JP2002189064A

JP2002189064A - 電気機器設備の異常診断方法

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Publication number: JP2002189064A
Application number: JP2000386603A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ko; 博高
Original assignee: KO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: KO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-07-05
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP3671367B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】誘導電動機やインバ−タ装置などの電気機器
設備の異常診断を、運転状態のままで、特別な測定器や
専門技術者を必要とすることなく、異常原因や異常場所
の究明を非接触で行える診断方法を得る。【解決手段】三相交流電源より電力の供給を受け運転
中の誘導電動機、もしくは制御運転中のインバ−タ装置
において、前記誘導電動機においては各相の入力電流及
び該入力電流に含まれる特定の高調波成分、また前記イ
ンバ−タ装置においては、該インバ−タ装置の入力側の
特定の低次高調波成分と、前記インバ−タ装置の出力側
の各相出力電流及び該出力電流に含まれる特定の高調波
成分、それら特性値と予め定めた判定基準値との比較に
より、前記誘導電動機と前記インバ−タ装置の異常原因
並びに異常場所の特定を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として誘導電動
機や誘導電動機を制御するインバ−タ装置の電気機器設
備の異常診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導電動機などの回転機や、誘導
電動機のインバ−タ装置の異常診断方法について、以
下、１〜２の各事項でそれぞれ詳説する。

【０００３】１．誘導電動機など回転機の異常診断につ
いて誘導電動機など回転機の異常診断法としては、（１）振
動法、（２）音響法、（３）温度法、（４）トルク（ひ
ずみ）法、（５）電流法、（６）波形法などがあるが、
これらについて次に説明する。

【０００４】（１）振動法振動法は回転機の機械振動を、動電型や圧電型又は変位
型の振動ピックアップをできる限り振動の発生源近くに
取り付け、振動のオ−バ−オ−ル値等から判定する簡易
診断と各種の解析を行い原因、場所などを究明する精密
診断とがあるが、異常個所の診断はいずれも軸受けや回
転軸等の機械要素部に限られる。

【０００５】簡易診断は、振動周波数による判定、
振動の現象面からの判定、振動の大きさによる判定と
がある。これらの方法により回転機構やころがり軸受け
に対する異常の種類を推定することができ、正常もしく
は異常の程度がＩＳＯ規格（ＩＳＯ−２３７２）に基づ
いて判定可能となる。

【０００６】精密診断は、前述の簡易診断により異常が
あると判断した場合、その原因、場所などを究明するた
めに必要となる。一般に回転機から発生する振動信号は
複雑であり、単純な振動はほとんどない。その中から有
意義な情報を得て異常の有無を精密に判断するには次の
ような解析法をよく活用する。

【０００７】周波数分析法この方法は最もポピュラ−な方法で広く用いられている
方法である。回転機から発生する振動は、単振動になら
ず複雑な波形となる。このような複雑な信号の中にどの
ような周波数と振幅をもった振動が混ざっているかを判
別するのが、周波数分析であり、これにより異常原因、
場所などを究明することができる。異常原因と発生振動
数の関係は過去のデ−タの蓄積により得られた経験的な
ものが主で、既に種々な文献に報告されている。（例え
ばリオン音響振動計測機カタログ：概説周波数分析、リ
オン）

【０００８】振動形態分析発生している異常振動が電気的原因か機械的原因かを識
別したり、機械的原因ならば強制力によるものか、共振
かまたは自励振動によるものかなどを判別する方法であ
る。具体的には回転数を変化させたり、停止や起動時の
振幅変化パタ−ンから判定する。

【０００９】位相分析同周波数や整数倍の振動の位相差を調べることにより、
互いの関連や各々がどのような動きをしているかなどを
調べる。

【００１０】振動方向の分析振動方向がラジアル方向やアキシャル方向など特徴的な
方向に発生しているかどうかを調べる。例えばアンバラ
ンスはラジアル方向に、カップリング偏心はアキシャル
方向に大きな振動が発生する。

【００１１】振回り方向分析回転機が異常振動を発生した場合、回転軸が軸受中心の
まわりを一定方向（軸回転と同方向か逆方向）に旋回す
る現象を振回りと言う。アンバランスやオイルホイップ
は同方向に、乾性摩擦による自励振動は逆方向となる。

【００１２】（２）音響法音響法は回転機の異常音を騒音計にて測定し、音響のオ
−バ−オ−ル値を求める絶対値判定や音響の周波数分析
を行うことにより、回転機内部の異常を判定する方法で
ある。この方法は暗騒音の影響を受けるため、環境誤差
が大きく、診断対象部位は回転機の異常摩擦やうなりに
起因する回転子の曲がり等のアンバランスを検出するも
ので回転機異常のマクロ監視に用いられる。

