JPH0556629A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電力変換装置自身の部品劣化など
についての保守点検情報を電力変換装置内部に設けた部
品劣化検出回路より出力し、部品劣化事故発生前の定期
点検などで予防保全的に劣化部品を交換することができ
る電力変換装置を提供することを目的とする。 【構成】 産業用に使用される電力変換装置において、
その装置自身や１部の使用部品について、電圧印加時間
或いは運転時間の積算値が、その部品の期待寿命或いは
期待点検の周期に対し比較できる部品劣化検出手段を設
け、かつ電力変換装置自身の出力負荷状況或いは設置場
所等に関連した環境条件信号によって、環境条件の影響
を受ける部品の一部の部品の期待寿命或いは期待点検の
周期を直接或いは間接的に補正する補正手段を設け、期
待寿命周期或いは期待点検周期の時間以前に保守点検の
ための事前の保守点検情報を出力出来る電力変換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置自身の部
品劣化などについての保守点検情報を電力変換装置内部
に設けた部品劣化検出回路より出力し、部品劣化事故発
生前の定期点検などで予防保全的に劣化部品を交換する
ことができる電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明が適用される電力変換装置の一例
として、無停電源装置があげられる。以下無停電電源装
置を引用して従来技術を説明する。

【０００３】無停電電源装置は、例えば東芝レビュ―１
９９１，ＶＯＬ．４６，ＮＯ．６の特集号などに述べら
れているように、高度情報通信システムを支えるキ―コ
ンポネントとして、２４時間，３６５日間稼動が要求さ
れており、万一部品劣化などで故障停止すると、銀行の
オンラインシステムの停止など社会的混乱を発生する可
能性があ、部品劣化などによる故障停止を防止するため
に、定期点検などで予防保全的に劣化部品を交換するこ
とは非常に重要である。しかし、無停電電源装置は多数
の部品より構成されており、短時間の定期点検で劣化部
品を調査し、交換することは不可能である。又、定期点
検期間が日本共通の休日（例えば年末年始）などに集中
するため、保守点検員の確保の上でも予防保全的劣化部
品を調査交換することが難しい。

【０００４】図４は無停電電源装置のブロック図を示す
る。この図で１１は交流入力端子、１２は入力スイッ
チ、１３は保護ヒュ―ズ、１４は交流を直流に変換する
コンバ―タ、１５はフィルタコンデンサ、１６は直流を
交流に変換するインバ―タ、１７は出力変圧器、１８は
交流フィルタコンデンサ、１９は出力スイッチ、２０は
交流出力端子、２１は冷却ファン、２２は制御回路、SU
〜SZは半導体素子、DU〜DZはダイオ―ドである。この図
１で、交流入力端子１１より入力した交流電力を入力ス
イッチ１２及び保護ヒュ―ズ１３を介してコンバ―タ１
４で、半導体素子SU〜SZとダイオ―ドDU〜DZの作用で直
流電力に変換し、これをフィルタコンデンサ１５で平滑
化して、インバ―タ１６で再び交流電力に変換し、出力
変圧器１７で絶縁した交流電力は交流フィルタコンデン
サ１８で高調波成分を除去され、出力スイッチ１９を介
して交流出力端子２０より出力される。また冷却ファン
２１はコンバ―タ１４やインバ―タ１５の半導体素子SU
〜SZやダイオ―ドDU〜DZの発生熱を冷却し、制御回路２
２は出力する交流電力の安定化など無停電電源全体を制
御する。

【０００５】図４では蓄電池を図示していないが、無停
電電源装置は主要部品を示すだけでも、この図に示すよ
うに沢山の部品より構成されており、例えば無停電電源
装置の期待寿命を１０〜１５年とすると、この期待寿命
の期間に劣化し交換が必要となる有限寿命部品が沢山使
用されている。このため個々の無停電電源装置につい
て、それぞれの部品交換の可否を、それぞれの無停電電
源装置の運転経歴より調査して、予防保全的に部品交換
を行うことは不可能であり、限られた定期点検期間に限
られた部品について劣化の有無を調査して、劣化部品を
交換することができないのが現状である。

【０００６】図４では無停電電源装置の主要部品の一部
のみを図示したが、制御回路２２の内部だけでも一般に
数千個、コンバ―タ１４やインバ―タ１５の内部で数百
個の部品が使用されており、それぞれの部品の寿命によ
る劣化や絶縁耐力の低下などを全て調査することは時間
的にも、保守点検員の人的な面からも非常に大変な作業
である。

