JP2003189635A - インバータ制御装置 - Google Patents

インバータ制御装置

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JP2003189635A
JP2003189635A JP2001387756A JP2001387756A JP2003189635A JP 2003189635 A JP2003189635 A JP 2003189635A JP 2001387756 A JP2001387756 A JP 2001387756A JP 2001387756 A JP2001387756 A JP 2001387756A JP 2003189635 A JP2003189635 A JP 2003189635A
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conversion unit
time
voltage
inverter
circuit
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JP2001387756A
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Tetsuya Kimura
鉄也 木村
Satoshi Ibori
敏 井堀
Hiroshi Watanabe
弘 渡邊
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 的確な維持管理が容易に得られるようにした
インバータ制御装置をローコストで提供すること。 【解決手段】 主回路順変換部104と平滑用コンデン
サ106、それに主回路逆変換部108を備えたインバ
ータ装置に交流電圧検出回路102と交流電流検出回路
103、直流電圧検出回路105、直流電流検出回路1
07、出力電流検出回路109、それに温度検出回路1
11を設け、これらにより検出したデータを制御回路1
12で解析し、各データの大きさが基準レベルを越えて
いる状態を悪環境と定義し、この悪環境になった時間を
指標にしてインバータ装置の維持管理を行うようにした
もの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機駆動用
などの汎用のインバータ装置に係り、特に、メンテナン
スが容易なインバータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】誘導電動機(インダクションモータ)は動
作原理が明快で、しかも、特にかご型回転子の場合は構
造も単純で頑丈な上、メンテナンスも容易であり、従っ
て、汎用モータとして永い歴史を持っている。
【0003】また、この誘導電動機は、当初、可変速運
転には対応が困難であったが、インバータ装置の出現に
より、近年は可変速運転にも容易に、しかも効率良く対
応できるようになり、従って、その利便性は増すばかり
で、使用範囲も広がる一方である。
【0004】そして、この結果、インバータ装置の性能
向上も目覚ましく、近年、小型で高性能のインバータ装
置が比較的ローコストで、多機種にわたって市場に提供
されるようになり、多くのユーザのもとで多面的に使用
されるようになっている。
【0005】ここで、一般的なインバータ装置は、順変
換部と逆変換部を備え、順変換部に供給されている交流
電源の電圧と電流、順変換部と逆変換部の間の直流区間
での電圧と電流、逆変換部の出力における交流の電圧と
電流を検出するようになっている。
【0006】そして、従来技術では、これらの検出結果
に基づいてインバータとしての動作を制御すると共に、
インバータの運転状況を表示したり、異常時での運転停
止による保護動作が得られるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、イン
バータ装置を構成する素子の寿命予測について配慮がさ
れておらず、的確な維持管理に問題があった。
【0008】上記したように、近年は、インバータ装置
の汎用化が著しく、ユーザも多様化しているので、柔軟
で的確な維持管理(メンテナンス)が要求されるようにな
っているが、このとき欠かせないのが、インバータ装置
を構成する素子の寿命(耐用限界)の予測である。
【0009】そして、この予測のためには、インバータ
装置の使用環境により判断し、使用環境が、ここで定義
する悪環境になると素子寿命が短くなると考える。何故
なら主スイッチング素子などインバータ装置を構成する
部品の寿命は、インバータ装置の使用環境に大きく依存
し、短時間の過負荷状態で決まるとは言えないからであ
る。
【0010】しかし、従来技術では、インバータ制御装
置に環境状態を検出する機能や、環境状態の悪化を表示
する機能は搭載されておらず、故障箇所の状態から原因
の推察、再現試験などを行うなど、その原因究明に時間
がかかっていた。
【0011】また、インバータ装置の使用環境は、長時
間にわたって安定しているとは限らない。従って、環境
状態を測定するためには、インバータ制御装置の環境状
態を運転中に測定する必要があり、測定器の設備投資及
び測定のための時間が大きくかかる。
【0012】従来技術でも、上記したように、インバー
タ制御装置の内の各部の状態を検出しているが、これは
運転状況の表示や、異常時での運転停止による保護動作
が目的で、瞬時的に生じる部品の劣化を想定したものに
過ぎない。一方、部品の寿命低下は、上記したように、
使用環境に大きく影響されるので、従来技術では、的確
なメンテナンスは望めない。
【0013】ここで、この悪環境の検出に、それに対応
した検出装置を用いたのではコスト高になる。しかし、
従来からインバータ装置に備えられてる検出回路を流用
し、過電圧、過電流、高温状態などを検出した場合に
は、ピーク値による検出になるので、悪環境が認識でき
