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JP7514719B2 - Reactor loss calculation method, reactor loss measurement device, and waveform measurement device - Google Patents
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Reactor loss calculation method, reactor loss measurement device, and waveform measurement device Download PDF

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Description

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。 The present invention relates to a reactor loss calculation method, a reactor loss measurement device, and a waveform measurement device for a switching power supply device having a filter reactor.

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。 In switching power supplies such as inverters, power factor correction circuits (hereinafter referred to as "PFC circuits"), and DC/DC converters that perform direct current/alternating current (DC/AC conversion) conversion using next-generation devices (semiconductor elements) such as SiC devices and GaN devices, device losses have been improved, but on the other hand, the proportion of losses in magnetic components such as AC reactors for filters has increased, so it is essential to measure losses in magnetic components in order to further reduce losses.

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。 Patent Document 1 discloses an iron loss measurement device for magnetic materials that measures iron loss by adding a secondary measurement winding in a dedicated excitation circuit. Patent Document 2 discloses a reactor loss measurement device and measurement method that adds a secondary measurement winding to a filter reactor in a single-phase inverter and measures reactor loss in a real circuit environment. Furthermore, Non-Patent Document 1 discloses a reactor loss measurement method that adds a secondary measurement winding to a filter reactor in a three-phase inverter and measures reactor loss with a dedicated measuring device.

特開平01-285881号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-285881 特開2008-122210号公報JP 2008-122210 A

IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS、31[4](2016-4)(米)p.3080-3095IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, 31[4] (2016-4) (US) p. 3080-3095

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。 The magnetic body iron loss measurement device disclosed in Patent Document 1 adds a secondary measurement winding to measure iron loss, so a dedicated circuit is required. The reactor loss measurement device and measurement method disclosed in Patent Document 2 measure reactor loss in an actual circuit environment, but it requires the addition of a secondary measurement winding and measures reactor loss using the intersection of the reactor current signal and the current fundamental wave signal, so it cannot be applied to three-phase inverters, which have complex current waveforms. In addition, the reactor loss measurement method disclosed in Non-Patent Document 1 requires a dedicated measurement device and an inverter control circuit synchronized with the signal from this dedicated measurement device, so it cannot be used to measure when installed in an actual device.

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。 The reactor loss calculation method of the present invention is a reactor loss calculation method for calculating reactor high frequency iron loss of a filter reactor provided on the output side or the input side of a switching circuit that performs power conversion by switching in response to a high frequency switching signal, the method comprising the steps of: calculating a switching frequency by performing fast Fourier transform analysis on a reactor current flowing through the reactor; calculating a switching period from the switching frequency; extracting a switching component signal by removing low frequency components from a measurement signal obtained by measuring a reactor voltage and a reactor current of the reactor based on the switching period ; and calculating the reactor high frequency iron loss by performing power calculation on the switching component signal.

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。
The reactor loss measuring device of the present invention is a reactor loss measuring device that measures high frequency iron loss in a reactor for a filter provided on the output side or input side of a switching circuit that performs power conversion by switching with a high frequency switching signal , and calculates a switching frequency by performing fast Fourier transform analysis on a reactor current flowing through the reactor, calculates a switching period from the switching frequency, and calculates a switching loss based on the switching period.
The method is characterized in that a low-frequency component of a measurement signal obtained by measuring a reactor voltage and a reactor current of the reactor is removed to extract a switching component signal, and the reactor high-frequency iron loss is calculated by performing a power calculation on the switching component signal.
Another reactor loss measurement device of the present invention is a reactor loss measurement device that measures high frequency iron loss in a reactor for a filter provided on the output side or input side of a switching circuit that performs power conversion by switching using a high frequency switching signal, and is characterized in that the device measures a reactor voltage and a reactor current of the reactor to obtain a measurement signal, calculates an average value of 1/2 switching cycles before and after the switching signal or an integer multiple of the 1/2 switching cycles before and after the switching signal centered on the time of the measurement signal, subtracts the average value from the measurement signal to calculate a switching component signal, and measures the high frequency iron loss of the reactor by performing power calculation of the switching component signal.

