JP2010038671A

JP2010038671A - コンデンサの寿命監視装置

Info

Publication number: JP2010038671A
Application number: JP2008200406A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sekigami; 優二関上; Takashi Kawano; 高志川野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】コンデンサの温度測定の精度を高めると共に、実際の使用状態から予測した製品寿命を示す残存時間を常に表示することが可能なコンデンサの寿命監視装置を実現する。
【解決手段】保証温度で使用した場合の保証時間が与えられているコンデンサの寿命監視装置において、
前記保証温度と所定のサンプリング区間毎の前記コンデンサの近傍温度及び温度補正値に基づいて、前記保証温度に換算した時間を計算して累積する累積計算手段と、
前記累積計算手段の累積結果と前記保証時間の差に基づき、前記保証温度での残存保証時間を予測計算する保証時間予測手段と、
予測計算された前記残存保証時間と、前記コンデンサの近傍温度の平均値及び温度補正値に基づいて、前記コンデンサの製品寿命を予測計算する製品寿命予測手段と、
を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、保証温度で継続使用した場合のメーカ保証時間が与えられているコンデンサ、特にアルミ電解コンデンサの寿命監視装置に関するものである。

図３は、アルミ電解コンデンサが使用されるスイッチング電源の回路構成図であり、スイッチング電源の２次側の平滑用に、大容量のアルミ電解コンデンサＣが用いられている。アルミ電解コンデンサは、有限寿命の電子部品であり、使用温度条件によりその寿命が大きく影響を受ける。

アルミ電解コンデンサの特性の経時変化は、電解液の減少に伴い静電容量が徐々に減少する傾向を示す。電解液と容量の関係は、リニアではなく、ある程度まで電解液量が減少すると静電容量は急激に減少していく。経時劣化の最終状態として、オープン故障となる。

アルミ電解コンデンサを使用した電源部で駆動される機器、特にプラントで使用されるフィールド機器では、電源のダウンによる影響がプラント全体に波及する場合があり、アルミ電解コンデンサが劣化する前に警報は発して交換メンテナンスするための寿命監視装置が必要とされる。

特許文献１には、アルミ電解コンデンサの近傍温度を所定のサンプリング周期で測定し、サンプリング周期毎に、メーカ保証温度との差を所定のアルゴリズムによりメーカ保証時間に換算した時間を算出し、この換算時間の累積値がメーカ保証時間を越える時にアラームするコンデンサの寿命監視装置が開示されている。

特開平３−１６５２７０号公報

従来手法によるコンデンサの寿命監視装置では、次のような問題がある。
（１）アルミ電解コンデンサの近傍温度を所定のサンプリング周期で測定するので、真のアルミ電解コンデンサの表面温度との差が測定誤差となる。従って、各サンプリング周期で換算した時間に誤差が発生し、これを累積した時間に基づくアラームの精度が低下する。

（２）アラームが発生してからの対応では、再稼動するまでの時間がかかり、ユーザーの生産ラインに影響する。

（３）定期修理時の製品交換時期の目安とするためには、実際の使用状態から予測した製品寿命を示す残存時間を常に表示することが予測管理のメンテナンスをするために重要であるが、そのデータが提供されていない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、コンデンサの温度測定の精度を高めると共に、実際の使用状態から予測した製品寿命を示す残存時間を常に表示することが可能なコンデンサの寿命監視装置の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）保証温度で使用した場合の保証時間が与えられているコンデンサの寿命監視装置において、
前記保証温度と所定のサンプリング区間毎の前記コンデンサの近傍温度及び温度補正値に基づいて、前記保証温度に換算した時間を計算して累積する累積計算手段と、
前記累積計算手段の累積結果と前記保証時間の差に基づき、前記保証温度での残存保証時間を予測計算する保証時間予測手段と、
予測計算された前記残存保証時間と、前記コンデンサの近傍温度の平均値及び温度補正値に基づいて、前記コンデンサの製品寿命を予測計算する製品寿命予測手段と、
を備えることを特徴とするコンデンサの寿命監視装置。

（２）前記累積計算手段の累積結果と前記保証時間とを比較して警報するアラーム手段を備えることを特徴とする（１）に記載のコンデンサの寿命監視装置。

（３）予測計算された前記製品寿命を表示する寿命予測表示手段を備えることを特徴とする（１）または（２）に記載のコンデンサの寿命監視装置。

（４）前記温度補正値は、前記コンデンサの近傍温度と前記コンデンサの表面温度との差に基づいてパラメータとして保持されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のコンデンサの寿命監視装置。

（５）前記コンデンサは、アルミ電解コンデンサであることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のコンデンサの寿命監視装置。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）コンデンサの温度測定値に対して表面温度との差を補正する温度補正値を導入することにより、累積した時間の精度およびアラームの精度を向上させることができる。

（２）実際の使用状態から予測した製品寿命を示す残存時間を常に表示することができるので、寿命間近であることを事前に視覚的に把握することができ、予測管理のメンテナンスが容易になる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明が適用されたコンデンサ寿命監視装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。機器に使用されている部品のうち、最も短寿命のアルミ電解コンデンサ１に着目し、このアルミ電解コンデンサ１近傍の周囲温度を、温度センサ２及び温度測定部３により測定する。