【００１３】（３）温度法温度法には、諸温度計法、サ−モグラフィ−法、
熱流計法、示温素子法があり、温度の絶対値判定、傾
向管理、相互比較及び冷却率等の演算を行うことによ
り、軸受潤滑不良や巻線不良、過負荷等の異常判定がで
きる。この方法は最もオ−ソドックスな方法であるが、
異常劣化がある程度進展した状態になっていることが多
い。

【００１４】（４）トルク（ひずみ）法応力計測法とも呼ばれる。始動中・負荷時のいずれの場
合でも応用でき、固定子の任意の部分のひずみをストレ
−ンゲ−ジを貼りつけ測定する。これは回転機の固定子
反作用トルクを判定することにほかならず、歪分布より
組立応力の異常診断ができる。また、軸にストレ−ンゲ
−ジを取りつけ、トルクの絶対値を連続監視することに
より突発的故障の防止には役立つが、異常原因や場所の
究明はできない。

【００１５】（５）電流法電流法は回転機の駆動モ−タ電流を監視することによっ
て比較的低速回転設備の診断を行うことができる。具体
的には例えば次のような処理内容である。（川鉄アドバ
ンテック：電流診断システムＭＫ−５２２０）電流実効値（Ｉ）の測定Ｉ＝ΣＩn／３０００
（ｎ＝１〜３０００）電流変動幅（δＩ）の計算 δＩ＝Ｉmax−Ｉmin
（但し、Ｉmax : 電流の最大値、Ｉmin ：電流の最小
値）電流変動（Ｉε）の計算Ｉε＝（δＩ／Ｉ）×１０
０（％）電流変動の周波数分析により回転機の異常傾向管理を行っているが、この手法
の診断対象は回転機そのものというより、ベルトコンベ
ア等の輸送機類やコ−タ−ロ−ル、テンションリ−ル等
における異物混入、異常負荷等が対象部位となる。

【００１６】（６）波形法波形法は、電圧や電流、または電力の波形観測により回
転機の異常診断を行うもので、回転機の異常傾向管理や
効率診断に利用されている。特に直流機の整流診断は電
圧波高調波によってなされる場合もある。

【００１７】２．インバ−タ装置の異常診断についてインバ−タの異常診断としては、トラブルの未然防止の
ため、ＪＥＭＡ（日本電機工業会）では「汎用インバ−
タ定期点検のすすめ」のガイドブックで、インバ−タの
保守・点検を定めている。点検としては日常点検と定期
点検に分類されるが、その内容は次のようなものであ
る。

【００１８】（１）日常点検日常点検は運転中に行うもので、異常振動や異常音・異
常臭の有無、また異常過熱、変色の確認、更にはテスタ
−を用いてインバ−タの入出力電圧のチェック等を行う
が、実際には面倒なため殆ど行われておらず、異常現象
が確認された時にはインバ−タ自体の故障につながる状
態がかなり進んでいるか、または他の機器に悪影響を与
えているか、あるいはインバ−タの機能が十分発揮され
なくなっている場合が多い。

【００１９】（２）定期点検定期点検は基本的には運転を停止し、インバ−タ内部個
所を目視もしくは測定器によってチェックする。測定器
を用いて行うその主な箇所は次の通りである。

【００２０】主回路としては、（ア）インバ−タモジ
ュ−ルやコンバ−タモジュ−ルの各端子間抵抗チェック
をテスタ−を用い行う。（イ）平滑コンデンサの静電容
量を静電容量計で測定し、初期静電容量の８５％以上あ
ることを確認する。

【００２１】制御回路（制御用プリント基板）として
は、（ア）インバ−タ単体運転にて、各相間出力電圧の
バランスをテスタ−にてチェックする（電圧バランスは
２００Ｖ用４Ｖ以内、４００Ｖ用８Ｖ以内）、
（イ）シ−ケンスの動作試験を行い、場合によってはオ
ッシロスコ−プ等で波形やシ−ケンスの確認をする。