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。 The waveform measuring device of the present invention is a device for measuring waveforms, such as an oscilloscope, that has the calculation function of the reactor loss measuring device.

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。 According to the present invention, the low-frequency components of the measurement signal that measures the reactor voltage and reactor current are removed, and the reactor high-frequency iron loss is calculated by power calculation of the switching component signal, so there is no need to add a secondary measurement winding and high-frequency iron loss can be measured with high accuracy. Moreover, since the low-frequency components are removed when extracting the switching component signal, the effects of copper loss can be eliminated and it is also effective in preventing measurement error fluctuations. Furthermore, since no dedicated circuit is required and measurements can be made while the actual equipment is operating, it can be applied to reactor loss measurements in three-phase inverters, single-phase inverters, DC/DC converters, PFC circuits, etc.

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FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply device (e.g., a three-phase inverter) according to a first embodiment of the present invention. 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FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a switching frequency high-frequency component extraction unit 45 in FIG. 1 . 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FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of an iron loss power calculation unit 47 in FIG. 1 . 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FIG. 2 is a waveform diagram showing a switching frequency calculation method in the switching frequency calculation unit 43 in FIG. 1. 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FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the switching frequency high frequency component extraction function of FIG. 2. 図5の波形の拡大図Enlarged view of the waveform in FIG. 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FIG. 11 is a functional block diagram showing a configuration example of a switching frequency high-frequency component extraction unit 45 according to a second embodiment of the present invention. 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FIG. 11 is a functional block diagram showing a configuration example of a switching frequency high frequency component extraction unit 45 according to a third embodiment of the present invention. 単相インバータ2Aの構成例を示す回路図A circuit diagram showing a configuration example of a single-phase inverter 2A. 三相PFC回路2Bの構成例を示す回路図A circuit diagram showing a configuration example of a three-phase PFC circuit 2B. 単相PFC回路2Cの構成例を示す回路図A circuit diagram showing a configuration example of a single-phase PFC circuit 2C. 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Circuit diagram showing an example of the configuration of a single reactor as the circuit to be measured

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。 The mode for carrying out the present invention will become clear from the following description of the preferred embodiment when read in conjunction with the accompanying drawings. However, the drawings are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

(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。
(Configuration of the First Embodiment)
1(a) and (b) are circuit diagrams showing an example of the configuration of a switching power supply device (e.g., a three-phase inverter) in a first embodiment of the present invention, where (a) is an overall diagram of the three-phase inverter, and (b) is a diagram of a reactor loss measuring device in (a).

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。 In FIG. 1(a), a three-phase inverter 2 that performs three-phase DC/AC conversion is connected to a DC power source 1, and the three-phase AC power output from the three-phase inverter 2 is supplied to a load 3. Note that a system power supply may be connected to the output side of the three-phase inverter 2 instead of the load 3.

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。 The three-phase inverter 2 has a switching circuit 10 that converts DC power supplied from a DC power source 1 into three-phase AC power, and a load 3 is connected to the output side of the switching circuit 10 via an output filter 20. The switching circuit 10 has a plurality of switches 11 to 16 that are turned on/off by high-frequency switching signals (e.g., a plurality of drive pulses) S1 to S6 supplied from a control unit (not shown), and these switches are bridge-connected. Each switch 11 to 16 is composed of a next-generation device such as a SiC device or a GaN device (e.g., a semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT)). Feedback diodes 11a to 16a are connected in inverse parallel to each switch 11 to 16. The output filter 20 is composed of an LC filter consisting of three-phase reactors 21 to 23 and three-phase capacitors 24 to 26 branched and connected to the reactor 21. A reactor loss measuring device 30 is connected to the reactor 21.

