JP2006098111A - 電力変換効率測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 インバータなどの電力変換器の効率測定において、結線を変えても低減できない測定系統の入力抵抗による測定誤差の影響を小さくして、高精度の効率測定を実現すること。
【解決手段】 電力変換器の入力側の電圧と電流に基づき入力電力を測定する入力電力測定部と、電力変換器の出力側の電圧と電流に基づき出力電力を測定する出力電力測定部と、出力電力側の電流を測定する電流測定部と、出力電力側の電圧を測定する電圧測定部と、これら入力電力と出力電力と出力電力側の電圧と電流の測定値に基づき、測定系統の入力抵抗による測定誤差を打ち消す電力変換効率演算を行う演算部、
を設けたことを特徴とする電力変換効率測定装置である。
【選択図】 図１
【解決手段】 電力変換器の入力側の電圧と電流に基づき入力電力を測定する入力電力測定部と、電力変換器の出力側の電圧と電流に基づき出力電力を測定する出力電力測定部と、出力電力側の電流を測定する電流測定部と、出力電力側の電圧を測定する電圧測定部と、これら入力電力と出力電力と出力電力側の電圧と電流の測定値に基づき、測定系統の入力抵抗による測定誤差を打ち消す電力変換効率演算を行う演算部、
を設けたことを特徴とする電力変換効率測定装置である。
【選択図】 図１
Description
本発明は電力変換効率測定装置に関するものであり、詳しくは、インバータなどの電力変換器の効率測定における誤差の軽減に関するものである。
特許文献１は、電力計の電流入力部のような電流測定装置に関するものであり、電流センサまたはその周辺部分における電圧降下の補正に関する技術が開示されている。
具体的には、電流センサまたはその周辺部分における計器損失を測定することにより高精度の電流測定を行うことについて開示されているが、本発明のように効率測定時の測定誤差を小さくすることについての記載はない。
具体的には、電流センサまたはその周辺部分における計器損失を測定することにより高精度の電流測定を行うことについて開示されているが、本発明のように効率測定時の測定誤差を小さくすることについての記載はない。
近年のモータを組み込んだ電気機器、例えばエアコンでは、電力変換器としてインバータを用いてモータの回転数を任意に調整できるように構成されている。これにより、従来モータの回転をオン・オフさせることにより行われていた断続的な温度調節に対して連続的なきめ細かい温度調節ができるようになり、消費電力の低減効果も大きいことから省エネルギーの面からも評価されている。
ところで、このようなインバータの効率ηを測定するのにあたっては、インバータの入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２を測定し、次式で求めている。
η＝（Ｐ２/Ｐ１）×１００（％） (1)
η＝（Ｐ２/Ｐ１）×１００（％） (1)
図２は従来のインバータの効率測定における接続関係の一例を示す説明図である。図２において、電源１はインバータ２を介してモータなどの負荷３に接続され、例えばモータを任意の回転数で回転駆動する。インバータ２の入力側には電圧入力部Ｖ１が並列接続されるとともに、電源１と直列に電流入力部Ａ１が接続されている。インバータ２の出力側にはモータ３と並列に電圧入力部Ｖ２が接続されるとともに、負荷３と直列に電流入力部Ａ２が接続されている。これら電流入力部Ａ１、Ａ２は交流電流を測定出力し、電圧入力部Ｖ１、Ｖ２は交流電圧を測定出力する。