【０００７】この為、高信頼性を要求される無停電電源
装置であっても、その使用部品の劣化による故障停止を
防止することができず、社会的要請である高信頼性電源
としての使命を充分に達成することが難しかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図４を引用して、従来
技術を説明したように、無停電電源装置のように高信頼
性を要求される電力変換装置は、その電力変換装置の期
待される信頼性を発揮するために、定期点検などで劣化
部品を調査して、交換し部品劣化等の故障停止を防止し
なければならない。このためには劣化部品の調査を充分
に行う必要があるが下記の点から出来なかった。 (1) 電力変換装置を構成する部品が非常に数多く、これ
ら個々の部品の劣化の有無を調査するには非常に長時間
かかる。

【０００９】(2) 高信頼性を要求される電力変換装置で
あれば、それだけ停止して点検することが難しくなり、
定期点検で部品劣化を調査しようとしても点検期間も少
なく点検周期も長くなり、要求される信頼性と定期点検
の条件が相反する問題があった。

【００１０】(3) 日本の一般的習慣として、定期点検が
特定時期に集中するため、多数の電力変換装置を同時に
点検して、劣化部品を予防保全的に交換することは、保
守点検員の確保の面からも物理的に困難である。

【００１１】(4) 電力変換装置の主要部品など（例えば
冷却ファン）にセンサ―（ベアリングの振動検出器）な
どを取付けて予防保全的に自動監視する手段も考えられ
るが部品価格との比較で現状技術では非常に割高となり
実現困難である。

【００１２】(5) 以上の点から電力変換装置の期待寿命
が１０〜１５年の間に部品の劣化による故障停止事故を
定期点検での予防保全的な部品交換で防止することは、
非常に難しい問題で従来技術では解決できなかった。

【００１３】従って、本発明は前述の点に鑑みなされた
ものであって、電力変換装置の内部に設けた部品劣化検
出回路の保守点検情報によって、予防保全的に部品交換
を行って、部品劣化による故障停止を防止することがで
きる信頼性の高い電力変換装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明を適用する電力変換装置は、図１にその構成
を示すように、部品劣化検出回路２３を設け、部品劣化
検出回路２３は図２にその一実施例を示すように、各使
用部品の期待寿命設定器２３₄ で設定される期待寿命設
定値と、各使用部品への電圧印加または電力変換装置の
運転時間に対応する時間積算計２３₃ との出力を比較し
て、比較器２３₆ では部品交換周期の事前情報出力を、
比較器２３7 では部品交換周期の超過情報を出力し、こ
の出力信号を電力変換装置の内部或いは外部に設けた情
報表示器２４に使用部品の交換周期についての保守点検
情報として出力し、又、期待寿命設定器２３₄ は入力端
子２３₁₁より入力される環境条件信号に応じて補正器２
３₁₂によって補正することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】前述の如く構成することにより、例えば電力変
換装置の或る部品の期待寿命が過去の運転実績、信頼性
試験デ―タ等から５０，０００時間の場合に、期待寿命
設定器２３₄ を５０，０００時間に設定し、時間積算計
２３₃ の積算時間と比較する。事前情報設定値２３₅ を
５，０００時間に設定すると、時間積算計２３₃の積算
時間が期待寿命時間に達する約７カ月前に比較器２３₆
でこれを検出して部品交換周期の事前情報出力を情報表
示器２４に表示し、予防保全による部品交換の必要性を
出力することができる。又、コンデンサ等のように温度
条件によって期待寿命が変化するような部品について
は、入力端子２３₁₁より入力される環境条件信号によっ
て、補正器２３₁₂が前記期待寿命設定器２３₄ の設定値
を前記環境条件信号に対応して補正するため、環境条件
を受ける部品については、より正確な保守点検情報とす
ることが出来る。更に、部品交換周期の事前情報が出力
されたにも拘らず約７カ月放置されると、比較器２３₇
の作用によって、部品交換周期超過の出力を表示器２４
に出力して、部品劣化による故障停止を防止するために
速やかな部品交換を行うような働きかけを行うことがで
きる。過去の電力変換装置の使用実績及びその電力変換
装置の環境条件から、各使用部品についての期待寿命を
設定することは可能な技術であり、また特定の使用部品
についての絶縁抵抗値測定周期の設定なども可能である
ため、主に有限寿命の部品について図２で述べたような
寿命判定を行うことによって、電力変換装置の各部品に
ついての保守点検情報を電力変換装置自身が出力表示で
き、保守点検の簡略化と部品劣化による故障停止を防止
できる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１及び図２のブロ
ック図を参照して説明する。図１において、２３は部品
劣化検出回路、２４は情報表示器、２５は温度計であ
り、図４と同一番号で表示した他の回路構成要素は同一
機能の回路構成要素でありその説明は省略する。又図１
の部品劣化検出回路２３の機能を説明するために、図２
を引用して説明する。図２は部品劣化検出回路２３の具
体的一例を示すブロック図である。

