JP2014132829A

JP2014132829A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2014132829A
Application number: JP2014085997A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ibori; 敏井堀; Hiroyuki Tomita; 浩之富田; Atsuhiko Nakamura; 敦彦中村
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP5810189B2

Abstract

【課題】電力変換装置を自立盤内に設置した場合、電力変換装置の発生する損失により自立盤内を適切な風量を有する冷却ファンで空冷しないと自立盤内に熱が篭り、自立盤内の温度が上昇することに起因し、電力変換装置内の主素子の温度検出器が加熱を検出して、電力変換装置が突然過熱保護停止することが発生する。
【解決手段】電力変換装置において、予め設定された電力変換装置内部の温度設定値と冷却フィン上に設けた温度検出器の検出温度と電力変換装置筐体内部に設けた温度検出器の検出温度と電流検出器の検出値とから電力変換装置の温度過熱の要因判別を行なうように構成する。
【選択図】図5

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置内のパワー半導体は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を冷却フィンに熱伝導させ冷却ファンにより冷却フィンを冷却するものである。

ここで、寿命部品である冷却ファンの長寿命化を図るため、パワー半導体を搭載した冷却フィン上の温度を検出し、この温度検出値の高低により、該冷却ファンのオン、オフ制御を行うことが開示されている（特許文献１参照）。

また、特許文献2には、電機機器を内蔵した自立盤において、換気および保守管理を容易にする自立盤換気装置について開示されている。特許文献2の段落〔0006〕に記載があるように、床の下方の通風路に連通した床開口に、自立盤の底板開口が連通し、盤の下面から吸気するため、盤内がパネル化されていても盤内各部に有効に流通し、充分な換気が行なえ、高温化が防止される。その上、底板開口と床開口との間に自立盤の全面からフィルタが出し入れ自在に設けられているため、フィルタの着脱の取扱いがきわめて簡単であり、フィルタの保守管理が容易になる自立盤の構造について記載されている。

特開平7-154976号公報特開平7-31014号公報

しかし、特許文献１には、前記温度検出値の設定は一点でありこの温度検出値を任意に設定することはできない。また、電力変換装置の温度過熱の要因判別を行なう異常処理方法についての開示もない。また、特許文献２には、電力変換装置の温度過熱の要因判別を行なう異常処理方法についての開示はない。

電力変換装置内のパワー半導体は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を冷却フィンに熱伝導させ、冷却ファンにより冷却フィンを冷却しなければパワー半導体を過熱による熱破壊から保護することはできない。

冷却ファンの回転数は、インバータの主素子を冷却するため、高い回転数で回転できる物、すなわち高回転数の物の方が望ましい。

しかし、電力変換装置の周囲温度は年間一定ではなく、ユーザの設置環境でも周囲温度は大幅に異なり、また設置環境により塵埃など様々である。

しかし、電力変換装置を自立盤内に設置した場合、電力変換装置の発生する損失により自立盤内を適切な風量を有する冷却ファンで空冷しないと自立盤内に熱が籠もり、特に外気温度の高い夏場に、自立盤内の温度が上昇することに起因し、電力変換装置(インバータ)内の主素子の温度検出器が加熱を検出して、電力変換装置が突然過熱保護停止することがしばしば発生する。

この様な設置環境では、主素子を冷却している電力変換装置内部の冷却ファンの寿命ではないが、塵埃および綿塵などが多く含まれる設置環境においては、外気の空気を盤内に吸込む吸入空気口に前記塵埃および綿塵などが目詰まりし、充分な排出ができなくなり、自立盤内の温度上昇と共に自立盤内に設置された電力変換装置の周囲温度も上昇して前記温度検出器が過熱を検出する訳である。

この場合には、原因の判断が付かず要因を特定し排除するために、設備を停止し、要因特定するまで時間が掛かると言う問題があった。

このため、設備に対する予防保全を完全に行うことは不可能であったため、有事の際にはこの保守する時間は設備停止であり、当然生産性に大きな障害をもたらす要因となっていた。

