JP2002267708A - 電解コンデンサの劣化診断方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電解コンデンサの時系列のデータを用いた劣化
診断方法を提供する。 【解決手段】電解コンデンサ２の電気的特性値を計測す
る計測手段３と、計測手段で計測した結果を時系列的に
記憶する記憶手段５と、記憶手段に記憶された結果に基
づいて電解コンデンサの劣化を判定する判定手段４と、
を有する。前記計測手段は、電解コンデンサの静電容
量、Ｔａｎδ、漏れ電流、インピーダンスのいずれかの
特性値を測定するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解コンデンサ劣
化診断装置および方法に関するもので、特に、電解コン
デンサの特性を計測し、この特性値データおよび特性値
の時系列データに対して劣化判定または使用限界や寿命
値の推定等を行う電解コンデンサ劣化診断装置および方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業プラントで使用される各種制御装置
にはプリント配線板が使用されており、電子回路を構成
するため電解コンデンサが多数用いられている。電解コ
ンデンサは、設置環境における温湿度や電子回路の電気
的な使用条件でコンデンサ自身の発熱を伴い、電解液の
蒸発で枯渇化して劣化する。または誘電体の物理的な変
化により劣化する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来は、部品個々の使
用条件で電気特性を計測し、特性の変動量から劣化を捉
えていた。この方法では、部品の定格条件における劣化
判定のため、装置使用時のコンデンサにおいて劣化の進
展状況を把握するのが困難である。

【０００４】従来はコンデンサの劣化を診断する方法と
して、静電容量の特性値に対してのみ着目し、部品定格
の条件で計測して劣化を判断する方法が実施されていた
が、コンデンサの一部の特性に限定されていたため、劣
化診断精度が低かった。

【０００５】電気的特性として静電容量、Ｔａｎδ、漏
れ電流の特性を計測して、個別の部品仕様値で劣化を判
定しているが、実際に装置で使用している条件と異なり
十分でないことが多い。ここに、「Ｔａｎδ」とは、内
部損失抵抗Ｒｏとコンデンサ容量のインピーダンスＺｃ
との比Ｒｏ／Ｚｃであって、損失角の正接とも呼ばれる
ものである。

【０００６】本発明は、上記のような実情を考慮してな
されたものであり、電解コンデンサの時系列のデータか
ら基準特性などのデータベースを利用して劣化状態を診
断可能にし、電解コンデンサの劣化診断方法と、容易に
劣化診断可能な装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、請求項１の発明は、電解コンデンサ
の電気的特性値を計測する計測手段と、前記計測手段で
計測した結果を時系列的に記憶する記憶手段と、前記記
憶手段に記憶された結果に基づいて前記電解コンデンサ
の劣化を判定する判定手段と、を有すること、を特徴と
する。請求項１の発明によれば、電解コンデンサの劣化
進展状況の把握が容易な劣化診断装置が提供できる。

【０００８】また、請求項２の発明は、前記計測手段
は、前記電解コンデンサの静電容量、Ｔａｎδ、漏れ電
流、インピーダンスのいずれか少なくとも一つの特性値
を測定するものであること、を特徴とする請求項１に記
載の電解コンデンサ劣化診断装置である。

【０００９】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
による作用・効果が得られるほか、特に静電容量以外の
計測を行う場合にあっては、従来の静電容量の計測だけ
では把握できなかった電解コンデンサの劣化進展状況の
把握が可能になる。

【００１０】また、請求項３の発明は、前記計測手段
は、前記電解コンデンサへの印加電圧を可変とできる印
加電圧可変機構を用いて前記電解コンデンサの漏れ電流
を計測する手段を含むこと、を特徴とする請求項２に記
載の電解コンデンサ劣化診断装置である。

【００１１】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
による作用・効果が得られるほか、電解コンデンサへの
印加電圧を変えたときの漏れ電流による電解コンデンサ
の劣化の兆候が把握できる。

【００１２】また、請求項４の発明は、前記計測手段
は、前記電解コンデンサへの印加電圧の周波数を可変と
できる計測周波数可変機構を用いて前記電解コンデンサ
のインピーダンスを計測する手段を含むこと、を特徴と
する請求項２または３に記載の電解コンデンサ劣化診断
装置である。

【００１３】請求項４の発明によれば、請求項２または
３の発明による作用・効果が得られるほか、電解コンデ
ンサへの印加電圧の周波数を変えたときのインピーダン
スによる電解コンデンサの劣化の兆候が把握できる。こ
れは、コンデンサのインピーダンスが測定時の周波数に
よって変化することを考慮したものである。

