JP3793909B2 - 電力変換器の故障モニタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流を交流に、または、交流を直流に変換する電力変換器の故障をモニタリングする電力変換器の故障モニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のスイッチング素子を使用する電力変換器には、素子の故障解析用にゲートパルスや素子の電流，電圧値等のアナログモニタ信号の状態をモニタリングする故障モニタ装置が設置されている。
【０００３】
従来の故障モニタ装置では、特開平9−289780 号に記載されているようにゲートパルスを高速（数μｓ）にサンプリングして、変化を検出したら検出時のゲートパルスのデータと検出時間を一緒にモニタメモリに格納する故障モニタ装置があるが、ゲートパルス以外のアナログモニタ信号（電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログ信号）については、図５に示すようにゲートパルスとは非同期、かつ２５０μｓ程度の周期トリガでＡ／Ｄ変換後、モニタメモリに格納している。そして、故障発生時は故障モニタからパソコンにモニタデータを転送し、ゲートパルスとアナログモニタ信号をグラフィク表示して故障時の動作を確認，原因解析を行う。
【０００４】
しかし、ゲートパルスのモニタデータとアナログモニタ信号のデータが別々のスケール，タイミングでサンプリングされているとモニタ表示を同一画面で行った場合、ゲートパルスの異常時にアナログモニタ信号の変化が見られず、故障発生時点の現象が正確に表示されないため、スイッチング素子の破壊原因の断定，対策等に時間を費やす場合がある。
【０００５】
また、アナログ信号等の波形を記録する装置として特開昭57−33363 号に記載されているような、信号の変化時に高速のサンプリングで波形を記録する装置もあるが、サンプリングをゲートパルスと非同期に行うと、必要の無い正常な波形も記録したり、ゲートパルスの異常時にモニタのサンプリングがずれると、必要なアナログモニタ信号の変化を確実に記録できない場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
正常時は、ゲートパルスの変化に比べアナログ信号の変化は非常に少ない上に、Ａ／Ｄ変換後のモニタデータ量が１回あたり８bit 以上と多いので、そのままゲートパルスと同様に全てのアナログモニタ信号を格納していくとモニタメモリの容量が増大する。またゲートパルスにのみ同期させると、ゲートパルスの変化がない場合、アナログ信号もモニタされなくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、異常時にゲートパルスと同期したアナログモニタ信号をサンプリングすることにより、故障解析に必要なアナログモニタ信号のデータのみを多くモニタできるようにして、故障原因の究明と対策にかかる時間を短縮することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、クロックのタイミングに基づいて、ゲートパルスの変化点を検出する回路と、ゲートパルスの変化点のゲートパルスの異常パターンを検出する回路と、外部からの故障検知信号と異常パターン検出信号とによりパルストリガを出力する手段と、パルストリガが出力された時の時刻データを生成する時刻カウンタと、パルストリガが出力された時、それに同期させて前記電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号データと前記時刻データを格納するモニタメモリと、モニタ再生時にアナログモニタ信号データと時刻データをリンクさせるアドレスを管理するアドレスカウンタと、これらの動作を制御するマイクロコンピュータとを有する。
【０００９】
本発明は、異常時に集中してモニタデータの収集を行うので、故障解析に必要な異常時のアナログモニタ信号の変化が正確になり、故障原因の追跡と対策にかかる時間を短縮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例であり、交流誘導モータを駆動する電力変換器（インバータ）の故障モニタ装置を示す。尚、対象とする電力変換器は、静止形のインバータ（ＳＩＶ）や交流を直流に変換するコンバータであってもよい。
【００１１】
図１において、電力変換器は、三相の場合、直流電源６の間に直列接続した二つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ等のスイッチング素子）４を三相分として、各相のスイッチング素子４の直列接続先から負荷となる交流誘導モータ５に接続する。各々のスイッチング素子４のＰＷＭ生成部２から出力されるＰＷＭ変調信号をゲートドライブ３に入力し、ゲートドライブ３からのゲートパルス信号をスイッチング素子４のゲートに印加する。本実施例の故障モニタ装置１には、ゲートパルス信号及び電力変換器の出力電流（または電圧）等のアナログモニタ信号と故障検知信号が入力する。図１では便宜上、一つのスイッチング素子に関しての故障モニタ装置についてしか記載していないが、当然ながら全素子について行うことは勿論である。
