JP6766280B1 - インバータの劣化監視診断方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2では、インバータの異常診断にも言及しているが、電動機の稼働時の電流信号の高調波成分と電源周波数成分の単調波比率及び全調波比率と相間電流の不平衡率のみをパラメータとしており、その他の電流信号の変化については考慮されておらず、インバータの劣化の進行状況を監視し、劣化の有無を診断する方法としては不十分である。また、電源品質又はインバータに異常が発生しているかどうかを判別することはできても、インバータの異常以外の理由で電源品質に異常が発生しているのか、インバータそのものに劣化(異常)が発生しているのかを切り分けることができず、インバータの劣化を正確に検出することはできない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、電動機に駆動電流を供給するインバータの出力側の電流信号を運転状態で計測し、解析して、監視することにより、簡易的かつ正確にインバータの劣化の兆候を検出することができ、その劣化の進行状況を管理して、適切なメンテナンスを行うことができるインバータの劣化監視診断方法を提供することを目的とする。
前記インバータの劣化の有無を判定するインバータ劣化判定工程は、前記電動機の稼動時に前記インバータの出力電流を計測して、(a)得られる電流波形の周期が変動する周期異常、(b)得られる電流波形の振幅が変動する振幅異常、及び(c)得られる電源周波数f1の高調波の比率が変動する高調波比率異常の少なくとも1つが発生しているときに、前記インバータが劣化していると判定する。
ここで、電動機は、三相誘導電動機でも単相誘導電動機でもよいし、永久磁石形同期電動機(PMモーター)でもよい。インバータが三相出力インバータの場合、出力電流の計測は一相のみについて行ってもよいし、三相全てについて行ってもよい。
本発明の一実施の形態に係るインバータの劣化監視診断方法は、図1に示すように、三相誘導電動機(電動機の一例)10に駆動電流を供給する三相出力インバータ(インバータの一例)11の劣化を検出するために用いられる。
図1に示すように、三相出力インバータ11は、入力側(一次側)が電源(商用の三相交流電源)14に接続され、出力側(二次側)が三相誘導電動機10に接続される。三相誘導電動機10の先には図示しないポンプやブロワ等の各種回転機械(負荷の一例)が接続され、三相誘導電動機10によって駆動される。
このとき、三相出力インバータ11に劣化(異常)があれば、三相出力インバータ11の出力電流(電流波形)に各種の異常が発生するので、稼動時の三相出力インバータ11の出力電流を計測し、解析して、監視することにより、三相出力インバータ11の劣化を検出することができる。
まず、三相誘導電動機10の稼動時に、三相出力インバータ11の出力電流を電流検出器16で計測して得られる電流波形の時系列データ(電流信号)を一旦、周波数スペクトル分析して電源周波数f1を求め、それを基に計算した基準正弦波信号波形(シミュレーション波形)をA/D変換して処理ユニットに送信し、所定のサンプリング時間で得られる複数の点データから参照振幅確率密度関数fr(x)を求めて、記憶手段(RAM又はROM)に保存する(第1のステップ)。
なお、周波数スペクトル分析は、従来公知の方法で行われ、サンプリングした出力電流の電流信号につき、フィルター処理(例えば0.5Hz〜125Hzのバンドパスフィルタをかける)を行い、高速フーリエ変換を行うことにより、図2に示すような電流スペクトルが得られる。そして、電流スペクトルの最大ピークから三相出力インバータ11の出力電流の電源周波数f1を求めることができる。この電源周波数f1に基づいて、図3及び図4に示すような基準正弦波信号波形(シミュレーション波形)aが得られる。
なお、第1、第2のステップにおける出力電流の計測時間(サンプリング時間)は、例えば、8〜16秒程度である。
振幅確率密度関数(参照振幅確率密度関数及び診断時振幅確率密度関数)は、変動する信号が特定の振幅レベルに存在する確率を求めるもので、どの振幅付近でどの程度の変動を起こしているかを解析するものである。
以下、インバータ劣化判定工程の詳細について説明する。
まず、先に求めた電源周波数f1の逆数である電源周期T1と、電流波形の最大半周期Tmax及び最小半周期Tmin(図3参照)を用いて、前述の式(1)により電流周期変動率TRを算出する。この電流周期変動率TRが、予め設定した周期変動率の基準値以上となるか、時間経過と共に増加傾向にあるときに、電流波形の周期が変動する周期異常が発生していると判別し、三相出力インバータ11の劣化が発生していると判定することができる(第5のステップ)。このとき、周期変動率の第1の基準値と第2の基準値を設定しておき、算出された電流周期変動率TRが周期変動率の第1の基準値(例えば0.1)以上になれば注意を促し、第2の基準値(例えば0.2)以上になれば危険であることを通知するようにしてもよい。この通知はモニタ上に表示してもよいし、管理者等にメールで送信してもよい。
なお、時間経過に対するKIの値、電流周期変動率TR、電流振幅変動率PR、及び特定高調波比率IRの変化をグラフ化してモニタに表示した場合、管理者は、三相出力インバータの劣化傾向を目視で容易に確認することができ、劣化傾向管理の簡便性及び信頼性に優れる。このとき、全てのパラメータの推移を同時に表示する必要はなく、幾つかの画面に分けて表示することができ、同時に表示するパラメータの数及び組合せも適宜、選択することができる。
