JP3661155B2 - 電気設備の高調波診断方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、電気設備診断に係る技術分野に属し、電動機及びインバータを対象とした電気設備の高調波診断方法に関する。
背景技術
最近の電気機器設備は生産を連続化したり、集約して高生産性を追求し、さらに高性能で広範囲の自動化システムと共に、インバータ等の省エネルギー機器も導入し、信頼性の高い設備、装置にするマスプロ化があらゆる産業界に求められている。
このようなマスプロ設備は一般的に連続操業を原則にしており、電気機器設備の故障（休止）はプロセス全体の休止につながることが多く、ひとたび故障が発生すると、生産障害に加え、需要家からの信頼低下や場合によっては災害の発生など、休止損失は計リ知れないものとなり、致命的な問題になることが推測される。
また、新品の設備機器（機械）を企業が購入し検収する場合にあっては、検収基準もしくは規格に統一されたものがなく、現状では設備機器（機械）が仕様通り動作することをもって検収上げとしている。しかし、最近の自動化機器（機械）類は、多くの装置をインターフェースケーブルにより接続した組合せシステム構成としているため、各システム間の整合性（マッチング）が取れていない場合もあり、後になってトラブルが何度も発生し、火災事故に至ったケースもあり問題になっている。
更に、人の乗る運搬、輸送設備として、例えば鉄道車両やエレベータなどは法令で定期点検が義務づけられているが、電動機設備やインバータを含む電力変換装置（ＡＣ−ＡＣコンバータ）については、温度上昇や異音の発生有無を確認する程度で安全面の問題を残している。
ここで、電気機器設備の異常及び劣化診断の目的を述べると設備停止時間の減少による操業率の向上、材料費、人件費等保全費の削減、取替周期延長及び点検整備削減によるコストの削減、トラブル事前防止、安全性向上、信頼性向上、生産性向上、品質向上などを挙げられる。
以上が電気機器設備の異常及び劣化診断に関する必要性の背景と日的であるがここでは先ず本発明に係る電動機並びにインバータの異常及び劣化診断の従来技術について、以下１〜２の各項でそれぞれ簡単に述べる。
１．電動機の異常及び劣化診断について
電動機の異常及び劣化診断方法としては、（１）振動法、（２）音響法、（３）温度法、（４）トルク（ひずみ）法、（５）電流法、（６）波形法、などがあるが、これらの中で最もよく利用されポピュラーな方法が振動法であるため、ここでは振動法について述べる。その他の診断方法については、既に本願発明者が出願した特許（特願２０００−３８６６０３、特願２００１−２６５９４９、特願２００１−３５８７１８、特願２００３−０３０８０７）にて述べているので記述を省略する。
振動法は電動機もしくは電動機を含めた負荷設備の回転機械振動を、動電型や圧電型又は変位型の振動ピックアップをできる限り振動の発生源近くに取り付け、振動のオーバーオール値により異常判定する簡易診断と、振動の周波数分析により異常及び劣化の原因、場所を特定する精密診断とがあるが、これらの診断はいずれも軸受けや回転軸等の機械要素部に限られる。
前述したように簡易診断では振動のオーバーオール値による異常か正常かの判定基準として、過去のデータの蓄積と経験により自社で独自に定めているところもあるが、一般的にはＩＳＯ規格、ＪＩＳ規格、ＶＤＩ規格（ドイツ技術者協会の規格）などを参考にしている場合がほとんどである。しかし、これらの規格は平均的な評価を与えたものであり、すべての回転機構にあてはまるものではない。例えば、ＩＳＯ及びＪＩＳ規格としては、それぞれＩＳＯ−２３７２およびＪＩＳ−Ｂ０９０６がある。