上記課題を解決するため、例えば、交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換するパワー半導体からなる順変換器と、この順変換器の直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、前記順変換器の直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体からなる逆変換器と、電流を検出する電流検出手段と、前記パワー半導体が搭載された冷却フィンと、前記冷却フィン上に設けられた温度検出器と、各種制御データを設定、変更、異常状態およびモニタ表示が行えるデジタル操作パネルと、を備える可変電圧可変周波数の交流電力を出力し交流電動機を速度制御する電力変換装置において、予め設定された前記電力変換装置内部の温度設定値と前記冷却フィン上に設けた温度検出器の検出温度1と前記電力変換装置筐体内部に設けた温度検出器の検出温度2と前記電流検出器の検出値とから前記電力変換装置の温度過熱の要因判別を行なうという構成をとる。

電力変換装置内のパワー半導体を搭載した冷却フィン上に設けた温度検出器の検出温度1と電力変換装置筐体内部に設けた温度検出器の検出温度2と前記電流検出器の検出値とから、電力変換装置全体の制御を司る働きをするマイコンが搭載された制御回路に接続されたデジタル操作パネルから異常過熱の要因を正確にモニタできるため、異常過熱の要因により温度異常のアラーム警告を出力できる様に構成したことにより、何を対策あるいは交換すれば復旧するかが簡単に判断可能である。

このため、保守の時間を短縮でき、設備の不稼動時間を大幅に短縮できると言う効果がある。

本発明によれば、電力変換装置が格納された自立盤内に特別の温度検出器を設置することなく、電力変換装置内部に設けた温度検出器の検出温度が該設定入力温度に達した時、前記デジタル操作パネルに温度異常を表示し、温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台から出力できる様に構成し、操作者は前記温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台から遠隔操作盤側にて監視できるため、操作者は、遠隔操作盤に表示された警告信号により、自立盤内に特別の温度検出器を設置することなく、自立盤内の内部温度が異常に高くなったことを事前に察知できるため、保守の時間を短縮でき、設備の不稼動時間を大幅に短縮できる電力変換装置に利用可能である。

電力変換装置の主回路構成図である。電力変換装置の主回路部品配置図の一例である。サーミスタを用いた温度異常検出の一実施例である。サーミスタを用いた温度異常検出の他の実施例である。異常要因判別におけるフローチャート図の一実施例である。異常要因判別におけるフローチャート図の他の実施例である。外気ファン付の自立盤内に電力変換装置を収納した一実施例である。外気ファン不付の自立盤内に電力変換装置を収納した他の実施例である。

以下において、本発明の実施例について図面を用いて詳述する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。

図1は、本発明に基づく電力変換装置２１の主回路構成図を示す。1は交流電力を直流電力に変換する順変換器、2は平滑用コンデンサ、3は直流電力を任意の周波数の交流電力に変換する逆変換器、4は交流電動機である。6は前記順変換器および逆変換器内のパワーモジュール１１を冷却するための冷却ファンである。8は電力変換装置の各種制御データを設定、変更、異常状態およびモニタ表示が行えるデジタル操作パネルである。

7は冷却フィン上に搭載され、前記順変換器および逆変換器内のパワーモジュールの加熱を検出する温度検出器である。この温度検出器7は、温度により抵抗値が変化するサーミスタである。このサーミスタは、温度上昇と共に抵抗値が上昇する特性の物でも、温度上昇と共に抵抗値が減少する特性の物であっつても差し支えない。

9はパワー半導体モジュール１１内部に設けられた温度検出器である。5は逆変換器のスイッチング素子を制御すると共に、電力変換装置２１全体の制御を司る働きをするもので、マイコンが搭載された制御回路であり、デジタル操作パネル8から入力される各種の制御データに応じて必要な制御処理が行なえる様に構成されている。

10は逆変換器のスイッチング素子を駆動するドライブ回路である。17は電力変換装置内部の温度を検出する温度検出器であり、前記ドライブ回路の基板上に設けられている。本実施例では、17を前記ドライブ回路の基板上に設けたが、電力変換装置内部の温度を検出することが目的であるため、基板上に限定されるものではない。18は電流検出器である。電力変換装置であるインバータは公知の技術であるため、詳細な説明は割愛する。

