JP2767965B2 - 電力変換装置及びインバータ装置 - Google Patents
電力変換装置及びインバータ装置Info
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- JP2767965B2 JP2767965B2 JP2060321A JP6032190A JP2767965B2 JP 2767965 B2 JP2767965 B2 JP 2767965B2 JP 2060321 A JP2060321 A JP 2060321A JP 6032190 A JP6032190 A JP 6032190A JP 2767965 B2 JP2767965 B2 JP 2767965B2
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- semiconductor switching
- switching element
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- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電動機等の速度制御等に用いられる電力
変換装置およびインバータ装置に関するものである。
変換装置およびインバータ装置に関するものである。
［従来の技術］ インバータ装置は周知のように、インバータ主回路に
整流素子、平滑コンデンサ、半導体スイッチング素子を
備えている。このインバータ主回路の点検は、インバー
タの定期点検時に整流素子や半導体スイッチング素子の
場合には各端子間の抵抗値をチェックすることで、また
平滑コンデンサの場合には静電容量を測定することで行
われ、これによりそれぞれ異常の有無が判定され、これ
に基づき部品交換等適当な処置が施されてきた。
整流素子、平滑コンデンサ、半導体スイッチング素子を
備えている。このインバータ主回路の点検は、インバー
タの定期点検時に整流素子や半導体スイッチング素子の
場合には各端子間の抵抗値をチェックすることで、また
平滑コンデンサの場合には静電容量を測定することで行
われ、これによりそれぞれ異常の有無が判定され、これ
に基づき部品交換等適当な処置が施されてきた。
［発明が解決しようとする課題］ インバータ主回路の整流素子、平滑コンデンサ、半導
体スイッチング素子等の部品の寿命は、周囲温度と使用
条件により大きく左右される。従って、これらの部品の
劣化は或る時期より急速に進むことが多く、従来のよう
な定期点検では部品の異常を発見できず、インバータ装
置の故障にまで至ってしまう場合がある。また整流素子
や半導体スイッチング素子の場合は、各端子間の抵抗値
をチェックするだけでは異常や故障の判定はできないこ
とが多い。
体スイッチング素子等の部品の寿命は、周囲温度と使用
条件により大きく左右される。従って、これらの部品の
劣化は或る時期より急速に進むことが多く、従来のよう
な定期点検では部品の異常を発見できず、インバータ装
置の故障にまで至ってしまう場合がある。また整流素子
や半導体スイッチング素子の場合は、各端子間の抵抗値
をチェックするだけでは異常や故障の判定はできないこ
とが多い。
この発明にかかる従来の課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、信頼性が高く使い
やすい電力変換装置を得ることであり、信頼性が高く使
いやすいインバータ装置を得ることである。
たもので、その目的とするところは、信頼性が高く使い
やすい電力変換装置を得ることであり、信頼性が高く使
いやすいインバータ装置を得ることである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る電力変換装置は、回路内に通電を行な
う部品である整流素子、半導体スイッチング素子の少な
くとも一つを配置し、電力を変換する電力変換回路と、
通電を行なう部品の温度を検出する温度検知手段と、温
度検知手段により検出した部品の温度の最大値と最小値
と、最大値と最小値の繰り返しの回数により基準温度差
の時の熱疲労サイクル回数に換算し、これを積算して通
電の履歴を演算する部品通電履歴演算手段と、部品通電
履歴演算手段で演算された履歴の状態があらかじめ定め
られた状態に達したか否かを比較し、達した場合には部
品の通電による疲労または劣化の程度が部品の寿命に達
したと判定する部品寿命判定手段とを備えたものであ
る。
う部品である整流素子、半導体スイッチング素子の少な
くとも一つを配置し、電力を変換する電力変換回路と、
通電を行なう部品の温度を検出する温度検知手段と、温
度検知手段により検出した部品の温度の最大値と最小値
と、最大値と最小値の繰り返しの回数により基準温度差
の時の熱疲労サイクル回数に換算し、これを積算して通
電の履歴を演算する部品通電履歴演算手段と、部品通電
履歴演算手段で演算された履歴の状態があらかじめ定め
られた状態に達したか否かを比較し、達した場合には部
品の通電による疲労または劣化の程度が部品の寿命に達
したと判定する部品寿命判定手段とを備えたものであ
る。
またこの発明に係るインバータ装置は、インバータ主
回路の整流素子、または半導体スイッチング素子のジャ
ンクション温度を、電流入力手段により入力した電流値
及び放熱フィン温度入力手段により入力した放熱フィン
温度により整流素子温度推定手段または半導体スイッチ
ング素子温度推定手段により推定し、この推定したジャ
ンクション温度に基づき整流素子または半導体スイッチ
ング素子の疲労の程度を、整流素子運転履歴演算手段ま
たは半導体スイッチング素子運転履歴演算手段により、
推定したジャンクション温度の最大値と最小値と、最大
値と最小値の繰り返しの回数により基準温度差の時の熱
疲労サイクル回数に換算し、これを積算することにより
推定するようにしたものである。
回路の整流素子、または半導体スイッチング素子のジャ
ンクション温度を、電流入力手段により入力した電流値
及び放熱フィン温度入力手段により入力した放熱フィン
温度により整流素子温度推定手段または半導体スイッチ
ング素子温度推定手段により推定し、この推定したジャ
ンクション温度に基づき整流素子または半導体スイッチ
ング素子の疲労の程度を、整流素子運転履歴演算手段ま
たは半導体スイッチング素子運転履歴演算手段により、