ず、従って、従来技術では、的確で迅速な維持管理に問
題が生じてしまうのである。
【0014】本発明の目的は、的確な維持管理が容易に
得られるようにしたインバータ制御装置をローコストで
提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくとも
順変換部と逆変換部を備えた可変電圧可変周波数方式の
インバータ装置において、前記順変換部の入力における
交流電圧と交流電流、前記順変換部の出力における直流
電圧と直流電流、前記逆変換部の出力電流、それに当該
インバータ装置内の温度の各検出値が基準値を越えたと
き悪環境であると認識し、悪環境となる環境の時間を積
算するようにして達成される。
【0016】このとき、前記積算した値を記憶し、随
時、表示できるようにしても上記目的が達成される。
【0017】ここで、通常、インバータ装置における保
護停止機能は、電圧、電流、温度が瞬時的に増加し、保
護レベルに達したことにより働くため、運転時間に対し
ては短い。また、寿命低下に影響する程度は、運転時間
に対して悪環境となる時間が長くなるほど強くなるの
で、悪環境となる時間を判断基準と考える。
【0018】つまり、基準時間を越える状態を悪環境状
態として検出し、保管する。また、悪環境条件に入った
時間の累積を行うことでも、悪環境の状態を判断でき
る。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるインバータ制
御装置について、図示の実施の形態により詳細に説明す
る。
【0020】図1は、本発明を可変電圧可変周波数(V
VVF)インバータ装置に適用した場合の一実施形態
で、まず、商用電源など所定の電源101から供給され
てくる3相交流電力は主回路順変換部104に供給さ
れ、直流電力に変換される。このとき、交流電圧検出回
路102で電源電圧VAC が検出され、交流電流検出回
路103では電源電流IAC が検出される。
【0021】主回路順変換部104から出力された直流
電力は平滑用コンデンサ106で平滑化されて主回路逆
変換部108に供給されるが、このとき直流電圧検出回
路105で直流電圧EDC が検出され、直流電流検出回
路106で直流電流IDC が検出される。
【0022】主回路逆変換部108は、例えばPWM制
御により、主回路順変換部104から供給されている直
流電力を、指令されている所定の電圧と所定の周波数の
3相交流電力に変換し、負荷であるモータ(誘導電動機)
110に供給するが、このとき、出力電流検出回路10
9で出力電流IOUT が検出される。
【0023】従って、この図1の実施形態によれば、図
示してない外部の制御系から供給されている所定の指令
値に応じて、モータ110に任意の電圧で任意の周波数
の3相交流電力を供給することができ、モータ110を
任意の回転速度で運転させるための可変速制御が得られ
ることになる。
【0024】が検出される。
【0025】次に、上記の各検出回路で検出された各種
のデータ、すなわち交流電圧検出回路102で検出され
た電源電圧VAC と、交流電流検出回路103で検出さ
れた電源電流IAC、直流電圧検出回路105で検出され
た直流電圧EDC、直流電流検出回路106で検出された
直流電流IDC、それに出力電流検出回路109で検出さ
れた出力電流IOUT は、いずれも制御回路112に入力
される。
【0026】また、このとき、インバータ装置の中には
温度検出回路111が設けてあり、これにより、インバ
ータ装置内の所定の場所で検出された温度Tも、制御回
路112に入力されている。ここで、この所定の場所に
おける温度の検出対象は、例えば主回路スイッチング素
子の温度であったり、筐体内の雰囲気温度であったりす
る。
【0027】ここで、この制御回路112は、例えば所
定のプログラムが格納されているマイコンで構成され、
保管回路(メモリ)113と共に所定のデータ処理を実行
し、処理したデータを必要に応じて表示器114に表示
させる働きをする。
【0028】次に、制御回路112によるデータ処理に
ついて説明する。ここで、この処理が、上記した悪環境
を認識するための処理であり、従って、まず、この悪環
境の定義について説明する。
【0029】上述したように、従来のインバータ装置に
おける保護停止は、検出した電圧、電流、温度などが増
加し、保護レベルに達したときは、たとえ瞬時的に達し
ただけでも発動されるようになっているため、これから
素子などが寿命に達したことの判定はできない。
【0030】そうすると、寿命低下に影響する因子とし
ては、単に所定以上に動作環境が悪化したか否かだけで
はなく、これに加えて、それがどの程度継続したかを考
慮してやれば良いことが判る。
【0031】つまり、インバータの運転時間の中で、環
境が悪化している期間の長さを積算し、この積算値を判
断基準にすればよいことになり、そこで、ここでは、こ
の環境が悪化している期間の積算値が所定値に達したと
き、これを悪環境と定義している。
【0032】そこで、制御回路112は、上記の各検出
回路で検出された各種のデータについて、各々悪環境を
判定し、何れかが悪環境であると判定されたとき、それ
を表示器114に表示させる。また、これと並行して、
各々の悪環境が現われるまでの履歴も保管回路123に
格納し、随時、表示できるように制御する。
【0033】次に、このときの制御回路112による悪
環境の判定について、図2により説明する。
【0034】まず図2の(a)はデータDの時間tに対す
る変化を表わす特性図で、ここで、このデータDは、図
示のように、交流電圧検出回路102で検出された電源
電圧VAC、交流電流検出回路103で検出された電源電
流IAC、直流電圧検出回路105で検出された直流電圧
DC、直流電流検出回路106で検出された直流電流I
DC、出力電流検出回路109で検出された出力電流I
OUT、それに温度検出回路111で検出された温度Tの
何れかとなる。
