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公開番号2025071074
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2024184698
出願日2024-10-21
発明の名称パワー・ベクトル・アナライザ及び1つ以上の電力信号の測定方法
出願人テクトロニクス・インコーポレイテッド,TEKTRONIX,INC.
代理人個人,個人
主分類G01R 13/22 20060101AFI20250424BHJP(測定;試験)
要約【課題】モータの電力信号を新たな視点から解析する。
【解決手段】DUTのモータ120からの電力を解析するパワー・ベクトル・アナライザ130は、DUT120に接続された電力線からの基準電圧信号を測定する1つ以上のチャンネルと、電力ラインからの基準電流信号を測定する1つ以上のチャンネルと、表示部及び1つ以上の操作部とを有するユーザ・インタフェースと、測定対象の皮相電力の各相用の直交同期検波器(QSD)46とを有し、QSD46は、基準電圧信号及び基準電流信号を使用してDUT120の測定対象の電力の各相の皮相電力を求め、表示部144上に各相の皮相電力を表示するよう構成される。
【選択図】図14
特許請求の範囲【請求項１】
被試験デバイス（ＤＵＴ）からの電力を分析するためのパワー・ベクトル・アナライザであって、
上記ＤＵＴに接続された電力線からの基準電圧信号を測定するための１つ以上のチャンネルと、
上記電力線からの基準電流信号を測定するための１つ以上のチャンネルと、
表示部及び１つ以上の操作部を含むユーザ・インタフェースと、
被測定皮相電力の相の夫々用の直交同期検波器（ＱＳＤ）と
を具え、
該ＱＳＤが、上記１つ以上のチャンネルからの基準電圧信号と上記１つ以上のチャンネルからの基準電流信号を使用して、上記ＤＵＴの上記被測定皮相電力の相夫々の皮相電力を求め、上記相夫々の上記皮相電力を上記表示部上で表示するように構成されるパワー・ベクトル・アナライザ。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
１つ以上のプロセッサを更に具え、
該１つ以上のプロセッサが、
ユーザがヌル化プロセスを開始したいことを示す信号を上記ユーザ・インタフェース上の上記１つ以上の操作部を通して上記ユーザから受ける処理と、
上記ＱＳＤにヌル化ベクトルを生成するための信号を送信する処理と、
上記ヌル化ベクトルを上記基準電圧及び上記基準電流に印加して静止電力を除去する処理と、
上記被測定皮相電力の相夫々のヌル化された静止電力に対して、試験電圧及び試験電流に関する皮相電力信号を表示する処理と
を上記１つ以上のプロセッサに行わせるプログラムを実行するように構成される請求項１に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項３】
上記１つ以上のプロセッサは、上記相夫々の上記ＱＳＤが基準皮相電力信号がゼロになるようにヌル化ベクトルを生成すると、測定対象の相夫々の基準皮相電力信号を表示する処理を上記１つ以上のプロセッサに行わせるプログラムを実行するに更に構成される請求項２に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項４】
上記ヌル化プロセスの上記基準電圧信号及び上記基準電流信号は、基準負荷値、基準周波数及び基準電圧において動作する上記ＤＵＴによって生成される請求項２に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項５】
上記ヌル化プロセスの上記基準電圧信号及び上記基準電流信号は、ヌル化された静止電力を生成するために使用される基準モータによって生成される請求項２に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項６】
上記１つ以上のチャンネルからの上記基準電圧信号と、上記１つ以上のチャンネルからの上記基準電流信号とが、上記ＤＵＴの上記電源線の静止動作電力である請求項１に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項７】
上記１つ以上の操作部は、ユーザが上記表示部上に限界マスクを定義できるようにする操作部を含み、上記限界マスクは、合格の範囲内にある上記皮相電力信号の領域を示す請求項１に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項８】
電力の相の夫々の上記ＱＳＤによる、上記基準電圧信号及び上記基準電流信号を使用して上記皮相電力を生成する処理が、
余弦電圧関数で表される上記基準電圧信号と、該基準電圧信号に対して位相がシフトされた余弦電流関数で表される上記基準電流信号とを乗算した結果をフィルタ処理して有効電力信号を得る処理と、
上記余弦電圧関数を９０度シフトし、シフトされた電圧関数を正弦電圧関数として生成する処理と、
上記正弦電圧関数と上記余弦電流関数を乗算した結果をフィルタ処理して無効電力信号を生成する処理と、
上記無効電力信号と上記有効電力信号とを使用して上記皮相電力を生成する処理と