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。 The reactor loss measuring device 30 is a device that measures the reactor high-frequency iron loss of the reactor 21, and is composed of a waveform measuring device such as an oscilloscope having a calculation function. This reactor loss measuring device 30 has a voltage meter 31 that measures the reactor voltage vl applied to both ends of the reactor 21, and a current meter 32 that measures the reactor current il flowing through the reactor 21. The voltage meter 31 is composed of, for example, a voltage probe for an oscilloscope. The current meter 32 is composed of, for example, a current probe for an oscilloscope, a shunt resistance measuring circuit, etc. The measurement signal (e.g., voltage measurement signal) S31 of the reactor voltage vl measured by the voltage meter 31 and the measurement signal (e.g., current measurement signal) S32 of the reactor current il measured by the current meter 32 are provided to the measurement recording device 33. The measurement and recording device 33 is a device that records the input voltage measurement signal S31 and current measurement signal S32, and is composed of an oscilloscope or the like, and the output side is connected to the calculation device 34. The calculation device 34 is a device that determines the reactor high-frequency iron loss by calculation, and is composed of, for example, the calculation function in an oscilloscope, a personal computer, etc.

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。
FIG. 1B shows a functional block diagram of a measurement device main body 40 that is composed of the measurement recorder 33 and the arithmetic unit 34 of FIG.
The measuring device main body 40 removes low-frequency components from the voltage measurement signal S31 to extract a switching component signal (e.g., a switching component voltage signal) S45, and removes low-frequency components from the current measurement signal S32 to extract a switching component signal (e.g., a switching component current signal) S46, and measures reactor high-frequency iron losses S47, S48 by performing power calculation (=S45×S46) on the switching component voltage signal S45 and the switching component current signal S46. The measuring device main body 40 has a signal phase-shift processing section 41 that inputs the voltage measurement signal S31 measured by the voltage meter 31, and a signal phase-shift processing section 42 and a switching frequency calculation section 43 that input the current measurement signal S32 measured by the current meter 32.

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。 The signal phase-shifting processing unit 41 changes the phase of the input voltage measurement signal S31 based on the phase-shifting parameter ps1, performs processing to make it coincide with the phase of the current measurement signal S32, and outputs the voltage signal S41. The signal phase-shifting processing unit 42 changes the phase of the input current measurement signal S32 based on the phase-shifting parameter ps2, performs processing to make it coincide with the phase of the voltage measurement signal S31, and outputs the current signal S42. In order to make the phases of the voltage signal S41 and the current signal S42 coincide with each other, for example, the two signal phase-shifting processing units 41 and 42 set the phase of one of the voltage signal S41 and the current signal S42 to zero. The switching frequency calculation unit 43 performs fast Fourier transform (hereinafter referred to as "FFT") analysis of the input current measurement signal S32 to calculate the switching frequency fsw, and the switching period calculation unit 44 is connected to the output side of this unit. The switching period calculation unit 44 calculates the switching period Tsw from 1/fsw.

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。 The signal phase shifting processing units 41 and 42 are connected to switching frequency high frequency component extraction units 45 and 46, respectively. The switching frequency high frequency component extraction unit 45 removes low frequency components from the voltage signal S41 output from the signal phase shifting processing unit 41 based on the switching period Tsw, extracts switching frequency high frequency components, and outputs a switching component signal (e.g., switching component voltage signal) S45, and the iron loss power calculation units 47 and 48 are connected to the output side. The other switching frequency high frequency component extraction unit 46 removes low frequency components from the current signal S42 output from the signal phase shifting processing unit 42 based on the switching period Tsw, extracts switching frequency high frequency components, and outputs a switching component signal (e.g., switching component current signal) S46, and the iron loss power calculation units 47 and 48 are connected to the output side.

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。 One of the iron loss power calculation units 47 calculates the reactor high frequency iron loss S47 by power calculation (= S45 x S46) between the switching component voltage signal S45 and the switching component current signal S46 based on the switching period Tsw, and the calculation result recording unit 49 is connected to the output side. The other iron loss power calculation unit 48 calculates the reactor high frequency iron loss S48 by power calculation (= S45 x S46) between the switching component voltage signal S45 and the switching component current signal S46 based on the AC period Tac, and the calculation result recording unit 49 is connected to the output side. The calculation result recording unit 49 is composed of a memory, a register, etc. that records the calculated reactor high frequency iron losses S47, S48.

