CN117413453A - 电力转换装置和平滑电容器的劣化判断方法 - Google Patents

Abstract

在本发明中，电容获取部获取多个表示平滑电容器的初始状态下的电容值的初始电容值，并且获取多个表示所述平滑电容器的使用状态下的电容值的使用电容值，劣化判断部基于由所述电容获取部获取的多个所述初始电容值的统计量，来获取表示交流电力与所述平滑电容器的初始状态下的电容值的关系的特性信息，并且基于由所述电容获取部获取的多个所述使用电容值的统计量和所述特性信息，来判断所述平滑电容器的劣化状态。

Description

电力转换装置和平滑电容器的劣化判断方法

技术领域

本发明涉及电力转换装置和电力转换装置中的平滑电容器的劣化判断方法。

背景技术

一般而言，电动机驱动用的电力转换装置为了使直流电力平滑化而具有平滑电容器。该平滑电容器因反复充放电而逐渐劣化，劣化程度增大时，会在电力转换装置中导致输出电压的控制不良、用于从直流电力转换为交流电力的开关元件的劣化。因此，要求适当地评价平滑电容器的劣化程度。

关于平滑电容器的劣化程度的评价，例如已知专利文献1中记载的技术。专利文献1中，公开了在主电路电容器的电压变化率为负、并且是一定值的期间中，计算主电路电容器的电容而判断有无劣化的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-160001号公报

发明内容

发明要解决的课题

电力转换装置中搭载的平滑电容器，一般需要大电容，所以采用电解电容器。但是，在电解电容器中制造引起的初始电容误差较大，所以存在用专利文献1中记载的技术不能适当地评价劣化状态的情况。

基于上述课题，本发明的主要目的在于不使电力转换装置的动作停止而适当地评价电力转换装置中的平滑电容器的劣化状态。

用于解决课题的技术方案

本发明的电力转换装置包括：将直流电力转换为交流电力并将其输出的电力转换部；使所述直流电力平滑化的平滑电容器；获取所述平滑电容器的电容值的电容获取部；和判断所述平滑电容器的劣化状态的劣化判断部，所述电容获取部，与所述电力转换部的动作状态的变化相应地获取多个表示所述平滑电容器的初始状态下的电容值的初始电容值，并且获取多个表示所述平滑电容器的使用状态下的电容值的使用电容值，所述劣化判断部，基于由所述电容获取部获取的多个所述初始电容值的统计量，来获取表示所述交流电力与所述平滑电容器的初始状态下的电容值的关系的特性信息，并且基于由所述电容获取部获取的多个所述使用电容值的统计量和所述特性信息来判断所述平滑电容器的劣化状态。

本发明的平滑电容器的劣化判断方法，是一种判断平滑电容器的劣化状态的方法，其中所述平滑电容器与将直流电力转换为交流电力并将其输出的电力转换部连接来使所述直流电力平滑化，其中，与所述电力转换部的动作状态的变化相应地获取多个表示所述平滑电容器的初始状态下的电容值的初始电容值，基于所获取的多个所述初始电容值的统计量，获取表示所述交流电力与所述平滑电容器的初始状态下的电容值的关系的特性信息，获取多个表示所述平滑电容器的使用状态下的电容值的使用电容值，基于所获取的多个所述使用电容值的统计量和所述特性信息来判断所述平滑电容器的劣化状态。

发明的效果

根据本发明，能够不使电力转换装置的动作停止而适当地评价电力转换装置中的平滑电容器的劣化状态。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的使用电力转换装置的电动机驱动系统的概略结构图。

图2是本发明的第一实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。

图3是表示每个动作点的电容值的统计量的例子的图。

图4是表示统计量和特性信息的比较例的图。

图5是本发明的第二实施方式的使用电力转换装置的电动机驱动系统的概略结构图。

图6是本发明的第二实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。

图7是本发明的第三实施方式的使用电力转换装置的电动机驱动系统的概略结构图。

图8是本发明的第三实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。

图9是本发明的第四实施方式的使用电力转换装置的电动机驱动系统的概略结构图。

图10是本发明的第四实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。

图11是本发明的第五实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是本发明的第一实施方式的使用电力转换装置10的电动机驱动系统的概略结构图。本电动机驱动系统包括对控制对象供电的电力转换装置10、对电力转换装置10供电的三相交流电源20和作为控制对象的交流电动机30。

三相交流电源20对电力转换装置10供电。具体而言，供给从电力公司提供的三相交流电力或从发电机供给的交流电力。另外，也可以代替三相交流电源20地，对电力转换装置10连接供给直流电力的直流电源。

电力转换装置10包括控制部100、平滑电容器101、直流电压检测器102、第一电力转换部103、第二电力转换器104、输出电流检测器105、输出电压检测器106。

第一电力转换部103将从三相交流电源20输入的交流电力转换为直流电力，并将其输出至平滑电容器101。第一电力转换部103例如由用二极管构成的直流变换电路、使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)和续流二极管的直流转换电路构成。图1中，作为一例示出了用二极管构成的直流转换电路。另外，如上所述代替三相交流电源20地对电力转换装置10连接直流电源的情况下，不需要第一电力转换部103。

平滑电容器101使从第一电力转换部103输入的直流电力平滑化，并将其输出至第二电力转换部104。平滑电容器101例如使用电解电容器构成。

第二电力转换部104将从第一电力转换部103经由平滑电容器101输入的直流电力转换为交流电力，并将其输出至交流电动机30。对于第二电力转换部104，通过与从控制部100输入的驱动信号相应地控制其动作，而控制输出的交流电力的电压和频率。如图1所示，第二电力转换部104例如由使用IGBT和续流二极管的交流转换电路构成。

