受動素子パラメータ測定装置
【課題】電気機器内部の受動素子であるコンデンサやリアクトルのパラメータを電気機器を分解することなく測定できるようにすることである。
【解決手段】負荷抵抗演算部１８は、電源装置１４から電気機器１１に電源供給されているときに電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算し、電源制御部１９は、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させ、所定の停電時間Ｔの経過後に復電させ、コンデンサ容量演算部２０は、電源装置が一時停電したときの停電直前電圧、電源装置が復電したときの復電電圧、電源装置１４が一時停電してから復電するまでの停電時間Ｔ、負荷抵抗演算部１８で求めた負荷抵抗Ｒに基づいて電気機器１４のコンデンサ容量Ｃを演算する。
【解決手段】負荷抵抗演算部１８は、電源装置１４から電気機器１１に電源供給されているときに電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算し、電源制御部１９は、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させ、所定の停電時間Ｔの経過後に復電させ、コンデンサ容量演算部２０は、電源装置が一時停電したときの停電直前電圧、電源装置が復電したときの復電電圧、電源装置１４が一時停電してから復電するまでの停電時間Ｔ、負荷抵抗演算部１８で求めた負荷抵抗Ｒに基づいて電気機器１４のコンデンサ容量Ｃを演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統における需要家の電気機器に含まれる受動素子のパラメータを測定する受動素子パラメータ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要家の電気機器として、汎用インバータなどの入力回路にコンデンサインプット型整流器やＰＷＭ整流器あるいは付加スイッチを用いた複合整流回路を有したものが多くなっている。このような需要家の電気機器は高調波電圧歪の存在する電力系統に接続するし、高調波電流を電力系統に流出させる。その電気機器が設置されている電磁環境の下で、外部から印加される電磁妨害に対して健全な動作を保ち（第一の条件）、その動作によって外部の電磁環境を悪化させるような妨害を発生しない（第二の条件）ことが要請されている。第一の条件は妨害に対するイミュニティを示し、第二の条件はエミッションレベルを規定する。
【０００３】
これを実際の電力システムに当て嵌めると、配電系統に存在する高調波電圧が所定レベル以下の場合に、需要家の電気機器が不具合を生じないというイミュニティレベルが存在し、家電機器から流出する高調波電流エミッションが少ない場合、配電系統の配電線の高調波電圧歪みが所定のレベルまでに抑制されるということになる。つまり、イミュニティとエミッションとの電磁両立性のバランスがうまくとれた状態と言える。
【０００４】
仮に高調波電流エミッションの大きな需要家の電気機器により、配電系統の高調波電圧歪が増大した場合、その電圧歪みによりイミュニティレベルの低い需要家の電気機器に不具合が発生する可能性がある。そのような不具合発生時には、クライアントの要請により電力会社が高調波電圧歪と需要家の電気機器の不具合の因果関係を把握し、課題解決に取り組むことが想定される。その課題解決には、実測とシミュレーション解析との２つの手段を併用する。シミュレーション解析には、当該需要家の電気機器のモデリングが必要となる。
【０００５】
電気機器のモデリングのためには、電気機器に含まれる受動素子のパラメータが必要となる。例えば、受動素子であるコンデンサやリアクトルのコンデンサ容量やインダクタンスのパラメータの入手が必要となる。電気機器のコンデンサ容量を測定するものとしては自動平衡ブリッジ法を用いたＬＣＲハイテスタなどがあり、劣化診断技術としては、フィルムコンデンサの電気的特性とその表面温度を計測し、この計測データからフィルムコンデンサの劣化を診断するもの（例えば、特許文献１参照）や、平滑コンデンサの直流電圧からリップル電圧値を算出し、そのリップル電圧値と負荷電流の値に対応する比較リップル電圧値とを比較して平滑コンデンサの劣化を判定するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３７２５８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２のいずれの装置においても、電気機器の外部から受動素子であるコンデンサやリアクトルのパラメータを測定するものではないので、電気機器を分解して内部のコンデンサ容量を測定しなければならない。電気機器の分解は、専門の知識を持った者が多大の労力をかけて行うことになる。そこで、電気機器のメーカからコンデンサやリアクトルのパラメータを入手することが考えられるが、電気機器の内部回路にノウハウを含む場合には、メーカからパラメータを入手できない場合がある。
【０００７】
コンデンサやリアクトルのパラメータを入手できない場合には、電力品質が原因と思われる電気機器の停止の原因を調査しようにも、電気機器のシミュレーションモデルを精度よく作成できないので、電気機器の停止の原因を追求することが極めて困難となる。このように、電力会社は当該電気機器を製造しておらず、電気機器内部の回路定数を把握することが困難であり、解析が頓挫することも懸念されている。また、仮にメーカからパラメータを入手できたとしても、コンデンサ容量などは、劣化により、設計値と異なる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、電気機器内部の受動素子であるコンデンサやリアクトルのパラメータを電気機器を分解することなく測定できる受動素子パラメータ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、コンデンサ及び整流器を有する電気機器にリアクトルを介して直流または交流の電源電力を印加するための電源装置と、前記電源装置から前記電気機器に印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記電源装置から前記電気機器に供給される電流を検出する電流検出器と、前記電源装置から前記電気機器に電源供給されているときに前記電圧検出器で検出された前記電気機器に印加される電圧及び前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の負荷抵抗を演算する負荷抵抗演算部と、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させる電源制御部と、前記電源装置が一時停電したときの前記電圧検出器で検出される停電直前電圧、前記電源装置が復電したときの前記電圧検出器で検出される復電電圧、前記電源装置が一時停電してから復電するまでの前記停電時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗に基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算するコンデンサ容量演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１の発明において、前記負荷抵抗演算部は、前記停電直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記復電電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１の発明において、前記電源制御部は、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させることに代えて、前記電源装置から前記電気機器への供給電圧を急変させ、前記コンデンサ容量演算部は、前記電源制御部で前記電気機器への供給電圧が急変させたときの前記電圧検出器で検出される急変直前電圧、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧、前記電気機器への供給電圧が急変してから前記電流検出器により電流が検出された時点までの時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗とに基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項３の発明において、前記負荷抵抗演算部は、前記急変直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行う同定判定部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記電源装置からステップ状の電圧を前記電気機器に印加したときに前記電流検出器で検出された電流の振動周波数を検出する周波数検出部と、前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量及び前記周波数検出部で検出された電流の振動周波数に基づいて前記電気機器に含まれるリアクトルのインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧及び出力電流に基づいて電気機器の負荷抵抗を演算し、電源装置から電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させて、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧や出力電流及び電気機器の負荷抵抗に基づいて電気機器のコンデンサ容量を演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、第１の負荷抵抗と第２の負荷抵抗との平均値を電気機器の負荷抵抗として演算するので、負荷抵抗が入力電圧の値によって抵抗値が変化する定電力負荷抵抗（例えば、定トルクモータ）の場合であっても、電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、電気機器への供給電圧が急変させたときの電圧検出器で検出される急変直前電圧、及び電気機器への供給電圧を急変させた後に電流検出器により電流が検出された時点での電圧検出器で検出される電圧に基づいて、電気機器のコンデンサ容量を演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明の効果に加え、第１の負荷抵抗と第２の負荷抵抗との平均値を電気機器の負荷抵抗として演算するので、負荷抵抗が定電力負荷抵抗の場合であっても、電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、請求項１乃至４のいずれか１項の発明の効果に加え、コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行うので、演算されたコンデンサ容量の信頼性が向上する。
【００２０】
請求項６の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか１項の発明の効果に加え、電源制御部からステップ状の電圧を電気機器に印加して、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧及び出力電流に基づいて電気機器に含まれるリアクトルのインダクタンスを演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のリアクトルのインダクタンスを求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図である。需要家の電気機器１１は、コンデンサインプット型整流器を備えた交直変換回路であり、力率改善用のリアクトルＬを備えたものを示している。すなわち、整流器１２の入力側の交流側には力率改善用のリアクトルＬが設けられ、整流器１３の出力側の直流側にはコンデンサＣ及び負荷抵抗Ｒが並列に接続されている。第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置１３は、電気機器１１の受動素子であるコンデンサＣのコンデンサ容量及び負荷抵抗Ｒの抵抗値を測定するものである。
