JP3666680B2 - Power converter - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電力変換装置に係り、特に、周囲温度や出力電流などの運転状態の変動を考慮して部品あるいはユニットの残存寿命を予測し、残存寿命が予定値以下になると使用者に交換を促す機能を備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワ−トランジスタやＧＴＯなどの自己消弧能力を有するスイッチング回路素子や、マイクロプロセッサを応用した高機能制御装置の発達により、大電力を高速に制御できる電力変換装置が普及している。このような電力変換装置は、例えば電力系統では発電・送配電用として、また電気鉄道および産業用では電動機駆動用として、さらに情報分野では電力系統の停電（瞬時停電をふくむ）時のバックアップ用として広く用いられている。
【０００３】
このような用途に用いられる電力変換装置には、故障の少ない高信頼性が要求される。しかしながら、電力変換装置の容量が大きくなり、これに伴って機能が向上するにつれて、使用する部品点数も増大するので無保守では信頼性が低下する。このため、使用部品の劣化を事前に予測し、部品あるいはユニットを計画的に点検あるいは交換して信頼性を維持する、いわゆる予防保全の重要性が高まりつつある。
【０００４】
しかしながら、使用部品単体の加速寿命試験や、使用者からの返送品の特性試験のデ−タから、標準使用状態での部品あるいはユニットの期待寿命を算出し、期待寿命を超過する前に定期的に部品あるいはユニットを交換する従来の方法では、設計時に想定した標準使用状態よりも過酷な条件、例えば電力変換装置の周囲温度が高い場合や負荷電流が大きい場合には、期待寿命に達する前に部品が寿命を迎えてしまう場合もあった。
【０００５】
さらに、電力変換装置が広範に使用されてくると、使用者側に専任の管理者がいないために予防保全が行き届かない場合もある。このような場合を想定して、製造者側では、サ−ビスマンによる巡回サ−ビスを強化したり、取扱説明書に部品の推奨交換周期を明示することにより使用者に注意を喚起してきたが、充分な効果が得られなかった。
【０００６】
このような問題に対して、例えば特開平５−５６６２９号公報では、周囲温度や出力電流などの運転状態を示す信号で期待寿命を補正する期待寿命設定回路、各部品の運転時間を時間積分する時間積算回路、補正後の期待寿命と運転時間の積分値を比較する回路、および部品交換毎に時間積算回路の積分値を零にリセットするリセット回路を設け、運転時間の積分値が、運転状態を示す信号で補正された期待寿命を越えた場合に、部品の交換を促す信号を電力変換装置の情報表示器に出力する部品劣化検出回路が提案されている。・
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、各部品あるいはユニット等の期待寿命が、定期的に検出される、当該時点での運転状態のみに基づいて即座に補正されてしまうため、以下のような問題があった。
【０００８】
たとえば、基準周囲温度で使用すれば５年間の期待寿命が保証されており、基準周囲温度より１０℃高い環境下の使用では期待寿命が半減（２．５年間）する部品の場合、上記した従来技術では、運転状態信号として定期的に検出される周囲温度に基づいて期待寿命が補正されるので、基準周囲温度で３年間使用されていれば、当該時点での残存寿命は２年となる。
【０００９】
ところで、東京の月別平年気温は１月が５．２℃と一番低く、８月は２７．１℃と一番高くなり、一年間の気温の変動は２１．９℃である（国立天文台編理科年表による）。このため、電力変換装置の設置場所に空調装置が設置されていない場合には、特に夏場などに周囲温度が上昇し、例外的に基準周囲温度より１０℃以上高い周囲温度が検出される場合もあり得る。
【００１０】
このような場合、上記した従来技術では、それ以前の周囲温度が常に基準周囲温度以下であったとしても当該履歴は一切無視され、今回検出された周囲温度のみに基づいて、当該部品の期待寿命が直ちに補正されてしまう。すなわち、期待寿命が２．５年に半減されることになる。したがって、当該時点で使用期間（３年）が期待寿命（２．５年）を上回って残存寿命が−０．５年となり、直ちに寿命と判断されてしまう。
【００１１】
しかしながら、当該判断は明らかに誤りであり、たまたま基準周囲温度より１０℃高い周囲温度が検出されたとしても、それ以前には基準周囲温度で使用されていたのであれば、当該履歴も考慮して期待寿命を決定すべきである。
【００１２】
また、電力変換装置の使用者が部品あるいはユニットを予備品として保管している場合、有機材料を使用したコンデンサなどでは、無通電状態での保管でも部品の劣化が進行することから、例えば電解液の封止ゴムでは、製造後１０年以内に交換することを推奨している。しかしながら、上記した従来技術では、当該保管期間における期待寿命の減少が考慮されていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、電力変換装置の部品について、周囲温度や負荷電流などの運転状態の変動を考慮して残存寿命を予測し、残存寿命が予め設定した値以下になった場合に、部品あるいはユニットの交換を促す機能を有する電力変換装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、直流を交流、交流を直流、交流を交流に変換する電力変換装置において、運転による装置自身およびその構成部品の劣化を加減速させる要因の物理量を検出する手段と、前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて、当該装置の実質劣化量を算定する手段と、前記算定された実質劣化量を積算して総実質劣化量を算定する手段と、装置およびその構成部品ごとに期待寿命を設定する手段と、前記総実質劣化量を期待寿命と比較する手段と、総実質劣化量が期待寿命を上回ると、当該装置およびその構成部品の寿命を使用者に通知する手段とを具備した点に特徴がある。
【００１５】
【作用】
上記した構成によれば、温度、湿度、振動といった、劣化を加減速させる要因の物理量を考慮して当該装置の単位時間あたりの実質的な劣化量が算定され、当該実質劣化量の積算値が期待寿命と比較される。したがって、劣化加減速要因の物理量が一時的に高く（あるいは低く）なっても、当該一時的に検出された劣化加減速要因の物理量のみに基づいて寿命判定がなされてしまうことがなく、正確な寿命判定が可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である電力変換装置に組み込まれた部品寿命判定装置の主要部の機能を示したブロック図である。
【００１７】
当該電力変換装置を構成する主要部品やユニット、例えば、コンデンサ、蓄電池、継電器、電力用半導体、ヒューズ、あるいは電力用抵抗器等（以下、これらを総称してデバイスと表現する）の周囲あるいはその表面には、温度センサ、湿度センサ、振動センサ、塵埃センサ等の環境センサ、あるいは電流計、電圧計等の運転状態センサ（いずれも図示せず）が適宜に取り付けられている。例えば、電力用半導体であれば、冷却フィンにサーミスタが取り付けられている。各センサの出力信号は劣化加減速要因検出手段１に入力される。