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。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the switching frequency high frequency component extraction unit 45 shown in FIG.
The switching frequency high frequency component extraction unit 45 has a delay processing unit 45a, a low pass filter 45b, and a subtractor 45c. The input voltage signal S41 is subjected to a delay processing corresponding to a low pass filter time constant by the delay processing unit 45a, and the low frequency component is extracted by the low pass filter 45b. The low frequency component is subtracted from the delay processing result by the subtractor 45c, and the switching component voltage signal S45 is output.

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。 The other switching frequency high frequency component extraction unit 46 in FIG. 1 is configured in a manner similar to the switching frequency high frequency component extraction unit 45, in that the input current signal S42 is subjected to a delay processing unit that is equivalent to a low pass filter time constant, and low frequency components are extracted by a low pass filter, and the low frequency components are subtracted from the delay processing result by a subtractor, and a switching component current signal S46 is output.

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。

Figure 0007514719000001
FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the iron loss power calculation unit 47 in FIG.
The iron loss power calculation unit 47 has a multiplier 47a and an average calculation unit 47b for a specified period T. The multiplier 47a multiplies a voltage signal V(t) which is the input switching component voltage signal S45 by a current signal i(t) which is the input switching component current signal S46, and the average calculation unit 47b for the specified period T calculates the following equation (1) on the result of this multiplication to calculate a power value P which is the reactor high frequency iron loss S47.
Here, in the average calculation section 47b of the designated period T, T is the calculation period (that is, the switching period Tsw or a multiple thereof).
Figure 0007514719000001

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。
Another iron loss power calculation unit 48 in FIG. 1 is configured in a manner similar to the iron loss power calculation unit 47 in that a voltage signal V(t), which is an input switching component voltage signal S45, is multiplied by a multiplier by a current signal i(t), which is an input switching component current signal S46, and an average calculation unit for a specified period T performs the calculation of the above formula (1) on the result of this multiplication, thereby calculating a power value P, which is a reactor high frequency iron loss S48.
Here, in the average calculation unit for the specified period T, T is the calculation period (i.e., the AC period Tac or a multiple thereof).

(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。
(Operation of the Three-Phase Inverter of the First Embodiment)
In Fig. 1(a), a control unit (not shown) generates three-phase driving pulses S1 to S6 for constant voltage control, for example, by pulse width modulation (hereinafter referred to as "PWM"), and a plurality of switches 11 to 16 in a switching circuit 10 are alternately turned on and off. Then, a DC voltage supplied from a DC power source 1 is switched and converted into a three-phase AC voltage. The converted three-phase AC voltage has its harmonic components removed by reactors 21 to 22 and capacitors 24 to 26 in an output filter 20, and is supplied to a load 3. When the three-phase output voltage supplied to the load 3 fluctuates, the control unit changes the pulse width of the driving pulses S1 to S6 so as to suppress the fluctuation, and the three-phase output voltage is maintained at a target voltage.
In an actual circuit environment, the high-frequency iron loss of the reactor 21 is measured by the reactor loss measuring device 30 as follows.

(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。
(Reactor Loss Calculation Method in First Embodiment)
4(a) and (b) are waveform diagrams showing a switching frequency calculation method in the switching frequency calculation unit 43 in Fig. 1, where Fig. 4(a) is a waveform diagram showing an FFT analysis of a current measurement signal S32 at a reactor current il, and Fig. 4(b) is a waveform diagram showing an FFT analysis of a voltage measurement signal S31 at a reactor voltage vl. Figs. 5(a) and (b) are waveform diagrams for explaining the switching frequency high frequency component extraction function in Fig. 2. Furthermore, Fig. 6 is an enlarged view of the waveform in Fig. 5.