输出电流检测器105和输出电压检测器106分别检测从第二电力转换部104对交流电动机30的输出电流和输出电压，对控制部100输出与其检测结果相应的检测信号。输出电流检测器105例如由使用霍尔元件作为检测元件的霍尔CT(Current Transformer：电流互感器)和分流电阻构成，输出电压检测器106例如由电阻与电压传感器的组合构成。另外，输出电流检测器105和输出电压检测器106的位置不限定于图1的位置，可以是能够测定对交流电动机30的输出电流和输出电压的部位、例如第二电力转换部104的内部等。

另外，图1中在第二电力转换部104与交流电动机30之间连接的三相的输出线中，仅在两相的输出线上分别设置了输出电流检测器105和输出电压检测器106。该情况下，能够根据该两相的输出电流和输出电压的检测结果，求出其余一相的输出电流和输出电压。或者，也可以在其余一相的输出线上也设置输出电流检测器105和输出电压检测器106，检测其输出电流和输出电压。

直流电压检测器102检测从第一电力转换部103经由平滑电容器101对第二电力转换部104输入的直流电力的直流电压，对控制部100输出与其检测结果相应的检测信号。直流电压检测器102例如由电阻与电压传感器的组合构成。另外，直流电压检测器102的位置不限定于图1的位置，可以是能够检测对第二电力转换部104输入的直流电力的电压、即平滑电容器101的电压的任意部位。

接着，对于控制部100进行说明。控制部100包括CPU110、直流电压检测部114、输出电流检测部115、输出电压检测部116、PWM输出部117、外部通信部118、信息蓄积部119。

直流电压检测部114将直流电压检测器102输出的检测信号作为输入，转换为运算用数据的直流电压Vdc，对CPU110输出。直流电压检测部114例如由AD转换器等构成。

输出电流检测部115将输出电流检测器105输出的检测信号作为输入，转换为运算用数据的输出电流Iout，对CPU110输出。输出电流检测部115例如由AD变换器等构成。

输出电压检测部116将输出电压检测器106输出的检测信号作为输入，转换为运算用数据的输出电压Vout，对CPU110输出。输出电压检测部116例如由AD变换器等构成。

CPU110使用MCU(Micro Controller Unit：微控制器)、FPGA(Field ProgrammableGate Array：现场可编程门阵列)等运算器构成，用软件或硬件的运算电路，执行关于电力转换装置10的控制的各种运算处理。CPU110具有电力转换控制部111、电容获取部112、劣化判断部113的各功能模块作为其功能。

电力转换控制部111基于从电力转换装置10的外部输入的输出指令控制第二电力转换部104。电力转换控制部111例如通过基于从直流电压检测部114和输出电流检测部115分别输入的直流电压Vdc、输出电流Iout进行规定的PWM控制，而生成与输出指令相应的PWM信号P并将其输出至PWM输出部117。与该PWM信号P相应地，PWM输出部117对第二电力转换部104输出驱动信号，由此能够控制第二电力转换部104。

电容获取部112获取平滑电容器101的电容值。本实施方式中，电容获取部112例如基于用直流电压检测器102、输出电流检测器105和输出电压检测器106分别检测的、从直流电压检测部114、输出电流检测部115、输出电压检测部116分别输入的运算用数据表示的直流电压Vdc、输出电流Iout和输出电压Vout，来计算平滑电容器101的电容值。另外，电容获取部112对平滑电容器101的电容值的具体计算方法在后文中叙述。

劣化判断部113基于由电容获取部112获取的电容值，判断平滑电容器101的劣化状态。本实施方式中，劣化判断部113计算由电容获取部112获取的多个电容值的统计量，基于该统计量，进行平滑电容器101的劣化状态的判断。另外，劣化判断部113对平滑电容器101的劣化状态的具体判断方法在后文中叙述。

外部通信部118进行在电力转换装置10的外部与CPU110之间输入输出的通信信号的接口处理。外部通信部118例如由LAN控制器等构成。从电力转换装置10的外部发送的输出指令，被该外部通信部118接收并对CPU110输出，用于电力转换控制部111对第二电力转换部104的控制等。

信息蓄积部119蓄积从CPU110输出的信息，并且按照来自CPU110的请求对CPU110输出蓄积的信息。信息蓄积部119例如由HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)和SSD(SolidState Drive：固态硬盘)等非易失性的存储介质等构成。

接着，对于本实施方式的电力转换装置10中的平滑电容器101的劣化状态的判断进行说明。

图2是本发明的第一实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。本实施方式的电力转换装置10中，在控制部100的CPU110中，通过按规定运算周期执行图2的流程图所示的处理来进行平滑电容器101的劣化状态的判断。

在步骤S210中，CPU110从直流电压检测部114、输出电流检测部115、输出电压检测部116分别获取直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout的数据，并将其蓄积在信息蓄积部119中。

在步骤S220中，CPU110判断从步骤S210中开始蓄积数据起是否已经过规定的数据蓄积时间。尚未经过数据蓄积时间的情况下，返回步骤S210继续进行直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout的数据蓄积，已经过数据蓄积时间的情况下，使图2的处理前进至接下来的步骤S230。另外，步骤S220的判断中使用的数据蓄积时间，是得到对于在后述的步骤S240中计算电容值的统计量充分的数据数量的时间，在CPU110中预先设定。

在步骤S230中，CPU110用电容获取部112，使用通过步骤S210的处理而在数据蓄积时间中在信息蓄积部119中蓄积的数据，求出平滑电容器101的电容值C。此处，例如能够如下所述地，计算出多个电容值C。

能够假定对平滑电容器101输入输出的电力等于由第二电力转换部104生成并从电力转换装置10输出的交流电力。对于该关系，使用直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout，表达为以下式(1)。