【００１４】また、請求項５の発明は、前記計測手段
は、前記電解コンデンサのＴａｎδを計測するものであ
り、前記判定手段は、前記電解コンデンサのＴａｎδの
経時変化に基づいて前記電解コンデンサの劣化を判定す
るものであること、を特徴とする請求項２、３または４
に記載の電解コンデンサ劣化診断装置である。

【００１５】請求項５の発明によれば、請求項２ないし
４のいずれかの発明による作用・効果が得られるほか、
電解コンデンサのＴａｎδの経時変化による電解コンデ
ンサの劣化の兆候が把握できる。これは、コンデンサ内
部の電解液が、使用期間とともにガスの発生と電解液の
減少が起こり、液の比抵抗が増大することに基づいてい
る。

【００１６】また、請求項６の発明は、前記計測手段
は、前記電解コンデンサの絶縁抵抗を計測するものであ
り、前記判定手段は、前記電解コンデンサの絶縁抵抗の
経時変化に基づいて前記電解コンデンサの劣化を判定す
るものであること、を特徴とする請求項２ないし５のい
ずれかに記載の電解コンデンサ劣化診断装置である。

【００１７】請求項６の発明によれば、請求項２ないし
５のいずれかの発明による作用・効果が得られるほか、
電解コンデンサの絶縁抵抗の経時変化による電解コンデ
ンサの劣化の兆候が把握できる。これは、コンデンサの
使用期間が長くなるにつれてコンデンサ素子の絶縁抵抗
が低下し、漏れ電流が増加する傾向を利用したものであ
る。

【００１８】また、請求項７の発明は、前記計測手段は
複数個あって、これらの計測手段と前記記憶手段との間
が通信手段で接続されていること、を特徴とする請求項
２ないし６のいずれかに記載の電解コンデンサ劣化診断
装置である。

【００１９】請求項７の発明によれば、請求項１ないし
５のいずれかの発明による作用・効果が得られるほか、
各計測手段を軽量化することができ、また、複数の計測
手段で必要な基準データなどを共有することができる。

【００２０】また、請求項８の発明は、電解コンデンサ
の電気的特性値を計測する計測工程と、前記計測工程で
計測した結果を時系列的に記憶する記憶工程と、前記記
憶工程で記憶された結果に基づいて前記電解コンデンサ
の劣化を判定する判定工程と、を有すること、を特徴と
する電解コンデンサ劣化診断方法である。請求項８の発
明によれば、電解コンデンサの劣化進展状況の把握が容
易な劣化診断方法が提供できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１は本発明の電解コ
ンデンサ劣化診断装置の一実施形態を示す。電解コンデ
ンサ劣化診断装置１は、対象となるコンデンサ２と電線
などで接続されている。この劣化診断装置１には、コン
デンサの特性を計測する計測部３と、測定したコンデン
サの特性値データを蓄積したりコンデンサの特性判定値
を予め蓄積しておくためのデータベース５と、測定した
コンデンサの特性値を劣化判定する劣化判定部４と、劣
化の判定や使用限界、寿命の推定を行う診断部６と、診
断結果を表示する結果の表示部７とで構成している。

【００２２】診断は、計測部３の測定条件に基づき、コ
ンデンサの特性値ａを計測して得られた特性データｂを
データベース５に送り蓄積するとともに、計測したコン
デンサの特性データを劣化判定部４へ送って劣化の判定
を実施する。劣化判定部４ではコンデンサの劣化判定値
ｃをデータベース５から読み込み、データの比較・照合
を行って劣化を判定する。判定結果ｄは結果の表示部７
へ送られて表示される。また、判定結果ｄの一部は診断
部６へ送られて、劣化の判定や使用限界の計算および寿
命の推定計算を実施し、その結果は結果の表示部７へ送
られて表示される。

【００２３】したがって、この実施形態によれば、コン
デンサの特性を診断装置内にある計測部３で測定の条件
などを決定して計測し、測定した特性データを予めデー
タベース５に蓄積してあるコンデンサの特性判定値を使
い劣化判定するとともに、診断部６によって劣化の判定
や使用限界の計算および寿命の推定計算などが容易に実
施できる。

【００２４】図２は、図１の電解コンデンサ劣化診断装
置１の計測部３の詳細を示す。これは、コンデンサの特
性を測定するための計測方法について、コンデンサの特
性別に測定条件が異なるが統括する制御部を配置するこ
とで診断に必要なデータを正確に採取することを可能に
している。計測部３は、対象となるコンデンサ２と電線
などで接続されており、計測部３からの電気信号で測定
される。計測部３は、直流電源８と交流電源９と測定器
１０と制御部１１とを有する。