【００２２】以上のようにインバ−タ装置の異常診断に
おいては、原因や場所の特定がインバ−タを停止もしく
は休止分解して専門技術者によらなければならず、現実
にはインバ−タが故障するまで使用し続ける場合が多
い。その間はインバ−タ機能の低下、例えば省エネ機能
や保護機能等の異常、また他の機器への悪影響、例えば
ロボット等の誤動作が生じることが多々あった。従って
インバ−タの交換部品（例えば冷却ファンや平滑コンデ
ンサ）は標準交換年数を定めている。その耐用年数や寿
命は使用環境に大きく左右され、ほとんどの電子部品は
その寿命がアルレニウスの法則（１０℃二倍則：周囲温
度を１０℃低下させるごとに寿命が２倍に延びる）に従
うのでインバ−タの設置環境には十分な注意が必要であ
り、その為にも簡易にしてかつ原因や場所の究明が可能
なインバ−タ装置の異常診断法は極めて有用なものとい
える。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】従来の誘導電動機や誘
導電動機を制御するインバ−タ装置の異常診断方法にお
いて、上述した１．誘導電動機など回転機の異常診断、
２．インバ−タ装置の異常診断の各技術については、そ
れぞれ次のような問題がある。

【００２４】１．誘導電動機など回転機の異常診断に関
して（１）振動法においては周波数分析法が最も広く用いら
れているが、ピックアップの取付が精度に関係するた
め、これを振動発生源の近くに固定することが必要とな
る。また異常個所の診断が軸受や回転軸等の機械要素部
に限られ、測定装置を含め診断費用も高くつくので、こ
の診断法は重要度の高い比較的大型機がメインとなる。

【００２５】（２）音響法は振動法のようにピックアッ
プを取りつける必要はないものの、騒音計を利用するた
め、暗騒音の影響を受けるので測定場所によっては適用
できない。また、この方法も振動法と同様に機械要素部
の異常診断が主たる目的である。

【００２６】（３）温度法は異常原因や場所の特定には
適さず、更に異常劣化がある程度進展した状態での診断
となる場合が多いため、他の診断法と併用して利用され
る。

【００２７】（４）トルク（ひずみ）法はストレ−ンゲ
−ジを数箇所に貼りつけて歪分布より回転機の製造時の
不具合等で発生する組立応力の異常診断や、ストレ−ン
ゲ−ジを軸に取りつけトルクの連続監視を行うことで突
発的故障を防止することが目的となるため、異常場所の
特定は困難である。

【００２８】（５）電流法は電流変動を求め、その周波
数分析によって異常診断を行うが、振動法の周波数分析
のように過去のデ−タの蓄積により得られる経験的なも
の（ノウハウ）がほとんどなく、異常負荷等の診断が対
象となっている。

【００２９】（６）波形法は電圧や電流、または電力の
波形観測がもとになっているため、前記の電流法と同様
ノウハウの蓄積がなく、現在では回転機の異常傾向管理
や効率の診断等に利用されているのが殆どである。

【００３０】２．インバ−タ装置の異常診断に関してインバ−タ装置は多数の部品で構成されており、これら
の部品が正常に動作することによって本来の機能（例え
ば省エネ機能やトルク特性機能等）を発揮している。従
って、点検・保守は欠かせないものであるが、原因や場
所の特定にはインバ−タ装置を停止もしくは休止分解し
て、専門技術者が測定器を使用して行わねばならず甚だ
面倒であり保守に要するコストも高くついた。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る誘導電動機
やインバ−タ装置などの電気機器設備の異常診断方法
は、上記の課題を解決するため、次のようにしている。

【００３２】この電気機器設備の異常診断方法を総合的
にまとめると次の２つになる。

【００３３】１．誘導電動機（以下、三相誘導電動機を
対象とする）の異常診断誘導電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に正弦波電流を供給する
と、各相に生ずる起磁力ＦU、ＦV、ＦWはそれぞれ次式
で表される。

【００３４】

【数１】上式は回転子の起磁力中心を基点として円周上θ（電気
角）なる距離における起磁力で、Ａは定数、またＩU、
ＩV、ＩWはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の実効値、
ωは周波数をｆとした時２πｆ(rad/s) で表される角速
度、ｔは時間である。

【００３５】（１）式において、ＩU＝ＩV＝ＩWの場合
は各相の第３次空間高調波及びその整数倍の高調波起磁
力は、三相巻線の場合は互いに打ち消されて合成起磁力
に現れないので、一次誘起起電力には表れないため、結
果的に一次電流には含まれない。

【００３６】しかし、誘導電動機の入力電圧の不平衡率
は通常でも最大２％程度あるため、各相の電流不平衡率
も電圧不平衡と同程度有する。従って、（１）式より、
明らかなように第３次高調波とその整数倍の高調波も含
むが、その含有率は１％程度（第３高調波のみの場合）
が普通である。