【００１８】
劣化加減速要因検出手段１は、各デバイスの劣化を加速あるいは減速させる要因となる温度、湿度、振動、塵埃、あるいは印加電圧、負荷電流などを、各センサから入力される検出信号に基づいて定量的に検出する。保守管理情報入力手段７からは、後に詳述するように、各デバイスごとに部品番号、製造年月日、期待寿命、あるいは基準温度等の保守管理情報が入力され、当該保守管理情報は他の管理情報と共に保守管理情報記憶手段８に記憶される。
【００１９】
実質劣化量算定手段２は、前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて当該装置の実質劣化量を算定するもので、後に詳述するように、実質劣化量として装置の実質的な「運転時間」を算定する実質運転時間算定手段２１と、実質劣化量として劣化加減速要因の物理量の「変動回数」を算定する実質変動回数算定手段２２とによって構成されている。
【００２０】
実質運転時間算定手段２１は、当該装置が運転中であると、前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて、単位時間あたりの実質運転時間を算定する。すなわち、基準温度（例えば、３０℃）で単位時間（例えば、１時間）だけ運転した場合の運転時間を“１ｈ”とした場合、４０℃の環境下では３０℃の環境下よりも単位時間あたりの劣化が早く進むため、実際の運転時間は１ｈであっても、実質運転時間として例えば“２．０ｈ”を算定する。また、２０℃の環境下では３０℃の環境下よりも単位時間あたりの劣化が遅く進むため、実際の運転時間は１ｈであっても、実質運転時間として例えば“０．５ｈ”を算定する。
【００２１】
また、実質変動回数算定手段２２は、前記検出された各劣化加減速要因の物理量の変動量に基づいて、当該変動の実質変動回数を算定する。すなわち、検出された温度の変動量（変動幅）が４０℃であると、変動量が３０℃の場合よりも劣化が早く進むため、実際の変動回数は１回であっても、実質変動回数として“２．０回”を算定する。同様に、変動量が２０℃であれば、変動量が３０℃の環境下よりも劣化が遅く進むため、実際の変動回数は１回であっても、実質変動回数として“０．５回”を算定する。
【００２２】
総実質劣化量算定手段３は、前記実質運転時間算定手段２１で算定された実質運転時間、あるいは前記実質変動回数算定手段２２で算定された実質変動回数をそれぞれ時系列的に積算し、総実質運転時間または総実質変動回数を算出する。比較手段４は、保守管理情報として記憶されている期待寿命（運転時間または変動回数）と、算定された総実質劣化量（総実質運転時間または総実質変動回数）とをデバイスごとに比較する。表示手段５は、前記比較結果を表示出力して部品寿命を使用者に通知する。
【００２３】
図２、３は、本実施例の動作を示したフローチャートであり、電力変換装置を構成する各デバイスを対象に順次繰り返し実行される処理である。ステップＳ１では、処理対象のデバイス（デバイス番号ｎ）に関する保守管理情報の記憶されたメモリ領域が保守管理情報記憶手段８の中で選択される。
【００２４】
図４は、各デバイスごとに記憶されている保守管理情報の一例を示した図であり、枠１で囲んだ領域は、例えば電解コンデンサのように、その寿命劣化が温度や湿度などの絶対値の高低によって影響を受けるデバイスの保守管理情報を示している。また、枠２で囲んだ領域は、例えば電力用半導体のように、その寿命劣化が温度や湿度などの所定値以上の変動回数によって影響を受けるデバイスの保守管理情報を示している。
【００２５】
なお、本実施例では説明を解りやすくするために、寿命劣化を加減速させる要因として温度のみを例示するが、湿度、振動、塵埃あるいは印加電圧、負荷電流の場合も同様である。
【００２６】
同図において、「デバイス番号」は、各デバイスを区別するためにデバイスごとに付される一連の番号である。「部品番号（製造番号）」は、各デバイスの製造ロット等を表す製造番号であり、同一デバイスであっても製造ロットが異なれば異なった番号が付される。「製造年月」は各デバイスが製造された年月である。「部品番号（製造番号）」および「製造年月」は、当該デバイスが交換されるたびに、使用者によって保守管理情報入力手段７から入力されて登録される。
【００２７】
なお、当該製造番号等の入力は、例えば保守管理情報入力手段７としてバーコード読取装置を採用し、以下のようにして行うことができる。すなわち、部品番号がバーコード表示されたシール（シールＡ）を予め部品あるいはユニットに貼付しておく。なお、シールの貼付できない小形部品では、その保管用梱包材にシールを貼付しておく。また、電力変換装置の、当該部品あるいはユニットが組み込まれる位置には、デバイス番号がバーコード表示されたシール（シールＢ）を貼付しておく。そして、当該電力変換装置の製造時およびその部品交換時に、シールＡおよびシールＢのバーコードを読み取り、保守管理情報として記憶手段８に記憶させる。このようにすれば、所定のデバイス番号で管理された記憶手段８上のメモリ領域に、その部品の「部品番号（製造番号）」や「製造年月」が間違いなく短時間で入力できるようになる。
【００２８】
「期待寿命（Ｔ0 にて）」は、当該デバイスを基準温度Ｔ0 （例えば、３０℃）で使用した際の寿命（時間）である。「期待寿命（ΔＴ0 にて）」は、当該デバイスを基準温度差ΔＴ0 （例えば、３０℃）で使用した際の寿命（温度の変動回数）である。
【００２９】
「使用期限」は、製造後からの使用期限である。「部品組込年月」は、当該デバイスが装置に組み込まれた年月である。「現在温度Ｔin」は、当該部デバイス上あるいはその近傍に設けられた温度センサによって検出された周囲温度である。「温度極大値」は、温度変化が極大値を示した際の温度である。「温度極小値」は、温度変化が極小値を示した際の温度である。「総実質運転時間（ΣＬＴ）」は、温度等による劣化の加減速を考慮した実質的な総運転時間である。「総変動回数（ΣＭ）」は、温度差等による劣化の加減速を考慮した実質的な変動回数である。
【００３０】
「補正係数テーブル」には、検出された周囲温度による劣化の加減速を考慮して、実際の運転時間あるいは実際の変動回数を、それぞれ実質運転時間あるいは実質変動回数に補正する演算で用いる係数である。
【００３１】
再び図２、３へ戻り、ステップＳ２では、当該デバイスが交換されたか否かが判断される。交換されていれば、ステップＳ３では、保守管理情報の「部品番号（製造番号）」および「製造年月」が使用者によって保守管理情報入力手段７から入力され、当該交換後のデバイスに応じて書き替えられる。ステップＳ４では、保守管理情報として登録されている「総実質運転時間ΣＬＴ」または「総実質変動回数ΣＭ」がゼロにリセットされる。
【００３２】