推定したジャンクション温度の最大値と最小値と、最大
値と最小値の繰り返しの回数により基準温度差の時の熱
疲労サイクル回数に換算し、これを積算することにより
推定するようにしたものである。
またこの発明に係るインバータ装置は、インバータ主
回路の平滑コンデンサの劣化の程度を、電流入力手段に
よる電流値より推定した平滑コンデンサのリップル電流
と、このリップル電流と平滑コンデンサ周囲温度の入力
手段により求めた温度から基準温度の運転時間に換算
し、これを積算する平滑コンデンサ運転履歴演算手段を
備えたものである。
回路の平滑コンデンサの劣化の程度を、電流入力手段に
よる電流値より推定した平滑コンデンサのリップル電流
と、このリップル電流と平滑コンデンサ周囲温度の入力
手段により求めた温度から基準温度の運転時間に換算
し、これを積算する平滑コンデンサ運転履歴演算手段を
備えたものである。
またこの発明に係るインバータ装置は、推定された疲
労または劣化の程度が、あらかじめ定められた状態に達
したか否かを比較し、達した場合には推定された疲労ま
たは劣化の程度が部品の寿命に達したと判定する部品寿
命判定手段と、劣化した当該部品を報知する表示手段を
備えたものである。
労または劣化の程度が、あらかじめ定められた状態に達
したか否かを比較し、達した場合には推定された疲労ま
たは劣化の程度が部品の寿命に達したと判定する部品寿
命判定手段と、劣化した当該部品を報知する表示手段を
備えたものである。
［作用］ この発明は、電力変換回路内の通電を行なう部品であ
る整流素子、半導体スイッチング素子の少なくとも一つ
にたいし、部品の温度の最大値、最小値、その繰り返し
の回数により基準温度差の時の熱疲労サイクル回数に換
算し、これを積算して通電の履歴を演算し、演算された
履歴の状態があらかじめ定められた状態に達したか否か
を比較し、達した場合には部品の通電による疲労または
劣化の程度が部品の寿命に達したと判定する。
る整流素子、半導体スイッチング素子の少なくとも一つ
にたいし、部品の温度の最大値、最小値、その繰り返し
の回数により基準温度差の時の熱疲労サイクル回数に換
算し、これを積算して通電の履歴を演算し、演算された
履歴の状態があらかじめ定められた状態に達したか否か
を比較し、達した場合には部品の通電による疲労または
劣化の程度が部品の寿命に達したと判定する。
またこの発明は、インバータ主回路の整流素子、また
は半導体スイッチング素子のジャンクション温度を、電
流入力手段により入力した電流値及び放熱フィン温度入
力手段により入力した放熱フィン温度により整流素子温
度推定手段または半導体スイッチング素子温度推定手段
により推定し、この推定したジャンクション温度に基づ
き整流素子または半導体スイッチング素子の疲労の程度
を、整流素子運転履歴演算手段または半導体スイッチン
グ素子運転履歴演算手段により、推定したジャンクショ
ン温度の最大値、最小値、その繰り返しの回数により基
準温度差の時の熱疲労サイクル回数に換算し、これを積
算することにより推定し、整流素子または半導体スイッ
チング素子の熱疲労を把握できる。
は半導体スイッチング素子のジャンクション温度を、電
流入力手段により入力した電流値及び放熱フィン温度入
力手段により入力した放熱フィン温度により整流素子温
度推定手段または半導体スイッチング素子温度推定手段
により推定し、この推定したジャンクション温度に基づ
き整流素子または半導体スイッチング素子の疲労の程度
を、整流素子運転履歴演算手段または半導体スイッチン
グ素子運転履歴演算手段により、推定したジャンクショ
ン温度の最大値、最小値、その繰り返しの回数により基
準温度差の時の熱疲労サイクル回数に換算し、これを積
算することにより推定し、整流素子または半導体スイッ
チング素子の熱疲労を把握できる。
またこの発明は、インバータ主回路の平滑コンデンサ
の劣化の程度を平滑コンデンサ運転履歴演算手段によ
り、電流入力手段による電流値より平滑コンデンサのリ
ップル電流を推定し、このリップル電流と平滑コンデン
サ周囲温度の入力手段により求めた温度から基準温度の
運転時間に換算し、これを積算して推定し、平滑コンデ
ンサの熱疲労を故障する前につかむことができる。
の劣化の程度を平滑コンデンサ運転履歴演算手段によ
り、電流入力手段による電流値より平滑コンデンサのリ
ップル電流を推定し、このリップル電流と平滑コンデン
サ周囲温度の入力手段により求めた温度から基準温度の
運転時間に換算し、これを積算して推定し、平滑コンデ
ンサの熱疲労を故障する前につかむことができる。
またこの発明は、推定された疲労または劣化の程度
が、あらかじめ定められた状態に達したか否かを比較
し、達した場合には推定された疲労または劣化の程度が
部品の寿命に達したと判定し、報知するので、事前に部
品の取り替えが可能になる。
が、あらかじめ定められた状態に達したか否かを比較
し、達した場合には推定された疲労または劣化の程度が
部品の寿命に達したと判定し、報知するので、事前に部
品の取り替えが可能になる。
［実施例］ 第１図から第８図までの各図はいずれもこの発明の一
実施例を示し、その第１図はインバータ装置の回路構成
図である。同図において、１は整流素子、２は平滑コン
デンサ、３は半導体スイッチング素子で、これらにより
インバータ装置の主回路が構成されている。半導体スイ
ッチング素子３は、例えばトランジスタ４と還流ダイオ
ード５とをそれぞれ逆並列に接続してなる６本のアーム
から３相形に構成され、負荷の誘導電動機６を可変速運
転させることができる。７は電流検出回路で、インバー
タ装置の直流電源ラインに例えばボール素子により構成
した電流検出部材7aを設けてなり、主回路の電流を検出
する。10は整流素子１及び半導体スイッチング素子３を
冷却する放熱フィン11の温度を検出する温度検出素子
Ｉ、12は平滑コンデンサ２の周囲温度を検出する温度検
出素子IIで、それぞれ例えばサーミスタなどの感熱素子
により構成されている。
実施例を示し、その第１図はインバータ装置の回路構成
図である。同図において、１は整流素子、２は平滑コン
デンサ、３は半導体スイッチング素子で、これらにより
インバータ装置の主回路が構成されている。半導体スイ
ッチング素子３は、例えばトランジスタ４と還流ダイオ
ード５とをそれぞれ逆並列に接続してなる６本のアーム
から３相形に構成され、負荷の誘導電動機６を可変速運
転させることができる。７は電流検出回路で、インバー