【００１２】
次に、故障モニタ装置１の詳細について説明する。図２は、その故障モニタ装置１のハードウェアのブロック図を示す。
【００１３】
図２において、７はクロック発生器、８はゲートパルス及びフィードバックパルスの変化点検出回路、９はゲートパルス及びフィードバックパルスの異常パターン検出回路、１０はフリーランタイマ、１１はＡ／Ｄ変換器、１２はアドレスカウンタ、１３はモニタメモリ、１４はマイクロコンピュータ、１５はページレジスタを示す。太線はアドレスバスおよびデータバス、細線は制御信号ラインを示す。モニタメモリ１３は、図３のようにハードウェアが書き込むエリア（ページ）と、ソフトウェアが書き込むエリア（ページ）からなる。図３において、ハードウェアが書き込むエリアとして、ページ１〜７を示し、各ページ１毎に１回目ハードデータ〜７回目ハードデータを書き込む。ここで、各ページのアドレスには、それぞれ時刻データアナログデータを書き込む。また、ソフトウェアが書き込むエリアとして、ページ８を示し、このページには１回目〜７回目故障ソフトデータがあり、それぞれの故障ソフトデータとして故障発生時のハードウェアデータのアドレスカウンタ値，故障発生時刻データを書き込む。
【００１４】
続いて、動作を説明する。マイクロコンピュータ１４がモニタメモリ１３にモニタデータを書き込むページ（ページアドレス）をページレジスタ１５設定してから、モニタスタート信号を出力する。一方、クロック発生器７からはエッジを検出するゲートパルス幅より十分短い周期（本例では、ＩＧＢＴのスイッチング周波数が数ｋＨｚに対してクロック周波数は１.２５ＭＨｚ とする。）のクロックパルスを出力する。
【００１５】
まず故障検知信号が無い場合、パルストリガが出力されず、タイマ１０が出力するタイマトリガにより周期的にアドレスカウンタ１２を作動させ、（ページレジスタ値＋アドレスカウンタ値）番地にＡ／Ｄ変換器１１の出力と、その時のタイマ１０が出力する時刻データ（相対時刻）を、図３に示すように格納する。以降故障検知がない状態が続くと、この動作が繰り返され、前に書かれたデータは上書きされる。
【００１６】
次に故障検知信号やゲートパルスの異常パターンがある場合、変化点検出８でゲートパルスの変点を検出した時に、異常パターン検出９か外部からの故障検知信号があれば、パルストリガが出力されゲートパルスの変化点ごとにアドレスカウンタ１２を作動させ、（ページレジスタ値＋アドレスカウンタ値）番地にＡ／Ｄ変換器１１の出力と、その時のタイマ１０が出力する時刻データ（相対時刻）を、図３に示すように格納する。
【００１７】
マイクロコンピュータ１４は故障検知信号を受け取ると、まず、図３の管理データすなわち故障発生時のハードウェアデータのアドレスカウンタ値，故障発生時刻データを格納してから、所定時間以内にモニタスタート信号の出力を止めて、ハードウェア及びソフトウェアの現在のデータの更新を停止する。そして、ページレジスタ１５の値をインクリメントしてハードウェアが格納するモニタメモリ１３のページをページ２（２回目ハードデータ）に切り替え、かつ、ソフトウェアの書き込み領域を２回目故障ソフトデータに切り替えた後に、再びモニタを開始する。以下同様に、故障検知がある場合には、ページレジスタ１５の値をインクリメントして、順次ハードウェアがモニタデータを格納するモニタメモリ１３のページをページ３〜７（３〜７回目ハードデータ）に切り替え、かつ、ソフトウェアの書き込み領域を３〜７回目故障ソフトデータに切り替えた後に、再びモニタを開始する。
【００１８】
図４に二つのゲートパルス１，２とアナログ信号モニタ中に、故障の発生によってゲート故障に至った場合のモニタ結果の例を示す。異常検知信号が出力されるとそのときのゲートパルスの変化点毎にパルストリガが出力され、異常時のアナログモニタ信号がゲートパルスに同期してモニタメモリに集中的に収集される。
【００１９】
このように、本実施形態の故障モニタ装置により、アナログモニタ信号を正確に再生すると同時に、故障検知信号の発生時刻，モニタ信号に異常のあった時刻、そして、アナログモニタ信号の観測結果によって、何が起こったかを速やかに断定でき、その後、適切な処置を施すことができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によって、ゲートパルスに同期したアナログ信号の変化をモニタできるので、ゲートの破損事故が起きた場合に、異常時の詳細なアナログ信号の状態を確認することができるため、原因追求時間が大幅に短縮される。また必要最小限のサンプリングにより、マイクロコンピュータの演算数を低減しモニタ用メモリ容量の低減が図れ、経済的なシステム構成が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電力変換器（インバータ）の故障モニタ装置を示す図。
【図２】本発明の故障モニタ装置のハードウェアブロック図。
【図３】本発明の故障モニタ装置のモニタデータの構造を示す図。
【図４】本発明の故障モニタ装置によるモニタ信号の例を示す図。
【図５】従来の故障モニタ装置によるアナログモニタ信号の例を示す図。