ステップＳ５では、当該デバイスの寿命が、「総実質運転時間ΣＬＴ」あるいは「総実質変動回数ΣＭ」のいずれに基づいて判断すべきか判定される。ここで、当該デバイスがデバイス番号１の電解コンデンサであると、寿命を総実質運転時間に基づいて判定すべきと判断されてステップＳ６へ進む。
【００３３】
ステップＳ６では、前記劣化加減速要因検出手段１によって検出された印加電圧値あるいは負荷電流値等に基づいて、当該電力変換装置が運転中であるか否かが判定される。ここで、運転中と判定されると、ステップＳ７では、当該デバイスに関する温度データＴinが実質劣化量算定手段２の実質運転時間算定手段２１に取り込まれる。
【００３４】
ステップＳ８では、当該温度データＴinに応答した補正値Ｌが、保守管理情報のデータテーブルから読み取られる。すなわち、温度データＴinが３０℃であれば補正値Ｌ＝１．０が読み取られ、４０℃であれば補正値Ｌ＝２．０が読み取られる。ステップＳ９では、補正値Ｌと測定周期Δｔとの積が演算され、実質運転時間（補正値Ｌ×測定周期Δｔ）が算出される。すなわち、各デバイスごとに当該処理の実行される周期が１時間であれば、周期Δｔに“１”（ｈ）が代入される。さらに、総実質劣化量算定手段３により、総実質運転時間ΣＬＴに前記実質運転時間（補正値Ｌ×測定周期Δｔ）が加算され、加算結果が再び総実質運転時間ΣＬＴとして、保守管理情報記憶手段８内の当該欄に記憶される。
【００３５】
ステップＳ１０では、前記総実質運転時間ΣＬＴと期待寿命（本実施例では、１０万時間）とが比較手段４において比較され、総実質運転時間ΣＬＴが期待寿命を上回っていると、ステップＳ３０では、当該デバイスの交換を促す旨のメッセージが表示手段５の表示画面上に表示される。また、総実質運転時間ΣＬＴが期待寿命を下回っており、余寿命があると判定されると、ステップＳ３１では、さらに実使用年月（＝現在年月−製造年月）と使用期限とが比較され、実使用年月が使用期限を越えていると、前記と同様に当該処理はステップＳ３０へ進み、当該部品の交換を促す旨のメッセージが表示される。
【００３６】
一方、当該デバイスがデバイス番号１００の電力用半導体であり、前記ステップＳ５において、寿命を実質変動回数に基づいて判定すべきと判断されると、当該処理は図３のステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、前記と同様に、当該電力変換装置が運転中であるか否かが判定される。運転中と判定されると、ステップＳ１２では、当該デバイスに関する温度データＴinが実質劣化量算定手段２の実質変動回数算定手段２２に取り込まれる。
【００３７】
図５は、実質変動回数算定手段２２の構成の一例を示した図であり、極大値検出手段２２１と、極小値検出手段２２２と、偏差検出手段２２３とによって構成されている。
【００３８】
ステップＳ１３では、極大値検出手段２２１により、当該温度データＴinが極大値を示しているか否かが判断される。極大値であると判定されると、ステップＳ１４では、保守管理情報の「極大値」の欄に当該温度データＴinが記憶される。ステップＳ１５では、保守管理情報に登録されている「極大値」と「極小値」との偏差（温度差）ΔＴが偏差検出手段２２３によって求められる。
【００３９】
ステップＳ１６では、当該偏差ΔＴに応答した補正値Ｍがデータテーブルから読み取られる。すなわち、偏差ΔＴが３０℃であれば補正値１．０が読み取られ、４０℃であれば補正値２．０が読み取られる。ステップＳ１７では、総実質変動回数ΣＭに補正値Ｍが加算され、加算結果が再び総実質変動回数ΣＭとして保守管理情報の当該欄に記憶される。
【００４０】
ステップＳ１８では、極小値検出手段２２２により、当該温度データＴinが極小値を示しているか否かが判断される。極小値であると判定されると、ステップＳ１９では、保守管理情報の「極小値」の欄に当該温度データＴinが記憶される。ステップＳ２０では、前記と同様に極大値と極小値との偏差ΔＴが求められる。ステップＳ２１では、当該温度偏差ΔＴに応答した補正値Ｍが前記と同様にデータテーブルから読み取られる。ステップＳ２２では、総実質変動回数ΣＭに補正値Ｍが加算され、加算結果が再び総実質変動回数ΣＭとして保守管理情報の当該欄に記憶される。
【００４１】
ステップＳ２３では、前記総実質変動回数ΣＭと期待寿命（本実施例では、１２万回）とが比較手段４において比較され、総実質変動回数ΣＭが期待寿命を上回っていると、ステップＳ３０において、前記と同様に当該デバイスの交換を促す旨のメッセージが表示手段５の表示画面上に表示される。また、総実質変動回数ΣＭが期待寿命を下回っており、余寿命があると判定されると、ステップＳ３１において、さらに実使用年月（＝現在年月−製造年月）と使用期限とが比較され、実使用年月が使用期限を越えていると、前記と同様に当該処理はステップＳ３０へ進み、当該部品の交換を促す旨のメッセージが表示される。
【００４２】
本実施例によれば、電力変換装置の各デバイスを劣化させる「装置の運転時間」あるいは「運転環境（温度、湿度、印加電圧など）の変動回数」等の劣化量を、それぞれ「運転中の運転環境」や「各変動の変動量」の大小によって加減速すると共に、これらを時系列的に積算して実質的な劣化量を算定し、当該実質劣化量に基づいて寿命が判定される。したがって、運転環境が一時的に大きく変動しても、当該変動によって寿命が大きく変動することがなく、正確な寿命判定が可能となる。
【００４３】
さらに、本実施例によればデバイスの使用期限が参照され、実使用による劣化が進んでいなくても、経時的に劣化していると推測される場合には、当該部品に関しても寿命と判定されるので、より確実な寿命判定が可能になる。
【００４４】
なお、上記した実施例では、補正係数Ｌ（またはＭ）をデータテーブルを参照して求めるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されず、以下のような補正式(1),(2) を保守管理情報として予め登録しておき、当該補正式を用いて算出するようにしても良い。
【００４５】
補正係数Ｌ＝２（Ｔ in −Ｔ 0 ）／１０ …(1)
但し、Ｔ0 ：期待寿命の基準となる基準温度
補正係数Ｍ＝２（ΔＴ in −ΔＴ 0 ）／１０ …(2)
但し、ΔＴ0 ：期待寿命の基準となる基準温度偏差
また、上記した実施例では、総実質運転時間ΣＬＴを、補正値Ｌと測定周期Δｔとの積に基づいて、演算により算出するものとして説明したが、電気回路で行うこともできる。
【００４６】
この場合、例えば前記実質運転時間算定手段２１には、運転中であれば１０ｍＶの直流電圧、停止中であれば０Ｖの直流電圧が、それぞれ入力されるようにする。実質運転時間算定手段２１は、劣化加減速要因検出手段１によって検出された温度信号を受け取り、温度信号が大きい（温度が高い）場合には、温度が低い場合よりも、当該直流電圧をより増幅して出力する。すなわち、温度Ｔinが２０℃であれば０．５倍に増幅して５ｍＶを出力し、３０℃（基準温度）であればそのまま出力し、４０℃であれば２．０倍に増幅して２０ｍＶを出力する。積分手段４は、出力電圧を適宜の積分回路で時間積分して総実質運転時間を得る。