式(1)中，Ic表示平滑电容器101中流动的电容器电流。另外，cosθ表示从电力转换装置10输出的交流电力的功率因数，能够根据输出电流Iout与输出电压Vout的相位差θ求出。

另外，电容器电流Ic如以下式(2)所示，能够根据平滑电容器101的电容值C与直流电压Vdc的时间微分值的积求出。式(2)中，t表示时间。

Ic＝C×d(Vdc)/d(t)…(2)

此处，为了使CPU110中的运算处理简化，将式(2)的直流电压Vdc的时间微分值d(Vdc)/d(t)置换为按每个运算周期蓄积的直流电压Vdc的变化率时，式(2)能够变形为以下式(3)。式(3)中，Δt表示运算周期，ΔVdc表示时序上连续的2个数据之间的直流电压Vdc的差。

Ic＝C×ΔVdc/Δt…(3)

对于将式(3)代入式(1)得到的数学式求电容值C，得到以下式(4)。

在步骤S230中，能够基于信息蓄积部119中蓄积的直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout的各数据，用式(4)求出获取数据的各时刻的平滑电容器101的电容值C。

另外，对于步骤S230中求出的各电容值C，在后述的步骤S250中判断为尚未经过初始动作期间的情况、或步骤S260中判断为继续获取平滑电容器101的特性信息的情况下，在接下来的步骤S270的处理中，将其视为表示平滑电容器101的初始状态下的电容值的初始电容值。另一方面，在步骤S250中判断为已经过初始动作期间、并且在步骤S260中判断为结束获取平滑电容器101的特性信息的情况下，在接下来的步骤S300的处理中，将其视为表示平滑电容器101的使用状态下的电容值的使用电容值。即，本实施方式中，电容获取部112在平滑电容器101处于初始状态时基于由直流电压检测器102、输出电流检测器105和输出电压检测器106分别检测出的直流电压Vdc、输出电流Iout和输出电压Vout，来计算初始电容值。另外，在平滑电容器101处于初始状态后的使用状态时基于由直流电压检测器102、输出电流检测器105和输出电压检测器106分别检测出的直流电压Vdc、输出电流Iout和输出电压Vout，来计算使用电容值。由此，能够在初始状态下获取多个初始电容值，在使用状态下获取多个使用电容值。

在步骤S240中，CPU110用劣化判断部113，根据步骤S230中求出的各时刻的平滑电容器101的电容值C，求出初始状态或使用状态下的各动作点的电容值C的统计量。此处，对于将从电力转换装置10输出的交流电力的值按每个规定范围划分而设定的各动作点，作为电容值C的统计量，例如计算平均值、中位数、标准差、上限(upper fence)、下限(lowerfence)等统计量。

另外，上限UIF和下限LIF例如分别用以下式(5)、(6)表达。式(5)、(6)中，Q1、Q3分别表示与该动作点上的全部电容值C对应的第一四分位数(25百分位数)和第三四分位数(75百分位数)，IQR表示四分位范围(Q3与Q1的差)。

UIF＝Q3+1.5×IQR…(5)

LIF＝Q1-1.5×IQR…(6)

信息蓄积部119中蓄积的直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout的各数据中，包括周围环境的变动和噪声等原因引起的误差。从电力转换装置10输出的电力越低时的数据中该误差越大。因此，步骤S230中计算出的电容值C中，与这些数据的误差相应地，产生与实际的平滑电容器101的电容值相对的误差。于是，本实施方式的电力转换装置10中，通过进行步骤S240的处理在统计上处理电容值C，而排除电容值C中包括的误差。

图3是表示步骤S240中计算出的各动作点的电容值C的统计量的例子的图。图3中，横轴表示从电力转换装置10输出的交流电力Pout，纵轴表示电容值C。图3中，示出了通过对交流电力Pout按规定范围、例如1W划分而设定多个动作点，对按每个该动作点计算出的电容值C的平均、标准差、上限、下限各统计量作图的例子。另外，图3所示的电容值C的统计量是一例，例如也可以代替平均值地计算中位数等、计算其他统计量。

返回图2的说明，在步骤S250中，CPU110判断从开始使用电力转换装置10起是否已经过规定的初始动作期间。此处，基于上述步骤S210中直到当前在信息蓄积部119中蓄积的数据的数量、和从使用开始时刻起的第二电力转换部104的运转时间的累计值等，例如如下所述地判断是否已经过初始动作期间。

开始使用电力转换装置10时，CPU110在上述步骤S210中，按规定运算周期获取直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout的各数据作为关于平滑电容器101的电容值C的数据，并蓄积在信息蓄积部119中。在步骤S250中，如果直到当前获取并在信息蓄积部119中蓄积的这些数据的数量不足预先设定的基准数量，则判断为尚未经过初始动作期间。另一方面，如果信息蓄积部119中蓄积的数据的数量在预先设定的基准数量以上，则判断为已经过初始动作期间。另外，上述基准数量能够在电力转换装置10的设计开发时等预先设定为后述的步骤S270中生成的平滑电容器101的特性信息的可信度充分高的数据数量。例如能够这样判断是否已经过初始动作期间。

或者，在CPU110中，计测从电力转换装置10的使用开始时刻到当前的第二电力转换部104的运转时间的累计值，作为平滑电容器101的使用期间。在步骤S250中，如果该运转时间的累计值不足预先设定的基准时间，则判断为尚未经过初始动作期间。另一方面，如果第二电力转换部104的运转时间的累计值在预先设定的基准时间以上，则判断为已经过初始动作期间。另外，上述基准时间能够在电力转换装置10的设计开发时等预先设定为后述的步骤S270中生成的平滑电容器101的特性信息的可信度充分高的时间。例如能够这样判断是否已经过初始动作期间。