によって行われる請求項１に記載のパワー・ベクトル・アナライザ。
【請求項９】
１つ以上の電力信号を測定する方法であって、
被試験デバイス（ＤＵＴ）に接続された電力線からの基準電圧信号を測定する処理と、
上記電力線からの基準電流信号を測定する処理と、
測定対象の電力の相の夫々の直交同期検波器（ＱＳＤ）を使用して上記基準電圧信号及び上記基準電流信号を取得し、上記ＤＵＴの測定対象の電力の相の夫々の皮相電力を生成する処理と、
測定対象の皮相電力の相の夫々のヌル化静止電力に対する皮相電力を表示する処理と
を具える１つ以上の電力信号を測定する方法。
【請求項１０】
ユーザ・インタフェース上の１つ以上の操作部を通じて、ユーザがヌル化プロセスを開始したいことを示す信号を上記ユーザから受ける処理と、
ＱＳＤにヌル化ベクトルを生成するための信号を送信する処理と、
上記ヌル化ベクトルを上記基準電圧信号と上記基準電流信号に印可して、ヌル化静止電力を生成する処理と、
電力の相の夫々のヌル化静止電力に対する皮相電力信号を表示する処理と
を更に具える請求項９に記載の１つ以上の電力信号を測定する方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、パワー・ベクトル・アナライザ、より具体的には、モータの基準動作点に対して校正するために複合ヌル化ベクトルを使用する同期複合検出器を使用するパワー・ベクトル・アナライザに関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
プレシデント・リサーチ社（Precedence Research）によると、世界の電気自動車（ＥＶ）モータ市場は２０２２年に８５億米ドルの価値があり、２０３２年までに約６５９億５０００万米ドルの価値があると予測されており、２０２３年から２０３２年にかけて年平均成長率２１％で成長を拡大している。従って、技術の向上を通じて、この成長を促進する必要がある。
【０００３】
電気自動車（ＥＶ）市場は急速に成長しており、政府はガソリン車を段階的に廃止し、電気自動車に置き換えることに取り組んでいる。各ＥＶには通常、１つ又は２つの三相電気モータが搭載されており、合計で５００ＨＰ（馬力、１ＨＰ＝０.７４５７ｋＷ）程度になる。例えば、テスラのモータ１台は、ＤＣからＡＣまでのインバータによって供給される可変三相パルス幅変調正弦波電力を使って、２００ｋＷで動作する。インバータの周波数は、２０Ｈｚから３００Ｈｚの範囲で変動し、モータ駆動電圧は、７５０Ｖ
pp
のオーダーで変動し、電流は２７Ａ
pp
のオーダーで変動する。
【０００４】
電気モータなどの電力信号を解析して、基準信号に対する電力信号の相と大きさを決定する機能は有用である。米国特許第６,５２５,５２２号は、この能力を有するシステムの１例を記載しており、その全体が参照により本願に援用される。
【０００５】
市場には、モータ解析ツールの例がある。モータ解析の先行技術の一例としては、フルーク社のモデル４３８-II型電力品質アナライザ＆モータ・アナラザがある。ベクトル・プロットに電力を表示できる三相電力アナライザの例としては、フルーク社の４３７シリーズＩＩ４００Ｈｚ電力品質モニタ及びエネルギー・アナライザ、日置電機のＰＷ６００１型パワーアナライザ、横河電機のＷＴ３０００Ｅ型プレシジョンパワーアナライザなどがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許第６５２５５２２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
「Fluke 438-II Power Quality Analyzer & Motor Analyzer」の製品情報サイト、米国フルーク社、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://www.fluke.com/en-us/product/electrical-testing/power-quality/438-ii>
「Fluke 438-II Power Quality Analyzer & Motor Analyzer」の製品情報サイト、米国フルーク社、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<
「Fluke 437 Series II 400 Hz Power Quality Monitor and Energy Analyzer」の製品情報サイト、米国フルーク社、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://www.fluke.com/en-us/product/electrical-testing/power-quality/437-series-ii>
「パワーアナライザ PW6001 製品情報」の製品情報サイト、日置電機株式会社、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://www.hioki.co.jp/jp/products/detail/?product_key=649>
