制御する制御回路であり、出力電流Iout、出力電流Iinv及び出力電圧Vinvを参照してゲート駆動信号GS2を生成し、高帯域インバータ123へ出力する。
The
また、インバータ制御回路129は、低帯域テスト周波数f1の電源を出力する場合に、開閉器125を閉状態(オン状態)に切り替えることにより、トランス結合回路124に対するバイパス経路を導通させた後、高帯域インバータ123を停止させる。一方、インバータ制御回路129は、高帯域テスト周波数f2の電源を出力する場合に、高帯域インバータ123を動作させた後、開閉器125を開状態(オフ状態)に切り替えることにより、トランス結合回路124に対するバイパス経路を遮断し、インバータ制御回路128に対し、基本波を選択するように指示する。
The
図3は、図2の高帯域インバータ123及びトランス結合回路124の詳細を示した図である。高帯域インバータ123は、6つのスイッチング素子4と、6つの還流ダイオード5とにより構成され、コンバータ121からの直流入力を3相3線式の交流電圧に変換する。電圧の実効値は、例えば、360Vである。
FIG. 3 is a diagram showing details of the high-
スイッチング素子4には、スイッチング動作による電力損失が少ないトランジスタ、例えば、炭化ケイ素を用いたFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)などが用いられる。 As the switching element 4, a transistor with low power loss due to a switching operation, for example, an FET (Field Effect Transistor) using silicon carbide is used.
還流ダイオード5は、スイッチング素子4を保護するための半導体素子であり、スイッチング素子4のソース端子とドレイン端子との間に並列に接続される。インバータ制御回路129からのゲート駆動信号GS2は、スイッチング素子4のゲート端子に入力される。
The free-wheeling diode 5 is a semiconductor element for protecting the switching element 4, and is connected in parallel between the source terminal and the drain terminal of the switching element 4. A gate drive signal GS2 from the
トランス結合回路124は、3つのトランス6と、トランス6の1次コイルと低帯域インバータ122からの交流入力と出力端子126とを互いに接続するオープンスター結線部と、トランス6の2次コイルと高帯域インバータ123とを互いに接続するデルタ結線部とにより構成される。低帯域インバータ122からの交流入力は、3相3線式の交流電圧であり、実効値は、例えば、420Vである。
The
オープンスター結線部及びデルタ結線部の構成は、以下の通りである。1次コイルの一端が交流入力の第1相に接続され、他端が第1相の出力端子126に接続されたトランス6の2次コイルは、一端が高帯域インバータ123の第1相に接続され、他端が第2相に接続されている。また、1次コイルの一端が交流入力の第2相に接続され、他端が第2相の出力端子126に接続されたトランス6の2次コイルは、一端が高帯域インバータ123の第2相に接続され、他端が第3相に接続されている。また、1次コイルの一端が交流入力の第3相に接続され、他端が第3相の出力端子126に接続されたトランス6の2次コイルは、一端が高帯域インバータ123の第3相に接続され、他端が第1相に接続されている。
The configuration of the open star connection part and the delta connection part is as follows. One end of the primary coil is connected to the first phase of the AC input, and the other end of the secondary coil of the transformer 6 connected to the first
このトランス結合回路124には、1次コイルに並列にコンデンサ130が接続されている。コンデンサ130は、コンデンサ130と1次コイルの漏れインダクタンスとにより、高帯域インバータ123のキャリア除去フィルタを形成するための容量素子である。このコンデンサ130は、トランス6ごとに設けられ、トランス6の1次コイルに並列に接続される。
In this
開閉器125は、トランス結合回路124の1次コイルに並列に接続され、閉状態において、トランス結合回路124に対するバイパス経路を形成する。この開閉器125は、トランス6ごとに設けられ、トランス6の1次コイルに並列に接続される。
The
<インバータ制御回路129>
図4は、図2のインバータ制御回路129の構成例を示したブロック図である。このインバータ制御回路129は、実効値指令生成部21、実効値演算部22、実効値電圧制御部23、瞬時電圧波形制御部24、位相整合部25、加算器26、ピークカットリミッタ27、瞬時電流波形制御部28及びゲート駆動信号生成部29により構成される。
<
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the