図2は、主回路部品配置図の一例である。12は平滑用コンデンサ2やスイッチングレギュレータ電源回路およびドライブ回路10などを搭載した主回路基板である。また、主回路基板１２には、外部端子と接続するための制御端子台１６が備えられている。順変換器1と逆変換器3と温度検出器9が一個のモジュール内に搭載された複合モジュールで構成されたパワー半導体13を冷却フィン14に搭載し、冷却フィン１４を冷却するための冷却ファン6（図中の点線部分）が冷却フィン１４の上面に取り付けられた構造である。そして、冷却フィン１４に搭載されたパワー半導体１３及び主回路基板１２は、樹脂モールドケース１５に収納されるようになっており、樹脂モールドケース１５には、制御回路５及びデジタル操作パネル８が備えられている。

もちろん、冷却フィン１４上に搭載される上記温度検出器7をパワー半導体13の近傍である上記冷却フィン14上に設けても本発明の意図するところになんら問題はない。複合モジュールであるパワー半導体13は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を上記冷却フィン14に熱伝導させ、冷却ファン6により冷却フィン14を冷却する。この冷却ファン6により、複合モジュールであるパワー半導体13を温度上昇の過熱から保護することができる構成にしてある。

ここで、自立盤内に収納された電力変換装置２１の周囲温度が異常に高かった場合、電力変換装置２１がその定格電流以下で動作していても過熱保護で停止する場合がある。電力変換装置２１内のパワー半導体１３は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を自立盤内から外気に排出しなければ自立盤内に熱が停滞してしまうため、パワー半導体の温度検出器による過熱保護が動作し、電力変換装置が停止する訳である。

パワー半導体を過熱による熱破壊から保護するため、前記温度検出器7の温度T1が絶対超えてはならない温度Tlimに達した場合には、電力変換装置を温度過熱保護させる必要がある。この場合、前記電力変換装置の周囲温度をTaとすると、パワー半導体13の近傍である上記冷却フィン14上に設けた温度検出器7の検出温度上昇値ΔT1と前記温度Tlimとの間には、Tlim ＜ (ΔT1+Ta)=T1の関係式が成立する。

ここで、温度検出器7の検出温度上昇値ΔT1は、前記パワー半導体の発熱量に比例することは当然であり、その発熱量は、前記電力変換装置の電流に比例する。

さらに、温度検出器7の検出温度上昇値ΔT1は、前記電力変換装置の低格電流以内であれば、前記電力変換装置の仕様最大周囲温度Tam時においてもその和である(ΔT1+Tam)は、前記Tlimを超えないように熱設計されている。

しかし、前記電力変換装置の低格電流以内であっても、前記電力変換装置の周囲温度をTaが仕様最大周囲温度Tamを超えている場合には、前記Tlimより (ΔT1+Ta)が大きくなる。この場合には、前記電力変換装置を低格電流以内で使用しているにも関わらず、前記温度検出器7による過熱保護が動作し、電力変換装置が突然停止することになる。

すなわち、自立盤内に収納された電力変換装置の周囲温度(自立盤内の温度)が異常に高かった場合、使用者は、電力変換装置を定格電流以内で使用しているから大丈夫だと判断しているにも関わらず、その意に反して過熱保護で電力変換装置が突然停止することになる。この意味で、前記パワー半導体の過熱保護として、電力変換装置の周囲温度は極めて重要な要素である。前記電力変換装置の周囲温度を仕様最大周囲温度Tam以上にする要因としては、外気ファンの寿命による回転数の低下や外気の空気を盤内に吸込む吸入空気口に塵埃および綿塵などが目詰まりすることにより排出能力が低下し、自立盤内に熱が籠もり周囲温度を異常に増大させることが考えられる。

前記電力変換装置が製造ラインの一部として重要な設備であればあるほど、意に反しての突然の停止は、その原因が特定できるまで設備停止は大きな問題となる。この意味で有事の際に、保守の時間短縮および不稼動時間短縮は保全の面で極めて重要であり、適切な予防保全が要求される。

