JP2006098111A - Power conversion efficiency measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a power conversion efficiency measuring apparatus, and more particularly to reduction of errors in measuring efficiency of a power converter such as an inverter.
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。
Patent Document 1 relates to a current measurement device such as a current input unit of a wattmeter, and discloses a technique related to correction of a voltage drop in a current sensor or a peripheral portion thereof.
Specifically, it has been disclosed to perform highly accurate current measurement by measuring instrument loss in the current sensor or its peripheral part, but to reduce the measurement error during efficiency measurement as in the present invention. There is no description.
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。 2. Description of the Related Art A recent electric device incorporating a motor, such as an air conditioner, is configured so that the number of rotations of the motor can be arbitrarily adjusted using an inverter as a power converter. As a result, it becomes possible to perform continuous and fine temperature control for intermittent temperature control that has been performed by turning the rotation of the motor on and off in the past. It is evaluated from.
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)
By the way, in measuring the efficiency η of such an inverter, the input power P1 and the output power P2 of the inverter are measured and obtained by the following equation.
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。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a connection relationship in efficiency measurement of a conventional inverter. In FIG. 2, a power source 1 is connected to a load 3 such as a motor via an
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。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example for performing efficiency measurement based on the connection relation of FIG. The current input unit A1 has an input resistor R A1 , the voltage input unit V1 has an input resistor R V1 , the current input unit A2 has an input resistor R A2 , and the voltage input unit V2 has an input resistor R V2 is doing. The measurement output of the current input unit A1 and the measurement output of the voltage input unit V1 are input to the power measurement unit 4 to measure the input power P1, and the measurement output of the current input unit A2 and the measurement output of the voltage input unit V2 are power measurement. The output power P2 is input to the
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)
Incidentally, as described above, there is an input resistance R A2 is the current input A2, since the voltage input V2 to the presence of the input resistance R V2, the voltage applied to the input resistor R V2 V, input When the current flowing through the resistor R A2 and a, is the power P V2 dissipated by the input resistor R V2,
P V2 = (V × V) / R V2 (W) (2)
Becomes, the power P A2 to be consumed by the input resistor R A2 is
P A2 = R A2 × I × I (W) (3)
become.
As a result, the sum of the power P V2A2 consumed by the input resistor R V2 and the input resistor R A2 is as follows.
P V2A2 = P V2 + P A2 (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。
Also, the power consumed by the
P2 = P V2 + P L (W) (5)
And the input power P1 is
P1 = P V1 + P INV + P V2A2 + P L (W) (6)
The relationship is established.
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。
The purpose of measuring the efficiency of
η TRUE = P L × 100 / (P INV + P L ) (%) (7)
Is to seek.
However, the efficiency η of the
η = (P V2 + P L ) × 100 / (P V1 + P INV + P V2A2 + P L ) (%) (8)
become.
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。
Here, the connection in FIG. 2 is changed as shown in FIG. 4, the voltage input unit V1 is connected in parallel with the power source 1, and the current input unit A1 is connected in series to the input side of the
η = (P A2 + P L ) × 100 / (P A1 + P INV + P V2A2 + P L ) (%) (9)
become.
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。
By changing the connection of FIG. 2 as shown in FIG. 4, P V1 and P A1 , P V2 and P V2 included in the efficiency equation change, and the measurer can change these P V1 and P A1 , P V2 and P A2. These influences can be reduced by determining the connection in consideration of which of these effects will be greater.
However, the term P V2A2 cannot be reduced even if the connection is changed, and remains as a measurement error, which is an impediment to high-precision efficiency measurement.
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。 The present invention solves these conventional problems. The purpose of the present invention is to measure the effect of measurement error due to the input resistance of a measurement system that cannot be reduced by changing the connection in the efficiency measurement of a power converter such as an inverter. Is to realize highly accurate efficiency measurement.
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。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
An input power measurement unit that measures input power based on the voltage and current on the input side of the power converter;
An output power measurement unit that measures output power based on the voltage and current on the output side of the power converter;
A current measuring unit for measuring the current on the output power side;
A voltage measuring unit for measuring the voltage on the output power side;
Based on these measured values of input power, output power and voltage and current on the output power side, a calculation unit that performs power conversion efficiency calculation that cancels measurement errors due to input resistance of the measurement system,
It is the power conversion efficiency measuring device characterized by providing.
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
The invention according to
The calculation unit performs an efficiency calculation of the following equation.
η = P2 × 100 / (P1−R A2 × I A2 × I A2 − ((V V2 × V V2 ) / R V2 )) (%)
η: Efficiency of power converter P2: Output power of power converter P1: Input power of power converter R A2 : Internal resistance of output current measurement system of power converter I A2 : Measured value of output current of power converter V V2 : Power converter output side voltage measurement value R V2 : Power converter output side voltage measurement system internal resistance
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the influence of the measurement error by the input resistance of the measurement system | strain which cannot be reduced even if it changes wiring can be made small, and the efficiency measurement of a power converter can be performed with high precision.
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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an example of the connection relationship of the power measuring apparatus according to the present invention, and the same reference numerals are given to the parts common to FIG. 1 differs from FIG. 3 in that the
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。
If, for example, the efficiency of the inverter is measured using the present invention, the connection relationship is the same as in FIG. That is, the power source 1 is connected to the motor 3 via the
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)
1 and 2, the measurement output of the current input unit A1 and the measurement output of the voltage input unit V1 are input to the power measurement unit 4, and the power measurement unit 4 measures the input power P1 of the
η = P2 × 100 / (P1−R A2 × I A2 × I A2 − ((V V2 × V V2 ) / R V2 )) (%)
(Ten)
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)
Here, R A2 and R V2 are known resistances inside the measuring instrument, and I A2 and V V2 are measured values. Therefore, measurement error P due to the input resistance of the measurement system that cannot be reduced even if the connection is changed. For V2A2 , the following equation holds:
P V2A2 ≒ R A2 × I A2 × I A2 − ((V V2 × V V2 ) / R V2 )) (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。
That is, the alternating current value I A2 input to the
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。 As explained above, the measurement error due to the input resistance of the measurement system that could not be reduced by changing the connection in the conventional configuration of FIG. 3 that can be expressed by the equation (11) by performing the calculation of the equation (10). P V2A2 can be subtracted, and high-efficiency efficiency measurement can be realized compared to the conventional method.
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。 In addition, although the example which measures the efficiency of an inverter was demonstrated in the said Example, it is not restricted to an inverter, It is effective for the highly accurate efficiency measurement of various power converters.
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
1
4,5 Power measurement unit 6 CPU
7
Claims (2)
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。 An input power measurement unit that measures input power based on the voltage and current on the input side of the power converter;
An output power measurement unit that measures output power based on the voltage and current on the output side of the power converter;
A current measuring unit for measuring the current on the output power side;
A voltage measuring unit for measuring the voltage on the output power side;
Based on these measured values of input power, output power and voltage and current on the output power side, a calculation unit that performs power conversion efficiency calculation that cancels measurement errors due to input resistance of the measurement system,
A power conversion efficiency measuring apparatus characterized by comprising:
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
The power conversion efficiency measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit performs an efficiency calculation of the following formula.
η = P2 × 100 / (P1−R A2 × I A2 × I A2 − ((V V2 × V V2 ) / R V2 )) (%)
η: Efficiency of power converter P2: Output power of power converter P1: Input power of power converter R A2 : Internal resistance of output current measurement system of power converter I A2 : Measured value of output current of power converter V V2 : Power converter output side voltage measurement value R V2 : Power converter output side voltage measurement system internal resistance
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