【符号の説明】
１…故障モニタ装置、２…ＰＷＭ生成部、３…ゲートドライブ、４…スイッチング素子、７…クロック発生器、８…変化点検出回路、９…異常パターン検出回路、１０…タイマ、１１…Ａ／Ｄ変換器、１２…アドレスカウンタ、１３…モニタメモリ、１４…マイクロコンピュータ、１５…ページレジスタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流を交流に、または、交流を直流に変換する電力変換器の故障をモニタリングする電力変換器の故障モニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のスイッチング素子を使用する電力変換器には、素子の故障解析用にゲートパルスや素子の電流，電圧値等のアナログモニタ信号の状態をモニタリングする故障モニタ装置が設置されている。
【０００３】
従来の故障モニタ装置では、特開平9−289780 号に記載されているようにゲートパルスを高速（数μｓ）にサンプリングして、変化を検出したら検出時のゲートパルスのデータと検出時間を一緒にモニタメモリに格納する故障モニタ装置があるが、ゲートパルス以外のアナログモニタ信号（電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログ信号）については、図５に示すようにゲートパルスとは非同期、かつ２５０μｓ程度の周期トリガでＡ／Ｄ変換後、モニタメモリに格納している。そして、故障発生時は故障モニタからパソコンにモニタデータを転送し、ゲートパルスとアナログモニタ信号をグラフィク表示して故障時の動作を確認，原因解析を行う。
【０００４】
しかし、ゲートパルスのモニタデータとアナログモニタ信号のデータが別々のスケール，タイミングでサンプリングされているとモニタ表示を同一画面で行った場合、ゲートパルスの異常時にアナログモニタ信号の変化が見られず、故障発生時点の現象が正確に表示されないため、スイッチング素子の破壊原因の断定，対策等に時間を費やす場合がある。
【０００５】
また、アナログ信号等の波形を記録する装置として特開昭57−33363 号に記載されているような、信号の変化時に高速のサンプリングで波形を記録する装置もあるが、サンプリングをゲートパルスと非同期に行うと、必要の無い正常な波形も記録したり、ゲートパルスの異常時にモニタのサンプリングがずれると、必要なアナログモニタ信号の変化を確実に記録できない場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
正常時は、ゲートパルスの変化に比べアナログ信号の変化は非常に少ない上に、Ａ／Ｄ変換後のモニタデータ量が１回あたり８bit 以上と多いので、そのままゲートパルスと同様に全てのアナログモニタ信号を格納していくとモニタメモリの容量が増大する。またゲートパルスにのみ同期させると、ゲートパルスの変化がない場合、アナログ信号もモニタされなくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、異常時にゲートパルスと同期したアナログモニタ信号をサンプリングすることにより、故障解析に必要なアナログモニタ信号のデータのみを多くモニタできるようにして、故障原因の究明と対策にかかる時間を短縮することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、クロックのタイミングに基づいて、ゲートパルスの変化点を検出する回路と、ゲートパルスの変化点のゲートパルスの異常パターンを検出する回路と、外部からの故障検知信号と異常パターン検出信号とによりパルストリガを出力する手段と、パルストリガが出力された時の時刻データを生成する時刻カウンタと、パルストリガが出力された時、それに同期させて前記電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号データと前記時刻データを格納するモニタメモリと、モニタ再生時にアナログモニタ信号データと時刻データをリンクさせるアドレスを管理するアドレスカウンタと、これらの動作を制御するマイクロコンピュータとを有する。
【０００９】
本発明は、異常時に集中してモニタデータの収集を行うので、故障解析に必要な異常時のアナログモニタ信号の変化が正確になり、故障原因の追跡と対策にかかる時間を短縮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例であり、交流誘導モータを駆動する電力変換器（インバータ）の故障モニタ装置を示す。尚、対象とする電力変換器は、静止形のインバータ（ＳＩＶ）や交流を直流に変換するコンバータであってもよい。
【００１１】
図１において、電力変換器は、三相の場合、直流電源６の間に直列接続した二つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ等のスイッチング素子）４を三相分として、各相のスイッチング素子４の直列接続先から負荷となる交流誘導モータ５に接続する。各々のスイッチング素子４のＰＷＭ生成部２から出力されるＰＷＭ変調信号をゲートドライブ３に入力し、ゲートドライブ３からのゲートパルス信号をスイッチング素子４のゲートに印加する。本実施例の故障モニタ装置１には、ゲートパルス信号及び電力変換器の出力電流（または電圧）等のアナログモニタ信号と故障検知信号が入力する。図１では便宜上、一つのスイッチング素子に関しての故障モニタ装置についてしか記載していないが、当然ながら全素子について行うことは勿論である。