そして、簡易診断により異常があると判断した場合、その原因、場所などを特定するためには精密診断が必要となる。一般に回転機械類から発生する振動信号は複雑であり、単純な振動はほとんどない。その中から有意義な情報を得て異常の有無を精密に判断するには、周波数分析法が最も広く用いられている。振動信号を周波数分析することにより、異常の原因、場所の特定が可能となる。
これら電動機等の回転機について、異常原因と発生振動数の関係は、長期間にわたる過去データの蓄積により得られているものであり正確なものではない。
２．インバータの異常及び劣化診断について
インバータは、省エネルギー化や生産性の向上、操作性の向上など多くの特長があり、各種産業機械のハイテク化に大きく貢献している。今やインバータは動力設備機械には必須機器となっており、その生産量も年々増加し、１９９９年度の日本国内における産業用インバータの生産量は、通産省（現経済産業省）の生産動態統計によると１８０万台を超えている（金額換算：約１０００億円）。
ところでインバータは、ＩＣ、抵抗、コンデンサ、トランジスクなどの電子部品や冷却ファン、リレーなど多数の部品によって構成されている。これらの部品は永久的に使用できるものではなく、その耐用年数や寿命は使用環境によって大きく左右され、ほとんどの電子部品はその寿命がアルレニウスの法則（１０℃二倍則：周囲温度を１０℃低下させるごとに寿命が２倍に延びる）に従うので、インバータの定期点検が必要となる。
すなわち、インバータの異常及び劣化診断としては、トラブルの未然防止のため、ＪＥＭＡ（日本電機工業会）では「汎用インバータ定期点検のすすめ」のガイドブックで、定期点検をすすめている。
しかし、インバータの異常及び劣化診断においては、異常及び劣化の原因や場所の特定がインバータを停止もしくは休止分解して専門技術者による特殊な測定器を用いなければならず、現実にはインバータが故障するまで使用し続ける場合が多い。その間はインバータ機能の低下、例えば省エネルギー機能、保護機能や出力特性などの異常、また他の機器への悪影響、例えばロボットなどの誤動作や電動機トラブルの発生がしばしば見られた。
発明の開示
電動機及びインバータの異常及び劣化診断は、電動機については振動法が最も広く用いられているが、ピックアップの取付けが精度に関係するため、これを振動発生源の近くに固定する必要がある。また異常及び劣化個所の診断が軸受や回転軸等の機械要素部に限られ、測定にも時間がかかり測定装置を含め診断費用も高くつくので、この診断方法は重要度の高い比較的大型機がメインとなる。
電動機について、その他の診断方法については記述を省略したが、いずれも振動法のように異常及び劣化原因や場所の特定ができず、異常負荷の診断のみを行うオンライン監視システムに至っては極めて高価なものである。
また、インバータの異常及び劣化診断については、前述したように異常及び劣化原因や場所の特定を行うにはインバータを停止もしくは休止分解して、専門技術者が測定器を使用して行わねばならず甚だ面倒で時間もかかり診断に要するコストも高くつく。
次に、本願発明者による電動機及びインバータの劣化診断方法として、電流中の高調波含有率の大きさにより電動機及びインバータの劣化の度合や、その原因及び場所を特定する新しい方法を特願２０００−３８６６０３、特願２００１−２６５９４９及び特願２００１−３５８７１８にて出願している。