図3は、上記問題に鑑みなされたサーミスタを用いた温度異常検出方法に関わる一実施例である。

温度検出器7は、サーミスタである。この場合のサーミスタの温度特性は、温度上昇と共にその抵抗値が減少する物であり、温度Tにおけるサーミスタの抵抗値RTは、下式で表される物を使用した場合の例である。
（数１）
RT ＝R25＊exp[B＊{1/(T+273)−1/(T25+273)}]
ここで、
R25：温度25℃におけるサーミスタの抵抗値
T25：温度25℃（T25＝25）
B：定数
サーミスタの温度が上昇すると、サーミスタの抵抗値RTが小さくなり、制御回路5に搭載された分圧抵抗R2によりMCUのアナログポート端子A/D1の入力電圧が大きくなる。
この電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T1をリアルタイムに演算する。

前記（数１）は演算が複雑なため、サーミスタの抵抗値に比例したアナログポート端子A/D1の入力電圧とサーミスタの温度との相関を示すデータを前記（数１）式から求め、これを予め不揮発性のメモリーにテーブルデータとして持ち、このテーブルデータからサーミスタの温度T1をリアルタイムに呼び出しても良い。

また、電力変換装置２１内部の温度を検出する温度検出器17もサーミスタである。その温度特性は前記（数１）と同様であり、サーミスタの温度が上昇すると、サーミスタの抵抗値RTが小さくなり、制御回路5に搭載された分圧抵抗R1によりMCUのアナログポート端子A/D2の入力電圧が大きくなる。
この電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T2をリアルタイムに演算する。前記（数１）は演算が複雑なため、サーミスタの抵抗値に比例したアナログポート端子A/D2の入力電圧とサーミスタの温度との相関を示すデータを前記（数１）から求め、これを予め不揮発性のメモリーにテーブルデータとして持ち、このテーブルデータからサーミスタの温度T2をリアルタイムに呼び出しても良い。

さらに、交流電動機の電流を電流検出器18で検出し、この検出値を制御回路5に搭載された増幅器19を通してMCUのアナログポート端子A/D3に伝送する。

前記アナログポート端子A/D3の入力電圧値から、MCUが前記交流電動機の負荷状態、すなわち重負荷(定格電流以上)か軽負荷(定格電流以下)かを判別する。

前記電力変換装置内部の温度を検出する温度検出器17の出力に接続されたアナログポート端子A/D2の入力電圧値により、前記MCUが前記（数１）から演算した温度T2が、予め設定された前記電力変換装置内部の温度入力値T0に達した場合、前記パワーモジュールの加熱を検出する温度検出器7の出力に接続されたアナログポート端子A/D1の入力電圧値により、前記MCUが前記（数１）から演算した温度T1と、前記電流検出器18の出力に接続されたアナログポート端子A/D3の入力電圧値とから、下記異常過熱の要因を分類する。

前記パワーモジュールの加熱を検出する温度検出器7の出力に接続されたアナログポート端子A/D1の入力電圧値により、前記MCUが前記（数１）から演算した温度T1がパワーモジュールの非加熱状態と判断し、かつ、前記前記アナログポート端子A/D3の入力電圧値により、前記MCUが前記交流電動機の負荷状態を軽負荷(定格電流以下)と判断した場合は、前記電力変換装置の周囲温度異常と前記デジタル操作パネル8に表示する。

前記予め設定された前記電力変換装置２１内部の温度入力値T0を、前記デジタル操作パネル８から設定する様にしても本発明の意図とするところは全く同じである。

この場合、当然過熱異常表示内容を前記デジタル操作パネル8に表示するが、電力変換装置を過熱保護停止することはなく、運転継続されている。

操作者は、このデジタル操作パネル8に表示された過熱異常表示内容を目視することにより電力変換装置２１の温度状況を即座に判断することができ、適切な処置を施すことが可能となる。

もちろん、電力変換装置２１内のパワー半導体は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を冷却フィンに熱伝導させ、冷却ファンにより冷却フィンを冷却しなければパワー半導体を過熱による熱破壊から保護することはできないため、前記サーミスタの演算温度Tが絶対超えてはならない温度Tlimに達した場合には、電力変換装置を温度過熱保護停止させる必要がある。

