JP6919729B2 - 絶縁劣化監視装置及び絶縁劣化監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの絶縁劣化を監視する絶縁劣化監視装置及び絶縁劣化監視方法に関し、１又は複数のモータを駆動する複数のインバータが共通のコンバータから電力供給を受けるモータ駆動システムに用いて好適な、絶縁劣化監視装置及び絶縁劣化監視方法に関する。

圧延プラントなどの大規模プラントには多数のモータが用いられている。モータと大地との間は絶縁されているが、モータの絶縁劣化によって地絡事故が起きる場合がある。モータの地絡事故はプラントの安定操業を妨げることになるため、プラントの定期修理などによる操業停止の際にモータの絶縁劣化状態の点検が行われている。

モータの絶縁劣化状態を点検するためには、インバータとモータ間の接続を遮断機などにより外した後、モータ端子と大地間で絶縁抵抗計を用いることによりモータの絶縁抵抗を測定する必要がある。しかしながら、この方法では、モータ毎にインバータとモータ間の接続を外す作業が発生し、また、モータ毎に絶縁抵抗を測定する作業が発生する。このため、特に数百台のモータを有する大規模プラントにおいては、多大な時間と労力を必要とする。

そこで、多数のモータを有する大規模プラントにおいて、モータの絶縁劣化を効率良く監視することができる技術の発明が望まれている。

モータの絶縁劣化の状態は、モータと大地との間の絶縁抵抗の低下により生じる地絡電流の大きさから判断可能である。例えば、特許文献１には、コンバータの出力端を接地する抵抗に流れる地絡電流を検出し、地絡電流の大きさが所定の閾値を超えたとき、装置の運転停止ないしはアラーム発信などの保護・警報動作を行うことが開示されている。

しかし、特許文献１に記載の技術は、起きてしまった地絡事故を検出する技術であって、絶縁劣化による異常の発生を予防する予防保全に関する技術ではない。また、特許文献１に記載の技術は、コンバータとインバータとが１対１で設けられたシステムを前提とした技術である。大規模プラントのように共有のコンバータから複数のインバータに電力が供給されるシステムに適用できる技術については、特許文献１には開示されていない。

特開２０１７−１７５７９５号公報

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたもので、１又は複数のモータを駆動する複数のインバータが共通のコンバータから電力供給を受けるモータ駆動システムにおいて、各インバータにより駆動されるモータの絶縁劣化を効率良く監視することができる装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係る絶縁劣化監視装置は、１つのモータ駆動用のインバータと１又は複数のモータとからなる複数のインバータユニットと、複数のインバータユニットのそれぞれに電力を供給するコンバータと、コンバータの出力端と大地との間に流れる地絡電流を測定する地絡電流測定器とを備えるモータ駆動システムに適用される装置である。

本発明に係る絶縁劣化監視装置は、ソフトウェアが実装されたコンピュータを備える。このソフトウェアは、少なくとも第１の処理と、第２の処理と、第３の処理と、第４の処理とをコンピュータに実行させる。第１の処理では、複数のインバータユニットの少なくとも１つの停止中に、停止しているインバータユニットの中から１つのインバータユニットを選択し、選択されたインバータユニットに対応する対応インバータに直流電圧を発生させることがコンピュータにより行われる。第２の処理では、対応インバータに直流電圧を発生させている間に地絡電流測定器によって地絡電流の電流値を測定することがコンピュータにより行われる。第３の処理では、第２の処理により測定された地絡電流の電流値を、選択されたインバータユニットに関連付けてインバータユニット毎に記録することがコンピュータにより行われる。そして、第４の処理では、インバータユニット毎に記録された地絡電流の電流値の測定データに基づいて、個々のインバータユニットの絶縁劣化の傾向を解析することがコンピュータにより行われる。

本発明に係る絶縁劣化監視装置によれば、複数のインバータユニットのうちの１つの停止インバータユニットのみにおいてインバータに直流電圧を発生させることで、地絡電流測定器によって測定された地絡電流がどのインバータユニットでの絶縁劣化により発生したものか判別することができる。そして、地絡電流の電流値の測定データをインバータユニット毎に記録し、インバータユニット毎の測定データに基づいて個々のインバータユニットの絶縁劣化の傾向を解析することにより、モータの絶縁低下をインバータユニット単位で効率良く監視することができる。