【００４７】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) 電力変換装置のデバイスのうち、寿命を「装置の運転時間」に基づいて判断すべきデバイスに関しては、劣化量となる「運転時間」を「運転中の運転環境」の大小によって加減速すると共に、時系列的に積算して実質的な劣化量を算定し、当該実質劣化量に基づいて寿命が判定されるようにしたので、運転環境が一時的に大きく変動しても、当該変動によって寿命が大きく変動することがなく、正確な寿命判定が可能となる。
(2) 電力変換装置のデバイスのうち、寿命を「運転環境（温度、湿度、印加電圧など）の変動回数」に基づいて判断すべきデバイスに関しては、劣化量となる「変動回数」を「各変動の変動量」の大小によって加減速すると共に、時系列的に積算して実質的な劣化量を算定し、当該実質劣化量に基づいて寿命が判定されるようにしたので、運転環境が一時的に大きく変動しても、当該変動によって寿命が大きく変動することがなく、正確な寿命判定が可能となる。
(3) デバイスの使用期限が参照され、実使用による劣化が進んでいなくても、経時的に劣化していると推測される場合には、当該部品に関しても寿命と判定されるので、より確実な寿命判定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である電力変換装置に組み込まれた部品寿命判定回路の主要部の機能を示したブロック図である。
【図２】 図１の動作を示したフローチャート（その１）である。
【図３】 図１の動作を示したフローチャート（その２）である。
【図４】 保守管理情報の一例を示した図である。
【図５】 実質変動回数算定手段の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１…劣化加減速要因検出手段、２…実質劣化量算定手段、３…総実質劣化量算定手段、４…比較手段、５…表示手段、７…保守管理情報入力手段、８…保守管理情報記憶手段、２１…実質運転時間算定手段、２２…実質変動回数算定手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a power converter, and in particular, predicts the remaining life of a part or unit in consideration of fluctuations in operating conditions such as ambient temperature and output current, and prompts the user to replace the remaining life when the remaining life is below a predetermined value. The present invention relates to a power conversion device having a function.
[0002]
[Prior art]
With the development of switching circuit elements having a self-extinguishing capability such as power transistors and GTOs, and high-function control devices to which microprocessors are applied, power converters capable of controlling large power at high speed have become widespread. Such power conversion devices are used, for example, for power generation / transmission / distribution in electric power systems, for driving electric motors in electric railways and industrial applications, and for backup in the case of power outages (including instantaneous power outages) in the information field. Widely used.
[0003]
Power converters used for such applications are required to have high reliability with few failures. However, as the capacity of the power conversion device increases and the function is improved accordingly, the number of parts to be used also increases, so the reliability decreases without maintenance. For this reason, the importance of so-called preventive maintenance, in which deterioration of used parts is predicted in advance and reliability is maintained by checking or replacing parts or units in a planned manner, is increasing.
[0004]
However, the expected life of the part or unit in the standard use condition is calculated from the accelerated life test of the individual parts used and the characteristics of the returned product from the user, and periodically before the expected life is exceeded. In the conventional method of replacing parts or units, if the ambient temperature of the power converter is high or the load current is high, for example, when the ambient temperature of the power converter is high or the load current is high, In some cases, parts may reach the end of their service life.