しかし、本願発明者によるこれらの高調波診断法は、電動機やインバータの定格容量、電源インピーダンスや負荷率、また当該機器以外の負荷の並列等価容量、使用電圧、高調波対策の種類等を予め把握して計算する絶対法であり、必ずしも簡便な方法とは言えず診断に手間がかかった。更に、劣化場所すなわち劣化部位と高調波の関係が明確ではなかった。
本発明に係る電動機及びインバータを対象とした電気設備の高調波診断法は、発明者による前述の絶対法をベースとした高調波診断が有する問題を解決するため、次のようにしている。
電気設備を構成する電動機やインバータに流れる電流高調波より、前記電動機やインバータの異常を判定する劣化診断方法において、前記電流高調波の各次数の高調波含有率を、あらかじめ定められた次数までの電流高調波の総合歪み率で除した指数値、該指数値よりなる各次数の高調波関数と、前記各次数の高調波含有率から演算して得られる各次数の診断計算値をと乗じて算出した判定基準値、該判定基準値と前記指数値とを比較する事によって劣化判定を行う診断方法であって、前記判定基準値に乗みをつけて前記電動機やインバータの劣化度合いを区分し、更に劣化部位を前記電流高調波の特定の高調波次数より判定する。
本発明の電気設備の高調波診断法は、電動機及びインバータに流れる電流高調波を測定する事により行うものであるが、電動機及びインバータの容量には依存せず、更に電源インピーダンスや負荷率、また当該機器以外の負荷の並列等価容量、使用電圧、高調波対策の種類等に関係しない極めて簡便な診断法である。
加えて、電動機やインバータの劣化部位と高調波の関係が主成分分析法を用いる事により明らかになった。これをもとに劣化度を区分する事が可能になったので、本発明の高調波診断法は極めて実用性が高く、また広く産業社会に普及していく効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、インバータに係るブロック図である。
図２は、高調波発生の説明図である。
図３Ａ〜Ｈは、振動電流波形の一例とそれに対する自己相関関数である。
図４は、電動機の診断フローチャートである。
図５Ａ〜Ｃは、インバータの診断フローチャートである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、インバータに係るブロック図である。１は三相交流電源で、入力電力１′が電動機２を制御するＡＣ−ＡＣコンバータ３のコンバータ部４に流入する。５は平滑コンデンサ、６はインバータ部でコンバータ部７及びドライブ部８により出力電力２′が制御される。コントロール部７及びドライブ部８はＩＣ、抵抗、コンデンサ、トランジスクなどの電子部品を搭載したコントロール基板及びドライブ基板である。また、ＡＣ−ＡＣコンバータ３が正弦波ＰＷＭ方式の場合の入力電流と電動機電流（出力電流）は図１に示したような波形となる。
ＡＣ−ＡＣコンバータ３の入力電流が図１で示したようになるのは、コンバータ部４で全波整流した後、平滑コンデンサ５を有しているためであり、この現象について次に述べる。
図２は単相をサンプルにとりあげた高調波発生の説明図である。三相交流電源を直流電源に変換するのに、図１で示した平滑コンデンサ５を使用するので、このコンデンサ５には充電時だけ図２のようなパルス状の電流が流れる。ここでτはパルス幅、Ｈはその高さである。このように、交流電源と直流電源の電流の流れ方が異なるために、高調波が発生する。
ところで、電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に正弦波電流を供給すると、各相に生ずる起磁力Ｆ_u、Ｆ_v、Ｆ_wはそれぞれ次式で表される。