【００２２】
受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４は、電気機器１１の受動素子パラメータを測定するための直流または交流の電源を供給するものであり、リアクトルＬａを介して出力端に直流または交流の電源電力を供給する。受動素子パラメータ測定装置１３の出力端から電気機器１１に出力される電源電力の出力電圧は、電圧検出器１５で検出され記憶部１６に記憶され、同様に、電源電力の出力電流は、電流検出器１７で検出され記憶部１６に記憶される。
【００２３】
負荷抵抗演算部１８は、電源装置１４から電気機器１１に電源供給されているときに、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算するものである。例えば、電源装置１４から供給する電源電力が直流である場合には、記憶部１６に記憶された電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉを入力し、Ｒ＝Ｖ／Ｉで求める。あるいは、供給電力をＰとしたとき、Ｒ＝Ｖ２／Ｐ、または、Ｒ＝Ｐ／Ｉ２で求める。負荷抵抗演算部１８で求められた電気機器１１の負荷抵抗Ｒは記憶部１６に記憶される。
【００２４】
次に、電源制御部１９は電源装置１４から電気機器１１への電源供給を制御するものであり、電源装置１４から電気機器１１に所定電圧で電源供給をしているときに一時停電させ、一時停電後の所定の停電時間経過後に復電させる動作を行う。電源制御部１９で一時停電させその後に復電させた場合の停電時間Ｔは記憶部１６に記憶される。
【００２５】
コンデンサ容量演算部２０は電気機器のコンデンサ容量を演算するものである。コンデンサ容量演算部２０は、電源制御部１９により電源装置１４が一時停電したときの一時停電直前の電圧検出器１５で検出された出力電圧（停電直前電圧）Ｖａ、電源装置１４が復電したときの電圧検出器１５で検出された出力電圧（復電電圧）Ｖｂ、電源装置１４が一時停電してから復電するまでの停電時間Ｔ、負荷抵抗演算部１８で求めた負荷抵抗Ｒに基づいて電気機器１１のコンデンサ容量Ｃを演算し、記憶部１６に記憶する。
【００２６】
出力部２１は記憶部に記憶されたコンデンサ容量Ｃや負荷抵抗Ｒ等の情報を必要に応じて外部に出力する。
【００２７】
図２は、電源装置１４から電気機器１１に所定電圧で電源供給をしているときに、電源装置１４を一時停電させた場合の電気機器１１側の等価回路である。電源装置１４から電気機器１１に所定電圧で電源供給をしている状態は、スイッチＳを閉じている状態と等価である。スイッチＳを閉じている状態ではコンデンサＣは直流電圧Ｅにて十分に充電されている。次に、コンデンサＣが直流電圧Ｅにて十分に充電されている状態で、電源装置１４を一時停電させた状態は、スイッチＳを開いた状態と等価である。
【００２８】
時刻ｔ＝０にてスイッチＳを開いた場合、コンデンサＣの電圧Ｖｃは下記（１）式で示される。なお、（１）式では、コンデンサＣの容量をＣで表し、負荷抵抗Ｒの抵抗値をＲで表している。
【００２９】
［数１］
Ｖｃ＝Ｅ・ｅｘｐ（−ｔ／Ｒ・Ｃ）
時刻ｔ１のコンデンサＣの電圧Ｖｃ１は（１）式のｔにｔ１を代入して、（２）式のように求められる。なお、（２）式では、（１）式と同様に、コンデンサＣの容量をＣで表し、負荷抵抗Ｒの抵抗値をＲで表している。
【００３０】
［数２］
Ｖｃ１＝Ｅ・ｅｘｐ（−ｔ１／Ｒ・Ｃ）
（２）式をコンデンサ容量Ｃについて解くと、（３）式で示される。
【００３１】
［数３］
Ｃ＝ｔ１／｛Ｒ・ｌｏｇ（Ｅ／Ｖｃ１）｝
（３）式において、ｔ１、Ｅ、Ｖｃ１、Ｒが既知であればコンデンサ容量Ｃを求めることができる。
【００３２】
ここで、図２に示したように、コンデンサ容量ＣをＲＣの時定数により測定する場合、停電前後のコンデンサ両端電圧Ｅ、Ｖｃ１を測定する必要がある。電気機器１１がコンデンサインプット型に代表される交直変換回路である場合には、電気機器１１の交直変換回路に用いられている整流器１２の影響により、そのままでは、整流器１２の入力側の交流側からコンデンサ両端電圧Ｖｃ１を測定することができない。
【００３３】
すなわち、交流側電圧（整流器の入力側の電圧）が直流側電圧（コンデンサ両端電圧）より高いときには、整流器１２のダイオードがオンするため、交流側電圧を直流側電圧とみなすことができる。従って、Ｅは停電直前電圧Ｖａとみなすことができる。一方、交流側電圧が直流側電圧よりも低いときには、整流器１２のダイオードがオフするため、交流側から直流側の電圧を窺い知ることはできない。従って、そのままではコンデンサ両端電圧Ｖｃ１を測定することができない。
【００３４】
そこで、第１の実施の形態では、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入し、電気機器１１の整流器１２の直流側電圧（コンデンサ両端電圧）を交流側から測定可能としている。電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入することにより、整流器１２の入力側に印加した電源装置１４の電圧が瞬時に電気機器１１に印加されるのを防止し、あたかもソフトスタートをしたかのように電気機器１１に出力電圧を印加する。
【００３５】
つまり、一時停電させた後の復電時に電源装置１４から電圧Ｖａを印加してもリアクトルＬａにより電気機器１１への出力電圧はコンデンサ両端電圧Ｖｃ１から緩やかに電圧Ｖａに向けて立ち上がることになる。従って、電源装置１４が復電したときの電圧検出器１５で検出された出力電圧（復電電圧）Ｖｂはコンデンサ両端電圧Ｖｃ１に相当することになる。
【００３６】
ｔ１は停電時間Ｔに相当し、Ｅは停電直前電圧Ｖａに相当し、Ｖｃ１は復電電圧Ｖｂに相当し、負荷抵抗Ｒの抵抗値である。従って、これらのｔ１（＝Ｔ）、Ｅ（＝Ｖａ）、Ｖｃ１（＝Ｖｂ）、Ｒは、すべて既知であるので、コンデンサ容量Ｃを求めることができる。
【００３７】
次に、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させ、所定の停電時間Ｔの経過後に復電させた場合の電気機器１１の動作を考える。まず、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａが挿入されている場合について説明する。図３は電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入した場合の一時停電後に復電させた場合の動作波形図である。
【００３８】
図３に示すように、時点ｔ１以前の電源装置１４から電気機器１１に電源供給されている状態では、電源装置１４の出力電圧はＶ０で一定であり、電圧検出器１５の検出電圧は電気機器１１のコンデンサＣの両端電圧である。電気機器１１のコンデンサＣは整流器１２で整流された電圧Ｖ０で十分に充電されているので、コンデンサＣの両端電圧はＶ０である。また、電源装置１４の出力電流はＩ０で一定であり、負荷抵抗Ｒに一定の電力を供給している。
【００３９】
時点ｔ１において、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させたとすると、停電直前電圧ＶａはＶ０であり、電源装置１４の出力電圧は０となり、電圧検出器１５の検出電圧も０となる。一方、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃは、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により放電してＶ０から徐々に降下する。また、電源装置１４の出力電流は０となる。
【００４０】
そして、所定の停電時間Ｔの経過後の時点ｔ２で復電させたとすると、電源装置１４の出力電圧は０からＶ０となるが、リアクトルＬａの影響により、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃ及び電圧検出器１５の検出電圧は瞬時にＶ０とはならず、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により下降した時点ｔ２でのコンデンサ両端電圧Ｖｃ１から徐々に上昇する。この時点ｔ２でのコンデンサ両端電圧Ｖｃ１は、電源装置１４の復電時に電圧検出器１５で復電電圧Ｖｂとして検出される電圧である。つまり、コンデンサ両端電圧ＶｃはリアクトルＬａの影響により、時点ｔ２でのコンデンサ両端電圧Ｖｃ１から徐々にＶａに向けて上昇する。また、電源装置１４の出力電流は、時点ｔ２からオーバーシュートして流れ、最終的には負荷抵抗Ｒに一定の電力を供給する一定電流Ｉ０で落ち着く。
【００４１】
従って、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａが挿入されている場合には、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により下降したコンデンサ両端電圧Ｖｃ１は、復電時（時点ｔ２時）の復電電圧Ｖｂとして電圧検出器１５で検出される。
【００４２】
次に、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａが挿入されていない場合について説明する。図４は電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入しない場合の一時停電後に復電させた場合の動作波形図である。図４に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２直前までの状態は、図３の状態と同じである。所定の停電時間Ｔの経過後の時点ｔ２で復電したとすると、電源装置１４の出力電圧及び電圧検出器１５の検出電圧は０からＶ０となる。電源装置１４の出力端にはリアクトルＬａが挿入されていないので、電源装置１４の出力電圧がＶ０となると、電気機器１１のコンデンサＣの両端電圧Ｖｃは瞬時にＶｃ１からＶ０となる。
【００４３】
従って、復電時（時点ｔ２時）の復電電圧Ｖｂとして電圧検出器１５で検出される電圧はＶ０となり、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により下降したコンデンサ両端電圧Ｖｃ１を検出することができない。
【００４４】
このように、第１の実施の形態では、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入することによって、電気機器１１の整流器１２の直流側電圧（コンデンサ両端電圧）を交流側から測定可能としている。
【００４５】
また、電気機器１１の整流器のリアクトルＬの影響を緩和するためにも、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入する。図５は、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入して、１００００［μＦ］の静電容量を持つコンデンサ容量Ｃをシミュレーションにより同定したときのグラフである。図５から分かるように０．００５［Ｈ］以上のリアクトルＬａを挿入した場合には、電気機器１１の力率改善用のリアクトルＬの有無に関係なく精度よくコンデンサ容量Ｃ（１００００［μＦ］）を同定できている。
【００４６】
これより、ある値（例えば、０．００５［Ｈ］）以上のリアクトルＬａを電源装置１４の出力端に挿入することにより、精度よくコンデンサ容量Ｃを同定できることがわかる。また、挿入するリアクトル容量を変化させ、数点のデータを得ることにより、電気機器１１内部のリアクトルＬを完全に無視したときのコンデンサ容量Ｃを算出できる。
【００４７】
次に、第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を説明する。図６は第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、受動素子パラメータ測定装置１３を供試機器である電気機器１１に接続し（Ｓ１）、受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４から電気機器１１に電源を供給する（Ｓ２）。電源は直流または交流のいずれであってもよい。
