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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Invertierereinrichtung,
in der die Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators, der
in der Invertierereinrichtung verwendet wird, bestimmt werden kann.
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Stand der
Technik
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Wie
gut bekannt ist, wird ein elektrolytischer Kondensator in einer
Hauptschaltungsglättungssektion
einer Spannungsquellen-Invertierereinrichtung verwendet.
Ein derartiger elektrolytischer Kondensator hat eine begrenzte Lebensdauer.
Wenn die ausgelegte Lebensdauer einer Invertierereinrichtung abgelaufen
ist, wird deshalb gewöhnlich
erachtet, dass die Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators
verstrichen ist, und der elektrolytische Kondensator wird durch
einen neuen ersetzt. Die Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators
variiert jedoch stark abhängig
von der Umgebung, in der eine Invertierereinrichtung verwendet wird.
Deshalb gibt es einen Fall, wo obwohl ein elektrolytischer Kondensator
noch nicht an Wert verloren hat, der Kondensator durch einen neuen
ersetzt wird, nachdem die ausgelegte Lebensdauer verstrichen ist,
und einen entgegengesetzten Fall, wo obwohl ein elektrolytischer Kondensator
an Wert verloren hat, die Lebensdauer des Kondensators noch nicht
als verstrichen erachtet wird und daher der Kondensator nicht ersetzt
wird, da die ausgelegte konstante Zeit noch nicht abgelaufen ist.
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Eine
Invertierereinrichtung, in der die Lebensdauer eines elektrolytischen
Kondensators, der in der Invertierereinrichtung verwendet wird,
bestimmt werden kann, wird in Patentliteraturstelle 1 (JP-A-11-98854)
offengelegt. Die Invertierereinrichtung, die in Patentliteraturstelle
1 offengelegt wird, und in der ein elektrolytischer Kondensator
in einer Hauptschaltungsglättungssektion
verwendet wird, umfasst ein Elektrolytkondensator-Lebensdauerbestimmungsmittel
mit: einem Entladungswiderstand, der mit dem elektrolytischen Kondensator
parallel verbunden ist; eine Spannungserfassungssektion, die die
Spannung zwischen den Anschlüssen
des elektrolytischen Kondensators überwacht; und eine Beurteilungssektion,
die wenn eine Spannungsversorgung zu dem elektrolytischen Kondensator
unterbrochen wird, die Entladungszeitkonstante t (t = C·R) misst,
die durch den Entladungswiderstand R und die elektrostatische Kapazität C des
elektrolytischen Kondensators bestimmt wird, und die, wenn eine elektrostatische
Kapazität,
die aus dem gemessenen Wert kalkuliert wird, einen zulässigen Bereich
der elektrostatischen Kapazität
des elektrolytischen Kondensators, der zuvor als ein Bezug erhalten
wird, überschreitet,
beurteilt, dass die Lebensdauer des elektrolytischen Kondensators
verstrichen ist.
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Eine
KondensatorLebensdauer-Diagnosevorrichtung, die für den Zweck
einer genauen Diagnose der Lebensdauer eines Kondensators entwickelt
wurde, wird in Patentliteraturstelle 2 offengelegt (JP-A-11-231008).
In Patentliteraturstelle 2 wird in einer Zeiteinstellung nach mindestens
einem von einer Anwendung einer Energiequellenspannung und einem
Stopp der Anwendung die Spannung zwischen Anschlüssen eines Kondensators in
vielen Punkten abgetastet, es wird eine Zeitkonstante T aus den
abgetasteten Spannungen erhalten, die Kapazität CO des Kondensators wird
aus einem Ausdruck von T/R mit Verwendung eines bekannten Widerstandswertes,
wie etwa eines Widerstandswertes R eines Widerstands, der einen
Hochbetriebsstrom verhindert, der mit dem Kondensator einer Schaltenergiequellenvorrichtung
verbunden ist, kalkuliert, und wenn beurteilt wird, dass die Kapazität CO des
Kondensators gleich oder kleiner der theoretisch schlechtesten Kapazität Cr = T/(R ± ΔR) + ΔC ist, worin
eine Änderung ±ΔR des Widerstandswertes
R des Widerstands und eine Änderung
+ΔC der
Kapazität
des Kondensators, verursacht durch eine Änderung in der Umgebungstemperatur,
betrachtet werden, beurteilt wird, dass eine Kapazitätsverringerung
in dem Kondensator auftritt.
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Ein
Hauptschaltungs-Energiequellen-Entladungsverfahren, worin eine Ladungsrestspannung eines
Kondensators als ein Lastverlust durch Zuführen eines Stroms zu einem
elektrischen Motor durch einen geschlossenen Kreis inkludierend
den Motor ohne Verwenden einer dedizierten Entladungsschaltung mit
einem Entladungswiderstand entladen wird, wird in Patentliteraturstelle
3 (JP-A-11-89264) offengelegt. Wenn in Patentliteraturstelle 3 eine
Gleichstrom-Eingabeenergiequelle zu einer Hauptschaltung unterbrochen
wird, wird die Steuerung von einer Motoransteuerkontrolle zu einem
Entladungsmodus transferiert, und es wird ein Strom zu dem Motor durch
Bilden eines geschlossenen Kreises inkludierend den Motor zugeführt, wodurch
die Ladespannung des Kondensators verbraucht und als ein Lastverlust
oder eine Drehmomentenergie zum Ansteuern des Motors und der Last
entladen wird.