ソフトウェアは、第４の処理における解析結果より何れかのインバータユニットにおける異常の発生が検知された場合にユーザに対して異常の発生を通知する第５の処理、をコンピュータに実行させてもよい。通知を受けたユーザは、プラントの安定操業を妨げる原因の一つであるモータ地絡事故に対して事前に対処することができる。

コンピュータは、ネットワークで接続された第１のコンピュータと第２のコンピュータとを含んでもよい。その場合、ソフトウェアは、少なくとも第１の処理、第２の処理、及び第３の処理を１のコンピュータに実行させる第１のソフトウェアと、少なくとも第４の処理を第２のコンピュータに実行させる第２のソフトウェアとを含んでもよい。これによれば、測定データの解析を行う第４の処理を他の処理とは別の場所、地域、或いは国で行うことが可能となる。

第２の処理において、対応インバータに直流電圧を発生させてから所定時間の経過後、地絡電流の電流値の測定を開始するようにしてもよい。直流電圧を発生させてから地絡電流の電流値の測定までに時間差を設けることで、直流電圧の発生による過渡現象の影響を避けることができる。

第２の処理において、対応インバータに直流電圧を発生させている間に地絡電流の電流値の測定を複数回実施してもよい。測定回数を複数回とすることで、地絡電流の電流値の測定精度を高めることができる。

第１の処理において、全てのインバータユニットの停止中に１つのインバータユニットを選択し、選択されたインバータユニットに対応する対応インバータに直流電圧を発生させるようにしてもよい。全てのインバータユニットが停止しているときには地絡電流は流れていない。この状態で１つのインバータユニットのみにおいてインバータに直流電圧を発生させることで、当該インバータユニットで生じる地絡電流を精度良く測定することができる。

第３の処理において、複数のインバータユニットの一部が稼働しているときに測定された地絡電流の電流値は参考値として記録するようにしてもよい。一部のインバータユニットが稼働している状態では、その稼働中のインバータユニットでも地絡電流が生じている可能性がある。よって、このような状態で測定された電流値は参考値として扱うことで、測定データの信頼性の低下を防ぐことができる。

本発明に係る絶縁劣化監視方法は、１つのモータ駆動用のインバータと１又は複数のモータとからなる複数のインバータユニットと、複数のインバータユニットのそれぞれに電力を供給するコンバータと、コンバータの出力端と大地との間に流れる地絡電流を測定する地絡電流測定器とを備えるモータ駆動システムにおいて、モータの絶縁低下をインバータユニット単位で監視する方法である。

本発明に係る絶縁劣化監視方法は、少なくとも第１のステップと、第２のステップと、第３のステップと、第４のステップとを含む。第１のステップは、複数のインバータユニットの少なくとも１つの停止中に、停止しているインバータユニットの中から１つのインバータユニットを選択し、選択されたインバータユニットに対応する対応インバータに直流電圧を発生させるステップである。第２のステップは、対応インバータに直流電圧を発生させている間に地絡電流測定器によって地絡電流の電流値を測定するステップである。第３のステップは、第２のステップにおいて測定された地絡電流の電流値を、選択されたインバータユニットに関連付けてインバータユニット毎に記録するステップである。そして、第４のステップは、インバータユニット毎に記録された地絡電流の電流値の測定データに基づいて、個々のインバータユニットの絶縁劣化の傾向を解析するステップである。

本発明に係る絶縁劣化監視方法によれば、複数のインバータユニットのうちの１つの停止インバータユニットのみにおいてインバータに直流電圧を発生させることで、地絡電流測定器によって測定された地絡電流がどのインバータユニットでの絶縁劣化により発生したものか判別することができる。そして、地絡電流の電流値の測定データをインバータユニット毎に記録し、インバータユニット毎の測定データに基づいて個々のインバータユニットの絶縁劣化の傾向を解析することにより、モータの絶縁低下をインバータユニット単位で効率良く監視することができる。

本発明に係る絶縁劣化監視方法は、第４のステップで得られた解析結果より何れかのインバータユニットにおける異常の発生が検知された場合にユーザに対して異常の発生を通知する第５のステップ、をさらに含んでもよい。通知を受けたユーザは、プラントの安定操業を妨げる原因の一つであるモータ地絡事故に対して事前に対処することができる。

