JP2010160001A - Capacitance calculator and degradation detector of main circuit capacitor - Google Patents
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本発明は、インバータ装置の直流中間回路に接続された主回路コンデンサの容量演算装置、及び、その容量演算値から主回路コンデンサの劣化を検出する劣化検出装置に関するものである。 The present invention relates to a capacity calculating device for a main circuit capacitor connected to a DC intermediate circuit of an inverter device, and a deterioration detecting device for detecting deterioration of the main circuit capacitor from the calculated capacitance value.
従来、主回路コンデンサの劣化検出装置としては、特許文献1、特許文献2に記載されたものが知られている。
特許文献1に係る従来技術は、主回路コンデンサの新品時における放電特性と、経年運転後にインバータを停止するたびに測定した主回路コンデンサの放電特性とを比較し、主回路コンデンサが放電して所定電圧になるまでの放電時間を減衰許容値と比較して主回路コンデンサの劣化を検出している。
また、特許文献2に係る従来技術は、インバータの系統側に設けられたブレーカの遮断動作によりインバータの運転停止を検出して主回路コンデンサの放電時間を測定し、この放電時間から主回路コンデンサの劣化を検出するものである。
Conventionally, as a main circuit capacitor deterioration detection device, those described in
The prior art according to
Further, in the prior art according to
上記のように、従来技術は何れもインバータが運転を停止するたびに主回路コンデンサの放電時間を測定する原理に基づいている。
しかしながら、インバータを連続的に半年や一年といった長期間にわたって運転するような設備もあり、インバータの運転を頻繁に停止して主回路コンデンサの放電時間を検出することができない場合がある。このような設備に対しても従来技術による劣化検出方法を適用すると、インバータの運転中に主回路コンデンサが寿命に達して破損してしまい、事故になるおそれがある。
As described above, all the prior arts are based on the principle of measuring the discharge time of the main circuit capacitor every time the inverter stops operating.
However, there are also facilities that operate the inverter continuously for a long period of half a year or one year, and there are cases where the operation of the inverter is frequently stopped and the discharge time of the main circuit capacitor cannot be detected. If the degradation detection method according to the prior art is applied to such equipment, the main circuit capacitor may reach the end of its life and be damaged during operation of the inverter, which may cause an accident.
そこで、本発明の解決課題は、インバータの運転中でも主回路コンデンサの劣化を検出できるようにした主回路コンデンサの容量演算装置及び劣化検出装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a main circuit capacitor capacity calculation device and a deterioration detection device which can detect deterioration of a main circuit capacitor even during operation of an inverter.
上記課題を解決するため、請求項1に係る容量演算装置は、インバータ回路の直流側に接続された主回路コンデンサの容量を演算する容量演算装置において、
前記主回路コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出した前記主回路コンデンサの電圧から電圧変化率を演算する電圧変化率演算手段と、
前記電圧変化率が負であり、かつ一定値である期間に演算指令を出力する演算タイミング発生手段と、
前記演算指令により、前記主回路コンデンサの電圧、前記電圧変化率及び前記インバータ回路の発生電力を用いて前記主回路コンデンサの容量を演算する容量演算手段と、を備えたものである。
In order to solve the above-described problem, a capacity calculation apparatus according to
Voltage detection means for detecting the voltage of the main circuit capacitor;
Voltage change rate calculating means for calculating a voltage change rate from the voltage of the main circuit capacitor detected by the voltage detecting means;
Calculation timing generating means for outputting a calculation command during a period in which the voltage change rate is negative and a constant value;
Capacitance calculating means for calculating the capacity of the main circuit capacitor using the voltage of the main circuit capacitor, the voltage change rate, and the generated power of the inverter circuit according to the calculation command.
請求項2に係る容量演算装置は、請求項1に記載した容量演算装置において、前記容量演算手段により演算した容量演算値を安定化させる演算値安定化手段を有するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the capacity calculation device according to the first aspect, further comprising a calculation value stabilizing unit that stabilizes the capacity calculation value calculated by the capacity calculation unit.
請求項3に係る劣化検出装置は、請求項1記載の前記容量演算手段または請求項2記載の前記演算値安定化手段の出力と前記主回路コンデンサの寿命判断閾値とを比較する比較手段を備え、
前記比較手段が、前記容量演算手段または前記演算値安定化手段の出力が前記寿命判断閾値を下回った場合に前記主回路コンデンサの劣化検出信号を出力するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a deterioration detection apparatus comprising a comparison means for comparing the output of the capacity calculation means according to the first aspect or the calculation value stabilization means according to the second aspect and a life judgment threshold value of the main circuit capacitor. ,
The comparison means outputs a deterioration detection signal of the main circuit capacitor when the output of the capacity calculation means or the calculation value stabilization means falls below the lifetime determination threshold value.