図３は図２の接続関係に基づき効率測定を行うための構成例を示すブロック図である。電流入力部Ａ１は入力抵抗ＲA1を有し、電圧入力部Ｖ１は入力抵抗ＲV1を有し、電流入力部Ａ２は入力抵抗ＲA2を有し、電圧入力部Ｖ２は入力抵抗ＲV2を有している。これら電流入力部Ａ１の測定出力と電圧入力部Ｖ１の測定出力は電力測定部４に入力されて入力電力Ｐ１が測定され、電流入力部Ａ２の測定出力と電圧入力部Ｖ２の測定出力は電力測定部５に入力されて出力電力Ｐ２が測定される。これら電力測定部４と電力測定部５は、アナログ演算あるいはデジタル演算によりそれぞれ入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２を算出し、これら算出した入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２をデジタル値に変換してＣＰＵ６に入力する。ＣＰＵ６は効率ηを演算し、効率ηの演算結果を表示部７に表示する。
ところで、前述のように、電流入力部Ａ２には入力抵抗ＲA2が存在し、電圧入力部Ｖ２は入力抵抗ＲV2が存在することから、入力抵抗ＲV2に印加されている電圧をＶ、入力抵抗ＲA2を流れる電流をＡとすると、入力抵抗ＲV2で消費される電力ＰV2は、
ＰV2＝（Ｖ×Ｖ）/ＲV2 （Ｗ） (2)
になり、入力抵抗ＲA2で消費される電力ＰA2は、
ＰA2＝ＲA2×Ｉ×Ｉ （Ｗ） (3)
になる。
これにより、これら入力抵抗ＲV2と入力抵抗ＲA2で消費される電力ＰV2A2の合計は次のようになる。
ＰV2A2＝ＰV2＋ＰA2 （Ｗ） (4)
ＰV2＝（Ｖ×Ｖ）/ＲV2 （Ｗ） (2)
になり、入力抵抗ＲA2で消費される電力ＰA2は、
ＰA2＝ＲA2×Ｉ×Ｉ （Ｗ） (3)
になる。
これにより、これら入力抵抗ＲV2と入力抵抗ＲA2で消費される電力ＰV2A2の合計は次のようになる。
ＰV2A2＝ＰV2＋ＰA2 （Ｗ） (4)
また、インバータ２で消費される電力をＰINV、負荷３で消費される電力をＰL、電圧入力部Ｖ１で消費される電力をＰV1、電流入力部Ａ１で消費される電力をＰA1とすると、測定器の測定誤差を除くとすれば、出力電力Ｐ２については、
Ｐ２＝ＰV2＋ＰL （Ｗ） (5)
の関係が成立し、入力電力Ｐ１については、
Ｐ１＝ＰV1＋ＰINV＋ＰV2A2＋ＰL （Ｗ） (6)
の関係が成立する。
Ｐ２＝ＰV2＋ＰL （Ｗ） (5)
の関係が成立し、入力電力Ｐ１については、
Ｐ１＝ＰV1＋ＰINV＋ＰV2A2＋ＰL （Ｗ） (6)
の関係が成立する。
インバータ２の効率を測定する目的は、本来の効率をηTRUEとすると、
ηTRUE＝ＰL×１００/（ＰINV＋ＰL）（％） (7)
を求めることである。
ところが、図２の接続により測定されるインバータ２の効率ηは、
η＝（ＰV2＋ＰL）×１００/（ＰV1＋ＰINV＋ＰV2A2＋ＰL）（％） (8)
になる。
ηTRUE＝ＰL×１００/（ＰINV＋ＰL）（％） (7)
を求めることである。
ところが、図２の接続により測定されるインバータ２の効率ηは、
η＝（ＰV2＋ＰL）×１００/（ＰV1＋ＰINV＋ＰV2A2＋ＰL）（％） (8)
になる。
ここで、図２における接続を図４のように変更して、電源１と並列に電圧入力部Ｖ１を接続するとともにインバータ２の入力側に電流入力部Ａ１を直列接続し、インバータ２の出力側には並列に電圧入力部Ｖ２を接続するとともに負荷３と直列に電流入力部Ａ２を接続すると、図４の接続により測定されるインバータ２の効率ηは、
η＝（ＰA2＋ＰL）×１００/（ＰA1＋ＰINV＋ＰV2A2＋ＰL）（％） (9)
になる。
η＝（ＰA2＋ＰL）×１００/（ＰA1＋ＰINV＋ＰV2A2＋ＰL）（％） (9)
になる。
図２の結線を図４のように変えることにより、効率の式に含まれるＰV1とＰA1、ＰV2とＰV2が変わるため、測定者がこれらＰV1とＰA1、ＰV2とＰA2のどちらの影響が大きくなるかを考慮して結線を決めることにより、これらの影響を低減できる。
ところが、ＰV2A2の項については、結線を変えても低減することはできず、測定誤差として残存することになり、高精度の効率測定の阻害要因になっている。
ところが、ＰV2A2の項については、結線を変えても低減することはできず、測定誤差として残存することになり、高精度の効率測定の阻害要因になっている。