本発明に係る絶縁劣化監視方法は、少なくとも第１のステップ、第２のステップ、及び第３のステップは第１のコンピュータに実行させ、少なくとも第４のステップは第１のコンピュータにネットワークで接続された第２のコンピュータに実行させるようにしてもよい。これによれば、測定データの解析を行う第４の処理を他の処理とは別の場所、地域、或いは国で行うことができる。

本発明に係る絶縁劣化監視装置及び絶縁劣化監視方法によれば、大規模プラントなどに備えられる、１又は複数のモータを駆動する複数のインバータが共通のコンバータから電力供給を受けるモータ駆動システムにおいて、モータの絶縁低下をインバータユニット単位で効率良く監視することができる。

本発明の実施の形態１に係る絶縁劣化監視装置が適用されたモータ駆動システムの構成とデータフローを示すブロック図である。 絶縁劣化監視装置のタイミング制御部の構成とデータフローを示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置が適用されたモータ駆動システムの構成とデータフローを示すブロック図である。

本発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る絶縁劣化監視装置が適用されたモータ駆動システムの構成とデータフローを示すブロック図である。実施の形態１のモータ駆動システムは、例えば、圧延プラントの圧延機のモータ駆動システムとして構成される。実施の形態１のモータ駆動システムは、圧延機を構成する各圧延スタンドに設けられた複数のモータ５，６，７と、複数のモータ５，６，７と対をなすモータ駆動用の複数のインバータ２，３，４と、複数のインバータ２，３，４のそれぞれに電力を供給する共通コンバータ１とを備える。

インバータ２，３，４は、後述するコンピュータ１０からの通信を経由した直流電圧発生指示に基づいて直流電圧をそれぞれモータ５，６，７に印可する機能を有している。ただし、本明細書における直流電圧は、時間によって正負が変化しない電圧であればよく、完全な直流電圧には限定されない。本明細書における直流電圧には、直流電圧成分にリプル成分が重畳するような電圧も含まれる。例えば、交流電圧にその最大振幅よりも大きい直流バイアスを加えることによって、時間によって正負が変化しない電圧（すなわち、本明細書における直流電圧）を生成することができる。

インバータ２，３，４とモータ５，６，７とは一対で１ユニットである。ただし、１ユニットあたりのモータの個数は１つには限定されない。１つのインバータとそれに接続される複数のモータとで１つのユニットを構成することもできる。この１つのインバータと１又は複数のモータとからなるユニットを本明細書ではインバータユニットという。ここではＡ，Ｂ，Ｃの３つのインバータユニットが設けられている。ただし、これは一例であって、共通コンバータ１による電力供給は、２つのインバータユニットに対して行うものでもよいし、より多数のインバータユニットに対して行うものでもよい。なお、以下では、インバータユニットを単にユニットと表記する。

共通コンバータ１の出力端は、正極側と負極側とを上側電圧二分割抵抗８と下側電圧二分割抵抗９とで結ばれ、上側電圧二分割抵抗８と下側電圧二分割抵抗９との中点において大地に接地されている。共通コンバータ１は、後述するコンピュータ１０からの通信を経由した地絡電流測定指示に基づいて上側電圧二分割抵抗８、下側電圧二分割抵抗９を経由して流れる地絡電流を測定し、通信を経由してコンピュータ１０に測定した値を出力する機能を有している。すなわち、共通コンバータ１には、地絡電流測定器としての機能が備えられている。

コンピュータ１０は、共通コンバータ１及び各インバータ２，３，４と例えばＬＡＮで相互に通信が可能に接続されている。コンピュータ１０には制御ソフトウェアが実装されている。メモリに記憶された制御ソフトウェアがプロセッサで実行されることで、コンピュータ１０には、地絡電流測定部１０ａ、タイミング制御部１０ｂ、直流電圧発生指示部１０ｃ、測定電流データ処理部１０ｄ、データ保持部１０ｅ、データ二次処理部１０ｆ、及びユーザ通知部１０ｇとしての機能が実現される。以下、各機能について説明する。

まず、ユニットＡのモータ５が停止している場合、直流電圧発生指示部１０ｃは、タイミング制御部１０ｂから入力される直流電圧の発生を要求する指示に基づいて、モータ５に対応するユニットＡのインバータ（対応インバータ）２に対し直流電圧発生指示を送る。この直流電圧発生指示に基づいてインバータ２はモータ５に対し直流電圧を印可する。