実効値指令生成部21は、出力電圧Vinvの実効値を決めるための実効値指令を生成する。実効値演算部22は、電圧計134により検出された出力電圧Vinvから実効値を求める。実効値電圧制御部23は、出力電圧Vinvの実効値が一定となるようにフィードバック制御する制御部であり、減算器231及び波形指令生成部232により構成される。
The effective value
減算器231は、実効値指令生成部21により生成された実効値指令に対し、実効値演算部22により求められた実効値を減算して実効値指令の誤差を生成し、波形指令生成部232へ出力する。波形指令生成部232は、情報処理端末11からのテスト周波数指示と減算器231からの実効値指令の誤差とに基づいて、出力電圧Vinvの電圧波形を決めるための波形指令を生成する。波形指令生成部232は、例えば、誤差増幅部及び正弦波生成部により構成され、増幅した誤差と正弦波とから波形指令を作成する。
The
瞬時電圧波形制御部24は、出力電圧Vinvの瞬時値をフィードバック制御する制御部であり、加算器241及びインバータ電圧PI制御部242により構成される。加算器241は、波形指令生成部232により生成された波形指令に対し、電圧計134により検出された出力電圧Vinvを逆位相で加算して波形指令の誤差を生成し、インバータ電圧PI制御部242へ出力する。インバータ電圧PI制御部242は、加算器241からの波形指令の誤差に基づいて、出力電流Iinvの電流波形を決めるための波形指令を生成する。インバータ電圧のPI制御は、出力を波形指令と出力電圧Vinvの検出値との誤差の1次関数として制御するとともに、誤差の積分に応じて出力を変化させるフィードバック制御である。
The instantaneous voltage
位相整合部25は、電流計131により検出された出力電流Ioutの位相を一定量ずらすことにより、インバータ電圧PI制御部242の波形指令と整合させる。この位相整合部25は、出力電流Ioutの検出値をトランス結合回路124の2次コイル側の位相に整合させる移相器であり、検出値の位相を30°遅らせる。位相のずれ30°は、1次コイル側のスター結線と2次コイル側のデルタ結線との間の位相差に対応している。
The
加算器26は、インバータ電圧PI制御部242により生成された波形指令に対し、位相整合部25からの出力電流Ioutの検出値を電流指令として同位相で加算し、ピークカットリミッタ27へ出力する。ピークカットリミッタ27は、負荷短絡時の過電流を防止するための回路である。瞬時電流波形制御部28は、出力電流Iinvの瞬時値をフィードバック制御する制御部であり、加算器281,283及びインバータ電流PI制御部282により構成される。
The
出力電流Ioutは、出力端子126に接続されている負荷を実際に流れる負荷電流であることから、出力電流Ioutの検出値を出力電流Iinvの波形指令と同位相で加算して瞬時電流波形の指令値とすることにより、高帯域インバータ123を定電流運転状態で動作させるフィードフォワード制御が行われる。
Since the output current Iout is a load current that actually flows through the load connected to the
低帯域テスト周波数f1の電源から高帯域テスト周波数f2の電源に切り替える場合、開閉器125を開状態に切り替えることにより、トランス結合回路124のバイパス経路が遮断される。その際、高帯域インバータ123のフィードフォワード制御により、遮断前の負荷電流が維持されるようにトランス結合回路124の1次コイルの両端に電圧が印加されるため、低帯域テスト周波数f1から高帯域テスト周波数f2への電源の切り替えを連続的に行うことができる。
When switching from the power source of the low-band test frequency f1 to the power source of the high-band test frequency f2, the bypass path of the
加算器281は、ピークカットリミッタ27からの波形指令に対し、電流計132により検出された出力電流Iinvを逆位相で加算して波形指令の誤差を生成し、インバータ電流PI制御部282へ出力する。インバータ電流PI制御部282は、加算器281からの波形指令の誤差に基づいて、出力電圧Vinvの波形指令値を生成する。加算器283は、インバータ電流PI制御部282により生成された波形指令値に対し、波形指令生成部232により生成された波形指令を同位相で加算し、ゲート駆動信号生成部29へ出力する。
The
ゲート駆動信号生成部29は、加算器283からの波形指令値に基づいて、ゲート駆動信号GS2を生成し、高帯域インバータ123へ出力する。このゲート駆動信号生成部29は、PWM(パルス幅変調)方式の駆動回路からなり、パルス状のゲート駆動信号GS2を生成する。ゲート駆動信号生成部29は、例えば、三角波信号を生成する信号発振器と、波形指令値を三角波信号と比較する比較器とにより構成される。三角波信号の周波数、すなわち、キャリア周波数は、fs2=42kHzである。
Based on the waveform command value from the
インバータ制御回路128についても、インバータ制御回路129と同様に、電流計131により検出される出力電流Ioutと、電圧計133により検出される出力電圧Voutとに基づいて、ゲート駆動信号GS1を生成する。
Similarly to the