【００１２】
次に、故障モニタ装置１の詳細について説明する。図２は、その故障モニタ装置１のハードウェアのブロック図を示す。
【００１３】
図２において、７はクロック発生器、８はゲートパルス及びフィードバックパルスの変化点検出回路、９はゲートパルス及びフィードバックパルスの異常パターン検出回路、１０はフリーランタイマ、１１はＡ／Ｄ変換器、１２はアドレスカウンタ、１３はモニタメモリ、１４はマイクロコンピュータ、１５はページレジスタを示す。太線はアドレスバスおよびデータバス、細線は制御信号ラインを示す。モニタメモリ１３は、図３のようにハードウェアが書き込むエリア（ページ）と、ソフトウェアが書き込むエリア（ページ）からなる。図３において、ハードウェアが書き込むエリアとして、ページ１〜７を示し、各ページ１毎に１回目ハードデータ〜７回目ハードデータを書き込む。ここで、各ページのアドレスには、それぞれ時刻データアナログデータを書き込む。また、ソフトウェアが書き込むエリアとして、ページ８を示し、このページには１回目〜７回目故障ソフトデータがあり、それぞれの故障ソフトデータとして故障発生時のハードウェアデータのアドレスカウンタ値，故障発生時刻データを書き込む。
【００１４】
続いて、動作を説明する。マイクロコンピュータ１４がモニタメモリ１３にモニタデータを書き込むページ（ページアドレス）をページレジスタ１５設定してから、モニタスタート信号を出力する。一方、クロック発生器７からはエッジを検出するゲートパルス幅より十分短い周期（本例では、ＩＧＢＴのスイッチング周波数が数ｋＨｚに対してクロック周波数は１.２５ＭＨｚ とする。）のクロックパルスを出力する。
【００１５】
まず故障検知信号が無い場合、パルストリガが出力されず、タイマ１０が出力するタイマトリガにより周期的にアドレスカウンタ１２を作動させ、（ページレジスタ値＋アドレスカウンタ値）番地にＡ／Ｄ変換器１１の出力と、その時のタイマ１０が出力する時刻データ（相対時刻）を、図３に示すように格納する。以降故障検知がない状態が続くと、この動作が繰り返され、前に書かれたデータは上書きされる。
【００１６】
次に故障検知信号やゲートパルスの異常パターンがある場合、変化点検出８でゲートパルスの変点を検出した時に、異常パターン検出９か外部からの故障検知信号があれば、パルストリガが出力されゲートパルスの変化点ごとにアドレスカウンタ１２を作動させ、（ページレジスタ値＋アドレスカウンタ値）番地にＡ／Ｄ変換器１１の出力と、その時のタイマ１０が出力する時刻データ（相対時刻）を、図３に示すように格納する。
【００１７】
マイクロコンピュータ１４は故障検知信号を受け取ると、まず、図３の管理データすなわち故障発生時のハードウェアデータのアドレスカウンタ値，故障発生時刻データを格納してから、所定時間以内にモニタスタート信号の出力を止めて、ハードウェア及びソフトウェアの現在のデータの更新を停止する。そして、ページレジスタ１５の値をインクリメントしてハードウェアが格納するモニタメモリ１３のページをページ２（２回目ハードデータ）に切り替え、かつ、ソフトウェアの書き込み領域を２回目故障ソフトデータに切り替えた後に、再びモニタを開始する。以下同様に、故障検知がある場合には、ページレジスタ１５の値をインクリメントして、順次ハードウェアがモニタデータを格納するモニタメモリ１３のページをページ３〜７（３〜７回目ハードデータ）に切り替え、かつ、ソフトウェアの書き込み領域を３〜７回目故障ソフトデータに切り替えた後に、再びモニタを開始する。
【００１８】
図４に二つのゲートパルス１，２とアナログ信号モニタ中に、故障の発生によってゲート故障に至った場合のモニタ結果の例を示す。異常検知信号が出力されるとそのときのゲートパルスの変化点毎にパルストリガが出力され、異常時のアナログモニタ信号がゲートパルスに同期してモニタメモリに集中的に収集される。
【００１９】
このように、本実施形態の故障モニタ装置により、アナログモニタ信号を正確に再生すると同時に、故障検知信号の発生時刻，モニタ信号に異常のあった時刻、そして、アナログモニタ信号の観測結果によって、何が起こったかを速やかに断定でき、その後、適切な処置を施すことができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によって、ゲートパルスに同期したアナログ信号の変化をモニタできるので、ゲートの破損事故が起きた場合に、異常時の詳細なアナログ信号の状態を確認することができるため、原因追求時間が大幅に短縮される。また必要最小限のサンプリングにより、マイクロコンピュータの演算数を低減しモニタ用メモリ容量の低減が図れ、経済的なシステム構成が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電力変換器（インバータ）の故障モニタ装置を示す図。