パワー半導体モジュール内部に設けられた温度検出器9からの出力を前記冷却フィン１４上に搭載された温度検出器7の代替として用いても、本発明の意図するところはなんら変わらない。また、サーミスタの温度特性が、温度上昇と共にその抵抗値RTが増加する特性の物であっても、本発明の意図するところになんら問題はない。

図4は、サーミスタを用いた温度異常検出方法に関わる他の実施例である。デジタル操作パネル8に表示された過熱異常表示内容を目視することにより、電力変換装置の温度状況を即座に判断することができ、適切な処置を施すことが可能となることは、図3と同様である。

デジタル操作パネル8に表示された過熱異常表示内容を常に目視することは現実的ではないため、前記デジタル操作パネル8に過熱異常表示内容を表示し、かつ、温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台16から出力できる様に構成した他の実施例である。

前記温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台16から出力する場合、電力変換装置を停止することはなく運転継続されている。すなわち、この状態は前記パワー半導体が過熱による熱破壊に至る温度レベルではないが、このまま過熱の状態が続行されると危険である旨を操作者に警告し、適切な処置を速やかに施すことを喚起するためであり、電力変換装置を過熱保護停止することはなく運転継続させている。

もちろん、電力変換装置２１内のパワー半導体は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を冷却フィン１４に熱伝導させ、冷却ファン６により冷却フィン１４を冷却しなければパワー半導体を過熱による熱破壊から保護することはできないため、前記サーミスタの演算温度Tが絶対超えてはならない温度Tlimに達した場合には、電力変換装置を温度過熱保護停止させる必要がある。

この実施例では、操作者は前記温度異常のアラーム警告信号Sig１を制御端子台16から遠隔操作盤側にて監視できるため、常時デジタル操作パネル8を監視する必要はない。操作者は、遠隔操作盤に表示された警告信号により、適切な処置を施すことが可能となる。

前記同様に、パワー半導体モジュール内部に設けられた温度検出器9からの出力を前記冷却フィン１４上に搭載された温度検出器7の代替として用いても、本発明の意図するところはなんら変わらない。また、サーミスタの温度特性が、温度上昇と共にその抵抗値RTが増加する特性の物であっても、本発明の意図するところになんら問題はない。

図5は、異常要因判別におけるフローチャート図の一実施例である。本実施例は、図2に開示した電力変換装置に冷却ファン6が装着されていない例である。

まず異常が発生した場合、温度センサ７からの過熱異常かどうかを判断し、過熱異常でなければ、電力変換装置の出力を遮断し、その異常(例えば、過電流表示など)を前記デジタル操作パネル8に表示する。

加熱異常ではない状態とは、図3に開示した前記温度検出器7から制御回路5に搭載された分圧抵抗R2によりMCUのアナログポート端子A/D1の入力電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T1を演算し、その演算温度T1と前記絶対超えてはならない温度Tlimと比較し、T1＜Tlimの場合である。

過熱異常の状態とは、図3に開示した前記温度検出器7から制御回路5に搭載された分圧抵抗R2によりMCUのアナログポート端子A/D1の入力電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T1を演算し、その演算温度T1と前記絶対超えてはならない温度Tlimと比較し、T1≧Tlimの場合である。

この状態(T1≧Tlim)で、図3に開示した前記温度検出器17から制御回路5に搭載された分圧抵抗R1によりMCUのアナログポート端子A/D2の入力電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T2を演算し、予め設定された前記電力変換装置内部の温度入力値T0と比較し、T2＜T0場合は、電力変換装置の出力を遮断し、その異常を過熱異常表示1として、例えばOH-PM(オーバーヒート要因：過負荷によるパワーモジュール過熱という意味)を前記デジタル操作パネル8に表示する。

ここで、T2≧T0場合は、前記電流検出器18の出力に接続されたアナログポート端子A/D3の入力電圧値から前記MCUが前記交流電動機の負荷状態を軽負荷(定格電流以下)と判断した場合は、前記電力変換装置の出力を遮断せず、その異常を過熱異常表示2としてOH-AMB(オーバーヒート要因：周囲温度が高いという意味)を前記デジタル操作パネル8に表示する。