另外，步骤S250的处理中用作初始动作期间的判断条件的基准数量和基准时间，可以与电力转换装置10的使用环境(温度等)相应地变更或调节，也可以按使用电力转换装置10的每个用户变更。例如，对于使用环境严酷的特定用户，能够设定与其他用户不同的基准数量和基准时间。

另外，也可以将以上说明的2个判断方法组合，进行步骤S250的判断处理。该情况下，可以在满足某一方的条件的情况下判断为已经过初始动作期间，也可以在满足双方的条件的情况下判断为已经过初始动作期间。

进而，也可以用上述以外的方法进行步骤S250的判断处理。只要能够适当地判断是否已经过初始动作期间，就能够使用任意的判断条件进行步骤S250的判断处理。

用步骤S250的判断处理判断为尚未经过初始动作期间的情况下，使图2的处理前进至步骤S270。另一方面，判断为已经过初始动作期间的情况下，使图2的处理前进至步骤S260。

在步骤S260中，CPU110判断是否结束获取平滑电容器101的特性信息。此处，基于在上述步骤S240中已计算出电容值C的统计量的动作点的分布状况，例如如下所述地判断是结束获取平滑电容器101的特性信息、还是不结束而是继续。

例如，对于电力转换装置10中第二电力转换部104能够输出的交流电力的范围中的、作为平滑电容器101的特性信息的获取对象范围预先设定的规定的电力范围，判断是否对于该电力范围内的各动作点已计算出电容值C的统计量。结果，在该电力范围内已计算出电容值C的统计量的动作点存在规定数量以上的情况下，判断为已获取作为平滑电容器101的特性信息充分的量的统计量，判断为结束获取特性信息。另一方面，如果已计算出电容值C的统计量的动作点的数量不足规定数量，则判断为尚未获取作为平滑电容器101的特性信息充分的量的统计量，判断为不结束而是继续获取特性信息。该情况下，在初始动作期间经过后，也将之后执行的步骤S230中获取的电容值C视为平滑电容器101的初始电容值。这样，能够基于已计算出电容值C的统计量的动作点的分布状况，在步骤S260中判断是继续还是结束获取特性信息。

另外，用作步骤S260的判断条件的特性信息的获取对象范围和动作点的数量，可以在电力转换装置10的设计开发时等预先决定，也可以与电力转换装置10的使用环境(温度等)相应地变更或调节。或者，也可以按使用电力转换装置10的每个用户变更。例如，对于使用环境严酷的特定用户，能够设定与其他用户不同的判断条件。

另外，步骤S260中判断为不结束获取特性信息的情况下，也可以在之后的处理中，以使电力转换装置10在尚未计算出电容值C的统计量的动作点进行动作的方式，进行电力转换控制部111对第二电力转换部104的控制。

在步骤S260中，判断为尚未获取作为平滑电容器101的特性信息充分的量的统计量所以不结束而是继续获取特性信息的情况下，使图2的处理前进至步骤S270。另一方面，判断为已获取作为平滑电容器101的特性信息充分的量的统计量所以结束获取特性信息的情况下，使图2的处理前进至步骤S300。

从步骤S250或S260前进至步骤S270的情况下，在步骤S270中，CPU110用劣化判断部113，基于步骤S240中求出的电容值C的统计量、即对于初始状态的平滑电容器101得到的多个初始电容值的统计量，生成平滑电容器101的特性信息。此处，例如基于步骤S240中按每个动作点求出的电容值C的平均值、中位数、标准差、上限、下限等各统计量，对交流电力Pout与各统计量的关系如上述图3所示地作图，将其作为平滑电容器101的特性信息。由此，能够在步骤S270中生成表示从电力转换装置10输出的交流电力Pout与平滑电容器101的初始状态下的电容值C的关系的特性信息。另外，只要能够适当地表示交流电力Pout与电容值C的关系，就可以用除此以外的方法生成特性信息。

在步骤S280中，CPU110将步骤S270中生成的特性信息蓄积保存在信息蓄积部119中。

从步骤S260前进至步骤S300的情况下，在步骤S300中，CPU110用劣化判断部113，对步骤S240中求出的电容值C的统计量、即对于初始状态后的使用状态的平滑电容器101得到的多个使用电容值的统计量，与已保存的平滑电容器101的特性信息进行比较。此处，例如如下所述地，进行使用电容值的统计量与特性信息的比较。

如上所述，在步骤S240中，对于基于步骤S210中蓄积的数据计算出的多个电容值C，按每个动作点计算平均值、中位数、标准差、上限、下限等统计量。通过对该每个动作点的统计量与已保存的特性信息进行比较，而进行步骤S300的处理。

图4是表示步骤S300中进行的统计量与特性信息的比较例的图。图4中，实线和虚线的各曲线所示的图表示作为特性信息保存的图3的各统计量。另外，图中示出的平均、标准差、上限、下限表示对于某个动作点在步骤S240中计算出的各统计量。在步骤S300中，分别对这些统计量、与在特性信息的各图中对应于该动作点的值进行比较。

返回图2的说明，在步骤S310中，CPU110用劣化判断部113，基于步骤S300的比较结果计算平滑电容器101的劣化量。此处，例如用以下式(7)，计算平滑电容器101的劣化量Dc。式(7)中，Cs表示步骤S240中计算出的统计量，C0表示特性信息。

Dc＝(Cs/C0)×100[％]…(7)

用式(7)计算劣化量Dc的情况下，统计量Cs和特性信息C0需要使用相同种类的信息。例如，采用使用电容值的平均作为统计量Cs的情况下，采用初始电容值的平均作为特性信息C0，计算劣化量Dc。由此，基于在步骤S300中对统计量和特性信息的平均分别进行比较的结果，能够在步骤S310中计算劣化量Dc。另外，对于平均以外的统计量、例如标准差、上限、下限等，也能够用同样的方法计算劣化量Dc。