本発明は、これらの従来の問題点を解決するものであって、その目的は、インバータなどの電力変換器の効率測定において、結線を変えても低減できない測定系統の入力抵抗による測定誤差の影響を小さくして、高精度の効率測定を実現することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
電力変換器の入力側の電圧と電流に基づき入力電力を測定する入力電力測定部と、
電力変換器の出力側の電圧と電流に基づき出力電力を測定する出力電力測定部と、
出力電力側の電流を測定する電流測定部と、
出力電力側の電圧を測定する電圧測定部と、
これら入力電力と出力電力と出力電力側の電圧と電流の測定値に基づき、測定系統の入力抵抗による測定誤差を打ち消す電力変換効率演算を行う演算部、
を設けたことを特徴とする電力変換効率測定装置である。
電力変換器の入力側の電圧と電流に基づき入力電力を測定する入力電力測定部と、
電力変換器の出力側の電圧と電流に基づき出力電力を測定する出力電力測定部と、
出力電力側の電流を測定する電流測定部と、
出力電力側の電圧を測定する電圧測定部と、
これら入力電力と出力電力と出力電力側の電圧と電流の測定値に基づき、測定系統の入力抵抗による測定誤差を打ち消す電力変換効率演算を行う演算部、
を設けたことを特徴とする電力変換効率測定装置である。
本発明のうち請求項２記載の発明は、請求項１記載の電力変換効率測定装置において、
前記演算部は、次式の効率演算を行うことを特徴とする。
η＝Ｐ２×１００/（Ｐ１−ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2））（％）
η：電力変換器の効率
Ｐ２：電力変換器の出力電力
Ｐ１：電力変換器の入力電力
ＲA2：電力変換器の出力側電流測定系統の内部抵抗
ＩA2：電力変換器の出力側電流測定値
ＶV2：電力変換器の出力側電圧測定値
ＲV2：電力変換器の出力側電圧測定系統の内部抵抗
前記演算部は、次式の効率演算を行うことを特徴とする。
η＝Ｐ２×１００/（Ｐ１−ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2））（％）
η：電力変換器の効率
Ｐ２：電力変換器の出力電力
Ｐ１：電力変換器の入力電力
ＲA2：電力変換器の出力側電流測定系統の内部抵抗
ＩA2：電力変換器の出力側電流測定値
ＶV2：電力変換器の出力側電圧測定値
ＲV2：電力変換器の出力側電圧測定系統の内部抵抗
本発明によれば、結線を変えても低減できない測定系統の入力抵抗による測定誤差の影響を小さくすることができ、電力変換器の効率測定を高精度で行える。
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく電力測定装置の接続関係の一例を示す説明図であって、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図１が図３と異なる点は、電流入力部Ａ２に電流測定部８を接続してその測定結果をＣＰＵ６に入力し、電圧入力部Ｖ２に電圧測定部９を接続してその測定結果をＣＰＵ６に入力していることである。
なお、本発明を用いて例えばインバータの効率を測定するものとすると、その接続関係は従来の図２と同一になる。すなわち、電源１はインバータ２を介してモータ３に接続され、モータ３を任意の回転数で回転駆動する。インバータ２の入力側には電圧入力部Ｖ１が並列接続されるとともに、電源１と直列に電流入力部Ａ１が接続されている。インバータ２の出力側にはモータ３と並列に電圧入力部Ｖ２が接続されるとともに、負荷３と直列に電流入力部Ａ２が接続されている。以下の説明では適宜図２も参照する。
図１および図２において、電流入力部Ａ１の測定出力と電圧入力部Ｖ１の測定出力は電力測定部４に入力され、電力測定部４はインバータ２の入力電力Ｐ１を測定する。電流入力部Ａ２の測定出力と電圧入力部Ｖ２の測定出力は電力測定部５に入力され、電力測定部５はインバータ２の出力電力Ｐ２を測定する。電流測定部８は電力測定部５に入力される交流電流値ＩA2を測定し、電圧測定部９は電力測定部５に入力される交流電圧値ＶV2を測定する。これら電力測定部４と電力測定部５と電流測定部８と電圧測定部９は、それぞれの測定結果をデジタル信号に変換してＣＰＵ６に入力する。ＣＰＵ６は次式に基づき効率ηを演算し、効率ηの演算結果を表示部７に表示する。