タイミング制御部１０ｂは、直流電圧発生指示部１０ｃに直流電圧を発生させる信号を送った後、制御ソフトウェアにて設定した電圧印可時間が経過すると、直流電圧発生指示を停止する信号を直流電圧発生指示部１０ｃに送る。

直流電圧発生指示部１０ｃは、タイミング制御部１０ｂから入力される直流電圧の停止を求める信号に基づいて、インバータ２に送っていた直流電圧発生指示を停止する。この直流電圧発生指示に基づいてインバータ２はモータ５に対し印可していた直流電圧を停止する。

インバータ２によりモータ５に直流電圧が印可されてから、制御ソフトウェアにて設定した待機時間が経過した後、タイミング制御部１０ｂは地絡電流測定部１０ａに地絡電流測定する信号を送る。この待機時間は、直流電圧発生による過渡現象の影響を避けるために設けられている。

地絡電流測定部１０ａは、タイミング制御部１０ｂから入力される地絡電流の測定を要求する信号に基づいて、共通コンバータ１に対し地絡電流測定指示を複数回送る。この指示に基づいて共通コンバータ１は測定した地絡電流の電流値を測定電流データ処理部１０ｄに複数回出力する。

測定電流データ処理部１０ｄは、共通コンバータ１から受け取った複数回の地絡電流の電流値を処理する。ここでは、例えば、複数回測定された電流値の平均値を算出することが行われる。測定電流データ処理部１０ｄは、処理後の地絡電流の電流値をデータ保持部１０ｅに出力する。

測定電流データ処理部１０ｄからデータ保持部１０ｅには、地絡電流の電流値とともに、測定対象となったユニットに関する情報が入力される。ここでは、ユニットＡが測定対象であるので、データ保持部１０ｅは、ユニットＡに関連付けて地絡電流の電流値を記録する。

次に、制御ソフトウェアは、ユニットＡのインバータ２と共通コンバータ１に対して実施した上記処理と同じ処理を、ユニットＢのインバータ３と共通コンバータ１に対して実施する。そして、その処理において測定された地絡電流の電流値を、ユニットＢに関連付けてデータ保持部１０ｅに記録する。

さらに、制御ソフトウェアは、ユニットＡのインバータ２と共通コンバータ１に対して実施した上記処理と同じ処理を、ユニットＣのインバータ４と共通コンバータ１に対して実施する。そして、その処理において測定された地絡電流の電流値を、ユニットＣに関連付けてデータ保持部１０ｅに記録する。

制御ソフトウェアは、圧延スタンドのロール交換時のように一時的に製造ラインが止まっている操業停止時間内において上記の処理を実施する。従来実施されている、インバータとモータ間の接続を遮断機などにより外してモータの絶縁抵抗を測定する方法によれば、数時間から数十時間もプラントを停止させねばならかった。しかし、実施の形態１に係る絶縁劣化監視装置によれば、数分の操業停止時間内で必要な処理を完了することができる。

制御ソフトウェアは、設定された測定スケジュールに従い、上記の一連の処理を繰り返し実施する。これにより、データ保持部１０ｅには、地絡電流の電流値がユニットＡ，Ｂ，Ｃ毎に時系列に記録されていく。データ保持部１０ｅに記録された測定データは、モータ地絡事故に関する予防保全に用いられる。

なお、上記処理のインバータ間での処理順序や各インバータに対する処理回数は限定的ではない。また、制御ソフトウェアへのコンバータとインバータの接続台数は限定的ではない。詳細については後述するが、タイミング制御部１０ｂでの処理を変更することによって、これらの設定を変更することができる。

データ二次処理部１０ｆは、例えば機械学習などの手法を用いて、データ保持部１０ｅにモータ毎に記録された地絡電流の電流値の測定データを処理し、測定データからユニット毎の絶縁劣化の傾向を解析する。具体例として、地絡電流の電流値の経時変化のパターンがモータ毎に計算され、設定された期間内において地絡電流の電流値が異常判定値を超えるかどうかユニット毎に判断される。データ二次処理部１０ｆは、傾向監視の結果、何れかのユニットに異常があると判断した際にユーザ通知部１０ｇに信号を出力する。