在步骤S320中，CPU110用劣化判断部113，基于步骤S310中计算出的劣化量来判断平滑电容器101的劣化状态。此处，例如对用上述式(7)计算出的劣化量Dc与规定阈值(例如80％)进行比较，如果劣化量Dc在阈值以上，则判断为平滑电容器101尚未劣化。另一方面，如果劣化量Dc不足阈值，则判断为平滑电容器101处于劣化状态。在步骤S320中，例如能够这样基于劣化量与阈值的比较结果判断平滑电容器101的劣化状态。另外，只要能够适当地判断平滑电容器101的劣化状态，就能够使用除此以外的方法进行步骤S320的判断处理。

实施步骤S280或步骤S320的处理之后，CPU110返回步骤S210，继续直流电压Vdc、输出电流Iout、输出电压Vout的数据蓄积。另外，步骤S320中判断为平滑电容器101处于劣化状态的情况下，可以通过输出规定的警告音或警告显示，而对用户通知平滑电容器101已劣化。

根据以上说明的本发明的第一实施方式，能够发挥以下作用效果。

(1)电力转换装置10包括将直流电力转换为交流电力并将其输出的第二电力转换部104、使直流电力平滑化的平滑电容器101、获取平滑电容器101的电容值的电容获取部112、以及判断平滑电容器101的劣化状态的劣化判断部113。电容获取部112与第二电力转换部104的动作状态的变化相应地获取多个表示平滑电容器101的初始状态下的电容值的初始电容值，并且获取多个表示平滑电容器101的使用状态下的电容值的使用电容值(步骤S230)。劣化判断部113基于由电容获取部112获取的多个初始电容值的统计量，来获取表示交流电力与平滑电容器101的初始状态下的电容值的关系的特性信息(步骤S270)，并且基于由电容获取部112获取的多个使用电容值的统计量以及特性信息来判断平滑电容器101的劣化状态(步骤S300～S320)。由此，能够不使电力转换装置10的动作停止地，适当地评价电力转换装置10中的平滑电容器101的劣化状态。

(2)劣化判断部113基于使用电容值的统计量和特性信息来计算平滑电容器101的劣化量Dc(步骤S300、S310)，并基于计算出的劣化量Dc与规定的阈值的比较结果来判断平滑电容器101的劣化状态(步骤S320)。由此，能够准确地判断平滑电容器101的劣化状态。

(3)劣化判断部113计算将交流电力的值按每个规定范围划分而设定的各动作点的初始电容值的包括平均值、中位数、标准差、上限和下限中的至少一者的统计量(步骤S240)，基于计算出的每个动作点的统计量来获取特性信息(步骤S270)。由此，能够根据包括周围环境的变动和噪声等原因引起的误差的初始电容值，准确地获取表示初始状态下的平滑电容器101的特性的特性信息。

(4)电力转换装置10包括检测直流电力的直流电压Vdc的直流电压检测器102、检测第二电力转换部104的输出电流Iout的输出电流检测器105、以及检测第二电力转换部104的输出电压Vout的输出电压检测器106。在步骤S230中，电容获取部112基于在规定的初始动作期间中由直流电压检测器102、输出电流检测器105和输出电压检测器106分别检测出的直流电压Vdc、输出电流Iout和输出电压Vout，来计算初始电容值。另外，基于在初始动作期间经过后由直流电压检测器102、输出电流检测器105和输出电压检测器106分别检测出的直流电压Vdc、输出电流Iout和输出电压Vout，来计算使用电容值。由此，能够分别准确地计算出平滑电容器101的初始电容值和使用电容值。

(5)电容获取部112基于关于按每个交流电力的值获取的电容值的数据的数量和第二电力转换部104的运转时间中的至少一者，来进行是否已经过规定的初始动作期间的判断(步骤S250)，并基于该判断的结果来决定获取初始电容值和使用电容值中的哪一者。由此，能够在适当的时机开始获取使用电容值，使用它进行平滑电容器101的劣化状态的判断。

(6)电容获取部112基于已获取特性信息的第二电力转换部104的动作点的数量，判断是要继续还是结束获取特性信息(步骤S260)，在判断为要继续的情况下(步骤S260：否)，在初始动作期间经过之后(步骤S250：是)也在步骤S230中获取初始电容值。由此，在已获取特性信息的动作点的数量不足的情况下，即使在初始动作期间经过后，也能够不开始获取使用电容值而是继续获取初始电容值。

(第二实施方式)

图5是本发明的第二实施方式的使用电力转换装置10A的电动机驱动系统的概略结构图。本电动机驱动系统包括对控制对象供电的电力转换装置10A、对电力转换装置10A供电的三相交流电源20、以及作为控制对象的交流电动机30。

本实施方式的电力转换装置10A中，与图1所示的第一实施方式的电力转换装置10的不同，在于不具有输出电压检测器106这一点，和代替控制部100地具有控制部100A这一点。以下，对于与第一实施方式相同的部分省略说明。

控制部100A包括CPU110A、直流电压检测部114、输出电流检测部115、PWM输出部117、外部通信部118、信息蓄积部119。另外，与第一实施方式中说明的控制部100不同，不具有输出电压检测部116。

CPU110A在第一实施方式中说明的电力转换控制部111、电容获取部112、劣化判断部113以外，还具有输出电压计算部120各功能模块作为其功能。

输出电压计算部120按照从电力转换装置10A的外部输入的输出指令计算第二电力转换部104的输出电压Vout。输出电压计算部120例如能够根据电力转换控制部111生成PWM信号P时基于从外部输入的输出指令计算出的电压指令值，来计算第二电力转换部104的输出电压Vout。