例えば、上記実施の形態では、三相出力インバータの三相のうちのいずれか一相のみの出力電流を計測して診断を行う場合について説明したが、三相全ての出力電流を計測し、それぞれについて同様の解析を行い、診断を行うこともできる。その場合、三相のバランスも含めて総合的な判断を行うことができ、診断の精度を高めることができる。また、インバータの形態は特に限定されるものではない。さらに、KIの値による判定(第1〜第4のステップ)を行わず、最初からインバータ劣化判定工程(第5〜第8のステップ)を行うこともできる。
Claims (8)
- 電動機に駆動電流を供給するインバータの劣化を検出するために用いられるインバータの劣化監視診断方法において、
前記インバータの劣化の有無を判定するインバータ劣化判定工程は、前記電動機の稼動時に前記インバータの出力電流を計測して、(a)得られる電流波形の周期が変動する周期異常、(b)得られる電流波形の振幅が変動する振幅異常、及び(c)得られる電源周波数f1の高調波の比率が変動する高調波比率異常の少なくとも1つが発生しているときに、前記インバータが劣化していると判定する劣化監視診断方法であって、
前記インバータ劣化判定工程は、前記周期異常が発生しているときに前記インバータが劣化していると判定し、該周期異常は、前記電流波形の時系列データを周波数スペクトル分析して電源周波数f 1 を求め、該電源周波数f 1 の逆数である電源周期T 1 と、前記電流波形の最大半周期T max 及び最小半周期T min を用いて、以下の式(1)により算出される電流周期変動率T R が、予め設定した周期変動率の基準値以上となるか、時間経過と共に増加傾向にあるときに、発生していると判定されることを特徴とするインバータの劣化監視診断方法。
- 電動機に駆動電流を供給するインバータの劣化を検出するために用いられるインバータの劣化監視診断方法において、
前記インバータの劣化の有無を判定するインバータ劣化判定工程は、前記電動機の稼動時に前記インバータの出力電流を計測して、(a)得られる電流波形の周期が変動する周期異常、(b)得られる電流波形の振幅が変動する振幅異常、及び(c)得られる電源周波数f1の高調波の比率が変動する高調波比率異常の少なくとも1つが発生しているときに、前記インバータが劣化していると判定する劣化監視診断方法であって、
前記インバータ劣化判定工程は、前記高調波比率異常が発生しているときに前記インバータが劣化していると判定し、該高調波比率異常は、前記出力電流を計測して得られる電流波形の時系列データを周波数スペクトル分析して前記電源周波数f 1 を求め、該電源周波数f 1 の電流値I 1 と、該電源周波数f 1 の(6i±1)次の高調波の電流値I 6i±1 を用いて以下の式(4)により算出される特定高調波比率I R が、予め設定した高調波比率の基準値以上となるか、時間経過と共に増加傾向にあるときに、発生していると判定されることを特徴とするインバータの劣化監視診断方法。
- 電動機に駆動電流を供給するインバータの劣化を検出するために用いられるインバータの劣化監視診断方法において、
前記インバータの劣化の有無を判定するインバータ劣化判定工程は、前記電動機の稼動時に前記インバータの出力電流を計測して、(a)得られる電流波形の周期が変動する周期異常、(b)得られる電流波形の振幅が変動する振幅異常、及び(c)得られる電源周波数f1の高調波の比率が変動する高調波比率異常の少なくとも1つが発生しているときに、前記インバータが劣化していると判定する劣化監視診断方法であって、
前記インバータ劣化判定工程は、前記高調波比率異常が発生しているときに前記インバータが劣化していると判定し、該高調波比率異常は、前記出力電流を計測して得られる電流波形の時系列データを周波数スペクトル分析して前記電源周波数f 1 を求め、該電源周波数f 1 の(6i−3)次及び(6i+3)次の高調波のピークがいずれも、(6i−1)次及び(6i+1)次の高調波のピークよりも小さいときに、発生していると判定されることを特徴とするインバータの劣化監視診断方法。
ここで、iは1又は2又は3の少なくとも1つである。 - 請求項1記載のインバータの劣化監視診断方法において、前記インバータ劣化判定工程は、更に、前記高調波比率異常が発生しているときに前記インバータが劣化していると判定し、該高調波比率異常は、前記出力電流を計測して得られる電流波形の時系列データを周波数スペクトル分析して前記電源周波数f1を求め、該電源周波数f1の電流値I1と、該電源周波数f1の(6i±1)次の高調波の電流値I6i±1を用いて以下の式(4)により算出される特定高調波比率IRが、予め設定した高調波比率の基準値以上となるか、時間経過と共に増加傾向にあるときに、発生していると判定されることを特徴とするインバータの劣化監視診断方法。
- 請求項1記載のインバータの劣化監視診断方法において、前記インバータ劣化判定工程は、更に、前記高調波比率異常が発生しているときに前記インバータが劣化していると判定し、該高調波比率異常は、前記出力電流を計測して得られる電流波形の時系列データを周波数スペクトル分析して前記電源周波数f1を求め、該電源周波数f1の(6i−3)次及び(6i+3)次の高調波のピークがいずれも、(6i−1)次及び(6i+1)次の高調波のピークよりも小さいときに、発生していると判定されることを特徴とするインバータの劣化監視診断方法。
ここで、iは1又は2又は3の少なくとも1つである。
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