数式１は回転子の起磁力中心を基点として円周上θ（電気角）なる距離における起磁力で、Ａは定数、またＩ_u、Ｉ_v、Ｉ_wはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の実効値、ωは周波数をｆとしたき２πｆ（ｒａｄ／ｓ）で表される角速度、ｔは時間である。従って、第ｎ次高調波を考慮した合成起磁力Ｆは次のようになる。

ただし、Ｂは定数、またＦ_mは基本波起磁力の振幅の最大値、Ｋ_1、nは第ｎ次高調波の巻線係数を表す。
数式２は次のことを示している。
（１）Ｉ_u＝Ｉ_v＝Ｉ_wの場合、ｎ＝３、９、１５、...などの高調波は零となる。
（２）ｎ＝５、１１、１７、...などの高調波は基本波と反対方向にω／ｎで回転する。
（３）ｎ＝７、１３、１９、...高調波は基本波と同じ方向にω／ｎで回転する。
一方、図２の電流波形を方向パルス波と仮定すると、このｆ(ｘ)はフーリエ級数で表わせ次式のようになる。

ここで、ｘ＝ωｔ（ω：角速度、ｔ：時間）、ｎは高調波の次数である。数式３にて明らかなように、平滑コンデンサ５が理想的な場合は充電電流に起因するパルス状電流が流れないためｆ(ｘ)＝０となる。この平滑コンデンサ５が劣化してくると、その静電容量が低減し、式３の中でｎ＝５、７といった低次数の高調波成分が増加してくる。なお、ｎ＝３すなわち第３高調波は前述した式１からも分かるように非常に小さい（Ｉ_u＝Ｉ_v＝Ｉ_wの場合は零）。
電動機やインバータの劣化状態と電流高調波との関係については本願発明者が初めて明らかにしたものである、その内容について述べる。
電動機は前述数式２で示したように、起磁力中に高調波成分を含むため、なるべく高調波を含まないように設計されるが、それでも電源電圧のアンバランス等により理論値より大きい高調波が発生する。また、インバータが高調波を発生するのは周知の通りである。
次に、電動機の劣化部について述べると、これにはベアリングや回転軸等の機械要素部と固定子巻線等の電気要素部に大別出来る。特に劣化が機械要素部の場合には電動機電流に不規則な振動成分が含まれる。勿論この中に規則的な高調波成分も包含される。従って、ランダムな不規則電流波形より、本質的な高調波部分だけを取り出すには、次式のようにＲ（τ）なる自己相関関数をとればよい。

ここで、ｔ：時刻、τ：１／ｆ₀（ｆ₀＝回転周波数）、Ｔ：時間
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄは基本波成分を除去したランダム電流波形の一例であり、またそれぞれに対する自己相関関数を図３Ｅ、図３Ｆ、図３Ｇ、図３Ｈに示す。図３Ａ〜図３Ｈにて示すところは、自己相関関数をとることにより、ｆが各瞬間ごとに全くランダムに変化しているのであれば、Ｒはτ＝０のときだけある値をとり、それ以外は０になると言うことである。従って、図３Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのような波形の場合、図３Ｄが最も高調波の相関性が高いと言える。
また、劣化が固定子巻線等の電気要素部の場合には、巻線導体内部の磁束の変化によって、導体内部だけで渦状に流れる渦電流が発生する。この渦電流が巻線絶縁物の劣化部分で局部発熱を誘起し、各相電流のアンバランスを引き起こす。その結果、数式１でＩ_u≠I_v≠Ｉ_wとなり第３次高調波が顕著に現れる。更に第３次高調波は劣化部分の局部発熱を一層増加せしめると言う現象を繰り返すプロセスをたどる。