[0005]
Furthermore, when power converters are widely used, preventive maintenance may not be achieved because there is no dedicated manager on the user side. In such a case, the manufacturer has cautioned the user by strengthening the service service by the serviceman or by clearly indicating the recommended replacement cycle of parts in the instruction manual. A sufficient effect was not obtained.
[0006]
In order to deal with such problems, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-56629, an expected life setting circuit that corrects an expected life with a signal indicating an operation state such as an ambient temperature and an output current, and the operation time of each component is integrated over time. A time integration circuit, a circuit that compares the corrected expected life with the integrated value of the operating time, and a reset circuit that resets the integrated value of the time integrating circuit to zero each time the part is replaced are provided. There has been proposed a component deterioration detection circuit that outputs a signal prompting replacement of a component to the information display of the power converter when the expected life corrected by the signal indicating is exceeded.・
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional technology, the expected life of each component or unit is corrected on the basis of only the operation state at that time, which is periodically detected, and thus has the following problems.
[0008]
For example, the expected life of 5 years is guaranteed if used at the reference ambient temperature, and the expected life is halved (2.5 years) when used in an
[0009]
By the way, the monthly average temperature in Tokyo is the lowest at 5.2 ℃ in January, the highest at 27.1 ℃ in August, and the annual temperature fluctuation is 21.9 ℃ (National Astronomical Observatory) (According to scientific chronology). For this reason, when an air conditioner is not installed at the place where the power converter is installed, the ambient temperature rises particularly in summer, and an exceptionally high ambient temperature of 10 ° C. higher than the reference ambient temperature may be detected. possible.
[0010]
In such a case, in the above-described conventional technology, even if the previous ambient temperature is always below the reference ambient temperature, the history is completely ignored, and the expected life of the component is based only on the ambient temperature detected this time. Will be corrected immediately. That is, the expected life is halved to 2.5 years. Therefore, at that time, the service life (3 years) exceeds the expected life (2.5 years), the remaining life becomes -0.5 years, and is immediately determined as the life.
[0011]
However, this judgment is clearly wrong, and even if an ambient temperature that is 10 ° C higher than the reference ambient temperature is detected, if it was used at the reference ambient temperature before that time, the history is also taken into account. Expected life should be determined.
[0012]
In addition, when the user of the power conversion device stores a part or unit as a spare part, in a capacitor using an organic material, the deterioration of the part proceeds even when stored in a non-energized state. It is recommended to replace the sealing rubber within 10 years after production. However, in the above-described conventional technology, a decrease in expected life during the storage period has not been considered.
[0013]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, predict the remaining life of power conversion device components in consideration of fluctuations in operating conditions such as ambient temperature and load current, and set the remaining life in advance. An object of the present invention is to provide a power conversion device having a function of prompting replacement of a part or unit when the value becomes equal to or less than the above value.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, in the present invention, in a power conversion device that converts direct current to alternating current, alternating current to direct current, and alternating current to alternating current, physical quantities of factors that accelerate and decelerate deterioration of the device itself and its component parts due to operation are determined. Means for detecting, means for calculating the actual deterioration amount of the apparatus based on the detected physical quantity of the deterioration acceleration / deceleration factor, and means for calculating the total actual deterioration amount by integrating the calculated actual deterioration amount Means for setting an expected life for each device and its component parts, means for comparing the total substantial deterioration amount with the expected life, and if the total substantial deterioration amount exceeds the expected life, the life of the device and its component parts And a means for notifying the user of the above.
[0015]
[Action]
According to the above configuration, the actual deterioration amount per unit time of the device is calculated in consideration of physical quantities that cause acceleration / deceleration such as temperature, humidity, and vibration, and the integrated value of the actual deterioration amount is calculated. Compared to expected life. Therefore, even if the physical quantity of the deterioration acceleration / deceleration factor is temporarily high (or low), the life is not determined based only on the temporarily detected physical quantity of the deterioration acceleration / deceleration factor. Life judgment can be made.
[0016]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating functions of a main part of a component life determination apparatus incorporated in a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0017]
Around or the surface of main parts and units constituting the power converter, such as capacitors, storage batteries, relays, power semiconductors, fuses, or power resistors (hereinafter collectively referred to as devices) Are suitably attached with an environmental sensor such as a temperature sensor, a humidity sensor, a vibration sensor and a dust sensor, or an operation state sensor such as an ammeter and a voltmeter (none of which are shown). For example, in the case of a power semiconductor, a thermistor is attached to the cooling fin. The output signal of each sensor is input to the deterioration acceleration / deceleration factor detection means 1.
[0018]
The deterioration acceleration / deceleration factor detection means 1 quantifies the temperature, humidity, vibration, dust, applied voltage, load current, etc., which are factors for accelerating or decelerating the deterioration of each device, based on detection signals input from each sensor. Detect. As will be described in detail later, maintenance management information such as a part number, a manufacturing date, an expected life, or a reference temperature is input from the maintenance management information input means 7. It is stored in the maintenance management information storage means 8 together with the management information.
[0019]
The actual deterioration amount calculating means 2 calculates the actual deterioration amount of the apparatus based on the detected physical quantity of the deterioration acceleration / deceleration factor, and as will be described in detail later, The actual operation time calculation means 21 for calculating the “operation time” and the actual fluctuation number calculation means 22 for calculating the “number of fluctuations” of the physical quantity of the deterioration acceleration / deceleration factor as the actual deterioration amount.
[0020]
When the device is in operation, the actual operation time calculation means 21 calculates the actual operation time per unit time based on the detected physical quantity of the deterioration acceleration / deceleration factor. That is, when the operation time when operating for a unit time (for example, 1 hour) at a reference temperature (for example, 30 ° C.) is set to “1 h”, in a 40 ° C. environment, the unit time per unit time is higher than that in a 30 ° C. environment. For example, “2.0 h” is calculated as the actual operation time even if the actual operation time is 1 h. Further, since deterioration per unit time progresses more slowly in an environment of 20 ° C. than in an environment of 30 ° C., even if the actual operation time is 1 h, for example, “0.5 h” is calculated as the actual operation time.
