CN114175496B - 电力转换装置和其中使用的征兆诊断方法 - Google Patents

电力转换装置和其中使用的征兆诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力转换装置和其中使用的征兆诊断方法，其能够对使用者明确告知是否适当地进行了诊断。为了达成上述目的，进行交流电动机的控制的电力转换装置构成为具有：电流检测电路，其检测交流电动机的相电流；和征兆诊断功能部，其具有诊断交流电动机的机械异常的征兆的征兆诊断功能，征兆诊断功能部包括：诊断判断部，其基于检测出的相电流判断交流电动机的机械异常的程度；诊断管理部，其根据该诊断判断部的判断结果、交流电动机的控制状态、和包括交流电动机在内的驱动系统的环境状态对征兆诊断功能的执行状态进行管理；和输出生成部，其接受来自该诊断管理部的指令并生成征兆诊断功能的执行结果的显示信息，将显示信息输出到外部。

Description

电力转换装置和其中使用的征兆诊断方法
技术领域
本发明涉及进行电动机的异常诊断的电力转换装置。
背景技术
在工业机械领域、家电领域、机动车领域等技术领域中，使用进行电动机的驱动的电力转换装置。
作为电动机、或者用该电动机驱动的负载装置的例子，有输送带等安装在生产线中的，或者在机床等中作为部件的一部分安装的，用途多种多样。另一方面，无论怎样的用途中，在发生了包括电动机的驱动系统的故障和驱动性能的劣化等异常的情况下，都预想损失过大，所以需要在异常发生之前的阶段，预测这些异常。
针对这样的需求，提出了诊断驱动系统的异常的技术。作为驱动系统中的故障的征兆，因对象驱动系统机器的损伤、偏心、或凹陷等，而表现为机械振动。存在用测定用传感器捕捉该机械振动，根据传感器信息的分析结果进行诊断的技术。另外，因为驱动系统机器的诊断也会对电气系统造成影响，所以例如存在如国际公开2014/156386号(专利文献1)所述，用测定用传感器捕捉电流和电压，同样地实施分析，进行诊断的技术等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2014/156386号
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1中，记载了对象驱动系统机器诊断用的运算方法，和基于其运算结果实施异常程度的判断，作为其判断结果定量地或定性地输出异常程度。
但是，因为电动机的驱动条件、例如定速中、加速中、减速中和停止中等电动机的驱动状态、和驱动中的速度条件、例如额定速度区间、高速度区间、低速度区间、和零速度附近等电动机的速度状态、或者外部干扰条件、例如负载特性的变动、测定用传感器的故障等驱动系统的环境状态，而存在不能正确实施异常程度的判断的情况。
专利文献1中，在未能正确实施对象驱动系统机器诊断中的异常程度的判断的情况下，也输出诊断得到的判断结果。因此，存在使用者按照该诊断结果进行设定变更、或者进行部件更换反而使生产效率降低的课题。
本发明的目的在于鉴于上述课题，提供一种能够对使用者明确告知是否适当地进行了异常诊断的电力转换装置和其中使用的征兆诊断方法，实现适当的电力转换装置的运用、维护。
用于解决课题的方法
本发明鉴于上述背景技术和课题，举其一例，是一种进行交流电动机的控制的电力转换装置，其构成为具有：电流检测电路，其检测交流电动机的相电流；和征兆诊断功能部，其具有诊断交流电动机的机械异常的征兆的征兆诊断功能，征兆诊断功能部包括：诊断判断部，其基于检测出的相电流判断交流电动机的机械异常的程度；诊断管理部，其根据该诊断判断部的判断结果、交流电动机的控制状态、和包括交流电动机在内的驱动系统的环境状态对征兆诊断功能的执行状态进行管理；和输出生成部，其接受来自该诊断管理部的指令并生成征兆诊断功能的执行结果的显示信息，将显示信息输出到外部。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够用明确的表现实现对象驱动系统机器诊断的功能动作状况的电力转换装置和其中使用的征兆诊断方法。
附图说明
图1是实施例中的电力转换装置的结构框图。
图2是实施例中的征兆诊断功能部的结构框图。
图3是表示实施例中的诊断状态的状态转移的一例的图。
