JP7133502B2 - 電力変換装置の診断装置及び電力変換装置の診断方法 - Google Patents
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Description
図1から図4Bを参照して、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置の診断装置と診断方法について説明する。図1は、本実施形態の電力変換装置の診断装置120(以下、単に「診断装置」と省略する)及びインバータ(回路)100等を含む電力変換装置S1の構成例を示すブロック図である。
図10はダブルパルス試験などで取得した電流I(I1>I2>I3)の違いによるターンオフ時間と素子温度の関係を示すグラフであり、縦軸は電力用半導体素子の温度、横軸はターンオフ時間を示す。素子温度が一定であれば電流が大きいほどターンオフ時間は短くなることと、電流が一定であれば、素子温度が高いほどターンオフ時間は大きくなることからこのような特性となる。このことから、ターンオフ時間と電流値から素子温度を求めることが可能となる。
図11は熱抵抗測定装置で取得した電流I1のときの電力用半導体素子の素子温度と熱抵抗の関係を示すグラフで、縦軸は熱抵抗、横軸は素子温度を示す。熱抵抗測定時、電力用半導体素子を自己発熱させるために電圧と電流を印加するため、電力用半導体素子の静特性から素子温度を求めることができる。上記のターンオフ時間と素子温度の評価結果を基に、ターンオフ時間から熱抵抗を知ることが可能となる。
図12はパワーサイクル寿命加速試験などで取得したパワーサイクル数と熱抵抗の関係を示すグラフであり、図13は熱抵抗と超音波映像などで取得した半田(はんだ)剥離量の関係を示すグラフである。これらの関係から、ターンオフ時間から半田(はんだ)剥離量(=劣化度)を求めることが可能となる。
100…インバータ(回路)
101…入力端子
102…三相交流電源
103…交流直流変換部
104…平滑コンデンサ
105…負荷装置(三相モータ)
106…接地線
107…絶縁・駆動部
108…制御部
109…寄生インダクタンス
110-115…電力用半導体素子
116,117,118…出力端子
119…インバータ制御用電流センサ(電流検出部)
120,700…(電力変換装置の)診断装置
121…特徴量変換部
122…特徴量抽出部
123…相電流検出部
124…温度推定部
125…劣化度推定部
126…特徴量(ターンオフ時間)と素子温度相関データ
127…記憶媒体(部)
128…温度履歴情報と温度劣化度相関データ
129…劣化度推定結果
130…表示部
131…電源部
133…外部端子
134…寿命推定部
135,136,137…(診断用)電流センサ
138…交流リアクトル
140…端子台
141…時間計測部
142…信号処理部
143…温度センサ部(環境温度センサ)
701…通信ネットワーク網
702…管理(監視)サーバ
801…IGBT
802…ダイオード
800…電力用半導体回路
901…冷却器
902…グリス
903…ベース板
904,906…メタル層
905…絶縁層
907…絶縁基板
908,910…半田(はんだ)層
909…半導体素子部
Claims (9)
- 電力変換装置と負荷の間に着脱可能な電力変換装置の診断装置であって、
前記電力変換装置の出力電圧波形から当該電力変換装置を構成する電力用半導体素子のターンオフ時間を検出する特徴量変換部と、
前記電力変換装置から出力される相電流を検出する相電流検出部と、
前記特徴量変換部の出力と前記相電流検出部の出力との相関関係から相関パラメータを抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量抽出部で抽出した相関パラメータと、外部の記憶媒体から取り込んだターンオフ時間と素子温度の相関データから前記電力用半導体素子の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部の出力と、外部の記憶媒体から取り込んだ温度劣化度相関データから前記電力用半導体素子の劣化度を推定する劣化度推定部と、
前記劣化度推定部の出力を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記特徴量変換部は、入力された前記出力電圧波形を分圧する分圧回路と、
前記分圧回路の出力電圧差を出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の出力の電圧変化率の時間変化分を2値化して出力する比較回路と、を有し、
前記特徴量抽出部は、前記比較回路で2値化された信号が出力されている時間を計測する時間計測部と、
前記時間計測部の出力をトリガにして、前記時間計測部の出力と前記相電流検出部の出力をタイムスタンプで管理する信号処理部と、を有することを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記劣化度推定部の出力と外部の記憶媒体から取り込んだ寿命モデルまたは寿命関数に基づいて前記電力変換装置の寿命診断を行う寿命推定部を有することを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記特徴量変換部は、前記電力変換装置の出力端子間において計測された電圧変化率の時間変化分に基づいて前記電力用半導体素子のターンオフ時間を検出することを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記特徴量抽出部は、前記相電流検出部の検出した極性に基づいて前記相関パラメータを抽出する電力用半導体素子を選択することを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記診断装置は、通信ネットワーク網を介して監視サーバに接続されることを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記電力変換装置は、エレベータに搭載された電力変換装置であることを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 請求項7に記載の電力変換装置の診断装置であって、
前記温度推定部は、前記電力変換装置の環境温度に基づいて前記記憶媒体から取り込む温度推定モデルを選択し、前記電力用半導体素子の温度を推定することを特徴とする電力変換装置の診断装置。 - 電力変換装置の劣化度を診断する電力変換装置の診断方法であって、
電力変換装置の出力電圧波形から当該電力変換装置を構成する電力用半導体素子のターンオフ時間を検出し、
前記電力変換装置から出力される相電流を検出し、
前記検出したターンオフ時間と前記検出した相電流の相関関係から相関パラメータを抽出し、
前記抽出した相関パラメータと、外部の記憶媒体から取り込んだターンオフ時間と素子温度の相関データから前記電力用半導体素子の温度を推定し、
前記推定した電力用半導体素子の温度と、外部の記憶媒体から取り込んだ温度劣化度相関データから前記電力用半導体素子の劣化度を推定することを特徴とする電力変換装置の診断方法。
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