タ装置の直流電源ラインに例えばボール素子により構成
した電流検出部材7aを設けてなり、主回路の電流を検出
する。10は整流素子１及び半導体スイッチング素子３を
冷却する放熱フィン11の温度を検出する温度検出素子
Ｉ、12は平滑コンデンサ２の周囲温度を検出する温度検
出素子IIで、それぞれ例えばサーミスタなどの感熱素子
により構成されている。
８はマイクロコンピュータ（以下マイコンと略称す
る）を含む制御回路で、半導体スイッチング素子３を駆
動するベースドライブ回路９へ信号を送り、半導体スイ
ッチング素子３を制御し、誘導電動機６を可変速運転さ
せるとともに、電流検出回路７により主回路に流れる電
流値を入力し、また温度検出素子I10により放熱フィン1
1の温度を、温度検出素子II12により平滑コンデンサの
周囲温度をそれぞれ入力する。13は表示手段で、例えば
LEDにより構成され、インバータ装置の運転状態（例え
ば運転周波数など）を表示するとともに、寿命に達し交
換を要する部品があればそれを表示する。14は停電時で
も記憶されたデータが消失することのないように、例え
ばEEPROMで構成された不揮発性の記憶回路である。
る）を含む制御回路で、半導体スイッチング素子３を駆
動するベースドライブ回路９へ信号を送り、半導体スイ
ッチング素子３を制御し、誘導電動機６を可変速運転さ
せるとともに、電流検出回路７により主回路に流れる電
流値を入力し、また温度検出素子I10により放熱フィン1
1の温度を、温度検出素子II12により平滑コンデンサの
周囲温度をそれぞれ入力する。13は表示手段で、例えば
LEDにより構成され、インバータ装置の運転状態（例え
ば運転周波数など）を表示するとともに、寿命に達し交
換を要する部品があればそれを表示する。14は停電時で
も記憶されたデータが消失することのないように、例え
ばEEPROMで構成された不揮発性の記憶回路である。
第２図は制御回路８のマイコンに内蔵されたプログラ
ムの寿命推定手段の構成図で、同図における23は整流素
子温度推定手段である。これは電流検出回路７より電流
入力手段20によって入力した電流値Ｉと、温度検出素子
I10より放熱フィン温度入力手段21によって入力した放
熱フィン11の温度THsより整流素子１のジャンクション
温度TDjを推定する。24は半導体スイッチング素子温度
推定手段で、電流値Ｉと温度THsより半導体スイッチン
グ素子３のジャンクション温度TDjを推定する。26は整
流素子運転履歴演算手段、27は半導体スイッチング素子
運転履歴演算手段、28は平滑コンデンサ運転履歴演算手
段で、それぞれ整流素子１、半導体スイッチング素子
３、平滑コンデンサ２の消耗の度合いを演算する。25は
運転履歴記憶手段で、整流素子運転履歴演算手段26、半
導体スイッチング素子運転履歴演算手段27、平滑コンデ
ンサ運転履歴演算手段28で換算した結果を、例えば停電
等の時でも消失することのないように記憶する。即ち、
停電を検出したときには所定時間毎に演算した結果を記
憶回路14に転送し、逆に通電時にはマイコンに記憶内容
を復帰させる。29は整流素子１が寿命に達したか否かを
判定する整流素子寿命判定手段、30は半導体スイッチン
グ素子３が寿命に達したか否かを判定する半導体スイッ
チング素子寿命判定手段、31は平滑コンデンサ２が寿命
に達したか否かを判定する平滑コンデンサ寿命判定手段
で、それぞれ整流素子運転履歴演算手段26、半導体スイ
ッチング素子運転履歴演算手段27、平滑コンデンサ運転
履歴演算手段28で得られた結果と所定値との比較によ
り、整流素子１、半導体スイッチング素子３、平滑コン
デンサ２が寿命に達したかどうかを判定する。整流素子
寿命判定手段29、半導体スイッチング素子寿命判定手段
30、平滑コンデンサ寿命判定手段31の出力は、表示手段
13に入力され、表示手段13は寿命に達した当該部品を表
示する。
ムの寿命推定手段の構成図で、同図における23は整流素
子温度推定手段である。これは電流検出回路７より電流
入力手段20によって入力した電流値Ｉと、温度検出素子
I10より放熱フィン温度入力手段21によって入力した放
熱フィン11の温度THsより整流素子１のジャンクション
温度TDjを推定する。24は半導体スイッチング素子温度
推定手段で、電流値Ｉと温度THsより半導体スイッチン
グ素子３のジャンクション温度TDjを推定する。26は整
流素子運転履歴演算手段、27は半導体スイッチング素子
運転履歴演算手段、28は平滑コンデンサ運転履歴演算手
段で、それぞれ整流素子１、半導体スイッチング素子
３、平滑コンデンサ２の消耗の度合いを演算する。25は
運転履歴記憶手段で、整流素子運転履歴演算手段26、半
導体スイッチング素子運転履歴演算手段27、平滑コンデ
ンサ運転履歴演算手段28で換算した結果を、例えば停電
等の時でも消失することのないように記憶する。即ち、
停電を検出したときには所定時間毎に演算した結果を記
憶回路14に転送し、逆に通電時にはマイコンに記憶内容
を復帰させる。29は整流素子１が寿命に達したか否かを
判定する整流素子寿命判定手段、30は半導体スイッチン
グ素子３が寿命に達したか否かを判定する半導体スイッ
チング素子寿命判定手段、31は平滑コンデンサ２が寿命
に達したか否かを判定する平滑コンデンサ寿命判定手段
で、それぞれ整流素子運転履歴演算手段26、半導体スイ
ッチング素子運転履歴演算手段27、平滑コンデンサ運転
履歴演算手段28で得られた結果と所定値との比較によ
り、整流素子１、半導体スイッチング素子３、平滑コン
デンサ２が寿命に達したかどうかを判定する。整流素子
寿命判定手段29、半導体スイッチング素子寿命判定手段
30、平滑コンデンサ寿命判定手段31の出力は、表示手段
13に入力され、表示手段13は寿命に達した当該部品を表
示する。
次に、動作について第３図と第４図のフローチャート
及び第５図と第６図の各説明図により説明する。始めに
整流素子１の寿命の判定について説明すると、整流素子
１等の半導体素子は、素子に流れる電流による自己発熱
による熱疲労により劣化し、素子の割れやダイボンドの
割れ等が発生するため、所定の寿命があることが知られ
ている。この寿命は、後述するように半導体材料やその
構造が一定であれば自己発熱等による繰り返し回数とそ
の温度差により推定できる。従って、この寿命を判定す
るためには整流素子１のジャンクション温度を知る必要