一方、インバータの劣化については、図１の平滑コンデンサ５は前述したが、それ以外の電力素子（コンバータ部４及びインバータ部６）やコントロール部７及びドライブ部８が劣化すると、図１の出力電力２′中の電流に高調波成分が増え特異な値を示す。発明者は、インバータの劣化と電動機の劣化が複数の特定高調波に関係している事を見出した。次にこの劣化判定について説明する。
図４は電動機の診断フローチャートである。ステップＳ１０で図１の出力電力２′中の電流に含まれる高調波の総合歪み率（ＴＨＤ）を求める。ここで、電流高調波の検出はクランプ式測定器やサーチコイルによる非接触式電磁界測定器等の周知のものを用いればよい。総合歪み率を求める高調波次数は、例えば第２次〜第４０次とする。ステップＳ１１は指数計算を行うもので、各次数の高調波含有率をステップＳ１０で求まった総合歪み率で除した指数値（ＴＨ_k）を算出するステップである
そして劣化判定を行うステップがＳ１２である。ここで、ＣＨ_kは後述する第Ｋ次高調波の判定基準値であり、ステップＳ１１で求まったＴＨ_kと比較する。その結果、電動機が正常な状態ならばステップＳ１３、劣化状態ならステップＳ１４へ移る。次に、インバータの診断フローチャートを図５Ａ〜Ｃに示す。図５Ａは図１の平滑コンデンサ５を診断するフローで図１の入力電力１′の電流高調波を測定し劣化判定を行う。ステップＰ１００、Ｐ１１１及びＰ１１２は図４のステップＳ１０、Ｓ１１及びＳ１２で演算した内容と同様である。
図５Ｂは図１のコンバータ部４、インバータ部６とコントロール部７を診断するフローで、図１の出力電力２′の電流高調波を測定し劣化判定を行う。ステップＰ２００、Ｐ２１１及びＰ２１２は図５ＡのステップＰ１００、Ｐ１１１及びＰ１１２で演算した内容と同様である。
図５Ｃは図１のドライブ部８を診断するフローで、図１の出力電力２′の電流高調波を測定し劣化判定を行う。ステップＰ２００′で第３８次高調波含有率を求め、ドライブ基板の診断を行う（ステップＰ２０１′）。ドライブ基板の診断は第３８次高調波の判定基準値ＣＨ_k＝１．０とする（ステップＰ２０２′）そして、ステップ２０３′でこのＣＨｋと第３８次高調波含有率（Ｈ₃₈）を比較しドライブ基板の良否を判定する。
ここで、図４及び図５Ａ、Ｂ、Ｃで記した判定基準値ＣＨ_kは次のように求める。Ｋは第Ｋ次高調波、Ｃ_kは第Ｋ次高調波の診断計算値である。
電動機については

ただし、ｆ（Ｍ_k）は第Ｋ次高調波関数である。
インバータについては

ただし、ｆ（Ｎ_s）、ｆ（Ｎ_c）、ｆ（Ｎ_ｐ）は複数の第Ｋ次高調波関数、ｆ（Ｎ_d）＝１．０（この場合のみＣＨ_k＝１．０）
数式５と数式６の中のＣ_k、ｆ（Ｍ_k）、ｆ（Ｎ_s）、ｆ（Ｎ_c）、ｆ（Ｎ_p）については後述の実施例にて記す。
また、電動機やインバータ（以下、機器と記す）の劣化度合い（劣化度と呼ぶ）の区分として、質的判断を下すために「正常」、「要注意」及び「不良」に分け、便宜上「正常」をＡ、「要注意」をＢ、「不良」はＣと表わすが、その中で「要注意」のＢは機器の劣化度に応じ、軽度な劣化（約半年程度は運転に支障がない劣化）をＢ１、中度な劣化（約３ヵ月は運転が可能であるが傾向管理が必要な劣化）をＢ２、重度な劣化（機器のトラブル発生が懸念されるため部品交換や修理の準備が必要な劣化）をＢ３として区分する。
但し、劣化時よりの診断及び点検期間は機器の運転時間、周囲温度、通風状態等の環境条件によって異なるため、上記の点検期間は一応の目安とすればよい。