さらに、前記MCUが前記交流電動機の負荷状態を重負荷(定格電流以上)と判断した場合は、前記電力変換装置の出力を遮断し、その異常を過熱異常表示1としてOH-PMを前記デジタル操作パネル8に表示する。

前記予め設定された前記電力変換装置内部の温度入力値T0を操作者が予め前記デジタル操作パネル8から任意に温度設定入力しても本発明の意図するところは変わらない。

また、前記図4の実施例は、前記OH-AMBの過熱異常表示2が前記デジタル操作パネル8に表示された場合のみ、温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台16から出力できる様に構成したものである。

図6は、異常要因判別におけるフローチャート図の他の実施例である。

本実施例は、図2に開示した電力変換装置に冷却ファン6が装着されている例である。冷却ファンに回転数を検出する検出回路を設け、冷却ファン６の回転数異常を初期回転数から例えば30%低下した時点と予め決定し、冷却ファン６の異常を検出する。

異常が発生した場合、温度センサ７からの過熱異常かどうかを判断し、過熱異常でなければ、電力変換装置の出力を遮断し、その異常に関連する異常表示(例えば、過電流表示あるいは冷却ファン異常表示など)をデジタル操作パネル8に表示する。

前記図5でのフローチャート図と同様に、加熱異常ではない状態とは、図3に開示した前記温度検出器7から制御回路5に搭載された分圧抵抗R2によりMCUのアナログポート端子A/D1の入力電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T1を演算し、その演算温度T1と前記絶対超えてはならない温度Tlimと比較し、T1＜Tlimの場合である。

過熱異常であれば、次に冷却ファンの異常かどうかを判断する。この際、冷却ファン６の異常が発生していれば、電力変換装置の出力を遮断せず、冷却ファンの回転数低下に伴う異常に関わるパワー半導体の温度過熱表示3である、例えばOH-Fan表示(オーバーヒート要因：冷却ファン6異常という意味)をデジタル操作パネル8に表示する。

また、冷却ファン６の異常が出ていなければ、前記図5と同様に、この状態で、図3に開示した前記温度検出器17から制御回路5に搭載された分圧抵抗R1によりMCUのアナログポート端子A/D2の入力電圧値に従い、MCUが前記（数１）から温度T2を演算し、予め設定された前記電力変換装置２１内部の温度入力値T0と比較し、T2＜T0場合は、電力変換装置２１の出力を遮断し、その異常を過熱異常表示1としてOH-PMを前記デジタル操作パネル8に表示する。

ここで、T2≧T0場合は、前記電流検出器18の出力に接続されたアナログポート端子A/D3の入力電圧値から前記MCUが前記交流電動機４の負荷状態を軽負荷(定格電流以下)と判断した場合は、前記電力変換装置２１の出力を遮断せず、その異常を過熱異常表示2としてOH-AMBを前記デジタル操作パネル8に表示する。さらに、前記MCUが前記交流電動機４の負荷状態を重負荷(定格電流以上)と判断した場合は、前記電力変換装置２１の出力を遮断し、その異常を過熱異常表示1としてOH-PMを前記デジタル操作パネル8に表示する。

前記予め設定された前記電力変換装置２１内部の温度入力値T0を操作者が予め前記デジタル操作パネル8から任意に温度設定入力しても本発明の意図するところは変わらない。

図7は、自立盤２２内に電力変換装置を収納した一実施例である。

本実施例は、電力変換装置を収納した自立盤２２に外気ファン20が装着され、その吸入空気口23により外気の空気を盤内に吸込む例である。

電力変換装置21が自立盤２２内に上段に4台、下段に4台設置された状態である。電力変換装置21内のパワー半導体は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を自立盤２２内から外気ファン20により排出しなければ自立盤２２内に熱が籠もり、夏場など外気温度が高い場合に、パワー半導体の温度検出器による過熱保護が動作し、電力変換装置21が突然停止する。この回避策として、外気ファン20が装着されているが、ファンは回転体であるため、ベアリングおよびグリースが使用されており有寿命品である。当然、周囲温度が高ければ、ファンの寿命は短くなり、その寿命の定義は、一般的に初期回転数に対し、例えば回転数が30%低下した時点をいう。