【００３７】ところが、固定子巻線の相間絶縁不良が一
部で発生すると、各相の電流不平衡率が増加すると共
に、基本波に対する第３次高調波（その整数倍の高調波
を含む）の含有率も増加することが判明した。この巻線
相間絶縁不良はメガによる端子と接地間の絶縁抵抗の測
定では判定できないものである。従って、各相の電流の
不平衡率及び第３次高調波の含有率の少なくとも一方を
計測することにより巻線の相間絶縁不良が判定できる。

【００３８】一方、固定子や回転子のスロット部にオイ
ルミスト等の異物が混入・固化するとエアギャップの磁
気抵抗が回転状態で局部的に不規則に変動する結果、各
相電流に第２次高調波を含む偶数次高調波が含まれる。
また、固定子巻線の不平衡や電源不平衡、更に軸受部ベ
アリングの異常等に起因するガタ等が生じて回転子の偏
心アンバランスが生じても各相電流に偶数次高調波が発
生するが、この場合は特に第２次高調波の含有率が高く
なる。

【００３９】かつ、上述したエアギャップの磁気抵抗の
変化が広範囲にわたって生じたり、軸受部ベアリング異
常が進展すると偏心高調波等の高調波磁束が発生し、偶
数次高調波もさることながら第１９次といった高次の奇
数次高調波含有率が高くなる。

【００４０】そのために、本発明の一つである誘導電動
機の異常診断法は三相交流電源より電力の供給を受け運
転中の誘導電動機において、該誘導電動機の各相の入力
電流及び該入力電流に含まれる特定の高調波成分の少な
くとも一方を検出する信号抽出手段、該信号抽出手段か
らの出力信号を変換処理する信号処理手段、該信号処理
手段により処理された出力が前記誘導電動機の入力電流
の不平衡率及び前記特定の高調波成分の少なくとも一方
の特性値であり、該特性値と予め定めた判定基準値との
比較により、前記誘導電動機の異常原因並びに場所を特
定することが可能なようにしている。

【００４１】２．インバ−タ装置の異常診断誘導電動機を制御運転中のインバ−タ装置は、その入力
側及び出力側に高調波を発生せしめ問題となるケ−スが
あるため、１９９４年９月に通産省から「高調波抑制対
策ガイドライン」が制定された。従って、この高調波抑
制の要求に対し、ＡＣリアクトルやＤＣリアクトル、ま
たはノイズフィルタがインバ−タ装置の入力側に主とし
て設置し、必要に応じインバ−タ装置の出力側にもノイ
ズフィルタを使用している。

【００４２】インバ−タ装置はＩＣ、抵抗、コンデン
サ、トランジスタなどの電子部品や冷却ファン、リレ−
など多数の部品によって構成されている。これらの部品
は永久的に使用できるものではなく、正常な使用環境に
おいても耐用年数を経過すると故障しやすくなる。従っ
て、保守・点検を行い不具合の前兆を発見し故障発生を
未然に防止し予防保全を行う必要があるが、前述したよ
うに従来のインバ−タ装置の保守・点検においては、異
常原因並びに場所の究明の為にはインバ−タ装置を停止
もしくは休止分解して測定器でチェックする必要がある
ため、面倒なばかりでなく保守・点検費用が高くつくの
で、殆どの場合インバ−タ装置が故障するとインバ−タ
装置全体を交換していた。インバ−タ装置が故障に至る
までにはインバ−タ機能（例えば省エネ機能）が正常に
動作していないので、その間の損失も計り知れないもの
がある。

【００４３】そのために、本発明のインバ−タ装置の異
常診断法は、誘導電動機の異常診断も可能となるもので
ある。即ち、三相交流電源より電力の供給を受け誘導電
動機を制御運転中のインバ−タ装置において、該インバ
−タ装置の入力側の特定の低次高調波成分と、前記イン
バ−タ装置の出力側の各相出力電流及び該出力電流に含
まれる特定の高調波成分を検出する信号抽出手段、該信
号抽出手段からの出力信号を変換処理する信号処理手
段、該信号処理手段により処理された出力が前記インバ
−タ装置の前記特定の低次高調波成分と、前記出力電流
の不平衡率及び前記特定の高調波成分の少なくとも一方
の特性値であり、該特性値と予め定めた判定基準値との
比較により、前記インバ−タ装置と前記誘導電動機の異
常原因並びに場所を特定することが可能なようにしてい
る。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００４５】図１は、インバ−タ装置に係るブロック図
である。１は三相交流電源、３は誘導電動機２を制御す
るインバ−タ装置であって、コンバ−タ部４と平滑コン
デンサ５、及びインバ−タ部６を制御するコントロ−ル
部７で構成されている。コントロ−ル部７はＩＣ、抵
抗、コンデンサ、トランジスタなどの電子部品を搭載し
たコントロ−ル基板である。また、インバ−タ装置３が
現在主流となっている正弦波ＰＷＭインバ−タの場合の
入力電流と電動機電流（出力電流）は図１にて示したよ
うな波形となる。