[0021]
In addition, the actual fluctuation number calculating means 22 calculates the actual fluctuation number of the fluctuation based on the detected physical quantity fluctuation amount of each deterioration acceleration / deceleration factor. That is, when the detected temperature fluctuation amount (variation width) is 40 ° C., the deterioration proceeds faster than when the fluctuation amount is 30 ° C. Therefore, even if the actual number of fluctuations is one, the number of actual fluctuations As a result, “2.0 times” is calculated. Similarly, if the fluctuation amount is 20 ° C., the deterioration proceeds more slowly than in the environment where the fluctuation amount is 30 ° C. Therefore, even if the actual number of fluctuations is one, the number of actual fluctuations is “0.5 times”. Is calculated.
[0022]
The total substantial deterioration amount calculation means 3 integrates the real operation time calculated by the real operation time calculation means 21 or the real fluctuation count calculated by the real fluctuation count calculation means 22 in a time series, respectively. Calculate the operating time or the total number of real fluctuations. The
[0023]
2 and 3 are flowcharts illustrating the operation of the present embodiment, which are processes that are sequentially and repeatedly executed for each device that constitutes the power conversion apparatus. In step S <b> 1, a memory area in which maintenance management information relating to a device to be processed (device number n) is stored is selected in the maintenance management
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing an example of maintenance management information stored for each device. An area surrounded by a
[0025]
In this embodiment, for ease of explanation, only temperature is exemplified as a factor for accelerating / decelerating life deterioration, but the same applies to humidity, vibration, dust, applied voltage, and load current.
[0026]
In the drawing, “device number” is a series of numbers assigned to each device in order to distinguish each device. “Part number (manufacturing number)” is a manufacturing number indicating a manufacturing lot or the like of each device, and even if the same device has a different manufacturing lot, a different number is assigned. “Manufacturing date” is the date when each device was manufactured. The “part number (manufacturing number)” and “manufacturing date” are input and registered by the user from the maintenance management information input means 7 every time the device is replaced.
[0027]
The manufacturing number and the like can be input as follows, for example, using a barcode reader as the maintenance management information input means 7. That is, a sticker (seal A) in which a part number is displayed as a bar code is attached to a part or unit in advance. For small parts that cannot be attached with a seal, the seal is attached to the storage packaging material. Further, a sticker (seal B) on which the device number is displayed as a bar code is attached to a position where the component or unit is incorporated in the power conversion device. Then, at the time of manufacturing the power converter and at the time of parts replacement, the barcodes of the seal A and the seal B are read and stored in the
[0028]
“Expected life (at T0)” is a life (time) when the device is used at a reference temperature T0 (for example, 30 ° C.). “Expected life (at ΔT0)” is a life (number of temperature fluctuations) when the device is used at a reference temperature difference ΔT0 (for example, 30 ° C.).
[0029]
“Expiration date” is the expiration date after the manufacture. “Parts incorporation date” is the date when the device is incorporated into the apparatus. “Current temperature Tin” is an ambient temperature detected by a temperature sensor provided on or near the device. “Temperature maximum value” is the temperature at which the temperature change shows a maximum value. The “temperature minimum value” is a temperature at which the temperature change shows a minimum value. “Total real operation time (ΣLT)” is a substantial total operation time in consideration of acceleration / deceleration of deterioration due to temperature or the like. “Total number of fluctuations (ΣM)” is a substantial number of fluctuations in consideration of deterioration acceleration / deceleration due to a temperature difference or the like.
[0030]
The “Correction coefficient table” is a coefficient used in the calculation for correcting the actual operation time or the actual number of fluctuations to the actual operation time or the actual number of fluctuations in consideration of the acceleration / deceleration of deterioration due to the detected ambient temperature. is there.
[0031]
2 and 3 again, in step S2, it is determined whether or not the device has been replaced. If they have been replaced, in step S3, the “part number (manufacturing number)” and “manufacturing date” of the maintenance management information are input from the maintenance management information input means 7 by the user, depending on the device after the replacement. Rewritten. In step S4, the “total actual operation time ΣLT” or “total actual change count ΣM” registered as maintenance management information is reset to zero.
[0032]
In step S5, it is determined whether the lifetime of the device should be determined based on “total substantial operation time ΣLT” or “total substantial variation number ΣM”. Here, if the device is the electrolytic capacitor of
[0033]
In step S6, based on the applied voltage value or the load current value detected by the deterioration acceleration / deceleration
[0034]
In step S8, the correction value L in response to the temperature data Tin is read from the maintenance management information data table. That is, if the temperature data Tin is 30 ° C., the correction value L = 1.0 is read, and if it is 40 ° C., the correction value L = 2.0 is read. In step S9, the product of the correction value L and the measurement period Δt is calculated, and the actual operation time (correction value L × measurement period Δt) is calculated. That is, if the period in which the process is executed for each device is 1 hour, “1” (h) is substituted for the period Δt. Furthermore, the total substantial deterioration amount calculation means 3 adds the substantial operation time (correction value L × measurement period Δt) to the total substantial operation time ΣLT, and the addition result is again set as the total substantial operation time ΣLT. 8 is stored in the corresponding column.
[0035]
In step S10, the total actual operation time ΣLT and the expected life (in this embodiment, 100,000 hours) are compared by the comparison means 4, and if the total real operation time ΣLT exceeds the expected life, in step S30, A message prompting replacement of the device is displayed on the display screen of the display means 5. In addition, when it is determined that the total real operation time ΣLT is less than the expected life and there is a remaining life, in step S31, the actual use date (= current date−production date) is compared with the expiration date. If the actual use date has exceeded the expiration date, the process proceeds to step S30 in the same manner as described above, and a message prompting the replacement of the part is displayed.