【図２】本発明の故障モニタ装置のハードウェアブロック図。
【図３】本発明の故障モニタ装置のモニタデータの構造を示す図。
【図４】本発明の故障モニタ装置によるモニタ信号の例を示す図。
【図５】従来の故障モニタ装置によるアナログモニタ信号の例を示す図。
【符号の説明】
１…故障モニタ装置、２…ＰＷＭ生成部、３…ゲートドライブ、４…スイッチング素子、７…クロック発生器、８…変化点検出回路、９…異常パターン検出回路、１０…タイマ、１１…Ａ／Ｄ変換器、１２…アドレスカウンタ、１３…モニタメモリ、１４…マイクロコンピュータ、１５…ページレジスタ。
Claims (1)
- 複数のスイッチング素子を各々所定のゲートパルスにより駆動する電力変換器において、
一定周期のパルスを出力するクロック発生器と、
前記クロックのタイミングに基づいて、ゲートパルスの変化点を検出する回路と、
前記ゲートパルスの変化点のゲートパルスの異常パターンを検出する回路と、
外部からの故障検知信号と前記異常パターン検出信号とによりパルストリガを出力する手段と、
該パルストリガが出力された時の時刻データを生成する時刻カウンタと、
前記パルストリガが出力された時、それに同期させて前記電力変換器の直流入力電流または電圧もしくは出力電流等のアナログモニタ信号データと前記時刻データを格納するモニタメモリと、
モニタ再生時に前記アナログモニタ信号データと前記時刻データをリンクさせるアドレスを管理するアドレスカウンタと、
これらの動作を制御するマイクロコンピュータとを有することを特徴とする電力変換器の故障モニタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16201899A JP3793909B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 電力変換器の故障モニタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16201899A JP3793909B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 電力変換器の故障モニタ装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000354381A JP2000354381A (ja) | 2000-12-19 |
| JP2000354381A5 JP2000354381A5 (ja) | 2005-02-17 |
| JP3793909B2 true JP3793909B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=15746502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16201899A Expired - Fee Related JP3793909B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 電力変換器の故障モニタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3793909B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012019614A (ja) * | 2010-07-08 | 2012-01-26 | Hitachi Ltd | 電力変換器の故障モニタ装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4978205B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2012-07-18 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置の故障監視装置 |
| JP5790671B2 (ja) * | 2013-01-16 | 2015-10-07 | 株式会社デンソー | 回路制御装置 |
| CN112947386A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-06-11 | 北京莱格牧机电有限责任公司 | 一种远程分布式变频器故障诊断系统 |
-
1999
- 1999-06-09 JP JP16201899A patent/JP3793909B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012019614A (ja) * | 2010-07-08 | 2012-01-26 | Hitachi Ltd | 電力変換器の故障モニタ装置 |
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|---|---|
| JP2000354381A (ja) | 2000-12-19 |
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