がある。整流素子１のジャンクション温度TDjは、電流
値Ｉ、放熱フィン11の温度THsにより整流素子温度推定
手段23により次の計算式に基づいて推定する。
及び第５図と第６図の各説明図により説明する。始めに
整流素子１の寿命の判定について説明すると、整流素子
１等の半導体素子は、素子に流れる電流による自己発熱
による熱疲労により劣化し、素子の割れやダイボンドの
割れ等が発生するため、所定の寿命があることが知られ
ている。この寿命は、後述するように半導体材料やその
構造が一定であれば自己発熱等による繰り返し回数とそ
の温度差により推定できる。従って、この寿命を判定す
るためには整流素子１のジャンクション温度を知る必要
がある。整流素子１のジャンクション温度TDjは、電流
値Ｉ、放熱フィン11の温度THsにより整流素子温度推定
手段23により次の計算式に基づいて推定する。
TDj＝TDj−ｃ＋THs ここでTDj−ｃは整流素子１のジャンクションとケー
ス間の温度差、THsは放熱フィン11の温度、ΘDj−ｃは
整流素子１のジャンクションとケース間の熱抵抗、PDは
整流素子１の損失、VDは整流素子１の順方向電圧、IDは
整流素子１の推定電流、Ｉは検出電流である。またID＝
Ｉ・定数、PD＝ID・VD、TDj−ｃ＝ΘDj−ｃ−ｃ・PDで
ある。
ス間の温度差、THsは放熱フィン11の温度、ΘDj−ｃは
整流素子１のジャンクションとケース間の熱抵抗、PDは
整流素子１の損失、VDは整流素子１の順方向電圧、IDは
整流素子１の推定電流、Ｉは検出電流である。またID＝
Ｉ・定数、PD＝ID・VD、TDj−ｃ＝ΘDj−ｃ−ｃ・PDで
ある。
一方、整流素子１のジャンクション温度TDjは、イン
バータ装置の運転、停止により時間とともに変化する。
その様子を横軸に時間ｔを、縦軸にジャンクション温度
TDjをとった第５図に示した。図より、インバータ装置
が運転しているときは、TDjが上昇し、停止していると
きはTDjが下降する。つまり、インバータ装置が運転し
たときTDju1に達し、運転を停止したときにTDjL1に達
し、以下TDju2、TDjL2・・・と繰り返す。
バータ装置の運転、停止により時間とともに変化する。
その様子を横軸に時間ｔを、縦軸にジャンクション温度
TDjをとった第５図に示した。図より、インバータ装置
が運転しているときは、TDjが上昇し、停止していると
きはTDjが下降する。つまり、インバータ装置が運転し
たときTDju1に達し、運転を停止したときにTDjL1に達
し、以下TDju2、TDjL2・・・と繰り返す。
このように変化するTDjを上記整流素子温度推定手段2
3により常に監視することによりその温度差△Tjを求め
これにより寿命を推定する。
3により常に監視することによりその温度差△Tjを求め
これにより寿命を推定する。
また半導体素子の熱疲労による寿命は、下記の式にて
推定できることが知られている。
推定できることが知られている。
ｎ1/2×Ｄ×△Ｔ＝Ｃ ここで、ｎはサイクル寿命、Ｄは半田接合部の一辺の
長さ、△Ｔは温度差、Ｃは定数である。上式より、Ｄ、
Ｃ半導体の機種により決まる固有値であるので、ｋ＝
（C/D）２とすると、上式はｎ＝ｋ・△T-2となる。
長さ、△Ｔは温度差、Ｃは定数である。上式より、Ｄ、
Ｃ半導体の機種により決まる固有値であるので、ｋ＝
（C/D）２とすると、上式はｎ＝ｋ・△T-2となる。
この実施例では、上式を用いて整流素子１が寿命に達
したかどうかを判定するが、温度差△Ｔは使用方法、運
転時間等により異なり常に一定値とは限らない。従っ
て、過去の運転により整流素子１がどの程度熱疲労を受
けたか、つまり過去の運転履歴を記憶する必要がある。
これを整流素子運転履歴演算手段26で行っている。この
整流素子運転履歴演算手段26のプログラムの内容を第３
図のフローチャートにより示した。即ち、半サイクルの
熱疲労を基準温度差△TDjsのときの熱疲労サイクル回数
に換算し、それを積算するようにしている。つまり、△
nD＝（△TDj/△TDjs）２・1/2により計算した△nDを積
算する。第３図のフローチヤートにより説明すると、ス
テップ40で整流素子１のジャンクション温度TDjが最大
または最小に達したかを判断する。つまり、第５図のTD
juかTDjLの位置かどうかを判定する。この時、TDjが最
大または最小でなかったらプログラムを終了する。最大
ならばステップ41に進み、 △TDj＝TDju−TDjL により△TDjを計算する。ステップ42では前述した計算
式により、△nDを算出し、ステップ43で過去の△nDを積
算値nDpに△nDを加えプログラムを終了する。ただし、
このプログラムはメインプログラムのタスクとして常に
繰り返して実行される。このようにして積算したnDpに
より整流素子寿命判定手段29により、nDpが予め設定し
た所定値以上になり、寿命に達したかどうか判定し、寿
命に達した場合は表示手段13により整流素子１が寿命で
あることを表示する。
したかどうかを判定するが、温度差△Ｔは使用方法、運
転時間等により異なり常に一定値とは限らない。従っ
て、過去の運転により整流素子１がどの程度熱疲労を受
けたか、つまり過去の運転履歴を記憶する必要がある。
これを整流素子運転履歴演算手段26で行っている。この
整流素子運転履歴演算手段26のプログラムの内容を第３
図のフローチャートにより示した。即ち、半サイクルの
熱疲労を基準温度差△TDjsのときの熱疲労サイクル回数
に換算し、それを積算するようにしている。つまり、△
nD＝（△TDj/△TDjs）２・1/2により計算した△nDを積
算する。第３図のフローチヤートにより説明すると、ス
テップ40で整流素子１のジャンクション温度TDjが最大
または最小に達したかを判断する。つまり、第５図のTD
juかTDjLの位置かどうかを判定する。この時、TDjが最
大または最小でなかったらプログラムを終了する。最大
ならばステップ41に進み、 △TDj＝TDju−TDjL により△TDjを計算する。ステップ42では前述した計算
式により、△nDを算出し、ステップ43で過去の△nDを積
算値nDpに△nDを加えプログラムを終了する。ただし、
このプログラムはメインプログラムのタスクとして常に
繰り返して実行される。このようにして積算したnDpに
より整流素子寿命判定手段29により、nDpが予め設定し
た所定値以上になり、寿命に達したかどうか判定し、寿