[0036]
On the other hand, if the device is a power semiconductor having the
[0037]
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the actual fluctuation number calculation means 22, which includes a maximum value detection means 221, a minimum value detection means 222, and a deviation detection means 223.
[0038]
In step S13, the maximum value detecting means 221 determines whether or not the temperature data Tin indicates a maximum value. If it is determined that the value is the maximum value, in step S14, the temperature data Tin is stored in the "maximum value" column of the maintenance management information. In step S <b> 15, a deviation (temperature difference) ΔT between “maximum value” and “minimum value” registered in the maintenance management information is obtained by the deviation detection means 223.
[0039]
In step S16, the correction value M in response to the deviation ΔT is read from the data table. That is, if the deviation ΔT is 30 ° C., the correction value 1.0 is read, and if it is 40 ° C., the correction value 2.0 is read. In step S17, the correction value M is added to the total substantial fluctuation count ΣM, and the addition result is stored again in the corresponding field of the maintenance management information as the total substantial fluctuation count ΣM.
[0040]
In step S18, the minimum value detection means 222 determines whether or not the temperature data Tin indicates a minimum value. If it is determined that the value is the minimum value, the temperature data Tin is stored in the “minimum value” field of the maintenance management information in step S19. In step S20, the deviation ΔT between the maximum value and the minimum value is obtained in the same manner as described above. In step S21, the correction value M in response to the temperature deviation ΔT is read from the data table in the same manner as described above. In step S22, the correction value M is added to the total substantial variation number ΣM, and the addition result is stored again in the corresponding field of the maintenance management information as the total substantial variation number ΣM.
[0041]
In step S23, the total number of actual fluctuations ΣM and the expected life (in this embodiment, 120,000 times) are compared in the comparison means 4, and if the total number of real fluctuations ΣM exceeds the expected life, in step S30, Similarly to the above, a message for prompting replacement of the device is displayed on the display screen of the display means 5. If it is determined that the total number of actual fluctuations ΣM is less than the expected life and there is a remaining life, in step S31, the actual use date (= current date−manufacturing date) is compared with the expiration date. If the actual use date has exceeded the expiration date, the process proceeds to step S30 in the same manner as described above, and a message prompting the replacement of the part is displayed.
[0042]
According to the present embodiment, the amount of deterioration such as “the operating time of the device” or “the number of fluctuations in the operating environment (temperature, humidity, applied voltage, etc.)” that deteriorates each device of the power conversion device, Acceleration / deceleration is performed according to the magnitude of the “operating environment” and “variation amount of each variation”, and these are integrated in time series to calculate a substantial degradation amount, and the life is determined based on the substantial degradation amount. Therefore, even if the operating environment fluctuates greatly temporarily, the life does not fluctuate greatly due to the fluctuation, and accurate life determination is possible.
[0043]
Furthermore, according to the present embodiment, the expiration date of the device is referred to, and even if the deterioration due to actual use is not progressing, if it is estimated that it has deteriorated over time, the life of the relevant part is also determined. Therefore, more reliable life determination is possible.
[0044]
In the above-described embodiment, the correction coefficient L (or M) has been described as being obtained with reference to the data table. However, the present invention is not limited to this, and the following correction equations (1), ( 2) may be registered in advance as maintenance management information, and may be calculated using the correction formula.
[0045]
Correction coefficient L = 2 (T in −T 0 ) / 10 (1)
However, T0: Reference temperature correction coefficient M = 2 (ΔT in −ΔT 0 ) / 10 which is a reference for expected life (2)
However, ΔT0: reference temperature deviation serving as a reference for expected life In the above-described embodiment, the total substantial operation time ΣLT has been described as being calculated based on the product of the correction value L and the measurement period Δt. However, it can also be performed by an electric circuit.
[0046]
In this case, for example, a DC voltage of 10 mV is input to the actual operation time calculation means 21 when in operation, and a DC voltage of 0 V is input when the operation is stopped. The actual operation time calculation means 21 receives the temperature signal detected by the deterioration acceleration / deceleration factor detection means 1, and when the temperature signal is large (temperature is high), the DC voltage is amplified more than when the temperature is low. And output. That is, if the temperature Tin is 20 ° C., it is amplified 0.5 times to
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects are achieved.
(1) Among devices of power converters, for devices whose lifetime should be judged based on the “operating time of the device”, the “driving time” that is the amount of deterioration is accelerated or decelerated depending on the size of the “operating operating environment”. At the same time, the substantial deterioration amount is calculated by time series integration, and the life is determined based on the substantial deterioration amount. Thus, the lifetime does not fluctuate greatly, and accurate lifetime determination becomes possible.
(2) Among devices of power converters, for devices whose lifetime should be judged based on “the number of fluctuations in the operating environment (temperature, humidity, applied voltage, etc.)” Acceleration / deceleration is performed according to the magnitude of the `` variation amount of fluctuation '', and the substantial deterioration amount is calculated by time series calculation so that the life is determined based on the substantial deterioration amount. Even if there is a large fluctuation, the life does not fluctuate greatly due to the fluctuation, and accurate life judgment can be performed.
