JP5359282B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置の直流中間回路に接続された主回路コンデンサの電圧や容量から主回路コンデンサの劣化等の状態を判断するインバータ装置に関するものである。

従来、主回路コンデンサの劣化検出装置としては、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。
特許文献１に係る従来技術は、主回路コンデンサの新品時における放電特性と、経年運転後にインバータを停止するたびに測定した主回路コンデンサの放電特性とを比較し、主回路コンデンサが放電して所定電圧になるまでの放電時間を減衰許容値と比較して主回路コンデンサの劣化を検出している。
また、特許文献２に係る従来技術は、インバータの系統側に設けられたブレーカの遮断動作によりインバータの運転停止を検出して主回路コンデンサの放電時間を測定し、この放電時間から主回路コンデンサの劣化を検出するものである。

特開平７−９２２１２号公報（段落［０００７］〜［００１２］、図１等） 特開平６−１６５５２３号公報（段落［００１８］、図１等）

上記のように、従来技術は何れもインバータが運転を停止するたびに主回路コンデンサの放電時間を測定する原理に基づいている。
しかしながら、インバータを連続的に半年や一年といった長期間にわたって運転するような設備もあり、インバータの運転を頻繁に停止して主回路コンデンサの放電時間を検出することができない場合がある。このような設備に対しても従来技術による劣化検出方法を適用すると、インバータの運転中に主回路コンデンサが寿命に達して破損してしまい、事故になるおそれがある。

そこで、本発明の解決課題は、インバータの運転中でも主回路コンデンサの劣化を検出できるようにしたインバータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係るインバータ装置は、直流電圧を任意の周波数及び大きさの交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の直流側に接続された主回路コンデンサと、を備えたインバータ装置において、前記主回路コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ装置の運転中における前記主回路コンデンサの電圧の時間変化率が負であり、かつ一定値である期間に、前記時間変化率及び前記インバータ回路の発生電力を用いて前記主回路コンデンサの状態を判断する手段と、を備えたものである。
請求項２に係るインバータ装置は、直流電圧を任意の周波数及び大きさの交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の直流側に接続された主回路コンデンサと、を備えたインバータ装置において、前記主回路コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ装置の運転中における前記主回路コンデンサの電圧の時間変化率が負であり、かつ一定値である期間に、前記主回路コンデンサの電圧、前記主回路コンデンサの電圧の時間変化率及び前記インバータ回路の発生電力を用いて前記主回路コンデンサの容量を演算し、演算した容量に基づいて前記主回路コンデンサの状態を判断する手段と、を備えたものである。
請求項３に係るインバータ装置は、請求項１または２に記載のインバータ装置において、前記インバータ回路に接続される負荷の消費電力を用いて前記発生電力を演算するインバータ電力演算器を有するものである。
請求項４に係るインバータ装置は、請求項２に記載のインバータ装置において、前記主回路コンデンサの容量を演算した値を安定化させる演算値安定化手段を有するものである。
請求項５に係るインバータ装置は、請求項２または４に記載のインバータ装置において、前記主回路コンデンサの容量を演算した値と前記主回路コンデンサの寿命判断閾値とを比較し、前記主回路コンデンサの容量を演算した値が前記寿命判断閾値を下回った場合に前記主回路コンデンサの劣化検出信号を出力するものである。

本発明によれば、インバータの運転中でも容量演算装置によって主回路コンデンサの容量を求めることができ、この容量演算値をメンテナンス情報として利用することができる。
また、劣化検出装置により、前記容量演算値が予め設定した閾値を下回った場合に警報等を出力することにより、主回路コンデンサが劣化して破損等の事故が発生する前に予防保全することが可能である。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。 実施形態の動作を示す波形図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示すインバータ装置の全体的な回路構成図である。まず、インバータ装置の主回路において、１は交流電源、２は交流電源１の交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路、３は直流中間回路に接続された主回路コンデンサ、４は主回路コンデンサ３により平滑した直流電圧を半導体スイッチング素子のオン・オフ動作により任意の周波数及び大きさの交流電圧に変換するインバータ回路、Ｍはモータ等の負荷である。なお、３ａは、主回路コンデンサ３の両端の電圧Ｖ_ｃを検出する電圧検出器である。

次に、２０Ａは主回路コンデンサの容量演算装置である。
電圧検出器３ａにより検出した主回路コンデンサ３の電圧Ｖ_ｃは、容量演算装置２０Ａ内の電圧変化率演算器５に入力され、電圧Ｖ_ｃの電圧変化率（ｄＶ_ｃ／ｄｔ）が演算される。この電圧変化率（ｄＶ_ｃ／ｄｔ）は演算タイミング発生器６に入力され、演算タイミング発生器６では、（ｄＶ_ｃ／ｄｔ）が負の値であり、かつ一定値で安定している期間を検出して演算指令を出力する。そして、この演算指令は、主回路コンデンサ容量演算器７に入力される。

ここで、図４は、本実施形態の動作を示す波形図である。
図４において、電圧変化率（ｄＶ_ｃ／ｄｔ）が負で一定値になる期間Δｔは、主回路コンデンサ３からインバータ回路４を介して負荷Ｍへ放電されている期間であり、交流電源１側からの電流流入がないため安定した演算が行える期間である。これに対して、電圧変化率（ｄＶ_ｃ／ｄｔ）が正である期間Δｔ’は、交流電源１の電圧変動や電源インピーダンスの影響によって電圧Ｖ_ｃが変動し、期間Δｔに比べて演算精度が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態は、上記期間Δｔに着目して主回路コンデンサ３の容量Ｃを求めるようにしたものである。
すなわち、期間Δｔにおける電圧変化率（ｄＶ_ｃ／ｄｔ）は、電圧Ｖ_ｃ，インバータ回路４の発生電力Ｐ及び主回路コンデンサ３の容量Ｃを用いて、数式１により表される。