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In
Patentliteraturstelle 1 oder Patentliteraturstelle 2 gibt es, da
ein Widerstand (der Entladungswiderstand in Patentliteraturstelle
1 und der Widerstand, der einen Hochbetriebsstrom verhindert, in Patentliteraturstelle
2) bei der Schätzung
der Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators verwendet wird,
ein Problem dadurch, dass wenn der Widerstands wert durch eine Änderung
der Temperatur, die den Widerstand umgibt, variiert, die Schätzung der
Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators basierend auf der
Messung der Zeitkonstante kaum die Genauigkeit aufrechterhält.
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Es
gibt andere Probleme wie folgt. Wenn ein Widerstand, der für eine Entladung
eines elektrolytischen Kondensators zu verwenden ist, eingestellt
ist, eine kleine Wärmekapazität aufzuweisen,
wird der Widerstandswert erhöht,
und daher wird der Ausgangsstrom des Kondensators reduziert. Deshalb wird
die Messung der Entladungszeit verlängert. Wenn im Gegensatz dazu
der Widerstandswert reduziert wird, um die Messzeit der Entladungszeit
zu verkürzen,
wird in dem Widerstand größere Energie
verbraucht, und daher muss ein Widerstand einer größeren Wärmekapazität aufgestellt
werden. Deshalb erhöht
sich die Größe der Invertierereinrichtung.
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Der
Widerstand, der für
eine Entladung eines elektrolytischen Kondensators zu verwenden
ist, wird benachbart zu dem elektrolytischen Kondensator platziert.
Selbst wenn Wärme
einer Menge innerhalb eines verwendbaren Bereichs des Widerstands
generiert wird, wird deshalb die Temperatur des elektrolytischen
Kondensators selbst durch die Wärme
angehoben, wodurch ein weiteres Problem dadurch erzeugt wird, dass
die wärme
veranlasst, dass die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators
variiert.
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Die
Erfindung wurde durchgeführt,
um diese Probleme zu lösen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Invertierereinrichtung zu erhalten,
in der die Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators genau bestimmt
werden kann, und die Zeiteinstellung eines Austauschs des elektrolytischen
Kondensators exakt bestimmt werden kann.
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Offenlegung der Erfindung
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Die
Invertierereinrichtung der Erfindung ist eine Invertierereinrichtung
mit: einem elektrolytischen Kondensator, der als eine Gleichstromenergiequelle
dient; einer Invertiererhauptschaltung, die Schaltelemente hat und
die eine Gleichspannung des elektrolytischen Kondensators zu einer
Wechselspannung konvertiert; einer Schaltsteuerschaltung, die ein
Steuersignal für
eine EIN-/AUS-Steuerung der Schaltelemente der Invertiererhauptschaltung ausgibt;
und einer Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung,
die eine elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators
kalkuliert, wobei wenn eine Energiequelle, die mit dem elektrolytischen
Kondensator verbunden ist, unterbrochen wird, die Schaltsteuerschaltung
die Schaltelemente der Invertiererhauptschaltung steuert zu arbeiten,
einer Last einen Strom zuzuführen, wobei
dadurch Ladungen des elektrolytischen Kondensators entladen werden,
und die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung
kalkuliert die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators
auf der Basis von: einer entladenen Ladungsmenge, die von einem
Abgangsstrom von dem elektrolytischen Kondensator erhalten wird,
und einer Entladungszeit; und einer Entladungsspannung, die ein
Spannungsabfall seit Beginn einer Entladung des elektrolytischen
Kondensators ist. Deshalb kann die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators als ein Absolutwert begriffen werden, und die Lebensdauer
des elektrolytischen Kondensators kann korrekt vorhergesagt werden.
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In
der Invertierereinrichtung der Erfindung steuert, wenn eine Energiequelle,
die mit dem elektrolytischen Kondensator verbunden ist, unterbrochen
wird, die Schaltsteuerschaltung die Schaltelemente der Invertiererhauptschaltung
zu arbeiten, einer Last einen Strom zuzuführen, wobei dadurch Ladungen
des elektrolytischen Kondensators entladen werden, und die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrich tung
kalkuliert die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators
auf der Basis von: einer entladenen Ladungsmenge, die von einem
Invertiererausgangsstrom erhalten wird, der durch einen Stromdetektor
erfasst wird, der auf einer Seite eines Ausgangs der Invertiererhauptschaltung
aufgestellt ist, und EIN-/AUS-Zuständen der Schaltelemente der
Invertiererhauptschaltung; und einer Entladungsspannung, die ein Spannungsabfall
seit Beginn einer Entladung des elektrolytischen Kondensators ist.
Deshalb kann ein Stromdetektor, der für jede Phase eines Mehrzweckinvertierers
aufgestellt ist, um Elemente zu schützen oder eine Last zu steuern,
verwendet werden wie er ist, und eine Lebensdauervorhersage eines
elektrolytischen Kondensators kann wirtschaftlich realisiert werden.
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Wenn
in der Invertierereinrichtung der Erfindung eine Energiequelle,
die mit dem elektrolytischen Kondensator verbunden ist, unterbrochen wird,
gibt die Schaltsteuerschaltung ein Steuersignal zum Steuern eines
oberen Schaltelementes und eines unteren Schaltelementes einer speziellen
einen Phase der Invertiererhauptschaltung aus, um EIN-/AUS zu arbeiten,
damit obere Schaltelemente von anderen Phasen stets AUS geschaltet
sind, und untere Schaltelemente der anderen Phase stets EIN geschaltet
sind, um einer Last einen Strom zuzuführen, wobei dadurch Ladungen
des elektrolytischen Kondensators entladen werden, und die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung
kalkuliert die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators
auf der Basis von: einer entladenen Ladungsmenge, die von einem
Strom erhalten wird, der durch die spezifische eine Phase fließt, in der
das obere Schaltelement und das untere Schaltelement EIN-/AUS-betrieben
werden, und einer EIN-Zeit in EIN-/AUS-Operationen; und einer Entladungsspannung,
die ein Spannungsabfall seit einem Beginn einer Entladung des elektrolytischen Kondensators
ist. Deshalb ist es nicht erforderlich, die Entladungs zeit zu kalkulieren,
und die Lebensdauer des elektrolytischen Kondensators kann korrekt
vorhergesagt werden.