図5は、図2の電源生成ユニット12の動作例を示した図であり、波形指令値7と三角波信号8とからゲート駆動信号GS2が生成される様子が示されている。波形指令値7とは、基本周波数f0が60Hzである場合に、最高次(40次)の高帯域テスト周波数f2としてf2=2.4kHzが指定されたときの指令値である。三角波信号8のキャリア周波数は、42kHzである。
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation example of the
ゲート駆動信号GS2は、正弦波状の波形指令値7と三角波信号8との交点において、電圧レベルがハイとローとの間で切り替えられる矩形波からなる。この様な高次の高帯域テスト周波数f2であっても、キャリア周波数が高いため、十分な分解能が得られ、高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる。
The gate drive signal GS2 is a rectangular wave whose voltage level is switched between high and low at the intersection of the sinusoidal waveform command value 7 and the
本実施の形態によれば、低帯域インバータ122及び高帯域インバータ123のスイッチング動作によって電力増幅が行われるため、大容量化が容易である。また、低帯域インバータ122よりも高いスイッチング周波数fs2で動作する高帯域インバータ123によって高次の妨害波が生成されるため、高次の高調波波形に歪みが生じるのを防止することができる。また、トランス結合回路124が基本波に高次の妨害波を重畳させるため、1つのインバータによって電力増幅が行われる場合に比べ、スイッチング動作による電力損失の増大を抑制することができる。
According to the present embodiment, since power amplification is performed by the switching operation of the low-
また、トランス結合回路124の漏れインダクタンスとコンデンサ130とが高帯域インバータ123のキャリア除去フィルタを形成するため、キャリア除去フィルタ用のコイルをトランス結合回路124とは別個に設ける場合に比べ、部品点数の増加を抑制しつつ、高帯域インバータ123の出力からスイッチング周波数成分を除去することができる。
In addition, since the leakage inductance of the
また、低帯域インバータ122及び高帯域インバータ123が、共通のコンバータ121から供給される直流電圧を利用して電圧波形を生成するため、インバータごとにコンバータを設ける場合に比べ、装置を小型化することができる。さらに、高帯域インバータ123が、炭化ケイ素を用いたFETからなるため、高帯域インバータ123がケイ素を用いたIGBTからなる場合に比べ、高帯域インバータ123の電力損失を低減させることができる。
In addition, since the low-
なお、本実施の形態では、高帯域インバータ123が炭化ケイ素を用いたFETからなる場合の例について説明したが、本発明は、高帯域インバータ123の構成をこれに限定するものではない。例えば、高帯域インバータ123をFET又はIGBTにより構成しても良い。
In the present embodiment, an example in which the high-
また、本実施の形態では、試験用電源装置1の電源生成ユニット12が2つのインバータ回路により構成される場合の例について説明したが、本発明は、電源生成ユニット12を3以上のインバータ回路によって構成するものにも適用可能である。例えば、2つの低帯域インバータ122を並列に接続することにより、出力を大容量化しても良い。
Further, in the present embodiment, an example in which the
また、本実施の形態では、閾値周波数fts1及び閾値周波数fts2を互いに一致させて低帯域テスト周波数f1と高帯域テスト周波数f2とが重複しない場合の例について説明した。しかし、本発明は、閾値周波数fts2を上回る周波数を閾値周波数fts1とすることによって低帯域テスト周波数f1の調整範囲と高帯域テスト周波数f2の調整範囲とが重複するような構成であってもよい。 Further, in the present embodiment, an example in which the threshold frequency fts1 and the threshold frequency fts2 are made to coincide with each other and the low-band test frequency f1 and the high-band test frequency f2 do not overlap has been described. However, the present invention may be configured such that the adjustment range of the low-band test frequency f1 overlaps the adjustment range of the high-band test frequency f2 by setting the frequency above the threshold frequency fts2 as the threshold frequency fts1.