【００４６】インバ−タ装置３の入力電流が図１で示し
たようになるのは、コンバ−タ部４で全波整流した後、
平滑コンデンサ５を有している為であり、この現象につ
いて次に述べる。

【００４７】図２は高調波発生の説明図である。三相交
流電源を直流電源に変換するのに、図１で示した平滑コ
ンデンサ５を使用するので、このコンデンサ５には充電
時だけ図２のようなパルス状の電流が流れる。ここでτ
はパルス幅、Ｈはその高さである。このとき、交流電源
と直流電源の流れ方が異なるため、高調波が発生する。

【００４８】図２の電流波形を方形パルス波と仮定する
と、このひずみ波ｆ（ｘ）はフ−リエ級数で表わせ次式
のようになる。

【００４９】

【数２】ここで、ｘ＝ωｔ、ｎは高調波の次数である

【００５０】（２）式にて明らかなように、平滑コンデ
ンサ５が理想的な場合は充電電流に起因するパルス状電
流が流れないためｆ（ｘ）＝０となる。この平滑コンデ
ンサ５が劣化してくると、その静電容量が低減し、
（２）式中でｎ＝５、７といった低次数の成分が増加し
てくる。尚、ｎ＝３すなわち第３高調波は前述した
（１）式からも分かるように非常に小さい。

【００５１】また、図１で示した入力電流波形は、三相
交流電源１のインピ−ダンスＺ（％）が大きく、かつ誘
導電動機２の負荷率が高い場合である。因みに第５次高
調波の基本波に対する含有率Ｈ5 と電源インピ−ダンス
Ｚ（％）の関係は次のようになることが本発明で明らか
になった。

【００５２】Ｈ5＝ＬC5｛Ａ5Ｚ＋Ｂ5ＫW＋Ｃ5｝（％）（３）但し、Ａ5、Ｂ5、及びＣ5は定数、ＫWは誘導電動機の商
用運転時における負荷率（％）、ＬC5は第５次の直流リ
アクトル（ＤＣＬ）係数である（ＤＣＬ無しの場合はＬ
C5＝１）。ここで、Ａ5、Ｂ5、及びＣ5の値は多くの実
験デ−タを基に整理するとＡ5＝−１０、Ｂ5＝−０．１
３、Ｃ5＝９３、ＬC5＝０．４５（ＤＣＬ有りの場合）
である。

【００５３】同様に第７次高調波の基本波に対する含有
率Ｈ7 は、ＬC7を第７次のＤＣＬ係数とすると（３）式
と同様に一次式で表せ次のようになる。尚、ＤＣＬ無し
の場合はＬC7＝１である。

【００５４】Ｈ7＝ＬC7｛Ａ7Ｚ＋Ｂ7ＫW＋Ｃ7｝（％）（４）ここで、Ａ7、Ｂ7及びＣ7 も実験的に次の値となる。Ａ
7＝Ａ5＝−１０、Ｂ7＝Ｂ5＝−０．１３、Ｃ7＝７３、
及びＬC7＝０．３（ＤＣＬ有りの場合）である。

【００５５】いま、一般的な例として電源インピ−ダン
スを２％、負荷率が８０％と仮定すると第５次高調波含
有率Ｈ5 及び第７次高調波含有率はそれぞれ次のように
なる。但し、（）内は平滑コンデンサの入力側にＤＣ
Ｌが接続された場合である。Ｈ5 ＝６２．６％（２８．２％）、Ｈ7 ＝４２．６％
（１２．８％）

【００５６】尚、第１１次以上の高調波は平滑コンデン
サの異常診断にはそれほど有意でないため記述を省略す
る。また、図１にて示した入力電流波形にはコンバ−タ
部４の全波整流による影響も現れているが、ここではそ
れを無視した概略波形である。

【００５７】従って、図１で示した平滑コンデンサ５が
劣化（静電容量の低下）すると、第５次及び第７次高調
波成分が増加する。その割合は、平滑コンデンサの静電
容量値が初期静電容量の８５％（寿命の判断基準）とな
ると、第５次高調波成分の場合は約５０％も増加するこ
とが分かった。すなわち、低下静電容量に相当する％分
の３乗増（１．１５）3≒１．５となる。