【００４８】
電源装置１４から電気機器１１に電源を供給している状態で、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電流Ｉを検出する（Ｓ３）。すなわち、電源装置１４から電気機器１１に印加される電圧Ｖは電圧検出器１５で検出され、電源装置１４から電気機器１１に供給される電流Ｉは電流検出器１７で検出され、それぞれ記憶部１６に記憶される。
【００４９】
次に、負荷抵抗演算部１８は電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算する（Ｓ４）。負荷抵抗演算部１８は、記憶部１６に記憶された電圧検出器１５で検出された電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流Ｉを入力し、Ｒ＝Ｖ／Ｉで求める。電源装置１４から供給する電源電力が交流である場合には、供給電力をＰとしたとき、Ｒ＝Ｖ２／Ｐ、または、Ｒ＝Ｐ／Ｉ２で求める。
【００５０】
そして、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させるあたり、電源装置１４から電気機器１１への出力電圧Ｖの停電直前電圧Ｖａを記憶して停電させる（Ｓ５）。その後に、所定の停止時間Ｔを経過したかどうかを判定し（Ｓ６）、所定の停止時間Ｔを経過したときは、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を復電させ（Ｓ７）、復電時の復電電圧Ｖｂを記憶部１６に記憶する（Ｓ８）。
【００５１】
コンデンサ容量演算部２０は、（３）式により電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する（Ｓ９）。この場合、停電直前電圧Ｖａは（３）式のＥに、復電電圧Ｖｂは（３）式のＶｃ１に、停電時間Ｔは（３）式のｔ１に、負荷抵抗Ｒは（３）式のＲに代入して、電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する。コンデンサ容量演算部２０で求めたコンデンサ容量Ｃは、記憶部１６に記憶するとともに必要に応じて出力部２１により外部に出力する。
【００５２】
以上の説明では、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入し、一時停電を発生させ復電させて、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃを電気機器１１の入力側から検出可能としコンデンサ容量Ｃを求めるようにしたが、電源装置１４の電圧を急変させ、急変直前電圧Ｖｄと、電源装置１４から電気機器１１に向かって電流Ｉが流れた瞬間の電圧値Ｖｅと、時間Ｔｅとを記録し、コンデンサ容量Ｃを測定することも可能である。この場合、電源装置１４から電気機器１１に向かって電流Ｉが流れた瞬間の電圧値Ｖｅがコンデンサ両端電圧Ｖｃ１に相当することになる。
【００５３】
図７は、電源装置１４の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作特性図である。時点ｔ３以前の電源装置１４から電気機器１１に電源供給されている状態では、電源装置１４の出力電圧はＶ０で一定であり、電圧検出器１５の検出電圧は電気機器１１のコンデンサＣの両端電圧である。電気機器１１のコンデンサＣは整流器１２で整流された電圧Ｖ０で十分に充電されているので、電圧検出器１５の検出電圧はＶ０である。また、電源装置１４の出力電流はＩ０で一定であり、負荷抵抗Ｒに一定の電力を供給している。
【００５４】
時点ｔ３において、電源装置１４から電気機器１１への供給電圧をＶ０からＶ０’に急変させたとすると、急変直前電圧ＶｄはＶ０であり、電源装置１４の出力電圧ＶはＶ０’となる。急変直前電圧Ｖｄ（＝Ｖ０）を記憶部１６に記憶する。一方、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃは、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により放電してＶ０から徐々に降下する。また、電源装置１４の出力電流は０となる。
【００５５】
そして、コンデンサ両端電圧Ｖｃがコンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により放電してＶ０からＶ０’まで下がり、さらに放電しようとすると、コンデンサ両端電圧ＶｃがＶ０’より下がる。そうすると、電源装置１４の出力電圧はＶ０’であるので、電源装置１４の出力電圧の方が高くなる。従って、時点ｔ４において、電源装置１４から電気機器１１の方向に電流が流れ始める。電源装置１４から電気機器１１に向かって電流Ｉが流れた瞬間の電源装置１４の出力電圧値Ｖｅ（＝Ｖ０’）と、電圧を急変させた時点からの時間Ｔｅとを記憶部１６に記憶する。
【００５６】
図８は電源装置１４の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ４までは図３と同じである。すなわち、受動素子パラメータ測定装置１３を供試機器である電気機器１１に接続し（Ｓ１）、受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４から電気機器１１に電源を供給し（Ｓ２）、電源装置１４から電気機器１１に電源を供給している状態で、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電流Ｉを検出して（Ｓ３）、記憶部１６に記憶する。そして、負荷抵抗演算部１８は電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算して（Ｓ４）、記憶部１６に記憶する。
【００５７】
次に、電源装置１４から電気機器１１への電源電圧を急変させるにあたり、電源装置１４から電気機器１１への出力電圧Ｖの停電急変電圧Ｖｄを記憶して、出力電圧を急変させる（Ｓ５）。その後に、電源装置１４から電気機器１１の方向に電流が流れたかどうかを判定し（Ｓ６）、電源装置１４から電気機器１１の方向に電流が流れ始めたときは、その瞬間の電源装置１４の出力電圧値Ｖｅを記憶部１６に記憶し（Ｓ７）、出力電圧を急変させた時点から出力電流が流れ始めるまでの時間Ｔｅを記憶部１６に記憶する（Ｓ８）。
【００５８】
コンデンサ容量演算部２０は、（３）式により電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する（Ｓ９）。この場合、急変直前電圧Ｖｄは（３）式のＥに、出力電流が流れ始めたときの出力電圧Ｖｅは（３）式のＶｃ１に、時間Ｔｅは（３）式のｔ１に、負荷抵抗Ｒは（３）式のＲに代入して、電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する。コンデンサ容量演算部２０で求めたコンデンサ容量Ｃは、記憶部１６に記憶するとともに必要に応じて出力部２１により外部に出力する。
【００５９】
以上の説明では、負荷抵抗演算部１８は、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉを入力しＲ＝Ｖ／Ｉ、または、供給電力をＰとしたとき、Ｒ＝Ｖ２／Ｐ、または、Ｒ＝Ｐ／Ｉ２で負荷抵抗Ｒを求めるようにしたが、出力電圧の値が異なる場合の複数の負荷抵抗を求め、これらの平均値を負荷抵抗としてもよい。
【００６０】
例えば、停電直前電圧Ｖａ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器の第１の負荷抵抗Ｒ１を演算し、復電電圧Ｖｂ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器１１の第２の負荷抵抗Ｒ２を演算し、第１の負荷抵抗Ｒ１と第２の負荷抵抗Ｒ２との平均値を電気機器１１の負荷抵抗Ｒとして演算するようにしてもよい。
【００６１】
また、急変直前電圧Ｖｄ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流に基づいて電気機器１１の第１の負荷抵抗Ｒ１’を演算し、電気機器１１への供給電圧を急変させた後に電流検出器１７により電流が検出された時点での電圧検出器１５で検出される電圧Ｖｅ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流に基づいて電気機器１１の第２の負荷抵抗Ｒ２’を演算し、第１の負荷抵抗Ｒ１’と第２の負荷抵抗Ｒ２’との平均値を電気機器１１の負荷抵抗Ｒとして演算するようにしてもよい。
【００６２】
これにより、負荷抵抗が入力電圧の値によって抵抗値が変化する定電力負荷抵抗の場合であっても、平均値を使用することで電気機器１１のコンデンサ容量Ｃを精度よく求めることができる。
【００６３】
第１の実施の形態によれば、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧及び出力電流に基づいて電気機器の負荷抵抗を演算し、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧や出力電流及び電気機器の負荷抵抗に基づいて電気機器のコンデンサ容量を演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００６４】
電気機器を分解せずにコンデンサ容量を求めることが測定できるので、シミュレーション精度の向上やシミュレーションの時間短縮が図れる。さらに、定期的にコンデンサ容量を測定することによって、コンデンサの劣化診断をすることができ、未然に電気機器が故障をすることを防ぐことができる。
【００６５】
図９は本発明の第２の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、コンデンサ容量演算部２０で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行う同定判定部２２を追加して設けたものである。
【００６６】
図１０は同定判定部２２の処理内容を示すフローチャートである。まず、同定判定部２２は、異なる停止時間Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）のコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２をコンデンサ容量演算部２０に演算させる（Ｓ１）。そして、コンデンサ容量演算部２０で演算された停止時間Ｔ１のときのコンデンサ容量Ｃ１と、停止時間Ｔ２のときのコンデンサ容量Ｃ２との差分ΔＣ１（＝｜Ｃ２−Ｃ１｜）を演算し（Ｓ２）、その差分ΔＣ１が規定値ε１より小さいかどうかを判定する（Ｓ３）。その差分ΔＣ１が規定値ε１より小さいときは、コンデンサ容量Ｃ１とコンデンサ容量Ｃ２との平均値をコンデンサ容量Ｃとして同定する（Ｓ４）。
【００６７】
一方、ステップＳ３の判定で、コンデンサ容量Ｃ１とコンデンサ容量Ｃ２との差分ΔＣ１が規定値ε１以上であるときは、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２は平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したものかどうかを判定する（Ｓ５）。これは、負荷抵抗Ｒが入力電圧Ｖの値によって抵抗値が変化する定電力負荷抵抗の場合には、前述したように、出力電圧の値が異なる場合の第１の負荷抵抗及び第２の負荷抵抗の平均値を負荷抵抗とするからである。
【００６８】
ステップＳ５の判定で、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２は平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したものである場合には、平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したにもかかわらず、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２の差分ΔＣ１が規定値ε１の範囲内を満たさないので、コンデンサ容量Ｃの同定不能と判定する（Ｓ６）。