ここで、Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃは、前述した判定基準値に重み係数を乗じて区分するが、この係数については後述の実施例にて記す。次に、電流高調波と機器の劣化部位の関連に着目して分析するには多変量解析法が有効であるので、これに関して以下説明する。本発明の機器の劣化診断のように、判定基準が初めから明確に与えられていないような外的基準がない場合で、多次元事象の特性値間の関連性を分析するには、多変量解析に属する主成分分析法が最も適している。
この主成分分析法に関する文献は数多くあるので、詳細な説明は省略するが、ここでは主成分分析法の寄与率を用いて電流高調波と機器の劣化部位の関連を、電動機とインバータに分けて述べる。以下、主成分の横に記した（ ）内は寄与率である。また、主成分は固有値が大きい（主成分得点の分散が大きい）ものを順に取る。
１．電動機について。
（１）回転軸及び軸受（電動機本体）の異常もしくは電動機の据付け不良。主成分を４個求めると、第２次高調波（５５）、第３次高調波（９）、第４次高調波（１６）、第５次高調波（６）となり採用主成分としては累積寄与率が８６％となり、一般的に採用される数値の６０％以上を充分満足させている。
（２）固定子巻線の絶縁不良（相間及び対地間）。主成分を４個求めると、第２次高調波（７）、第３次高調波（６１）、第４次高調波（５）、第５次高調波（２２）となり累積寄与率は９５％である。
（３）ころがり軸受及びハウジング（電動機本体）の損傷。主成分を４個求めると、第２次高調波（２３）、第３次高調波（１０）、第４次高調波（４１）、第５次高調波（８）となり累積寄与率は８２％である。
（４）固定子と回転子間エアギャップの不均一（塵埃付着や部分過熱）。主成分を４個求めると第２次高調波（６）、第３次高調波（２０）、第４次高調波（８）、第５次高調波（５９）となり累積寄与率は９３％である。
（５）負荷回転軸のアンバランスもしくは負荷との接続部（カップリング）不良。主成分を５個求めると、第６次高調波（５）、第７次高調波（５３）、第８次高調波（７）、第９次高調波（１１）、第１０次高調波（１５）となり累積寄与率は９１％である。
（６）負荷側軸受部の損傷もしくは負荷側の系統（例えばポンプの配管バルブ）に異物付着。主成分を５個求めると、第６次高調波（７）、第７次高調波（２９）、第８次高調波（３５）、第９次高調波（１３）、第１０次高調波（１１）となり累積寄与率は９５％である。
（７）負荷側回転軸の異常（例えば軸の曲がり）もしくは負荷側の系統（例えばポンプの配管とバルブの接触部）の磨耗。主成分を５個求めると、第６次高調波（５）、第７次高調波（２１）、第８次高調波（２５）、第９次高調波（３３）、第１０次高調波（８）となり累積寄与率は９２％である。
（８）負荷側の歯車もしくはクラッチもしくはＶベルト等の損傷。主成分を５個求めると、第６次高調波（６）、第７次高調波（２３）、第８次高調波（１７）、第９次高調波（１５）、第１０次高調波（３０）となる累積寄与率は９３％である。
２．インバータについて。
（１）平滑コンデンサの劣化。
インバータ入力側の電流高調波を測定し主成分を２個求めると、第５次高調波（６２）、第７次高調波（３６）となり累積寄与率は９８％である。
（２）コントロール基板の異常（特に電解コンデンサの劣化）。インバータ出力側の電流高調波を測定し主成分を６個求めると、第１１次高調波（２１）、第１３次高調波（１７）、第１７次高調波（１９）、第１９次高調波（１３）、第２３次高調波（１１）、第２５次高調波（１５）となり累積寄与率は９６％である。
（３）電力素子の劣化（特に逆変換素子の劣化）。