【００５８】次に、図１にもどり電動機電流は、本イン
バ−タ装置が正弦波ＰＷＭ方式を採用しているため比較
的正弦波形に近いが、それでも多数の高調波成分を含有
している。この電流波形をフ−リエ級数ｆ（ｘ）で示す
と次式となる。

【００５９】

【数３】但し、ｘ＝ωｔ、ａn 及びｂn はフ−リエ係数でｎは奇
数となり、ｎ＝２ｍ＋１（ｍ＝０、１、２、‐‐‐‐
‐‐）とすると各フ−リエ係数は次のようになる。

【００６０】

【数４】

【００６１】このようなひずみ波の実効値Ｉeと（６）
式の係数の波高値Ａはそれぞれ次式で表せる。

【００６２】

【数５】（７）式中のＴは基本周期（１／周波数）であり、
（８）式のＫは定数である。

【００６３】従って、図１に示した電動機電流の高調波
成分の大きさは、高調波次数の２乗に反比例するので、
高調波の次数が高くなればなるほど、その含有率は大幅
に低くなる。

【００６４】図１のコントロ−ル部７のコントロ−ル基
板に搭載したアルミコンデンサ等の部品に劣化等の不都
合が生じると制御回路が正常機能を発揮しなくなる。そ
の結果、電動機電流に比較的高次数の高調波成分の含有
率が高くなり、（８）式の波高値Ａとは大きく異なる。
特に、第１１次、第１３次、第１７次、第１９次、第２
３次、第２５次、第３８次調波の基本波に対する含有率
に注目すべきことが本発明者らは見い出した。

【００６５】即ち、コントロ−ル基板７が正常な場合の
高調波含有率Ｈn （ｎ＝１１、１３、１７、１９、２
３、２５、３８）は、ほぼ次式に従う。Ｈ11＞Ｈ13＞Ｈ17＞Ｈ19＞Ｈ23＞Ｈ25＞Ｈ38 （９）

【００６６】しかし、電動機電流の高調波含有率が
（９）式より大きく異なる場合はコントロ−ル基板の劣
化であり、その交換が必要である。

【００６７】特に第３８次調波は図１のインバ−タ部６
を構成する電力素子デバイスのデッドタイム異常が濃厚
であるため、早急にコントロ−ル基板７を交換しておく
のが安全である。デッドタイム異常を放置するとデバイ
スの破壊につながる危険性を有し、デバイス価格も高価
なものである。その判定基準はＨ38＞１％であり、正常
時は０．１％以下が普通である。尚、第３８次調波に限
らず第３６次調波や第４０次調波が現れることもある。

【００６８】なお、図１においてインバ−タ装置が無い
場合、すなわち三相交流電源１によって直接誘導電動機
２を運転している場合は、回転子導体（巻線）の不平衡
や回転子軸受部ベアリング異常等に起因する回転軸のア
ンバランス成分により（５）式のフ−リエ係数でｎが偶
数、特にｎ＝２となる第２次高調波が顕著となる。ま
た、ｎ＝３の第３次高調波も巻線間の絶縁劣化等で現れ
る。

【００６９】以上の異常診断のフロ−チャ−トを図３に
示す。

【００７０】先ず、誘導電動機をインバ−タ制御してい
るか否かを判断し（ステップＳ０）インバ−タ制御して
いる場合は、計測１でインバ−タ装置の入力側各相
（Ｒ、Ｓ、Ｔ）の電流（ＩR、ＩS、ＩT）の実効値を測
定する。更に、各相電流中の少なくとも一相に含まれる
高調波成分を測定する。電流の測定にはクランプセンサ
を用いれば便利である。また、高調波成分の測定にはホ
−ルセンサ等を用いて電流測定とは別に行ってもよい。
いずれも非接触測定が可能である。（ステップＳ１）

【００７１】演算１では、計測１で測定された各相電流
より電流不平衡率を次式により計算する。電流不平衡率＝｛（Ｉmax−Ｉmin）／Ｉmin｝×１００（％）（１０）ここで、Ｉmax及びＩminは、それぞれ各相電流の最大値
及び各相電流の最小値である。また、電流に含まれる高
調波成分の含有率はワンチップマイコンのＣＰＵによる
デジタル方式（例えば５１２ポイント）の高速フ−リエ
変換によって容易に求められる。（ステップＳ２）