本発明によれば、インバータの運転中でも容量演算装置によって主回路コンデンサの容量を求めることができ、この容量演算値をメンテナンス情報として利用することができる。
また、劣化検出装置により、前記容量演算値が予め設定した閾値を下回った場合に警報等を出力することにより、主回路コンデンサが劣化して破損等の事故が発生する前に予防保全することが可能である。
According to the present invention, the capacity of the main circuit capacitor can be obtained by the capacity calculation device even during operation of the inverter, and this capacity calculation value can be used as maintenance information.
In addition, the deterioration detection device outputs an alarm or the like when the calculated capacity value falls below a preset threshold value, so that preventive maintenance can be performed before the main circuit capacitor deteriorates and an accident such as breakage occurs. Is possible.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態を示すインバータ装置の全体的な回路構成図である。まず、インバータ装置の主回路において、1は交流電源、2は交流電源1の交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路、3は直流中間回路に接続された主回路コンデンサ、4は主回路コンデンサ3により平滑した直流電圧を半導体スイッチング素子のオン・オフ動作により任意の周波数及び大きさの交流電圧に変換するインバータ回路、Mはモータ等の負荷である。なお、3aは、主回路コンデンサ3の両端の電圧Vcを検出する電圧検出器である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall circuit configuration diagram of an inverter device showing a first embodiment of the present invention. First, in the main circuit of the inverter device, 1 is an AC power source, 2 is a rectifier circuit that rectifies the AC voltage of the
次に、20Aは主回路コンデンサの容量演算装置である。
電圧検出器3aにより検出した主回路コンデンサ3の電圧Vcは、容量演算装置20A内の電圧変化率演算器5に入力され、電圧Vcの電圧変化率(dVc/dt)が演算される。この電圧変化率(dVc/dt)は演算タイミング発生器6に入力され、演算タイミング発生器6では、(dVc/dt)が負の値であり、かつ一定値で安定している期間を検出して演算指令を出力する。そして、この演算指令は、主回路コンデンサ容量演算器7に入力される。
Next, 20A is a capacity calculator for the main circuit capacitor.
The voltage V c of the main circuit capacitor 3 detected by the
ここで、図4は、本実施形態の動作を示す波形図である。
図4において、電圧変化率(dVc/dt)が負で一定値になる期間Δtは、主回路コンデンサ3からインバータ回路4を介して負荷Mへ放電されている期間であり、交流電源1側からの電流流入がないため安定した演算が行える期間である。これに対して、電圧変化率(dVc/dt)が正である期間Δt’は、交流電源1の電圧変動や電源インピーダンスの影響によって電圧Vcが変動し、期間Δtに比べて演算精度が低下するおそれがある。
Here, FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the present embodiment.
In FIG. 4, a period Δt in which the voltage change rate (dV c / dt) is negative and constant is a period during which the main circuit capacitor 3 is discharged to the load M through the inverter circuit 4, and the
そこで、本実施形態は、上記期間Δtに着目して主回路コンデンサ3の容量Cを求めるようにしたものである。
すなわち、期間Δtにおける電圧変化率(dVc/dt)は、電圧Vc,インバータ回路4の発生電力P及び主回路コンデンサ3の容量Cを用いて、数式1により表される。
Therefore, in the present embodiment, the capacitance C of the main circuit capacitor 3 is obtained by paying attention to the period Δt.
That is, the voltage change rate (dV c / dt) in the period Δt is expressed by
数式1を容量Cについて解くと、数式2となる。 When Formula 1 is solved for the capacity C, Formula 2 is obtained.
図1の主回路コンデンサ容量演算器7は、演算タイミング発生器6からの演算指令により、dVc/dt(=Vc’)と、電圧Vc及びインバータ回路4の発生電力Pを用いて、数式2により主回路コンデンサ3の容量Cを演算する。
なお、上記発生電力Pは、インバータ電力演算器8によって演算されるものであり、負荷Mの消費電力とインバータ回路4の内部消費電力とを加算した値である。インバータ回路4の内部消費電力が負荷Mの消費電力に比べて無視できる場合は、負荷Mの消費電力だけを用いて発生電力Pを演算しても良い。
The main circuit
The generated power P is calculated by the
上記のように、本実施形態では、インバータ回路4を運転したままの状態で主回路コンデンサ3の容量Cを演算することが可能である。コンデンサが劣化するとその容量が減少することは良く知られているので、本実施形態によれば、主回路コンデンサ容量演算器7による容量演算値を表示してメンテナンス情報として利用することにより、主回路コンデンサ3が寿命に達する前にその交換等を行えば、破損等の事故を未然に防止することができる。
従って、従来技術のように主回路コンデンサ3の劣化を見逃してインバータ装置の運転中に破損させるような不都合はない。
As described above, in this embodiment, the capacity C of the main circuit capacitor 3 can be calculated while the inverter circuit 4 is operated. Since it is well known that the capacity decreases when the capacitor deteriorates, according to the present embodiment, the main circuit
Therefore, there is no inconvenience that the main circuit capacitor 3 is overlooked and is damaged during the operation of the inverter device as in the prior art.