η＝Ｐ２×１００/（Ｐ１−ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2））（％）
(10)
η＝Ｐ２×１００/（Ｐ１−ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2））（％）
(10)
ここで、ＲA2とＲV2は測定器内部の抵抗であって既知であり、ＩA2とＶV2は測定値であることから、結線を変えても低減できない測定系統の入力抵抗による測定誤差ＰV2A2について、次式が成り立つ。
ＰV2A2≒ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2）） (11)
ＰV2A2≒ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2）） (11)
すなわち、インバータ２の出力電力Ｐ２を測定する電力測定部５に入力される交流電流値ＩA2を電流測定部８で測定するとともに電力測定部５に入力される交流電圧値ＶV2を電圧測定部９で測定してこれらの測定結果をデジタル信号に変換し、インバータ２の入力電力Ｐ１の測定値および出力電力Ｐ２測定値とともにＣＰＵ６に入力することにより、ＣＰＵ６はこれら測定値を用いて(10)式に基づく効率ηの演算を行うことができる。
以上説明したように、(10)式の演算を行うことにより、(11)式で表すことができる従来の図３の構成では結線を変えても低減できなかった測定系統の入力抵抗による測定誤差ＰV2A2を差し引くことができ、従来に比べて高精度の効率測定が実現できる。
なお、上記実施例ではインバータの効率を測定する例について説明したが、インバータに限るものではなく、各種の電力変換器の効率測定の高精度化に有効である。
１ 電源
２ インバータ
３ 負荷（モータ）
４，５ 電力測定部
６ ＣＰＵ
７ 表示部
８ 電流測定部
９ 電圧測定部
２ インバータ
３ 負荷（モータ）
４，５ 電力測定部
６ ＣＰＵ
７ 表示部
８ 電流測定部
９ 電圧測定部
Claims (2)
- 電力変換器の入力側の電圧と電流に基づき入力電力を測定する入力電力測定部と、
電力変換器の出力側の電圧と電流に基づき出力電力を測定する出力電力測定部と、
出力電力側の電流を測定する電流測定部と、
出力電力側の電圧を測定する電圧測定部と、
これら入力電力と出力電力と出力電力側の電圧と電流の測定値に基づき、測定系統の入力抵抗による測定誤差を打ち消す電力変換効率演算を行う演算部、
を設けたことを特徴とする電力変換効率測定装置。 - 前記演算部は、次式の効率演算を行うことを特徴とする請求項１記載の電力変換効率測定装置。
η＝Ｐ２×１００/（Ｐ１−ＲA2×ＩA2×ＩA2−（（ＶV2×ＶV2）/ＲV2））（％）
η：電力変換器の効率
Ｐ２：電力変換器の出力電力
Ｐ１：電力変換器の入力電力
ＲA2：電力変換器の出力側電流測定系統の内部抵抗
ＩA2：電力変換器の出力側電流測定値
ＶV2：電力変換器の出力側電圧測定値
ＲV2：電力変換器の出力側電圧測定系統の内部抵抗
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| US8570010B2 (en) | 2009-11-19 | 2013-10-29 | Asustek Computer Inc. | Multiphase power supply device and current adjusting method thereof |
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