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In
der Invertierereinrichtung der Erfindung gibt, wenn eine Energiequelle,
die mit dem elektrolytischen Kondensator verbunden ist, unterbrochen wird,
die Schaltsteuerschaltung ein Steuersignal zum Steuern eines oberen
Schaltelementes und eines unteren Schaltelementes einer spezifischen
einen Phase der Invertiererhauptschaltung aus, um EIN-/AUS zu arbeiten,
damit obere Schaltelemente von anderen Phasen stets AUS geschaltet
und untere Schaltelemente der anderen Phasen stets EIN geschaltet sind,
um einer Last einen Strom zuzuführen,
wobei dadurch Ladungen des elektrolytischen Kondensators entladen
werden, und die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung kalkuliert
die elektrostatische Kapazität
des elektrolytischen Kondensators auf der Basis von: einer entladenen
Ladungsmenge, die von einem Abgangsstrom von dem elektrolytischen
Kondensator erhalten wird, und einer EIN-Zeit in EIN-/AUS-Operationen;
und einer Entladungsspannung, die ein Spannungsabfall seit einem
Beginn einer Entladung des elektrolytischen Kondensators ist. Deshalb
ist es möglich,
einen nicht-isolierten Stromdetektor zu verwenden, welcher wirtschaftlich
ist.
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In
der Invertierereinrichtung der Erfindung sind ein Komparator und
eine Stromsteuervorrichtung zum Verhindern eines Überstroms
auf einer Ausgangsseite des Komparators auf einer Eingangsseite
der Schaltsteuerschaltung aufgestellt, wobei der Komparator einen
Strombefehlswert, der bei einer Erzeugung des Steuersignals für eine EIN-/AUS-Steuerung
der Schaltelemente der Invertiererhauptschaltung verwendet wird,
mit einem Strom, der aus dem elektrolytischen Kondensator herausfließt und der
in der Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung
zu verwenden ist, oder einem Strom entsprechend dem Strom, der aus
dem elektrolyti schen Kondensator herausfließt, vergleicht. Selbst wenn
die Induktivität
einer Windung während
einer Lastoperation geändert
wird, kann deshalb die Einrichtung so gesteuert werden, dass ein Überstrom
nicht erzeugt wird, und die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators kann korrekt kalkuliert werden.
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Die
Invertierereinrichtung der Erfindung umfasst eine Anomaliesignalausgabeschaltung,
die ein Anomaliesignal ausgibt, wenn die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators, die durch die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung
kalkuliert wird, kleiner als ein erster zulässiger Wert der elektrostatischen
Kapazität
ist, der zuvor eingestellt wird. Deshalb kann der Benutzer die Zeiteinstellung
eines Austauschs des elektrolytischen Kondensators leicht bestimmen.
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In
der Anomaliesignalausgabeschaltung in der Invertierereinrichtung
der Erfindung kann ein zweiter zulässiger Wert der elektrostatischen
Kapazität,
der größer als
der erste zulässige
Wert der elektrostatischen Kapazität ist, eingestellt werden,
und wenn die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators,
die durch die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung kalkuliert
wird, kleiner als der zweite zulässige
Wert der elektrostatischen Kapazität ist, wird ein Vorlaufankündigungssignal
ausgegeben. Deshalb kann der Benutzer beurteilen, dass die Zeiteinstellung
eines Austauschs des elektrolytischen Kondensators näher rückt und
sich auf eine Arbeit zum Austausch des elektrolytischen Kondensators
vorbereiten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht, die die Konfiguration einer Invertierereinrichtung
von Ausführungsform
1 der Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Ansicht, die die Konfiguration einer Invertierereinrichtung
von Ausführungsform
2 der Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Ansicht, die die Konfiguration einer Invertierereinrichtung
von Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Ansicht, die eine äquivalente Schaltung
einer Invertiererhauptschaltung der Invertierereinrichtung von Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Ansicht, die Beziehungen zwischen einem Elektrolytkondensator-Abgangsstrom
Ic und einem U-Phasenstrom Iu in der Invertierereinrichtung von
Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Ansicht, die Konfiguration einer Invertierereinrichtung von
Ausführungsform
4 der Erfindung zeigt.
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7 ist
eine Ansicht, die eine äquivalente Schaltung
einer Invertiererhauptschaltung der Invertierereinrichtung von Ausführungsform
4 der Erfindung zeigt.
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8 ist
eine Ansicht, die die Konfiguration einer Schaltsteuerschaltung
in einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform 5 der Erfindung
zeigt.
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9 ist
eine Ansicht, die die Konfiguration einer Invertierereinrichtung
von Ausführungsform
6 der Erfindung zeigt.
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Bester Modus
zum Ausführen
der Erfindung
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Ausführungsform 1.
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Die
Konfiguration und der Prozess einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform
1 der Erfindung werden mit Bezug auf 1 beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 ist die Invertierereinrichtung 1a mit
einer kommerziellen Energiequelle 2 durch einen Trennschalter 3 verbunden,
ein Konverter 4 konvertiert die Energie-Frequenz-Wechselspannung
der kommerziellen Energiequelle 2 zu einer Gleichspannung,
und die konvertierte Gleichspannung wird durch einen elektrolytischen
Kondensator 5 geglättet. Schaltelemente,
die eine Invertiererhauptschaltung 7a bilden, werden durch
ein Steuersignal von einer Schaltsteuerschaltung 6a EIN-/AUS-gesteuert,
wodurch eine Gleichstromenergie zu einer Wechselstromenergie einer
vorbestimmten Frequenz und Spannung konvertiert wird, um einen elektrischen
Motor 8, der als eine Last dient, anzusteuern.