【００１７】図２において、２３₁ は入力端子、２３₂
は時計回路、２３₃ は時間積算計、２３₄ は期待寿命設
定値を設定する期待寿命設定器、２３₅ は事前情報設定
値を設定する事前情報設定器、２３₆ ，２３₇ は比較
器、２３₈ ，２３₉ は出力端子で２３₁₀はリセット端
子、２３₁₁は入力端子、２３₁₂は補正器である。

【００１８】次に、図１、図２を参照して本発明の作用
を説明する。前述の図４と同一の無停電電源装置におい
て、部品劣化検出回路２３と情報表示器２４を本発明で
は設けているが、図２で、部品劣化検出回路２３の作用
として、入力端子２３₁ より各部品の電圧印加時間或い
は各部品の運転時間に対応する信号を入力する。時計回
路２３₂ の信号と入力端子２３₁ の信号より時間積算計
２３₃ が各部品の電圧印加時間或いは運転時間を積算す
る。期待寿命設定器２３₄ でそれぞれの部品の過去の運
転実績や信頼性試験デ―タより求めた期待寿命時間を設
定する。又、期待寿命時間よりどれ位前に事前情報を出
すかの時間設定値を事前情報設定器２３₅ で設定する。

【００１９】期待寿命設定器２３₄ の設定時間に対し
て、時間積算計２３₃ の積算時間が事前情報設定器２３
₅ の設定値だけ少ない値になると、比較器２３₆ がこれ
を検出して出力端子２３₈に事前情報を出力する。また
時間積算計２３₃ の積算時間が期待寿命設定器２３₄ の
設定値に等しくなるとこれを比較器２３₇ で検出して、
出力端子２３₉ に部品交換周期超過したことを出力す
る。

【００２０】これら出力端子２３₈ 又は２３₉ の出力信
号を情報表示器２４で表示することにより、各部品の交
換についての事前情報を出力し、また部品交換がされず
期待寿命周期が超過すると、部品交換周期超過の出力表
示を行うことができる。部品交換が行われるとリセット
端子２３₁₀より信号が入力され時間積算計２３₃ がリセ
ットされるため部品交換と共に時間積算計２３3 の積算
時間が零にされ、再び同様に作用する。

【００２１】前述の如く期待寿命設定器２３₄ の出力と
時間積算計２３₃ の積算値を比較器２３₆ 又は２３₇ で
比較する時、例えば温度計２５より入力端子２３₁₁を介
して補正器２３₁₂に入力した環境条件信号によって、少
くとも１部の部品について期待寿命設定器２３₄ に設定
した期待寿命周期を補正する。例えば図１の無停電電源
装置において、冷却ファン２１のベアリング寿命は一般
に２万時間から３万時間程度であり、温度計２５で検出
した温度条件で補正器２３₁₂を介して期待寿命周期を補
正する必要はない。無停電電源装置にはこのように温度
条件の影響を受けない部品も多く使用されているが、例
えばフィルタコンデンサ１５に使用されるような電解ア
ルミニウムコンデンサ等は使用環境での温度条件が１０
°Ｃ変ると部品寿命も大幅に変化する。例えば同一条件
の使用で周囲温度が２５°Ｃから３５°Ｃに上昇する
と、部品の期待寿命周期は概略半減する。又同様に温度
条件の影響を受け易い部品としてはコンバ―タ１４やイ
ンバ―タ１６の半導体素子やダイオ―ド等もある。この
ような部品の周囲温度で期待寿命の値が変化する部品の
少くとも一部については、図２に示すように入力端子２
３₁₁より入力した環境条件信号と時計回路２３₂ の信号
より、その部品の平均温度を求めて、期待寿命設定器２
３₄ の期待寿命周期の設定値を補正す。このように補正
器２３₁₂によって補正された期待寿命周期の設定値と時
間積算計２３₃ の積算値を比較器２３₆又は２３₇ で比
較して、環境条件の影響を受ける部品の少くとも一部に
ついては前記事前情報や周期超過の保守点検情報を部品
劣化検出回路２３より出力することが出来る。