命に達した場合は表示手段13により整流素子１が寿命で
あることを表示する。
例えば、温度の最小値が20℃、最大値が100℃、基準
温度差110℃とすると、最大値に達した時の基準温度差
の時の熱疲労サイクル回数は、 ΔnD＝（△TDj/△TDjs）２・1/2 ＝（（100−20）/110）２・1/2 ＝0.2645 となる。つまり温度差80℃（ΔTDj）の時のサイクル回
数0.5（温度が最小値から最大値に上がった半サイクル
のため）は基準温度差110℃（ΔTDjs）の時のサイクル
回数（ΔnD）では0.2645回となる。このように計算され
た基準温度差の時の疲労サイクル回数を加算していき、
その加算値（nDp）が所定値（例えば5000回）に達した
場合は表示手段13により寿命であることを表示する。
温度差110℃とすると、最大値に達した時の基準温度差
の時の熱疲労サイクル回数は、 ΔnD＝（△TDj/△TDjs）２・1/2 ＝（（100−20）/110）２・1/2 ＝0.2645 となる。つまり温度差80℃（ΔTDj）の時のサイクル回
数0.5（温度が最小値から最大値に上がった半サイクル
のため）は基準温度差110℃（ΔTDjs）の時のサイクル
回数（ΔnD）では0.2645回となる。このように計算され
た基準温度差の時の疲労サイクル回数を加算していき、
その加算値（nDp）が所定値（例えば5000回）に達した
場合は表示手段13により寿命であることを表示する。
次に半導体スイッチング素子３の寿命の判定について
説明する。
説明する。
半導体スイッチング素子３も整流素子１と同様に熱疲
労により劣化し所定の寿命があり、整流素子１と同様な
仕方でその寿命を判定することができるが、半導体スイ
ッチング素子温度推定手段24は前述の整流素子温度推定
手段23と異なっている。ここではこの半導体スイッチン
グ素子温度推定手段24について説明し、半導体スイッチ
ング素子運転履歴演算手段27、半導体スイッチング素子
寿命判定手段30については整流素子１の場合と同様であ
るのでその説明を省略する。
労により劣化し所定の寿命があり、整流素子１と同様な
仕方でその寿命を判定することができるが、半導体スイ
ッチング素子温度推定手段24は前述の整流素子温度推定
手段23と異なっている。ここではこの半導体スイッチン
グ素子温度推定手段24について説明し、半導体スイッチ
ング素子運転履歴演算手段27、半導体スイッチング素子
寿命判定手段30については整流素子１の場合と同様であ
るのでその説明を省略する。
半導体スイッチング素子３のジャンクション温度Ttj
は、電流値Ｉ、放熱フィン11の温度THsにより半導体ス
イッチング素子温度推定手段24にて次の計算式により推
定する。
は、電流値Ｉ、放熱フィン11の温度THsにより半導体ス
イッチング素子温度推定手段24にて次の計算式により推
定する。
Ttj＝Ttj−ｃ＋THs ここで、Ttj−ｃは半導体スイッチング素子３のジャ
ンクションとケース間の温度差、THsは放熱フィン11の
温度、Θtj−ｃは半導体スイッチング素子３のジャンク
ションとケース間の熱抵抗、PTは半導体スイッチング素
子３の損失、VTは半導体スイッチング素子３のON電圧、
ITは半導体スイッチング素子３の推定電流、Ｉは検出電
流、PTswは半導体スイッチング素子３のスイッチング損
失である。またIT＝Ｉ・定数、PT＝IT・VT＋Ptsw、Ttj
−ｃ＝ΘΓtj・PTである。
ンクションとケース間の温度差、THsは放熱フィン11の
温度、Θtj−ｃは半導体スイッチング素子３のジャンク
ションとケース間の熱抵抗、PTは半導体スイッチング素
子３の損失、VTは半導体スイッチング素子３のON電圧、
ITは半導体スイッチング素子３の推定電流、Ｉは検出電
流、PTswは半導体スイッチング素子３のスイッチング損
失である。またIT＝Ｉ・定数、PT＝IT・VT＋Ptsw、Ttj
−ｃ＝ΘΓtj・PTである。
次に、平滑コンデンサ２の寿命の判定について説明す
る。
る。
インバータ装置の平滑コンデンサ２には、アルミニウ
ム電解コンデンサが一般に使われている。このアルミニ
ウム電解コンデンサ（以下電解コンデンサという）は電
気化学的な作用を基に構成された部品であり、通常液体
である電解液を用いていることから、電解液の消費や外
部への飛散により特性が劣化し、寿命に至る。電解コン
デンサの寿命に影響を与える主な要因は、温度とリップ
ル電流であり、寿命とこれらの関係は次式となることが
知られている。
ム電解コンデンサが一般に使われている。このアルミニ
ウム電解コンデンサ（以下電解コンデンサという）は電
気化学的な作用を基に構成された部品であり、通常液体
である電解液を用いていることから、電解液の消費や外
部への飛散により特性が劣化し、寿命に至る。電解コン
デンサの寿命に影響を与える主な要因は、温度とリップ
ル電流であり、寿命とこれらの関係は次式となることが
知られている。
ここで、ｔは温度Ｔのときの寿命時間、tsは温度Tsの
ときの寿命時間、Ｂはリップル電流による加速係数で、
このＢは電解コンデンサの種類により決定される係数
で、リップル電流の関数である。第６図は上記Ｂとリッ
プル電流の関係を示した一例で、横軸はリップル電流Ir
と定格リップル電流Irsの比の２乗（Ir/Irs）２で示
し、縦軸はＢの値をLOG目盛りで表してある。
ときの寿命時間、Ｂはリップル電流による加速係数で、
このＢは電解コンデンサの種類により決定される係数
で、リップル電流の関数である。第６図は上記Ｂとリッ
プル電流の関係を示した一例で、横軸はリップル電流Ir
と定格リップル電流Irsの比の２乗（Ir/Irs）２で示
し、縦軸はＢの値をLOG目盛りで表してある。
この実施例の平滑コンデンサ２も電解コンデンサであ
り、平滑コンデンサ２の寿命は、上記計算式により計算
できる。この計算式の中でリップル電流Irは、インバー
タ装置の電流値Ｉと強い相関があり、 Ir＝Ｉ・定数により得られる。
り、平滑コンデンサ２の寿命は、上記計算式により計算
できる。この計算式の中でリップル電流Irは、インバー
タ装置の電流値Ｉと強い相関があり、 Ir＝Ｉ・定数により得られる。
しかし、平滑コンデンサ２は、一定の周囲温度Ｔ、リ
ップル電流Irで使用されることはないので、整流素子１
等の場合のように過去どれ程劣化したかの運転履歴を記
憶しておく必要がある。これを行っているのが平滑コン