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Eine
Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10a umfasst
einen Timer, der eine Entladungszeit beim Entladen des elektrolytischen
Kondensators misst, und kalkuliert die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators 5 auf der Basis der Spannung des elektrolytischen
Kondensators 5, die durch einen Spannungsdetektor 11a erfasst
wird, eines Abgangsstroms von dem elektrolytischen Kondensator 5,
der durch einen Stromdetektor 12a erfasst wird, und der Entladungszeit.
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Es
wird ein Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer des elektrolytischen
Kondensators 5 in der Invertierereinrichtung 1a von
Ausführungsform
1 beschrieben.
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Wenn
die Invertierereinrichtung 1a normal arbeitet, wird die
kommerzielle Energiequelle zu dem Konverter 4 durch den
Trennschalter 3 zugeführt, und
ein Wechselstrom, der durch die Invertiererhauptschaltung 7a so
gesteuert wird, um eine beliebige Frequenz aufzuweisen, wird zu
dem Motor 8 ausgege ben. Wenn die kommerzielle Energiequelle 2 durch
den Trennschalter 3 unterbrochen wird, verbleiben Ladungen,
die in dem elektrolytischen Kondensator 5 zu akkumulieren
sind.
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Wenn
Schaltelemente der Invertiererhauptschaltung 7a dann betrieben
werden, um die Ladungen, die in dem elektrolytischen Kondensator 5 akkumuliert
sind, dem Motor 8 zuzuführen,
werden die Ladungen rasch in dem Motor 8 entladen. Da der
Motor 8 eine Kapazität
von mehreren kW oder mehreren Dutzend kW hat, übt eine Wärmegenerierung, die bei der
raschen Entladung auftritt, keinen Einfluss auf den Motorkörper aus.
Der Motor 8 ist dem elektrolytischen Kondensator 5 nicht
benachbart. Selbst wenn sich die Temperatur des Körpers des
Motors 8 stark ändert,
wird deshalb kein Einfluss auf den elektrolytischen Kondensator 5 ausgeübt.
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Während einer
Entladung erhält
die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10a eine
Entladungsspannung ΔV,
die ein Spannungsabfall seit einem Beginn der Entladung ist, von
der Spannung des elektrolytischen Kondensators 5, die durch
den Spannungsdetektor 11a erfasst wird. Ein Elektrolytkondensator-Abgangsstrom
Ic, der ein Strom ist, der aus dem elektrolytischen Kondensator 5 herausfließt, der
durch den Stromdetektor 12a erfasst wird, wird über die
Entladungszeit t integriert, um eine entladene Ladungsmenge zu erhalten.
Dann wird die elektrostatische Kapazität C des elektrolytischen Kondensators 5 aus Ausdruck
(1) auf der Basis der Entladungsspannung ΔV und der entladenen Ladungsmenge
kalkuliert. Elektrostatische
Kapazität
C
= entladene Ladungsmenge/Entladungsspannung
= ∫ (Ic × t)/ΔV (1)
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Wie
oben beschrieben, werden die Spannung und der Strom des elektrolytischen
Kondensators erfasst, und die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators 5 wird dann erhalten. Deshalb kann die elektrostatische
Kapazität
des elektrolytischen Kondensators 5 als ein Absolutwert begriffen
werden, und eine Vorhersage der Lebensdauer des elektrolytischen
Kondensators kann korrekter durchgeführt werden.
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Im
Obigen wurde das Beispiel beschrieben, in dem der Timer, der die
Entladungszeit bei einer Entladung des elektrolytischen Kondensators
misst, in der Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10a aufgestellt
ist. Alternativ kann die Entladungszeit durch einen Mikrocomputer
oder dergleichen (nicht gezeigt) gemessen werden, der in den Invertierer
einbezogen ist.
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Ausführungsform 2.
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Die
Konfiguration und der Prozess einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform
2 der Erfindung werden mit Bezug auf 2 beschrieben.
In 2 bezeichnen 2 bis 5, 6a, 7a und 8 die
gleichen Komponenten wie jene von 1, und ihre
Beschreibung wird weggelassen. Ein Spannungsdetektor 11b ist
so konfiguriert, um die Spannung des elektrolytischen Kondensators 5 zu
erfassen und die Entladungsspannung ΔV zu erhalten, die ein Spannungsabfall
seit einem Beginn einer Entladung ist. Es ist ein Stromdetektor 12b für jede Phase
des Ausgangs der Invertiererhauptschaltung 7 aufgestellt.
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Eine
Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10b erhält eine
entladene Ladungsmenge des elektrolytischen Kondensators 5 aus
den Invertiererausgangsströmen
Iu, Iv, Iw der Phasen, die durch den Stromdetektor 12a erfasst
werden, und ein Steuersignal, das von der Schaltsteuerschaltung 6 ausgegeben
wird und das für
eine EIN-/AUS- Steuerung
der Schaltelemente verwendet wird, die die Invertiererhauptschaltung 7 bilden,
und kalkuliert die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators 5 mit
Verwendung der entladenen Ladungsmenge und der Entladungsspannung ΔV des elektrolytischen
Kondensators 5, die durch den Spannungsdetektor 11b erhalten
wird.
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Es
wird ein Verfahren zum Kalkulieren der Ladungsmenge und der elektrostatischen
Kapazität des
elektrolytischen Kondensators 5 mit Bezug auf (a) den Fall,
wo sie durch eine analoge Schaltung erhalten werden, und (b) den
Fall, wo sie durch Verwenden eines Mikrocomputers oder dergleichen,
angebracht in der Invertierereinrichtung, erhalten werden, beschrieben.