【００７２】計測２はインバ−タ装置の出力側、もしく
はインバ−タ制御をしていない時、即ちインバ−タ装置
を有しない場合に実行するステップＳ３で、各相（Ｕ、
Ｖ、Ｗ）の電流（ＩU、ＩV、ＩW）の実効値を測定す
る。更に各相電流中の少なくとも一相に含まれる高調波
成分を測定する。この計測２は計測１と同様な方法で行
えばよいが、電流の測定にはクランプセンサ以外のＣＴ
等で行ってもよく、電流の高調波成分の測定はホ−ルセ
ンサ以外に磁気抵抗センサ等を用いてもよい。

【００７３】演算２は演算１と同様な演算を行うもの
で、計測２で測定された各相電流より電流不平衡率を
（１０）式より求める。また、電流高調波成分の含有率
もワンチップマイコンのＣＰＵによる高速フ−リエ変換
によって演算する。但し、このステップＳ４では高調波
成分として、誘導電動機の異常診断も行うために必要な
第２次及び第３次高調波の含有率も演算する。

【００７４】次にステップＳ５では、演算１と演算２
（インバ−タ制御無しの場合は演算２のみ）で求まった
電流不平衡率及び高調波成分の含有率が機器異常の判定
基準値以下か否かを判断し、判定基準値以下のときには
機器が正常であり（ステップＳ５０）、判定基準値を越
える場合はステップＳ６に移る。尚、判定基準値につい
ては後述する実施例にて詳細を記す。

【００７５】ステップＳ６の特定では、電気機器設備の
異常原因や場所の究明を行うが、これについても後述の
実施例で説明する。

【００７６】ステップＳ５、ステップＳ６を経て要注意
と判断されれば（ステップＳ６１）、部品交換もしくは
修理の準備をしておく。（ステップＳ６３）

【００７７】また、不良と判断されると（ステップＳ６
２）、必要な部品の交換もしくは修理を行い、電気機器
設備が大きなダメ−ジを受けて、全面停止故障に至るの
を未然に防ぐ。（ステップＳ６４）

【００７８】ステップＳ６４が完了すればステップＳ０
へ戻り再チェックを行う。

【００７９】以上により電気機器設備の異常診断は終了
する。尚、この診断フロ−を自動化し集中監視盤等に表
示させたり、本発明による診断方法の機能をインバ−タ
装置に内蔵させることも極めて容易にできる。

【００８０】

【実施例】本発明の実施例として、電気機器設備の判定
基準値と、この判定基準値に基づき、異常原因や場所の
特定に関して説明すれば次の通りである。なお、本発明
の判定基準値は実施例により限定されることはない。

【００８１】判定基準値の設定に当たっては、実際に稼
働中の下記６社のインバ−タ装置（合計１４６台、全て
正弦波ＰＷＭインバ−タ）について、約３年間にわたっ
て測定・分析を行ったデ−タの蓄積により得た経験値を
もとにしている。Ａ社５８台（契約電力２２００ＫＷ）Ｂ社３１台（契約電力７５０ＫＷ）Ｃ社３０台（契約電力１４００ＫＷ）Ｄ社１７台（契約電力４６００ＫＷ）Ｅ社５台（契約電力８００ＫＷ）Ｆ社５台（契約電力３５０ＫＷ）

【００８２】まず、三相交流電源より直接誘導電動機を
駆動する設備についての、正常運転時における電流不平
衡率および電動機電流中の各次数の高調波含有率を表１
に示す。

【００８３】

【表１】

【００８４】次に、直流リアクトル（ＤＣＬ）無しのイ
ンバ−タ装置によって制御運転中の誘導電動機設備の異
常判定基準値を表２に示す。

【００８５】

【表２】

【００８６】また、高調波対策として直流リアクトル
（ＤＣＬ）をインバ−タ装置の内部に接続した場合につ
いての設備異常の、判定基準値は表３の通りである。

【００８７】

【表３】

【００８８】尚、表２及び表３において、各次数の高調
波含有率の判定基準値は、電源インピ−ダンス（Ｚ）が
１．５〜５％、電動機の負荷率（ＫW）が７０〜１００
％の最も一般的な場合の平均値であるので、通常はこの
判定基準値を目安にすればよい。しかし、電源インピ−
ダンスが０．５％前後、また負荷率が５０％前後といっ
た低い値のときは、表２及び表３の各次数の高調波含有
率の判定基準値（Ｈns）に次のような補正係数ａ及びｂ
を乗じた値（ＨnC）を採用すれば、実際と比較的よく一
致する。ＨnC＝Ｈns（ａ＋ｂ）（１１）ここで、ａ＝１．１５（Ｚ≒０．５）、ｂ＝１．０５
（ＫW≒５０）