【００６９】
一方、ステップＳ５の判定で、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２は平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したものでない場合には、平均値の負荷抵抗を求めるかどうかを判断し（Ｓ７）、平均値の負荷抵抗を求めない場合には、ステップＳ６に移行しコンデンサ容量Ｃの同定不能と判定する。平均値の負荷抵抗を求める場合には、負荷抵抗演算部１８を起動し、出力電圧の値が異なる場合の第１の負荷抵抗及び第２の負荷抵抗の平均値を演算する（Ｓ８）。
【００７０】
そして、平均値の負荷抵抗を用いて、停止期間Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）のコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２をコンデンサ容量演算部２０に演算させ（Ｓ９）、平均値の負荷抵抗を用いて演算された停止時間Ｔ１のときのコンデンサ容量Ｃ１と、停止時間Ｔ２のときのコンデンサ容量Ｃ２との差分ΔＣ１’（＝｜Ｃ２’−Ｃ１’｜）を演算し（Ｓ１０）、その差分ΔＣ１’がステップＳ２で求めた差分ΔＣ１より小さいかどうかを判定する（Ｓ１１）。差分ΔＣ１’が差分ΔＣ１より大きい場合は、ステップＳ６に移行しコンデンサ容量Ｃの同定不能と判定する。これは、平均値の負荷抵抗を用いて演算した結果のコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２の差分がさらに大きくなっているので、負荷抵抗は定電力負荷抵抗以外の負荷と判定できるからである。
【００７１】
ステップＳ１１の判定で、差分ΔＣ１’が差分ΔＣ１より小さい場合は、変数ｉに３をセットし（Ｓ１２）、平均値の負荷抵抗を用いて、停止期間Ｔｉ（Ｔｉ−１＞Ｔｉ）のコンデンサ容量Ｃｉ’をコンデンサ容量演算部２０に演算させ（Ｓ１３）、停止時間Ｔｉ−１のときのコンデンサ容量Ｃｉ−１’と、停止時間Ｔｉのときのコンデンサ容量Ｃｉ’との差分ΔＣｉ−１’（＝｜Ｃｉ’−Ｃｉ−１’｜）を演算する（Ｓ１４）。
【００７２】
その差分ΔＣ１’が規定値ε１より小さいかどうかを判定し（Ｓ１５）、その差分ΔＣ１’が規定値ε１より大きいときは、変数ｉに１を加算して（Ｓ１６）、ステップＳ１３に戻る。一方、その差分ΔＣ１’が規定値ε１より小さいときは、コンデンサ容量Ｃｉ’とコンデンサ容量Ｃｉ−１’との平均値をコンデンサ容量Ｃとして同定する（Ｓ１７）。これは、差分ΔＣｉ−１’が小さくなったときは、負荷抵抗は定電力負荷抵抗であると判定でき、停電時間Ｔｉを順次短くしていくと、差分ΔＣｉ−１’は小さくなっていくからである。
【００７３】
第２の実施の形態によれば、同定判定部２２により、コンデンサ容量演算部２０で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行い、特に、負荷抵抗が定電力負荷抵抗である場合には、より精度を高めたコンデンサ容量を同定するので、演算されたコンデンサ容量の信頼性が向上する。
【００７４】
図１１は本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、周波数検出部２３とインダクタンス演算部２４とを追加して設け、電気機器１１に含まれるリアクトルＬのインダクタンスを求めるようにしたものである。
【００７５】
周波数検出部２３は、電源装置１４からステップ状の電圧を電気機器１１に印加したときに、電流検出器１７で検出された電流Ｉの振動周波数ｆを検出するものである。また、インダクタンス演算部２４は、コンデンサ容量演算部２０で演算されたコンデンサ容量Ｃ及び周波数検出部２３で検出された電流Ｉの振動周波数ｆに基づいて、電気機器１１に含まれる力率改善用のリアクトルのインダクタンスを演算するものである。
【００７６】
いま、電気機器１１に含まれる力率改善用のリアクトルのインダクタンスをＬとする。電気機器１１にステップ状の電圧を印加した際には、（４）式で示す条件のときに入力電流Ｉは振動する。
【００７７】
［数４］
１／（２ＲＣ）２＜１／ＬＣ
その時の振動角周波数ωは、（５）式で求まる。
【００７８】
［数５］
ω＝｛１／ＬＣ−１／（２ＲＣ）２｝１／２
そこで、振動周波数ｆとコンデンサ容量Ｃとが分かれば（６）式によってリアクトルのインダクタンスＬを同定することができる。
【００７９】
［数６］
Ｌ≒１／（２πｆ）２・Ｃ
また、回路の条件によっては電流が振動しないこともあるが、その際は電源装置１４の出力端にリアクトルＬａ’を挿入することにより電流Ｉを振動させ、電気機器１１内に含まれるリアクトルのインダクタンスＬを同定する。
【００８０】
図１２は本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、受動素子パラメータ測定装置１３を電気機器１１に接続し（Ｓ１）、受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４から電気機器１１にステップ状の出力電圧を印加する（Ｓ２）。電源装置１４からステップ状の出力電圧を出力させる制御は電源制御部１９により行われる。
【００８１】
電気機器１１にステップ状の出力電圧を印加した後に、電流Ｉは振動するかどうかを判断する（Ｓ３）。電流Ｉが振動しているか否かは周波数検出部２３で判断する。周波数検出部２３で電流Ｉの振動周波数ｆが検出できないときは、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａ’を追加して接続し（Ｓ４）、ステップＳ３に戻る。つまり、電流Ｉが振動するまでステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。電流Ｉが振動するようになったときは、（４）式の条件を満たすときである。
【００８２】
電流Ｉが振動するようになると、周波数検出部２３は電流Ｉの振動周波数ｆを測定する（Ｓ５）。電流Ｉの振動周波数ｆが得られると、インダクタンス演算部２４は、既にコンデンサ容量演算部２０で演算して求めたコンデンサ容量Ｃとともに、（６）式に代入し、電気機器１１内に含まれるリアクトルのインダクタンスＬを求める（Ｓ６）。これにより、電気機器１１を分解することなく電気機器１１のリアクトルのインダクタンスも求めることができる。
【００８３】
以上の説明では、第１の実施の形態に対し、周波数検出部２３及びインダクタンス演算部２４を設けた場合について説明したが、第２の実施の形態に対し、周波数検出部２３とインダクタンス演算部２４とを設け、電気機器１１に含まれるリアクトルＬのインダクタンスを求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置から電気機器に所定電圧で電源供給をしているときに電源装置を一時停電させた場合の電気機器側の等価回路。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の出力端にリアクトルＬａを挿入した場合の一時停電後に復電させた場合の電気機器の動作波形図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の出力端にリアクトルＬａを挿入しない場合の一時停電後に復電させた場合の動作波形図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の出力端にリアクトルＬａを挿入して１００００［μＦ］の静電容量を持つコンデンサ容量Ｃをシミュレーションにより同定したときのグラフ。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャート。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作特性図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の同定判定部の処理内容を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８５】
１１…電気機器、１２…整流器、１３…受動素子パラメータ測定装置、１４…電源装置、１５…電圧検出器、１６…記憶部、１７…電流検出器、１８…負荷抵抗演算部、１９…電源制御部、２０…コンデンサ容量演算部、２１…出力部、２２…同定判定部、２３…周波数検出部、２４…インダクタンス演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統における需要家の電気機器に含まれる受動素子のパラメータを測定する受動素子パラメータ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要家の電気機器として、汎用インバータなどの入力回路にコンデンサインプット型整流器やＰＷＭ整流器あるいは付加スイッチを用いた複合整流回路を有したものが多くなっている。このような需要家の電気機器は高調波電圧歪の存在する電力系統に接続するし、高調波電流を電力系統に流出させる。その電気機器が設置されている電磁環境の下で、外部から印加される電磁妨害に対して健全な動作を保ち（第一の条件）、その動作によって外部の電磁環境を悪化させるような妨害を発生しない（第二の条件）ことが要請されている。第一の条件は妨害に対するイミュニティを示し、第二の条件はエミッションレベルを規定する。
【０００３】
これを実際の電力システムに当て嵌めると、配電系統に存在する高調波電圧が所定レベル以下の場合に、需要家の電気機器が不具合を生じないというイミュニティレベルが存在し、家電機器から流出する高調波電流エミッションが少ない場合、配電系統の配電線の高調波電圧歪みが所定のレベルまでに抑制されるということになる。つまり、イミュニティとエミッションとの電磁両立性のバランスがうまくとれた状態と言える。
【０００４】
仮に高調波電流エミッションの大きな需要家の電気機器により、配電系統の高調波電圧歪が増大した場合、その電圧歪みによりイミュニティレベルの低い需要家の電気機器に不具合が発生する可能性がある。そのような不具合発生時には、クライアントの要請により電力会社が高調波電圧歪と需要家の電気機器の不具合の因果関係を把握し、課題解決に取り組むことが想定される。その課題解決には、実測とシミュレーション解析との２つの手段を併用する。シミュレーション解析には、当該需要家の電気機器のモデリングが必要となる。
【０００５】
電気機器のモデリングのためには、電気機器に含まれる受動素子のパラメータが必要となる。例えば、受動素子であるコンデンサやリアクトルのコンデンサ容量やインダクタンスのパラメータの入手が必要となる。電気機器のコンデンサ容量を測定するものとしては自動平衡ブリッジ法を用いたＬＣＲハイテスタなどがあり、劣化診断技術としては、フィルムコンデンサの電気的特性とその表面温度を計測し、この計測データからフィルムコンデンサの劣化を診断するもの（例えば、特許文献１参照）や、平滑コンデンサの直流電圧からリップル電圧値を算出し、そのリップル電圧値と負荷電流の値に対応する比較リップル電圧値とを比較して平滑コンデンサの劣化を判定するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３７２５８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２のいずれの装置においても、電気機器の外部から受動素子であるコンデンサやリアクトルのパラメータを測定するものではないので、電気機器を分解して内部のコンデンサ容量を測定しなければならない。電気機器の分解は、専門の知識を持った者が多大の労力をかけて行うことになる。そこで、電気機器のメーカからコンデンサやリアクトルのパラメータを入手することが考えられるが、電気機器の内部回路にノウハウを含む場合には、メーカからパラメータを入手できない場合がある。