(3) If the device expiration date is referenced and it is estimated that the device has deteriorated over time even if the deterioration due to actual use has not progressed, the life of the component is also determined. Reliable life judgment is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating functions of a main part of a component life determination circuit incorporated in a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart (part 1) illustrating the operation of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart (part 2) illustrating the operation of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing an example of maintenance management information.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a real fluctuation number calculating means.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
運転による装置自身およびその構成部品の劣化を加減速させる要因の物理量を検出する手段と、
前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて、当該装置の実質劣化量を算定する手段と、
前記算定された実質劣化量を積算して総実質劣化量を算定する手段と、
少なくとも装置およびその構成部品ごとの期待寿命が記憶された保守管理情報記憶手段と、
前記総実質劣化量を期待寿命と比較する手段と、
総実質劣化量が期待寿命を上回ると、当該装置およびその構成部品の寿命を使用者に通知する手段とを具備し、
前記各構成部品の特徴を表す第１の保守管理情報、および当該各構成部品の取り付け箇所を表す第２の保守管理情報を読み取り、両者を相互に関連付けて前記保守管理情報記憶手段に記憶する保守管理情報入力手段をさらに具備し、
前記期待寿命は、第１の保守管理情報の一部として記憶されたことを特徴とする電力変換装置。 In a power converter that converts direct current to alternating current, alternating current to direct current, and alternating current to alternating current,
Means for detecting a physical quantity of a factor for accelerating and decelerating deterioration of the apparatus itself and its components due to operation;
Means for calculating a substantial deterioration amount of the apparatus based on the physical quantity of the detected deterioration acceleration / deceleration factor;
Means for calculating the total substantial deterioration amount by integrating the calculated actual deterioration amount;
Maintenance management information storage means storing at least the expected life of each device and its component parts;
Means for comparing the total substantial deterioration amount with an expected life;
Means for notifying the user of the lifetime of the device and its components when the total substantial deterioration exceeds the expected lifetime,
Maintenance that reads first maintenance management information that represents the characteristics of each component and second maintenance management information that represents the location where each component is attached and stores them in the maintenance management information storage means in association with each other A management information input means;
The power conversion device characterized in that the expected life is stored as a part of the first maintenance management information.
運転による装置自身およびその構成部品の劣化を加減速させる要因の物理量を検出する手段と、
前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて、当該装置の実質劣化量を算定する手段と、
前記算定された実質劣化量を積算して総実質劣化量を算定する手段と、
少なくとも装置およびその構成部品ごとの期待寿命が記憶された保守管理情報記憶手段と、
前記総実質劣化量を期待寿命と比較する手段と、
総実質劣化量が期待寿命を上回ると、当該装置およびその構成部品の寿命を使用者に通知する手段とを具備し、
前記保守管理情報記憶手段には、当該構成部品の製造時期および使用期限を表す情報が記憶され、使用期限が経過すると、その寿命が使用者に通知されるようにしたことを特徴とする電力変換装置。 In a power converter that converts direct current to alternating current, alternating current to direct current, and alternating current to alternating current,
Means for detecting a physical quantity of a factor for accelerating and decelerating deterioration of the apparatus itself and its components due to operation;
Means for calculating a substantial deterioration amount of the apparatus based on the physical quantity of the detected deterioration acceleration / deceleration factor;
Means for calculating the total substantial deterioration amount by integrating the calculated actual deterioration amount;
Maintenance management information storage means storing at least the expected life of each device and its component parts;
Means for comparing the total substantial deterioration amount with an expected life;
Means for notifying the user of the lifetime of the device and its components when the total substantial deterioration exceeds the expected lifetime,
The maintenance management information storage means stores information indicating the manufacturing time and the expiration date of the component, and the service life is notified to the user when the expiration date has passed. apparatus.
運転による装置自身およびその構成部品の劣化を加減速させる要因の物理量を検出する手段と、
前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて、当該装置の実質劣化量を算定する手段と、
前記算定された実質劣化量を積算して総実質劣化量を算定する手段と、
少なくとも装置およびその構成部品ごとの期待寿命が記憶された保守管理情報記憶手段と、
前記総実質劣化量を期待寿命と比較する手段と、
総実質劣化量が期待寿命を上回ると、当該装置およびその構成部品の寿命を使用者に通知する手段とを具備し、
前記寿命を通知する手段は、寿命と判断された装置自身またはその構成部品名を表示することを特徴とする電力変換装置。 In a power converter that converts direct current to alternating current, alternating current to direct current, and alternating current to alternating current,
Means for detecting a physical quantity of a factor for accelerating and decelerating deterioration of the apparatus itself and its components due to operation;
Means for calculating a substantial deterioration amount of the apparatus based on the physical quantity of the detected deterioration acceleration / deceleration factor;
Means for calculating the total substantial deterioration amount by integrating the calculated actual deterioration amount;
Maintenance management information storage means storing at least the expected life of each device and its component parts;
Means for comparing the total substantial deterioration amount with an expected life;
Means for notifying the user of the lifetime of the device and its components when the total substantial deterioration exceeds the expected lifetime,
The power conversion device characterized in that the means for notifying the lifetime displays the device itself or its component name determined to be the lifetime.
運転による装置自身およびその構成部品の劣化を加減速させる要因の物理量を検出する手段と、
前記検出された劣化加減速要因の物理量に基づいて、当該装置の実質劣化量を算定する手段と、
前記算定された実質劣化量を積算して総実質劣化量を算定する手段と、
少なくとも装置およびその構成部品ごとの期待寿命が記憶された保守管理情報記憶手段と、
前記総実質劣化量を期待寿命と比較する手段と、
総実質劣化量が期待寿命を上回ると、当該装置およびその構成部品の寿命を使用者に通知する手段とを具備し、
前記実質劣化量を算定する手段は、前記検出された劣化加減速要因の物理量の変動量に基づいて実質変動回数を算定し、前記総実質劣化量を算定する手段は、前記算定された実質変動回数を積算することを特徴とする電力変換装置。 In a power converter that converts direct current to alternating current, alternating current to direct current, and alternating current to alternating current,
Means for detecting a physical quantity of a factor for accelerating and decelerating deterioration of the apparatus itself and its components due to operation;
Means for calculating a substantial deterioration amount of the apparatus based on the physical quantity of the detected deterioration acceleration / deceleration factor;
Means for calculating the total substantial deterioration amount by integrating the calculated actual deterioration amount;
Maintenance management information storage means storing at least the expected life of each device and its component parts;
Means for comparing the total substantial deterioration amount with an expected life;
Means for notifying the user of the lifetime of the device and its components when the total substantial deterioration exceeds the expected lifetime,
The means for calculating the substantial deterioration amount calculates the number of actual fluctuations based on the detected amount of fluctuation of the physical quantity of the detected deterioration acceleration / deceleration factor, and the means for calculating the total substantial deterioration amount is the calculated actual fluctuation amount. A power converter characterized by accumulating the number of times.
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