图4是表示实施例中的征兆诊断结果的变化的一例的图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施例的电力转换装置的结构和动作，使用附图进行说明。
(实施例)
本实施例中，对于进行交流电动机的驱动和交流电动机的机械异常的征兆诊断的控制系统和装载了该控制系统的电力转换装置的整体结构进行说明。
图1是本实施例中的电力转换装置的结构框图。图1中，进行三相交流电动机120的驱动的电力转换装置110，具有整流电路111、平滑电路112、开关电路113、电流检测电路114、电动机控制部115、征兆诊断功能部116、外部输出部117、外部输入部118。
从三相交流电源100输出的三相交流电压被整流电路111整流，被平滑电路112平滑，生成直流电压。另外，也可以代替三相交流电源100地使用单相交流电源，对单相交流电压进行整流、平滑，生成直流电压。另外，也可以拆除整流电路111和平滑电路112，从直流电源直接得到直流电压。
开关电路113通过组合多个开关元件的ON/OFF，而将直流电压转换为基于栅极驱动指令11C的任意的三相交流电压，并施加到三相交流电动机120。开关电路113例如能够将分别使2个开关元件串联连接而成的U相、V相、W相的臂并联连接构成。
电流检测电路114检测电力转换装置110的三相输出电流。也可以仅检测二相，根据三相交流的总和是零，计算出其余一相。另外，也可以在开关电路113的输入的正极侧或负极侧设置分流电阻，根据该分流电阻中流过的电流推定三相输出电流。
电动机控制部115输出控制状态信号11B和栅极驱动指令11C。控制状态信号11B包括电动机控制部115中的控制信息。控制信息包括正转或反转、或者停止等驱动状态、和加速中或减速中、或者固定速度中等速度状态、以及输出转矩等。另外，也包括外部干扰条件、例如负载特性的变动、测定用传感器的故障等驱动系统的环境状态。
栅极驱动指令11C是使用检测电流11A推定三相交流电动机120的速度，基于三相交流电动机的速度指令，以得到要求的驱动特性的方式输出的。另外，也可以代替速度指令地使用位置指令或者转矩指令。另外，取决于要求的驱动特性，不一定使用检测电流11A推定三相交流电动机120的速度。
征兆诊断功能部116根据检测电流11A和控制状态信号11B和从外部输入部118输入的外部输入信号11E，实施三相交流电动机120的机械异常的征兆诊断，输出作为该征兆诊断的结果的外部输出信号11D。
外部输出部117用外部输出信号11D对电力转换装置110的外部通知三相交流电动机120的机械异常的征兆诊断结果。
外部输入部118分析对电力转换装置110的输入，将三相交流电动机120的机械异常的征兆诊断所需的信息作为外部输入信号11E输出。
接着，对于征兆诊断功能部116的结构进行说明。图2是本实施例中的征兆诊断功能部116的结构框图。
图2中，征兆诊断功能部116具有诊断管理部200、诊断判断部201、输出生成部202，对外部输出部117输出外部输出信号11D。
诊断管理部200根据控制状态信号11B和外部输入信号11E，输出表示征兆诊断的状态的诊断模式信号20C，并且根据控制状态信号11B和外部输入信号11E和异常判断信号20A，输出生成征兆诊断的结果的外部输出信号11D所需的信息作为诊断结果信号20B。
诊断判断部201基于检测电流11A判断三相交流电动机120的机械异常的程度。即，在内部保持异常判断的阈值，对该阈值与检测电流11A进行比较，输出异常判断信号20A。异常判断信号20A在检测电流11A离开阈值范围的情况下是ON，在阈值范围内的情况下是OFF。另外，对于该阈值，按照输入的诊断模式信号20C重新计算。
输出生成部202根据诊断结果信号20B和诊断模式信号20C，输出外部输出信号11D作为外部输出部117进行外部显示所需的信息。
以下，对于本实施例中的基本动作进行说明。作为本实施例的基本的三相交流电动机120的机械异常的征兆诊断结果，由异常度和诊断状态这2部分构成。异常度设为无法判断、正常、异常征兆、以及异常这4个级别的程度，它们对应于诊断结果信号20B。诊断状态设为诊断无效中、诊断准备中、诊断执行中、诊断暂停中、以及诊断故障中这5个状态，它们对应于诊断模式信号20C。