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。 When the three-phase inverter 2 operates, a reactor voltage vl is applied to both ends of the reactor 21, and a reactor current il flows through the reactor 21. The reactor voltage vl is measured by the voltage meter 31 shown in FIG. 1, and the reactor current il is measured by the current meter 32. The voltage measurement signal S31 measured by the voltage meter 31 is input to the signal phase shift processing unit 41 in the measurement device main body 40, and further, the current measurement signal S32 measured by the current meter 32 is input to the signal phase shift processing unit 42 and the switching frequency calculation unit 43.

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。 The signal phase shift processing unit 41 performs phase processing on the input voltage measurement signal S31 based on the phase parameter ps1 to match the phase of the current measurement signal S32, and outputs the resultant voltage signal S41, which is input to the switching frequency high frequency component extraction unit 45. The other signal phase shift processing unit 42 performs phase processing on the input current measurement signal S32 based on the phase parameter ps2 to match the phase of the voltage measurement signal S31, and outputs the resultant current signal S42, which is input to the other switching frequency high frequency component extraction unit 46. At the same time, the switching frequency calculation unit 43 performs FFT analysis on the input current measurement signal S32 to calculate the switching frequency fsw, and inputs the switching frequency fsw to the switching period calculation unit 44. The switching period calculation unit 44 calculates the switching period Tsw (=1/fsw) from the reciprocal of the switching frequency fsw.

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。 Figure 4(a) shows the result of FFT analysis of the current measurement signal S32 at the reactor current il. It can be seen that the current measurement signal S32 of the reactor current il is maximum at two frequencies f1 and f2. In the result of FFT analysis of the voltage measurement signal S31 at the reactor voltage vl shown in Figure 4(b), the voltage measurement signal S31 of the reactor voltage vl is maximum at two frequencies f1 and f2, and its shape is almost the same as the current measurement signal S32 of the reactor current il. Therefore, in Figure 1(b), the switching frequency calculation unit 43 and the switching period calculation unit 44 may be changed to a circuit configuration that inputs the voltage measurement signal S31.

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。 The switching frequency high frequency component extraction unit 45 removes the switching frequency low frequency components of the input voltage signal S41 based on the switching period Tsw, extracts the switching frequency high frequency components to calculate the switching component voltage signal S45, and inputs the switching component voltage signal S45 to the two iron loss power calculation units 47, 48. For example, as shown in FIG. 2, the switching frequency high frequency component extraction unit 45 performs delay processing equivalent to the low pass filter time constant on the voltage signal S41 by the delay processing unit 45a, and the low pass filter 45b extracts the low frequency components of the voltage signal S41. Then, the subtractor 45c subtracts the extracted low frequency components from the processing result of the delay processing unit 45a to calculate the switching component voltage signal S45. The operating waveforms of this switching frequency high frequency component extraction unit 45 are shown in FIG. 5 and FIG. 6.

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。 At the same time, the other switching frequency high frequency component extraction unit 46 also removes the switching frequency low frequency components from the input current signal S42 based on the switching period Tsw, extracts the switching frequency high frequency components, calculates the switching component current signal S46, and inputs the switching component current signal S46 to the two iron loss power calculation units 47, 48.

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。 On the other hand, the iron loss power calculation unit 47 performs a power calculation (= S45 x S46) on the input switching component voltage signal S45 and switching component current signal S46 based on the switching period Tsw, calculates the reactor high frequency iron loss S47, and inputs the reactor high frequency iron loss S47 to the calculation result recording unit 49. For example, as shown in FIG. 3, the iron loss power calculation unit 47 multiplies the input switching component voltage signal S45, which is the voltage signal V(t), by the switching component current signal S46, which is the current signal i(t), by the multiplier 47a, and performs an average calculation for the specified period T as shown in formula (1) on the multiplication result by the specified period T average calculation unit 47b, and calculates the power value P, which is the reactor high frequency iron loss S47.