接着，对于本实施方式的电力转换装置10A中的平滑电容器101的劣化状态的判断进行说明。

图6是本发明的第二实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。本实施方式的电力转换装置10A中，在控制部100A的CPU110A中，通过按规定运算周期执行图6的流程图所示的处理，来进行平滑电容器101的劣化状态的判断。

另外，图6的流程图中，将进行与第一实施方式中说明的图2的流程图相同的处理的部分设为同一步骤编号。以下，省略该与图2同一步骤编号的部分，进行图6的流程图的说明。

在步骤S200A中，CPU110A用输出电压计算部120计算输出电压Vout。

在步骤S210A中，CPU110A分别从直流电压检测部114、输出电流检测部115获取直流电压Vdc、输出电流Iout的数据，并且获取步骤S200A中计算出的输出电压Vout的数据，将这些数据蓄积在信息蓄积部119中。

在步骤S220以后，分别执行与图2同样的处理。

根据以上说明的本发明的第二实施方式，电力转换装置10A包括检测直流电力的直流电压Vdc的直流电压检测器102、检测第二电力转换部104的输出电流Iout的输出电流检测器105、基于从外部输入的输出指令来控制第二电力转换部104的电力转换控制部111、以及基于输出指令计算第二电力转换部104的输出电压Vout的输出电压计算部120。在步骤S230中，电容获取部112基于在规定的初始动作期间中由直流电压检测器102和输出电流检测器105分别检测出的直流电压Vdc和输出电流Iout、以及基于在初始动作期间中输入的输出指令而由输出电压计算部120计算出的输出电压Vout，来计算初始电容值。另外，基于在初始动作期间经过后由直流电压检测器102和输出电流检测器105分别检测出的直流电压Vdc和输出电流Iout、以及基于在初始动作期间经过后输入的输出指令而由输出电压计算部120计算出的输出电压Vout，来计算使用电容值。由此，即使不在电力转换装置10A中设置输出电压检测器106，也能够与第一实施方式同样地，分别准确地计算出平滑电容器101的初始电容值和使用电容值。

(第三实施方式)

图7是本发明的第三实施方式的使用电力转换装置10B的电动机驱动系统的概略结构图。本电动机驱动系统包括对控制对象供电的电力转换装置10B、对电力转换装置10B供电的三相交流电源20、以及作为控制对象的交流电动机30。

本实施方式的电力转换装置10B中，与图1所示的第一实施方式的电力转换装置10的不同，在于代替输出电压检测器106地具有电容器电流检测器107这一点，和代替控制部100地具有控制部100B这一点。以下，对于与第一实施方式相同的部分省略说明。

电容器电流检测器107检测平滑电容器101中流动的电流，对控制部100B输出与其检测结果相应的检测信号。

控制部100B包括CPU110、直流电压检测部114、输出电流检测部115、PWM输出部117、外部通信部118、信息蓄积部119、电容器电流检测部121。另外，与第一实施方式中说明的控制部100不同，不具有输出电压检测部116。

电容器电流检测部121将电容器电流检测器107输出的检测信号作为输入，变换为运算用数据的电容器电流Ic，并将其输出至CPU110。电容器电流检测部121例如由AD变换器等构成。

接着，对于本实施方式的电力转换装置10B中的平滑电容器101的劣化状态的判断进行说明。

图8是本发明的第三实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。本实施方式的电力转换装置10B中，在控制部100B的CPU110中，通过按规定运算周期执行图8的流程图所示的处理，来进行平滑电容器101的劣化状态的判断。

另外，图8的流程图中，将进行与第一实施方式中说明的图2的流程图相同的处理的部分设为同一步骤编号。以下，省略该与图2同一步骤编号的部分，进行图8的流程图的说明。

在步骤S210B中，CPU110分别从直流电压检测部114、电容器电流检测部121获取直流电压Vdc、电容器电流Ic的数据，并将其蓄积在信息蓄积部119中。

在步骤S230B中，CPU110用电容获取部112，使用通过步骤S210B的处理直到当前为止在信息蓄积部119中蓄积的数据，求出平滑电容器101的电容值C。此处，例如能够如下所述地计算出多个电容值C。

对上述式(3)变形，得到以下式(8)。

C＝Ic/(ΔVdc/Δt)…(8)

在步骤S230B中，能够基于信息蓄积部119中蓄积的直流电压Vdc、电容器电流Ic各数据，用式(8)求出获取数据的各时刻的平滑电容器101的电容值C。

在步骤S240以后，分别执行与图2同样的处理。

根据以上说明的本发明的第三实施方式，电力转换装置10B包括检测直流电力的直流电压Vdc的直流电压检测器102、以及检测平滑电容器101中流动的电容器电流Ic的电容器电流检测器107。在步骤S230B中，电容获取部112基于在规定的初始动作期间中由直流电压检测器102和电容器电流检测器107分别检测出的直流电压Vdc和电容器电流Ic，来计算初始电容值。另外，基于在初始动作期间经过后由直流电压检测器102和电容器电流检测器107分别检测出的直流电压Vdc和电容器电流Ic，来计算使用电容值。由此，能够与第一实施方式同样地，分别准确地计算出平滑电容器101的初始电容值和使用电容值。

(第四实施方式)

图9是本发明的第四实施方式的使用电力转换装置10C的电动机驱动系统的概略结构图。本电动机驱动系统包括对控制对象供电的电力转换装置10C、对电力转换装置10C供电的三相交流电源20、以及作为控制对象的交流电动机30。

本实施方式的电力转换装置10C中，与图1所示的第一实施方式的电力转换装置10的不同，在于不具有输出电压检测器106这一点，和代替控制部100地具有控制部100C这一点。以下，对于与第一实施方式相同的部分省略说明。