【００２５】静電容量とＴａｎδの特性は、制御部１１
から交流電源９へ測定の条件として周波数１２０Ｈｚの
指令ａ４を出し、コンデンサ２へ信号ａ１が送られる。
一方、測定器１０では制御部１１からコンデンサ特性の
種別を示す信号ａ５が送られて静電容量とＴａｎδの特
性を判別し、コンデンサ２からの特性値データａを読み
込む。測定器１０の出力ｂは電解コンデンサ劣化診断装
置１の劣化判定部４（図１）へ送られる。

【００２６】また、漏れ電流およびインピーダンスの測
定においては、コンデンサ２に印加する電圧または周波
数を可変して計測するため、制御部１１から直流電源８
または交流電源９に測定条件の印加電圧値指令ａ３また
は周波数値指令ａ４を出して、測定器１０で制御部１１
からコンデンサ特性の種別を示す信号ａ５により測定す
る。

【００２７】図３は漏れ電流の特性を計測した一例を示
し、コンデンサ２に印加する電圧を任意の間隔で変化さ
せて測定するものである。測定した特性データは、電解
コンデンサ劣化診断装置１の表示部７（図１）で連続デ
ータとしてグラフ表示される。

【００２８】図４はコンデンサ２のインピーダンス特性
を計測した一例であり、前記の漏れ電流の特性と同様に
結果の表示部７で連続データとしてグラフ表示される。
このようにして、電解コンデンサ劣化診断装置１の計測
部３にある制御部１１からコンデンサの種別毎に適切な
測定条件の指示を出し、診断に必要なデータの採取が容
易にできる。

【００２９】図５は、図１の電解コンデンサ劣化診断装
置１の劣化判定部４で漏れ電流の特性値について劣化判
定する概念図を示す。劣化判定部４の劣化判定は、計測
した漏れ電流の特性値ｍ２と予めデータベース５に蓄積
していた初期値または正常特性値ｍ１を比較・照合し
て、特性変異が起こったときに劣化と判定する。図５の
場合は、ａ点の電圧より大きい時に部品の劣化が発生す
ることを示している。

【００３０】図６は、図１の電解コンデンサ劣化診断装
置１の劣化判定部４でインピーダンスの特性値について
劣化判定する概念図を示す。劣化判定部４の劣化判定
は、任意時間毎（図６では時刻ｔ０〜ｔ３）に計測した
特性値を比較・照合して劣化の進行状態を掴む。例えば
周波数が１００００Ｈｚの場合は図６の線Ｂに沿ったイ
ンピーダンスの変化からデータベース５に蓄積していた
判定値を用いて判定する。このようにして、コンデンサ
の各基準特性や劣化判定値を予めデータベースに蓄積し
ておくことで短時間に劣化を診断可能になる。

【００３１】図７は、図１の電解コンデンサ劣化診断装
置１の診断部６で静電容量特性に対する寿命を推定する
場合の概念図である。予めデータベース５に該当するコ
ンデンサの特性曲線をマスターカーブとして蓄えてお
き、測定したコンデンサの特性値を外挿して寿命の判定
値ｙと特性曲線の交点から寿命の時間または現在より寿
命に至るまでの余寿命を求めるものである。コンデンサ
の特性曲線は対象となるコンデンサに特性のばらつきが
生じるため、事前に実験で求めたマスターカーブにも特
性の幅を持たせて対処し、最短寿命や平均寿命など選択
肢を設けておく。

【００３２】図８は、図１の電解コンデンサ劣化診断装
置１の変形例を示すものであって、現場装置部１２と診
断部１３が物理的に分離されており、これらの間はイン
ターネット等の通信手段１４で接続されている。現場装
置部１２は、コンデンサ２の特性を計測するものであっ
て、計測部３と表示部７とが含まれる。診断部１３は、
測定して得られた特性値データを劣化判定および寿命な
どの診断を実施するものであって、劣化判定部４、デー
タベース５、診断部６および結果の表示部７'が含まれ
る。診断部１３の表示部７'は、劣化判定部４および診
断部６の出力を表示するものである。