接着，对于征兆诊断结果决定过程进行说明。图3表示本实施例中的诊断状态的状态转移的一例。图3中，黑色圆点表示开始状态，带圈黑色圆点表示结束状态，圆角矩形表示状态的实际内容，45度倾斜的正方形表示选择临时状态。选择临时状态是接受前一状态选择下一状态用的临时状态，向符合下一转移条件的方向转移。另外，各箭头表示从某一状态向另一状态的转移。
以下，使用图3，对于本实施例中的诊断状态的状态转移进行说明。图3中，在诊断状态的状态转移的开始S10处，从开始状态转移到诊断无效中S11。在状态的初始状态即诊断无效中S11的状态下，首先确认诊断征兆的功能是有效还是无效这一条件(S12)。诊断征兆的功能，设为能够由电力转换装置110的使用者决定该功能有效或无效，而从外部输入部118作为外部输入信号11E设定。该外部输入部118只要能够设定有效或无效就可以是任意形式，例如有触摸面板和拨动开关这样由人直接输入的形式，或者可编程逻辑控制器这样用装置机械输入的形式等。诊断征兆的功能无效的情况下，维持诊断无效中S11的状态，按固定周期或非固定周期，确认诊断征兆的功能有效或无效。
诊断征兆的功能有效的情况下，接着确认阈值是确定还是非确定这一条件(S13)。阈值已确定的情况下，转移到诊断执行中S14，非确定的情况下，转移到诊断准备中S15。该阈值是在诊断准备中确定的值，不实施其他状态下的重新计算。另外，关于该阈值的确定，可以从外部输入部118设定，或者根据用电力转换装置110驱动的三相交流电动机120的电流值设定阈值。作为根据三相交流电动机120的电流值设定阈值的例子，有对于脱离通常驱动的电流值的值将2倍至3倍程度的值视为异常值并采用为阈值等方法。
在诊断准备中S15的状态下，按照状态转移实施上述诊断征兆的功能有效或无效的确认(S12)、和阈值是确定还是非确定这一条件的确认(S13)。
在诊断执行中S14的状态下，实施是否发生了诊断异常的判断(S16)。如果发生了诊断异常，则转移到诊断故障中S17。如果没有发生诊断异常，则实施是否能够诊断的控制状态的判断(S18)。上述诊断异常是诊断功能自身的异常。例如，如果取得检测电流11A用的硬件、传感器、电路等发生故障，虽然正在用电力转换装置110驱动三相交流电动机120但检测电流11A检测出了零值，则判断为检测电流的值异常。
如上述例子所述，如果检测电流11A的值异常，则即使诊断征兆的功能有效、阈值已确定，也不能正确地实施征兆诊断功能自身，所以使征兆诊断的状态转移到诊断故障中S17的状态，结束该状态转移(S19)。
在是否能够诊断的控制状态的判断S18中，如果是能够诊断的控制状态，则转移到诊断执行中S14的状态，如果不是能够诊断的控制状态，则转移到诊断暂停中S20的状态。关于上述不是能够诊断的控制状态的情况，可以举出三相交流电动机120的加速或减速中的控制状态，和包括零速度的附近的低速度区间等。另外，也包括与三相交流电动机120连接的负载特性变动、电流发生脉动，所以异常判断信号20A的结果不能正确地输出异常判断的情况等。另外，是否能够诊断的控制状态的判断，是使用控制状态信号11B，由诊断管理部200实施的。
图4是本实施例中的征兆诊断结果的变化的一例。图4中，示出横轴表示时间、纵轴表示电流值(检测电流11A)的曲线图，在曲线图的下方示出与曲线图对应的异常度(诊断结果信号20B)和诊断状态(诊断模式信号20C)。另外，t1至t6表示将时间划分成的期间，此后按t1至t6对于征兆诊断结果决定过程进行说明。
图4中，将本实施例中诊断征兆的功能变为有效的时间作为原点。t1以前的时间中，诊断征兆的功能无效，所以异常度是无法判断，诊断状态是诊断无效中。
t1是使阈值1和阈值2确定的期间，异常度是无法判断，诊断状态是诊断准备中。
t2是阈值确定、没有诊断异常、能够诊断的期间，异常度是正常，诊断状态是诊断执行中。另外，本实施例中，将t1期间中的电流值的约2倍设为阈值1，将约4倍设为阈值2。
t3是对于三相交流电动机120实施减速、停止、加速的控制的期间，异常度因为不能分类所以是无法判断，诊断状态是诊断暂停中。t3中，存在电流值超过阈值1的时间，所以异常判断信号20A是ON，但因为诊断状态是诊断暂停中，所以不对使用者通知异常。
t4与t2同样。
t5是在t4期间中电流值逐渐增加、超过了阈值1的期间，异常度是异常征兆，诊断状态是诊断执行中。