デンサ運転履歴演算手段28であり、そのプログラム内容
を第４図のフローチャートで示した。このプログラムは
所定時間△ｔ毎にメインプログラムのタスクとして実行
され、△ｔを前記電解コンデンサの寿命計算式を変形し
た次式により基準温度tsのときの運転時間△tpに換算
し、それを積算するようにしている。
ップル電流Irで使用されることはないので、整流素子１
等の場合のように過去どれ程劣化したかの運転履歴を記
憶しておく必要がある。これを行っているのが平滑コン
デンサ運転履歴演算手段28であり、そのプログラム内容
を第４図のフローチャートで示した。このプログラムは
所定時間△ｔ毎にメインプログラムのタスクとして実行
され、△ｔを前記電解コンデンサの寿命計算式を変形し
た次式により基準温度tsのときの運転時間△tpに換算
し、それを積算するようにしている。
第４図のフローチャートにより説明すると、ステップ
44によりＢを計算する。ＢはIrをＩより求めそのＩによ
り第６図に示すような関係をプログラムにて得るように
構成し求める。ステップ45で上式により△tpを計算す
る。ここでＴは平滑コンデンサ周囲温度入力手段22によ
り得られた値を用いる、ステップ46では過去の△tpの積
算値tpに△tpを加えプログラムを終了する。このように
して、積算したtpにより、平滑コンデンサ寿命判定手段
31により、tpが予め設定した所定値以上になって寿命に
達したかどうかを判定し、寿命に達した場合には表示手
段13により平滑コンデンサ２が寿命であることを表示す
る。
44によりＢを計算する。ＢはIrをＩより求めそのＩによ
り第６図に示すような関係をプログラムにて得るように
構成し求める。ステップ45で上式により△tpを計算す
る。ここでＴは平滑コンデンサ周囲温度入力手段22によ
り得られた値を用いる、ステップ46では過去の△tpの積
算値tpに△tpを加えプログラムを終了する。このように
して、積算したtpにより、平滑コンデンサ寿命判定手段
31により、tpが予め設定した所定値以上になって寿命に
達したかどうかを判定し、寿命に達した場合には表示手
段13により平滑コンデンサ２が寿命であることを表示す
る。
以上説明した中で、表示手段13によりどの部品が故障
したのかを識別できるように表示しなければならない
が、これは各部品に番号をつけて番号表示するようにす
るとか、絵表示で表すとか、音声によるとか、インバー
タ装置にホストコンピュータを標準インターフェイス、
例えばRS−232C等により接続しホストコンピュータの端
末にて表示する等種々の方法がある。
したのかを識別できるように表示しなければならない
が、これは各部品に番号をつけて番号表示するようにす
るとか、絵表示で表すとか、音声によるとか、インバー
タ装置にホストコンピュータを標準インターフェイス、
例えばRS−232C等により接続しホストコンピュータの端
末にて表示する等種々の方法がある。
次に第７図により本発明の他の実施例を説明する。第
７図は制御回路８のマイコンに内蔵されたプログラムの
寿命推定手段の構成図である。この実施例では、平滑コ
ンデンサ２の温度を平滑コンデンサ周囲温度入力手段22
によらず、平滑コンデンサ温度推定手段33により演算に
よって求めており、その他は前記の実施例の場合と同様
である。
７図は制御回路８のマイコンに内蔵されたプログラムの
寿命推定手段の構成図である。この実施例では、平滑コ
ンデンサ２の温度を平滑コンデンサ周囲温度入力手段22
によらず、平滑コンデンサ温度推定手段33により演算に
よって求めており、その他は前記の実施例の場合と同様
である。
平滑コンデンサ２の周囲温度と放熱フィン11の温度と
の間には相関があり、それにより放熱フィン11の温度よ
り平滑コンデンサ２の周囲温度を推定し、以下前記実施
例と同様に平滑コンデンサ２の寿命を判定して表示す
る。この場合、寿命推定の精度はやや悪くなるが実用的
には問題はないレベルである。また、この実施例によれ
ば平滑コンデンサ２の周囲温度を入力する温度検出素子
II12は不用となる。
の間には相関があり、それにより放熱フィン11の温度よ
り平滑コンデンサ２の周囲温度を推定し、以下前記実施
例と同様に平滑コンデンサ２の寿命を判定して表示す
る。この場合、寿命推定の精度はやや悪くなるが実用的
には問題はないレベルである。また、この実施例によれ
ば平滑コンデンサ２の周囲温度を入力する温度検出素子
II12は不用となる。
なお、電流検出回路７の電流検出部材7aは、必ずしも
半導体スイッチング素子３の直流入力側に設ける必要は
なく、第８図に示すように半導体スイッチング素子３の
交流出力側に設けてもよい。また、これまで説明してき
た計算式は、もっと厳密な計算式によっても良く、或は
寿命を推定するのに必要な精度が確保される範囲におい
て簡略化した計算式にしても良い等、要旨を逸脱しない
範囲内で種々変形して実施できるものである。また、整
流素子温度推定手段23や半導体スイッチング素子温度推
定手段24、説明した計算式は半導体素子の構造やプロセ
ス等に依って異なってくる。さらに、実施例では３相イ
ンバータ装置について説明したが、単相インバータや多
相インバータにも同様に実施することができ、インバー
タ装置以外の例えば直流電源装置等にも実施することが
できる。
半導体スイッチング素子３の直流入力側に設ける必要は
なく、第８図に示すように半導体スイッチング素子３の
交流出力側に設けてもよい。また、これまで説明してき
た計算式は、もっと厳密な計算式によっても良く、或は
寿命を推定するのに必要な精度が確保される範囲におい
て簡略化した計算式にしても良い等、要旨を逸脱しない
範囲内で種々変形して実施できるものである。また、整
流素子温度推定手段23や半導体スイッチング素子温度推
定手段24、説明した計算式は半導体素子の構造やプロセ
ス等に依って異なってくる。さらに、実施例では３相イ
ンバータ装置について説明したが、単相インバータや多
相インバータにも同様に実施することができ、インバー
タ装置以外の例えば直流電源装置等にも実施することが
できる。
［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明は、電力変換回路内の
通電を行なう部品である整流素子、半導体スイッチング
素子の少なくとも一つにたいし、部品の温度の最大値、
最小値、その繰り返しの回数により基準温度差の時の熱