温度測定部３の測定値は、所定のサンプリング周期でＡ−Ｄ変換部４によりディジタル信号に変換され、サンプリング周期毎の温度データＹ１，Ｙ２，Ｙ３，…Ｙｎが演算部５に入力される。

演算部５は、入力される温度データＹ１，Ｙ２，Ｙ３，…Ｙｎ及びパラメータ設定手段６より与えられる、メーカ保証温度Ｘ（℃）、メーカ保証時間ｍ（ｈ）、予め計測して設定した温度補正値ΔＴに基づいて計算及び予測演算を実行する、累積計算手段５１、保証時間予測手段５２、製品寿命予測手段５３を備える。

累積計算手段５１は、メーカ保証温度Ｘ（℃）、サンプリング周期毎の温度データ、温度補正値ΔＴに基づいてメーカ保証温度に換算した時間を計算して累積する。保証時間予測手段５２は、メーカ保証時間ｍ（ｈ）と累積時間の差よりメータ保証温度での残りの残存保証時間を予測計算する。製品寿命予測手段５３は、予測計算された残存保証時間と、コンデンサの近傍温度の平均値および温度補正値ΔＴに基づいてコンデンサの製品寿命を予測計算する。

演算部５の出力を取得するアラーム手段７は、累積計算手段５１の累積結果とメーカ保証時間とを比較して累積結果がメーカ保証時間を越えるときに警報する。同様に、演算部５の出力を取得する寿命予測表示手段８は、製品寿命予測手段５３の演算結果を視覚的に表示する。

図２は、図１の実施形態の動作説明図である。図２（Ａ）は、監視対象コンデンサのメーカ保証温度Ｘ（℃）及びメーカ保証時間ｍ（ｈ）を示すタイムチャートである。図２（Ｂ）は、コンデンサ近傍の周囲温度のサンプリング区間Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，…Ｚｎ毎のコンデンサ近傍の周囲温度Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，…Ｙｎと、各サンプリング区間でのメーカ保証時間の換算値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎ（図２（ｃ））への計算を示すタイムチャートである。

換算のアルゴリズムは、使用温度がメーカ保証温度よりも１０℃低ければ、保証時間は２倍、即ち使用温度からメーカ保証時間への換算時間は１／２となる特性を適用して換算計算を実行する。この手法は、特許文献１に記載の換算手法と同一である。

図２（Ｃ）は、換算値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎの累積Ｔｓｕｍとメーカ保証時間ｍ（ｈ）を判定基準とするアラーム出力及びメーカ保証温度での残りの保証時間Ｓ（ｈ）を示すタイムチャートである。

サンプリング区間Ｚｎにおける換算時間Ｔｎは、コンデンサ近傍の温度Ｙｎ，メーカ保証温度Ｘ、温度補正値ΔＴを用いて前記換算アルゴリズムにより、（１）式で与えられる。

メーカ保証温度での残存保証時間Ｓ（ｈ）は、換算値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎの累積値Ｔｓｕｍ（＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋…Ｔｎ）とメーカ保証時間ｍ（ｈ）により、（２）式で与えられる。

製品寿命Ｋ（ｈ）は、（２）式の保証時間Ｓ（ｈ）及び周囲温度Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，…Ｙｎの平均温度Ｙａｖｇ、メーカ保証温度Ｘ、温度補正値ΔＴを用いて前記換算アルゴリズムにより、（３）式で与えられる。

アラームの出力条件は、換算値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎの累積値Ｔｓｕｍとメーカ保証時間ｍ（ｈ）により、（４）式で与えられる。

なお、温度補正値ΔＴは、コンデンサの表面温度からコンデンサの近傍温度を引いた値である。

実施形態では、監視対象をアルミ電解コンデンサで例示したがこれに限定されるものではなく、システムを構成するコンデンサで最も短寿命のコンデンサに対する寿命監視装置として適用することができる。

本発明が適用されたコンデンサ寿命監視装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図１の実施形態の動作説明図である。アルミ電解コンデンサが使用されるスイッチング電源の回路構成図である。

符号の説明

１アルミ電解コンデンサ
２温度センサ
３温度測定部
４Ａ−Ｄ変換部
５演算部
５１累積計算手段
５２保証時間予測手段
５３製品寿命予測手段
６パラメータ設定手段
７アラーム手段
８寿命予測表示手段

Claims

保証温度で使用した場合の保証時間が与えられているコンデンサの寿命監視装置において、
前記保証温度と所定のサンプリング区間毎の前記コンデンサの近傍温度及び温度補正値に基づいて、前記保証温度に換算した時間を計算して累積する累積計算手段と、
前記累積計算手段の累積結果と前記保証時間の差に基づき、前記保証温度での残存保証時間を予測計算する保証時間予測手段と、
予測計算された前記残存保証時間と、前記コンデンサの近傍温度の平均値及び温度補正値に基づいて、前記コンデンサの製品寿命を予測計算する製品寿命予測手段と、
を備えることを特徴とするコンデンサの寿命監視装置。
前記累積計算手段の累積結果と前記保証時間とを比較して警報するアラーム手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの寿命監視装置。
予測計算された前記製品寿命を表示する寿命予測表示手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサの寿命監視装置。
前記温度補正値は、前記コンデンサの近傍温度と前記コンデンサの表面温度との差に基づいてパラメータとして保持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンデンサの寿命監視装置。
前記コンデンサは、アルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサの寿命監視装置。