【００８９】以上が、図３のステップＳ５の判定基準値
であるが、特に注意を要する高調波次数はインバ−タ出
力側の第１９次及び第３８次調波である。これは図１の
インバ−タ部６の各相のＯＮ／ＯＦＦ切替時に、上段／
下段のデバイスがスイッチング時間の関係で同時ＯＮの
状態になるとア−ム間短絡が発生し、デバイスが破壊す
るのを防止するため、スイッチが切替わるとき、強制的
に同時ＯＦＦにするデットタイムが変化するため発生す
る高調波である場合が多い。すなわち、第１９次調波の
含有量が多いとデッドタイムが長く、また第３８次調波
の含有量が多いとデットタイムが短く（デバイスの破壊
につながる危険性が高い）なる傾向にある。このデッド
タイム異常の判定には上述の第１９次と第３８次調波の
含有率Ｈ19及びＨ38を見ればよいといえる。これらは次
式がおおよその判定基準になる。ｃＨ19＋ｄＨ38＝１．０（１２）ここで、ｃ＝０．１、ｄ＝１．０

【００９０】次に図３のステップＳ６で特定する異常原
因と場所、及びステップＳ５の判定基準値との関係は表
４の通りである。

【００９１】

【表４】

【００９２】

【発明の効果】本発明の電気機器設備の異常診断方法
は、次のような効果を奏する。

【００９３】誘導電動機やインバ−タ装置などの異常診
断を、運転状態のもとで非接触に各相電流の不平衡率や
特定の電流高調波、例えば第２次、第３次、第５次、第
７次、第１１次、第１３次、第１７次、第１９次、第２
３次、第２５次、第３８次調波の基本波に対する含有率
を測定、演算することにより、誘導電動機やインバ−タ
装置の異常原因や異常場所を簡単に究明できるので、こ
れら電気機器設備の信頼性が高まると共に、生産性及び
安全性の向上、修理や部品交換コスト並びに人件費を含
め保守費用が極めて安くなるという効果を有する。更
に、本発明の診断方法による機能をインバ−タ装置に加
えることは容易で、これによりインバ−タ装置の自己診
断や誘導電動機の異常診断が、従来になく簡単に行える
ので広範囲な技術的波及効果を生み出すという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】インバ−タ装置に係るブロック図である。

【図２】高調波発生の説明図である。

【図３】異常診断のフロ−チャ−トである。

【符号の説明】

１三相交流電源２誘導電動機３インバ−タ装置４コンバ−タ部５平滑コンデンサ６インバ−タ部７コントロ−ル部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三相交流電源より電力の供給を受け運転
中の誘導電動機において、該誘導電動機の各相の入力電
流及び該入力電流に含まれる特定の高調波成分の少なく
とも一方を検出する信号抽出手段、該信号抽出手段から
の出力信号を変換処理する信号処理手段、該信号処理手
段により処理された出力が前記誘導電動機の入力電流の
不平衡率及び前記特定の高調波成分の少なくとも一方の
特性値であり、該特性値と予め定めた判定基準値との比
較により、前記誘導電動機の異常原因並びに場所を特定
することが可能なことを特徴とする電気機器設備の異常
診断方法。
【請求項２】三相交流電源より電力の供給を受け誘導
電動機を制御運転中のインバ−タ装置において、該イン
バ−タ装置の入力側の特定の低次高調波成分と、前記イ
ンバ−タ装置の出力側の各相出力電流及び該出力電流に
含まれる特定の高調波成分の少なくとも一方を検出する
信号抽出手段、該信号抽出手段からの出力信号を変換処
理する信号処理手段、該信号処理手段により処理された
出力が前記インバ−タ装置の前記特定の低次高調波成分
と、前記出力電流の不平衡率及び前記特定の高調波成分
の少なくとも一方の特性値であり、該特性値と予め定め
た判定基準値との比較により、前記インバ−タ装置と前
記誘導電動機の異常原因並びに場所を特定することが可
能なことを特徴とする電気機器設備の異常診断方法。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の電気機器
設備の異常診断方法において、電流の不平衡率の判定基
準値が５％であることを特徴とする電気機器設備の異常
診断方法。
【請求項４】請求項１または請求項２記載の電気機器
設備の異常診断方法において、特定の高調波成分が第２
次、第３次、第５次、第７次、第１１次、第１３次、第
１７次、第１９次、第２３次、第２５次、第３８次調波
であることを特徴とする電気機器設備の異常診断方法。
【請求項５】請求項２記載の電気機器設備の異常診断
方法において、特定の低次高調波成分が第２次、第３
次、第５次、第７次調波であることを特徴とする電気機
器設備の異常診断方法。