数式１を容量Ｃについて解くと、数式２となる。

図１の主回路コンデンサ容量演算器７は、演算タイミング発生器６からの演算指令により、ｄＶ_ｃ／ｄｔ（＝Ｖ_ｃ’）と、電圧Ｖ_ｃ及びインバータ回路４の発生電力Ｐを用いて、数式２により主回路コンデンサ３の容量Ｃを演算する。
なお、上記発生電力Ｐは、インバータ電力演算器８によって演算されるものであり、負荷Ｍの消費電力とインバータ回路４の内部消費電力とを加算した値である。インバータ回路４の内部消費電力が負荷Ｍの消費電力に比べて無視できる場合は、負荷Ｍの消費電力だけを用いて発生電力Ｐを演算しても良い。

上記のように、本実施形態では、インバータ回路４を運転したままの状態で主回路コンデンサ３の容量Ｃを演算することが可能である。コンデンサが劣化するとその容量が減少することは良く知られているので、本実施形態によれば、主回路コンデンサ容量演算器７による容量演算値を表示してメンテナンス情報として利用することにより、主回路コンデンサ３が寿命に達する前にその交換等を行えば、破損等の事故を未然に防止することができる。
従って、従来技術のように主回路コンデンサ３の劣化を見逃してインバータ装置の運転中に破損させるような不都合はない。

次に、図２は本発明の第２実施形態を示すインバータ装置の全体的な回路構成図である。
この実施形態の容量演算装置２０Ｂは、第１実施形態における主回路コンデンサ３の容量演算値を、演算値安定化手段としての１次遅れフィルタ演算器９に入力し、その出力を最終的な容量演算値として出力するように構成されている。なお、図４に示した期間Δｔにおける演算指令は、この１次遅れフィルタ演算器９にも入力されている。

本実施形態では、過渡的な負荷変動によって主回路コンデンサ３の容量演算値が変動した場合でも、１次遅れフィルタ演算器９に通すことで安定した容量演算値を得ることができる。図示されていないが、演算値安定化手段としては、１次遅れフィルタ演算器９に代えて容量演算値の移動平均を求める演算器を設けても良い。

次いで、図３は本発明の第３実施形態を示すインバータ装置の全体的な回路構成図である。
図３において、２０Ｃは劣化検出装置であり、第２実施形態における１次遅れフィルタ演算器９の出力を比較器１０に入力し、主回路コンデンサ３が寿命に達したと判断される容量である寿命判断閾値１１と比較し、容量演算値が寿命判断閾値１１を下回った場合に劣化検出信号を出力して主回路コンデンサ３が寿命に達したことを報知するようにしたものである。なお、この劣化検出信号は警報の発生等に利用される。
ここで、劣化検出装置２０Ｃの構成としては、第１実施形態における容量演算値を比較器１０に直接入力して寿命判断閾値１１と比較し、劣化検出信号を得るようにしても良い。

１：交流電源
２：整流回路
３：主回路コンデンサ
３ａ：電圧検出器
４：インバータ回路
５：電圧変化率演算器
６：演算タイミング発生器
７：主回路コンデンサ容量演算器
８：インバータ電力演算器
９：１次遅れフィルタ演算器
１０：比較器
１１：寿命判断閾値
２０Ａ，２０Ｂ：容量演算装置
２０Ｃ：劣化検出装置
Ｍ：負荷

Claims (5)

1. 直流電圧を任意の周波数及び大きさの交流電圧に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の直流側に接続された主回路コンデンサと、を備えたインバータ装置において、
   前記主回路コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記インバータ装置の運転中における前記主回路コンデンサの電圧の時間変化率が負であり、かつ一定値である期間に、前記時間変化率及び前記インバータ回路の発生電力を用いて前記主回路コンデンサの状態を判断する手段と、
   を備えたことを特徴とするインバータ装置。
2. 直流電圧を任意の周波数及び大きさの交流電圧に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の直流側に接続された主回路コンデンサと、を備えたインバータ装置において、
   前記主回路コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記インバータ装置の運転中における前記主回路コンデンサの電圧の時間変化率が負であり、かつ一定値である期間に、前記主回路コンデンサの電圧、前記主回路コンデンサの電圧の時間変化率及び前記インバータ回路の発生電力を用いて前記主回路コンデンサの容量を演算し、演算した容量に基づいて前記主回路コンデンサの状態を判断する手段と、
   を備えたことを特徴とするインバータ装置。
3. 請求項１または２に記載のインバータ装置において、
   前記インバータ回路に接続される負荷の消費電力を用いて前記発生電力を演算するインバータ電力演算器を有することを特徴とするインバータ装置。
4. 請求項２に記載のインバータ装置において、
   前記主回路コンデンサの容量を演算した値を安定化させる演算値安定化手段を有することを特徴とするインバータ装置。
5. 請求項２または４に記載のインバータ装置において、
   前記主回路コンデンサの容量を演算した値と前記主回路コンデンサの寿命判断閾値とを比較し、前記主回路コンデンサの容量を演算した値が前記寿命判断閾値を下回った場合に前記主回路コンデンサの劣化検出信号を出力することを特徴とするインバータ装置。

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