このため、外気ファン20の回転数は、稼働時間とともにその回転数が低下していく。回転数の低下は、そのまま排出能力に比例するため、前記損失による発熱を自立盤２２内から外気に充分排出できなくなり、自立盤２２内に熱が籠もりパワー半導体の温度検出器による過熱保護が動作し、電力変換装置が突然停止することが発生する。しかし、電力変換装置の設置環境は、産業界の業種により大幅に異なり、理想的条件に整えることは困難であり、前記外気ファン20の寿命による排出能力低下時期を正確に予測することは困難である。

すなわち、外気ファンの寿命に起因した電力変換装置の突然停止を予防保全することが必要であり、設備の重要度によりこの予防保全が強く要求される。

また、外気ファンの寿命ではないが、塵埃および綿塵などが多く含まれる設置環境においては、外気の空気を盤内に吸込むエアフィルタ付の吸入空気口23に前記塵埃および綿塵などが目詰まりし、充分な排出ができなくなり、自立盤２２内に熱が籠もりパワー半導体の温度検出器による過熱保護が動作し、電力変換装置が突然停止することも発生する。

このため、図6に示した異常要因判別におけるフローチャートを実行可能な電力変換装置21を収納することにより、自立盤２２内に特別の温度検出器を設置することなく、操作者は前記温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台16から遠隔操作盤側にて監視でき、遠隔操作盤に表示された警告信号(前記電力変換装置は出力非遮断状態)により、自立盤２２内の内部温度が異常に高くなったことを知ることができ、自立盤２２内に熱が停滞したことによる要因で、電力変換装置（インバータ）21内の主素子の温度検出器が加熱を検出して、電力変換装置が突然過熱保護停止することを未然に防止できるため、予防保守が可能となり設備の不稼動時間を大幅に短縮できる。また、過熱異常表示2としてOH-AMB(オーバーヒート要因：周囲温度が高いという意味)を前記デジタル操作パネル8で確認することもできる。

図8は、自立盤２２内に電力変換装置を収納した他の実施例である。前記図7と異なるのは、電力変換装置を収納した自立盤２２に外気ファン20が装着されていない場合である。
この場合は、前記損失による発熱が自立盤２２内に籠もり、夏場など外気温度が高い場合にパワー半導体の温度検出器による過熱保護が動作し、電力変換装置が突然停止することが発生する。

当然、外気ファンの寿命ではないが、塵埃および綿塵などが多く含まれる設置環境においては、外気の空気を盤内に吸込むエアフィルタ付の吸入空気口23に前記塵埃および綿塵などが目詰まりし、充分な排出ができなくなり、自立盤２２内に熱が籠もりパワー半導体の温度検出器による過熱保護が動作し、電力変換装置が突然停止することも発生する。

このため、図5に示した異常要因判別におけるフローチャートを実行可能な電力変換装置21を収納することにより、自立盤２２内に盤内の温度を監視する特別の温度検出器を設置することなく、操作者は前記温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台16から遠隔操作盤側にて監視でき、遠隔操作盤に表示された警告信号(前記電力変換装置は出力非遮断状態)により、自立盤２２内に特別の温度検出器を設置することなく、自立盤２２内の内部温度が異常に高くなったことを知ることができ、自立盤２２内に熱が停滞したことによる要因で、電力変換装置（インバータ）内の主素子の温度検出器が加熱を検出して、電力変換装置が突然過熱保護停止することを未然に防止できるため、予防保守が可能となり設備の不稼動時間を大幅に短縮できる。