【0035】このとき、これらのデータDは、何れもそ
の値が大きくなることが環境の悪化に相当するので、そ
のレベルにより環境が悪化したことが判定できる。そし
て、このときの判定基準値が図示のレベルDREF であ
り、従って、このレベルDREFについても、各データD
の種別毎に設定されているメーカ仕様である。
【0036】次に、図2の(b)は、当該データDがレベ
ルDREF 以下のときをレベル0で示し、越えたときをレ
ベル1で示したものであり、レベル1になっているとき
が当該データDについて時間を積算する区間で、レベル
0のときは時間を積算しない区間を表わす特性図になっ
ている。
【0037】また、図2の(c)は、図示のように、図2
(b)でレベルが1になっている区間では時間tの経過に
従って一定の割合で増加し、レベル0の区間では一定値
を保持することにより、時間の積算値Σtを表わすよう
にした特性図であり、従って、この時間の積算値Σtが
或るレベルに達したときデータDは寿命低下に影響する
と判定できる。
【0038】そして、この寿命低下の判定基準値が図示
のレベルLREF であり、従って、このレベルLREF につ
いても、各データDの種別毎に個別に設定されるように
なっている。
【0039】そこで、制御回路112は、上記した各検
出値、すなわち電源電圧VAC、電源電流IAC、直流電圧
DC、直流電流IDC、出力電流IOUT、それに温度Tの
夫々をデータDとし、選択したデータDに対応したレベ
ルDREF とレベルLREF を夫々設定した上で、各データ
Dについて図2に示した処理を並行に実行し、夫々のデ
ータD毎に処理の状況を記憶回路113に格納してゆく
のである。
【0040】そして、図示してない入力装置から要求が
あったとき、それまで記憶回路113に格納されていた
各データD毎の処理状況を表示器114に表示させるの
である。
【0041】従って、この実施形態によれば、要求に応
じて、随時、各データD毎の悪環境判定状況が認識で
き、この結果、インバータ装置を構成する素子の寿命予
測が可能になり、合理的な維持管理による効率的な運用
が確実に図れることになる。
【0042】また、この結果、インバータ装置が故障し
た場合でも、その使用環境が確認できるので、メーカ仕
様が守られて使用されていたか否かが確認でき、且つ、
悪環境が判定されたデータDの種別により故障時の原因
箇所が特定できるので、短時間で容易に故障原因が解明
できる。
【0043】
【発明の効果】本発明によれば、インバータ装置の使用
環境が確認できるので、故障時における原因箇所の特定
が早くなり、適切な維持管理による稼働率の向上が大き
く期待できる。
【0044】また、ユーザがメーカ仕様条件を超過して
いるかどうかも容易に確認することができるので、適切
な使用環境のもとでのインバータ装置の使用を促がすこ
とができ、この点でも稼働率の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるインバータ制御装置の一実施形態
を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態による悪環境の判定処理の
説明図である。
【符号の説明】
101 電源(3相交流による商用電源) 102 交流電圧検出回路 103 交流電流検出回路 104 主回路順変換部 105 直流電圧検出回路 106 平滑用コンデンサ 107 直流電流検出回路 108 主回路逆変換部 109 出力電流検出回路 110 モータ(誘導電動機) 111 温度検出回路 112 制御回路 113 記憶回路 201:環境状態(電圧、電流、温度に対する状態)
フロントページの続き (72)発明者 渡邊 弘 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立ドライブシステムズ内 Fターム(参考) 5H007 AA12 BB06 CA01 CB02 CC01 DB02 DB12 DC02 DC05 DC08 FA01 FA03 FA12 FA13 5H576 BB06 BB07 CC05 DD02 DD04 HA02 HB02 JJ02 JJ17 JJ22 LL22 LL24 LL44 MM03 MM04 MM06 MM10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも順変換部と逆変換部を備えた
    インバータ装置において、 前記順変換部の入力における交流電圧と交流電流、前記
    順変換部の出力における直流電圧と直流電流、前記逆変
    換部の出力電流、それに当該インバータ装置内の温度の
    各検出値が基準値を越えたとき悪環境であると認識し、
    悪環境となる環境の時間を積算するように構成したこと
    を特徴とするインバータ制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の発明において、 前記積算した値を記憶し、随時、表示できるように構成
    したことを特徴とするインバータ制御装置。
JP2001387756A 2001-12-20 2001-12-20 インバータ制御装置 Pending JP2003189635A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007166815A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp インバータ装置及びその過電圧保護方法
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WO2016135931A1 (ja) * 2015-02-26 2016-09-01 株式会社日立産機システム 電力変換装置及びその制御方法

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