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。
At the same time, the other iron loss power calculation unit 48 also performs a power calculation (=S45×S46) on the input switching component voltage signal S45 and switching component current signal S46 based on the AC period Tac to calculate the reactor high frequency iron loss S48, and inputs the reactor high frequency iron loss S48 to the calculation result recording unit 49. In the iron loss power calculation unit 48, similar to the iron loss power calculation unit 47 in Fig. 3, for example, a multiplier is used to multiply the voltage signal V(t) which is the input switching component voltage signal S45 by the current signal i(t) which is the switching component current signal S46, and an average calculation unit for the specified period T performs an average calculation for the multiplication result as shown in Equation (1) for the specified period T, and a power value P which is the reactor high frequency iron loss S48 is calculated.
The calculation result recording unit 49 records the two input reactor high frequency iron losses S47, S48, and ends the reactor loss measurement process.

(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。
(Effects of Example 1)
According to the first embodiment, the following effects (1) to (4) are obtained.
(1) After low frequency components are removed from a voltage measurement signal S31 of the reactor voltage vl measured by the voltage meter 31 and a current measurement signal S32 of the reactor current il measured by the current meter 32 by switching frequency high frequency component extraction units 45, 46, the reactor high frequency iron losses S47, S48 are calculated by power calculation of the switching component voltage signal S45 and the switching component current signal S46 by iron loss power calculation units 47, 48. Therefore, there is no need to add a secondary measurement winding, and high frequency iron losses can be measured with high accuracy.

(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。
(2) When extracting the switching component signal, low-frequency components are removed, so the effects of copper loss can be eliminated.
That is, the copper loss of the reactors 21 to 23 is classified into a portion due to low frequency components and a portion due to high frequency components. The copper loss due to the high frequency component current flowing through the reactors 21 to 23 is small, for example, about 1% or less of the iron loss, and can be ignored as an error. In contrast, the copper loss due to the low frequency component current is large, but the low frequency components are removed by filtering in the switching frequency high frequency component extractors 45 and 46, so the influence of the copper loss can be eliminated. Therefore, there is no need to add a secondary measurement winding, and high frequency iron loss can be measured with high accuracy.

(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。
(3) When the switching component signal is extracted, low-frequency components are removed, which is also effective in reducing measurement error fluctuations.
That is, when the measurement circuit of the reactor loss measurement device 30 is configured with, for example, an oscilloscope, a voltage probe, and a current probe, the error fluctuation of the measurement circuit is classified into frequency components lower than the switching frequency fsw, the switching frequency fsw and related harmonic components, and frequency components higher than the switching frequency fsw. Among these, the high frequency components can be removed by the integration process of the power calculation in the iron loss power calculation units 47, 48. The switching frequency components depend on the characteristics of the voltage probe and the current probe. Therefore, by removing the low frequency components, the influence of copper loss can be removed and it is also effective in dealing with errors in the measurement circuit.

(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。 (4) Since no dedicated circuit is required and measurements can be made while the actual equipment is in operation, it can be applied to measuring reactor losses in switching power supplies such as three-phase inverters, single-phase inverters, DC/DC converters, and PFC circuits.

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。
FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration example of the switching frequency high frequency component extracting unit 45 in the second embodiment of the present invention.
The switching frequency high frequency component extraction unit 45 of the second embodiment is composed of an average calculation unit 45d that performs an average calculation of an integer multiple period of a switching cycle on the input voltage signal S41, and a subtractor 45c. In this switching frequency high frequency component extraction unit 45, the average calculation unit 45d performs an average calculation of an integer multiple period of a switching cycle on the input voltage signal S41, as shown in the following equation (2).
t-Tsw/2*N to t+Tsw/2*N (2)
Where, Tsw is the switching period.
N=1, 2, ...
Then, the subtractor 45c subtracts the calculation result of the equation (2) from the input voltage signal S41, and outputs a switching component voltage signal S45.

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。 The other switching frequency high frequency component extraction unit 46 is similarly configured with an average calculation unit that performs an average calculation for an integer multiple period of the switching cycle on the input current signal S42, and a subtractor. In this switching frequency high frequency component extraction unit 46, the average calculation unit performs an average calculation for an integer multiple period of the switching cycle on the input current signal S42, and the subtractor subtracts the calculation result of the average calculation unit from the input current signal S42, and outputs a switching component current signal S46.