インバータ出力側の電流高調波を測定し主成分を１６個求めると、第２次高調波（３）、３次高調波（１６）、第４次高調波（２）、第５次高調波（１３）、第６次高調波（２）、第７次高調波（１７）、第８次高調波（２）、第９次高調波（２）、第１０次高調波（２）、第１１次高調波（６）、第１３次高調波（４）、第１７次高調波（７）、第１９次高調波（５）、第２３次高調波（５）、第２５次高調波（６）、第３８次高調波（７）となり累積寄与率は９９％である。
（４）ドライブ基板の劣化（主としてコンデンサの劣化）。インバータ出力側の電流高調波を測定する。主成分は１個でよく、これを求めると第３８次高調波であり寄与率は８９％となる。
なお、上記の電動機において、インバータ制御されていない電動機単独運転の場合は電動機の入力側の電流高調波を、またインバータ制御されている電動機の場合はインバータの出力側（電動機の入力になる）の電流高調波を測定する。
以上をまとめると表１及び表２のようになる。

但し、平滑コンデンサはインバータ入力側の高調波で、他はすべてインバータ出力側の高調波である。
（実施例）
本発明の実施例として電動機やインバータの劣化判定を行う際に必要な診断計算値及び第Ｋ次高調波関数に関して具体例をあげて説明すれば次の通りであるが、本発明はこの実施例に限定されることはない。なお、以下で示すＨ_kは第Ｋ次高調波含有率である。
（１）電動機の診断（電動機本体の診断）。但し、Ｋ＝２、３、４、５でΣはＫ＝２〜５をとる。Ｃ_kを求める手順は次の通りである。
▲１▼Ｍ_o＝（ΣＨ² _k）^1/2
▲２▼Ａ_k＝Ｈ_k／Ｍ_o
▲３▼Ｔ_o＝ΣＡ_k
▲４▼Ｃ_k＝Ａ_k／Ｔ_o
また、ｆ（Ｍ_k）は次の値をとる。但し、Ｉ_k：第Ｋ次高調波の指数値
ｆ（Ｍ₂）＝Ｓ₁×（ΣＩ_k−Ｉ^a ₂）
ｆ（Ｍ₃）＝Ｓ₂×（ΣＩ_k−Ｉ^a ₃）
ｆ（Ｍ₄）＝Ｓ₁×（ΣＩ_k−Ｉ₄）
ｆ（Ｍ₅）＝Ｓ₂×（ΣＩ_k−Ｉ^a ₅）
ここで、インバータ駆動電動機の場合はＳ₁＝Ｓ₂＝１．０、電動機単独（インバータなし）の場合はＳ₁＝１．１５、Ｓ₂＝１．２５である。
（２）電動機の診断（電動機負荷の診断）但し、Ｋ＝６、７、８、９、１０でΣはＫ＝６〜１０をとる。Ｃ_kを求める手順は次の通りである。
▲１▼Ｍ_o＝（ΣＨ² _k）^1/2
▲２▼Ａ_k＝Ｈ_k／Ｍ_o
▲３▼Ｔ_o＝ΣＡ_k
▲４▼Ｃ_k＝Ａ_k／Ｔ_o
また、ｆ（Ｍ_k）は次の値をとる。但し、Ｉ_k：第Ｋ次高調波の指数値
ｆ（Ｍ₇）＝Ｓ₂×（ΣＩ_k−Ｉ^a ₇）
ｆ（Ｍ₈）＝Ｓ₁×（ΣＩ_k−Ｉ₈）
ｆ（Ｍ₉）＝Ｓ₁×（ΣＩ_k−Ｉ₉）
ｆ（Ｍ₁₀）＝Ｓ₁×（ΣＩ_k−Ｉ₁₀）
ここで、インバータ駆動電動機の場合はＳ₁＝Ｓ₂＝１．０電動機単独（インバータなし）の場合はＳ₁＝１．１５、Ｓ_s＝１．２５である。
（３）インバータの診断
３．１．平滑コンデンサの診断。但し、Ｋ＝５、７ではΣはＫ＝５〜７をとる。Ｃ_kを求める手順は次の通りである。
▲１▼Ｍ_o＝（ΣＨ² _k）^1/2
▲２▼Ａ_k＝Ｈ_k／Ｍ_o
▲３▼Ｔ_o＝ΣＡ_k
▲４▼Ｃ_k＝Ａ_k／Ｔ_o
また、ｆ（Ｎ₂）は次の値をとる。但し、Ｉ_k：第Ｋ次高調波の指数値
ｆ（Ｎ_a）＝ΣＩ_k
３．２．コントロール基板の診断。但し、Ｋ=１１、１３、１７、１９、２３、２５でΣは１１〜２５をとる。Ｃ_kを求める手順は次の通りである。
▲１▼Ｍ_o＝（ΣＨ² _k）^1/2
▲２▼Ａ_k＝Ｈ_k／Ｍ_o
▲３▼Ｔ_o＝ΣＡ_k
▲４▼Ｃ_k＝Ａ_k／Ｔ_o
また、ｆ（Ｎ_cは次の値をとる。但し、Ｉ_k：第Ｋ次高調波の指数値