ユーザ通知部１０ｇは、データ二次処理部１０ｆから受け取った信号により、ユーザに異常が発生したことを通知する。その通知の方法としては、例えば、プラント監視ソフトウェア上にポップアップで通知を出す、プラントの電気設備の整備の担当者にメールを送るなどの方法を用いてよい。通知を受けたユーザは、プラントの安定操業を妨げる原因の一つであるモータ地絡事故に対して事前に対処することができる。

次に、タイミング制御部１０ｂでの処理について図２を参照しながら説明する。タイミング制御部１０ｂでは、共通コンバータソフトウェア１５、インバータＡソフトウェア１６、インバータＢソフトウェア１７、インバータＣソフトウェア１８がそれぞれ独立して動作している。インバータＡソフトウェア１６は、図１に示すユニットＡのインバータ２に対応するソフトウェアであり、インバータＢソフトウェア１７は、図１に示すユニットＢのインバータ３に対応するソフトウェアであり、インバータＣソフトウェア１８は、図１に示すユニットＣのインバータ４に対応するソフトウェアである。

共通コンバータソフトウェア１５は、コンピュータ１０（図１参照）を共通コンバータ制御部１５ａとして機能させる。インバータＡソフトウェア１６は、コンピュータ１０をインバータＡ制御部１６ａとして機能させるとともにインバータＡ条件処理部１６ｂとしても機能させる。インバータＢソフトウェア１７は、コンピュータ１０をインバータＢ制御部１７ａとして機能させるとともにインバータＢ条件処理部１７ｂとしても機能させる。インバータＣソフトウェア１８は、コンピュータ１０をインバータＣ制御部１８ａとして機能させるとともにインバータＣ条件処理部１８ｂとしても機能させる。

インバータからモータに直流電圧を印可する際には、モータが停止している、インバータからモータに励磁電流が出力されていないなど、人と機械の安全を確保するためのインターロック条件をクリアしている必要がある。各インバータ２，３，４はインターロック条件にあたる制御パラメータを有しており、コンピュータ１０に通信を経由して値を出力できる。

インバータＡ条件処理部１６ｂ、インバータＢ条件処理部１７ｂ、及びインバータＣ条件処理部１８ｂは、インターロック条件となる制御パラメータの値をそれぞれ対応するインバータ２，３，４から読み出す。そして、読み出した値を条件処理部１９に出力する。条件処理部１９は、インバータＡソフトウェア１６、インバータＢソフトウェア１７、及びインバータＣソフトウェア１８の間で共通化されている。

条件処理部１９は、インバータＡソフトウェア１６、インバータＢソフトウェア１７、インバータＣソフトウェア１８から受け取ったインターロック条件となる制御パラメータの値から、測定処理の実施有無と優先順位を判断し、フラグ制御部１３に出力する。測定処理とは、地絡電流の電流値を測定してその測定結果をデータ保持部１０ｅ（図１参照）に保持する処理である。優先順位とは、ユニットＡ，Ｂ，Ｃ間における測定処理の実施順位を意味する。

フラグ制御部１３は、条件処理部１９から受け取った信号により地絡電流測定フラグ管理部１２と直流電圧発生指示フラグ管理部１４が保持するフラグテーブルにフラグ信号を出力する。例えば、ユニットＡ、ユニットＢ、ユニットＣの順にインターロック条件が満たされた場合、フラグ制御部１３は、ユニットＡ、ユニットＢ、ユニットＣの順に直流電圧を発生させるように、直流電圧発生指示フラグ管理部１４が保持するフラグテーブルにフラグ信号を出力する。また、直流電圧を発生させるタイミングに合わせて地絡電流の電流値を測定するように、地絡電流測定フラグ管理部１２が保持するフラグテーブルにフラグ信号を出力する。

さらに、フラグ制御部１３は、測定電流データ処理部１０ｄにもフラグ信号を出力する。このフラグは、全てのユニットが停止しているときに得られた測定データなのか、或いは、一部が稼働しているときに得られた測定データなのかを識別するために設定される。

全てのユニットが停止している場合には、絶縁劣化による地絡電流はどのユニットからも流れていない。しかし、一部のユニットが稼働している状態では、その稼働中のユニットでも地絡電流が生じている可能性がある。ゆえに、測定電流データ処理部１０ｄは、一部のユニットが稼働中であることを示すフラグ信号が入力された場合、そのとき測定された電流値は参考値としてデータ保持部１０ｅに記録する。全てのユニットが停止している場合と一部のユニットが稼働している場合とで地絡電流の電流値の取り扱いを異ならせることで、測定データの信頼性の低下を防ぐことができる。