t6是与t5期间相比电流值进一步增加、超过了阈值2的期间，异常度是异常，诊断状态是诊断执行中。以上是关于征兆诊断结果决定过程的说明。
另外，输出生成部202接受征兆诊断结果决定，生成外部输出信号11D，通过外部输出部117对使用者通知。作为通知的装置，可以在液晶画面上随时将征兆诊断结果显示为字符串，或者用旋转灯或指示灯、或者蜂鸣器仅在异常时通知，对于外部输出部117以后的方式并没有限制。
通过以上动作，在三相交流电动机120的机械异常的征兆诊断结果的通知中，通过对使用者通知是否正确进行了诊断，而能够提供一种能够明确告知是否适当地进行了诊断的电力转换装置。
如上所述，根据本实施例，在对象驱动系统机器诊断中，不仅进行异常程度的判断、及其判断结果的输出，也一并输出对象驱动系统机器诊断的功能自身的状态，能够提供一种用明确的表现实现对象驱动系统机器诊断的功能动作状况的电力转换装置。
以上对实施例进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。另外，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的实施例，并不限定于必须包括所说明的全部结构。
附图标记说明
11A：检测电流
11B：控制状态信号
11C：栅极驱动指令
11D：外部输出信号
11E：外部输入信号
20A：异常判断信号
20B：诊断结果信号
20C：诊断模式信号
100：三相交流电源
110：电力转换装置
111：整流电路
112：平滑电路
113：开关电路
114：电流检测电路
115：电动机控制部
116：征兆诊断功能部
117：外部输出部
118：外部输入部
120：三相交流电动机
200：诊断管理部
201：诊断判断部
202：输出生成部。

Claims (8)

1.一种进行交流电动机的控制的电力转换装置，其特征在于，具有：
电流检测电路，其检测所述交流电动机的相电流；
诊断判断部，其基于所述检测出的相电流判断所述交流电动机的机械异常的程度；
诊断管理部，其根据作为所述诊断判断部的判断结果的所述交流电动机的机械异常的程度、以及所述交流电动机的控制状态和包括所述交流电动机在内的驱动系统的环境状态，输出表示所述交流电动机的机械异常的征兆诊断的诊断状态的诊断模式信号和与异常度对应的诊断结果信号；和
输出生成部，其基于从该诊断管理部输出的所述诊断模式信号和所述诊断结果信号，输出所述交流电动机的机械异常的征兆诊断的结果。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述异常度是无法判断、正常、异常征兆、异常这4个级别的程度。
3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述诊断状态是诊断无效中、诊断准备中、诊断执行中、诊断暂停中、诊断故障中这5个状态。
4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述诊断判断部在内部保持异常判断的阈值，对该阈值与所述相电流进行比较来判断异常的程度。
5.一种诊断进行交流电动机的控制的电力转换装置中的所述交流电动机的机械异常的征兆的征兆诊断方法，其特征在于：
检测所述交流电动机的相电流，
基于所述检测出的相电流判断所述交流电动机的机械异常的程度，
根据该判断结果、以及所述交流电动机的控制状态和包括所述交流电动机的驱动系统的环境状态，生成表示所述交流电动机的机械异常的征兆诊断的诊断状态的诊断模式信号和与异常度对应的诊断结果信号，
根据所述诊断模式信号和所述诊断结果信号，生成所述交流电动机的机械异常的征兆诊断的结果，
将所述征兆诊断的结果通知到所述电力转换装置的外部。
6.如权利要求5所述的征兆诊断方法，其特征在于：
所述异常度是无法判断、正常、异常征兆、异常这4个级别的程度。
7.如权利要求5所述的征兆诊断方法，其特征在于：
所述诊断状态是诊断无效中、诊断准备中、诊断执行中、诊断暂停中、诊断故障中这5个状态。
8.如权利要求5所述的征兆诊断方法，其特征在于：
所述交流电动机的机械异常的程度的判断，是对阈值与所述检测出的相电流进行比较来判断异常的程度。
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