ｆ（Ｎ_c）＝ΣＩ_k−Ｉ² _k：ｆ（Ｎ_c）₁₁、ｆ（Ｎ_c）₁₃、ｆ（Ｎ_c）₁₇、ｆ（Ｎ_c）₁₉、ｆ（Ｎ_c）₂₃、ｆ（Ｎ_c）₂₅の６関数値
３．３．電力素子の診断。但し、Ｋ＝２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１３、１７、１９、２３、２５、３８でΣは２〜３８をとる。Ｃ_kを求める手順は次の通りである。
▲１▼Ｍ_o＝（ΣＨ² _k）^1/2
▲２▼Ａ_k＝Ｈ_k／Ｍ_o
▲３▼Ｔ_o＝ΣＡ_k
▲４▼Ｃ_k＝Ａ_k／Ｔ_o
また、ｆ（Ｎ_p）は次の値をとる。但し、Ｉ_k：第Ｋ次高調波の指数値
ｆ（Ｎ_p）＝ΣＩ_k−Ｉ² _k：ｆ（Ｎ_p）₂、ｆ（Ｎ_p）₃、ｆ（Ｎ_p）₄、ｆ（Ｎ_p）₅、ｆ（Ｎ_p）₆、ｆ（Ｎ_p）₇、ｆ（Ｎ_p）₈、ｆ（Ｎ_p）₉、ｆ（Ｎ_p）₁₀、ｆ（Ｎ_p）₁₁、ｆ（Ｎ_p）₁₃、ｆ（Ｎ_p）₁₇、ｆ（Ｎ_p）₁₉、ｆ（Ｎ_p）₂₃、ｆ（Ｎ_p）₂₅、ｆ（Ｎ_p）₃₈の１６関数値
３．４．ドライブ基板の診断。ドライブ基板の診断は前述した図５Ｃの通り第３８次高調波含有率の大きさのみで判定する。従って、Ｃ_k＝１．０、ｆ（Ｎ_d）＝１．０となる。
次に、電気設備の劣化部位と前述した発明の実施の形態で述べた劣化度（Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ）の区分をまとめた一例を表３及び表４に示す。

なお、表４においてＣ_k、ｆ（Ｎ_a、Ｎ_c、Ｎ_p、Ｎ_ｄ）の数はそれぞれ平滑コンデンサ２個、コントロール基板で６個、電力素子で１６個、ドライブ基板は１個ある。従って、劣化度区分を行う場合、ドライブ基板を除き個別に劣化度を求め平均する。例えば、Ａ＝０、Ｂ１＝１、Ｂ２＝２、Ｂ３＝３、Ｃ＝４とし算術平均をとる（少数点第１位四捨五入）。
以上のように、電流高調波を測定する事により電気設備の電動機やインバータの劣化部位が特定でき、また劣化度が区分できる。

Claims (5)

1. 電気設備を構成する電動機やインバータに流れる電流高調波より、前記電動機やインバータの異常を判定する劣化診断方法において、前記電流高調波の各次数の高調波含有率を、あらかじめ定められた次数までの電流高調波の総合歪み率で除した指数値、該指数値よりなる各次数の高調波関数と、前記各次数の高調波含有率から演算して得られる各次数の診断計算値とを乗じて算出した判定基準値、該判定基準値と前記指数値とを比較する事によって劣化判定を行う診断方法であって、前記判定基準値に乗みをつけて前記電動機やインバータの劣化度合いを区分し、更に劣化部位を前記電流高調波の特定の高調波次数より判定する事を特徴とする電気設備の高調波診断方法。
2. 特定の高調波次数が、奇数次及び偶数次の高調波である事を特徴とする請求項１記載の電気設備の高調波診断方法。
3. 劣化度合いを区分が正常、要注意及び不良として区分されていることを特徴とする請求項１記載の電気設備の高調波診断方法。
4. 奇数次及び偶数次が第２次、第３次、第４次、第５次、第６次、第７次、第８次、第９次、第１０次、第１１次、第１３次、第１７次、第１９次、第２３次、第２５次、第３８次である事を特徴とする請求項２記載の電気設備の高調波診断方法。
5. 要注意は機器の劣化度に応じ軽度な劣化、中度な劣化及び重度な劣化として区分されるのを特徴とする請求項３記載の電気設備の高調波診断方法。

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