疲労サイクル回数に換算し、これを積算して通電の履歴
を演算し、演算された履歴の状態があらかじめ定められ
た状態に達したか否かを比較し、達した場合には部品の
通電による疲労または劣化の程度が部品の寿命に達した
と判定するので、部品の寿命をより確かにつかむことが
でき、信頼性の高い運転を維持できるとともに、安心し
て使用できる電力変換装置が得られる。
通電を行なう部品である整流素子、半導体スイッチング
素子の少なくとも一つにたいし、部品の温度の最大値、
最小値、その繰り返しの回数により基準温度差の時の熱
疲労サイクル回数に換算し、これを積算して通電の履歴
を演算し、演算された履歴の状態があらかじめ定められ
た状態に達したか否かを比較し、達した場合には部品の
通電による疲労または劣化の程度が部品の寿命に達した
と判定するので、部品の寿命をより確かにつかむことが
でき、信頼性の高い運転を維持できるとともに、安心し
て使用できる電力変換装置が得られる。
またこの発明は、インバータ主回路の整流素子、また
は半導体スイッチング素子のジャンクション温度を、電
流入力手段により入力した電流値及び放熱フィン温度入
力手段により入力した放熱フィン温度により整流素子温
度推定手段または半導体スイッチング素子温度推定手段
により推定し、この推定したジャンクション温度に基づ
き整流素子または半導体スイッチング素子の疲労の程度
を、整流素子運転履歴演算手段または半導体スイッチン
グ素子運転履歴演算手段により、推定したジャンクショ
ン温度の最大値、最小値、その繰り返しの回数により基
準温度差の時の熱疲労サイクル回数に換算し、これを積
算することにより推定するので、整流素子または半導体
スイッチング素子の熱疲労を把握でき、インバータ装置
の故障を未然に防ぐことができ、信頼性の高い運転を維
持できる。
は半導体スイッチング素子のジャンクション温度を、電
流入力手段により入力した電流値及び放熱フィン温度入
力手段により入力した放熱フィン温度により整流素子温
度推定手段または半導体スイッチング素子温度推定手段
により推定し、この推定したジャンクション温度に基づ
き整流素子または半導体スイッチング素子の疲労の程度
を、整流素子運転履歴演算手段または半導体スイッチン
グ素子運転履歴演算手段により、推定したジャンクショ
ン温度の最大値、最小値、その繰り返しの回数により基
準温度差の時の熱疲労サイクル回数に換算し、これを積
算することにより推定するので、整流素子または半導体
スイッチング素子の熱疲労を把握でき、インバータ装置
の故障を未然に防ぐことができ、信頼性の高い運転を維
持できる。
またこの発明は、インバータ主回路の平滑コンデンサ
の劣化の程度を平滑コンデンサ運転履歴演算手段によ
り、電流入力手段による電流値より平滑コンデンサのリ
ップル電流を推定し、このリップル電流と平滑コンデン
サ周囲温度の入力手段により求めた温度から基準温度の
運転時間に換算し、これを積算して推定し、平滑コンデ
ンサの熱疲労を故障する前につかむことができ、平滑コ
ンデンサの不良による大きな事故から特性変化まで各種
の事故を防止できるとともに、インバータ装置の良好な
特性を維持できる。
の劣化の程度を平滑コンデンサ運転履歴演算手段によ
り、電流入力手段による電流値より平滑コンデンサのリ
ップル電流を推定し、このリップル電流と平滑コンデン
サ周囲温度の入力手段により求めた温度から基準温度の
運転時間に換算し、これを積算して推定し、平滑コンデ
ンサの熱疲労を故障する前につかむことができ、平滑コ
ンデンサの不良による大きな事故から特性変化まで各種
の事故を防止できるとともに、インバータ装置の良好な
特性を維持できる。
またこの発明は、推定された疲労または劣化の程度
が、あらかじめ定められた状態に達したか否かを比較
し、達した場合には推定された疲労または劣化の程度が
部品の寿命に達したと判定し表示手段により報知するの
で、事前に部品の取り替えが可能になる。
が、あらかじめ定められた状態に達したか否かを比較
し、達した場合には推定された疲労または劣化の程度が
部品の寿命に達したと判定し表示手段により報知するの
で、事前に部品の取り替えが可能になる。
第１図はこの発明によるインバータ装置の一実施例を示
す電気回路のブロック構成図、第２図は同じくそのマイ
コンに内蔵されたプログラムの構成図、第３図は同じく
整流素子運転履歴演算手段のフローチャート、第４図は
平滑コンデンサ運転履歴演算手段のフローチャート、第
５図は整流素子運転履歴演算手段の説明図、第６図は平
滑コンデンサ運転履歴演算手段の説明図、第７図はこの
発明の他の実施例におけるマイコンに内蔵されたプログ
ラムの構成図、第８図はこの発明の異なる実施例を示す
電気回路の構成図である。図において、１は整流素子、
２は平滑コンデンサ、３は半導体スイッチング素子、６
は誘導電動機、７は電流検出回路、８は制御回路、10は
温度検出素子Ｉ、11は放熱フィン、12は温度検出素子I
I、13は表示手段、14は記憶回路、20は電流入力手段、2
1は放熱フィン温度入力手段、22は平滑コンデンサ周囲
温度入力手段、23は整流素子温度推定手段、24は半導体
スイッチング素子温度推定手段、25は運転履歴記憶手
段、26は整流素子運転履歴演算手段、27は半導体スイッ
チング素子運転履歴演算手段、28は平滑コンデンサ運転
履歴演算手段、29は整流素子寿命判定手段、30は半導体
スイッチング素子寿命判定手段、31は平滑コンデンサ寿
命判定手段である。なお、図中同一符号は、同一又は相
当部分を示す。
す電気回路のブロック構成図、第２図は同じくそのマイ
コンに内蔵されたプログラムの構成図、第３図は同じく
整流素子運転履歴演算手段のフローチャート、第４図は
平滑コンデンサ運転履歴演算手段のフローチャート、第
５図は整流素子運転履歴演算手段の説明図、第６図は平
滑コンデンサ運転履歴演算手段の説明図、第７図はこの
発明の他の実施例におけるマイコンに内蔵されたプログ
ラムの構成図、第８図はこの発明の異なる実施例を示す
電気回路の構成図である。図において、１は整流素子、
２は平滑コンデンサ、３は半導体スイッチング素子、６
は誘導電動機、７は電流検出回路、８は制御回路、10は
温度検出素子Ｉ、11は放熱フィン、12は温度検出素子I
I、13は表示手段、14は記憶回路、20は電流入力手段、2
1は放熱フィン温度入力手段、22は平滑コンデンサ周囲
温度入力手段、23は整流素子温度推定手段、24は半導体