- (a) Der Fall, wo die Ladungsmenge und die elektrostatische
Kapazität
durch eine analoge Schaltung erhalten werden.
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Wenn
die Invertiererausgangsströme
der Phasen durch Iu, Iv, Iw angezeigt werden, und ein variables
Vorzeichen, das den Schaltstatus von jeder Phase darstellt, so eingestellt
ist, dass wenn ein oberes Schaltelement EIN ist, sign = 1 ist, und
wenn ein unteres Schaltelement EIN ist, sign = –1 ist, kann die entladene
Ladungsmenge des elektrolytischen Kondensators aus Ausdruck (2)
kalkuliert werden. In diesem Fall wird angenommen, dass Iu, Iv,
Iw polarisiert sind und die Richtung von der Invertierereinrichtung zu
der Last als positiv eingestellt ist. Entladene Ladungsmenge vom elektrolytischen Kondensator
= ∫ (1/2) × {Iu × sign(u)
+ Iv × sign(v)
+ Iw × sign(w)}dt (2)
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Die
elektrostatische Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 wird aus Ausdruck
(3) mit Verwendung der entladenen Ladungsmenge des elektrolytischen
Kondensators, kalkuliert durch Ausdruck (2), und der Entladungsspannung ΔV, die ein Spannungsabfall
seit einem Beginn der Entladung ist, erhalten. Elektrostatische Kapazität C = ∫ (1/2) × {Iu × sign(u) +
Iv × sign(v)
+ Iw × sign(w)}dt/dV (3)
- (b) Der Fall, wo die Ladungsmenge und die elektrostatische Kapazität durch
Verwenden eines Mikrocomputers oder dergleichen, angebracht in der Invertierereinrichtung,
erhalten werden.
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Wenn
die Invertiererausgangsströme
der Phasen durch Iu, Iv, Iw angezeigt werden, die EIN-Zeiten der
oberen Schaltelemente der Phasen durch UPon, Vpon, WPon angezeigt
werden und die Schaltperiode T ist, kann die entladene Ladungsmenge
des elektrolytischen Kondensators 5 aus Ausdruck (4) kalkuliert
werden. Entladene
Ladungsmenge vom elektrolytischen Kondensator
= Σ (Iu × UPon/T
+ Iv × VPon/T
+ Iw × WPon/T) (4)
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Die
elektrostatische Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 wird aus Ausdruck
(5) erhalten. Elektrostatische
Kapazität
C
= Σ (Iu × UPon/T
+ Iv × VPon/T
+ Iw × WPon/T)/ΔV (5)
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Wie
oben beschrieben, wird in der Invertierereinrichtung 1b der
Ausführungsform
2 die elektrostatische Kapazität
des elektrolytischen Kondensators 5 mit Verwendung der
EIN-/AUS-Zustände der Schaltelemente
kalkuliert, die die Invertiererhauptschaltung 7a bilden.
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Die
Invertierereinrichtung 1a von Ausführungsform 1 ist das Beispiel,
in dem der Abgangsstrom von dem elektrolytischen Kondensator 5 durch den
dedizierten Stromdetektor 12a erfasst wird. Im Gegensatz
dazu verwendet die Invertierereinrichtung 1b von Ausführungsform
2 den Stromdetektor 12b, der für jede Phase des Ausgangs der
Invertiererhauptschaltung 7 in einem Mehrzweck-Invertierer
angebracht ist, um Elemente zu schützen oder einen Motor zu steuern.
Deshalb kann die Erfassung bei geringen Kosten durchgeführt werden.
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Ausführungsform 3.
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Mit
Bezug auf 3 werden die Konfiguration und
der Prozess einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform
3 der Erfindung beschrieben. In 3 bezeichnen 5, 8 und 11a die
gleichen Komponenten wie jene von 1, und ihre
Beschreibung wird weggelassen. Wenn die kommerzielle Energiequelle
unterbrochen wird, gibt eine Schaltsteuerschaltung 6c ein
Steuersignal zum EIN-/AUS-Steuern nur von Schaltelementen der U-Phase und, mit Bezug
auf die V- und W-Phasen, für
ein beständiges AUS-Schalten
von oberen Schaltelementen und ein beständiges EIN-Schalten von unteren
Schaltelementen aus. Ein Stromdetektor 12c ist auf der
Ausgangsseite der U-Phase aufgestellt (die spezifische eine Phase,
die EIN-/AUS-betrieben werden muss, wenn die kommerzielle Energiequelle
unterbrochen ist).
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In
einer Invertiererhauptschaltung 7c sind Diodenelemente 13 parallel
mit den unteren Schaltelementen der zwei Phasen verbunden, die stets EIN-geschaltet
sind, sodass eine Schaltungskonfiguration gebildet wird, die einen
Strompfad in dem Zustand sicherstellt, wo in der spezifischen Phase,
die EIN-/AUS-betrieben
werden muss, das obere Schaltelement AUS-geschaltet ist und das
untere Schaltelement EIN-geschaltet ist. In dem Fall, wo das obere Schaltelement
der U-Phase AUS ge schaltet ist und das untere Schaltelement EIN
geschaltet ist, fließt der
Elektrolytkondensator-Abgangsstrom Ic, der ein Strom ist, aus dem
elektrolytischen Kondensator 5 herausfließt, durch
den Pfad des unteren Schaltelementes der U-Phase → die unteren Diodenelemente der
V- und W-Phasen → den
Motor 8 → das
untere Schaltelement der U-Phase. Wenn der Strom, der durch die
U-Phase fließt,
durch Iu angezeigt wird, der Strom, der durch die V-Phase fließt, durch
Iv angezeigt wird, und der Strom, der durch die W-Phase fließt, durch
Iw angezeigt wird, ist der Elektrolytkondensator-Abgangsstrom Ic
Ic = Iu = Iv + Iw.