【００２２】本発明の部品劣化検出回路２３の作用をよ
り理解し易くするため、図３を引用して説明する。図３
で横軸は部品の電圧印加時間或いは運転時間Ｔ、縦軸は
時間積算計２３₃ の積算時間Ｈとする。又部品(A) の期
待寿命周期をＡ1 、部品(B)の期待寿命周期をＢ1 とす
る。更に、積算時間Ａ2 及びＢ2 でそれぞれ部品交換の
事前情報を出力する積算時間とする。時刻ｔ0 で無停電
電源装置を運転開始して、時間積算計２３₃ の積算時間
が時刻ｔ11で部品(A) の部品交換の事前情報設定値Ａ2
に達するまで、時刻ｔ11より部品(A) についての部品交
換の事前情報を出力する。時刻ｔ12で期待寿命周期Ａ1
を超えるため、部品(A) の交換周期超過の表示を開始
し、時刻ｔ13で部品(A) が交換されたため、これらの表
示はリセットされ、この時点より時間積算計２３₃ はリ
セットされた後再び時間の積算を開始して、同様に時刻
ｔ14で部品(A) の部品交換事前情報を出力し再び部品
(A) の期待寿命周期Ａ1 になる以前の時刻ｔ15で部品
(A) を交換すると、再びこの時点で時間積算計２３₃の
積算時間がリセットされる。

【００２３】部品(B) についても同様に時間積算計２３
3 の積算時間がＢ2 となる時刻ｔ21で部品(B) の交換の
事前情報を出力し、積算時間がＢ1 になる時刻ｔ22から
部品交換周期超過の情報を出力する。このように、部品
毎に期待寿命設定器２３₄ にて期待寿命周期を設定し、
事前情報設定器２３5 に例えば５０００時間を設定して
Ａ1 ―Ａ2 ＝Ｂ1 ―Ｂ2 ＝５０００とすると、部品(A)
及び部品(B) についてそれぞれの部品について約７カ月
前に事前情報を出力することができる。

【００２４】無停電電源装置の期待寿命期間以内に部品
交換が必要な部品の少くとも１部の部品について、部品
交換の事前情報をその部品の期待寿命周期の前に出力
し、その部品の保守点検情報を部品劣化検出回路２３の
作用で得ることができる。この結果、有限寿命の部品は
部品劣化検出回路２３の出力した保守点検情報を利用し
て保守点検を簡略化し、確実に行うことができる。

【００２５】本発明の一実施例として、前述の説明で、
期待寿命設定器２３₄ は有限寿命部品の部品劣化に対す
る期待寿命周期を設定するとして説明したが、無停電電
源装置自身の絶縁抵抗値測定周期や装置内部の清掃やネ
ジ締付部の点検周期等を設定して、保守点検情報を同様
に出力しても良く、本発明では期待寿命設定器２３₄で
設定する設定内容を特に限定するものではなく、保守点
検情報に関係する設定値であれば良い。

【００２６】尚、前述説明は、電力変換装置として無停
電電源装置を例に説明したが、可変電圧可変周波数電源
としての電力変換装置、無効電力補償用に使用される電
力変換装置、直流送電、周波数変換用として使用される
電力変換装置等一般産業用で使用される、直流を交流、
交流を直流、交流を交流に変換する電力変換装置に適用
出来るものである。

【００２７】又、本発明では、発明の要旨を理解しやす
くするためにハ―ドロジック構成の部品劣化検出回路２
３や情報表器２４として説明を行ったが、これら部品劣
化検出手段や情報表示手段をハ―ドロジック構成に限定
するものではなく、例えばマイクロコンピュ―タを使用
したソフト処理などによって部品劣化検出手段などを構
成することもでき、このような種々の変形例によって、
無停電電源装置自身或いはその部品について、期待寿命
周期や保守点検周期の事前情報やその周期超過情報を出
力することが出来る。

【００２８】更に、情報表示器２４あるいは情報表示手
段を装置内部に設けるか装置外部に設けるかも本発明で
は限定するものではなく、保守点検情報を把握できる構
成であればよい。

【００２９】更に又、図１では温度計２５を図示して、
使用部品の周囲温度の平均値をもって、補正器２３₁₂の
作用で期待寿命周期或いは保守点検周期を補正すること
を述べたが、周囲温度の平均値の他に無停電電源装置の
出力負荷容量や設置場所の湿度条件、又は機械的振動の
有無、有毒ガスの有無などの単独或いは組合わせによる
環境条件信号によって使用部品の少くとも一部について
期待寿命周期或いは保守点検周期と、時間積算計２３₃
の積算値との比較を補正する方式であれば良く本発明で
は補正器２３₁₂で前記周期を直接補正するか、前記積算
値を補正して間接的に前記周期を補正するかを限定する
ものではない。