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。 Even with a measurement device main body 40 having such switching frequency high frequency component extraction units 45, 46, it is possible to achieve substantially the same effect as in Example 1.

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,・・・
FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration example of the switching frequency high frequency component extracting unit 45 in the third embodiment of the present invention.
The switching frequency high frequency component extraction unit 45 of the third embodiment is composed of a delay processing unit 45e that performs delay processing on the input voltage signal S41, an average calculation unit 45f that performs average calculation on the input voltage signal S41 over an integer multiple period of the switching cycle, and a subtractor 45c. In this switching frequency high frequency component extraction unit 45, the delay processing unit 45e performs delay processing on the input voltage signal S41 according to the following equation (3).
Tsw/2*N (3)
Where, Tsw is the switching period.
N=1, 2, ...

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。
At the same time, the average calculation unit 45f performs an average calculation of the input voltage signal S41 over an integral multiple period of the switching cycle, as shown in the following equation (4).
t - Tsw / 2 * N to t (4)
Where, Tsw is the switching period.
N=1, 2, ...
Then, the subtractor 45c subtracts the calculation result of the average calculation section 45f from the processing result of the delay processing section 45e, and outputs a switching component voltage signal S45.

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。 The other switching frequency high frequency component extraction unit 46 is similarly composed of a delay processing unit that performs delay processing on the input current signal S42, an average calculation unit that performs an average calculation for an integer multiple period of the switching cycle on the input current signal S42, and a subtractor. In this switching frequency high frequency component extraction unit 46, the delay processing unit performs delay processing on the input current signal S42. At the same time, the average calculation unit performs an average calculation for an integer multiple period of the switching cycle on the input current signal S42. Then, the subtractor subtracts the calculation result of the average calculation unit from the processing result of the delay processing unit, and outputs the switching component current signal S46.

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。 Even with a measurement device main body 40 having such switching frequency high frequency component extraction units 45, 46, it is possible to achieve substantially the same effect as in Example 1.

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。 In the above embodiments 1 to 3, a three-phase inverter was described as the circuit to be measured, but the reactor loss measurement device 30 of the present invention can be applied to various circuits as the circuit to be measured, such as a single-phase inverter, a three-phase PFC circuit, and a single-phase PFC circuit.

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。 For example, FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a single-phase inverter 2A. In this single-phase inverter 2A, the DC power of the DC power source 1 is converted to AC power by switching using a switching circuit 10A having multiple switches 11 to 14. A load 3 or a system power source is connected to the output side of the switching circuit 10A via an output filter 20A consisting of a reactor 21 and a capacitor 24. In such a single-phase inverter 2A, the reactor voltage vl applied to both ends of the reactor 21 and the reactor current il flowing through the reactor 21 are measured by the reactor loss measuring device 30 in FIG. 1, and the reactor high-frequency iron loss can be calculated.

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。 Figure 10 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a three-phase PFC circuit 2B. In this three-phase PFC circuit 2B, three-phase AC power from a three-phase AC power source 1B is input via an input filter 20B consisting of inductors 21-23 and capacitors 24-26, and is converted to DC power by a switching circuit 10B consisting of multiple switches 11-16. The DC power with an improved power factor is then supplied to a load 3. In such a three-phase PFC circuit 2B, the reactor voltage vl applied across the reactor 21 and the reactor current il flowing through the reactor 21 are measured by the reactor loss measuring device 30 in Figure 1, and the reactor high-frequency iron loss can be calculated.

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。 Figure 11 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a single-phase PFC circuit 2C. In this single-phase PFC circuit 2C, AC power from an AC power source 1C is input via an input filter 20C consisting of an inductor 21 and a capacitor 24, and is converted to DC power by a switching circuit 10C consisting of multiple switches 11-14. The DC power with an improved power factor is then supplied to a load 3. In such a single-phase PFC circuit 2C, the reactor voltage vl applied across both ends of the reactor 21 and the reactor current il flowing through the reactor 21 are measured by the reactor loss measuring device 30 in Figure 1, and the reactor high-frequency iron loss can be calculated.