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Eine
Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10c kalkuliert
die elektrostatische Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 mit Verwendung der
EIN-Zeit Ton des
oberen Schaltelementes der spezifischen einen Phase, die EIN-/AUS-betrieben
werden muss, eines Spannungsabfalls ΔV zwischen den Anschlüssen des
elektrolytischen Kondensators 5 und des Stroms Iu, der
durch die U-Phase fließt
(= dem Elektrolytkondensator-Abgangsstrom Ic).
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Es
wird ein Prozess zum Kalkulieren der elektrostatischen Kapazität des elektrolytischen
Kondensators in der Invertierereinrichtung von Ausführungsform
3 der Erfindung mit Bezug auf 3, 4 und 5 beschrieben.
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Wenn
die kommerzielle Energiequelle unterbrochen wird, werden die Schaltelemente
der Invertiererhauptschaltung 7c veranlasst, die oben erwähnten EIN-/AUS-Operationen
durchzuführen,
und es wird eine Entladung des elektrolytischen Kondensators 5 gestartet.
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4 zeigt
den Pfad des Elektrolytkondensator-Abgangsstroms 2c, wenn
in dem Fall, wo die oberen Schaltelemente der V- und W-Phasen stets AUS
geschaltet sind, die unteren Schaltelemen te stets EIN geschaltet
sind, und nur die Schaltelemente der U-Phase EIN-/AUS-betrieben
werden, das obere Schaltelement der U-Phase EIN geschaltet wird
und das untere Schaltelement AUS geschaltet wird. Der Strom fließt durch
den Pfad des elektrolytischen Kondensators 5 → das obere
Schaltelement der U-Phase → den
Motor 8 → die
unteren Schaltelemente der V- und W-Phasen (der Strom fließt gleichermaßen durch
die V- und W-Phasen) → den elektrolytischen Kondensator 5.
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Mit
Bezug auf den U-Phasenstrom Iu, der durch den St romdetektor 12c erfasst
wird, wie in 5 gezeigt, fließt der Elektrolytkondensator-Abgangsstrom
Ic während
der EIN-Zeit Ton, wenn das obere Schaltelement der U-Phase EIN geschaltet
ist, und daher werden Ladungen des elektrolytischen Kondensators 5 entladen,
sodass sich der U-Phasenstrom Iu erhöht. Im Gegensatz dazu werden
während
der Zeit (Ts – Ton),
die gleich der Trägerperiode Ts
außer
der EIN-Zeit Ton ist, und in der das obere Schaltelement der U-Phase
AUS geschaltet ist und das untere Schaltelement der U-Phase EIN
geschaltet ist, Ladungen des elektrolytischen Kondensators 5 nicht
entladen, und der U-Phasenstrom Iu wird reduziert. Deshalb werden
nur während
der EIN-Zeit Ton, die von einem EIN-Befehl erhalten wird, der von der
Schaltsteuerschaltung 6c zu dem oberen Schaltelement der
U-Phase ausgegeben wird, Ladungen, die in dem elektrolytischen Kondensator 5 akkumuliert
sind, entladen, sodass die Entladungszeit = der EIN-Zeit Ton ist.
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Die
Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10c multipliziert
dann den U-Phasenstrom Iu, der durch den Stromdetektor 12c erhalten
wird, mit der Entladungszeit (= der EIN-Zeit Ton, die von dem EIN-Befehl
erhalten wird, der von der Schaltsteuerschaltung 6c zu
dem oberen Schaltelement der U-Phase ausgegeben wird) und integriert
das Produkt. Aus der Spannung Vdc des elektrolytischen Kondensators 5,
die durch den Spannungsdetektor 11a erfasst wird, wird
die Differenz zwischen der Spannung des elektrolytischen Kondensators
zum Beginn einer Entladung und der des elektrolytischen Kondensators
während
eine Entladung erhalten, und es wird die Entladungsspannung ΔV erhalten,
die ein Spannungsabfall ist.
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Die
elektrostatische Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 wird durch Ausdruck
(6) erhalten aus: der entladenen Ladungsmenge des elektrolytischen
Kondensators 5, die durch Integrieren des U-Phasenstroms
Iu über
die EIN-Zeit Ton, erhalten von dem EIN-Befehl, der zu dem oberen
Schaltelement der U-Phase ausgegeben wird, erhalten wird; und der
Entladungsspannung ΔV. Elektrostatische Kapazität C = ∫ (Iu × Ton)/ΔV (6)
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Im
Obigen wurde das Beispiel beschrieben, in dem nur die U-Phase EIN-/AUS-betrieben
wird, und mit Bezug auf die V- und W-Phasen die oberen Schaltelemente
stets AUS geschaltet sind und die unteren Schaltelemente stets EIN
geschaltet sind. Die gleichen Wirkungen können auch erzielt werden, wenn
die spezifische eine Phase, die EIN-/AUS-betrieben werden muss,
die V-Phase oder die W-Phase ist. In diesem Fall wird der Stromdetektor 12c für die V-Phase
oder die W-Phase aufgestellt.
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Ausführungsform 4.
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Mit
Bezug auf 6 werden die Konfiguration und
der Prozess einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform
4 der Erfindung beschrieben. In 6 bezeichnen 5, 6c, 8, 11a und 13 die
gleichen Komponenten wie jene von 3, und ihre
Beschreibung wird weggelassen. Ein Stromdetektor 12d ist zwischen
dem untere Schaltelement einer Invertiererhauptschaltung 7d und
dem elektrolytischen Kondensator 5 aufgestellt.