1 試験用電源装置
11 情報処理端末
12 電源生成ユニット
121 コンバータ
122 低帯域インバータ
123 高帯域インバータ
124 トランス結合回路
125 開閉器
126 出力端子
127 コンバータ制御回路
128,129 インバータ制御回路
130 コンデンサ
131,132 電流計
133,134 電圧計
2 PCS
3 商用電源
4 スイッチング素子
5 還流ダイオード
6 トランス
7 波形指令値
8 三角波信号
DESCRIPTION OF
3 Commercial Power Supply 4 Switching Element 5 Freewheeling Diode 6 Transformer 7
Claims (7)
上記基本周波数の電圧波形を基本波として生成する低帯域インバータと、
上記低帯域インバータよりも高いスイッチング周波数で動作し、指定されたテスト周波数に基づいて、高帯域妨害波の電圧波形を生成する高帯域インバータと、
上記低帯域インバータ及び上記高帯域インバータが1次コイル及び2次コイルにそれぞれ接続され、上記基本波に上記高帯域妨害波を重畳させるトランス結合回路とを備え、
上記低帯域インバータは、上記テスト周波数に基づいて、上記基本波に低帯域妨害波の電圧波形が重畳された合成波を生成し、
上記基本波に上記低帯域妨害波又は上記高帯域妨害波が重畳された波形を上記試験用電源として生成することを特徴とする試験用電源装置。 In a test power supply that generates a test power supply at a fundamental frequency,
A low-band inverter that generates the fundamental frequency voltage waveform as a fundamental wave;
A high-band inverter that operates at a higher switching frequency than the low-band inverter and generates a voltage waveform of a high-band jamming wave based on a specified test frequency;
The low-band inverter and the high-band inverter are respectively connected to a primary coil and a secondary coil, and includes a transformer coupling circuit that superimposes the high-band disturbance wave on the fundamental wave,
The low-band inverter generates a composite wave in which a voltage waveform of a low-band jamming wave is superimposed on the fundamental wave based on the test frequency,
A test power supply apparatus that generates, as the test power supply, a waveform in which the low-band jamming wave or the high-band jamming wave is superimposed on the fundamental wave.
上記低帯域妨害波は、上記第1閾値周波数以上の周波数として予め定められた第2閾値周波数未満の周波数を有することを特徴とする請求項1に記載の試験用電源装置。 The high-band jamming wave has a frequency equal to or higher than a first threshold frequency that is predetermined as a frequency higher than the fundamental frequency,
2. The test power supply apparatus according to claim 1, wherein the low-band interference wave has a frequency lower than a second threshold frequency that is predetermined as a frequency that is equal to or higher than the first threshold frequency.
上記1次コイルの漏れインダクタンスと上記コンデンサとが上記高帯域インバータのキャリア除去フィルタを形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の試験用電源装置。 A capacitor connected in parallel to the primary coil of the transformer coupling circuit;
Test power supply device according to any one of claims 1 to 4, the leakage inductance and the capacitor of the primary coil and forming a carrier removing filter of the high-band inverter.
上記低帯域インバータ及び上記高帯域インバータは、共通の上記コンバータから供給される上記直流電圧を利用して電圧波形を生成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の試験用電源装置。 It has a converter that generates a DC voltage using commercial power,
The low band inverter and the high band inverter, the test power supply according to any one of claims 1 to 5, characterized in that to generate the voltage waveform by using the DC voltage supplied from a common said converter apparatus.
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