「プレシジョンパワーアナライザ WT3000E」の製品情報サイト、横河計測株式会社、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://tmi.yokogawa.com/jp/solutions/discontinued/wt3000e-precision-power-analyzer/>
「無効電力」、モータ用語集、ニデック株式会社、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://www.nidec.com/jp/technology/motor/glossary/item/reactive_power/>
「差動プローブ｜高電圧用」の製品情報サイト、テクトロニクス、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://www.tek.com/ja/products/oscilloscopes/oscilloscope-probes/high-voltage-differential-probes>
「電流プローブ（カレント・プローブ）」の製品情報サイト、テクトロニクス、［online］、［２０２４年１０月１６日検索］、インターネット<https://www.tek.com/ja/products/oscilloscopes/oscilloscope-probes/current-probes>
「オシロスコープ」の製品情報サイト、テクトロニクス、［online］、［２０２４年１０月１９日検索］、インターネット<https://www.tek.com/ja/products/oscilloscopes>
「Introduction to the Programming Interface Command Translator on Oscilloscopes」、特に「PI (programming, or programmatic, interface) Command」について、テクトロニクス、［online］、［２０２４年１０月１９日検索］、インターネット<https://www.tek.com/en/documents/technical-brief/pi-command-translator-on-oscilloscopes-tech-brief>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、電力信号を解析するための様々な装置が市販されている。しかし、電力信号を新たな視点から解析できる手法やデバイスが、依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の実施形態としては、電気モータ内又は電力網からの電力信号など、負荷がかかった状態で電力信号を分析するための電力ベクトル・アナライザ（ＰＶＡ：power vector analyzer）がある。実施形態のＰＶＡは、既存のモータ又は電力アナライザに追加の能力を提供することもできる。本願の実施形態は、改善されたユーザ・インタフェース及びわかりやすいヌル化ベクトル計算を提供する。実施形態で使用されるヌル化ベクトル測定は、複合電力測定値を提供し、ＰＶＡは、モータ又は他の電力消費システムの複合負荷インピーダンスのリアルタイムの変動のトレースとして表示でき、これは、電力ベクトルとして表される。例えば、電力信号の起動特性や、モータや大型装置などの電力を消費する物の振る舞いを解析する能力は、価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、三相電力の静止電力を表示するパワー・ベクトル・アナライザ（ＰＶＡ）上のユーザ・インタフェースの実施形態を示す。
図２は、静止電力のヌル化処理中のＰＶＡ上のユーザ・インタフェースの実施形態を示す。
図３は、ヌル化された静止電力を表示するパワー・ベクトル・アナライザ上のユーザ・インタフェースの実施形態を示す。
図４は、ヌル化された静止電力に対する測定された電力の過渡現象（過渡信号）を表示するパワー・ベクトル・アナライザ上のユーザ・インタフェースの実施形態を示す。
図５は、ヌル化された静止電力に対する限界円を含む、測定された電力の過渡現象（過渡信号）を示す表示の実施形態を示す。
図６は、パワー・ベクトル・アナライザ上のユーザ・インタフェースの実施形態を示し、様々なあり得るプローブの設定を示す。
図７は、負荷付きの単相モータと単相電力用の直交同期検波器（ＱＳＤ）を備えたパワー・ベクトル・アナライザの実施形態を示す。
図８は、パワー・ベクトルの関係を示す。
図９は、三相電力に３つのＱＳＤを使用したブロック図の一例である。
図１０は、ヌル化ベクトルを生成するＱＳＤの実施例を示す。
図１１は、ＱＳＤのより焦点を絞ったフロー・チャートを示している。
図１２は、回転ブロックのブロック図を示す。
図１３は、スケール・ブロック図の実施例を示す。
図１４は、パワー・ベクトル・アナライザのアーキテクチャの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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