スイッチング素子温度推定手段、25は運転履歴記憶手
段、26は整流素子運転履歴演算手段、27は半導体スイッ
チング素子運転履歴演算手段、28は平滑コンデンサ運転
履歴演算手段、29は整流素子寿命判定手段、30は半導体
スイッチング素子寿命判定手段、31は平滑コンデンサ寿
命判定手段である。なお、図中同一符号は、同一又は相
当部分を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】回路内に通電を行なう部品である整流素
子、半導体スイッチング素子の少なくとも一つを配置
し、電力を変換する電力変換回路と、前記通電を行なう
部品の温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手
段により検出した部品の温度の最大値と最小値と、最大
値と最小値の繰り返しの回数により基準温度差の時の熱
疲労サイクル回数に換算し、これを積算して通電の履歴
を演算する部品通電履歴演算手段と、前記部品通電履歴
演算手段で演算された履歴の状態があらかじめ定められ
た状態に達したか否かを比較し、達した場合には部品の
通電による疲労または劣化の程度が部品の寿命に達した
と判定する部品寿命判定手段とを備えたことを特徴とす
る電力変換装置。 - 【請求項２】インバータ主回路の整流素子、または半導
体スイッチング素子のジャンクション温度を、電流入力
手段により入力した電流値及び放熱フィン温度入力手段
により入力した放熱フィン温度により整流素子温度推定
手段または半導体スイッチング素子温度推定手段により
推定し、この推定したジャンクション温度に基づき前記
整流素子または半導体スイッチング素子の疲労の程度
を、整流素子運転履歴演算手段または半導体スイッチン
グ素子運転履歴演算手段により、前記推定したジャンク
ション温度の最大値と最小値と、最大値と最小値の繰り
返しの回数により基準温度差の時の熱疲労サイクル回数
に換算し、これを積算することにより推定するようにし
たことを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項３】インバータ主回路の平滑コンデンサの劣化
の程度を、電流入力手段による電流値より推定した前記
平滑コンデンサのリップル電流と、このリップル電流と
平滑コンデンサ周囲温度の入力手段により求めた温度か
ら基準温度の運転時間に換算し、これを積算する平滑コ
ンデンサ運転履歴演算手段を備えたことを特徴とするイ
ンバータ装置。 - 【請求項４】請求項２または請求項３のいずれかに記載
のインバータ装置であって、推定された疲労または劣化
の程度が、あらかじめ定められた状態に達したか否かを
比較し、達した場合には推定された疲労または劣化の程
度が部品の寿命に達したと判定する部品寿命判定手段
と、劣化した当該部品を報知する表示手段を備えたこと
を特徴とするインバータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2060321A JP2767965B2 (ja) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | 電力変換装置及びインバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2060321A JP2767965B2 (ja) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | 電力変換装置及びインバータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03261877A JPH03261877A (ja) | 1991-11-21 |
| JP2767965B2 true JP2767965B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=13138793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2060321A Expired - Lifetime JP2767965B2 (ja) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | 電力変換装置及びインバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2767965B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100766655B1 (ko) * | 2006-03-27 | 2007-10-15 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 전력 변환 장치 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3209004B2 (ja) * | 1994-08-10 | 2001-09-17 | 株式会社明電舎 | パワースイッチング素子の寿命監視装置及び同寿命監視装置を有するパワースイッチング素子を用いた装置 |
| JP3541460B2 (ja) * | 1994-10-25 | 2004-07-14 | 三菱電機株式会社 | インバータ装置 |
| JPH08322141A (ja) * | 1995-05-25 | 1996-12-03 | Fuji Electric Co Ltd | 電解コンデンサの寿命警報装置 |
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| JPH1038960A (ja) * | 1996-07-24 | 1998-02-13 | Fanuc Ltd | 熱的ストレスによるパワー半導体素子の故障予測方法 |
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| GB2405538B (en) * | 2003-03-12 | 2005-11-30 | Mitsubishi Electric Corp | Electric motor control apparatus |
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