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。 Figure 12 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a single reactor as the circuit to be measured. If a secondary measurement winding is added to the reactor 21, and a high-frequency power source 1E is connected to the reactor 21, the output voltage vl of the secondary measurement winding and the reactor current il flowing through the reactor 21 are measured using the reactor loss measurement device 30 in Figure 1, this is an effective measure against measurement instrument error fluctuations.

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
2 Three-phase inverter 2A Single-phase inverter 2B Three-phase PFC circuit 2C Single-phase PFC circuit 10, 10A, 10B, 10C Switching circuit 11-16 Switches 11a-16a Diodes 20, 20A Output filter 20B, 20C Input filter 21-23 Reactors 24-26 Capacitors 30 Reactor loss measuring device 31 Voltage measuring instrument 32 Current measuring instrument 33 Measurement and recording device 34 Calculation device 40 Measurement device main body 41, 42 Signal phase shift processing unit 43 Switching frequency calculation unit 44 Switching period calculation unit 45, 46 Switching frequency high frequency component extraction unit 47, 48 Iron loss power calculation unit 49 Calculation result recording unit

Claims (8)

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。
A reactor loss calculation method for calculating high frequency iron loss of a reactor for a filter provided on an output side or an input side of a switching circuit that performs power conversion by switching using a high frequency switching signal, comprising:
A switching frequency is calculated by performing a fast Fourier transform analysis on a reactor current flowing through the reactor, and a switching period is calculated from the switching frequency.
a low-frequency component of a measurement signal obtained by measuring a reactor voltage and a reactor current of the reactor based on the switching period is removed to extract a switching component signal, and the reactor high-frequency iron loss is calculated by performing a power calculation on the switching component signal.
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。
A reactor loss measuring device for measuring high frequency iron loss of a reactor for a filter provided on an output side or an input side of a switching circuit for performing power conversion by switching with a high frequency switching signal,
A switching frequency is calculated by performing a fast Fourier transform analysis on a reactor current flowing through the reactor, and a switching period is calculated from the switching frequency.
extracting a switching component signal by removing a low frequency component of a measurement signal obtained by measuring a reactor voltage and a reactor current of the reactor based on the switching period ;
A reactor loss measuring device, comprising: a reactor loss measuring device for measuring the reactor high frequency iron loss by performing a power calculation on the switching component signal.
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、平均値を前記測定信号から減算し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。
A reactor loss measuring device for measuring high frequency iron loss of a reactor for a filter provided on an output side or an input side of a switching circuit for performing power conversion by switching with a high frequency switching signal,
Measure a reactor voltage and a reactor current of the reactor to obtain a measurement signal;
a reactor loss measuring device which calculates an average value of 1/2 switching cycles before and after the switching signal or an integer multiple of the 1/2 switching cycles before and after the switching signal, centered on a time of the measurement signal, subtracts the average value from the measurement signal to calculate a switching component signal , and measures the reactor high frequency iron loss by performing power calculation on the switching component signal .
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記載のリアクトル損失測定装置。 4. The reactor loss measuring device according to claim 3 , wherein the reactor high frequency iron loss is calculated and recorded for each switching period of the switching signal or for each multiple of the switching period. 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記載のリアクトル損失測定装置。 4. The reactor loss measuring device according to claim 3 , wherein the reactor high frequency iron loss is calculated in an AC period or a multiple of the AC period. 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から5のいずれか1項記載のリアクトル損失測定装置。 6. The reactor loss measuring device according to claim 3 , wherein a switching frequency and a switching period of the switching signal are calculated by performing a fast Fourier transform on a measurement signal of the reactor current. 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から6のいずれか1項記載のリアクトル損失測定装置。 7. The reactor loss measuring device according to claim 3 , further comprising a phase shift process for the measurement signal. 請求項から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。 A waveform measuring device having a calculation function of the reactor loss measuring device according to any one of claims 3 to 7.
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