【０００７】
コンデンサやリアクトルのパラメータを入手できない場合には、電力品質が原因と思われる電気機器の停止の原因を調査しようにも、電気機器のシミュレーションモデルを精度よく作成できないので、電気機器の停止の原因を追求することが極めて困難となる。このように、電力会社は当該電気機器を製造しておらず、電気機器内部の回路定数を把握することが困難であり、解析が頓挫することも懸念されている。また、仮にメーカからパラメータを入手できたとしても、コンデンサ容量などは、劣化により、設計値と異なる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、電気機器内部の受動素子であるコンデンサやリアクトルのパラメータを電気機器を分解することなく測定できる受動素子パラメータ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、コンデンサ及び整流器を有する電気機器にリアクトルを介して直流または交流の電源電力を印加するための電源装置と、前記電源装置から前記電気機器に印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記電源装置から前記電気機器に供給される電流を検出する電流検出器と、前記電源装置から前記電気機器に電源供給されているときに前記電圧検出器で検出された前記電気機器に印加される電圧及び前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の負荷抵抗を演算する負荷抵抗演算部と、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させる電源制御部と、前記電源装置が一時停電したときの前記電圧検出器で検出される停電直前電圧、前記電源装置が復電したときの前記電圧検出器で検出される復電電圧、前記電源装置が一時停電してから復電するまでの前記停電時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗に基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算するコンデンサ容量演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１の発明において、前記負荷抵抗演算部は、前記停電直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記復電電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１の発明において、前記電源制御部は、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させることに代えて、前記電源装置から前記電気機器への供給電圧を急変させ、前記コンデンサ容量演算部は、前記電源制御部で前記電気機器への供給電圧が急変させたときの前記電圧検出器で検出される急変直前電圧、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧、前記電気機器への供給電圧が急変してから前記電流検出器により電流が検出された時点までの時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗とに基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項３の発明において、前記負荷抵抗演算部は、前記急変直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行う同定判定部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明に係わる受動素子パラメータ測定装置は、請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記電源装置からステップ状の電圧を前記電気機器に印加したときに前記電流検出器で検出された電流の振動周波数を検出する周波数検出部と、前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量及び前記周波数検出部で検出された電流の振動周波数に基づいて前記電気機器に含まれるリアクトルのインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧及び出力電流に基づいて電気機器の負荷抵抗を演算し、電源装置から電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させて、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧や出力電流及び電気機器の負荷抵抗に基づいて電気機器のコンデンサ容量を演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、第１の負荷抵抗と第２の負荷抵抗との平均値を電気機器の負荷抵抗として演算するので、負荷抵抗が入力電圧の値によって抵抗値が変化する定電力負荷抵抗（例えば、定トルクモータ）の場合であっても、電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、電気機器への供給電圧が急変させたときの電圧検出器で検出される急変直前電圧、及び電気機器への供給電圧を急変させた後に電流検出器により電流が検出された時点での電圧検出器で検出される電圧に基づいて、電気機器のコンデンサ容量を演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明の効果に加え、第１の負荷抵抗と第２の負荷抵抗との平均値を電気機器の負荷抵抗として演算するので、負荷抵抗が定電力負荷抵抗の場合であっても、電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、請求項１乃至４のいずれか１項の発明の効果に加え、コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行うので、演算されたコンデンサ容量の信頼性が向上する。
【００２０】
請求項６の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか１項の発明の効果に加え、電源制御部からステップ状の電圧を電気機器に印加して、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧及び出力電流に基づいて電気機器に含まれるリアクトルのインダクタンスを演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のリアクトルのインダクタンスを求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図である。需要家の電気機器１１は、コンデンサインプット型整流器を備えた交直変換回路であり、力率改善用のリアクトルＬを備えたものを示している。すなわち、整流器１２の入力側の交流側には力率改善用のリアクトルＬが設けられ、整流器１３の出力側の直流側にはコンデンサＣ及び負荷抵抗Ｒが並列に接続されている。第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置１３は、電気機器１１の受動素子であるコンデンサＣのコンデンサ容量及び負荷抵抗Ｒの抵抗値を測定するものである。
【００２２】
受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４は、電気機器１１の受動素子パラメータを測定するための直流または交流の電源を供給するものであり、リアクトルＬａを介して出力端に直流または交流の電源電力を供給する。受動素子パラメータ測定装置１３の出力端から電気機器１１に出力される電源電力の出力電圧は、電圧検出器１５で検出され記憶部１６に記憶され、同様に、電源電力の出力電流は、電流検出器１７で検出され記憶部１６に記憶される。
【００２３】
負荷抵抗演算部１８は、電源装置１４から電気機器１１に電源供給されているときに、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算するものである。例えば、電源装置１４から供給する電源電力が直流である場合には、記憶部１６に記憶された電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉを入力し、Ｒ＝Ｖ／Ｉで求める。あるいは、供給電力をＰとしたとき、Ｒ＝Ｖ２／Ｐ、または、Ｒ＝Ｐ／Ｉ２で求める。負荷抵抗演算部１８で求められた電気機器１１の負荷抵抗Ｒは記憶部１６に記憶される。
【００２４】
次に、電源制御部１９は電源装置１４から電気機器１１への電源供給を制御するものであり、電源装置１４から電気機器１１に所定電圧で電源供給をしているときに一時停電させ、一時停電後の所定の停電時間経過後に復電させる動作を行う。電源制御部１９で一時停電させその後に復電させた場合の停電時間Ｔは記憶部１６に記憶される。
【００２５】
コンデンサ容量演算部２０は電気機器のコンデンサ容量を演算するものである。コンデンサ容量演算部２０は、電源制御部１９により電源装置１４が一時停電したときの一時停電直前の電圧検出器１５で検出された出力電圧（停電直前電圧）Ｖａ、電源装置１４が復電したときの電圧検出器１５で検出された出力電圧（復電電圧）Ｖｂ、電源装置１４が一時停電してから復電するまでの停電時間Ｔ、負荷抵抗演算部１８で求めた負荷抵抗Ｒに基づいて電気機器１１のコンデンサ容量Ｃを演算し、記憶部１６に記憶する。
【００２６】
出力部２１は記憶部に記憶されたコンデンサ容量Ｃや負荷抵抗Ｒ等の情報を必要に応じて外部に出力する。
【００２７】
図２は、電源装置１４から電気機器１１に所定電圧で電源供給をしているときに、電源装置１４を一時停電させた場合の電気機器１１側の等価回路である。電源装置１４から電気機器１１に所定電圧で電源供給をしている状態は、スイッチＳを閉じている状態と等価である。スイッチＳを閉じている状態ではコンデンサＣは直流電圧Ｅにて十分に充電されている。次に、コンデンサＣが直流電圧Ｅにて十分に充電されている状態で、電源装置１４を一時停電させた状態は、スイッチＳを開いた状態と等価である。
【００２８】
時刻ｔ＝０にてスイッチＳを開いた場合、コンデンサＣの電圧Ｖｃは下記（１）式で示される。なお、（１）式では、コンデンサＣの容量をＣで表し、負荷抵抗Ｒの抵抗値をＲで表している。
【００２９】
［数１］
Ｖｃ＝Ｅ・ｅｘｐ（−ｔ／Ｒ・Ｃ）
時刻ｔ１のコンデンサＣの電圧Ｖｃ１は（１）式のｔにｔ１を代入して、（２）式のように求められる。なお、（２）式では、（１）式と同様に、コンデンサＣの容量をＣで表し、負荷抵抗Ｒの抵抗値をＲで表している。
【００３０】
［数２］
Ｖｃ１＝Ｅ・ｅｘｐ（−ｔ１／Ｒ・Ｃ）
（２）式をコンデンサ容量Ｃについて解くと、（３）式で示される。
【００３１】
［数３］
Ｃ＝ｔ１／｛Ｒ・ｌｏｇ（Ｅ／Ｖｃ１）｝
（３）式において、ｔ１、Ｅ、Ｖｃ１、Ｒが既知であればコンデンサ容量Ｃを求めることができる。
【００３２】
ここで、図２に示したように、コンデンサ容量ＣをＲＣの時定数により測定する場合、停電前後のコンデンサ両端電圧Ｅ、Ｖｃ１を測定する必要がある。電気機器１１がコンデンサインプット型に代表される交直変換回路である場合には、電気機器１１の交直変換回路に用いられている整流器１２の影響により、そのままでは、整流器１２の入力側の交流側からコンデンサ両端電圧Ｖｃ１を測定することができない。
【００３３】
すなわち、交流側電圧（整流器の入力側の電圧）が直流側電圧（コンデンサ両端電圧）より高いときには、整流器１２のダイオードがオンするため、交流側電圧を直流側電圧とみなすことができる。従って、Ｅは停電直前電圧Ｖａとみなすことができる。一方、交流側電圧が直流側電圧よりも低いときには、整流器１２のダイオードがオフするため、交流側から直流側の電圧を窺い知ることはできない。従って、そのままではコンデンサ両端電圧Ｖｃ１を測定することができない。
【００３４】