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Eine
Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10d kalkuliert
die elektrostatische Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 mit Verwendung der
EIN-Zeit Ton des
oberen Schaltelementes der spezifischen einen Phase, die EIN-/AUS-betrieben
werden muss, eines Spannungsabfalls ΔV zwischen den Anschlüssen des
elektrolytischen Kondensators 5 und des Elektrolytkondensator-Abgangsstroms 2c.
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Mit
Bezug auf 6 und 7 wird ein
Prozess zum Kalkulieren der elektrostatischen Kapazität des elektrolytischen
Kondensators in der Invertierereinrichtung von Ausführungsform
4 der Erfindung beschrieben.
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Wenn
die kommerzielle Energiequelle unterbrochen wird, werden die Schaltelemente
der Invertiererhauptschaltung 7d veranlasst, die oben erwähnten EIN-/AUS-Operationen
durchzuführen,
und es wird eine Entladung des elektrolytischen Kondensators 5 gestartet.
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7 zeigt
den Pfad des Elektrolytkondensator-Abgangsstroms Ic, wenn in dem
Fall, wo die oberen Schaltelemente der V- und W-Phasen stets AUS
geschaltet sind, die unteren Schaltelemente stets EIN geschaltet
sind und nur die Schaltelemente der U-Phase EIN-/AUS-betrieben werden,
das obere Schaltelement der U-Phase EIN geschaltet wird und das
untere Schaltelement AUS geschaltet wird. Der Strom fließt durch
den Pfad des elektrolytischen Kondensators 5 → des oberen
Schaltelementes der U-Phase → des
Motors 8 → der
unteren Schaltelemente der V- und W-Phasen (der Strom fließt gleichermaßen durch
die V- und W-Phasen) → des elektrolytischen
Kondensators 5. Wenn der Strom, der durch die U-Phase fließt, durch
Iu angezeigt wird, der Strom, der durch die V-Phase fließt, durch
Iv angezeigt wird, und der Strom, der durch die W-Phase fließt, durch
Iw angezeigt wird, ist der Elektrolytkondensator-Abgangsstrom Ic
Ic = Iu = Iv + Iw.
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Die
Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10d multipliziert
den Elektrolytkondensator-Abgangsstrom
Ic, der durch den Stromdetektor 12d erfasst wird, mit der
Entladungszeit (= der EIN-Zeit Ton, die von dem EIN-Befehl erhalten
wird, der von der Schaltsteuerschaltung 6c zu dem oberen
Schaltelement der U-Phase ausgegeben wird) und integriert das Produkt.
Die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10d kalkuliert
die elektrostatische Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 durch Ausdruck (7)
aus: der EIN-Zeit Ton des oberen Schaltelementes der spezifischen
einen Phase, die EIN-/AUS-betrieben
werden muss; und der Entladungsspannung ΔV zwischen den Anschlüssen des elektrolytischen
Kondensators 5; und dem Elektrolytkondensator-Abgangsstrom
Ic. Elektrostatische
Kapazität
C = ∫ (Ic × Ton)/ΔV (7)
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Der
obige Ausdruck (7) zum Kalkulieren der elektrostatischen Kapazität C des
elektrolytischen Kondensators 5 wird durch Ersetzen des
U-Phasenstroms Iu von Ausdruck (6) zum Kalkulieren der elektrostatischen
Kapazität
C des elektrolytischen Kondensators 5 in Ausführungsform
3 durch den Elektrolytkondensator-Abgangsstrom Ic erhalten.
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In
Ausführungsform
3 ist der Stromdetektor 12c in dem Ausgang der spezifischen
einen Phase (der U-Phase in 3) aufgestellt,
die EIN-/AUS-betrieben werden muss, wenn die kommerzielle Energiequelle
unterbrochen wird, und in dem Fall, wo die Schaltelemente so gesteuert
werden, dass nur die Schaltelemente der U-Phase EIN-/AUS-betrieben werden,
und mit Bezug auf die V- und W-Phasen die oberen Schaltelemente
stets AUS geschaltet sind und die unteren Schaltelemente stets EIN
geschaltet sind, ist der Elektrolytkondensator-Abgangsstrom Ic =
dem Strom Iu, der durch die U-Phase fließt. Deshalb wird der Strom
Iu, der durch die U-Phase fließt, an
Stelle des Elektrolytkondensator-Abgangsstroms Ic verwendet.
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In
dem Verfahren, in dem der Strom, der zum Kalkulieren der elektrostatischen
Kapazität
des elektrolytischen Kondensators zu verwenden ist, durch den Stromdetektor 12c erfasst
wird, der in dem Ausgang des Invertierers aufgestellt ist, wie in 3 gezeigt
wird, ist, wenn eine Energiequelle (nicht gezeigt) für die Steuerschaltungen
eingestellt wird, gleich dem Potenzial des Punktes A zu sein, eine
Isolation erforderlich, und daher muss ein isolierter Stromdetektor
verwendet werden.
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In
Ausführungsform
4 ist der Stromdetektor 12d zwischen dem Elektrolytkondensator 5 und
den unteren Schaltelementen der Invertiererhauptschaltung 7d aufgestellt.
Selbst wenn die Energiequelle für die
Steuerschaltungen eingestellt wird, gleich dem Potenzial des Punktes
A zu sein, kann deshalb ein nicht-isolierter Stromdetektor als der
Stromdetektor verwendet werden. Z.B. kann ein wirtschaftlicher Shunt-Widerstand
verwendet werden.