共通コンバータソフトウェア１５は、共通コンバータ制御部１５ａにて地絡電流測定フラグ管理部１２が保持するフラグテーブルを監視する。そして、地絡電流測定フラグ管理部１２においてフラグが立った場合、共通コンバータ制御部１５ａから地絡電流測定部１０ａに対し、共通コンバータ１へ地絡電流測定指示を送るように地絡電流の測定を要求する信号を出力する。

インバータＡソフトウェア１６、インバータＢソフトウェア１７、インバータＣソフトウェア１８は、それぞれインバータＡ制御部１６ａ、インバータＢ制御部１７ａ、インバータＣ制御部１８ａにて直流電圧発生指示フラグ管理部１４が保持するフラグテーブルを監視する。そして、直流電圧発生指示フラグ管理部１４においてユニットＡのフラグが立った場合、インバータＡ制御部１６ａから直流電圧発生指示部１０ｃに対し、ユニットＡのインバータ２へ直流電圧発生指示を送るように直流電圧の発生を要求する信号を出力する。直流電圧発生指示フラグ管理部１４においてユニットＢのフラグが立った場合や、直流電圧発生指示フラグ管理部１４においてユニットＣのフラグが立った場合も同様の処理が行われる。

なお、共通コンバータソフトウェア１５、インバータＡソフトウェア１６、インバータＢソフトウェア１７、インバータＣソフトウェア１８など、タイミング制御部１０ｂの内部で動作するソフトウェアの数は限定的ではない。制御ソフトウェアに接続されるコンバータとインバータの接続台数に応じて変化させることができる。

以上が実施の形態１に係る絶縁劣化監視装置についての説明である。実施の形態１に係る絶縁劣化監視装置によれば、以上説明した機能により、大規模プラントなど数多くのモータがインバータに接続されたシステムにおいて、モータの絶縁低下をインバータユニット単位で効率良く監視し、同時に、プラントの安定操業を妨げる原因の一つであるモータ地絡事故を事前に通知することが可能となる。

なお、実施の形態１においては、タイミング制御部１０ｂと直流電圧発生指示部１０ｃとによる処理が、請求項１に規定された第１の処理に相当し、且つ、請求項８に規定された第１のステップに相当する。タイミング制御部１０ｂと地絡電流測定部１０ａとによる処理は、請求項１に規定された第２の処理に相当し、且つ、請求項８に規定された第２のステップに相当する。測定電流データ処理部１０ｄとデータ保持部１０ｅとによる処理は、請求項１に規定された第３の処理に相当し、且つ、請求項８に規定された第３のステップに相当する。データ二次処理部１０ｆによる処理は、請求項１に規定された第４の処理に相当し、且つ、請求項８に規定された第４のステップに相当する。そして、ユーザ通知部１０ｇによる処理は、請求項２に規定された第５の処理に相当し、且つ、請求項９に規定された第５のステップに相当する。

＜実施の形態２＞
前述の実施の形態１では、データ保持部１０ｅに地絡電流の電流値を保持するまでのリアルタイム処理と、データ二次処理部１０ｆによるデータ保持部１０ｅに保持されたデータの二次処理とが同一のソフトウェアで実施されている。しかし、リアルタイム処理とデータの二次処理とを同一のソフトウェアで実施することは、種々の事情により必ずしも適切とは限らない。

そこで、本発明の実施の形態２では、リアルタイム処理とデータの二次処理とを別々のソフトウェアにて実施する。図３は、本発明の実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置が適用されたモータ駆動システムの構成とデータフローを示すブロック図である。なお、実施の形態２のモータ駆動システムは、実施の形態１と同様に、例えば、圧延プラントの圧延機のモータ駆動システムとして構成される。

実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置は、リアルタイム処理のための制御ソフトウェア（第１のソフトウェア）が実装された第１のコンピュータ１０と、データの二次処理のための制御ソフトウェア（第２のソフトウェア）が実装された第２のコンピュータ１１とを備える。第１のコンピュータ１０と第２のコンピュータ１１とは、ＬＡＮ、イントラネット、或いはインターネットなどのネットワークで相互に通信が可能に接続されている。第２のコンピュータ１１は、第１のコンピュータ１０とは別の場所、地域、或いは国に設置されていてもよい。