そこで、第１の実施の形態では、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入し、電気機器１１の整流器１２の直流側電圧（コンデンサ両端電圧）を交流側から測定可能としている。電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入することにより、整流器１２の入力側に印加した電源装置１４の電圧が瞬時に電気機器１１に印加されるのを防止し、あたかもソフトスタートをしたかのように電気機器１１に出力電圧を印加する。
【００３５】
つまり、一時停電させた後の復電時に電源装置１４から電圧Ｖａを印加してもリアクトルＬａにより電気機器１１への出力電圧はコンデンサ両端電圧Ｖｃ１から緩やかに電圧Ｖａに向けて立ち上がることになる。従って、電源装置１４が復電したときの電圧検出器１５で検出された出力電圧（復電電圧）Ｖｂはコンデンサ両端電圧Ｖｃ１に相当することになる。
【００３６】
ｔ１は停電時間Ｔに相当し、Ｅは停電直前電圧Ｖａに相当し、Ｖｃ１は復電電圧Ｖｂに相当し、負荷抵抗Ｒの抵抗値である。従って、これらのｔ１（＝Ｔ）、Ｅ（＝Ｖａ）、Ｖｃ１（＝Ｖｂ）、Ｒは、すべて既知であるので、コンデンサ容量Ｃを求めることができる。
【００３７】
次に、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させ、所定の停電時間Ｔの経過後に復電させた場合の電気機器１１の動作を考える。まず、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａが挿入されている場合について説明する。図３は電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入した場合の一時停電後に復電させた場合の動作波形図である。
【００３８】
図３に示すように、時点ｔ１以前の電源装置１４から電気機器１１に電源供給されている状態では、電源装置１４の出力電圧はＶ０で一定であり、電圧検出器１５の検出電圧は電気機器１１のコンデンサＣの両端電圧である。電気機器１１のコンデンサＣは整流器１２で整流された電圧Ｖ０で十分に充電されているので、コンデンサＣの両端電圧はＶ０である。また、電源装置１４の出力電流はＩ０で一定であり、負荷抵抗Ｒに一定の電力を供給している。
【００３９】
時点ｔ１において、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させたとすると、停電直前電圧ＶａはＶ０であり、電源装置１４の出力電圧は０となり、電圧検出器１５の検出電圧も０となる。一方、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃは、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により放電してＶ０から徐々に降下する。また、電源装置１４の出力電流は０となる。
【００４０】
そして、所定の停電時間Ｔの経過後の時点ｔ２で復電させたとすると、電源装置１４の出力電圧は０からＶ０となるが、リアクトルＬａの影響により、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃ及び電圧検出器１５の検出電圧は瞬時にＶ０とはならず、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により下降した時点ｔ２でのコンデンサ両端電圧Ｖｃ１から徐々に上昇する。この時点ｔ２でのコンデンサ両端電圧Ｖｃ１は、電源装置１４の復電時に電圧検出器１５で復電電圧Ｖｂとして検出される電圧である。つまり、コンデンサ両端電圧ＶｃはリアクトルＬａの影響により、時点ｔ２でのコンデンサ両端電圧Ｖｃ１から徐々にＶａに向けて上昇する。また、電源装置１４の出力電流は、時点ｔ２からオーバーシュートして流れ、最終的には負荷抵抗Ｒに一定の電力を供給する一定電流Ｉ０で落ち着く。
【００４１】
従って、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａが挿入されている場合には、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により下降したコンデンサ両端電圧Ｖｃ１は、復電時（時点ｔ２時）の復電電圧Ｖｂとして電圧検出器１５で検出される。
【００４２】
次に、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａが挿入されていない場合について説明する。図４は電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入しない場合の一時停電後に復電させた場合の動作波形図である。図４に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２直前までの状態は、図３の状態と同じである。所定の停電時間Ｔの経過後の時点ｔ２で復電したとすると、電源装置１４の出力電圧及び電圧検出器１５の検出電圧は０からＶ０となる。電源装置１４の出力端にはリアクトルＬａが挿入されていないので、電源装置１４の出力電圧がＶ０となると、電気機器１１のコンデンサＣの両端電圧Ｖｃは瞬時にＶｃ１からＶ０となる。
【００４３】
従って、復電時（時点ｔ２時）の復電電圧Ｖｂとして電圧検出器１５で検出される電圧はＶ０となり、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により下降したコンデンサ両端電圧Ｖｃ１を検出することができない。
【００４４】
このように、第１の実施の形態では、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入することによって、電気機器１１の整流器１２の直流側電圧（コンデンサ両端電圧）を交流側から測定可能としている。
【００４５】
また、電気機器１１の整流器のリアクトルＬの影響を緩和するためにも、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入する。図５は、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入して、１００００［μＦ］の静電容量を持つコンデンサ容量Ｃをシミュレーションにより同定したときのグラフである。図５から分かるように０．００５［Ｈ］以上のリアクトルＬａを挿入した場合には、電気機器１１の力率改善用のリアクトルＬの有無に関係なく精度よくコンデンサ容量Ｃ（１００００［μＦ］）を同定できている。
【００４６】
これより、ある値（例えば、０．００５［Ｈ］）以上のリアクトルＬａを電源装置１４の出力端に挿入することにより、精度よくコンデンサ容量Ｃを同定できることがわかる。また、挿入するリアクトル容量を変化させ、数点のデータを得ることにより、電気機器１１内部のリアクトルＬを完全に無視したときのコンデンサ容量Ｃを算出できる。
【００４７】
次に、第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を説明する。図６は第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、受動素子パラメータ測定装置１３を供試機器である電気機器１１に接続し（Ｓ１）、受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４から電気機器１１に電源を供給する（Ｓ２）。電源は直流または交流のいずれであってもよい。
【００４８】
電源装置１４から電気機器１１に電源を供給している状態で、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電流Ｉを検出する（Ｓ３）。すなわち、電源装置１４から電気機器１１に印加される電圧Ｖは電圧検出器１５で検出され、電源装置１４から電気機器１１に供給される電流Ｉは電流検出器１７で検出され、それぞれ記憶部１６に記憶される。
【００４９】
次に、負荷抵抗演算部１８は電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算する（Ｓ４）。負荷抵抗演算部１８は、記憶部１６に記憶された電圧検出器１５で検出された電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流Ｉを入力し、Ｒ＝Ｖ／Ｉで求める。電源装置１４から供給する電源電力が交流である場合には、供給電力をＰとしたとき、Ｒ＝Ｖ２／Ｐ、または、Ｒ＝Ｐ／Ｉ２で求める。
【００５０】
そして、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を一時停電させるあたり、電源装置１４から電気機器１１への出力電圧Ｖの停電直前電圧Ｖａを記憶して停電させる（Ｓ５）。その後に、所定の停止時間Ｔを経過したかどうかを判定し（Ｓ６）、所定の停止時間Ｔを経過したときは、電源装置１４から電気機器１１への電源供給を復電させ（Ｓ７）、復電時の復電電圧Ｖｂを記憶部１６に記憶する（Ｓ８）。
【００５１】
コンデンサ容量演算部２０は、（３）式により電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する（Ｓ９）。この場合、停電直前電圧Ｖａは（３）式のＥに、復電電圧Ｖｂは（３）式のＶｃ１に、停電時間Ｔは（３）式のｔ１に、負荷抵抗Ｒは（３）式のＲに代入して、電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する。コンデンサ容量演算部２０で求めたコンデンサ容量Ｃは、記憶部１６に記憶するとともに必要に応じて出力部２１により外部に出力する。
【００５２】
以上の説明では、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａを挿入し、一時停電を発生させ復電させて、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃを電気機器１１の入力側から検出可能としコンデンサ容量Ｃを求めるようにしたが、電源装置１４の電圧を急変させ、急変直前電圧Ｖｄと、電源装置１４から電気機器１１に向かって電流Ｉが流れた瞬間の電圧値Ｖｅと、時間Ｔｅとを記録し、コンデンサ容量Ｃを測定することも可能である。この場合、電源装置１４から電気機器１１に向かって電流Ｉが流れた瞬間の電圧値Ｖｅがコンデンサ両端電圧Ｖｃ１に相当することになる。
【００５３】
図７は、電源装置１４の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作特性図である。時点ｔ３以前の電源装置１４から電気機器１１に電源供給されている状態では、電源装置１４の出力電圧はＶ０で一定であり、電圧検出器１５の検出電圧は電気機器１１のコンデンサＣの両端電圧である。電気機器１１のコンデンサＣは整流器１２で整流された電圧Ｖ０で十分に充電されているので、電圧検出器１５の検出電圧はＶ０である。また、電源装置１４の出力電流はＩ０で一定であり、負荷抵抗Ｒに一定の電力を供給している。
【００５４】
時点ｔ３において、電源装置１４から電気機器１１への供給電圧をＶ０からＶ０’に急変させたとすると、急変直前電圧ＶｄはＶ０であり、電源装置１４の出力電圧ＶはＶ０’となる。急変直前電圧Ｖｄ（＝Ｖ０）を記憶部１６に記憶する。一方、電気機器１１のコンデンサ両端電圧Ｖｃは、コンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により放電してＶ０から徐々に降下する。また、電源装置１４の出力電流は０となる。
【００５５】
そして、コンデンサ両端電圧Ｖｃがコンデンサ容量Ｃと負荷抵抗Ｒとで定まる時定数により放電してＶ０からＶ０’まで下がり、さらに放電しようとすると、コンデンサ両端電圧ＶｃがＶ０’より下がる。そうすると、電源装置１４の出力電圧はＶ０’であるので、電源装置１４の出力電圧の方が高くなる。従って、時点ｔ４において、電源装置１４から電気機器１１の方向に電流が流れ始める。電源装置１４から電気機器１１に向かって電流Ｉが流れた瞬間の電源装置１４の出力電圧値Ｖｅ（＝Ｖ０’）と、電圧を急変させた時点からの時間Ｔｅとを記憶部１６に記憶する。