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Im
Obigen wurde das Beispiel beschrieben, in dem der Stromdetektor 12d zum
Erfassen des Elektrolytkondensator-Abgangsstroms Ic zwischen dem
elektrolytischen Kondensator 5 und den unteren Schaltelementen
der Invertiererhauptschaltung 7d aufgestellt ist. Die gleichen
Wirkungen können
auch erhalten werden, wenn ein Stromdetektor zwischen dem unteren
Schaltelement der U-Phase und dem der V-Phase aufgestellt wird.
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Ausführungsform 5.
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Mit
Bezug auf 8 wird eine Schaltsteuerschaltung
in einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform 5 der Erfindung
beschrieben.
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In
der Schaltsteuerschaltung 14 in der Invertierereinrichtung
von Ausführungsform
5 sind ein Komparator 15, der einen Strombefehlswert i*
mit einem Stromerfassungswert i vergleicht, und eine Stromsteuervorrichtung 16 zum
Verhindern eines Überstroms
auf der Eingangsseite einer Schaltsteuerschaltung 6 (6a, 6c)
aufgestellt, die ein Steuersignal zum EIN-/AUS-Steuern der Schaltelemente
einer Invertiererhauptschaltung (nicht gezeigt) ausgibt, wobei dadurch
eine Stromschleife gebildet wird. Selbst wenn die Induktivität einer
Windung während
einer Lastoperation geändert
wird, kann deshalb die Einrichtung so gesteuert werden, dass ein Überstrom nicht
erzeugt wird, und die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen Kondensators
kann korrekt kalkuliert werden.
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Ausführungsform 6.
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Die
Konfiguration und der Prozess einer Invertierereinrichtung von Ausführungsform
6 der Erfindung werden mit Bezug auf 9 beschrieben.
In der Figur bezeichnen 2 bis 5, 6a, 7a, 8, 10a, 11a und 12a die
gleichen Komponenten wie jene von 1, und ihre
Beschreibung wird weggelassen.
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In
der Invertierereinrichtung 1e von Ausführungsform 6 gibt eine Anomaliesignalausgabeschaltung 16 ein
Anomaliesignal aus, wenn die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators 5, die durch die Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10a kalkuliert
wird, kleiner als ein erster zulässiger
Wert der elektrostatischen Kapazität ist. Wenn die elektrostatische
Kapazität
des elektrolytischen Kondensators 5 kleiner als ein zweiter
zulässiger
Wert der elektrostatischen Kapazität ist, der größer als
der erste zulässige
Wert der elektrostatischen Kapazität ist, gibt die Anomaliesignalausgabeschaltung 17 ein
Vorlaufankündigungssignal
aus.
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In
der Invertierereinrichtung 1e von Ausführungsform 6 wird, wenn die
elektrostatische Kapazität
des elektrolytischen Kondensators 5 kleiner als der erste
zulässige
Wert der elektrostatischen Kapazität ist, das Anomaliesignal ausgegeben.
Deshalb kann der Benutzer die Zeiteinstellung eines Austauschs des
elektrolytischen Kondensators einfach bestimmen. Der zweite zulässige Wert
der elektrostatischen Kapazität,
der größer als
der erste zulässige Wert
der elektrostatischen Kapazität
zum Bestimmen der Zeiteinstellung eines Austauschs des elektrolytischen
Kondensators ist, wird im voraus eingestellt, und wenn die elektrostatische
Kapazität
des elektrolytischen Kondensators 5 kleiner als der zweite
zulässige
Wert der elektrostatischen Kapazität ist, wird das Vorlaufankündigungssignal
ausgegeben. Deshalb kann der Benutzer beurteilen, dass die Zeiteinstellung
zum Austausch des elektrolytischen Kondensators näher rückt und
sich auf eine Arbeit zum Austausch des elektrolytischen Kondensators
vorbereiten. Folglich kann die Stoppzeit der Invertierereinrichtung
während
einer Arbeit zum Austausch des elektrolytischen Kondensators minimiert
werden.
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In
Ausführungsformen
1 bis 6 wurden die Beispiele beschrieben, in denen der elektrische
Motor 8 als die Last verwendet wird. Selbst wenn die Last
eine induktive Last ist, wie etwa eine induktive Heizvorrichtung
oder ein Ozon-Generator, kann die elektrostatische Kapazität des elektrolytischen
Kondensators 5 ähnlich
erhalten werden, und eine korrekte Lebensdauervorhersage kann durchgeführt werden.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben, kann in der Invertierereinrichtung der Erfindung
die Lebensdauer eines elektrolytischen Kondensators akkurat bestimmt
werden, und die Zeiteinstellung zum Austausch des elektrolytischen
Kondensators kann exakt bestimmt werden. Deshalb ist die Invertierereinrichtung
als eine Invertierereinrichtung geeignet, die an einer Stelle zu installieren
ist, wo es schwierig ist, eine Untersuchung zum Messen der Lebensdauer
eines elektrolytischen Kondensators von außen durchzuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
der Invertierereinrichtung der Erfindung steuert, wenn eine Energiequelle,
die mit einem elektrolytischen Kondensator 5 verbunden
ist, unterbrochen wird, eine Schaltsteuerschaltung 6a Schaltelemente
einer Invertiererhauptschaltung 7a um zu arbeiten, einer
Last einen Strom zuzuführen,
wobei dadurch Ladungen des elektrolytischen Kondensators 5 entladen
werden, und eine Elektrolytkondensator-Elektrostatikkapazität-Kalkulationsvorrichtung 10a kalkuliert
die elektrostatische Kapazität
des elektrolytischen Kondensators auf der Basis von: einer entladenen
Ladungsmenge, die von einem Abgangsstrom Ic von dem elektrolytischen
Kondensator 5 erhalten wird, und einer Entladungszeit;
und einer Entladungsspannung ΔV,
die ein Spannungsabfall seit einem Beginn einer Entladung des elektrolytischen Kondensators 5 ist.