控制部100C包括CPU110、直流电压检测部114、输出电流检测部115、PWM输出部117、外部通信部118、信息蓄积部119。另外，与第一实施方式中说明的控制部100不同，不具有输出电压检测部116。

接着，对于本实施方式的电力转换装置10C中的平滑电容器101的劣化状态的判断进行说明。

图10是本发明的第四实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。本实施方式的电力转换装置10C中，在控制部100C的CPU110中，通过按规定运算周期执行图10的流程图所示的处理，来进行平滑电容器101的劣化状态的判断。

另外，图10的流程图中，将进行与第一实施方式中说明的图2的流程图相同的处理的部分设为同一步骤编号。以下，省略该与图2同一步骤编号的部分，进行图10的流程图的说明。

在步骤S210C中，CPU110分别从直流电压检测部114、输出电流检测部115获取直流电压Vdc、输出电流Iout的数据，并将其蓄积在信息蓄积部119中。

在步骤S230C中，CPU110用电容获取部112，使用通过步骤S210C的处理直到当前为止在信息蓄积部119中蓄积的数据，求出平滑电容器101的电容值C。此处，例如能够如下所述地计算出多个电容值C。

在从平滑电容器101对第二电力转换部104流动电流的时机，第二电力转换部104的输出电流Iout较小的情况下，电容器电流Ic与输出电流Iout之间以下式(9)的关系成立。其中，式(9)中k是规定的变换系数，基于电力转换装置10C的各种参数和事前的实验结果等预先决定。

Ic＝Iout×(1-k×Iout)…(9)

对上述式(8)代入式(9)时，得到以下式(10)

C＝Iout×(1-k×Iout)/(ΔVdc/Δt)…(10)

在步骤S230C中，能够基于信息蓄积部119中蓄积的直流电压Vdc、输出电流Iout各数据，用式(10)求出获取数据的各时刻的平滑电容器101的电容值C。

在步骤S240以后，分别执行与图2同样的处理。

根据以上说明的本发明的第四实施方式，电力转换装置10C包括检测直流电力的直流电压Vdc的直流电压检测器102、以及检测第二电力转换部104的输出电流Iout的输出电流检测器105。在步骤S230C中，电容获取部112基于在规定的初始动作期间中由直流电压检测器102和输出电流检测器105分别检测出的直流电压Vdc和输出电流Iout，来计算初始电容值。另外，基于在初始动作期间经过后由直流电压检测器102和输出电流检测器105分别检测出的直流电压Vdc和输出电流Iout，来计算使用电容值。由此，即使在电力转换装置10C中不设置输出电压检测器106，也能够与第一实施方式同样地，分别准确地计算出平滑电容器101的初始电容值和使用电容值。

(第五实施方式)

接着，对于本发明的第五实施方式进行说明。另外，本实施方式的电力转换装置具有与第一～第四实施方式中分别说明的电力转换装置10、10A、10B、10C中的任一者同样的结构。以下，以第一实施方式中说明的图1的电力转换装置10的结构为例，对于本实施方式的电力转换装置中的平滑电容器101的劣化状态的判断进行说明。

图11是本发明的第五实施方式的平滑电容器劣化判断处理的流程图。本实施方式的电力转换装置10中，在控制部100的CPU110中，通过按规定运算周期执行图11的流程图所示的处理，来进行平滑电容器101的劣化状态的判断。

另外，图11的流程图中，将进行与第一实施方式中说明的图2的流程图相同的处理的部分设为同一步骤编号。以下，省略该与图2同一步骤编号的部分，进行图11的流程图的说明。

在步骤S250D中，CPU110判断从开始使用电力转换装置10起是否已经过规定的第一阶段期间。第一阶段期间是作为用于获取平滑电容器101的初始电容值并计算其特性信息的期间预先决定的期间，相当于上述初始动作期间。此处，例如能够用与上述步骤S250同样的方法，判断是否已经过第一阶段期间。

用步骤S250D的判断处理判断为尚未经过第一阶段期间的情况下，使图11的处理前进至步骤S270。另一方面，判断为已经过第一阶段期间的情况下，使图11的处理前进至步骤S251D。

在步骤S251D中，CPU110判断从开始使用电力转换装置10起是否已经过规定的第二阶段期间。第二阶段期间是作为用于即使不满足上述步骤S260的判断条件、也结束平滑电容器101的特性信息的计算而开始劣化状态的判断的期间预先决定的期间，设定比上述第一阶段期间更长的期间、例如2倍的期间。此处，能够用与步骤S250D同样的方法，判断是否已经过第二阶段期间。

用步骤S251D的判断处理判断为尚未经过第二阶段期间的情况下，使图11的处理前进至步骤S260。另一方面，判断为已经过第二阶段期间的情况下，使图11的处理前进至步骤S300。

在步骤S260以后，分别执行与图2同样的处理。

根据以上说明的本发明的第五实施方式，能够发挥与第一实施方式同样的作用效果。

另外，以上作为本实施方式的应用例，说明了在第一实施方式中说明的图1的电力转换装置10的结构中实施图11的流程图所示的处理的例子，但也可以在第二～第四各实施方式中说明的电力转换装置10A、10B、10C的结构中应用本实施方式。具体而言，通过将图6、图8、图10各流程图中的步骤S250的处理置换为图11的步骤S250D、S251D，能够应用本实施方式。

另外，上述各实施方式中，对于用控制部100、100A、100B、100C分别具有的CPU110、110A进行平滑电容器101的电容运算、统计量运算和平滑电容器101的劣化诊断等各处理的方式进行了说明，但本发明不限定于此。例如，也可以将这些处理所需的数据从外部通信部118发送至外部的设备，用外部的设备进行处理。

本发明不限定于上述实施方式和变形例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，上述实施方式是用于易于理解地说明本发明的，并不需要包括全部构成要素。能够在不脱离本发明的范围内，进行任意的构成要素的追加、删除、置换。