【００５６】
図８は電源装置１４の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ４までは図３と同じである。すなわち、受動素子パラメータ測定装置１３を供試機器である電気機器１１に接続し（Ｓ１）、受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４から電気機器１１に電源を供給し（Ｓ２）、電源装置１４から電気機器１１に電源を供給している状態で、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電流Ｉを検出して（Ｓ３）、記憶部１６に記憶する。そして、負荷抵抗演算部１８は電気機器１１の負荷抵抗Ｒを演算して（Ｓ４）、記憶部１６に記憶する。
【００５７】
次に、電源装置１４から電気機器１１への電源電圧を急変させるにあたり、電源装置１４から電気機器１１への出力電圧Ｖの停電急変電圧Ｖｄを記憶して、出力電圧を急変させる（Ｓ５）。その後に、電源装置１４から電気機器１１の方向に電流が流れたかどうかを判定し（Ｓ６）、電源装置１４から電気機器１１の方向に電流が流れ始めたときは、その瞬間の電源装置１４の出力電圧値Ｖｅを記憶部１６に記憶し（Ｓ７）、出力電圧を急変させた時点から出力電流が流れ始めるまでの時間Ｔｅを記憶部１６に記憶する（Ｓ８）。
【００５８】
コンデンサ容量演算部２０は、（３）式により電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する（Ｓ９）。この場合、急変直前電圧Ｖｄは（３）式のＥに、出力電流が流れ始めたときの出力電圧Ｖｅは（３）式のＶｃ１に、時間Ｔｅは（３）式のｔ１に、負荷抵抗Ｒは（３）式のＲに代入して、電気機器１５のコンデンサ容量Ｃを演算する。コンデンサ容量演算部２０で求めたコンデンサ容量Ｃは、記憶部１６に記憶するとともに必要に応じて出力部２１により外部に出力する。
【００５９】
以上の説明では、負荷抵抗演算部１８は、電気機器１１に印加される電圧Ｖ及び電気機器１１に供給される電流Ｉを入力しＲ＝Ｖ／Ｉ、または、供給電力をＰとしたとき、Ｒ＝Ｖ２／Ｐ、または、Ｒ＝Ｐ／Ｉ２で負荷抵抗Ｒを求めるようにしたが、出力電圧の値が異なる場合の複数の負荷抵抗を求め、これらの平均値を負荷抵抗としてもよい。
【００６０】
例えば、停電直前電圧Ｖａ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器の第１の負荷抵抗Ｒ１を演算し、復電電圧Ｖｂ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流Ｉに基づいて電気機器１１の第２の負荷抵抗Ｒ２を演算し、第１の負荷抵抗Ｒ１と第２の負荷抵抗Ｒ２との平均値を電気機器１１の負荷抵抗Ｒとして演算するようにしてもよい。
【００６１】
また、急変直前電圧Ｖｄ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流に基づいて電気機器１１の第１の負荷抵抗Ｒ１’を演算し、電気機器１１への供給電圧を急変させた後に電流検出器１７により電流が検出された時点での電圧検出器１５で検出される電圧Ｖｅ及びそのときの電流検出器１７で検出された電気機器１１に供給される電流に基づいて電気機器１１の第２の負荷抵抗Ｒ２’を演算し、第１の負荷抵抗Ｒ１’と第２の負荷抵抗Ｒ２’との平均値を電気機器１１の負荷抵抗Ｒとして演算するようにしてもよい。
【００６２】
これにより、負荷抵抗が入力電圧の値によって抵抗値が変化する定電力負荷抵抗の場合であっても、平均値を使用することで電気機器１１のコンデンサ容量Ｃを精度よく求めることができる。
【００６３】
第１の実施の形態によれば、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧及び出力電流に基づいて電気機器の負荷抵抗を演算し、電気機器の外部で検出される電気機器への出力電圧や出力電流及び電気機器の負荷抵抗に基づいて電気機器のコンデンサ容量を演算するので、電気機器を分解することなく電気機器のコンデンサ容量を求めることができる。
【００６４】
電気機器を分解せずにコンデンサ容量を求めることが測定できるので、シミュレーション精度の向上やシミュレーションの時間短縮が図れる。さらに、定期的にコンデンサ容量を測定することによって、コンデンサの劣化診断をすることができ、未然に電気機器が故障をすることを防ぐことができる。
【００６５】
図９は本発明の第２の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、コンデンサ容量演算部２０で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行う同定判定部２２を追加して設けたものである。
【００６６】
図１０は同定判定部２２の処理内容を示すフローチャートである。まず、同定判定部２２は、異なる停止時間Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）のコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２をコンデンサ容量演算部２０に演算させる（Ｓ１）。そして、コンデンサ容量演算部２０で演算された停止時間Ｔ１のときのコンデンサ容量Ｃ１と、停止時間Ｔ２のときのコンデンサ容量Ｃ２との差分ΔＣ１（＝｜Ｃ２−Ｃ１｜）を演算し（Ｓ２）、その差分ΔＣ１が規定値ε１より小さいかどうかを判定する（Ｓ３）。その差分ΔＣ１が規定値ε１より小さいときは、コンデンサ容量Ｃ１とコンデンサ容量Ｃ２との平均値をコンデンサ容量Ｃとして同定する（Ｓ４）。
【００６７】
一方、ステップＳ３の判定で、コンデンサ容量Ｃ１とコンデンサ容量Ｃ２との差分ΔＣ１が規定値ε１以上であるときは、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２は平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したものかどうかを判定する（Ｓ５）。これは、負荷抵抗Ｒが入力電圧Ｖの値によって抵抗値が変化する定電力負荷抵抗の場合には、前述したように、出力電圧の値が異なる場合の第１の負荷抵抗及び第２の負荷抵抗の平均値を負荷抵抗とするからである。
【００６８】
ステップＳ５の判定で、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２は平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したものである場合には、平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したにもかかわらず、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２の差分ΔＣ１が規定値ε１の範囲内を満たさないので、コンデンサ容量Ｃの同定不能と判定する（Ｓ６）。
【００６９】
一方、ステップＳ５の判定で、コンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２は平均値の負荷抵抗Ｒを用いて演算したものでない場合には、平均値の負荷抵抗を求めるかどうかを判断し（Ｓ７）、平均値の負荷抵抗を求めない場合には、ステップＳ６に移行しコンデンサ容量Ｃの同定不能と判定する。平均値の負荷抵抗を求める場合には、負荷抵抗演算部１８を起動し、出力電圧の値が異なる場合の第１の負荷抵抗及び第２の負荷抵抗の平均値を演算する（Ｓ８）。
【００７０】
そして、平均値の負荷抵抗を用いて、停止期間Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）のコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２をコンデンサ容量演算部２０に演算させ（Ｓ９）、平均値の負荷抵抗を用いて演算された停止時間Ｔ１のときのコンデンサ容量Ｃ１と、停止時間Ｔ２のときのコンデンサ容量Ｃ２との差分ΔＣ１’（＝｜Ｃ２’−Ｃ１’｜）を演算し（Ｓ１０）、その差分ΔＣ１’がステップＳ２で求めた差分ΔＣ１より小さいかどうかを判定する（Ｓ１１）。差分ΔＣ１’が差分ΔＣ１より大きい場合は、ステップＳ６に移行しコンデンサ容量Ｃの同定不能と判定する。これは、平均値の負荷抵抗を用いて演算した結果のコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２の差分がさらに大きくなっているので、負荷抵抗は定電力負荷抵抗以外の負荷と判定できるからである。
【００７１】
ステップＳ１１の判定で、差分ΔＣ１’が差分ΔＣ１より小さい場合は、変数ｉに３をセットし（Ｓ１２）、平均値の負荷抵抗を用いて、停止期間Ｔｉ（Ｔｉ−１＞Ｔｉ）のコンデンサ容量Ｃｉ’をコンデンサ容量演算部２０に演算させ（Ｓ１３）、停止時間Ｔｉ−１のときのコンデンサ容量Ｃｉ−１’と、停止時間Ｔｉのときのコンデンサ容量Ｃｉ’との差分ΔＣｉ−１’（＝｜Ｃｉ’−Ｃｉ−１’｜）を演算する（Ｓ１４）。
【００７２】
その差分ΔＣ１’が規定値ε１より小さいかどうかを判定し（Ｓ１５）、その差分ΔＣ１’が規定値ε１より大きいときは、変数ｉに１を加算して（Ｓ１６）、ステップＳ１３に戻る。一方、その差分ΔＣ１’が規定値ε１より小さいときは、コンデンサ容量Ｃｉ’とコンデンサ容量Ｃｉ−１’との平均値をコンデンサ容量Ｃとして同定する（Ｓ１７）。これは、差分ΔＣｉ−１’が小さくなったときは、負荷抵抗は定電力負荷抵抗であると判定でき、停電時間Ｔｉを順次短くしていくと、差分ΔＣｉ−１’は小さくなっていくからである。
【００７３】
第２の実施の形態によれば、同定判定部２２により、コンデンサ容量演算部２０で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行い、特に、負荷抵抗が定電力負荷抵抗である場合には、より精度を高めたコンデンサ容量を同定するので、演算されたコンデンサ容量の信頼性が向上する。
【００７４】
図１１は本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、周波数検出部２３とインダクタンス演算部２４とを追加して設け、電気機器１１に含まれるリアクトルＬのインダクタンスを求めるようにしたものである。
【００７５】
周波数検出部２３は、電源装置１４からステップ状の電圧を電気機器１１に印加したときに、電流検出器１７で検出された電流Ｉの振動周波数ｆを検出するものである。また、インダクタンス演算部２４は、コンデンサ容量演算部２０で演算されたコンデンサ容量Ｃ及び周波数検出部２３で検出された電流Ｉの振動周波数ｆに基づいて、電気機器１１に含まれる力率改善用のリアクトルのインダクタンスを演算するものである。
【００７６】
いま、電気機器１１に含まれる力率改善用のリアクトルのインダクタンスをＬとする。電気機器１１にステップ状の電圧を印加した際には、（４）式で示す条件のときに入力電流Ｉは振動する。
【００７７】
［数４］
１／（２ＲＣ）２＜１／ＬＣ
その時の振動角周波数ωは、（５）式で求まる。
【００７８】
［数５］
ω＝｛１／ＬＣ−１／（２ＲＣ）２｝１／２
そこで、振動周波数ｆとコンデンサ容量Ｃとが分かれば（６）式によってリアクトルのインダクタンスＬを同定することができる。
【００７９】
［数６］
Ｌ≒１／（２πｆ）２・Ｃ
また、回路の条件によっては電流が振動しないこともあるが、その際は電源装置１４の出力端にリアクトルＬａ’を挿入することにより電流Ｉを振動させ、電気機器１１内に含まれるリアクトルのインダクタンスＬを同定する。
【００８０】
図１２は本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、受動素子パラメータ測定装置１３を電気機器１１に接続し（Ｓ１）、受動素子パラメータ測定装置１３の電源装置１４から電気機器１１にステップ状の出力電圧を印加する（Ｓ２）。電源装置１４からステップ状の出力電圧を出力させる制御は電源制御部１９により行われる。
【００８１】