【００３０】本発明の他の実施例として、使用部品の全
てについて図２により説明した期待寿命周期の事前情報
や周期超過情報を出力するのではなく、類似の期待寿命
周期の部品は一括して、或いは制御回路基板等の回路単
位等で保守点検情報を出力するようにしても本発明の効
果を同様に得ることができることは説明するまでもなく
明らかである。その他本発明の要旨を変更しない範囲で
種々設計変更して実施出来るものである。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば以下の効果を得ることが出来る電力変換装置を
提供できる。

【００３２】(1) 電力変換装置の構成部品数が非常に多
くても、個々の主要部品や同種部品単位或いは回路単位
等で、部品劣化や保守点検の事前情報を期待寿命周期或
いは期待点検周期以前に環境条件信号で少くとも一部の
部品について補正した事前情報として出力できる。

【００３３】(2) この結果、期待寿命周期或いは期待点
検周期以前に保守点検のための事前情報が出力されるか
ら、交換部品の準備などの事前準備が可能になり、短時
間での保守点検が、保守点検情報を利用して行うことが
できる。

【００３４】(3) 又、電力変換装置の部品の期待寿命周
期や期待点検周期を超えても保守が行われなかった部品
についてはその周期超過の保守点検情報を出力表示でき
るから電力変換装置のユ―ザ側でも、これらの保守点検
情報を利用して、保守点検計画を設定し、速かに処置す
ることができる。

【００３５】(4) 電力変換装置の使用部品の部品品質の
バラツキが非常に少くなって来ている中に本発明では環
境条件によって期待寿命周期や期待点検周期が少くとも
一部の部品に対して補正して、保守点検情報を出力する
ため、本発明の実施によって、各部品について予防保全
を行っても、各部品にセンサ―を設けて予防保全を行う
より安価で容易で信頼性良く部品の予防保全をおこなう
ことができ、電力変換装置の期待寿命の期間、前記保守
点検情報を利用して適切な保守点検を行い信頼性の高い
電力変換装置として運用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力変換装置の一実施例を単線結線で
示したブロック図。

【図２】本発明で使用される部品劣化検出回路の一実施
例を示すブロック図。

【図３】本発明で使用される部品劣化検出回路の作用を
説明するための図。

【図４】従来の電力変換装置の構成図。

【符号の説明】

１１ …交流入力 １２ …入力スイ
ッチ １３ …保護ヒュ―ズ １４ …コンバ―
タ １５ …フィルタコンデンサ １６ …インバ―
タ １７ …出力変圧器 １８ …ＡＣフィ
ルタコンデンサ １９ …出力スイッチ ２０ …交流出力 ２１ …冷却ファン ２２ …制御回路 ２３ …部品劣化検出回路 ２４ …情報表示
器 ２５ …温度計 SU〜SZ…半導体素
子 DU〜DZ…ダイオ―ド ２３₁ …入力端子 ２３₂ …時計回路 ２３₃ …時間積算
計 ２３₄ …期待寿命設定値 ２３₅ …事前情報
設定値 ２３₆ …比較器 ２３₇ …比較器 ２３₈ …出力端子 ２３₉ …出力端子 ２３₁₀…リセット端子 ２３₁₁…入力端子 ２３₁₂…補正器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用に使用される直流を交流、交
   流を直流、交流を交流に変換する電力変換装置におい
   て、その装置自身や一部の使用部品について、電圧印加
   時間積算値或いは運転時間積算値が、その部品の期待寿
   命周期或いは期待点検周期に対し比較できる部品劣化検
   出手段を備え、かつ前記電力変換装置自身の出力負荷状
   況或いは設置場所の温度や湿度等に関連した環境条件信
   号によって、前記一部の使用部品の内環境条件の影響を
   受ける部品の少くとも一部の部品の期待寿命周期或いは
   期待点検周期を直接或いは間接的に補正する補正手段を
   設け、前記期待寿命周期或いは期待点検周期の所定時間
   以前に保守点検のための事前の保守点検情報を出力する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 前記電圧印加時間積算値或いは運転
   時間積算値が、前記期待寿命周期或いは期待点検周期を
   超過した時、周期超過の保守点検情報を出力することを
   特徴とする請求項第１項記載の電力変換装置。