また、過熱異常表示2としてOH-AMB(オーバーヒート要因：周囲温度が高いという意味)を前記デジタル操作パネル8で確認することもできる。

本発明によれば、自立盤２２内に特別の温度検出器を設置することなく、操作者は前記温度異常のアラーム警告信号Sig1を制御端子台16から遠隔操作盤側にて監視でき、遠隔操作盤に表示された警告信号により、自立盤２２内の内部温度が異常に高くなったことを知ることができ、自立盤２２内に熱が停滞したことによる要因で、電力変換装置（インバータ）内の主素子の温度検出器が加熱を検出して、電力変換装置が突然過熱保護停止することを未然に防止できるため、保守の時間を短縮でき、ひいては設備の不稼動時間を大幅に短縮できると言う効果がある。

１…順変換器、２…平滑用コンデンサ、３…逆変換器、４…交流電動機、５…制御回路、６…冷却ファン、７…温度検出器、８…デジタル操作パネル、９…パワー半導体の内部に搭載された温度検出器、１０…ドライブ回路、１１…パワー半導体モジュール、１２…主回路基板、１３…順変換器と逆変換器と温度検出器が一個のモジュール内に搭載された複合モジュール、１４…冷却フィン、１５…樹脂モールドケース、１６…制御端子台、１７…電力変換装置筐体内部に設けた温度検出器、１８…電流検出器、１９…増幅器、２０…外気ファン、２１…電力変換装置、２２…自立盤、２３…エアフィルタ付の吸入空気口、ＭＣＵ…マイクロプロセッサ、ＰＭ…パワー半導体モジュール、Ａ／Ｄ…ＭＣＵのアナログポート、ＰＨＣ…フォトカプラ、ＲＴ…サーミスタの温度Ｔにおける抵抗値、Ｒ１…抵抗、Ｒ２…抵抗、５Ｖ…直流電圧、Ｔ…サーミスタの温度（検出温度、演算温度）、Ｔｌｉｍ…パワー半導体を熱破壊から保護するためのサーミスタの温度、ΔＴ１…温度検出器７の検出温度上昇値、Ｔａｍ…電力変換装置の仕様最大周囲温度

Claims

交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換するパワー半導体からなる順変換器と、
この順変換器の直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
前記順変換器の直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体からなる逆変換器と、
電流を検出する電流検出手段と、
前記パワー半導体が搭載された冷却フィンと、
前記冷却フィン上に設けられた温度検出器と、
各種制御データを設定、変更、異常状態およびモニタ表示が行えるデジタル操作パネルと、
を備える可変電圧可変周波数の交流電力を出力し交流電動機を速度制御する電力変換装置において、
予め設定された前記電力変換装置内部の温度設定値と前記冷却フィン上に設けた温度検出器の検出温度1と前記電力変換装置筐体内部に設けた温度検出器の検出温度2と前記電流検出器の検出値とから前記電力変換装置の温度過熱の要因判別を行なうことを特徴とする電力変換装置。
交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換するパワー半導体からなる順変換器と、
この順変換器の直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
前記順変換器の直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体からなる逆変換器と、
電流を検出する電流検出手段と、
前記パワー半導体が搭載された冷却フィンと、
前記パワー半導体内部に設けられた温度検出器と、
前記冷却フィンに搭載されたパワー半導体を冷却するための冷却ファンと、
各種制御データを設定、変更、異常状態およびモニタ表示が行えるデジタル操作パネルと、
を備える可変電圧可変周波数の交流電力を出力し交流電動機を速度制御する電力変換装置において、
予め設定された前記電力変換装置内部の温度設定値と前記冷却フィン上に設けた温度検出器の検出温度1と前記電力変換装置筐体内部に設けた温度検出器の検出温度2と前記電流検出器の検出値とから前記電力変換装置の温度過熱の要因判別を行なうことを特徴とする電力変換装置。
前記デジタル操作パネルから前記電力変換装置内部に設けた温度検出器の検出温度2の温度設定値を任意に入力設定できることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
前記温度検出器の検出温度１を前記パワー半導体内部に設けられた温度検出器の検出温度を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記温度検出器が温度に比例した抵抗値を示すサーミスタで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記電力変換装置の温度過熱の要因が前記電力変換装置の周囲温度異常と判定された場合、前記電力変換装置の出力を遮断せずに警報信号を出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。