電気機器１１にステップ状の出力電圧を印加した後に、電流Ｉは振動するかどうかを判断する（Ｓ３）。電流Ｉが振動しているか否かは周波数検出部２３で判断する。周波数検出部２３で電流Ｉの振動周波数ｆが検出できないときは、電源装置１４の出力端にリアクトルＬａ’を追加して接続し（Ｓ４）、ステップＳ３に戻る。つまり、電流Ｉが振動するまでステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。電流Ｉが振動するようになったときは、（４）式の条件を満たすときである。
【００８２】
電流Ｉが振動するようになると、周波数検出部２３は電流Ｉの振動周波数ｆを測定する（Ｓ５）。電流Ｉの振動周波数ｆが得られると、インダクタンス演算部２４は、既にコンデンサ容量演算部２０で演算して求めたコンデンサ容量Ｃとともに、（６）式に代入し、電気機器１１内に含まれるリアクトルのインダクタンスＬを求める（Ｓ６）。これにより、電気機器１１を分解することなく電気機器１１のリアクトルのインダクタンスも求めることができる。
【００８３】
以上の説明では、第１の実施の形態に対し、周波数検出部２３及びインダクタンス演算部２４を設けた場合について説明したが、第２の実施の形態に対し、周波数検出部２３とインダクタンス演算部２４とを設け、電気機器１１に含まれるリアクトルＬのインダクタンスを求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置から電気機器に所定電圧で電源供給をしているときに電源装置を一時停電させた場合の電気機器側の等価回路。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の出力端にリアクトルＬａを挿入した場合の一時停電後に復電させた場合の電気機器の動作波形図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の出力端にリアクトルＬａを挿入しない場合の一時停電後に復電させた場合の動作波形図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の出力端にリアクトルＬａを挿入して１００００［μＦ］の静電容量を持つコンデンサ容量Ｃをシミュレーションにより同定したときのグラフ。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャート。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作特性図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の電源装置の電圧を急変させてコンデンサ容量Ｃを測定する場合の動作を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の同定判定部の処理内容を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の構成図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係わる受動素子パラメータ測定装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８５】
１１…電気機器、１２…整流器、１３…受動素子パラメータ測定装置、１４…電源装置、１５…電圧検出器、１６…記憶部、１７…電流検出器、１８…負荷抵抗演算部、１９…電源制御部、２０…コンデンサ容量演算部、２１…出力部、２２…同定判定部、２３…周波数検出部、２４…インダクタンス演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動素子であるコンデンサ及び整流器を有する電気機器にリアクトルを介して直流または交流の電源電力を印加するための電源装置と、前記電源装置から前記電気機器に印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記電源装置から前記電気機器に供給される電流を検出する電流検出器と、前記電源装置から前記電気機器に電源供給されているときに前記電圧検出器で検出された前記電気機器に印加される電圧及び前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の負荷抵抗を演算する負荷抵抗演算部と、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させる電源制御部と、前記電源装置が一時停電したときの前記電圧検出器で検出される停電直前電圧、前記電源装置が復電したときの前記電圧検出器で検出される復電電圧、前記電源装置が一時停電してから復電するまでの前記停電時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗に基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算するコンデンサ容量演算部とを備えたことを特徴とする受動素子パラメータ測定装置。
【請求項２】
前記負荷抵抗演算部は、前記停電直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記復電電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする請求項１記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項３】
前記電源制御部は、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させることに代えて、前記電源装置から前記電気機器への供給電圧を急変させ、前記コンデンサ容量演算部は、前記電源制御部で前記電気機器への供給電圧が急変させたときの前記電圧検出器で検出される急変直前電圧、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧、前記電気機器への供給電圧が急変してから前記電流検出器により電流が検出された時点までの時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗とに基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算することを特徴とする請求項１記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項４】
前記負荷抵抗演算部は、前記急変直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする請求項３記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項５】
前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行う同定判定部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項６】
前記電源装置からステップ状の電圧を前記電気機器に印加したときに前記電流検出器で検出された電流の振動周波数を検出する周波数検出部と、前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量及び前記周波数検出部で検出された電流の振動周波数に基づいて前記電気機器に含まれるリアクトルのインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項１】
受動素子であるコンデンサ及び整流器を有する電気機器にリアクトルを介して直流または交流の電源電力を印加するための電源装置と、前記電源装置から前記電気機器に印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記電源装置から前記電気機器に供給される電流を検出する電流検出器と、前記電源装置から前記電気機器に電源供給されているときに前記電圧検出器で検出された前記電気機器に印加される電圧及び前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の負荷抵抗を演算する負荷抵抗演算部と、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させる電源制御部と、前記電源装置が一時停電したときの前記電圧検出器で検出される停電直前電圧、前記電源装置が復電したときの前記電圧検出器で検出される復電電圧、前記電源装置が一時停電してから復電するまでの前記停電時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗に基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算するコンデンサ容量演算部とを備えたことを特徴とする受動素子パラメータ測定装置。
【請求項２】
前記負荷抵抗演算部は、前記停電直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記復電電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする請求項１記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項３】
前記電源制御部は、前記電源装置から前記電気機器への電源供給を一時停電させ所定の停電時間経過後に復電させることに代えて、前記電源装置から前記電気機器への供給電圧を急変させ、前記コンデンサ容量演算部は、前記電源制御部で前記電気機器への供給電圧が急変させたときの前記電圧検出器で検出される急変直前電圧、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧、前記電気機器への供給電圧が急変してから前記電流検出器により電流が検出された時点までの時間、前記負荷抵抗演算部で求めた負荷抵抗とに基づいて前記電気機器のコンデンサ容量を演算することを特徴とする請求項１記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項４】
前記負荷抵抗演算部は、前記急変直前電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第１の負荷抵抗を演算し、前記電気機器への供給電圧を急変させた後に前記電流検出器により電流が検出された時点での前記電圧検出器で検出される電圧及びそのときの前記電流検出器で検出された前記電気機器に供給される電流に基づいて前記電気機器の第２の負荷抵抗を演算し、前記第１の負荷抵抗と前記第２の負荷抵抗との平均値を前記電気機器の負荷抵抗として演算することを特徴とする請求項３記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項５】
前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量の同定の可否判定を行う同定判定部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の受動素子パラメータ測定装置。
【請求項６】
前記電源装置からステップ状の電圧を前記電気機器に印加したときに前記電流検出器で検出された電流の振動周波数を検出する周波数検出部と、前記コンデンサ容量演算部で演算されたコンデンサ容量及び前記周波数検出部で検出された電流の振動周波数に基づいて前記電気機器に含まれるリアクトルのインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の受動素子パラメータ測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１０７４０５（Ｐ２０１０−１０７４０５Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８０７２６（Ｐ２００８−２８０７２６）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]