附图标记说明

10、10A、10B、10C：电力转换装置，20：三相交流电源，30：交流电动机，100、100A、100B、100C：控制部，101：平滑电容器，102：直流电压检测器，103：第一电力转换部，104：第二电力转换部，105：输出电流检测器，106：输出电压检测器，107：电容器电流检测器，110、110A：CPU，111：电力转换控制部，112：电容获取部，113：劣化判断部，114：直流电压检测部，115：输出电流检测部，116：输出电压检测部，117：PWM输出部，118：外部通信部，119：信息蓄积部，120：输出电压计算部，121：电容器电流检测部。

Claims (10)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

将直流电力转换为交流电力并将其输出的电力转换部；

使所述直流电力平滑化的平滑电容器；

获取所述平滑电容器的电容值的电容获取部；和

判断所述平滑电容器的劣化状态的劣化判断部，

所述电容获取部，与所述电力转换部的动作状态的变化相应地获取多个表示所述平滑电容器的初始状态下的电容值的初始电容值，并且获取多个表示所述平滑电容器的使用状态下的电容值的使用电容值，

所述劣化判断部，

基于由所述电容获取部获取的多个所述初始电容值的统计量，来获取表示所述交流电力与所述平滑电容器的初始状态下的电容值的关系的特性信息，

并且基于由所述电容获取部获取的多个所述使用电容值的统计量和所述特性信息来判断所述平滑电容器的劣化状态。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述劣化判断部基于所述使用电容值的统计量和所述特性信息来计算所述平滑电容器的劣化量，并基于计算出的所述劣化量与规定的阈值的比较结果来判断所述平滑电容器的劣化状态。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述劣化判断部计算将所述交流电力的值按每个规定范围划分而设定的各动作点的所述初始电容值的包括平均值、中位数、标准差、上限和下限中的至少一者的统计量，基于计算出的每个所述动作点的统计量来获取所述特性信息。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，包括：

检测所述直流电力的直流电压的直流电压检测器；

检测所述电力转换部的输出电流的输出电流检测器；和

检测所述电力转换部的输出电压的输出电压检测器，

所述电容获取部，

基于在规定的初始动作期间中由所述直流电压检测器、所述输出电流检测器和所述输出电压检测器分别检测出的所述直流电压、所述输出电流和所述输出电压，来计算所述初始电容值，

并且基于在所述初始动作期间经过后由所述直流电压检测器、所述输出电流检测器和所述输出电压检测器分别检测出的所述直流电压、所述输出电流和所述输出电压，来计算所述使用电容值。

5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，包括：

检测所述直流电力的直流电压的直流电压检测器；

检测所述电力转换部的输出电流的输出电流检测器；

基于从外部输入的输出指令来控制所述电力转换部的电力转换控制部；和

基于所述输出指令计算所述电力转换部的输出电压的输出电压计算部，

所述电容获取部，

基于在规定的初始动作期间中由所述直流电压检测器和所述输出电流检测器分别检测出的所述直流电压和所述输出电流、以及基于在所述初始动作期间中输入的所述输出指令而由所述输出电压计算部计算出的所述输出电压，来计算所述初始电容值，

并且基于在所述初始动作期间经过后由所述直流电压检测器和所述输出电流检测器分别检测出的所述直流电压和所述输出电流、以及基于在所述初始动作期间经过后输入的所述输出指令而由所述输出电压计算部计算出的所述输出电压，来计算所述使用电容值。

6.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，包括：

检测所述直流电力的直流电压的直流电压检测器；和

检测所述平滑电容器中流动的电容器电流的电容器电流检测器，

所述电容获取部，

基于在规定的初始动作期间中由所述直流电压检测器和所述电容器电流检测器分别检测出的所述直流电压和所述电容器电流，来计算所述初始电容值，

并且基于在所述初始动作期间经过后由所述直流电压检测器和所述电容器电流检测器分别检测出的所述直流电压和所述电容器电流，来计算所述使用电容值。

7.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，包括：

检测所述直流电力的直流电压的直流电压检测器；和

检测所述电力转换部的输出电流的输出电流检测器，

所述电容获取部，

基于在规定的初始动作期间中由所述直流电压检测器和所述输出电流检测器分别检测出的所述直流电压和所述输出电流，来计算所述初始电容值，

并且基于在所述初始动作期间经过后由所述直流电压检测器和所述输出电流检测器分别检测出的所述直流电压和所述输出电流，来计算所述使用电容值。

8.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述电容获取部基于关于按每个所述交流电力的值获取的所述电容值的数据的数量和所述电力转换部的运转时间中的至少一者，来进行是否已经过规定的初始动作期间的判断，并基于所述判断的结果来决定获取所述初始电容值和所述使用电容值中的哪一者。

9.如权利要求8所述的电力转换装置，其特征在于：

所述电容获取部基于已获取所述特性信息的所述电力转换部的动作点的数量，判断是要继续还是结束获取所述特性信息，在判断为要继续的情况下，在所述初始动作期间经过后也获取所述初始电容值。

10.一种判断平滑电容器的劣化状态的方法，其中所述平滑电容器与将直流电力转换为交流电力并将其输出的电力转换部连接来使所述直流电力平滑化，所述方法的特征在于：

与所述电力转换部的动作状态的变化相应地获取多个表示所述平滑电容器的初始状态下的电容值的初始电容值，

基于所获取的多个所述初始电容值的统计量，获取表示所述交流电力与所述平滑电容器的初始状态下的电容值的关系的特性信息，

获取多个表示所述平滑电容器的使用状态下的电容值的使用电容值，

基于所获取的多个所述使用电容值的统计量和所述特性信息来判断所述平滑电容器的劣化状态。