リアルタイム処理のための制御ソフトウェアがプロセッサで実行されることで、第１のコンピュータ１０には、地絡電流測定部１０ａ、タイミング制御部１０ｂ、直流電圧発生指示部１０ｃ、測定電流データ処理部１０ｄ、データ保持部１０ｅ、データ送信部１０ｈ、通知受信部１０ｉ、及びユーザ通知部１０ｇとしての機能が実現される。また、データの二次処理のための制御ソフトウェアがプロセッサで実行されることで、第２のコンピュータ１１には、データ受信部１１ａ、データ二次処理部１１ｂ、及び通知送信部１１ｃとしての機能が実現される。なお、図２に示す構成とデータフローは、実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置のタイミング制御部１０ｂにも当てはまる。

データ送信部１０ｈは、データ保持部１０ｅで保持されているデータを第１のコンピュータ１０から第２のコンピュータ１１に例えば定周期に送信する。第２のコンピュータ１１のデータ受信部１１ａは、データ送信部１０ｈから送信されたデータを受信し、データ二次処理部１１ｂに送る。

データ二次処理部１１ｂの機能は、実施の形態１のデータ二次処理部１０ｆの機能と同等である。データ二次処理部１１ｂは、例えば機械学習などの手法を用いて、データ受信部１１ａから受信したデータを処理し、傾向監視の結果異常があると判断した際に通知送信部１１ｃに信号を出力する。

通知送信部１１ｃは、データ二次処理部１１ｂから受け取った信号に基づいて、第２のコンピュータ１１から第１のコンピュータ１０に信号を送信する。第１のコンピュータ１０の通知受信部１０ｉは、通知送信部１１ｃから送信されたデータを受信し、ユーザ通知部１０ｇに送る。

以上が実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置についての説明である。実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置によれば、以上説明した機能により、大規模プラントなど数多くのインバータが共通のコンバータに接続されたシステムにおいて、モータの絶縁低下をインバータユニット単位で効率良く監視し、同時に、プラントの安定操業を妨げる原因の一つであるモータ地絡事故を事前に通知することが可能となる。また、実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置によれば、モータ駆動システムの側で実施されるリアルタイム処理とは別の場所、地域、或いは国でデータの二次処理を実施することができる。

なお、実施の形態２に係る絶縁劣化監視装置と請求項に規定された要素との関係は、実施の形態１に係る絶縁劣化監視装置と請求項に規定された要素との関係に準ずる。ただし、実施の形態２においては、第２のコンピュータ１１のデータ二次処理部１１ｂによる処理が、請求項１に規定された第４の処理に相当し、且つ、請求項８に規定された第４のステップに相当する。

１ 共通コンバータ
２ ユニットＡのインバータ
３ ユニットＢのインバータ
４ ユニットＣのインバータ
５ ユニットＡのモータ
６ ユニットＢのモータ
７ ユニットＣのモータ
８ 上側電圧二分割抵抗
９ 下側電圧二分割抵抗
１０ コンピュータ（第１のコンピュータ）
１０ａ 地絡電流測定部
１０ｂ タイミング制御部
１０ｃ 直流電圧発生指示部
１０ｄ 測定電流データ処理部
１０ｅ データ保持部
１０ｆ データ二次処理部
１０ｇ ユーザ通知部
１０ｈ データ送信部
１０ｉ 通知受信部
１１ 第２のコンピュータ
１１ａ データ受信部
１１ｂ データ二次処理部
１１ｃ 通知送信部
１２ 地絡電流測定フラグ管理部
１３ フラグ制御部
１４ 直流電圧発生指示フラグ管理部
１５ 共通コンバータソフトウェア
１５ａ 共通コンバータ制御部
１６ インバータＡソフトウェア
１６ａ インバータＡ制御部
１６ｂ インバータＡ条件処理部
１７ インバータＢソフトウェア
１７ａ インバータＢ制御部
１７ｂ インバータＢ条件処理部
１８ インバータＣソフトウェア
１８ａ インバータＣ制御部
１８ｂ インバータＣ条件処理部
１９ 条件処理部

Claims (10)