次に、図2は本発明の第2実施形態を示すインバータ装置の全体的な回路構成図である。
この実施形態の容量演算装置20Bは、第1実施形態における主回路コンデンサ3の容量演算値を、演算値安定化手段としての1次遅れフィルタ演算器9に入力し、その出力を最終的な容量演算値として出力するように構成されている。なお、図4に示した期間Δtにおける演算指令は、この1次遅れフィルタ演算器9にも入力されている。
Next, FIG. 2 is an overall circuit configuration diagram of an inverter device showing a second embodiment of the present invention.
The
本実施形態では、過渡的な負荷変動によって主回路コンデンサ3の容量演算値が変動した場合でも、1次遅れフィルタ演算器9に通すことで安定した容量演算値を得ることができる。図示されていないが、演算値安定化手段としては、1次遅れフィルタ演算器9に代えて容量演算値の移動平均を求める演算器を設けても良い。
In the present embodiment, even when the capacity calculation value of the main circuit capacitor 3 fluctuates due to a transient load fluctuation, a stable capacity calculation value can be obtained by passing through the primary
次いで、図3は本発明の第3実施形態を示すインバータ装置の全体的な回路構成図である。
図3において、20Cは劣化検出装置であり、第2実施形態における1次遅れフィルタ演算器9の出力を比較器10に入力し、主回路コンデンサ3が寿命に達したと判断される容量である寿命判断閾値11と比較し、容量演算値が寿命判断閾値11を下回った場合に劣化検出信号を出力して主回路コンデンサ3が寿命に達したことを報知するようにしたものである。なお、この劣化検出信号は警報の発生等に利用される。
ここで、劣化検出装置20Cの構成としては、第1実施形態における容量演算値を比較器10に直接入力して寿命判断閾値11と比較し、劣化検出信号を得るようにしても良い。
Next, FIG. 3 is an overall circuit configuration diagram of an inverter device showing a third embodiment of the present invention.
In FIG. 3, reference numeral 20 </ b> C denotes a deterioration detection device, which is a capacity at which the output of the first-order
Here, as a configuration of the
1:交流電源
2:整流回路
3:主回路コンデンサ
3a:電圧検出器
4:インバータ回路
5:電圧変化率演算器
6:演算タイミング発生器
7:主回路コンデンサ容量演算器
8:インバータ電力演算器
9:1次遅れフィルタ演算器
10:比較器
11:寿命判断閾値
20A,20B:容量演算装置
20C:劣化検出装置
M:負荷
1: AC power supply 2: Rectifier circuit 3:
Claims (3)
前記主回路コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出した前記主回路コンデンサの電圧から電圧変化率を演算する電圧変化率演算手段と、
前記電圧変化率が負であり、かつ一定値である期間に演算指令を出力する演算タイミング発生手段と、
前記演算指令により、前記主回路コンデンサの電圧、前記電圧変化率及び前記インバータ回路の発生電力を用いて前記主回路コンデンサの容量を演算する容量演算手段と、
を備えたことを特徴とする主回路コンデンサの容量演算装置。 In the capacity calculation device that calculates the capacity of the main circuit capacitor connected to the DC side of the inverter circuit,
Voltage detection means for detecting the voltage of the main circuit capacitor;
Voltage change rate calculating means for calculating a voltage change rate from the voltage of the main circuit capacitor detected by the voltage detecting means;
Calculation timing generating means for outputting a calculation command during a period in which the voltage change rate is negative and a constant value;
Capacitance calculating means for calculating the capacity of the main circuit capacitor using the voltage of the main circuit capacitor, the voltage change rate, and the generated power of the inverter circuit according to the calculation command;
A capacity calculation device for a main circuit capacitor.
前記容量演算手段により演算した容量演算値を安定化させる演算値安定化手段を有することを特徴とする主回路コンデンサの容量演算装置。 The capacity calculation apparatus according to claim 1,
An apparatus for calculating a capacity of a main circuit capacitor, comprising: an operation value stabilizing means for stabilizing an operation value calculated by the capacity operation means.
前記比較手段が、前記容量演算手段または前記演算値安定化手段の出力が前記寿命判断閾値を下回った場合に前記主回路コンデンサの劣化検出信号を出力することを特徴とする主回路コンデンサの劣化検出装置。 Comparing means for comparing the output of the capacity calculating means according to claim 1 or the calculated value stabilizing means according to claim 2 and a life judgment threshold value of the main circuit capacitor;
The comparison means outputs a deterioration detection signal of the main circuit capacitor when the output of the capacity calculation means or the calculation value stabilization means falls below the lifetime judgment threshold value. apparatus.
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