【００３３】診断に際しては、現場装置部１２を実験場
または製造現場に置き、診断部１３を事務所内の診断サ
ーバーに置くことで、測定に関わる現場装置部１２の軽
量化を図れる。また、診断部１３を事務所内の診断サー
バーに置くことで、複数の実験場にある現場装置部１２
とインターネットで接続可能になり、診断部１３のデー
タベースを共有して使用できる利点がある。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電解コン
デンサ劣化診断装置または方法によれば、電解コンデン
サの劣化進展状況の把握が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンデンサ劣化診断装置の一実施
の形態の機能ブロック図。

【図２】図１のコンデンサ劣化診断装置の計測部を詳細
に示す機能ブロック図。

【図３】図２の測定部で得られる漏れ電流とコンデンサ
印加電圧との関係の一例を表すグラフ。

【図４】図２の測定部で得られるコンデンサのインピー
ダンスの周波数特性の一例を示すグラフ。

【図５】図１の判定部でコンデンサの漏れ電流特性値に
基づく劣化判定を行う場合の一例を示すグラフ。

【図６】図１の判定部でコンデンサのインピーダンス特
性値に基づく劣化判定を行う場合の一例を示すグラフ。

【図７】図１の診断部でコンデンサの静電容量特性に基
づく寿命推定を行う場合の一例を示すグラフ。

【図８】図１のコンデンサ劣化診断装置の変形例であっ
てインターネットを利用したコンデンサ劣化診断装置の
機能ブロック図。

【符号の説明】 １…電解コンデンサ劣化診断装置、２…電解コンデン
サ、３…計測部、４…劣化判定部、５…データベース、
６…診断部、７…結果の表示部、８…直流電源装置、９
…交流電源装置、１０…測定器、１１…制御部、１２…
現場装置部、１３…診断部、１４…通信手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｒ 31/02 Ｇ０１Ｒ 31/02 (72)発明者 内村 幸広 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 2G014 AA16 AA23 AB53 AC19 2G028 AA01 BB06 CG03 CG07 CG08 CG10 GL20 LR00 LR07 MS03 2G036 AA03 AA04 AA21 AA24 BB02 CA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解コンデンサの電気的特性値を計測す
   る計測手段と、 前記計測手段で計測した結果を時系列的に記憶する記憶
   手段と、 前記記憶手段に記憶された結果に基づいて前記電解コン
   デンサの劣化を判定する判定手段と、 を有すること、を特徴とする電解コンデンサ劣化診断装
   置。
2. 【請求項２】 前記計測手段は、前記電解コンデンサの
   静電容量、Ｔａｎδ、漏れ電流、インピーダンスのいず
   れか少なくとも一つの特性値を測定するものであるこ
   と、を特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ劣化
   診断装置。
3. 【請求項３】 前記計測手段は、前記電解コンデンサへ
   の印加電圧を可変とできる印加電圧可変機構を用いて前
   記電解コンデンサの漏れ電流を計測する手段を含むこ
   と、を特徴とする請求項２に記載の電解コンデンサ劣化
   診断装置。
4. 【請求項４】 前記計測手段は、前記電解コンデンサへ
   の印加電圧の周波数を可変とできる計測周波数可変機構
   を用いて前記電解コンデンサのインピーダンスを計測す
   る手段を含むこと、を特徴とする請求項２または３に記
   載の電解コンデンサ劣化診断装置。
5. 【請求項５】 前記計測手段は、前記電解コンデンサの
   Ｔａｎδを計測するものであり、前記判定手段は、前記
   電解コンデンサのＴａｎδの経時変化に基づいて前記電
   解コンデンサの劣化を判定するものであること、を特徴
   とする請求項２、３または４に記載の電解コンデンサ劣
   化診断装置。
6. 【請求項６】 前記計測手段は、前記電解コンデンサの
   絶縁抵抗を計測するものであり、前記判定手段は、前記
   電解コンデンサの絶縁抵抗の経時変化に基づいて前記電
   解コンデンサの劣化を判定するものであること、を特徴
   とする請求項２ないし５のいずれかに記載の電解コンデ
   ンサ劣化診断装置。
7. 【請求項７】 前記計測手段は複数個あって、これらの
   計測手段と前記記憶手段との間が通信手段で接続されて
   いること、を特徴とする請求項２ないし６のいずれかに
   記載の電解コンデンサ劣化診断装置。
8. 【請求項８】 電解コンデンサの電気的特性値を計測す
   る計測工程と、 前記計測工程で計測した結果を時系列的に記憶する記憶
   工程と、 前記記憶工程で記憶された結果に基づいて前記電解コン
   デンサの劣化を判定する判定工程と、 を有すること、を特徴とする電解コンデンサ劣化診断方
   法。