1. １つのモータ駆動用のインバータと１又は複数のモータとからなる複数のインバータユニットと、前記複数のインバータユニットのそれぞれに電力を供給するコンバータと、前記コンバータの出力端と大地との間に流れる地絡電流を測定する地絡電流測定器とを備えるモータ駆動システムに適用され、前記複数のインバータユニットのそれぞれの絶縁劣化を監視する絶縁劣化監視装置であって、
   ソフトウェアが実装されたコンピュータを備え、
   前記ソフトウェアは、
   前記複数のインバータユニットの少なくとも１つの停止中に、停止しているインバータユニットの中から１つのインバータユニットを選択し、選択されたインバータユニットを構成するモータ駆動用のインバータである対応インバータに直流電圧を発生させる第１の処理と、
   前記対応インバータに直流電圧を発生させている間に前記地絡電流測定器によって地絡電流の電流値を繰り返し測定する第２の処理と、
   前記第２の処理により取得された地絡電流の電流値の測定データを、前記選択されたインバータユニットに関連付けてインバータユニット毎に時系列に記録する第３の処理と、
   前記インバータユニット毎に時系列に記録された地絡電流の電流値の測定データに基づいて、前記複数のインバータユニットのそれぞれの絶縁劣化の傾向を解析する第４の処理と、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とする絶縁劣化監視装置。
2. 前記ソフトウェアは、前記第４の処理における解析結果より何れかのインバータユニットにおける異常の発生が検知された場合にユーザに対して異常の発生を通知する第５の処理、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化監視装置。
3. 前記コンピュータは、ネットワークで接続された第１のコンピュータと第２のコンピュータとを含み、
   前記ソフトウェアは、少なくとも前記第１の処理、前記第２の処理、及び前記第３の処理を前記第１のコンピュータに実行させる第１のソフトウェアと、少なくとも前記第４の処理を前記第２のコンピュータに実行させる第２のソフトウェアとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁劣化監視装置。
4. 前記第２の処理において、前記対応インバータに直流電圧を発生させてから所定時間の経過後、地絡電流の電流値の測定を開始することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の絶縁劣化監視装置。
5. 前記第２の処理において、前記対応インバータに直流電圧を発生させている間に地絡電流の電流値の測定を複数回実施することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の絶縁劣化監視装置。
6. 前記第１の処理において、前記複数のインバータユニットの全ての停止中に１つのインバータユニットを選択し、選択されたインバータユニットを構成するモータ駆動用のインバータである対応インバータに直流電圧を発生させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の絶縁劣化監視装置。
7. 前記第３の処理において、前記複数のインバータユニットの一部が稼働しているときに測定された地絡電流の電流値は参考値として記録することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の絶縁劣化監視装置。
8. １つのモータ駆動用のインバータと１又は複数のモータとからなる複数のインバータユニットと、前記複数のインバータユニットのそれぞれに電力を供給するコンバータと、前記コンバータの出力端と大地との間に流れる地絡電流を測定する地絡電流測定器とを備えるモータ駆動システムにおいて前記モータの絶縁低下を前記インバータユニット単位で監視する絶縁劣化監視方法であって、
   前記複数のインバータユニットの少なくとも１つの停止中に、停止しているインバータユニットの中から１つのインバータユニットを選択し、選択されたインバータユニットを構成するモータ駆動用のインバータである対応インバータに直流電圧を発生させる第１のステップと、
   前記対応インバータに直流電圧を発生させている間に前記地絡電流測定器によって地絡電流の電流値を繰り返し測定する第２のステップと、
   前記第２のステップで測定された地絡電流の電流値の測定データを、前記選択されたインバータユニットに関連付けてインバータユニット毎に時系列に記録する第３のステップと、
   前記インバータユニット毎に時系列に記録された地絡電流の電流値の測定データに基づいて、前記複数のインバータユニットのそれぞれの絶縁劣化の傾向を解析する第４のステップと、
   を含むことを特徴とする絶縁劣化監視方法。
   
9. 前記第４のステップで得られた解析結果より何れかのインバータユニットにおける異常の発生が検知された場合にユーザに対して異常の発生を通知する第５のステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の絶縁劣化監視方法。
10. 少なくとも前記第１のステップ、前記第２のステップ、及び前記第３のステップは第１のコンピュータに実行させ、
    少なくとも前記第４のステップは前記第１のコンピュータにネットワークで接続された第２のコンピュータに実行させることを特徴とする請求項８又は９に記載の絶縁劣化監視方法。

Images